Vsako leto ljudje vse bolj izčrpavajo vire planeta. Ni presenetljivo, da je v zadnjem času zelo pomembna ocena, koliko virov lahko zagotovi določena biocenoza. Danes je produktivnost ekosistema odločilnega pomena pri izbiri načina upravljanja, saj je ekonomska izvedljivost dela neposredno odvisna od količine proizvodnje, ki jo je mogoče pridobiti.
Tu so glavna vprašanja, s katerimi se danes srečujejo znanstveniki:
- Koliko sončne energije je na voljo in koliko jo rastline absorbirajo, kako se meri?
- Katere vrste ekosistemov so najbolj produktivne in proizvajajo najbolj primarno proizvodnjo?
- Kateri dejavniki omejujejo primarno proizvodnjo lokalno in globalno?
- Kakšna je učinkovitost, s katero rastline pretvarjajo energijo?
- Kakšne so razlike med učinkovitostjoasimilacija, čistejša proizvodnja in okoljska učinkovitost?
- Kako se ekosistemi razlikujejo po količini biomase ali volumnu avtotrofnih organizmov?
- Koliko energije je na voljo ljudem in koliko porabimo?
Nanje bomo poskušali vsaj delno odgovoriti v okviru tega članka. Najprej se ukvarjajmo z osnovnimi koncepti. Torej, produktivnost ekosistema je proces kopičenja organske snovi v določenem volumnu. Kateri organizmi so odgovorni za to delo?
Autotrofi in heterotrofi
Vemo, da so nekateri organizmi sposobni sintetizirati organske molekule iz anorganskih predhodnikov. Imenujejo se avtotrofi, kar pomeni "samohranijo". Dejansko je produktivnost ekosistemov odvisna od njihovih dejavnosti. Avtotrofi se imenujejo tudi primarni proizvajalci. Organizmi, ki so sposobni tvoriti kompleksne organske molekule iz enostavnih anorganskih snovi (voda, CO2), najpogosteje spadajo v razred rastlin, nekatere bakterije pa imajo enako sposobnost. Postopek, s katerim sintetizirajo organske snovi, se imenuje fotokemična sinteza. Kot že ime pove, fotosinteza zahteva sončno svetlobo.
Omeniti moramo tudi pot, znano kot kemosinteza. Nekateri avtotrofi, predvsem specializirane bakterije, lahko pretvorijo anorganska hranila v organske spojine brez dostopa do sončne svetlobe. Obstaja več skupin kemosintetikovbakterije v morju in sladki vodi, še posebej pogoste pa so v okoljih z visoko vsebnostjo vodikovega sulfida ali žvepla. Tako kot rastline, ki nosijo klorofil, in drugi organizmi, ki so sposobni fotokemične sinteze, so tudi kemosintetični organizmi avtotrofi. Vendar pa je produktivnost ekosistema prej dejavnost vegetacije, saj je prav ona odgovorna za kopičenje več kot 90% organske snovi. Kemosinteza ima pri tem nesorazmerno manjšo vlogo.
Mnogi organizmi lahko dobijo energijo, ki jo potrebujejo, le z uživanjem drugih organizmov. Imenujejo se heterotrofi. Načeloma so to vse iste rastline (tudi "jedo" že pripravljene organske snovi), živali, mikrobi, glive in mikroorganizmi. Heterotrofi se imenujejo tudi "potrošniki".
Vloga rastlin
Beseda "produktivnost" se v tem primeru praviloma nanaša na sposobnost rastlin, da shranijo določeno količino organske snovi. In to ni presenetljivo, saj lahko samo rastlinski organizmi pretvarjajo anorganske snovi v organske. Brez njih bi bilo samo življenje na našem planetu nemogoče, zato se produktivnost ekosistema obravnava s tega vidika. Na splošno je vprašanje izjemno preprosto: koliko organske snovi lahko shranijo rastline?
Katere biocenoze so najbolj produktivne?
Nenavadno, a biocenoza, ki jo je ustvaril človek, še zdaleč ni najbolj produktivna. V zvezi s tem džungle, močvirja, selva velikih tropskih rekso daleč naprej. Poleg tega te biocenoze nevtralizirajo ogromno strupenih snovi, ki ponovno vstopijo v naravo zaradi človekove dejavnosti in proizvajajo tudi več kot 70% kisika, ki ga vsebuje ozračje našega planeta. Mimogrede, v številnih učbenikih še vedno piše, da so zemeljski oceani najbolj produktivna »krušnica«. Nenavadno, vendar je ta izjava zelo daleč od resnice.
Oceanski paradoks
Ali veste, s čim se primerja biološka produktivnost ekosistemov morij in oceanov? S polpuščavami! Velike količine biomase je razloženo z dejstvom, da so vodna prostranstva, ki zavzemajo večino površine planeta. Tako je večkrat predvidena uporaba morja kot glavnega vira hranil za vse človeštvo v prihodnjih letih skoraj nemogoča, saj je ekonomska izvedljivost tega izjemno nizka. Vendar pa nizka produktivnost te vrste ekosistema nikakor ne zmanjšuje pomena oceanov za življenje vseh živih bitij, zato jih je treba čim bolj skrbno varovati.
Sodobni okoljevarstveniki pravijo, da možnosti kmetijskih zemljišč še zdaleč niso izčrpane, v prihodnosti pa bomo z njih lahko pridobili obilnejše letine. Posebej upajo na riževa polja, ki lahko zaradi svojih edinstvenih lastnosti proizvedejo ogromno dragocenih organskih snovi.
Osnovne informacije o produktivnosti bioloških sistemov
Splošna produktivnost ekosistemaje določena s hitrostjo fotosinteze in kopičenja organskih snovi v določeni biocenozi. Masa organske snovi, ki nastane na enoto časa, se imenuje primarna proizvodnja. Lahko se izrazi na dva načina: bodisi v džulih ali v suhi masi rastlin. Bruto proizvodnja je njen obseg, ki ga ustvarijo rastlinski organizmi v določeni časovni enoti, s konstantno hitrostjo procesa fotosinteze. Ne smemo pozabiti, da bo del te snovi namenjen vitalni dejavnosti samih rastlin. Preostala organska snov je neto primarna produktivnost ekosistema. Ona je tista, ki hodi hranit heterotrofe, med katerimi smo ti in jaz.
Ali obstaja "zgornja meja" primarne proizvodnje?
Na kratko, da. Poglejmo si na hitro, kako učinkovit je načeloma proces fotosinteze. Spomnimo se, da je intenzivnost sončnega sevanja, ki doseže zemeljsko površino, zelo odvisna od lokacije: največji povratek energije je značilen za ekvatorialna območja. Ko se približuje polom, se eksponentno zmanjšuje. Približno polovico sončne energije odbijejo led, sneg, oceani ali puščave, absorbirajo pa jo plini v atmosferi. Na primer, ozonska plast atmosfere absorbira skoraj vse ultravijolično sevanje! V reakciji fotosinteze se porabi le polovica svetlobe, ki zadene liste rastlin. Torej je biološka produktivnost ekosistemov rezultat pretvorbe nepomembnega dela sončne energije!
Kaj je sekundarna proizvodnja?
V skladu s tem se imenujejo sekundarni izdelkirast potrošnikov (torej potrošnikov) za določeno časovno obdobje. Seveda je produktivnost ekosistema odvisna od njih v veliko manjši meri, vendar ima ta biomasa najpomembnejšo vlogo v človekovem življenju. Treba je opozoriti, da se sekundarne organske snovi izračunajo ločeno na vsaki trofični ravni. Tako so vrste produktivnosti ekosistemov razdeljene na dve vrsti: primarno in sekundarno.
Razmerje med primarno in sekundarno proizvodnjo
Kot morda ugibate, je razmerje med biomaso in celotno maso rastlin relativno nizko. Tudi v džungli in močvirjih ta številka le redko preseže 6,5%. Več kot je zelnatih rastlin v skupnosti, višja je stopnja kopičenja organske snovi in večje je neskladje.
O hitrosti in volumnu tvorbe organskih snovi
Na splošno je mejna stopnja tvorbe organske snovi primarnega izvora popolnoma odvisna od stanja fotosintetskega aparata rastlin (PAR). Največja vrednost učinkovitosti fotosinteze, ki je bila dosežena v laboratorijskih pogojih, je 12 % vrednosti PAR. V naravnih razmerah se vrednost 5% šteje za izjemno visoko in se praktično ne pojavlja. Verjame se, da na Zemlji asimilacija sončne svetlobe ne presega 0,1%.
Primarna proizvodna distribucija
Upoštevati je treba, da je produktivnost naravnega ekosistema po vsem planetu izjemno neenakomerna. Skupna masa vse organske snovi, ki nastane letno napovršine Zemlje, je približno 150-200 milijard ton. Se spomnite, kaj smo rekli o produktivnosti oceanov zgoraj? Torej, 2/3 te snovi nastane na kopnem! Predstavljajte si: velikanske, neverjetne količine hidrosfere tvorijo trikrat manj organske snovi kot majhen del kopnega, katerega velik del so puščave!
Več kot 90 % nakopičene organske snovi v takšni ali drugačni obliki se uporablja kot hrana za heterotrofne organizme. Le majhen del sončne energije je shranjen v obliki talnega humusa (pa tudi nafte in premoga, ki nastajata še danes). Na ozemlju naše države se povečanje primarne biološke proizvodnje giblje od 20 centnerjev na hektar (v bližini Arktičnega oceana) do več kot 200 centnerjev na hektar na Kavkazu. Na puščavskih območjih ta vrednost ne presega 20 c/ha.
Načeloma je na petih toplih celinah našega sveta intenzivnost proizvodnje skoraj enaka, skoraj: v Južni Ameriki se zaradi odličnih podnebnih razmer vegetacija kopiči poldrugo krat več suhe snovi. Tam je produktivnost naravnih in umetnih ekosistemov največja.
Kaj hrani ljudi?
Približno 1,4 milijarde hektarjev na površini našega planeta so nasadi gojenih rastlin, ki nam zagotavljajo hrano. To je približno 10 % vseh ekosistemov na planetu. Nenavadno je, vendar le polovica nastalih izdelkov gre neposredno v človeško hrano. Vse ostalo se uporablja kot hrana za hišne živali in gre vpotrebe industrijske proizvodnje (ki niso povezane s proizvodnjo živil). Znanstveniki že dolgo opozarjajo na alarm: produktivnost in biomasa ekosistemov našega planeta lahko zagotovita največ 50 % potreb človeštva po beljakovinah. Preprosto povedano, polovica svetovnega prebivalstva živi v pogojih kronične beljakovinske lakote.
rekorderji biocenoze
Kot smo že povedali, je za ekvatorialne gozdove značilna najvišja produktivnost. Samo pomislite: na en hektar takšne biocenoze lahko pade več kot 500 ton suhe snovi! In to je daleč od meje. V Braziliji na primer en hektar gozda proizvede od 1200 do 1500 ton (!) organske snovi na leto! Samo pomislite: na kvadratni meter je do dva centnerja organske snovi! V tundri na istem območju se ne tvori več kot 12 ton, v gozdovih srednjega pasu - znotraj 400 ton. Kmetijska podjetja v tistih delih to aktivno uporabljajo: produktivnost umetnega ekosistema v obliki sladkorja trsnega polja, ki lahko nabere do 80 ton suhe snovi na hektar, nikjer drugje fizično ne more proizvesti takih pridelkov. Vendar se zaliva Orinoco in Mississippi, pa tudi nekatera območja Čada, malo razlikujejo od njih. Tukaj ekosistemi za eno leto "oddajajo" do 300 ton snovi na hektar površine!
Rezultati
Tako je treba vrednotenje produktivnosti izvesti na podlagi primarne snovi. Dejstvo je, da sekundarna proizvodnja ni večja od 10% te vrednosti, njena vrednost močno niha, zato je podrobna analizata indikator je preprosto nemogoč.
