3.2.1. Продуктивность экосистем

В процессе жизнедеятельности экосистемы создается и расходуется органическое вещество, т.е. соответственно экосистема обладает определенной продуктивностью. Продуктивность оценивают, соотнеся массу вещества (продукцию) с некоторой единицей времени, т.е. рассматривают ее как скорость образования вещества. Различают разные уровни продуцирования:

-Основная, или первичная продуктивность системы определяется как скорость, с которой лучистая энергия Солнца усваивается организмами-продуцентами, т.е. в основном, зелеными растениями в процессе фотосинтеза (или хемосинтеза). Эта энергия материализуется в виде органических веществ тканей продуцентов.

Первичную продуктивность делят на:

-валовую продуктивность;

-чистую (или фактическую) продуктивность.

-Валовая первичная продуктивность - это общая скорость накопления органических веществ продуцентами, включая те, что были израсходованы на дыхание и секреторные функции (~20 %). Например, если за год фотосинтеза растительные организмы леса образовывали 5 тонн органического вещества на 1 га, то это и будет общая первичная (валовая) продуктивность.

Однако в процессе жизнедеятельности растений часть созданного вещества расходуется на дыхание и, следовательно, накапливается биомассы меньше, чем было создано. Тогда скорость накапливания вещества экосистемой за вычетом того вещества, которое израсходовано на дыхание , образуют фактическую или чистую первичную продуктивность сообщества .

Кроме того, выделяют вторичную продуктивность - скорость накопления энергии консументами и редуцентами. Вторичную продуктивность рассчитывают для каждого трофического уровня.

Так чистая первичная продуктивность оказывается доступной растительноядным организмам и через них – плотоядным (консументам). Они в свою очередь тоже образуют органическое вещество за счет чистой первичной продуктивности (но сами создавать органику из неорганики не могут). Продуктивность консументов носит название вторичной продуктивности.

Вторичная продуктивность исключительно низка: при передаче от каждого предыдущего звена трофической цепи к последующему теряется 90 – 99% энергии. Есть конкретные расчеты, что для образования 1 кг говядины, например, необходимо 70 – 90 кг свежей травы.

Кроме того, следует различать продуктивность текущую и общую. Пусть, например, 1 га соснового леса в некоторых конкретных условиях способен за время своего существования и роста образовать 200 м3 древесной массы – это общая продуктивность.

Однако за 1 год такой же создает всего 1,7 – 2,5м3 древесины. Этот показатель и есть текущая продуктивность (или годичный прирост).

Продуктивность экосистем и соотношение в них различных трофических уровней принято выражать в форме пирамид. Пирамиды наглядно иллюстрируют соотношение биомасс и эквивалентных им количеств энергии в каждом звене пищевой цепи и используются в практических расчетах при обосновании, например, необходимых площадей под сельхоз культуры с тем, чтобы обеспечить кормами скот. Различают три основных типа экологических пирамид – пирамиды чисел, биомассы и энергии.

Пирамида чисел – распределение особей по трофическим уровням. Зависит пирамида чисел от следующих факторов:

-в любой экосистеме мелкие животные численно превосходят крупных и размножаются быстрее;

- для всякого хищника существует верхний и нижний пределы размеров их жертв. Верхний предел определяется тем, что хищник не в состоянии одолеть большое животное (превышающее размеры его тела), нижний – малый размер – теряется смысл борьбы.

Из этого правила есть исключения: волки убивают оленя (более крупную особь). Змеи, обладая свойствами выделять яд, убивают более крупных животных.

Пирамида биомассы - здесь устранен физический фактор, показаны количественные соотношение массы.

Пирамида энергии из трех рассматриваемых типов экологических пирамид дает более полные представления о функциональной организации сообщества.

В целом, продуктивность – важнейшие для человека свойства биосферы, зависящие от продуктивности слагающих ее естественных антропогенных экологических систем. Благодаря способности экосистемы производить биомассы человек получает необходимые ему вещества и многие технические ресурсы. Проблема обеспечения численно растущего человечества пищей – это проблема повышения продуктивности.