2.8. Продуктивность экосистем

Создание органического вещества (продукции, биомассы) важнейшая функция экосистем.

Биомассой называют количество живого вещества (организмов или сообществ), которое приходятся на единицу площади или объема.

Интенсивность образования продукции в единицах массы (г, кг, т) на единицу времени (ч, сутки, год) на единицу площади или объема называют продуктивностью экосистемы.

Продукцию растений считают первичной, а животных – вторичной.

Биомасса и продуктивность групп организмов или экосистемы в целом обычно выражают через абсолютно сухой вес.

Величина биомассы экосистем зависит не столько от продуктивности, сколько от продолжительности жизни организмов и экосистем.

Например, продуктивность лесных и луговых систем примерно одинакова, однако по биомассе они сильно различаются:

• в тропических лесах 800…1000 ^т/_га,

• в лесах 300…400 ^т/_га,

• в травяных сообществах 3 – 5 ^т/_га.

Биомасса и её продуктивность – это не только пища и ресурсы, от них зависит средоорганизующая и средостабилизирующая роль экосистем.

Рассмотрим влияние этих параметров на среду.

1. С продуктивностью экосистем прямо связана интенсивность поглощения СО₂ и выделение О_2. Для образования одной тонны растительной продукции (сухой вес) поглощается 1,5…1,8 т СО₂ и выделяется 1,2…1,4 т О₂. Биомасса является резервуаром концентрации углерода. В основном органика концентрируется на болотах и на дне глубоких водоемов, где мало кислорода и возможны ядовитые вещества (сероводород).

Наибольшей продуктивностью обладают леса

- тропические	20 – 25 т/га/год	24 – 35 т/га/год
- северные	6 – 10 т/га/год	7,2 – 14 т/га/год

Несмотря на маленькую продуктивность северных лесов роль их как легких планеты более значительна. Это объясняется тем, что в тропических лесах практически не накапливается мертвое органическое вещество, детлит. Поэтому все что образовано, разлагается, поглощая кислород и выделяя СО₂.

2. Большие биомассы имеют большую площадь контакта с окружающей средой и влияют на её параметры. Лесные экосистемы способны поглощать до 50…60 т/га/год пыли (пылеулавливающая функция зависит от свойств листьев и хвои; хвоя 15 – 20;30м³/га; 30000/10000 = 3 дн.).

3. Очистка от химических загрязнений, которые аккумулируются листьями, а затем после листопада попадают в почву и включаются в кругооборот. (Можно подбирать специальные виды растений, для уменьшения последствий можно применять искусственное дождевание).

4. Водо-охранная и водорегулирующая функция. Например, над лесами выпадает больше осадков (повышенная влажность, неровность поверхности) и эти осадки в большей степени идут на питание грунтовых вод.

2.9 Энергетика экосистем. Пирамиды энергии и биомасс

В отличие от биологического круговорота веществ, потоки энергии идут в одном направлении: первично накопленная в продуцентах энергия постепенно рассеивается в виде тепла на всех этапах трофических цепей. Процесс рассеивания энергии растянут во времени, так как на отдельных этапах энергия аккумулируется в химических связях.

Важнейший, единственный источник энергии в современной биосфере – солнце. Растения в результате процессов фотосинтеза способны использовать энергию солнечной радиации, только видимой части спектра (0,38…0,71 мкм; инфракрасная, радиоактивная часть, и ультрафиолетовая), которая составляет 40% от общей энергии, достигающей поверхности Земли. Растения используют в среднем 1% от этой энергии. В лучших случаях эта цифра составляет 3…5%.

Энергию, которую усваивают консументы вместе с пищей, путем потребления продуцентов можно разделить на три части:

Первая часть расходуется на поддержание жизнедеятельности (движение, стабилизацию температуры и т.п.). Эту часть рассматривают как траты на дыхание, с которым связано преобразование, освобождение энергии химических связей органического вещества.

Вторая часть энергия идет на увеличение массы.

Третья часть энергии не высвобождается и не усваивается организмом, она вместе с экскрементами выводится из организма и используется, но другими организмами, которые её потребляют. Соотношение между частями энергии зависит от вида живых организмов, вида пищи и от периода жизнедеятельности.

Например, выделение энергии с экрементами у плотоядных невелико, у травоядных больше, а у гусениц, некоторых насекомых достигает 70%

В среднем вторая часть энергии, которая переходит, в виде массы с одного трофического уровня на другой, составляет примерно 10%.

Эту закономерность называют правилом десяти процентов, или правилом экологических пирамид. Количество организмов, как правило, тоже уменьшается от основания к вершине. ()

Р ис. 2.8. Пирамиды чисел а, массы б и энергии в.

Из этого правила следует, что цепи питания имеют ограниченное число уровней, обычно не более 4 – 5. Пройдя через них, вся энергия окажется рассеянной.

Используя правило экологических пирамид можно сделать три важных практических вывода.

1. С экологической точки зрения крайне нецелесообразно использование животной продукции, особенно на верхних уровнях цепей питания. Поскольку образование этой продукции связано с большими потерями (рассеиванием) энергии, особенно при переходе от растений к травоядным животным.

2. Для сокращения дефицита продуктов питания, учитывая быстрый рост численности населения, надо чтобы в рационе людей, большую долю составляла растительная пища. Вегетарианство энергетически идеально.

3. Для увеличения коэффициента полезного действия использования пищи при производстве животноводческой продукции важно уменьшить трату энергии на дыхание. (Оптимальный температурный режим, ограничение подвижности животных, сбалансированность кормового рациона).

При потреблении 80…100 кг мяса в год/чел невозможно обеспечить 6 миллиардов населения. При вегетарианском питании и других мероприятиях Земля могла бы прокормить 10…12 миллиардов человек.

В заключении следует отметить, что энергетические ценности растительной и животной пищи различаются примерно на 30%. (Животная продукция содержит 6…7 ккал/г, растительная 4…5ккал/г).