Почему важно изучать продуктивность экосистем. Биологическая продуктивность экосистем

Продуктивность экосистемы. В каждой экосистеме часть приходящей энергии, попадающей в трофическую сеть, не диссипирует,- а накапливается в виде органических соединений. Безостановочное производство живой материи (биомассы) - один из фундаментальных процессов биосферы.[ ...]

ПРОДУКТИВНОСТЬ ЛАНДШАФТА - способность ландшафта производить биологическую продукцию. См. Биологическая продуктивность экосистемы.[ ...]

Продуктивность экосистемы - скорость образования биологического вещества (биомассы) в единицу времени.[ ...]

Молодая, продуктивная экосистема очень уязвима из-за монотипного видового состава, так как в результате какой-то экологической катастрофы, например, засухи, ее уже не восстановить из-за разрушения генотипа. Но для жизни человечества они (экосистемы) необходимы, поэтому наша задача сохранить баланс между упрощенными антропогенными и соседствующими с ними более сложными, с богатейшим генофондом, природными экосистемами, от которых они зависят.[ ...]

Первичная продуктивность экосистемы, сообщества или любой их части определяется как скорость, с которой энергия Солнца усваивается организмами-продуцентами (в основном зелеными растениями) в ходе фотосинтеза или химического синтеза (хемопродуцентами). Эта энергия материализуется в виде органических веществ тканей продуцентов.[ ...]

Состояние экосистемы - численность и соотношение организмов - управляется и определяется потоком энерши, обеспечиваемой первичной ее продуктивностью: чем выше продуктивность, тем весомее биотическая часть экосистемы. Как было показано, продукт тиввооть экосистемы зависит от потока солнечной энергии, получаемого сиотемой. Однако это не единственный фактор, определяющий продуктивность. Ухудшение плодородия почвы веизбежво приводит к онижевию энергетического потенциала экое и о темы и деградации последней (опустынивание территории).[ ...]

Биологическая продуктивность экосистемы - скорость создания в них биомассы, т.е. массы тела живых организмов. Размерность продуктивности - масса/время площадь (объем).[ ...]

Мощность биоты экосистемы определяется её продукцией, выраженной в энергетических единицах. Скорость, с которой растения в процессе фотосинтеза ассимилируют энергию солнечного света и накапливают органические вещества, составляет биологическую продуктивность экосистемы, разность которой выражается как энергия/площадь, время или масса / площадь, время. Не все органические вещества, синтезированные в процессе фотосинтеза, включаются в растительную биомассу, т.е. не все они идут на увеличение размеров и числа растений. Некоторая часть их должна быть разложена самими растениями в процессе дыхания с тем, чтобы высвободить энергию, необходимую для биосинтеза и поддержания функций жизнедеятельности самих растений. Следовательно, первичная чистая биологическая продукция экосистемы Пч будет равна всей валовой продукции растений экосистемы Пв за вычетом потерь на дыхание самих растений Пд, т.е.[ ...]

Из табл. 1.3 хорошо видно, что максимально продуктивны экосистемы суши. Хотя площадь суши вдвое меньше, чем площадь, занимаемая океанами, ее экосистемы имеют годовую первичную продукцию углерода, более чем вдвое превышающую таковую Мирового Океана (52,8 млрд. тонн и 24,8 млрд. тонн соответственно) при относительной продуктивности наземных экосистем, в 7 раз превышающей продуктивность экосистем океана. Из этого, в частности, следует, что надежды на то, что полное освоение биологических ресурсов океана позволит человечеству решить продовольственную проблему, не очень обоснованны. По-видимому, возможности в этой области невелики - уже сейчас уровень эксплуатации многих популяций рыб, китообразных, ластоногих близок к критическому, для многих промысловых беспозвоночных - моллюсков, ракообразных и других, в связи со значительным падением их численности в природных популяциях стало экономически выгодным разведение их на специализированных морских фермах, развитие марикультуры. Примерно таково же и положение со съедобными водорослями, такими как ламинария (морская капуста) и фукус, а также водорослями, используемыми в промышленности для получения агар-агара и многих других ценнейших веществ.[ ...]

В настоящее время принято считать, что чем большее число видов составляет экосистему, тем выше возможности адаптации сообщества к меняющимся условиям существования (например, кратковременным или длительным изменениям климата, а также других факторов). В ходе эволюционного развития экосистем многократно происходила смена доминирующих видов. Зачастую наиболее часто встречающиеся виды оказывались неспособными выдержать изменения действия того или иного экологического фактора, а редкие виды оказывались более стойкими и получали преимущество (например, вымирание крупных пресмыкающихся и развитие млекопитающих в конце мелового периода). Продуктивность экосистемы, таким образом, сохраняется и даже увеличивается.[ ...]

Болота, обогащенные биогенами, представляют собой самые продуктивные экосистемы, в которых обитают стаи водной дичи и многие другие животные. Общая площадь болот и переувлажненных земель на планете составляет примерно 3 млн км2. Больше всего болот в Южной Америке (почти половина) и Евразии, совсем мало - в Австралии. Болота и заболоченные территории есть во всех географических зонах, но особенно много их в тайге. В нашей стране болота занимают около 9,5% территории, причем особую ценность представляют торфяные болота, аккумулирующие в себе значительные запасы теплоты.[ ...]

Различные экологические системы характеризуются различной продуктивностью, что следует учитывать при освоении тех или иных территорий, например под сельскохозяйственное пользование. Продуктивность экосистемы зависит от ряда факторов, в первую очередь от обусловленной климатическими условиями обеспеченности теплом и влагой (табл. 2.3 и 2.4). Наиболее продуктивными являются экосистемы мелководных лиманов.[ ...]

Объективные преимущества этого метода определяются тем, что функционирование любой экосистемы изначально поддерживается непрерывным потоком энергии через ее компоненты, а интенсивность этого потока определяет динамику и продуктивность экосистемы. Все без исключения материальные потоки производственной и иной деятельности человека всегда связаны с потоками энергии и имеют ту или иную энергоемкость. Естественные и техногенные потоки энергии всегда могут быть оценены количественно. Интенсивность энергетических потоков в силу их связи с физико-географическими факторами и уровнем экономического развития всегда может быть предсказана с высокой достоверностью. Энергетический обмен в экосистемах (наряду с круговоротом вещества) является одним из главных факторов устойчивости экосистем и их самовосстано-вительного потенциала.[ ...]

Насколько регулярно осуществляется круговорот любого элемента, в т. ч. и углерода, зависит продуктивность экосистемы, что важно для сельского хозяйства и выращивания лесов. Вмешательство человека нарушает процессы круговорота. Вырубка леса и сжигание топлива влияют на круговорот углерода.[ ...]

В табл. 9 показано, что лиманы как класс местообитания стоят в одном ряду с такими естественными продуктивными экосистемами, как дождевые тропические леса и коралловые рифы. Для лиманов характерна тенденция быть более продуктивными, чем море, с одной стороны, и пресноводные бассейны - с другой. Теперь мы вновь можем свести воедино причины высокой продуктивности (см. Ю. Одум, 1961; Шельске и Ю. Одум, 1961).[ ...]

ЗАкбн МАКСИМУМА [лат. maximum наибольшее] - количественное изменение экологических условий не может увеличить биологическую продуктивность экосистемы и хозяйственную производительность агросистемы сверх вешественно-энергетических лимитов, определяемых эволюционными свойствами биологических объектов и их сообществ.[ ...]

Фотоавтотрофы (растения) составляют основную массу биоты и полностью отвечают за образование всего нового органического вещества в экосистеме, т.е. являются первичными производителями продукции - продуцентами экосистем. Синтезированная автотрофами новая биомасса органического вещества - это первичная продукция, а скорость ее образования - биологическая продуктивность экосистемы. Автотрофы образуют первый трофический уровень любой полночленной экосистемы.[ ...]

Ключевое слово в приведенных выше определениях - спорость. Всегда необходимо учитывать элемент времени, т. е. речь должна идти о количестве энергии, фиксированной за определенное время. Таким образом, биологическая продуктивность отличается от «выхода» в химии или промышленности. В двух последних случаях процесс заканчивается появлением определенного количества того пли иного продукта, но в биологических сообществах процесс непрерывен во времени, так что обязательно надо относить продукцию к выбранной единице времени (например, говорить о количестве пищи, произведенном за день или за год). В общем продуктивность экосистемы говорит о ее «богатстве». В богатом, или продуктивном, сообществе может быть больше организмов, чем в менее продуктивном, но иногда это бывает и не так, если организмы в продуктивном сообществе быстрее изымаются или «оборачиваются». Так, на богатом пастбище, выедаемом скотом, урожай травы на корню, очевидно, будет гораздо меньше, чем на менее продуктивном пастбище, на которое в период измерений не выгоняли скот. Наличную биомассу или урожай на корню за данное время нельзя путать с продуктивностью. Студенты, изучающие экологию, часто путают эти две величины. Первичную продуктивность системы или продукцию компонента популяции обычно нельзя определить простым подсчетом и взвешиванием (т. е. «переписью») имеющихся организмов, хотя по данным об урожае на корню можно получить верные оценки чистой первичной продуктивности, если размеры организмов велики и живое вещество некоторое время накапливается, не расходуясь (пример - сельскохозяйственные культуры).[ ...]

Различие в воздействии двух основных типов загрязнения на энергетику системы показано на фиг. 216. При повышении поступления до критического уровня часто возникают резкие колебания (например, в цветении водорослей), а дальнейшее увеличение поступления этих загрязнений приводит к стрессу - система в сущности оказывается отравленной «избытком благ». Быстрота, с какой в отсутствие должного контроля может произойти переход от хорошего к плохому, вносит дополнительные трудности в распознавание загрязнения и воздействие на него (это видно по тому, как круто кривая / идет вниз). В каких пределах эта модель применима, мы покажем в гл. 21.[ ...]

Крайне пагубно на природе Западной Сибири сказалась разработка запасов нефти и газа. Там создана своеобразная пустыня: с исчерпанием минеральных ресурсов не остается никаких природных благ, только искореженная земля. Она требует реанимации в продуктивные экосистемы. Т акие пути либо известны, либо должны быть найдены. Вообще конкретные программы восстановления природно-ресурсного потенциала и поиски новых путей использования природы без ее разрушения достаточно перспективны.[ ...]

Таким образом, впервые предложенный критерий воздействия нооценоза на экосистему позволяет выразить это воздействие безразмерным численным показателем и по его величине охарактеризовать степень воздействия хозяйственной деятельности человека на продуктивность экосистемы. Критерий воздействия нооценоза на экосистему позволяет оценить ее продуктивность в зависимости от влияния предприятий, человеческого общества, продуктов его труда и вредных отходов производства как при функционировании нооценозов. так и при планировании их развития, а также при целенапрапенном видоизменении экологических пирамид при планировании и выборе стратегии хозяйственной деятельности.[ ...]

Вход системы - поток солнечной энергии. Большая часть ее рассеивается в виде теплоты. Часть энергии, эффективно поглощенная растениями, преобразуется при фотосинтезе в энергию химических связей углеводов и других органических веществ. Это - валовая первичная продукция экосистемы. Часть энергии теряется в процессе дыхания растений, а часть используется в других биохимических процессах в растении и в конечном счете также рассеивается в виде тепла. Оставшаяся часть новообразованных органических веществ обусловливает прирост биомассы растений - чистую первичную продуктивность экосистемы.[ ...]

Общий поток энергии, характеризующий экосистему, состоит из солнечного излучения и длинноволнового теплового излучения, получаемого от близлежащих тел. Оба вида излучения определяют климатические условия среды (температуру, скорость испарения воды, движения воздуха и т. д.), но в фотосинтезе, обеспечивающем энергией живые компоненты экосистемы, используется лишь малая часть энергии солнечного излучения. За счет этой энергии создается основная, или первичная, продукция экосистемы. Следовательно, первичная продуктивность экосистемы определяется как скорость, с которой лучистая энергия используется продуцентами в процессе фотосинтеза, накапливаясь в форме химических связей органических веществ. Первичную продуктивность Р выражают в единицах массы, энергии или эквивалентных единицах в единицу времени.[ ...]

Важнейшим показателем при определении предельных нагрузок на окружающую среду является понятие качества среды. Качество среды - совокупность параметров, удовлетворяющих условиям существования человека (экологическая ниша) и условиям существования человеческого общества. В качестве критериев качества среды могут быть использованы биологическая продуктивность экосистемы, соотношение видов, состояния трофических систем и т. п. В США качество среды характеризуется системой специальных баллов. Сумма баллов в том или ином регионе определяет качество среды.[ ...]

Экологические сукцессии - это последовательная смена экосистем при постепенном направленном изменении условий среды, например, при нарастании (или убывании) влажности или богатства почвы, при изменении климата и т.д. В этом случае экологическое равновесие как бы «скользит»: параллельно (или с некоторым отставанием) с изменениями условий среды изменяется состав живых организмов и продуктивность экосистемы, постепенно роль одних видов убывает, а других - увеличивается, разные виды выбывают из состава экосистемы или, наоборот, пополняют его. Сукцессии могут вызываться внутренними и внешними (по отношению к экосистеме) факторами, протекать очень быстро или тянуться столетиями. Если изменение среды будет резким (пожар, разлив большого количества нефти, проход колесной техники в тундре), то экологическое равновесие разрушится.[ ...]

Когда из рек отводят воду, болота вдоль их русел, не подпитываясь паводками, пересыхают, и это также ведет к исчезновению многих видов растений и животных. Болота в природе играют большую роль в очищении воды, просачивающейся сквозь их толщу в грунтовые воды. Болота являются регуляторами речного стока, они питают родники и реки. Кроме того, болота, обогащенные биогенами, представляют собой наиболее продуктивные экосистемы, служат местообитаниями многих диких животных.[ ...]

С. С. Шварц пишет: «Климатические катастрофы, не выходящие, однако, за пределы многовековых колебаний, могут снизить численность мелких млекопитающих в десятки и сотни тысяч раз, но через 2-3 сезона размножения зверьки вновь восстанавливают свою. численность до оптимума. Кажущееся же незначительным снижение численности животных, вызванное антропогенными влияниями, нередко приводит к массовому вымиранию вида» . Сохранение или реконструкция достаточно сложной, многовидовой и продуктивной экосистемы в региональном масштабе требуют глубокого и тщательного научного анализа экосистемы региона, что, к сожалению, далеко не всегда возможно при нынешнем уровне развития экологии. Представляется, однако, справедливым следующий тезис: несмотря на сложность, дороговизну и длительность экологических разработок, они должны предшествовать любому хозяйственному мероприятию, которое может вызвать экологические сдвиги регионального масштаба.[ ...]

По мысли А. Н. Тетиора , Б. - ключ к решению проблемы восстановления экологического равновесия на урбанизированных территориях. БИОПОЛЕ, биологическое поле - поле, оказывающее воздействие на живые организмы. Природа такого воздействия не ясна; проявляется в виде электромагнитных и биоэнергетических процессов. БИОПОЛИТИКА - политика, в основе которой признание неравенства рас. Б. часто является оправданием агрессивных политических или даже военных актов. См. Расизм. БИОПРОДУКТИВНОСТЬ ЭКОСИСТЕМЫ - см. Биологическая продуктивность экосистемы. БИОРАЗНООБРАЗИЕ -см. Разнообразие биологическое.[ ...]

Организмами-производителями являются автотрофы - прибрежная растительность, водные многоклеточные и одноклеточные плавучие растения (фитопланктон), живущие до глубин, куда еще проникает свет. За счет энергии, поступающей через ввод, организмы-производители в процессе фотосинтеза синтезируют органическое вещество из воды и углекислого газа. Основным показателем мощности экосистемы является ее продуктивность, под которой понимают массу органического вещества в телах организмов-продуцентов. Продуктивность экосистемы зависит от количества света, воды, богатства почвы или воды органическими и минеральными соединениями.[ ...]

В условиях существенной реконструкции водных систем - полностью зарегулированный сток многих рек, создание сети разнообразных водохранилищ, использование большого числа водоемов в качестве водоемов-охладителей энергетических объектов, интенсивная эвтрофикация многих внутренних водоемов, переброска стока многих рек с севера на юг - необходим совершенно иной подход к решению проблемы повышения воспроизводства рыбных богатств. Для этого, по-видимому, еще не достаточно только детального знания экологии размножения и развития ценных видов рыб, а надо научиться искусственно формировать продуктивные экосистемы, привлекая для этих целей даже далеко не традиционные для нашей страны объекты разведения (рыбоводства). Если мы сумеем выяснить сложные процессы, связанные со степенью устойчивости и изменчивости биологических систем (организм, популяция, экосистемы), на основании детального и одностороннего анализа кинетики протекающих процессов на разном уровне биосистем и перейдем от простой формы эксплуатации рыбных ресурсов в водоемах к управлению продуктивностью водных экосистем, то мы сумеем не только предвидеть и предотвратить нежелательные для нас изменения в фауне рыб, но и повысить их продуктивность.[ ...]

Биологический мониторинг основывается на наблюдениях за параметрами окружающей среды на сети контрольных пунктов и носит локальный характер. Геосистемный мониторинг использует не только данные, полученные биологическим мониторингом, но и систему особых ключевых (тестовых) площадей и имеет региональный характер. Эти ключевые площади принято называть природными (геоэкологическими) тестовыми полигонами, на которых устанавливаются геосистемные тесты: ПДК (предельно допустимые концентрации), ЕССПС (естественная способность природной среды к самоочищению), ЭВБ (энергетически-вещественный баланс), БПЭ (биологическая продуктивность экосистемы) и др. В каждой природной зоне рекомендуют иметь по одному полигону.[ ...]

Особое экологическое значение имеет географическое происхождение степных видов. Представители родов северного происхождения, таких, как 8Ира, А горугоп и Роа, возобновляют рост ранней весной, достигают максимального развития в конце весны или начале лета (когда семена созрели), а в жаркую погоду как бы впадают в «полусон»; осенью их рост возобновляется и они остаются зелеными, несмотря на мороз. Представители родов южного происхождения, таких, как, Апс1-городоп, ВисМое и ВЫе1оиа, возобновляют рост в конце весны, растут непрерывно все лето, достигают максимума биомассы к концу лета или осенью и остальное время не растут. С точки зрения годовой продуктивности экосистемы в целом благоприятна смесь северных и южных злаков, особенно потому, что в одни годы дожди могут быть обильными весной или осенью, а в другие годы - в середине лета. Замена таких адаптированных смесей «монокультурами» приводит к колебаниям продуктивности (еще один простой экологический факт, который не понимают даже агрономы!).[ ...]

Палы играют особенно большую роль в лесных и степных районах умеренных зон и в тропических районах с засушливым сезоном. Во многих районах на западе или юго-востоке США трудно найти более или менее крупный участок, в котором хотя бы за последние 50 лет не было случая пожара. Чаще всего естественной причиной пожара служит удар молнии. Североамериканские индейцы намеренно выжигали леса и прерии. Таким образом, пожар был лимитирующим фактором еще задолго до того, как человек начал решительно изменять окружающую среду. К сожалению, неосторожным поведением современный человек часто так усиливал действие огня, что разрушал или повреждал ту самую продуктивную среду, которую хотел поддержать. Однако абсолютная защита от пожаров не всегда приводит к желанной цели, т. е. к повышению продуктивности экосистемы. Итак, стало ясно, что пожар надо рассматривать как экологический фактор наряду с температурой, атмосферными осадками и почвой и изучать этот фактор без каких бы то ни было предрассудков. Сейчас, как и в прошлом, роль огня как друга или врагг цивилизации целиком зависит от научных знаний и от контроля над ним.[ ...]

Существенно различаются методы исследования биологического и геоэкологического мониторинга. Биологический мониторинг базируется на систематическом слежении (наблюдении и контроле) за некоторыми параметрами (индикаторами) окружающей среды (геофизическими, биохимическими и биологическими), имеющими биоэкологические значения, на сети контрольных пунктов, т. е. имеет в основном локальный характер. Ключевые площади можно называть природными (геоэкологическими) тестовыми полигонами; на них разрабатываются геосистемные тесты (индикаторы) типа ПДК, ЕССПС, ЭВБ, БПЭ для мониторинга окружающей среды в целом.[ ...]

Специальный термин пермеанты был предложен Шелфордом для обозначения высокоподвижных животных, таких, как птицы, млекопитающие и летающие насекомые, которые соответствуют нектону водных экосистем. Они свободно передвигаются между ярусами и подсистемами и между развивающимися и зрелыми стадиями растительности, которые обычно образуют мозаику в большинстве ландшафтов. У многих животных разные стадии жизненного цикла проходят в разных ярусах или сообществах, так что эти животные используют все преимущества каждого из сообществ.[ ...]

Глобальное истощение окружающей среды прогрессирующей рыночной экономикой может сопровождаться поддерживанием стационарного состояния и даже видимого улучшения определенных локальных участков (регионов, стран) на основе разомкнутого круговорота веществ, т.е. непрерывного внесения необходимого количества потребляемых веществ и непрерывного удаления отходов. Однако ра-зомкнутость локального круговорота означает, что существование искусственно поддерживаемого в стационарном состоянии участка сопровождается ухудшением состояния окружающей среды в остальной части биосферы. Цветущий сад, озеро или река, поддерживаемые в стационарном состояние на базе разомкнутого круговорота веществ, гораздо опаснее для биосферы в целом, чем заброшенная, превращенная в пустыню земля. В естественных пустынях продолжает действовать принцип Ле Шателье. Лишь величина компенсации возмущений оказывается ослабленной по сравнению с более продуктивными экосистемами.[ ...]

В любой момент времени большая часть фосфора находится в связанном состоянии - либо в организмах, либо в отложениях (в органическом детрите и неорганических частицах). Не более 10% фосфора присутствует в озерах в растворимой форме. Быстрое движение в обе -стороны (обмен) идет постоянно, но существенный обмен между твердой и растворимой формами часто нерегулярен, идет «рывками», с периодами, когда фосфор только уходит из отложений, и периодами, когда он только усваивается организмами или поступает в отложения, что связано с сезонными изменениями температуры и активности организмов. Как правило, связывание фосфора идет быстрее, чем освобождение. Растения быстро накапливают фосфор в темноте и в других условиях, когда не могут его использовать. За период быстрого роста продуцентов (обычно это бывает весной) весь доступный фосфор может оказаться связанным в продуцентах и консументах. Тогда активность -системы снижается, пока не разложатся трупы, фекалии и не высвободятся биогенные элементы. Однако концентрация фосфора в данный конкретный момент мало может сказать о продуктивности экосистемы. Низкое содержание растворенного фосфата может означать, либо что -система истощена, либо что метаболизм ее весьма интенсивен; только измерив скорость потока вещества, можно понять ситуацию. Помрой (1960) так формулирует это важное положение: «Измерение концентрации растворенного фосфата в природных водоемах не дает представления о доступности фосфора. Большая его часть или даже весь фосфор системы в любой момент может находиться в живых организмах, но при этом он может совершать полный «оборот» за один час, и в результате для организмов, способных поглощать фосфор из очень разбавленных растворов, его запас все время будет достаточным. Такие системы долгое время могут оставаться биологически стабильными при кажущемся отсутствии доступного фосфора. Изложенные здесь данные позволяют предположить, что быстрый поток фосфора типичен для высокопродуктивных систем и что для поддержания высокой продукции ■органики скорость потока важнее, чем концентрация элемента».

Скорость, с которой продуценты экосистемы фиксируют солнечную энергию в химических связях синтезируемого органического вещества, определяет продуктивность сообществ. Органическую массу, создаваемую растениями за единицу времени, называют первичной продукцией сообщества. Продукцию выражают количественно в сырой или сухой массе растений либо в энергетических единицах - эквивалентном числе джоулей.

Валовая первичная продукция - количество вещества, создаваемого растениями за единицу времени при данной скорости фотосинтеза. Часть этой продукции идет на поддержание жизнедеятельности самих растений (траты на дыхание). Эта часть может быть достаточно большой. В тропических лесах и зрелых лесах умеренного пояса она составляет от 40 до 70 % валовой продукции. Планктонные водоросли используют на метаболизм около 40 % фиксируемой энергии. Такого же порядка траты на дыхание у большинства сельскохозяйственных культур. Оставшаяся часть созданной органической массы характеризует чистую первичную продукцию, которая представляет собой величину прироста растений. Чистая первичная продукция - это энергетический резерв для консументов и редуцентов. Перерабатываясь в цепях питания, она идет на пополнение массы гетеротрофных организмов. Прирост за единицу времени массы консументов - это вторичная продукция сообщества. Вторичную продукцию вычисляют отдельно для каждого трофического уровня, так как прирост массы на каждом из них происходит за счет энергии, поступающей с предыдущего.

Гетеротрофы, включаясь в трофические цепи, живут в конечном счете за счет чистой первичной продукции сообщества. В разных экосистемах они расходуют ее с разной полнотой. Если скорость изъятия первичной продукции в цепях питания отстает от темпов прироста растений, то это ведет к постепенному увеличению общей биомассы продуцентов. Под биомассой понимают суммарную массу организмов данной группы или всего сообщества в целом. Часто биомассу выражают в эквивалентных энергетических единицах.

Недостаточная утилизация продуктов опада в цепях разложения имеет следствием накопление в системе мертвого органического вещества, что происходит, например, при заторфовывании болот, зарастании мелководных водоемов, создании больших запасов подстилки в таежных лесах и т. п. Биомасса сообщества с уравновешенным круговоротом веществ остается относительно постоянной, так как практически вся первичная продукция тратится в цепях питания и разложения.

Продуктивность экосистемы - это накопление экосистемой органического вещества в процессе ее жизнедеятельности. Продуктивность экосистемы измеряется количеством органического вещества, создаваемого за единицу времени на единицу площади.

Различают разные уровни продуцирования, на которых создается первичная и вторичная продукция. Органическая масса, создаваемая продуцентами в единицу времени, называется первичной продукцией , а прирост за единицу времени массы консументов - вторичной продукцией .

Первичная продукция подразделяется на два уровня - валовую и чистую продукцию. Валовая первичная продукция - это общая масса валового органического вещества, создаваемая растением в единицу времени при данной скорости фотосинтеза, включая и траты на дыхание.

Растения тратят на дыхание от 40 до 70% валовой продукции. Меньше всего ее тратят планктонные водоросли - около 40% от всей использованной энергии. Та часть валовой продукции, которая не израсходована «на дыхание», называется чистой первичной продукцией, она представляет собой величину прироста растений и именно эта продукция потребляется консументами и редуцентами.

Вторичная продукция не делится уже на валовую и чистую, так как консументы и редуценты, т.е. все гетеротрофы, увеличивают свою массу за счет первичной продукции, т.е. используют ранее созданную продукцию.

Рассчитывают вторичную продукцию отдельно для каждого трофического уровня, так как она формируется за счет энергии, поступающей с предшествующего уровня.

Все живые компоненты экосистемы - продуценты, консументы и редуценты - составляют общую биомассу (живой вес) сообщества в целом или его отдельных частей, тех или иных групп организмов. Биомассу обычно выражают через сырой и сухой вес, но можно выражать и в энергетических единицах - в калориях, джоулях и т.п, что позволяет выявить связь между величиной поступающей энергии и, например, средней биомассой.

По величине биологической продуктивности экосистемы подразделяют на 4 класса:

1) экосистемы очень высокой продуктивности - >2 кг/м2 0 в год (тропические леса, коралловые рифы);

2) экосистемы высокой продуктивности – 1-2 кг/м2 в год (липово-дубовые леса, прибрежные заросли рогоза или тростника на озерах, посевы кукурузы и многолетних трав при орошении и внесении высоких доз удобрений);

3) экосистемы умеренной продуктивности - 0,25-1 кг/м2 в год (сосновые и березовые леса, сенокосные луга и степи, заросшие водными растениями озера);

4) экосистемы низкой продуктивности - < 0,25 кг/м2 в год (пустыни, тундра, горные степи, большая часть морских экосистем). Средняя биологическая продуктивность экосистем на планете равна 0,3 кг/м2 в год.

1. Классификация и особенности экосистем (Биомы:степи (чаппарали, гарриги, эспинали), пустыни, тундра, джунгли, хвойные леса, зоны морских (аппвелинга, коралловые рифы, аутвеллинга) и пресноводных (лотические: перекаты, плесы) лентические (озера и их стратификация) экосистем).

При классификации наземных экосистем принято использовать признаки растительных сообществ и климатические признаки, например, лес хвойный, лес тропический, холодная пустыня и т.п.

Гари́га , или гарри́га (фр. garrigue и окс. garriga ) - разрежённые заросли низкорослых вечнозелёных кустарников, главным образом дуба кустарникового (Quercus dumosa ) и пальмы хамеропс (Chamaerops ). Также могут быть тимьян (Thymus ), розмарин (Rosmarinus ), дрок (Genista ) и другие растения. Можно встретить в Средиземноморье, в менее сухом климате, чем фригана, на каменистых склонах, на месте сведённых, перевыпасом и палами, лесов из дуба каменного.

Чапара́ль (чапарраль, чапаррель, чапарель , исп. chaparral , от chaparro - заросли кустарникового дуба) - тип субтропической жестколистной кустарниковой растительности. Распространён в узкой полосе Тихоокеанского побережья Калифорнии и на Севере Мексиканского нагорья, на высоте 600-2400 м.

Подобные биомы находятся и в четырех других регионах Средиземноморского климата во всем мире, в том числе Средиземноморского бассейна (где он известен как маквис, маккия, maquis), центральной части Чили (где он называется Matorral), в Капской области ЮАР (мыс Доброй Надежды) (известен там как финбош) и на юго-востоке и юго-западе Австралии.

Отсутствие деревьев не связано с деятельностью человека, хотя ряд исследователей рассматривает чапараль, подобно маквису, как стадиюдеградации дубовых вечнозелёных лесов. Заросли чапараля достигают в высоту 3-4 м.

Наиболее типичной для чапараля является аденостома (Adenostoma fasciculatus), образующая чистые естественные насаждения. Широко распространены заросли кустарниковых вечнозелёных дубов, толокнянок (18 видов), представителей родов сумах, цеанотус (25 видов) и другие. У верхней границы чапараль увеличивается доля листопадных видов дуба, ирги, церциса.

Пустыня – это территория, где испарение превышает количество осадков, причем их уровень составляет менее 250мм/г. В таких условиях произрастает скудная, разреженная и обычно низкорослая растительность. Преобладание ясной погоды и разряженная растительность способствуют быстрой потере теплоты ночью, накопленной почвой днем. Для пустыней характерно значительное различие между дневной и ночной температурами. Пустынные экосистемы занимают около 16% поверхности суши и расположены практически во всех широтах Земли.

Тропические пустыни. Это такие пустыни, как Южная Сахара, которые составляют около 20% общей площади пустынь. Температура там круглый год высокая, а количество осадков минимальное.

Пустыни умеренных широт. Такие пустыни, как пустыня Мохаве в южной Калифорнии, отличаются высокими дневными температурами летом и низкими - зимой.

Холодные пустыни. Для них характерна очень низкая температура зимой и средняя – летом.

Растения и животные всех пустынь приспособлены улавливать и сохранять дефицитную влагу.

Медленный рост растений и малое видовое разнообразие делают пустыни весьма уязвимыми. Уничтожение растительности в результате выпаса или езды вне дорог ведет к тому, что на восстановление утраченного требуются десятилетия.

Травянистые экосистемы

Тропические травянистые экосистемы или саванны.

Такие экосистемы характерны для районов с высокими средними температурами, двумя продолжительными сухими сезонами и обильными осадками в остальное время года. Они образуют широкие полосы по обе стороны экватора. Некоторые из этих биомов представляют собой открытое пространство, покрытое только травянистой растительностью.

Травянистые экосистемы умеренных широт. Они встречаются во внутренних районах материков, главным образом Северной и Южной Америки, Европы и Азии. Основные типы травянистых сообществ умеренного пояса: высокотравные и низкотравные прерии США и Канады, пампы Южной Америки, вельды Южной Африки и степи от Центральной Европы до Сибири. В этих экосистемах (биомах) почти постоянно дуют ветры, способствуя испарению влаги. Густая сеть корней травянистых растений обеспечивает стабильность почвы до тех пор, пока не начинается ее распашка.

Полярные травянистые экосистемы или арктические тундры.

Они расположены в районах прилегающих к арктическим ледяным пустыням. Большую часть года тундры находятся под воздействием штормовых холодных ветров и покрыты снегом и льдом. Зимы здесь очень холодные и темные. Осадков немного, и выпадают они в основном в виде снега.

Медленное разложение органических веществ, малая мощность почвы, низкие темпы прироста растительности делают арктическую тундру одной из наиболее уязвимых экологических систем земного шара.

Лесные экосистемы.

Влажные тропические леса. Эти леса располагаются в ряде приэкваториальных районов. Они характеризуются умеренно высокими среднегодовыми температурами, которые мало изменяются в течение суток и по сезонам, а также значительной влажностью и почти ежедневно выпадающими осадками. В таких биомах доминируют вечнозеленые деревья, сохраняющие большую часть листьев или хвои круглый год, что обеспечивает непрерывное круглогодичное протекание процессов фотосинтеза.

Так как климатические условия во влажных тропических лесах практически неизменны, влага и теплота не имеют лимитирующего значения, как в других экосистемах. Основным лимитирующим фактором становится содержание биогенов в часто бедных органическим веществом почвах.

Листопадные леса умеренных широт. Они произрастают в районах с невысокими средними температурами, значительно меняющимися по сезонам. Зимы здесь не очень суровы, летний период продолжителен, осадки выпадают равномерно в течение всего года. По сравнению с тропическими леса умеренного пояса быстро восстанавливаются после вырубки и, следовательно, более устойчивы к антропогенным нарушениям.

Северные хвойные леса. Эти леса, называемые также бореальными, или тайгой, распространены в районах субарктического климата. Зимы здесь продолжительны и засушливы, с коротким световым днем и небольшими снегопадами. Температурные условия меняются от прохладных до исключительно холодных. В тайге добывают значительную часть деловой древесины, большое значение имеет промысел пушнины.

1. Продуктивность и динамика экосистем.2.Человек и экосистемы.

Одно из важнейших свойств организмов, их популяций и экосистем в целом – способность создавать органическое вещество, которое называют продукцией. Образование продукции в единицу времени (час, сутки, год) на единице площади (метры квадратные, гектар) или объёма (в водных экосистемах), выраженное в единицах массы (граммы, килограммы, тонны), характеризует продуктивность экосистем. Продуктивность экологической системы - это скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию в процессе фотосинтеза и хемосинтеза, образуя органическое вещество, которое затем может быть использовано в качестве пищи. Различают разныеуровни продуцирования , на которых создаётся первичная и вторичная продукция. Органическое вещество, создаваемое продуцентами в процессе фотосинтеза или хемосинтеза, называютпервичной продукцией экосистемы (сообщества) . Количественно её выражают в сырой или сухой массе растений или в энергетических единицах – эквивалентном числе джоулей. Первичной продукцией определяется общий поток энергии через биотический компонент экосистемы. Теоретическая возможная скорость создания первичной биологической продукции определяется возможностями фотосинтетического аппарата растений. Первичная продукция подразделяется как бы на два уровня – валовую и чистую продукцию. Скорость, с которой растения накапливают химическую энергию, называетсяваловой первичной продуктивностью (ВВП). Около20% этой энергии расходуется растениями на дыхание и фотодыхание. Скорость накопления органического вещества, за вычетом этого расхода называетсячистой первичной продуктивностью (ЧПП), это энергия, которую могут использовать организмы следующих трофических уровней. Количество органического вещества, накопленного гетеротрофными организмами, называетсявторичной продукцией. Вторичную продукцию вычисляют отдельно для каждого трофического уровня, так как прирост массы на каждом из них происходит за счёт энергии, поступающей с предыдущего. Наряду с продукцией различаютбиомассу организма, групп организмов или экосистем в целом. Под ней понимаютвсё живое вещество, которое содержится в экосистеме или её элементах вне зависимости от того, за какой период она образовалась и накопилась. Первичная продукция биосферы Земли оценивается в 170 млрд. т, а вторичная – в 4 млрд. т сухого органического вещества в год. В климатических поясах среди природных экосистем преобладают те, которые получают энергию только от Солнца. К природным энергетически дотируемым (т.е. получающим дополнительную энергию) экосистемам относятся эстуарии, дельты и поймы рек, а также некоторые болота. К ним относятся также агроэкосистемы и аквакультуры, одновременно культивируемые человеком и получающие энергию Солнца. Особую категорию составляют промышленно-городские экосистемы, функционирующие с использованием только энергии топлива. Питание людей большей частью обеспечивается сельскохозяйственными культурами, занимающими около 10% площади суши. Всего человек потребляет около 0,2% первичной продукции Земли. Особенно трудно обеспечить население вторичной продукцией. В рацион человека должно входить не менее 30 г белков в день. Следовательно, увеличение биологической продуктивности экосистем и особенно вторичной продукции является одной из основных задач, стоящих перед человечеством. Многообразные изменения, происходящие в любом сообществе, относят к двум основным типам: циклические и поступательные.Периодически повторяющуюся динамику называют циклическими изменениями или флуктуациями, а направленную динамику именуют поступательной или развитием экосистем. Циклические изменения сообществ отражают суточную, сезонную и многолетнюю периодичность внешних условий и проявления эндогенных ритмов организмов.Многолетняя цикличность проявляется благодаря флуктуациям климата.Флюктуация (от лат. fluctuatio – колебания) – сравнительно краткосрочные изменения, когда сообщества без смены флористического состава отклоняются от некоего среднего состояния вследствие сезонных и погодных изменений климата, а также изменения динамики животного компонента экосистемы либо способов их использования.Поступательные изменения в экосистеме приводят в конечном итоге к смене одного биоценоза другим, с иным набором господствующих видов.Последовательная смена одного биоценоза другим называется экологической сукцессией . Последовательный ряд постепенно и закономерно сменяющих друг друга в сукцессии сообществ называетсясукцессионной серией . По Ф. Клементсону (1916), процесс сукцессии состоит из следующих этапов: 1. Возникновение не занятого жизнью участка. 2. Миграции на него различных организмов или их зачатков. 3. Приживание их на данном участке. 4. Конкуренции их между собой и вытеснение отдельных видов. 5. Преобразование живыми организмами местообитания, постепенной стабилизации условий и отношений. Сукцессии со сменой растительности могут быть первичными и вторичными.Первичной сукцессии называется процесс развития в смены экосистем на незаселённых ранее участках, начинающихся с их колонизации.Вторичная сукцессия – это восстановление экосистемы, когда-то уже существовавшей на данной территории. Вторичные сукцессии совершаются, как правило, быстрее и легче, чем первичные, так как в нарушенном местообитании сохраняется почвенный профиль, семена, зачатки и часть прежнего населения и прежних связей. Сукцессия завершается стадией, когда все виды экосистемы, размножаясь, сохраняют относительно постоянную численность и дальнейшей смены её состава не происходит. Такое равновесное состояние называют –климаксом , а экосистему –климаксовой . Способность экосистемы к самоподдержанию и саморегулированию называетсягомеостазом . Человек в конкурентной борьбе за выживание в природной окружающей среде начал строить свои искусственные антропогенные экосистемы.

Агроэкосистемы создаются человеком для повышения высокого урожая – чистой продукции автотрофов. Упрощение природного окружения человека, с экологических позиций очень опасно. Поэтому нельзя превращать весь ландшафт в агрохозяйственный, необходимо сохранять и умножать его многообразие, оставляя не тронутые заповедные участки, которые могли бы быть источником видов для восстанавливающихся и сукцессионных рядов сообщества.

Литература: 1. Коробкин В.И. и др. Экология. – М., 2003. с.130-150.2. Николайкин Н.И. и др. Экология. – М., 2004. с.155-163, 171-180.3. Аскарова М.А. Общая экология. – Алматы, 2004. с. 86-94.4. Степановских А.С. Общая экология. – М., 1999. с. 404-419.

Биологическая продуктивность экосистем.

Источник: методичка «Остров», лекция 4.

Ответ:

Автотрофные экосистемы, используя энергию Солнца, углекислый газ и минеральные вещества, производят различные органические вещества – древесину, листья, плоды, т.е. живую биомассу. Производительность экосистемы измеряется количеством органического вещества, которое создано за единицу времени на единице площади, и называется биологической продуктивностью.

Общая годовая продукция сухого органического вещества на планете составляет 150-200 миллиардов тонн. В океане образуется 1/3 этой продукции, на суше – 2/3. Почти вся чистая первичная продукция планеты служит для поддержания жизни гетеротрофов. Неиспользуемая консументами энергия запасается в их телах, в органических осадках водоемов, в гумусе почвы.

Различают первичную, валовую, чистую, вторичную продукцию сообществ.

Биологическая продукция измеряется количеством сухой или сырой массы органического вещества (растений), производимого в единицу времени на единицу площади (т/га в год, г/м 2 в день) или в энергетических единицах – эквивалентном числе джоулей.

Растения создают первичную продукцию , вторичная продукция сообществ (создается гетеротрофами) – прирост за единицу времени массы консументов.. Вторичную продукцию вычисляют отдельно для каждого трофического уровня, так как прирост массы на каждом из них происходит за счет энергии, поступающей с предыдущего уровня. Гетеротрофы живут за счет чистой первичной продукции сообщества.

Первичная продукция подразделяется на валовую первичную продукцию – количество вещества, создаваемого растениями за единицу времени при данной скорости фотосинтеза, то есть общая продукция фотосинтеза (расходуется на процессы жизнедеятельности, выделения, рост биомассы органического вещества), и чистую первичную продукцию – величина прироста растений (биомассы органического вещества).

При переходе с одного трофического уровня на другой, 90% энергии теряется. Поэтому количество вторичной биологической продукции в 20-50 раз меньше, чем первичной.

Продуктивность основных экосистем планеты показана в табл. 2 - 4.

Под биомассой понимают массу организма, организмов определенной группы, всего сообщества в целом или экосистемы. Под биомассой понимают всю живую органическую массу, которая содержится в экосистеме или ее элементах вне зависимости от того, за какой период она образовалась и накопилась. Различают фитомассу (массу живых растений), зоомассу, микробную массу, массу мертвого вещества. Также различают биомассу надземную, подземную, водную.

Таблица 2

Продуктивность экологических систем за год