Mỗi năm một người ngày càng cạn kiệt tài nguyên của hành tinh. Không có gì đáng ngạc nhiên khi trong những năm gần đây, một đánh giá về bao nhiêu tài nguyên mà một hoặc một biocenosis khác có thể cung cấp có tầm quan trọng rất lớn. Ngày nay, năng suất hệ sinh thái là rất quan trọng khi lựa chọn phương pháp quản lý, vì tính khả thi về kinh tế của công việc phụ thuộc trực tiếp vào số lượng sản phẩm có thể thu được.
Dưới đây là những câu hỏi chính mà các nhà khoa học phải đối mặt ngày nay:
- Bao nhiêu năng lượng mặt trời có sẵn và bao nhiêu được đồng hóa bởi thực vật, nó được đo như thế nào?
- Những loại hệ sinh thái có năng suất cao nhất và cung cấp các sản phẩm chính nhất?
- Những yếu tố nào giới hạn số lượng sản xuất chính tại địa phương và trên toàn thế giới?
- Hiệu quả với năng lượng được chuyển đổi bởi các nhà máy là gì?
- Sự khác biệt giữa hiệu quả đồng hóa, sản xuất sạch và hiệu quả môi trường là gì?
- Làm thế nào để hệ sinh thái khác nhau về sinh khối hoặc sinh vật tự dưỡng?
- Bao nhiêu năng lượng có sẵn cho mọi người và chúng ta sử dụng bao nhiêu?
Chúng tôi sẽ cố gắng trả lời ít nhất một phần trong khuôn khổ bài viết này. Đầu tiên, hãy đối phó với các khái niệm cơ bản. Vì vậy, năng suất hệ sinh thái là quá trình tích lũy chất hữu cơ trong một khối lượng nhất định. Những sinh vật chịu trách nhiệm cho công việc này?
Autotrophs và heterotrophs
Chúng ta biết rằng một số sinh vật có khả năng tổng hợp các phân tử hữu cơ từ tiền chất vô cơ. Chúng được gọi là autotrophs, có nghĩa là "tự ăn". Trên thực tế, năng suất của hệ sinh thái phụ thuộc vào hoạt động của họ. Autotrophs cũng được gọi là nhà sản xuất chính. Các sinh vật có thể tạo ra các phân tử hữu cơ phức tạp từ các chất vô cơ đơn giản (nước, CO2) thường thuộc về lớp thực vật, nhưng một số vi khuẩn có khả năng tương tự. Quá trình họ tổng hợp chất hữu cơ được gọi là tổng hợp quang hóa. Như tên của nó, quang hợp đòi hỏi ánh sáng mặt trời.
Chúng ta cũng phải đề cập đến con đường được gọi là tổng hợp hóa học. Một số tự dưỡng, chủ yếu là vi khuẩn chuyên dụng, có thể chuyển đổi các chất dinh dưỡng vô cơ thành các hợp chất hữu cơ mà không cần tiếp cận với ánh sáng mặt trời. Có một số nhóm vi khuẩn hóa tổng hợp trong biển và nước ngọt, và chúng đặc biệt phổ biến trong môi trường có hàm lượng hydro sunfua hoặc lưu huỳnh cao. Giống như thực vật mang diệp lục và các sinh vật khác có khả năng tổng hợp quang hóa, các sinh vật tổng hợp hóa học là tự dưỡng. Tuy nhiên, năng suất của một hệ sinh thái nhiều khả năng được gọi là hoạt động của thảm thực vật, vì nó chịu trách nhiệm cho sự tích lũy của hơn 90% chất hữu cơ. Tổng hợp hóa học đóng một vai trò nhỏ hơn hoàn toàn trong việc này.
Trong khi đó, nhiều sinh vật có thể nhận được năng lượng cần thiết chỉ bằng cách ăn các sinh vật khác. Chúng được gọi là dị dưỡng. Về nguyên tắc, chúng bao gồm tất cả các loại thực vật giống nhau (chúng cũng ăn thịt các chất hữu cơ đã hoàn thành), động vật, vi khuẩn, nấm và vi sinh vật. Heterotrophs cũng được gọi là "người tiêu dùng."
Vai trò của thực vật
Theo quy định, từ "năng suất" trong trường hợp này đề cập đến khả năng của thực vật lưu trữ một lượng chất hữu cơ nhất định. Và điều này không đáng ngạc nhiên, vì chỉ có các sinh vật thực vật có thể chuyển đổi các chất vô cơ thành hữu cơ. Không có chúng, sự sống trên hành tinh của chúng ta sẽ là không thể, và do đó năng suất của hệ sinh thái được nhìn từ góc độ này. Nói chung, câu hỏi được đặt ra cực kỳ đơn giản: vậy khối lượng chất hữu cơ nào thực vật có thể lưu trữ?
Biocenoses nào năng suất cao nhất?
Đủ kỳ lạ, nhưng biocenoses do con người tạo ra là xa năng suất cao nhất. Rừng rậm, đầm lầy, selva của những con sông nhiệt đới lớn về vấn đề này vượt xa chúng. Ngoài ra, chính các biocenoses này trung hòa một lượng lớn chất độc hại, một lần nữa, rơi vào tự nhiên do hoạt động của con người, và cũng tạo ra hơn 70% oxy có trong bầu khí quyển của hành tinh chúng ta. Nhân tiện, nhiều sách giáo khoa vẫn cho rằng các đại dương trên Trái đất là loại hạt granal hiệu quả nhất. Đủ kỳ lạ, nhưng tuyên bố này là rất xa sự thật.
Nghịch lý đại dương
Bạn có biết năng suất sinh học của các hệ sinh thái của biển và đại dương được so sánh với? Với bán sa mạc! Khối lượng sinh khối lớn được giải thích bởi thực tế rằng đó là những vùng nước chiếm phần lớn bề mặt hành tinh. Vì vậy, việc sử dụng biển được dự đoán nhiều lần là nguồn dinh dưỡng chính cho toàn nhân loại trong những năm tới là khó có thể, vì tính khả thi về kinh tế của việc này là cực kỳ thấp. Tuy nhiên, năng suất thấp của loại hệ sinh thái này không làm giảm đi tầm quan trọng của đại dương đối với sự sống của tất cả các sinh vật, vì vậy chúng phải được bảo vệ cẩn thận nhất có thể.
Các nhà sinh thái học hiện đại nói rằng khả năng của đất nông nghiệp không còn nhiều, và trong tương lai chúng ta sẽ có thể có được nhiều cây trồng hơn từ chúng. Hy vọng đặc biệt được đặt trên các cánh đồng lúa, có thể cung cấp một lượng lớn chất hữu cơ có giá trị do các đặc tính độc đáo của chúng.
Năng suất sinh học
Nói chung, năng suất hệ sinh thái được xác định bởi tốc độ quang hợp và sự tích lũy các chất hữu cơ trong một biocenosis cụ thể. Khối lượng chất hữu cơ được tạo ra trên một đơn vị thời gian được gọi là sản xuất chính. Nó có thể được thể hiện theo hai cách: hoặc trong Joules, hoặc trong khối khô của thực vật. Tổng sản lượng được gọi là khối lượng của nó, được tạo ra bởi các sinh vật thực vật trong một đơn vị thời gian nhất định, với tốc độ quang hợp không đổi. Cần nhớ rằng một phần của chất này sẽ đi vào hoạt động sống còn của chính cây. Các chất hữu cơ còn lại sau đây là năng suất chính của hệ sinh thái. Chính cô ấy là người nuôi dưỡng dị năng, trong số đó chúng tôi nằm trong số các bạn.
Có một giới hạn trên trên đường cao cấp cho sản xuất chính?
Tóm lại, vâng. Chúng ta hãy xem xét ngắn gọn về nguyên tắc quang hợp có hiệu quả như thế nào. Hãy nhớ rằng cường độ bức xạ mặt trời tới bề mặt trái đất phụ thuộc nhiều vào vị trí: sự hồi năng lượng tối đa là đặc trưng của các vùng xích đạo. Nó giảm theo cấp số nhân khi nó tiếp cận các cực. Khoảng một nửa năng lượng mặt trời được phản ánh bởi băng, tuyết, đại dương hoặc sa mạc, được hấp thụ bởi các khí trong khí quyển. Ví dụ, một lớp ozone trong khí quyển hấp thụ gần như tất cả các bức xạ cực tím! Chỉ một nửa ánh sáng đi vào lá cây được sử dụng trong phản ứng quang hợp. Vì vậy, năng suất sinh học của các hệ sinh thái là kết quả của việc chuyển đổi một phần không đáng kể của năng lượng mặt trời!
Sản phẩm thứ cấp là gì?
Theo đó, sản phẩm thứ cấp được gọi là sự tăng trưởng của người tiêu dùng (nghĩa là người tiêu dùng) trong một khoảng thời gian nhất định. Tất nhiên, năng suất hệ sinh thái phụ thuộc vào chúng ở mức độ thấp hơn nhiều, nhưng chính sinh khối này đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống của con người. Cần lưu ý rằng các chất hữu cơ thứ cấp được tính riêng ở mỗi cấp độ danh hiệu. Do đó, các loại năng suất hệ sinh thái được chia thành hai loại: sơ cấp và thứ cấp.
Tỷ lệ sản phẩm sơ cấp và thứ cấp
Như bạn có thể đoán, tỷ lệ sinh khối trên tổng khối lượng thực vật là tương đối nhỏ. Ngay cả trong rừng rậm và đầm lầy, chỉ số này hiếm khi vượt quá 6, 5%. Càng nhiều cây thân thảo trong cộng đồng, tốc độ tích lũy chất hữu cơ càng cao và sự khác biệt càng lớn.
Về tốc độ và khối lượng hình thành các chất hữu cơ
Nhìn chung, tốc độ giới hạn hình thành chất hữu cơ có nguồn gốc chính phụ thuộc hoàn toàn vào trạng thái của bộ máy quang hợp của thực vật (PAR). Giá trị tối đa của hiệu quả quang hợp, đạt được trong điều kiện phòng thí nghiệm, là 12% giá trị cải cách hành chính. Trong điều kiện tự nhiên, giá trị 5% được coi là cực kỳ cao và thực tế không xảy ra. Người ta tin rằng trên Trái đất, sự đồng hóa của ánh sáng mặt trời không vượt quá 0, 1%.
Phân phối sản phẩm chính
Cần lưu ý rằng năng suất của hệ sinh thái tự nhiên là vô cùng không đồng đều trên quy mô toàn cầu. Tổng khối lượng của tất cả các chất hữu cơ, được hình thành hàng năm trên bề mặt Trái đất, là khoảng 150-200 tỷ tấn. Hãy nhớ những gì chúng ta đã nói về năng suất đại dương ở trên? Vì vậy, 2/3 chất này được hình thành trên đất liền! Chỉ cần tưởng tượng: khối lượng khổng lồ, đáng kinh ngạc của thủy quyển hình thành vật chất hữu cơ ít hơn ba lần so với phần đất ít ỏi, một phần đáng kể là sa mạc!
Hơn 90% các chất hữu cơ tích lũy ở dạng này hay dạng khác được ăn bởi các sinh vật dị dưỡng. Chỉ một phần không đáng kể của năng lượng mặt trời được lưu trữ dưới dạng mùn đất (cũng như dầu và than, sự hình thành của nó thậm chí còn diễn ra ngày nay). Ở nước ta, sự gia tăng sản xuất sinh học sơ cấp thay đổi từ 20 c / ha (gần Bắc Băng Dương) đến hơn 200 c / ha ở vùng Kavkaz. Ở những vùng sa mạc, giá trị này không vượt quá 20 kg / ha.
Về nguyên tắc, trên năm lục địa ấm áp của thế giới chúng ta, cường độ sản xuất thực tế là như nhau, gần như: ở Nam Mỹ, thảm thực vật tích lũy vật chất khô gấp rưỡi, do điều kiện khí hậu tuyệt vời. Ở đó năng suất của hệ sinh thái tự nhiên và nhân tạo là tối đa.
Những gì cung cấp dinh dưỡng cho mọi người?
Khoảng 1, 4 tỷ ha đang bị chiếm đóng trên bề mặt hành tinh của chúng ta bởi các đồn điền trồng cây nhân tạo cung cấp cho chúng ta thực phẩm. Đây là khoảng 10% của tất cả các hệ sinh thái trên hành tinh. Đủ kỳ lạ, nhưng chỉ một nửa sản lượng đi trực tiếp đến mọi người. Mọi thứ khác được sử dụng làm thức ăn cho vật nuôi và đi đến nhu cầu sản xuất công nghiệp (không liên quan đến sản xuất thực phẩm). Các nhà khoa học đã gióng lên hồi chuông cảnh báo từ lâu: năng suất và sinh khối của các hệ sinh thái trên hành tinh của chúng ta có thể cung cấp không quá 50% nhu cầu của con người đối với protein. Nói một cách đơn giản, một nửa dân số thế giới sống trong điều kiện đói protein kinh niên.
Ghi lại biocenoses
Như chúng ta đã nói, rừng xích đạo được đặc trưng bởi năng suất cao nhất. Chỉ cần nghĩ về nó: một ha biocenosis như vậy có thể chiếm hơn 500 tấn chất khô! Và điều này là xa giới hạn. Ở Brazil, chẳng hạn, một ha rừng sản xuất từ 1200 đến 1500 tấn (!) Chất hữu cơ mỗi năm! Chỉ cần nghĩ: lên đến hai phần trăm chất hữu cơ trên một mét vuông! Ở vùng lãnh nguyên trên cùng một khu vực, không có hơn 12 tấn được hình thành và trong các khu rừng ở khu vực giữa - trong phạm vi 400 tấn. Các doanh nghiệp nông nghiệp ở những nơi đó đang tích cực sử dụng điều này: năng suất của hệ sinh thái nhân tạo dưới dạng một cánh đồng mía, có thể tích lũy tới 80 tấn chất khô trên mỗi ha, không nơi nào khác có thể mang lại năng suất như vậy. Tuy nhiên, vịnh Orinoco, Mississippi và một số khu vực của Chad hơi khác so với chúng. Ở đây, trong hơn một năm, các hệ sinh thái đã cung cấp cho ra tới 300 tấn vật chất trên một ha đất!
