Էկոհամակարգի կենսաբանական արտադրողականություն

2024 Հեղինակ: Henry Conors | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-02-12 08:40

Ամեն տարի մարդիկ ավելի ու ավելի են սպառում մոլորակի ռեսուրսները։ Զարմանալի չէ, որ վերջերս մեծ կարևորություն է ստացել գնահատելն այն մասին, թե կոնկրետ կենսացենոզը որքան ռեսուրսներ կարող է ապահովել: Այսօր էկոհամակարգի արտադրողականությունը որոշիչ նշանակություն ունի կառավարման եղանակ ընտրելիս, քանի որ աշխատանքի տնտեսական նպատակահարմարությունն ուղղակիորեն կախված է ստացվող արտադրանքի քանակից։

Ահա այն հիմնական հարցերը, որոնց առջև ծառացած են այսօր գիտնականները.

• Որքա՞ն է հասանելի արևային էներգիան և որքանն է յուրացվում բույսերի կողմից, ինչպե՞ս է այն չափվում:
• Էկոհամակարգերի ո՞ր տեսակներն են ամենաարդյունավետը և ամենաառաջնային արտադրությունն են արտադրում:
• Ի՞նչ գործոններ են սահմանափակում առաջնային արտադրությունը տեղական և գլոբալ մակարդակներում:
• Ի՞նչ արդյունավետությամբ են բույսերը փոխակերպում էներգիան:
• Որո՞նք են տարբերությունները արդյունավետության միջևձուլում, ավելի մաքուր արտադրություն և բնապահպանական արդյունավետությո՞ւն:
• Ինչպե՞ս են էկոհամակարգերը տարբերվում կենսազանգվածի քանակով կամ ավտոտրոֆ օրգանիզմների ծավալով:
• Որքա՞ն էներգիա է հասանելի մարդկանց և որքան ենք մենք օգտագործում:

Կփորձենք դրանց գոնե մասամբ պատասխանել այս հոդվածի շրջանակներում։ Նախ, եկեք զբաղվենք հիմնական հասկացությունների հետ: Այսպիսով, էկոհամակարգի արտադրողականությունը որոշակի ծավալով օրգանական նյութերի կուտակման գործընթացն է։ Ո՞ր օրգանիզմներն են պատասխանատու այս աշխատանքի համար:

Ավտոտրոֆներ և հետերոտրոֆներ

Մենք գիտենք, որ որոշ օրգանիզմներ ունակ են սինթեզել օրգանական մոլեկուլներ անօրգանական պրեկուրսորներից: Դրանք կոչվում են ավտոտրոֆներ, ինչը նշանակում է «ինքնասնուցող»։ Իրականում էկոհամակարգերի արտադրողականությունը կախված է նրանց գործունեությունից։ Ավտոտրոֆները կոչվում են նաև առաջնային արտադրողներ: Օրգանիզմները, որոնք ունակ են պարզ անօրգանական նյութերից (ջուր, CO2) արտադրել բարդ օրգանական մոլեկուլներ, ամենից հաճախ պատկանում են բույսերի դասին, սակայն որոշ բակտերիաներ ունեն նույն ունակությունը։ Գործընթացը, որով նրանք սինթեզում են օրգանական նյութեր, կոչվում է ֆոտոքիմիական սինթեզ։ Ինչպես անունն է հուշում, ֆոտոսինթեզը պահանջում է արևի լույս:

Պետք է նաև նշել քիմիոսինթեզ անունով հայտնի ուղին: Որոշ ավտոտրոֆներ, հիմնականում մասնագիտացված բակտերիաներ, կարող են անօրգանական սննդանյութերը վերածել օրգանական միացությունների՝ առանց արևի լույսի հասանելիության: Կան մի քանի խմբեր chemosyntheticբակտերիաներ ծովում և քաղցրահամ ջրերում, և դրանք հատկապես տարածված են ջրածնի սուլֆիդի կամ ծծմբի բարձր պարունակությամբ միջավայրերում: Ինչպես քլորոֆիլ կրող բույսերը և այլ օրգանիզմները, որոնք ունակ են ֆոտոքիմիական սինթեզման, քիմոսինթետիկ օրգանիզմները ավտոտրոֆներ են: Այնուամենայնիվ, էկոհամակարգի արտադրողականությունը ավելի շուտ բուսականության ակտիվությունն է, քանի որ հենց նա է պատասխանատու օրգանական նյութերի ավելի քան 90% կուտակման համար: Քիմոսինթեզը անհամաչափորեն ավելի փոքր դեր է խաղում դրանում:

Մինչդեռ շատ օրգանիզմներ կարող են ստանալ իրենց անհրաժեշտ էներգիան միայն ուտելով այլ օրգանիզմներ: Նրանք կոչվում են հետերոտրոֆներ: Սկզբունքորեն, դրանք ներառում են բոլոր նույն բույսերը (նրանք նաև «ուտում են» պատրաստի օրգանական նյութեր), կենդանիներ, մանրէներ, սնկեր և միկրոօրգանիզմներ: Հետերոտրոֆները կոչվում են նաև «սպառողներ»:

Բույսերի դերը

Որպես կանոն, «արտադրողականություն» բառն այս դեպքում վերաբերում է բույսերի որոշակի քանակությամբ օրգանական նյութեր կուտակելու կարողությանը։ Եվ դա զարմանալի չէ, քանի որ միայն բուսական օրգանիզմները կարող են անօրգանական նյութերը վերածել օրգանականի։ Առանց դրանց կյանքն ինքնին մեր մոլորակի վրա անհնար կլիներ, և, հետևաբար, էկոհամակարգի արտադրողականությունը դիտարկվում է այս դիրքից: Ընդհանուր առմամբ, հարցը չափազանց պարզ է. ուրեմն որքա՞ն օրգանական նյութ կարող են կուտակել բույսերը:

Ո՞ր կենսացենոզներն են առավել արդյունավետ:

Բավականին տարօրինակ է, բայց մարդու կողմից ստեղծված բիոցենոզները հեռու են ամենաարդյունավետը լինելուց: Ջունգլիներ, ճահիճներ, արևադարձային խոշոր գետերի սելվա այս առումովշատ առաջ են. Բացի այդ, հենց այս բիոցենոզներն են չեզոքացնում հսկայական քանակությամբ թունավոր նյութեր, որոնք կրկին մտնում են բնություն մարդու գործունեության արդյունքում, ինչպես նաև արտադրում են մեր մոլորակի մթնոլորտում պարունակվող թթվածնի ավելի քան 70% -ը: Ի դեպ, շատ դասագրքերում մինչ օրս նշվում է, որ Երկրի օվկիանոսներն ամենաարդյունավետ «հացի զամբյուղն» են։ Տարօրինակ է, բայց այս հայտարարությունը շատ հեռու է իրականությունից:

«Օվկիանոսի պարադոքս»

Գիտե՞ք, թե ինչի հետ է համեմատվում ծովերի և օվկիանոսների էկոհամակարգերի կենսաբանական արտադրողականությունը: Կիսաանապատներով! Կենսազանգվածի մեծ ծավալները բացատրվում են նրանով, որ հենց ջրային տարածքներն են զբաղեցնում մոլորակի մակերեսի մեծ մասը։ Այսպիսով, գալիք տարիներին ծովերի բազմիցս կանխատեսվող օգտագործումը որպես սննդանյութերի հիմնական աղբյուր ողջ մարդկության համար դժվար թե հնարավոր լինի, քանի որ դրա տնտեսական իրագործելիությունը չափազանց ցածր է: Այնուամենայնիվ, այս տեսակի էկոհամակարգի ցածր արտադրողականությունը ոչ մի կերպ չի նվազեցնում օվկիանոսների կարևորությունը բոլոր կենդանի էակների կյանքի համար, ուստի դրանք պետք է հնարավորինս զգույշ պաշտպանվեն:

Ժամանակակից բնապահպաններն ասում են, որ գյուղատնտեսական նշանակության հողերի հնարավորությունները շատ հեռու են սպառվելուց, և ապագայում մենք կկարողանանք դրանցից ավելի առատ բերք ստանալ։ Առանձնահատուկ հույսեր են դրվում բրնձի դաշտերի վրա, որոնք կարող են հսկայական քանակությամբ արժեքավոր օրգանական նյութեր արտադրել իրենց յուրահատուկ հատկանիշների շնորհիվ:

Հիմնական տեղեկատվություն կենսաբանական համակարգերի արտադրողականության մասին

Էկոհամակարգի ընդհանուր արտադրողականությունորոշվում է որոշակի կենսացենոզում ֆոտոսինթեզի և օրգանական նյութերի կուտակման արագությամբ: Օրգանական նյութերի զանգվածը, որն առաջանում է ժամանակի միավորի վրա, կոչվում է առաջնային արտադրություն։ Այն կարող է արտահայտվել երկու ձևով՝ կա՛մ ջոուլներով, կա՛մ բույսերի չոր զանգվածով։ Համախառն արտադրությունը դրա ծավալն է, որը ստեղծվել է բույսերի օրգանիզմների կողմից ժամանակի որոշակի միավորում, ֆոտոսինթեզի գործընթացի հաստատուն արագությամբ։ Պետք է հիշել, որ այս նյութի մի մասը կուղղվի հենց բույսերի կենսագործունեությանը: Մնացած օրգանական նյութերը էկոհամակարգի զուտ առաջնային արտադրողականությունն է: Հենց նա է գնում հետերոտրոֆներին կերակրելու, որոնց թվում ես և ես։

Կա՞ առաջնային արտադրության «վերին սահման»:

Մի խոսքով, այո։ Եկեք արագ նայենք, թե սկզբունքորեն որքանով է արդյունավետ ֆոտոսինթեզի գործընթացը: Հիշեցնենք, որ Երկրի մակերևույթին հասնող արևային ճառագայթման ինտենսիվությունը մեծապես կախված է տեղակայությունից. էներգիայի առավելագույն վերադարձը բնորոշ է հասարակածային գոտիներին: Բեւեռներին մոտենալուն զուգընթաց այն նվազում է։ Արեգակնային էներգիայի մոտավորապես կեսը արտացոլվում է սառույցի, ձյան, օվկիանոսների կամ անապատների կողմից և կլանում է մթնոլորտի գազերը: Օրինակ՝ մթնոլորտի օզոնային շերտը կլանում է գրեթե ողջ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթումը։ Բույսերի տերևներին դիպչող լույսի միայն կեսն է օգտագործվում ֆոտոսինթեզի ռեակցիայի մեջ: Այսպիսով, էկոհամակարգերի կենսաբանական արտադրողականությունը արևի էներգիայի աննշան մասի փոխակերպման արդյունք է:

Ի՞նչ է երկրորդական արտադրությունը:

Համապատասխանաբար երկրորդական արտադրատեսակները կոչվում ենսպառողների (այսինքն՝ սպառողների) աճը որոշակի ժամանակահատվածում։ Իհարկե, էկոհամակարգի արտադրողականությունը շատ ավելի քիչ չափով կախված է նրանցից, բայց հենց այս կենսազանգվածն է ամենակարեւոր դերը խաղում մարդու կյանքում։ Հարկ է նշել, որ երկրորդական օրգանական նյութերը հաշվարկվում են առանձին յուրաքանչյուր տրոֆիկ մակարդակում: Այսպիսով, էկոհամակարգի արտադրողականության տեսակները բաժանվում են երկու տեսակի՝ առաջնային և երկրորդային։

Առաջնային և երկրորդային արտադրության հարաբերակցություն

Ինչպես կարող եք կռահել, կենսազանգվածի և բույսերի ընդհանուր զանգվածի հարաբերակցությունը համեմատաբար ցածր է: Նույնիսկ ջունգլիներում և ճահիճներում այս ցուցանիշը հազվադեպ է գերազանցում 6,5%-ը։ Որքան շատ խոտաբույսեր կան համայնքում, այնքան բարձր է օրգանական նյութերի կուտակման արագությունը և այնքան մեծ է անհամապատասխանությունը։

Օրգանական նյութերի առաջացման արագության և ծավալի մասին

Ընդհանուր առմամբ, առաջնային ծագման օրգանական նյութերի առաջացման սահմանափակ արագությունը լիովին կախված է բույսերի ֆոտոսինթետիկ ապարատի վիճակից (PAR): Ֆոտոսինթեզի արդյունավետության առավելագույն արժեքը, որը ձեռք է բերվել լաբորատոր պայմաններում, PAR արժեքի 12%-ն է: Բնական պայմաններում 5% արժեքը համարվում է չափազանց բարձր և գործնականում չի առաջանում: Ենթադրվում է, որ Երկրի վրա արևի լույսի յուրացումը չի գերազանցում 0,1%-ը։

Արդյունքի առաջնային բաշխում

Հարկ է նշել, որ բնական էկոհամակարգի արտադրողականությունը չափազանց անհավասար է ամբողջ մոլորակի վրա։ Բոլոր օրգանական նյութերի ընդհանուր զանգվածը, որը ձևավորվում է տարեկանԵրկրի մակերեսը կազմում է մոտ 150-200 միլիարդ տոննա: Հիշո՞ւմ եք, թե ինչ ասացինք վերևում գտնվող օվկիանոսների արտադրողականության մասին: Այսպիսով, այս նյութի 2/3-ը ձևավորվում է ցամաքում: Պատկերացրե՛ք միայն.

Կուտակված օրգանական նյութերի ավելի քան 90%-ն այս կամ այն ձևով օգտագործվում է որպես հետերոտրոֆ օրգանիզմների սնունդ։ Արեգակնային էներգիայի միայն մի չնչին մասն է պահվում հողի հումուսի տեսքով (ինչպես նաև նավթի և ածուխի տեսքով, որոնք գոյանում են նույնիսկ այսօր)։ Մեր երկրի տարածքում կենսաբանական առաջնային արտադրության աճը տատանվում է 20 ցենտներից մեկ հեկտարից (Սառուցյալ օվկիանոսի մոտ) մինչև Կովկասում մեկ հեկտարից ավելի քան 200 ցենտներ։ Անապատային տարածքներում այդ արժեքը չի գերազանցում 20 ց/հա։

Սկզբունքորեն, մեր աշխարհի հինգ տաք մայրցամաքներում արտադրության ինտենսիվությունը գործնականում նույնն է, գրեթե. Հարավային Ամերիկայում բուսականությունը մեկուկես անգամ ավելի շատ չոր նյութ է կուտակում՝ հիանալի կլիմայական պայմանների պատճառով: Այնտեղ բնական և արհեստական էկոհամակարգերի արտադրողականությունը առավելագույնն է։

Ի՞նչն է կերակրում մարդկանց։

Մոտավորապես 1,4 միլիարդ հեկտարը մեր մոլորակի մակերեսի վրա մշակովի բույսերի պլանտացիաներ են, որոնք մեզ սնունդ են ապահովում: Սա մոլորակի բոլոր էկոհամակարգերի մոտավորապես 10%-ն է: Տարօրինակ է, բայց ստացված արտադրանքի միայն կեսն է ուղղակիորեն գնում մարդու սննդին: Մնացած ամեն ինչ օգտագործվում է որպես կենդանիների սնունդ և գնում է դեպիարդյունաբերական արտադրության կարիքները (կապված չեն պարենային ապրանքների արտադրության հետ). Գիտնականները վաղուց ահազանգում են՝ մեր մոլորակի էկոհամակարգերի արտադրողականությունն ու կենսազանգվածը կարող են ապահովել մարդկության սպիտակուցի կարիքների ոչ ավելի, քան 50%-ը։ Պարզ ասած՝ աշխարհի բնակչության կեսն ապրում է սպիտակուցային խրոնիկական սովի պայմաններում։

բիոցենոզներ-ռեկորդակիրներ

Ինչպես արդեն ասացինք, հասարակածային անտառները բնութագրվում են ամենաբարձր արտադրողականությամբ։ Պարզապես մտածեք դրա մասին. նման կենսացենոզի մեկ հեկտարի վրա կարող է ընկնել ավելի քան 500 տոննա չոր նյութ: Եվ սա հեռու է սահմանից: Բրազիլիայում, օրինակ, մեկ հեկտար անտառում տարեկան արտադրվում է 1200-ից 1500 տոննա (!) օրգանական նյութեր: Պարզապես մտածեք. մեկ քառակուսի մետրի համար կա մինչև երկու ցենտներ օրգանական նյութ: Նույն տարածքի տունդրայում ձևավորվում է ոչ ավելի, քան 12 տոննա, իսկ միջին գոտու անտառներում՝ 400 տոննայի սահմաններում: Այդ հատվածների գյուղատնտեսական ձեռնարկությունները ակտիվորեն օգտագործում են սա՝ արհեստական էկոհամակարգի արտադրողականությունը շաքարի տեսքով: եղեգնուտ դաշտը, որը մեկ հեկտարից կարող է կուտակել մինչև 80 տոննա չոր նյութ, ուրիշ ոչ մի տեղ ֆիզիկապես չի կարող նման բերք տալ։ Այնուամենայնիվ, Օրինոկոյի և Միսիսիպիի ծովածոցերը, ինչպես նաև Չադի որոշ շրջաններ քիչ են տարբերվում դրանցից։ Այստեղ մեկ տարվա ընթացքում էկոհամակարգերը մեկ հեկտար տարածքից «դուրս են տալիս» մինչև 300 տոննա նյութ։

Արդյունքներ

Այսպիսով, արտադրողականության գնահատումը պետք է իրականացվի առաջնային նյութի հիման վրա։ Փաստն այն է, որ երկրորդային արտադրությունը կազմում է ոչ ավելի, քան այս արժեքի 10% -ը, դրա արժեքը մեծապես տատանվում է, և, հետևաբար, մանրամասն վերլուծությունայս ցուցանիշը պարզապես անհնար է։