هر سال، مردم منابع سیاره را بیشتر و بیشتر از بین می برند. جای تعجب نیست که اخیراً ارزیابی تعداد منابعی که یک بیوسنوز خاص می تواند فراهم کند اهمیت زیادی پیدا کرده است. امروزه بهره وری اکوسیستم هنگام انتخاب روش مدیریت از اهمیت تعیین کننده ای برخوردار است، زیرا امکان سنجی اقتصادی کار به طور مستقیم به میزان تولیدی که می توان به دست آورد بستگی دارد.
در اینجا سوالات اصلی دانشمندان امروزی وجود دارد:
- چه مقدار انرژی خورشیدی در دسترس است و چقدر توسط گیاهان جذب می شود، چگونه اندازه گیری می شود؟
- کدام انواع اکوسیستم ها پربازده ترین هستند و بیشترین تولید را دارند؟
- چه عواملی تولید اولیه را در سطح محلی و جهانی محدود می کند؟
- کارایی که گیاهان با آن انرژی را تبدیل می کنند چقدر است؟
- تفاوت بین کارایی چیستجذب، تولید تمیزتر و کارایی زیست محیطی؟
- چگونه اکوسیستم ها از نظر مقدار زیست توده یا حجم موجودات اتوتروف متفاوت هستند؟
- چه مقدار انرژی در دسترس مردم است و چقدر استفاده می کنیم؟
سعی می کنیم حداقل در چارچوب این مقاله به آنها پاسخ دهیم. ابتدا بیایید به مفاهیم اساسی بپردازیم. بنابراین، بهره وری یک اکوسیستم، فرآیند تجمع مواد آلی در حجم معینی است. چه موجوداتی مسئول این کار هستند؟
اتوتروف و هتروتروف
ما می دانیم که برخی از موجودات قادر به سنتز مولکول های آلی از پیش سازهای معدنی هستند. به آنها اتوتروف می گویند که به معنای "خود تغذیه" است. در واقع بهره وری اکوسیستم ها به فعالیت آنها بستگی دارد. از اتوتروف ها به عنوان تولیدکنندگان اولیه نیز یاد می شود. ارگانیسم هایی که قادر به تولید مولکول های آلی پیچیده از مواد معدنی ساده (آب، CO2) هستند، اغلب متعلق به کلاس گیاهان هستند، اما برخی از باکتری ها نیز همین توانایی را دارند. فرآیندی که در آن مواد آلی را سنتز می کنند سنتز فتوشیمیایی نامیده می شود. همانطور که از نام آن پیداست، فتوسنتز به نور خورشید نیاز دارد.
همچنین باید به مسیری که به نام کموسنتز معروف است اشاره کنیم. برخی از اتوتروف ها، عمدتاً باکتری های تخصصی، می توانند مواد مغذی معدنی را بدون دسترسی به نور خورشید به ترکیبات آلی تبدیل کنند. گروه های مختلفی از داروهای شیمیایی وجود داردباکتری های موجود در دریا و آب شیرین، و به ویژه در محیط هایی با محتوای بالای سولفید هیدروژن یا گوگرد رایج هستند. مانند گیاهان حاوی کلروفیل و سایر موجودات زنده که قادر به سنتز فتوشیمیایی هستند، موجودات شیمیایی شیمیایی اتوتروف هستند. با این حال، بهره وری اکوسیستم بیشتر فعالیت پوشش گیاهی است، زیرا این او است که مسئول تجمع بیش از 90٪ مواد آلی است. شیموسنتز نقش نامتناسبی کمتری در این امر ایفا می کند.
در همین حال، بسیاری از موجودات زنده تنها با خوردن موجودات دیگر می توانند انرژی مورد نیاز خود را به دست آورند. به آنها هتروتروف می گویند. در اصل، اینها شامل همه گیاهان یکسان (همچنین مواد آلی آماده را "می خورند")، حیوانات، میکروب ها، قارچ ها و میکروارگانیسم ها را شامل می شود. هتروتروف ها را "مصرف کننده" نیز می نامند.
نقش گیاهان
به عنوان یک قاعده، کلمه "بازده" در این مورد به توانایی گیاهان برای ذخیره مقدار معینی از مواد آلی اشاره دارد. و این تعجب آور نیست، زیرا فقط موجودات گیاهی می توانند مواد معدنی را به مواد آلی تبدیل کنند. بدون آنها، خود حیات در سیاره ما غیرممکن خواهد بود و بنابراین بهره وری اکوسیستم از این موقعیت در نظر گرفته می شود. به طور کلی، سوال بسیار ساده است: بنابراین گیاهان چقدر مواد آلی می توانند ذخیره کنند؟
کدام بیوسنوزها پربازده هستند؟
به اندازه کافی عجیب است، اما بیوسنوزهای ساخته شده توسط انسان بسیار بازدهی ندارند. جنگل ها، باتلاق ها، سلوای رودخانه های گرمسیری بزرگ در این زمینهبسیار جلوتر هستند. علاوه بر این، این بیوسنوزها هستند که مقدار زیادی از مواد سمی را خنثی می کنند که باز هم در نتیجه فعالیت انسان وارد طبیعت می شوند و همچنین بیش از 70٪ اکسیژن موجود در جو سیاره ما را تولید می کنند. به هر حال، در بسیاری از کتاب های درسی هنوز آمده است که اقیانوس های زمین پربازده ترین "سبد نان" هستند. به اندازه کافی عجیب است، اما این گفته بسیار دور از واقعیت است.
پارادوکس اقیانوس
آیا می دانید بهره وری بیولوژیکی اکوسیستم های دریاها و اقیانوس ها با چه چیزی مقایسه می شود؟ با نیمه بیابانی ها! حجم زیادی از زیست توده با این واقعیت توضیح داده می شود که این گستره های آبی هستند که بیشتر سطح سیاره را اشغال می کنند. بنابراین استفاده مکرر از دریاها به عنوان منبع اصلی مواد مغذی برای همه بشر در سال های آینده به سختی امکان پذیر است، زیرا امکان اقتصادی این امر بسیار کم است. با این حال، بهره وری پایین این نوع اکوسیستم به هیچ وجه از اهمیت اقیانوس ها برای زندگی همه موجودات نمی کاهد، بنابراین باید تا حد امکان از آنها محافظت کرد.
محیط‌بانان مدرن می‌گویند که امکانات زمین‌های کشاورزی به پایان نرسیده است و در آینده می‌توانیم برداشت‌های فراوان‌تری از آنها داشته باشیم. امیدهای ویژه ای به مزارع برنج است که می توانند مقدار زیادی ماده آلی با ارزش را به دلیل ویژگی های منحصر به فرد خود تولید کنند.
اطلاعات اساسی در مورد بهره وری سیستم های بیولوژیکی
بهره وری کلی اکوسیستمبا سرعت فتوسنتز و تجمع مواد آلی در یک بیوسنوز خاص تعیین می شود. به جرم مواد آلی که در واحد زمان ایجاد می شود، تولید اولیه می گویند. می توان آن را به دو صورت بیان کرد: یا در ژول، یا در توده خشک گیاهان. تولید ناخالص حجم آن است که توسط ارگانیسم‌های گیاهی در یک واحد زمان مشخص و با سرعت ثابتی از فرآیند فتوسنتز ایجاد می‌شود. لازم به یادآوری است که بخشی از این ماده به فعالیت حیاتی خود گیاهان می رود. مواد آلی باقی مانده، بهره وری اولیه خالص اکوسیستم است. این اوست که برای تغذیه هتروتروف ها، که شامل من و شما می شود، می رود.
آیا "حد بالایی" برای تولید اولیه وجود دارد؟
به طور خلاصه، بله. بیایید نگاهی اجمالی به کارآمد بودن فرآیند فتوسنتز در اصل داشته باشیم. به یاد بیاورید که شدت تابش خورشیدی که به سطح زمین می رسد به شدت به مکان بستگی دارد: حداکثر بازگشت انرژی مشخصه مناطق استوایی است. با نزدیک شدن به قطب ها به صورت تصاعدی کاهش می یابد. تقریباً نیمی از انرژی خورشیدی توسط یخ، برف، اقیانوس ها یا بیابان ها منعکس می شود و توسط گازهای موجود در جو جذب می شود. به عنوان مثال، لایه اوزون جو تقریباً تمام پرتوهای فرابنفش را جذب می کند! فقط نیمی از نوری که به برگ های گیاهان می زند در واکنش فتوسنتز استفاده می شود. بنابراین بهره وری بیولوژیکی اکوسیستم ها نتیجه تبدیل بخش ناچیزی از انرژی خورشید است!
تولید ثانویه چیست؟
بر این اساس محصولات ثانویه نامیده می شوندرشد مصرف کنندگان (یعنی مصرف کنندگان) برای یک دوره زمانی معین. البته بهره وری اکوسیستم تا حد بسیار کمتری به آنها بستگی دارد، اما این زیست توده است که مهمترین نقش را در زندگی انسان دارد. لازم به ذکر است که ارگانیک های ثانویه در هر سطح تغذیه ای به طور جداگانه محاسبه می شوند. بنابراین، انواع بهره‌وری اکوسیستم به دو نوع اولیه و ثانویه تقسیم می‌شوند.
نسبت تولید اولیه و ثانویه
همانطور که ممکن است حدس بزنید، نسبت زیست توده به کل توده گیاه نسبتاً پایین است. حتی در جنگل ها و باتلاق ها، این رقم به ندرت از 6.5٪ فراتر می رود. هر چه تعداد گیاهان علفی در جامعه بیشتر باشد، میزان تجمع مواد آلی بیشتر و اختلاف بیشتر است.
درباره سرعت و حجم تشکیل مواد آلی
به طور کلی، سرعت محدود تشکیل مواد آلی با منشاء اولیه کاملاً به وضعیت دستگاه فتوسنتزی گیاهان (PAR) بستگی دارد. حداکثر مقدار بازده فتوسنتز که در شرایط آزمایشگاهی به دست آمد، 12 درصد مقدار PAR است. در شرایط طبیعی، مقدار 5٪ بسیار بالا در نظر گرفته می شود و عملاً رخ نمی دهد. اعتقاد بر این است که جذب نور خورشید در زمین از 0.1٪ تجاوز نمی کند.
توزیع تولید اولیه
لازم به ذکر است که بهره وری اکوسیستم طبیعی در سراسر سیاره به شدت ناهموار است. مجموع جرم کل مواد آلی که سالانه بر روی آن تشکیل می شودسطح زمین، حدود 150-200 میلیارد تن است. آنچه را که در مورد بهره وری اقیانوس ها در بالا گفتیم به خاطر دارید؟ پس 2/3 این ماده در خشکی تشکیل می شود! فقط تصور کنید: حجم های غول پیکر و باورنکردنی هیدروسفر سه برابر کمتر از بخش کوچکی از زمین که بخش بزرگی از آن بیابان است، ماده آلی تشکیل می دهد!
بیش از 90 درصد مواد آلی انباشته شده در یک شکل یا شکل دیگر به عنوان غذا برای موجودات هتروتروف استفاده می شود. تنها بخش کوچکی از انرژی خورشیدی به شکل هوموس خاک (و همچنین نفت و زغال سنگ که حتی امروزه نیز در حال تشکیل هستند) ذخیره می شود. در قلمرو کشور ما افزایش تولید بیولوژیکی اولیه از 20 سنت در هکتار (نزدیک اقیانوس منجمد شمالی) تا بیش از 200 سنتنر در هکتار در قفقاز متغیر است. در مناطق بیابانی، این مقدار از 20 c/ha تجاوز نمی کند.
در اصل، در پنج قاره گرم جهان ما، شدت تولید عملاً یکسان است، تقریباً: در آمریکای جنوبی، به دلیل شرایط آب و هوایی عالی، پوشش گیاهی یک و نیم برابر ماده خشک بیشتری را جمع می کند. در آنجا بهره‌وری اکوسیستم‌های طبیعی و مصنوعی حداکثر است.
چه چیزی مردم را تغذیه می کند؟
تقریباً 1.4 میلیارد هکتار در سطح سیاره ما مزارع گیاهان زراعی است که غذای ما را تأمین می کنند. این تقریباً 10٪ از کل اکوسیستم های روی کره زمین است. به اندازه کافی عجیب، اما فقط نیمی از محصولات به دست آمده مستقیماً به غذای انسان می روند. هر چیز دیگری به عنوان غذای حیوانات خانگی استفاده می شود و می رودنیازهای تولید صنعتی (غیر مرتبط با تولید محصولات غذایی). دانشمندان مدت هاست که زنگ خطر را به صدا در آورده اند: بهره وری و زیست توده اکوسیستم های سیاره ما نمی تواند بیش از 50 درصد نیاز بشر به پروتئین را تامین کند. به زبان ساده، نیمی از جمعیت جهان در شرایط گرسنگی مزمن پروتئین زندگی می کنند.
Biocenoses-دارنده رکورد
همانطور که قبلاً گفتیم، جنگل های استوایی با بالاترین بهره وری مشخص می شوند. فقط در مورد آن فکر کنید: بیش از 500 تن ماده خشک می تواند در یک هکتار از چنین بیوسنوزیس بیافتد! و این دور از حد است. مثلاً در برزیل یک هکتار جنگل از 1200 تا 1500 تن (!) ماده آلی در سال تولید می کند! فقط فکر کنید: در هر متر مربع تا دو سانتی متر ماده آلی وجود دارد! در تندرا در همان منطقه، بیش از 12 تن تشکیل نمی شود، و در جنگل های کمربند میانی - در 400 تن. شرکت های کشاورزی در آن بخش ها به طور فعال از این استفاده می کنند: بهره وری یک اکوسیستم مصنوعی به شکل قند. مزرعه نیشکر که می تواند تا 80 تن ماده خشک در هکتار را انباشته کند، هیچ جای دیگری نمی تواند چنین محصولی را به صورت فیزیکی تولید کند. با این حال، خلیج اورینوکو و می سی سی پی، و همچنین برخی از مناطق چاد، تفاوت کمی با آنها دارند. در اینجا، به مدت یک سال، اکوسیستم ها تا 300 تن ماده در هر هکتار از سطح زمین را "تولید" می کنند!
نتایج
بنابراین ارزیابی بهره وری باید بر اساس ماده اولیه انجام شود. واقعیت این است که تولید ثانویه بیش از 10٪ از این مقدار نیست، ارزش آن بسیار نوسان می کند و بنابراین یک تجزیه و تحلیل دقیقاین شاخص به سادگی غیرممکن است.
