17.1A: Продуктивність екосистеми

Last updated
Save as PDF

Page ID: 5736

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Введення енергії

Тропічні регіони щодня і помірні регіони протягом вегетаційного періоду отримують від 8 000 до 10 000 кілокалорій (ккал) енергії щодня на кожному квадратному метрі (1 м ²) поверхні. Кілокалорія - це кількість тепла, необхідного для підігріву 1 кг води 1 градус Цельсія (° C). Оскільки все світло, захоплене фотосинтезом, в кінцевому підсумку виділяється як тепло, має сенс стежити за потоком енергії через екосистеми в одиницях тепла.

Наскільки ефективні рослини при перетворенні цієї енергії в органічні молекули?

Валова продуктивність

Валова продуктивність - це кількість енергії, що потрапила в органічну речовину протягом заданого інтервалу на заданому трофічному рівні.

У таблиці показано використання видимих сонячних променів рогозу болотного. Рослини захопили лише 2,2% енергії, що падає на них.

Фотосинтез	2,2%
Відображення	3.0
Випаровування (включаючи транспірацію і нагрів навколишнього середовища)	94,8
Всього	100.0%

Однак принаймні половина цього втрачається клітинним диханням, оскільки рослини запускають власний метаболізм.

Чиста продуктивність

Чиста продуктивність - це кількість енергії, захопленої в органічній речовині протягом заданого інтервалу на заданому трофічному рівні менше, ніж втрачається при диханні організмів на цьому рівні. Один із способів визначити це - зібрати і зважити рослинний матеріал, вироблений на 1 м ² землі за заданий проміжок. Один грам рослинної сировини (наприклад, стебел і листя), який в основному є вуглеводом, дає близько 4,25 ккал енергії при спалюванні (або вдиху).

У таблиці наведено репрезентативні значення чистої продуктивності різноманітних екосистем — як природних, так і керованих. Ці значення є лише наближеннями і піддаються вираженим коливанням через коливання температури, родючості та доступності води.

Орієнтовна чиста продуктивність деяких екосистем (у кілокалоріях/м ² /рік)
Помірний листяний ліс	5 000
Тропічний тропічний ліс	15 000
Високі трав'яні прерії	2 000
Пустеля	500
Прибережне болото	12 000
Океан близько до берега	2,500
Відкритий океан	800
Чисте (оліготрофне) озеро	800
Озеро в розвиненому стані евтрофікації	2 400
Сілвер-Спрінгс, Флорида	8 800
Поле люцерни (люцерни)	15 000
Кукурудза (кукурудза) поле, США	4 500
Рисові поля, Японія	5 500
Лоун, Вашингтон, округ Колумбія	6 800
Цукрова тростина, Гаваї	25 000

Що відбувається з чистою продуктивністю рослинної спільноти?

Деякі збирають рослиноїдні рослини, наприклад, комахи, олені. Часто це лише початок серії перетворень, коли вона проходить через низку гетеротрофів - які разом складають харчовий ланцюг.
Деякі споживаються організмами гниття, наприклад, грибами та бактеріями.
Деякі можуть зберігатися, наприклад, у зростаючому лісі або як торф у болоті.

А як щодо людей?

Люди, як і всі гетеротрофи, залежать від чистої продуктивності їжі як безпосередньо, оскільки ми споживаємо рослинну сировину (наприклад, рис, пшеницю, кукурудзу), так і опосередковано, коли ми їмо тварин, які самі харчуються рослинним матеріалом (птиця, велика рогата худоба, вівці тощо) та/або продукти тваринного походження (наприклад, молоко, яйце).

Ми також використовуємо чисту продуктивність землі для задоволення інших потреб, таких як:

дрова для палива
дерево та волокно (наприклад, бавовна, льон) для дому та одягу

Разом підраховано, що наш вид зараз привласнює близько 20% чистої продуктивності у світі для власного використання. Однак ця цифра затьмарює великі регіональні варіації, оцінки яких сягають 80% у Південній Центральній Азії до 6% у Південній Америці.

Ми також знижуємо чисту продуктивність нашої планети за рахунок інших видів діяльності, таких як

мощення землі під будівлі, дороги, автостоянки тощо.
спалювання лісів, щоб очистити їх для сільського господарства