Svake godine ljudi sve više iscrpljuju resurse planeta. Nije iznenađujuće da je u posljednje vrijeme procjena koliko resursa može pružiti određena biocenoza postala od velike važnosti. Danas je produktivnost ekosustava od presudne važnosti pri odabiru načina upravljanja, budući da ekonomska isplativost posla izravno ovisi o količini proizvodnje koja se može dobiti.
Evo glavnih pitanja s kojima se znanstvenici danas suočavaju:
- Koliko je sunčeve energije dostupno i koliko biljke asimiliraju, kako se to mjeri?
- Koje vrste ekosustava su najproduktivnije i proizvode najprimarniju proizvodnju?
- Koji čimbenici ograničavaju primarnu proizvodnju lokalno i globalno?
- Koja je učinkovitost s kojom postrojenja pretvaraju energiju?
- Koje su razlike između učinkovitostiasimilacija, čistija proizvodnja i ekološka učinkovitost?
- Kako se ekosustavi razlikuju u količini biomase ili volumenu autotrofnih organizama?
- Koliko je energije dostupno ljudima i koliko koristimo?
Nastojat ćemo barem djelomično odgovoriti na njih u okviru ovog članka. Prvo, pozabavimo se osnovnim pojmovima. Dakle, produktivnost ekosustava je proces nakupljanja organske tvari u određenom volumenu. Koji su organizmi odgovorni za ovaj rad?
Autotrofi i heterotrofi
Znamo da su neki organizmi sposobni sintetizirati organske molekule iz anorganskih prekursora. Zovu se autotrofi, što znači "samohrane". Zapravo, produktivnost ekosustava ovisi o njihovim aktivnostima. Autotrofi se također nazivaju primarnim proizvođačima. Organizmi koji su u stanju proizvesti složene organske molekule iz jednostavnih anorganskih tvari (voda, CO2) najčešće pripadaju klasi biljaka, ali istu sposobnost imaju i neke bakterije. Proces kojim oni sintetiziraju organske tvari naziva se fotokemijska sinteza. Kao što ime govori, fotosinteza zahtijeva sunčevu svjetlost.
Trebamo spomenuti i put poznat kao kemosinteza. Neki autotrofi, uglavnom specijalizirane bakterije, mogu pretvoriti anorganske hranjive tvari u organske spojeve bez pristupa sunčevoj svjetlosti. Postoji nekoliko skupina kemosintetikabakterije u moru i slatkoj vodi, a posebno su česte u sredinama s visokim udjelom sumporovodika ili sumpora. Poput biljaka koje nose klorofil i drugih organizama sposobnih za fotokemijsku sintezu, kemosintetski organizmi su autotrofi. Međutim, produktivnost ekosustava prije je aktivnost vegetacije, jer je ona odgovorna za akumulaciju više od 90% organske tvari. Kemosinteza igra nesrazmjerno manju ulogu u tome.
U međuvremenu, mnogi organizmi mogu dobiti energiju koja im je potrebna samo jedući druge organizme. Zovu se heterotrofi. U principu, to uključuje sve iste biljke (one također "jedu" gotovu organsku tvar), životinje, mikrobe, gljive i mikroorganizme. Heterotrofi se također nazivaju "potrošači".
Uloga biljaka
U pravilu se riječ "produktivnost" u ovom slučaju odnosi na sposobnost biljaka da pohrane određenu količinu organske tvari. I to nije iznenađujuće, jer samo biljni organizmi mogu pretvoriti anorganske tvari u organske. Bez njih, sam život na našem planetu bio bi nemoguć, pa se s ove pozicije razmatra produktivnost ekosustava. Općenito, pitanje je krajnje jednostavno: koliko organske tvari mogu pohraniti biljke?
Koje su biocenoze najproduktivnije?
Čudno, ali biocenoze koje je napravio čovjek daleko su od toga da su najproduktivnije. Džungle, močvare, selva velikih tropskih rijeka u tom pogledusu daleko ispred. Osim toga, upravo te biocenoze neutraliziraju ogromnu količinu otrovnih tvari, koje opet ulaze u prirodu kao rezultat ljudske aktivnosti, a također proizvode više od 70% kisika sadržanog u atmosferi našeg planeta. Inače, u mnogim udžbenicima se još uvijek navodi da su Zemljini oceani najproduktivniji „korpa za kruh“. Čudno, ali ova izjava je jako daleko od istine.
Oceanski paradoks
Znate li s čime se uspoređuje biološka produktivnost ekosustava mora i oceana? S polupustinjama! Velike količine biomase objašnjavaju se činjenicom da vodena prostranstva zauzimaju većinu površine planeta. Stoga je višestruko predviđano korištenje mora kao glavnog izvora hranjivih tvari za cijelo čovječanstvo u nadolazećim godinama teško moguće, budući da je ekonomska izvedivost toga iznimno niska. Međutim, niska produktivnost ove vrste ekosustava ni na koji način ne umanjuje važnost oceana za život svih živih bića, pa ih treba što pažljivije zaštititi.
Suvremeni ekolozi kažu da su mogućnosti poljoprivrednog zemljišta daleko od iscrpljenosti, a od njih ćemo u budućnosti moći dobivati obilnije žetve. Posebne nade polažu se u rižina polja koja zbog svojih jedinstvenih karakteristika mogu proizvesti ogromnu količinu vrijedne organske tvari.
Osnovne informacije o produktivnosti bioloških sustava
Ukupna produktivnost ekosustavaodređena je brzinom fotosinteze i nakupljanja organskih tvari u određenoj biocenozi. Masa organske tvari koja nastaje u jedinici vremena naziva se primarna proizvodnja. Može se izraziti na dva načina: ili u džulima, ili u suhoj masi biljaka. Bruto proizvodnja je njezin volumen koji biljni organizmi stvaraju u određenoj jedinici vremena, uz konstantnu stopu procesa fotosinteze. Treba imati na umu da će dio ove tvari ići na vitalnu aktivnost samih biljaka. Preostala organska tvar je neto primarna produktivnost ekosustava. Ona je ta koja ide hraniti heterotrofe, među kojima smo ti i ja.
Postoji li "gornja granica" primarne proizvodnje?
Ukratko, da. Pogledajmo na brzinu koliko je u principu učinkovit proces fotosinteze. Podsjetimo da intenzitet sunčevog zračenja koje doseže Zemljinu površinu uvelike ovisi o lokaciji: maksimalni povrat energije karakterističan je za ekvatorijalne zone. Eksponencijalno se smanjuje kako se približava polovima. Otprilike polovicu sunčeve energije reflektiraju led, snijeg, oceani ili pustinje, a apsorbiraju je plinovi u atmosferi. Na primjer, ozonski omotač atmosfere apsorbira gotovo sve ultraljubičasto zračenje! U reakciji fotosinteze koristi se samo polovica svjetlosti koja pada na lišće biljaka. Dakle, biološka produktivnost ekosustava rezultat je pretvaranja neznatnog dijela sunčeve energije!
Što je sekundarna proizvodnja?
Prema tome se nazivaju sekundarni proizvodirast potrošača (odnosno potrošača) za određeno vremensko razdoblje. Naravno, produktivnost ekosustava ovisi o njima u puno manjoj mjeri, ali upravo ta biomasa igra najvažniju ulogu u ljudskom životu. Treba napomenuti da se sekundarne organske tvari posebno izračunavaju na svakoj trofičkoj razini. Dakle, vrste produktivnosti ekosustava podijeljene su u dvije vrste: primarnu i sekundarnu.
Omjer primarne i sekundarne proizvodnje
Kao što možete pretpostaviti, omjer biomase i ukupne biljne mase je relativno nizak. Čak iu džungli i močvarama ova brojka rijetko prelazi 6,5%. Što je više zeljastih biljaka u zajednici, to je veća stopa akumulacije organske tvari i veća je razlika.
O brzini i volumenu stvaranja organskih tvari
Općenito, granična brzina stvaranja organske tvari primarnog podrijetla u potpunosti ovisi o stanju fotosintetskog aparata biljaka (PAR). Maksimalna vrijednost učinkovitosti fotosinteze, koja je postignuta u laboratorijskim uvjetima, iznosi 12% PAR vrijednosti. U prirodnim uvjetima, vrijednost od 5% smatra se iznimno visokom i praktički se ne događa. Vjeruje se da na Zemlji asimilacija sunčeve svjetlosti ne prelazi 0,1%.
Primarna proizvodna distribucija
Treba napomenuti da je produktivnost prirodnog ekosustava krajnje neujednačena na cijelom planetu. Ukupna masa svih organskih tvari koja nastaje godišnje napovršine Zemlje, iznosi oko 150-200 milijardi tona. Sjećate se što smo gore rekli o produktivnosti oceana? Dakle, 2/3 ove tvari nastaje na kopnu! Zamislite samo: gigantski, nevjerojatni volumeni hidrosfere tvore tri puta manje organske tvari od sićušnog dijela kopna, čiji su veliki dio pustinje!
Više od 90% akumulirane organske tvari u ovom ili onom obliku koristi se kao hrana za heterotrofne organizme. Samo mali dio sunčeve energije pohranjuje se u obliku humusa tla (kao i nafte i ugljena koji se stvaraju i danas). Na teritoriju naše zemlje porast primarne biološke proizvodnje varira od 20 centi po hektaru (blizu Arktičkog oceana) do više od 200 centi po hektaru na Kavkazu. U pustinjskim područjima ova vrijednost ne prelazi 20 c/ha.
U principu, na pet toplih kontinenata našeg svijeta, intenzitet proizvodnje je praktički isti, gotovo: u Južnoj Americi vegetacija akumulira jedan i pol puta više suhe tvari, zbog izvrsnih klimatskih uvjeta. Tamo je produktivnost prirodnih i umjetnih ekosustava maksimalna.
Što hrani ljude?
Otprilike 1,4 milijarde hektara na površini našeg planeta su plantaže kultiviranih biljaka koje nam daju hranu. To je otprilike 10% svih ekosustava na planeti. Čudno, ali samo polovica dobivenih proizvoda ide izravno u ljudsku hranu. Sve ostalo se koristi kao hrana za kućne ljubimce i ide upotrebe industrijske proizvodnje (ne vezane uz proizvodnju prehrambenih proizvoda). Znanstvenici već dulje vrijeme alarmiraju: produktivnost i biomasa ekosustava našeg planeta ne mogu osigurati više od 50% potreba čovječanstva za proteinima. Jednostavno, polovica svjetske populacije živi u uvjetima kronične proteinske gladi.
Biocenoze-rekorderi
Kao što smo već rekli, ekvatorijalne šume karakterizira najveća produktivnost. Razmislite samo o tome: na jedan hektar takve biocenoze može pasti više od 500 tona suhe tvari! A ovo je daleko od granice. U Brazilu, primjerice, jedan hektar šume proizvodi od 1200 do 1500 tona (!) organske tvari godišnje! Pomislite samo: ima do dva centna organske tvari po kvadratnom metru! U tundri na istom području ne nastaje više od 12 tona, au šumama srednjeg pojasa - unutar 400 tona. Poljoprivredna poduzeća u tim dijelovima aktivno koriste ovo: produktivnost umjetnog ekosustava u obliku šećera polja trske, koja može akumulirati i do 80 tona suhe tvari po hektaru, nigdje drugdje ne može fizički proizvesti takve prinose. Međutim, zaljevi Orinoco i Mississippi, kao i neka područja Čada, malo se razlikuju od njih. Ovdje ekosustavi za godinu dana “odaju” i do 300 tona tvari po hektaru površine!
Rezultati
Dakle, evaluaciju produktivnosti treba provesti na temelju primarne tvari. Činjenica je da sekundarna proizvodnja nije više od 10% ove vrijednosti, njezina vrijednost jako varira, pa je stoga detaljna analizaovaj pokazatelj je jednostavno nemoguć.
