Чистая первичная продукция – Чистая первичная продукция — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Чистая первичная продукция — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Чистая первичная продукция
Cтраница 1
Чистая первичная продукция — биомасса, которая не расходуется на поддержание жизнедеятельности растений и в дальнейшем используется консументами и редуцентами, или накапливается в экосистеме. [1]
Накопленная в виде биомассы организмов-автотрофов чистая первичная продукция служит источником питания для представителей следующих трофических уровней. Потребители первичной продукции — консументы — образуют несколько ( обычно не более 3 — 4) трофических уровней. [2]
Линдемана: около 1 % чистой первичной продукции в энергетическом выражении потребляют позвоночные животные как консументы высших порядков, около 10 % — беспозвоночные как консументы низших порядков и оставшуюся часть — бактерии и грибы-сапрофаги. [3]
Оставшаяся часть созданной органической массы характеризует
До второго трофического уровня доходит только часть чистой первичной продукции. Некоторая ее часть ( Nu) не используется консументами первого порядка. Она может накапливаться или экспортироваться за пределы системы. [5]
Современное потребление продукции биосферы достигло 7 % чистой первичной продукции суши
Энергия, накопленная растениями в биомассе, составляет чистую первичную продукцию биогеоценоза. [7]
Экосистемы очень разнообразны по относительной скорости создания и расходования как чистой первичной продукции, так и чистой вторичной продукции на каждом трофическом уровне. [10]
На определяющее значение в круговороте веществ этих групп организмов указывает также баланс потребления чистой первичной продукции в естественных экосистемах. [11]
Важнейшим понятием, позволяющим осмыслить ограниченность ресурсов, которым и располагает человечество, является
Общее изменение с глубиной водоема валовой первичной продукции ( В1Щ), потерь на дыхание ( Д) и чистой первичной продукции ( ЧПП) Компенсационный горизонт ( глубина эвфотическои зоны) расположен на глубине ( Zeu), где ВПП уравновешивает Д и ЧПП равна нулю. [13]
Согласно [158], человек должен вернуться к собирательству и охоте ( чем занималась основная масса людей при потреблении допустимого размера потребления чистой первичной продукции
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Первичная продукция — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 6 мая 2018; проверки требует 1 правка. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 6 мая 2018; проверки требует 1 правка.
Понятие первичной продукции применяют не только относительно фотоавтотрофных организмов (то есть тех, что используют свет как источник энергии), но и хемоавтотрофов (то есть организмов, которые также создают органическое вещество, но за счет энергии, которую они получают, проводя окислительно-восстановительные реакции с простыми веществами, например, окисляя аммоний до нитрита, или сульфиды до сульфатов). К такому способу получения энергии способны только некоторые
ru.wikipedia.org
Первичная и вторичная продукция
Скорость, с которой продуценты экосистемы фиксируют солнечную энергию в химических связях синтезируемого органического вещества, определяет продуктивность сообществ. Органическую массу, создаваемую растениями за единицу времени, называют первичной продукцией
Валовая первичная продукция – количество вещества, создаваемого растениями за единицу времени при данной скорости фотосинтеза. Часть этой продукции идет на поддержание жизнедеятельности самих растений (траты на дыхание). Эта часть может быть достаточно большой. В тропических лесах и зрелых лесах умеренного пояса она составляет от 40 до 70 % валовой продукции. Планктонные водоросли используют на метаболизм около 40 % фиксируемой энергии. Такого же порядка траты на дыхание у большинства сельскохозяйственных культур. Оставшаяся часть созданной органической массы характеризует
Гетеротрофы, включаясь в трофические цепи, живут в конечном счете за счет чистой первичной продукции сообщества. В разных экосистемах они расходуют ее с разной полнотой. Если скорость изъятия первичной продукции в цепях питания отстает от темпов прироста растений, то это ведет к постепенному увеличению общей биомассы продуцентов. Под
Недостаточная утилизация продуктов опада в цепях разложения имеет следствием накопление в системе мертвого органического вещества, что происходит, например, при заторфовывании болот, зарастании мелководных водоемов, создании больших запасов подстилки в таежных лесах и т. п. Биомасса сообщества с уравновешенным круговоротом веществ остается относительно постоянной, так как практически вся первичная продукция тратится в цепях питания и разложения.
Правило пирамид
Экосистемы очень разнообразны по относительной скорости создания и расходования как первичной продукции, так и вторичной продукции на каждом трофическом уровне. Однако всем без исключения экосистемам свойственны определенные количественные соотношения первичной и вторичной продукции, получившие название правила пирамиды продукции: на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы, создаваемой за единицу времени, больше, чем на последующем. Графически это правило выражают в виде пирамид, суживающихся кверху и образованных поставленными друг на друга прямоугольниками равной высоты, длина которых соответствует масштабам продукции на соответствующих трофических уровнях. Пирамида продукции отражает законы расходования энергии в пищевых цепях.
Скорость создания органического вещества не определяет его суммарные запасы, т. е. общую биомассу всех организмов каждого трофического уровня. Наличная биомасса продуцентов или консументов в конкретных экосистемах зависит от того, как соотносятся между собой темпы накопления органического вещества на определенном трофическом уровне и передачи его на вышестоящий, т. е. насколько сильно выедание образовавшихся запасов. Немаловажную роль при этом играет скорость оборота генераций основных продуцентов и консументов.
Рис. 150. Пирамиды биомассы в некоторых биоценозах (по Ф. Дре, 1976): П – продуценты; РК – растительноядные консументы; ПК – плотоядные консументы; Ф – фитопланктон; 3 – зоопланктон
В большинстве наземных экосистем действует также правило пирамиды биомасс, т. е. суммарная масса растений оказывается больше, чем биомасса всех фитофагов и травоядных, а масса тех, в свою очередь, превышает массу всех хищников (рис. 150). Отношение годового прироста растительности к биомассе в наземных экосистемах сравнительно невелико. В разных фитоценозах, где основные продуценты различаются по длительности жизненного цикла, размерам и темпам роста, это соотношение варьирует от 2 до 76 %. Особенно низки темпы относительного прироста биомассы в лесах разных зон, где годовая продукция составляет лишь 2–6% от общей массы растений, накопленной в телах долгоживущих крупных деревьев. Даже в наиболее продуктивных дождевых тропических лесах эта величина не превышает 6,5 %. В сообществах с господством травянистых форм скорость воспроизводства биомассы гораздо выше: годовая продукция в степях составляет 41–55 %, а в травяных тугаях и эфемерно-кустарниковых полупустынях достигает даже 70–76 %.
Отношение первичной продукции к биомассе растений определяет те масштабы выедания растительной массы, которые возможны в сообществе без подрыва его продуктивности. Относительная доля потребляемой животными первичной продукции в травянистых сообществах выше, чем в лесах. Копытные, грызуны, насекомые-фитофаги в степях используют до 70 % годового прироста растений, тогда как в лесах в среднем не более 10 %. Однако возможные пределы отчуждения растительной массы животными в наземных сообществах не реализуются полностью и значительная часть ежегодной продукции поступает в опад.
В пелагиали океанов, где основными продуцентами являются одноклеточные водоросли с высокой скоростью оборота генераций, их годовая продукция в десятки и даже сотни раз может превышать запас биомассы (рис. 151). Вся чистая первичная продукция так быстро вовлекается в цепи питания, что накопление биомассы водорослей очень мало, но вследствие высоких темпов размножения небольшой их запас оказывается достаточным для поддержания скорости воссоздания органического вещества.
Рис. 151. Схема соотношения продукции и биомассы у бактерий (1), фитопланктона (2), зоопланктона (3), бентоса (4) и рыб (5) в Баренцевом море (по Л. А. Зенкевичу из С. А. Зернова, 1949)
Для океана правило пирамиды биомасс недействительно (пирамида имеет перевернутый вид). На высших трофических уровнях преобладает тенденция к накоплению биомассы, так как длительность жизни крупных хищников велика, скорость оборота их генераций, наоборот, мала и в их телах задерживается значительная часть вещества, поступающего по цепям питания.
В тех трофических цепях, где передача энергии происходит в основном через связи хищник – жертва, часто выдерживается правило пирамиды чисел: общее число особей, участвующих в цепях питания, с каждым звеном уменьшается. Это связано с тем, что хищники, как правило, крупнее объектов своего питания и для поддержания биомассы одного хищника нужно несколько или много жертв. Из этого правила могут быть и исключения – те редкие случаи, когда более мелкие хищники живут за счет групповой охоты на крупных животных. Правило пирамиды чисел было подмечено еще в 1927 г. Ч. Элтоном, который отметил также, что оно неприменимо к цепям питания паразитов, размеры которых с каждым звеном уменьшаются, а число особей возрастает.
Все три правила пирамид – продукции, биомассы и чисел – выражают в конечном счете энергетические отношения в экосистемах, и если два последних проявляются в сообществах с определенной трофической структурой, то первое (пирамида продукции) имеет универсальный характер.
Знание законов продуктивности экосистем, возможность количественного учета потока энергии имеют чрезвычайное практическое значение. Первичная продукция агроценозов и эксплуатации человеком природных сообществ – основной источник запасов пищи для человечества. Не менее важна и вторичная продукция, получаемая за счет сельскохозяйственных и промысловых животных, так как животные белки включают целый ряд незаменимых для людей аминокислот, которых нет в растительной пище. Точные расчеты потока энергии и масштабов продуктивности экосистем позволяют регулировать в них круговорот веществ таким образом, чтобы добиваться наибольшего выхода выгодной для человека продукции. Кроме того, необходимо хорошо представлять допустимые пределы изъятия растительной и животной биомассы из природных систем, чтобы не подорвать их продуктивность. Подобные расчеты обычно очень сложны из-за методических трудностей и точнее всего выполнены для более простых водных экосистем. Примером энергетических соотношений в конкретном сообществе могут послужить данные, полученные для экосистем одного из озер (табл. 2). Отношение П/Б отражает скорость прироста.
Таблица 2
Поток энергии в экосистеме эвтрофного озера (в кДж/м2) в среднем за вегетационный период (по Г. Г. Винбергу, 1969)
В данном водном сообществе действует правило пирамиды биомасс, так как общая масса продуцентов выше, чем фитофагов, а доля хищных, наоборот, меньше. Наивысшая продуктивность характерна для фито– и бактериопланктона. В исследованном озере отношения их П/Б довольно низки, что говорит об относительно слабом вовлечении первичной продукции в цепи питания. Биомасса бентоса, основу которой составляют крупные моллюски, почти вдвое больше биомассы планктона, тогда как продукция во много раз ниже. В зоопланктоне продукция нехищных видов лишь ненамного выше рациона их потребителей, следовательно, пищевые связи планктона достаточно напряжены. Вся продукция нехищных рыб составляет лишь около 0,5 % первичной продукции водоема, и, следовательно, рыбы занимают скромное место в потоке энергии в экосистеме озера. Тем не менее они потребляют значительную часть прироста зоопланктона и бентоса и, следовательно, оказывают существенное влияние на регулирование их продукции.
Описание потока энергии, таким образом, является фундаментом детального биологического анализа для установления зависимости конечных, полезных для человека продуктов от функционирования всей экологической системы в целом.
Похожие статьи:
poznayka.org
3.3. Продукция экосистемы. Первичная и вторичная продукция. Классификация сообществ по продуктивности.
Продуктивность экосистемы тесно связанна с потоком энергии, проходящим через нее. В каждой экосистеме только часть поступающей энергии накопляется в виде органических соединений. Скорость ассимиляции энергии называется продукцией, а величина продукции, отношение к единице площади экосистемы называется продуктивностью. Первичная продуктивность (Р) экосистемы определяется как скорость, с которой лучистая энергия усваивается продуцентами в процессе фото- и хемосинтеза накапливаясь в виде органических веществ, количество ее выражают в сырой или сухой фазе растений или энергетических единицах (ккал, Дж). Первичная продукция определяется общим потоком энергии через биотический компонент экосистем, а следовательно и биомасса живых организмов, которые могут существовать в биосистеме В создании первичной биологической продукции определяется возможностями фотосинтетического аппарата растений. Из общего количества лучевой энергии 44% составляет ФАР – фотосинтетически активная радиация т.е. свет по длине волны пригоден для фотосинтеза. Максимальная КПД фотосинтеза 10-12% ФАР, что является приблизительной половиной от теоретически возможного. По земному шару усвоение растениями солнечной энергии не превышает 0,1% из-за влияния на фотосинтез роста растений различных факторов: климатических, физических, химических.
В процессе производства органического вещества выделяют 4 последовательных уровня:
1 валовая первичная продуктивность – это общая продукция (В) фотосинтеза с учетом органических веществ, которые за время измерений были израсходованы на дыхание (Р).
2 чистая первичная продуктивность сообщества (Рчист) это — накапливание органического вещества в растительных тканях за вычетом органического вещества, которая израсходовалась на дыхание растений.
3 чистая продуктивность сообщества – это продукция накапливания органического вещества не потребленного гетеротрофами т.е. разность между чистой первичной продукцией и количеством органического вещества, потребленного гетеротрофами.
4 Вторичная продуктивность – накопление энергии на уровне консументов т.к. консументы используют ранее созданные питательные вещества часть из них расходуется на дыхание, а остальная часть на формирование тканей и органов (вторичную продукцию вычисляют отдельно для каждого проживающего уровня, т. к прирост массы для каждого из них происходит за счет энергии, поступающие предыдущем.
3.4. Гомеостаз и динамика экосистемы
Гомеостаз — способность биологических систем (организма, популяции и экосистем) противостоять изменениям и сохранять равновесие. Для управления экосистемами не требуется регуляция извне — это саморегулирующаяся система. Гомеостаз на экосистемном уровне обеспечен множеством управляющих механизмов, например, субсистема «хищник — жертва». Если рассматривать хищника и жертву как условно выделенные блоки — кибернитеческие системы, то управление между ними должно осуществляться посредством положительных и отрицательных связей. Положительная обратная связь «усиливает отклонение», например, увеличивает чрезмерно популяцию жертвы. Отрицательная обратная связь «уменьшает отклонение», например, ограничивает рост популяции жертвы за счет увеличения численности популяции хищников. Эта кибернетическая схема отлично иллюстрирует процесс коэволюции в системе «хищник-жертва», так как в этой «связке» развиваются и взаимные адаптационные процессы. Если в эту саморегулирующуюся систему не вмешиваются другие факторы (например, человек уничтожил хищника), то отрицательные и положительные связи будут сами уравновешиваться, в противном случае система погибнет. Иными словами, для существования экосистемы ее параметры не должны выходить за те пределы, когда уже невозможно восстановить равновесие между положительными и отрицательными связями.
Экологическое равновесие – это состояние экосистемы, при котором состав и продуктивность биотической части (растения, водоросли, бактерии, животные) в каждый конкретный момент времени наиболее полно соответствует абиотическим условиям (состав почвы, климат). Главной особенностью экологического равновесия является его подвижность.
Различают 2 типа подвижности равновесия:
обратимые изменения;
экологические сукцессии;
1.Обратимые изменения в экосистеме – это изменения экосистемы в течение года при колебаниях климата и изменения, связанные с ролью некоторых видов живых организмов в зависимости от ритма их жизненного цикла (смена времени года, зимняя спячка, перелёт птиц, растения в стадии семян). При этом видовой состав экосистемы сохраняется, она лишь подстраивается к колебаниям внешних и внутренних факторов.
Экологические сукцессии или закон сукцессионного замедления — это последовательная смена экосистем при постепенном изменении условий среды. При этом изменяется состав живых организмов, отдельные виды выбывают из экосистемы, а иные её пополняют, и соответственно изменяется продуктивность экосистемы. При резких изменениях условий среды (пожар, разлив нефти) – экологическое равновесие нарушается.
studfiles.net
Чистая первичная продукция — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3
Чистая первичная продукция
Cтраница 3
На своем значительном протяжении пути вещества и энергии в сообществах совпадают, причем в обоих случаях системе редуцентов принадлежит решающая — роль. Углерод, например, включается в трофическую структуру сообщества путем фиксации молекулы СС2 в процессе фотосинтеза. Если он вошел в чистую первичную продукцию, то становится доступным для потребления в качестве компонента сахара, жира, белка или очень часто целлюлозы. Он проходит такой же путь, что и энергия, последовательно потребляясь, выделяясь с фекалиями, ассимилируясь и, возможно, входя в состав вторичной продукции одной из трофических групп. Когда молекула, включающая этот углерод, используется в конце концов для совершения работы, ее энергия теряется в виде тепла, а углерод вновь поступает в атмосферу в виде СОг — продукта тканевого дыхания. Здесь пути энергии и углерода ( или других биогенных элементов) расходятся. [31]
Скорость накопления вещества экологической системой за вычетом того вещества, которое израсходовано на дыхание, образует фактическую, или чистую первичную, продуктивность сообщества. Чистая первичная продукция оказывается доступной консументам — растительноядным организмам и через них — плотоядным. Они тоже образуют органическое вещество за счет чистой первичной продукции, но сами создавать органику из неорганического вещества они не могут. Продуктивность ( и продукция) консументов носит название вторичной продуктивности. [32]
Для того чтобы человек вернулся в состояние равновесия с природой, необходимо, прежде всего, осознать место человека ( как биологического вида) в биосфере, его природное предназначение. Человек не является царем природы, ее хозяином. Согласно Горшкову [35], все консументы ( потребители чистой первичной продукции) могут быть разбиты на 3 группы в зависимости от своих размеров. Первая группа размерами от 10 — 6 до 10 — 4 м ( бактерии, грибы-сапрофаги) потребляет около 90 % чистой первичной продукции. Вторая группа ( беспозвоночные) с размерами от 10 — 4 до 10 — 2 м потребляет около 10 % чистой первичной продукции. Третья группа с размерами от 10 — 2 до 1 м, в которую входит и человек, потребляет не более 1 % чистой первичной продукции. С биосферной точки зрения человек относится к крупным передвигающимся животным, выполняющим задачу тренировки ремонтников биосферы. Основную работу по восстановлению биосферы после катастрофических воздействий различного рода как раз выполняют ремонтники биосферы. Для сохранения биосферы человек, прежде всего не должен превышать отведенную ему природой норму потребления чистой первичной продукции, должен обеспечивать постоянную, относительно низкую, плотность популяции. Не человек управляет биосферой, а биосферные сообщества определяют допустимую ( и необходимую. В осознании своего места в биосфере как раз и заключается разумность человека. Согласно оценкам, для того чтобц биосфера возвратилась в состояние, в котором бы в полной мере возобновилась работа биотической регуляции ( поскольку биота при современной численности населения не способна регулировать возмущения антропогенного происхождения), численность населения планеты должна быть уменьшена в 10 раз. [33]
Как уже говорилось, общее количество вещества, образующееся при фотосинтезе за определенный отрезок времени, называется валовой первичной продукцией. Часть первичной продукции используется растениями в качестве источника энергии. Разница между валовой первичной продукцией и частью органического вещества, используемого растениями, называется чистой первичной продукцией, она доступна для потребления организмами более высоких трофических уровней. В табл. 17.1 приведены данные о продуктивности Северного моря. Суммарный общий улов рыбы содержит менее 0 1 % величины энергии в валовой первичной продукции. Этот удивительный, на первый взгляд, факт объясняется большой потерей энергии на каждом уровне пищевой цепи и большим числом трофических уровней между первым трофическим уровнем и уровнем, продукция которого используется людьми, в данном случае рыбой. Отношение чистой первичной продукции к установленному запасу называется константой скорости обновления, которая показывает сколько раз в год происходит смена популяции. [35]
Большая часть поглощенной растениями, но не усвоенной энергии, рассеивается в окружающую среду в виде тепловой энергии. Часть образованных органических веществ окисляется, а высвобождающаяся энергия расходуется на поддержание всех метаболических процессов. Эта энергия, в конечном счете, также рассеивается в виде тепла. В чистую первичную продукцию превращается только 1 % поглощенной растением энергии. [36]
Оставшаяся часть составляет чистую первичную продукцию ( чистая ассимиляция), которая в дальнейшем используется консументами и редуцентами, или накапливается в экосистеме. [37]
Важнейшим понятием, позволяющим осмыслить ограниченность ресурсов, которым и располагает человечество, является чистая первичная продукция биосферы. Чистая первичная продукция является основой всех пищевых цепей. Человек потребляет не более 3 % чистой первичной продукции, произведенной на суше, еще около 36 % используется им косвенно. Если учесть чистую первичную продукцию океана, то человек, с учетом косвенного потребления, использует около 25 % чистой первичной продукции всей биосферы. Эти цифры показывают, что существует важный предел в использовании ресурсов — объем чистой первичной продукции биосферы. И этот предел близок. [38]
Поскольку ни один механизм не работает со 100 % — ным коэффициентом полезного действия, не вся полученная продуцентами энергия накапливается в виде первичной продукции; часть ее рассеивается в форме тепла. В свою очередь, часть энергии, накопленной в биомассе, расходуется на процессы жизнедеятельности; это ведет к уменьшению биомассы. Эти потери принято называть потерями на дыхание. В результате в виде накопленной биомассы ( чистая первичная продукция) аккумулируется лишь относительно небольшая часть полученной организмом продуцента солнечной энергии. [40]
Важная роль в экономике биогеоценоза принадлежит цепям питания, которые составляют трофическую структуру и по которым осуществляется перенос энергии и круговорот веществ. Первичным источником энергии в цепи питания является солнечное излучение, энергия которого составляет 4 6 1026Дж / с. Поверхности Земли достигается 1 / 2000000 часть этого количества энергии, из которых около 1 — 2 % ассимилируется растениями. Энергия, накопленная в растительной биомассе, составляет чистую первичную продукцию биогеоценоза. Фи-тобиомасса используется в качестве источника энергии и материала для создания биомассы потребителей первого порядка и далее по пищевой цепи. Обычно продуктивность последующего трофического уровня составляет не более 5 — 20 % предыдущего. [41]
Нарушение природных экосистем приводит к потере устойчивости биосферы, нарушается ее способность гасить на основе обратных связей возникающие возмущения. Причиной наступления глобального экологического кризиса авторы указанного выше пособия считают то, что человек уже превысил экологический предел потребления чистой первичной продукции. Согласно их оценке произошло это еще в начале нашего века. Единственный способ избежать дальнейшего углубления экологического кризиса заключается в возвращении в природные пределы потребления человечеством чистой первичной продукции. Только в этом случае может возродиться регулирующая функция биосферы. [42]
Для того чтобы человек вернулся в состояние равновесия с природой, необходимо, прежде всего, осознать место человека ( как биологического вида) в биосфере, его природное предназначение. Человек не является царем природы, ее хозяином. Согласно Горшкову [35], все консументы ( потребители чистой первичной продукции) могут быть разбиты на 3 группы в зависимости от своих размеров. Первая группа размерами от 10 — 6 до 10 — 4 м ( бактерии, грибы-сапрофаги) потребляет около 90 % чистой первичной продукции. Вторая группа ( беспозвоночные) с размерами от 10 — 4 до 10 — 2 м потребляет около 10 % чистой первичной продукции. Третья группа с размерами от 10 — 2 до 1 м, в которую входит и человек, потребляет не более 1 % чистой первичной продукции. С биосферной точки зрения человек относится к крупным передвигающимся животным, выполняющим задачу тренировки ремонтников биосферы. Основную работу по восстановлению биосферы после катастрофических воздействий различного рода как раз выполняют ремонтники биосферы. Для сохранения биосферы человек, прежде всего не должен превышать отведенную ему природой норму потребления чистой первичной продукции, должен обеспечивать постоянную, относительно низкую, плотность популяции. Не человек управляет биосферой, а биосферные сообщества определяют допустимую ( и необходимую. В осознании своего места в биосфере как раз и заключается разумность человека. Согласно оценкам, для того чтобц биосфера возвратилась в состояние, в котором бы в полной мере возобновилась работа биотической регуляции ( поскольку биота при современной численности населения не способна регулировать возмущения антропогенного происхождения), численность населения планеты должна быть уменьшена в 10 раз. [43]
Пирамиды изображают в виде сужающихся к верху прямоугольников равной высоты, поставленных друг на друга. Длина этих прямоугольников соответствует масштабам продукции на соответствующих трофических уровнях. Основными продуцентами в океане являются одноклеточные водоросли, их годовая продукция может в десятки раз превышать запас биомассы на данный момент времени. Вся чистая первичная продукция быстро вовлекается в цепи питания, и биомасса водорослей накапливается в незначительном количестве, но его хватает для поддержания скорости воссоздания органического вещества. На высших трофических уровнях преобладает тенденция к накоплению биомассы, в результате достаточно большой длительности жизни крупных морских хищников скорость их размножения в отличие от водорослей очень мала и в их телах задерживается значительная часть вещества, поступающего по цепям питания. [44]
Важнейшим понятием, позволяющим осмыслить ограниченность ресурсов, которым и располагает человечество, является чистая первичная продукция биосферы. Чистая первичная продукция является основой всех пищевых цепей. Человек потребляет не более 3 % чистой первичной продукции, произведенной на суше, еще около 36 % используется им косвенно. Если учесть чистую первичную продукцию океана, то человек, с учетом косвенного потребления, использует около 25 % чистой первичной продукции всей биосферы. Эти цифры показывают, что существует важный предел в использовании ресурсов — объем чистой первичной продукции биосферы. И этот предел близок. [45]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Первичная продукция | Info-Farm.RU
Первичная продукция — в экологии величина, характеризующая прирост количества органического вещества, созданного за определенное время автотрофным организмами (например, зелеными растениями, или цианобактериями) из простых неорганических компонентов. Поскольку источником углерода для автотрофных организмов служит как правило диоксид углерода СО2 (углекислый газ), то первичную продукцию в настоящее время чаще всего оценивают по количеству углерода, связанного за определенное время наземной растительностью или океаническим (озерным) фитопланктоном в расчете на единицу площади. В случае фитопланктона, характеризующееся высокой скоростью образования органического вещества в расчете на единицу биомассы, первичную продукцию оценивают для небольших промежутков времени, чаще всего для эпохи. Если же речь идет о наземной растительности, в которой скорость образования органического вещества в расчете на единицу биомассы, существенно меньше, первичную продукцию оценивают за год, или за вегетационный сезон.
Понятие первичной продукции применяют не только по фотоавтотрофной организмов (т.е. тех, что используют свет как источник энергии), но и хемоавтотрофы (т.е. организмов, которые также создают органическое вещество, но за счет энергии, которую они получают, проводя окислительно-восстановительные реакции с простыми веществами, например, окисляя аммоний до нитрита, или сульфид до сульфатов). К такому способу получения энергии способны только некоторые прокариоты (бактерии в широком смысле слова). В современной биосфере роль хемоавтротрофив незначительная. Наиболее известный пример — это создание ими органического вещества (которая далее используется всеми организмами) в гидротермальных экосистемах — оазисах жизни, существующие на большой глубине в некоторых местах на дне океана, где сквозь трещины коры выходят горячие воды, богатые восстановленными соединениями.
Почти с самого начала изучения первичной продукции исследователи различали «валовую первичную продукцию» (англ .: Gross Primary Production — GPP) и «чистую первичную продукцию» (англ .: Net Primary Production — NPP). Валовая продукция — это общее количество органического вещества, образованной организмом-продуцентом, а чистая продукция — это валовая продукция за вычетом расходов самого продуцента на дыхание. Другими словами: NPP = GPP — R, где R — расходы на дыхание. Реальный прирост массы производителей — это и есть чистая первичная продукция. Именно это вещество и может использоваться потребителями, именно она и создает основу для поддержки всего трофической цепи.
История использования
Первые измерения первичной продукции совершил Г.Г. Винберг в 1932 г.. На оз. Белое (в Косино под Москвой). Для этого он предложил метод «темных и светлых склянок», суть которого в том, что о количестве органического вещества, образовавшегося в ходе фотосинтеза судят по количеству кислорода, выделившегося. Работа начинается с того, что с определенной глубины берут пробу воды (вместе с планктоном, содержащийся в ней), которую разливают по трем флаконах (стаканах) с притертыми пробками. В одном из флаконов химическим методом сразу определяют содержание растворенного кислорода, а два других (один из которых темный, защищенный от света, а другой — светлый, прозрачный для света) помещают на сутки в водоем, на ту глубину, откуда было взято исходную пробу. Через сутки флаконы поднимают на поверхность и определяют в них содержание кислорода. Очевидно, что в светлых флаконах происходили как фотосинтез, так и дыхания, а в темных, изолированных от света, только дыхание. По разности количества кислорода в светлых и темных флаконах рассчитывают количество органического вещества, образовавшегося. Винберг проводил эти подобные определения продукции сразу для серии проб, взятых с разных глубин, и делал это многократно в течение всего вегетационного сезона. В результате он получил возможность оценить первичную продукцию для всей водоема. Через три года после работ Винберга аналогичный способ определения первичной продукции применил в США на оз. Линсли Понд (шт. Коннектикут) Г. Райли (G. Riley), который работал под руководством Дж.Е. Хатчинсона. О работах Винберга им тогда было неизвестно, но приоритет Винберга был впоследствии признан Хатчинсоном.
В дальнейшем выяснилось, что предложенный Винберг «кислородный» вариант метода темных и светлых стаканов, оказывается недостаточно чувствительным при попытках оценить продукцию фитопланктона в океане, где она обычно существенно ниже, чем в озерах умеренной зоны. В начале 1950-х годов датский исследователь Э. Стеман-Нильсен в экспедиции на научно-исследовательском судне «Галатея» применил так называемый «радиоуглеродный» метод. Смысл его заключается в том, что во флаконы с пробами воды, содержащей планктон, добавляли СО 2, меченый радиоактивным изотопом углерода 14 С. После экспозиции этих стаканов в лаборатории на борту судна (при температуре и освещенности, близких к естественным), исследователи отфильтровывали фитопланктон, по объему его радиоактивности судили, какая часть добавленного радиоактивного углерода оказалась связанной во вновь органическом веществе.
Современные исследования
В 1960-х годах работы по оценке первичной продукции океана развернулись широким фронтом. Активное участие в них принимали и исследователи из кол. СССР. Работы, проведенные на научно-исследовательских судах Академии наук, позволили составить карту распределения величин первичной продукции по всей акватории Мирового океана. Вплоть до недавнего времени, когда стали использоваться дистанционные (с космических аппаратов) методы оценки количества хлорофилла в поверхностных водах океана, эта карта оставалась единой.
Уже тогда выяснилось (а впоследствии подтверждено дистанционными методами), что в центральных частях всех океанов существуют обширные области, где величина первичной продукции чрезвычайно низкая. Происходит это из-за того, что развитие фитопланктона там ограничен недостатком биогенных элементов, в первую очередь азота и фосфора в минеральной, доступной для использования фитопланктоном, форме. Области высокой производительности занимают очень небольшую площадь — это Северная Атлантика, некоторые районы северной части Тихого океана, некоторые районы Южного океана (вокруг Антарктиды) и зоны подъема глубинных вод (апвеллинга).
Согласно современным данным общая чистая первичная продукция всего океана составляет около 60 млрд тонн углерода в год, хотя разброс оценок, приведенных различными авторами, очень широк — от 35 до 100 млрд тонн. Для всей суши чистая первичная продукция за год оценивается подобной величиной — 57 млрд тонн (при разбросе оценок разных авторов — от 48 до 65 млрд тонн). Таким образом, на единицу площади первичная продукция суши существенно выше, чем океана. Основные факторы, ограничивающие первичную продукцию суши — это недостаток влаги (пустыни в центральных частях континентов) и низкие температуры (в высокогорьях и в высоких широтах). Принципиально разной для суши и океана оказывается производительность единицы биомассы. При примерно равной суммарной величине чистой первичной продукции, средняя биомасса самых продуцентов на суше составляет около 800 млрд т углерода, а в океане — только около 2 млрд т. Таким образом, скорость образования нового вещества в расчете на единицу биомассы в океане в сотни раз выше , чем на суше.
О роли железа в океане
Те районы океана, где наблюдается высокая первичная продукция фитопланктона и где, соответственно, создается много органического вещества, могут быть местами «стока» атмосферного углерода. Они занимают сравнительно небольшую часть акватории Мирового океана и располагаются в Северной Атлантике, в северной части Тихого океана, в Южном океане (пространстве вокруг Антарктиды), а также в прибрежных районах. Большая же часть океанических пространств характеризуется очень низкой первичной продукцией, поскольку там не хватает прежде всего основных биогенных элементов (nutrients) — азота и фосфора.
Однако есть в океане и такие участки, где основные биогенные элементы (азот и фосфор) присутствуют в достаточном количестве, а продукция фитопланктона все равно сохраняется очень низкой. В англоязычной научной литературе их обозначают аббревиатурой HNLC (high-nutrient low-chlorophyll) — то есть, много биогенов — мало хлорофилла. По всей видимости, первичная продукция в подобных местах ограничена не азотом и фосфором, а какими-то другими элементом. Таким лимитирующим элементом часто оказывается железо. На суше железа обычно более чем достаточно, а вот в океане, в местах, удаленных от берегов, он может быть очень мало. Ведь попадает оно сюда только с пылью, принесенным из дальних континентов. В 1990-е годы гипотеза нехватки железа как основного фактора, ограничивающего развитие фитопланктона в районах HNLC, была проверена экспериментально. Железо в виде растворов соли вносили непосредственно в верхний слой водной толщи, а в ответ на эту добавку действительно росла продукция фитопланктона. Родилась даже довольно фантастическая (но не лишена смысла) идея повысить продукцию фитопланктона — и таким образом увеличить связывания в океане атмосферного СО 2 — путем искусственного удобрения некоторых районов железом!
Крупной международной группой исследователей (47 авторов) было показано, что железо фактически не выходит из водной толщи. При разложении (минерализации) органического вещества оно высвобождается и может использоваться для нового синтеза. Эффективность использования железа для создания той органического вещества, все же экспортируется из поверхностных вод (и тем самым способствует поглощению океаном дополнительного количества СО2), оказалась в крайнем случае в 10, а возможно, и в 100 раз, выше той, что предполагалась ранее на основании опытов с искусственным удобрения океанических вод железом.
Полученные результаты важны и для понимания процессов, происходивших в прошлом, во время ледниковых периодов, когда уровень океана сильно снижался (на 100-200 м), а продукция фитопланктона возрастала, что приводило к снижению содержания углекислого газа на 60-80 ppm. Считается, что необходимо для фитопланктона железо поступало в океан «сверху», с пылью, принесенной ветрами с суши. Но в свете новых данных следует предполагать, что не менее важным было и «удобрения» железом «снизу», за счет поступления его в круговорот из низших слоев водной толщи.
Изображения по теме
info-farm.ru
ПРОДУКЦИЯ ПЕРВИЧНАЯ ЧИСТАЯ — это… Что такое ПРОДУКЦИЯ ПЕРВИЧНАЯ ЧИСТАЯ?
- ПРОДУКЦИЯ ПЕРВИЧНАЯ ЧИСТАЯ
- ПРОДУКЦИЯ ПЕРВИЧНАЯ ЧИСТАЯ
-
см. в ст. Продукция экосистемы.
Экологический энциклопедический словарь. — Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989.
.
- ПРОДУКЦИЯ ВТОРИЧНАЯ ЧИСТАЯ
- ПРОДУКЦИЯ ПЕРВИЧНАЯ
Смотреть что такое «ПРОДУКЦИЯ ПЕРВИЧНАЯ ЧИСТАЯ» в других словарях:
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКЦИЯ ПЕРВИЧНАЯ ЧИСТАЯ — количество органического вещества, продуцируемого автотрофами в единицу времени, за вычетом затрат на дыхание. Последние составляют до половины создаваемого при фотосинтезе органического вещества. Ср. Нетто продукция фитоценоза. Экологический… … Экологический словарь
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКЦИЯ ПЕРВИЧНАЯ ЧИСТАЯ — Количество органического вещества, продуцируемого автотрофами в единицу времени, за вычетом затрат на дыхание. Последние составляют до половины создаваемого при фотосинтезе органического вещества Словарь бизнес терминов. Академик.ру. 2001 … Словарь бизнес-терминов
Продукция биоценоза — количество биомассы, произведенное биоценозом. Различаются: общая первичная продукция (брутто продукция) количество органического вещества, вводимого в систему ценоза продуцентами путем фотосинтеза и хемосинтеза; чистая первичная продукция (нетто … Экологический словарь
ПЕРВИЧНАЯ ПРОДУКЦИЯ — продукция автотрофных организмов, в осн. зелёных растений, а также хемосинтезирующих бактерий. Различают валовую П. п., равную общему кол ву продуктов фотосинтеза за определённый отрезок времени, и чистую П. п., равную разности между валовой П. п … Биологический энциклопедический словарь
Нетто-продукция — 1) чистая первичная продукция экосистемы; 2) прирост фитомассы, используемой человеком. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989. Нетто продукция биоценоза … Экологический словарь
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКЦИЯ — (Б.п.) способность организмов производить органическое вещество в процессе своей жизнедеятельности. Б.п. измеряется количеством органического вещества, создаваемого за единицу времени на единицу площади (т/га/год, г/м2/день и т. д.). Различают… … Экологический словарь
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКЦИЯ — Способность организмов производить органическое вещество в процессе своей жизнедеятельности. Б.п. измеряется количеством органического вещества, создаваемого за единицу времени на единицу площади (т/га/год, г/м2/день и т. д.). Различают первичную … Словарь бизнес-терминов
McDonald’s — Corporation … Википедия
Яи́чники — (ovaria) парная женская половая железа, расположенная в полости малого таза. В яичнике созревает яйцеклетка, которая выбрасывается в момент овуляции в брюшную полость, и синтезируются гормоны, поступающие непосредственно в кровь. АНАТОМИЯ Яичник… … Медицинская энциклопедия
Экосистема — Экосистема, или экологическая система (от др. греч. οἶκος жилище, местопребывание и σύστημα система) биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей,… … Википедия
dic.academic.ru