Продуктивность. В определённом смысле, экосистемы – это системы, осуществляющие трансформацию солнечной энергии под контролем живых организмов

В определённом смысле, экосистемы – это системы, осуществляющие трансформацию солнечной энергии под контролем живых организмов, живого вещества. Рассмотрим несколько простых определений.

Живое вещество (по В.И. Вернадскому): «совокупность живых организмов, сведённая к массе, элементарному химическому составу и к энергии».

Биомасса – масса (физическая) живых организмов. Фитомасса – масса растений, зоомасса – масса животных. Часто термином «биомасса» обозначают определенную часть «живого вещества», подразумевая не только массу, но и химический состав, а также энергию некоторой совокупности живых организмов.

Биологическая продукция – продукция, образованная живыми организмами. Принято различать первичную биологическую продукцию и вторичную биологическую продукцию. Первичную продукцию образуют автотрофные организмы, продуценты (фото- и хемосинтетики). Все остальные организмы (гетеротрофы, консументы, в том числе и редуценты) образуют вторичную продукцию.

Биологическая продуктивность (или просто продуктивность) – скорость образования биологической продукции, скорость образования биомассы (как правило, отнесенная к единице площади или объема). Это понятие применяется, в основном, к популяциям, сообществам или экосистемам.

Мы можем выражать (обозначать, измерять) продуктивность как в единицах массы, так и в единицах энергии. Например, в единицах массы: т/га в год, г/см² в сек, кг/м² в сутки. В единицах энергии: Дж/м² в сек, кал/м² в год или ккал/га в год. При изучении продуктивности различных экосистем удобнее использовать единицы энергии, например, Дж ∙ м^-2 ∙ сут.^-1. В этом случае удается сравнить скорость образования различной по химическому составу продукции.

Естественно, нам привычнее и доступнее определение массы растений или животных - взвешивание. А как определить количество энергии, которое содержится в той или иной биомассе (калорийность биомассы)?

Экспериментально калорийность биомассы определяют путем сжигания образца в атмосфере кислорода (устройство называется калориметрической бомбой). Тщательно измерив количество выделившейся при сжигании образца тепловой энергии, рассчитывают калорийность единицы абсолютно сухой биомассы (табл. 8.1).

Таблица 8.1. Справочные данные по калорийности, в ккал/г абсолютно сухой массы.

Для того, чтобы рассчитать количество энергии, содержащееся в биомассе, помимо справочных данных по калорийности необходимо знать состав биомассы и, прежде всего, содержание воды (влажность).

Пример: огурец весит 100 г. Мы хотим узнать, сколько энергии содержится в этом огурце. Содержание воды в огурце, влажность – 95%. Следовательно, на абсолютно сухую биомассу огурца приходится 5% или 100 г ∙ 0,05 = 5 г (а.с.). Калорийность а.с. биомассы наземных растений приближенно составляет 4,5 ккал/г. Тогда в 100 г огурца содержится 4,5 ккал/г ∙ 5 г = 22,5 ккал энергии.

Или 100 г говядины. Влажность – 50%; на а.с. массу приходится 50 г. Средняя калорийность» 5,6 ккал/г. Содержание энергии в 100 г говядины: 5,6 ккал/г ∙ 50 г = 280 ккал.

Используя энергетические единицы, можно количественно сравнивать самую разнообразную по составу биологическую продукцию. Вот почему энергию называют универсальной экологической валютой.

Краткое решение трёх задач:

1. « Виола» (сыр) содержит: белков – 14%, жиров – 30%, углеводов – 6%. Остальное вода. Сколько грамм виолы нужно съесть в день взрослому человеку для компенсации энергетических затрат (около 2800 ккал/сутки) при 100% ассимиляции «виолы»?

………………………………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………………….

2. Неожиданная задача. Сравните суточное потребление О₂ в Москве людьми (10 млн. человек) и автомобилями (3 млн. по 10 кг бензина ~ (СН₂) в сутки. А кто из них больше выделяет СО₂? Примем, что основная пища людей это углеводы ~ (СН₂О).

…………………………………………………………………………………………………...

…………………………………………………………………………………………………...

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

3. Ситуация: поздняя осень, остров Врангеля. Три дня до прихода катера. Десять градусов мороза. Палатка, меховой спальник и ящик эскимо в шоколаде – больше ничего нет. Есть (кушать хочется) или не есть? Не растратим ли мы последнее тепло, растапливая съеденное мороженое? Или потерпеть?

Мороженое (на 100 г): углеводы – 25 г; жиры – 20 г; белки – 5 г, вода – 50 г.

…………………………………………………………………………………………………...

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………...

…………………………………………………………………………………………………..