Первичная и вторичная продуктивность экосистем Земли

Экосистема	Площадь, млн кв км	Средняя чистая первичная продуктивность, г на кв см в год	Общая чистая первичная продуктивность, млрд тонн в год	Вторичная продуктивность, млн тонн в год
Континен- тальные экосистемы (в целом)	149	773	115	909
в том числе
Влажные тропические леса	17	2200	37,4	260
Тайга	12	800	9,6	38
Болота	2	2000	4,0	32
Озера и водотоки	2	250	0,5	10
Морские экосистемы (в целом)	361	152	55	3025
в том числе
Рифы и заросли водорослей	0,6	2500	1,6	36

Динамика экосистем

Закон биогенной миграции атомов Вернадского В.И.:

«Миграция химических элементов во всех экосистемах, включая биосферу в целом, осуществляется:

• либо при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция);

• либо она протекает в среде, геохимические особенности которой (кислород, углекислый газ, водород и т.д.) обусловлены живым веществом, как населяющим планету в настоящее время, так и действовавшим на Земле в течение всей геологической истории».

Главной геохимической особенностью живого вещества является то, что оно пропускает через себя атомы химических элементов, осуществляя в процессе жизнедеятельности их закономерную сортировку и дифференциацию. Завершая свой жизненный цикл, организмы возвращают природе все, что взяли от нее в течение жизни.

Продуценты, консументы, детритофаги и редуценты экосистемы, поглощая и выделяя различные вещества, согласованно взаимодействуя между собой. Органические вещества и кислород, образуемые фотосинтезирующими растениями, - важнейшие продукты питания и дыхания консументов. В то же время выделяемые консументами углекислый газ и минеральные вещества навоза и мочи являются биогенами, столь необходимыми продуцентам. Поэтому вещества в экосистемах совершают практически полный круговорот, попадая сначала в живые организмы, затем в абиотическую среду и вновь возвращается в живое.

Все живые организмы на Земле почти на 80% состоят из воды. К числу наиболее распространенных элементов относятся кислород, углерод, азот, фосфор и сера.

Круговорот углерода. В ходе фотосинтеза атомы углерода переходят из углекислого газа в состав глюкозы и других органических веществ растительных клеток. Далее они переносятся по пищевым цепям, образуя ткани всех остальных живых существ экосистемы. В процессе клеточного дыхания большинство органических молекул расщепляется для получения энергии, и углекислый газ возвращается в абиотическую часть окружающей среды. Углерод возвращается в атмосферу также при сжигании любых органических остатков. Часть углерода оседает в недрах Земли в виде остатков, которые превращаются затем в органическое топливо, а его сжигание возвращает углерод в атмосферу. В водных системах углерод исключается из оборота на целые геологические эпохи за счет вхождения в состав кораллов и ракушечника, превращающихся далее в мел и известняк, в виде карбонатов.

Круговорот фосфора. В природе фосфор содержится в различных неорганических соединениях в виде трехвалентного фосфат-иона. При выщелачивании фосфат-содержащих минералов он переходит в растворимую форму, которая используется растениями для синтеза фосфорсодержащих органических соединений. По пищевым цепям фосфор последовательно переходит от растений к организмам всех трофических уровней. При клеточном дыхании окисление фосфорсодержащих соединений является источником энергии для жизнедеятельности организмов. Далее фосфат в составе мочи или ее аналога выводится из организма в окружающую среду. Возврат фосфора из водных систем, куда он попадает со сточными водами, происходит с пометом и после гибели рыбоядных птиц. Вылавливая рыбу, человек возвращает на сушу всего лишь около 60 тысяч тонн элементарного фосфора. Это крайне незначительная часть того, что попадает в водные системы с суши. Абсолютное большинство фосфатов образует донные отложения, и круговорот вступает в свою замедленную фазу.

Круговорот азота. Главный источник азота органических соединений – молекулярный азот атмосферного воздуха. Большинство организмов не способно усваивать азот в его газообразной форме. В природных условиях переход азота из газообразного состояния в ионы аммония или нитрат-ионы возможен:

• при окислении азота в ходе атмосферных электрических разрядов (ежегодная такая азотфиксациясоставляет от 4 до 10 килограмм на гектар);

• при отмирании особых азотфиксирующих микроорганизмов (ежегодно это дает около 25 килограмм на гектар);

• азотфиксация бактериями, живущими в клубеньках бобовых растений (ежегодно это дает от 150 до 400 килограмм на гектар);

• азотфиксация в избытке влаги цианобактериями, способными осуществлять фотосинтез.

Таким образом, естественные экосистемы полностью зависят от азотфиксирующих микроорганизмов. В водных экосистемах в роли основных азотфиксаторов выступают синезеленые водоросли.

Возврат азота в атмосферу (минерализация) происходит за счет жизнедеятельности бактерий-денитрификаторов.

Круговорот серы. Присутствие соединений серы в почве и водных экосистемах обусловлено естественным разложением природных минералов, содержащих сульфиды или сульфаты. Источником серы являются также вулканическая деятельность и антропогенные процессы, при которых происходит сжигание серусодержащих органических веществ, среди которых доминируют органические ископаемые топлива. Через корни растений сера поступает в растения, где происходит синтез серусодержащих аминокислот, таких как цистин, цистеин и метионин. В организме животных серы содержится мало, и туда она попадает с пищей. При разложении детрита микроорганизмами сера возвращается в почву.

В естественной экосистеме постоянно поддерживается равновесие, исключающее необратимое уничтожение тех или звеньев трофической цепи. Это является следствием длительного эволюционного процесса, названного Дарвиным естественным отбором. Любая экосистема всегда сбалансирована и устойчива (гомеостатична). Экосистемы тем стабильнее в пространстве и времени, чем они сложнее.