2. Биологическая продуктивность экосистем

Продуктивность экосистем тесно связана с потоком энергии, проходящим через ту или иную экосистему [11, c. 117]. В каждой экосистеме часть приходящей энергии, попадающей в трофическую сеть, накапливается в виде органических соединений. Безостановочное производство биомассы (живой материи) – один из фундаментальных процессов биосферы.

Органическое вещество, создаваемое продуцентами в процессе фотосинтеза или хемосинтеза, называют первичной продукцией экосистемы (сообщества). Количественно ее выражают в сырой или сухой массе растений или в энергетических единицах – эквивалентном числе джоулей (килокалорий).

Теоретически возможная скорость создания первичной биологической продукции определяется возможностями фотосинтетического аппарата растений. А как известно, лишь часть энергии света, получаемой зеленой поверхностью, может быть использована растениями. Из коротковолнового излучения Солнца только 44 % относится к фотосинтетической активной радиации (ФАР) – свет по длине волны, пригодный для фотосинтеза. Максимально достигаемый в природе КПД фотосинтеза 10-12 % энергии ФАР, что составляет около половины от теоретически возможного, отличается в зарослях джугари и тростника в Таджикистане в кратковременные, наиболее благоприятные периоды. КПД фотосинтеза в 5 % считается очень высоким для фитоценоза. Средний коэффициент использования энергии ФАР для территории России равен 0,8 %, на европейской части страны составляет 1,0 - 1,2 %, а в восточных районах, где условия увлажнения менее благоприятны, не превышает 0,4 - 0,8 %. Скорость, с которой растения накапливают химическую энергию, называют валовой первичной продуктивностью (ВПП). Около 20 % этой энергии расходуется растениями на дыхание и фотодыхание. Скорость накопления органического вещества за вычетом этого расхода называется чистой первичной продуктивностью (ЧПП). Это энергия, которую могут использовать организмы следующих трофических уровней.

Количество органического вещества, накопленного гетеротрофными организмами, называется вторичной продукцией. Вторичную продукцию вычисляют отдельно для каждого трофического уровня, так как прирост массы на каждом из них происходит за счет энергии, поступающей с предыдущего.

Мировое распределение первичной биологической продукции весьма неравномерно. Годовая чистая продукция изменяется от 3000 г/м² до нуля в экстраординарных пустынях, лишенных растений, или в условиях Антарктиды с ее вечными льдами на поверхности суши, а биомассы – соответственно от 60 кг/м² до нуля. Биомасса и первичная продуктивность основных типов экосистем представлены в таблице 8.

На территории России в зонах достаточного увлажнения первичная продуктивность увеличивается с севера на юг, с увеличением притока тепла и продолжительности вегетационного периода (сезона). Годовой прирост расти­тельности изменяется от 2 т/га на побережье и островах Северного Ледовитого океана до более чем, 20 т/га в Красноярском крае, на Черноморском побережье Кавказа.

Таблица 8

Биомасса и первичная продуктивность основных типов экосистем

(по Т.А. Акимовой, В.В. Хаскину, 1994)

Экосистемы	Биомасса, т/га	Годовая продукция, т/га
Пустыни	0,1-0,5	0,1-0,5
Центральные зоны океана	0,2-1,5	0,5-2,5
Полярные моря	1-7	3-6
Тундра	1-8	1-4
Степи	5-12	3-8
Агроценозы	-	3-10
Саванна	8-20	4-15
Тайга	70-150	5-10
Лиственный лес	100-250	10-30
Влажный тропический лес	500-1500	25-60
Коралловый риф	15-50	50-120

Общая годовая продуктивность сухого органического вещества на Земле составляет 150-200 миллиардов тонн. Две трети его образуются на суше, третья часть – в океане.

Практически вся чистая первичная продукция Земли служит для поддержки всех гетеротрофных организмов. Энергия, недоиспользованная консументами, запасается в их телах, гумусе почв и органических осадках водоемов. Питание людей большей частью обеспечивается сельскохозяйственными культурами, занимающими около 10 % площади суши. Годовой прирост культурных растений равен примерно 16 % от всей продуктивности суши, большая часть которой приходится на леса.

Всего человек потребляет около 0,2 % первичной продукции Земли. Ресурсы, имеющиеся на Земле, включая продукции животноводства и результаты промысла на суше и в океане, могут обеспечить ежегодно только 50 % потребностей современного населения Земли. Увеличение биологической продуктивности экосистем и особенно вторичной продукции является одной из основных задач, стоящих перед человечеством.

Все сообщества по годовой продуктивности Р. Уитеккер (1980) делит на четыре класса: сообщества высшей продуктивности (3000-2000 г/м²); высокой про­дуктивности (2000-1000 г/м²), умеренной продуктивности (1000-250 г/м²), низкой продуктивности.

Охарактеризуйте сообщества высокой продуктивности…

[1] сюда относятся тропические леса, посевы риса и сахарного тростника; запас биомассы различен и превышает 50 кг/м² в лесных сообществах и равен продуктивности у однолетних сельскохозяйственных культур;

[2] класс листопадного леса умеренной полосы, луга при применении удобрений, посевы кукурузы минимальная биомасса равна биологической продукции однолетних культур;

[3] класс основной массы возделываемых сельскохозяйственных культур, кустарники, степи. Биомасса степей изменяется в пределах 0,2-5 кг/м².

[4] это пустыни, опустыненные степи, тундры.