Биопродуктивность биосферы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Таксоны биосферы

Биопродуктивность

Биопродуктивность экосистем

Биопродуктивность Мирового океана

Почва, ее плодородие и биопродуктивность

Заключение

Введение

Биосфемра (от др.-греч. вйпт - жизнь и уцб?сб - сфера, шар) - оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «плёнка жизни»; глобальная экосистема Земли.

Биосфера - оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В. И. Вернадский: «Человек становится могучей геологической силой».

С течением времени биосфера становится всё более неустойчивой. Существует несколько трагичных для человечества преждевременных изменений состояния биосферы, некоторые из них связаны с деятельностью человечества.

Таксоны биосферы

биосфера земля оболочка таксон

Таксоны(от греч. taxis - порядок, расположение), таксономические единицы - группа каких-либо объектов и их объединения в более крупные единицы, например, организмов в популяции, виды, роды, семейства, вплоть до бионты планеты; биоценозов в их ассоциации, формации, группы формаций, вплоть до биома планеты; ценоэкосистем в конгрегационные экосистемы, фратриационные экосистемы, вплоть до биостромы Земли.

ТАКСОНЫ БИОСФЕРЫ - таксономические единицы биосферы как целого, характеризуемые определенными биосферными параметрами (пищевой цепью биогеохимической, пороговыми концентрациями химических элементов и биологическими реакциями). Концепция таксонов биосферы разработана В. В. Ковальским (1976).

Таксоны биосферы - единицы иерархического подразделения биосферы:

1) таксоны первого порядка объединяют регионы биосферы, имеющие географические признаки почвенно-климатических зон или их сочетаний, но с учетом качественной и количественной характеристики биогеохимической пищевой цепи химических элементов (биогенных циклов) и преобладающих биологических реакций организмов на естественный химический состав среды или ее техногенные изменения (к последним относятся, например, изменение химического состава организмов, обмена веществ, пороговой чувствительности, различных реакций в виде эндемических заболеваний);

2) таксоны второго порядка, именуемые субрегионами, разделяются на две группы:

субрегионы биосферы, в которых комбинируются признаки региона по концентрациям, достигающим пороговых величин, и возможному проявлению специфических биологических реакций;

субрегионы, признаки которых не способствуют характеристике региона - они обычно образуются под рудными телами при рассеянии концентрированных в них элементов, в бессточных районах, в районах вулканизма, а также при техногенных загрязнениях биосферы;

3) таксоны третьего порядка включают в себя провинции - территории различных размеров в составе субрегионов биосферы с постоянными характерными реакциями организмов (например, эндемические заболевания). Различают естественные и техногенные провинции.

Биопродуктивность

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ - способность природных сообществ или отдельных их компонентов поддерживать определённую скорость воспроизводства входящих в их состав живых организмов. Мерой биопродуктивности служит величина продукции (биомассы), создаваемой за единицу времени. Материально-энергетическую основу биопродуктивности составляет первичная продукция. Круговорот веществ в природных сообществах происходит благодаря тому, что они включают организмы с различным типом питания, образующими трофические цепи. Первичную продукцию (фитомассу) потребляют растительноядные животные, которыми питаются животные следующего трофического уровня. В отмершем виде она служит источником энергии для животных-сапрофагов, сапрофитных бактерий и грибов (деструкторов или редуцентов). Биологическая продуктивность - одно из важнейших проявлений биотического круговорота веществ. В отличие от вещества, неограниченное число раз выходящего в неорганическую среду и вновь поступающего в живые организмы, энергия используется для работы только один раз. Поэтому поток энергии (её количество) в ряду последовательных трофических уровней снижается. В каждом звене трофической цепи некоторая часть потреблённой пищи не усваивается, из усвоенной пищи обычно меньшая часть идёт на прирост или продукцию, а остальная - на энергетический обмен. Продукция каждого последующего трофического уровня обычно в 5-10 раз меньше продукции предыдущего. Чем длиннее пищевая цепь, тем меньше продукция её конечных звеньев. В наземных экосистемах не только продукция, но и биомасса уменьшаются от одного уровня к следующему. Сравнит, оценку Б. п. экосистем получают по характерным для них величинам первичной продукции. Суммарную первичную продукцию суши Земли за год оценивают в 179,5 млрд. т сухого органического вещества, что примерно эквивалентно 70- 101в ккал. О первичной продукции океана судят лишь приблизительно, её годовая величина находится в пределах 25-80-106 ккал. Определение Б. п. возделываемых земель (агробиоценозов) имеет важное экономическое значение для прогнозирования урожайности. Изучение биопродуктивности природных систем различного объёма - необходимая основа рационального использования, охраны и обеспечения воспроизводства биол. ресурсов природы.

Продуктивность экосистем

Биологическая продуктивность, экологическое и общебиологическое понятие, обозначающее воспроизведение биомассы растений, микроорганизмов и животных, входящих в состав экосистемы; в более узком смысле - воспроизведение диких животных и растений, используемых человеком. Биологическая продуктивность реализуется в каждом отдельном случае через воспроизведение видовых популяций растений и животных, идущее с некоторой скоростью. Может быть выражена определенной величиной - продукцией за год (или в иную единицу времени) на единицу площади (для наземных и донных водных организмов) или на единицу объема (для организмов, обитающих в толще воды и в почве). Продукция определенной видовой популяции может быть отнесена также к ее численности или биомассе. Биологическая продуктивность различных наземных и водных экосистем проявляется во многих формах. Соответственно многообразны и используемые человеком продукты, воспроизводимые в природных сообществах (например, древесина, рыба, меха и мн. др.). Человек обычно заинтересован в повышении биологической продуктивности экосистем, т.к. это увеличивает возможности использования биологических ресурсов природы. Однако в ряде случаев высокая биологическая продуктивность может приводить к вредным последствиям (например, чрезмерное развитие в высокопродуктивных водах фитопланктона определенного видового состава - сине-зеленых водорослей в пресных водах, токсичных видов перидиней - в морях).

Общей и адекватной мерой биопродуктивности служит продукция, но не биомасса сообщества или его компонентов. Биомасса отдельных видов или всего населения в целом может служить для оценки продукции и продуктивности только при сравнении экосистем одинаковой или сходной структуры и видового состава, но совершенно непригодна в качестве общей меры биопродуктивности. Например, в результате высокой интенсивности фотосинтеза одноклеточных водорослей планктона в наиболее продуктивных участках океана за год синтезируется на единицу площади примерно столько же органических веществ, сколько и в высокопродуктивных лесах, хотя их биомасса в сотни тысяч раз больше биомассы фитопланктона. Продукцию автотрофных организмов, способных к фото- или хемосинтезу, называют первичной продукцией, а сами организмы - продуцентами. Основная роль в создании первичной продукции принадлежит зеленым растениям, высшим - на суше, низшим - в водной среде. Продукцию гетеротрофных организмов обычно относят к вторичной продукции, а сами организмы называют консументами. Все виды вторичной продукции возникают на основе утилизации вещества и энергии первичной продукции; при этом энергия, в отличие от вещества, многократно возвращающегося в круговорот, может быть использована для выполнения работы только один раз. Схематически сложные трофические связи можно представить в виде "потока энергии" через экосистему, т. е. ступенчатого процесса утилизации энергии солнечной радиации и вещества первичной продукции. Первый трофический уровень утилизации солнечной энергии составляют фотосинтезирующие организмы, создающие первичную продукцию, второй - потребляющие их растительноядные животные, третий - плотоядные животные, четвертый - хищники второго порядка. Каждый последующий трофический уровень потребляет продукцию предыдущего, причем часть энергии потребленной и ассимилированной пищи идет на нужды энергетического обмена и рассеивается. Поэтому продукция каждого последующего трофического уровня меньше продукции предыдущего (например, выход на основе одной и той же первичной продукции растительноядных животных всегда больше, чем живущих за их счет хищников). Часто при переходе от низших трофических уровней к высшим снижается не только продукция, но и биомасса. Однако, в отличие от продукции, биомасса последующего уровня может быть и выше биомассы предыдущего (например, биомасса фитопланктона меньше суммарной биомассы всего живущего за его счет животного населения океана). Видное место в механизме биопродуктивности занимают гетеротрофные микроорганизмы, которые утилизируют поступающее со всех трофических уровней мертвое органическое вещество, частично минерализуя его, частично превращая в вещество микробных тел. Последние служат важным источником питания для многих водных (бентос и планктон) и сухопутных (почвенная фауна) животных.

Возрастающие потребности и растущая техническая мощь человечества быстро увеличивают возможности его влияния на живую природу. Возникает необходимость управления экосистемами. Все средства влияния на биопродуктивность экосистем и управления ею направлены либо на повышение полезной первичной продукции (разные формы удобрения, мелиорации, регулирования численности и состава потребителей первичной продукции и пр.), либо на повышение эффективности утилизации первичной продукции на последующих трофических уровнях в нужном для человека направлении. Это требует хорошего знания видового состава и структуры экосистем и экологии отдельных видов. Наибольшие перспективы имеют такие формы хозяйственной эксплуатации живой природы и управления ею, которые основаны на знании особенностей местных экосистем и характерных для них форм биопродуктивности.

Биопродуктивность Мирового океана

Биологическая продуктивность Мирового океана зависит прежде всего от величины первичной продукции всей океанической экологической системы или, точнее, совокупности экологических систем.

Поэтому знание процессов и объемов образования первичного органического вещества из минеральных соединений, входящих в состав морской воды, имеет важное значение при определении потенциальных биопродукционных возможностей океана. Преобладающая часть органических соединений, используемых морскими животными и бактериями для питания, образуется в процессе фотосинтеза растений, т. е. прежде всего в результате жизнедеятельности фитопланктона и в значительно меньшей степени крупных водорослей.

Растительные организмы, используя энергию солнца и минеральные вещества, трансформируют их в ткани растительных организмов при наличии необходимых абиотических и биотических условий. В процессе последующих весьма сложных и многообразных преобразований энергии создаются промежуточные и конечные звенья цепи продуктивности и в том числе рыбы, крупные беспозвоночные и китообразные, т. е. именно те промысловые ресурсы, в эффективном использовании которых заинтересовано человечество.

Процесс жизнедеятельности, начиная от создания первичной органической продукции путем ассимиляции, служащей основой для всех дальнейших преобразований органического вещества в более сложные структуры, можно представить в виде потока энергии, проходящего через ряд гетеротрофных уровней, который, используя свойства живых организмов по трансформации различных видов энергии, создает различные виды биологической продукции. В дальнейшем, в результате гибели живых организмов и распада органических веществ, круговорот биологических процессов замыкается, возвращаясь к начальным формам неорганической природы и тепловой энергии. Этот путь сопровождается огромными потерями энергии, которые многократно возрастают по мере развития процесса жизнедеятельности и перехода от одного трофического уровня к другому. Объем таких потерь имеет важное значение для понимания потенциальных возможностей океана по продуцированию биологических ресурсов и разработки методов наиболее целесообразного их использования.

Почва, её плодородие и биопродуктивность

Помчва - поверхностный слой литосферы Земли, обладающий плодородием и представляющий собой полифункциональную гетерогенную открытую четырёхфазную (твёрдая, жидкая, газообразная фазы и живые организмы) структурную систему, образовавшуюся в результате выветривания горных пород и жизнедеятельности организмов.

Плодородие почвы - способность почвы удовлетворять потребность растений в элементах питания, влаги и воздуха, а также обеспечивать условия для их нормальной жизнедеятельности. Это эмерджентное свойство почвы. При взаимодействии компонентов почвы появляется плодородие. Почва состоит из перегноя, азота, фосфора, калийных солей, воды, воздуха, глины и песка.

С давних пор человек оценивает почву главным образом с точки зрения её плодородия. Именно от плодородия зависит урожай и красота растений. Почва - сложная система, которая живёт и развивается по своим законам, поэтому под плодородием нужно понимать весь комплекс почвенных свойств и процессов, определяющих нормальное развитие растений. Все процессы, происходящие в почве, связаны между собой. Исключение или ослабление какого-либо составляющего ведёт за собой изменение всего состава почвы и потере ценных её качеств. Деградация почвы - цепная реакция, которую трудно остановить. Ухудшение земель снижает продуктивность растений. Почва в этом случае становится подвержена эрозии и вымыванию полезных веществ, что опять ведёт к снижению численности растений. Мероприятия по возобновлению плодородия почв долговременны, очень дорогостоящи и сложны, поэтому так важно следить за состоянием почвы, не допуская её сильного истощения или загрязнения. Результатом такого внимательного отношения будет привлекательность цветов и отличный урожай.

Для определения плодородия почвы необходимо обратить внимание на её состав, кислотность, отношение к воде и кислороду. Обладая наблюдательностью и элементарными знаниями по биологии можно определить состояние почвы и предпринять необходимые меры по улучшению или поддержанию почвенных свойств.

Заключение

Мировое распределение первичной биологической продукции крайне неравномерно. Самый большой абсолютный прирост растительного мира достигает в среднем 25 г в день в очень благоприятных условиях. На больших площадях продуктивность не превышает 0,1 г/м (жаркие пустыни и полярные пустыни). Общая годовая продукция сухого органического вещества на Земле составляет 150-200 млрд. тонн. Около трети его образуется в океанах, около двух третей - на суше. Почти вся чистая первичная продукция Земли служит для поддержания жизни всех гетеротрофных организмов. Энергия, недоиспользованная консументами, запасается в их телах, органических осадках водоемов и гумосе почв.

Эффективность связывания растительностью солнечной радиации снижается при недостатке тепла и влаги, при неблагоприятных физических и химических свойствах почвы и т.п. Продуктивность растительности изменяется не только при переходе от одной климатической зоны к другой, но и в пределах каждой зоны.

Для пяти континентов мира средняя продуктивность различается сравнительно мало. Исключением является Южная Америка, на большей части которой условия для развития растительности очень благоприятные.

Питание людей обеспечивается в основном сельскохозяйственными культурами, занимающими приблизительно 10% площади суши (около 1,4 млрд. га). Общий годовой прирост культурных растений составляет около 16% от всей продуктивности суши, большая часть которой приходится на леса. Приблизительно 1/2 урожая идет непосредственно на питание людей, остальная часть - на корм домашним животным, используется в промышленности и теряется в отбросах. Всего человек потребляет около 0,2% первичной продукции Земли.

Растительная пища обходится для людей энергетически дешевле, чем животная. Сельскохозяйственные площади при рациональном использовании и распределении продукции могли бы обеспечить примерно вдвое большее население Земли, чем существующее. Но это требует больших затрат труда и капиталовложений. Особенно трудно обеспечить население вторичной продукцией. В рацион человека должно входить не менее 30 г белков в день. Имеющиеся на Земле ресурсы, включая продукцию животноводства и результаты промысла на суше и в океане, могут обеспечить ежегодно около 50% потребностей современного населения Земли. Большая часть населения Земли находится, таким образом, в состоянии белкового голодания, а значительная часть людей страдает также и от общего недоедания.

Таким образом, увеличение биопродуктивности экосистем, и особенно вторичной продукции, является одной из основных задач, стоящих перед человечеством.

Размещено на Allbest.ru