Биологическая продуктивность экосистемы

Биологическая продуктивность - это способность экосистемы к воспроизведению биомассы растений, микроорганизмов и животных, входящих в ее состав.

Биологическую продуктивность можно выразитьпродукцией - она является мерой биологической продуктивности и представляет собой количество воспроизведенной биомассы на 1 кв. м площади или в 1 куб. м объема в единицу времени и выражается в граммах углерода или сухого органического вещества.

Биомасса и продукция - основные показатели экосистемы. Биомасса, или урожай на корню, - масса органического вещества, заключенного в телах живых организмов на единицу площади. Биомасса может быть как живой, так и мертвой (например, древесина). Общая биомасса живого вещества составляет, по разным подсчетам, от 1800 до 2500 млрд. т (в среднем около 2000 млрд т) (таблица 6.1). Более 90% приходится на биомассу наземных растений (фитомассу), остальное - на водную растительность и гетеротрофные организмы. Таким образом, основная роль в живом веществе Земли принадлежит автотрофным растениям суши.

Основные запасы фитомассы приходятся на тропические области - более 55% (700-1000 т/га). На полярные области и пустыни приходится всего 1-2% (1-2 т/га). Биомасса животных (зоомасса) составляет около 5% всей биомассы. Биомасса Мирового океана в несколько сот раз меньше, чем биомасса суши. Причем здесь наблюдается обратное соотношение запасов биомассы растений и животных. Фитомасса океана составляет 0,2-0,3 млрд т, а зоомасса – 5-6 млрд т.

Важнейшим показателем экосистемы, кроме биомассы, является продукция.Продукция - прирост биомассы за единицу времени. Различают первичную и вторичную продукцию. Первичная продукция - органическое вещество, которое образуют продуценты в процессе фотосинтеза (или хемосинтеза). Вторичная продукция - биомасса, образуемая за единицу времени всеми репродуцентами и консументами. Общая годовая продукция наземной растительности оценивается приблизительно в 180-200 млрд т, основная ее доля приходится на тропическую зону. Годовая продукция океана составляет около 50-100 млрд т, т.е. он дает 1/3 всей продукции биосферы.

Таблица 6.1 Биомасса организмов Земли (по Н.И. Базилевич и др.)

Дождевые тропические леса, характеризующиеся максимальной продуктивностью 20-25 т/га/год и биомассой 700-1000 т/га, рассматривают как основные аккумуляторы углерода и источники обогащения атмосферы кислородом и называют «легкими планеты».

Количественный учет потоков энергии и продуктивности экосистемы имеет большое практическое значение. Точный расчет потока энергии и продуктивности позволяет регулировать в экосистемах выход выгодной для человека биомассы живых организмов и хорошо представлять допустимые пределы ее изъятия.

Экологические пирамиды

Соотношение численностей, биомасс, и продукций (потоков энергии) популяций, относящихся к последовательным трофическим уровням, называютэкологическими пирамидами. Их изображают в виде диаграмм, где ширина столбиков отражает соответствующий показатель каждого из уровней (рис. 26).

Рис. 26. Экологическая пирамида в общем виде

Эффект пирамиды в виде моделей придумал американский эколог Ч. Элтон. Экологические пирамиды бывают трех типов:

1. Пирамида численности отражает число организмов по трофическим уровням, причем численность особей при движении от продуцентов к консументам различного порядка значительно уменьшается. Например, на 1 га луга на I уровне находится около 9 млн. растений; на II уровне - 700 тыс. растительноядных насекомых; на III уровне - 350 тыс. хищных насекомых и пауков; на IV уровне - 3 птицы (рис. 27, а, б).

Рис. 27. Пирамиды численности

2. Пирамида биомасс показывает соотношение биомассы всех организмов в данной экосистеме по трофическим уровням (рис. 28). В наземных экосистемах масса продуцентов больше, чем масса консументов I порядка, консументов I порядка больше, чем консументов II порядка и т.д., поэтому график имеет вид нормальной пирамиды (рис. 29). В водных экосистемах экологическая пирамида перевернута (рис. 30), так как с повышением трофического уровня запас биомассы увеличивается. Основной продуцент в водных экосистемах - фитопланктон. Одноклеточные водоросли, преобладающие в нем, живут от нескольких дней до нескольких недель. Организмы второго (потребитель планктона) и последующих трофических уровней живут дольше и накапливают большую биомассу. Такая перевернутая пирамида бывает не во все сезоны годы. Весной, в период массового развития планктона, его биомасса выше биомассы организмов второго и третьего трофических уровней.

3. Пирамида энергии - разновидность пирамиды биомасс, в которой представлено количество энергии, заключенной в каждом из трофических уровней экосистемы или проходящей через эти уровни (рис. 31).

Пирамиды потоков энергии никогда не бывают «перевернутыми», т.к. следующий трофический уровень может «пропустить через себя» лишь часть энергии, усвоенной предыдущим уровнем.