Každý rok lidé více a více vyčerpávají zdroje planety. Není divu, že v poslední době nabývá na důležitosti posouzení toho, kolik zdrojů může konkrétní biocenóza poskytnout. V dnešní době má při volbě způsobu řízení rozhodující význam produktivita ekosystému, protože ekonomická proveditelnost práce přímo závisí na množství produkce, kterou lze získat.
Toto jsou hlavní otázky, kterým dnes vědci čelí:
- Kolik solární energie je k dispozici a kolik je asimilováno rostlinami, jak se to měří?
- Které typy ekosystémů jsou nejproduktivnější a produkují nejvíce primární produkce?
- Jaké faktory omezují primární produkci lokálně a globálně?
- Jaká je účinnost, se kterou rostliny přeměňují energii?
- Jaké jsou rozdíly mezi účinností?asimilace, čistší produkce a environmentální účinnost?
- Jak se ekosystémy liší v množství biomasy nebo objemu autotrofních organismů?
- Kolik energie je lidem k dispozici a kolik ji spotřebujeme?
V rámci tohoto článku se na ně pokusíme alespoň částečně odpovědět. Nejprve se pojďme zabývat základními pojmy. Produktivita ekosystému je tedy proces akumulace organické hmoty v určitém objemu. Jaké organismy jsou zodpovědné za tuto práci?
Autotrofy a heterotrofy
Víme, že některé organismy jsou schopny syntetizovat organické molekuly z anorganických prekurzorů. Říká se jim autotrofy, což znamená „samoživící“. Ve skutečnosti produktivita ekosystémů závisí na jejich činnostech. Autotrofy jsou také označovány jako primární producenti. Do třídy rostlin se nejčastěji řadí organismy, které jsou schopny produkovat složité organické molekuly z jednoduchých anorganických látek (voda, CO2), ale stejnou schopnost mají i některé bakterie. Proces, kterým syntetizují organické látky, se nazývá fotochemická syntéza. Jak název napovídá, fotosyntéza vyžaduje sluneční světlo.
Měli bychom také zmínit dráhu známou jako chemosyntéza. Některé autotrofy, především specializované bakterie, mohou přeměňovat anorganické živiny na organické sloučeniny bez přístupu slunečního světla. Existuje několik skupin chemosyntetických látekbakterie v mořské a sladké vodě a jsou zvláště běžné v prostředí s vysokým obsahem sirovodíku nebo síry. Podobně jako rostliny nesoucí chlorofyl a další organismy schopné fotochemické syntézy jsou i chemosyntetické organismy autotrofy. Produktivita ekosystému je však spíše činností vegetace, protože právě ona je zodpovědná za akumulaci více než 90 % organické hmoty. Chemosyntéza v tom hraje nepoměrně menší roli.
Mezitím může mnoho organismů získat energii, kterou potřebují, pouze tím, že jí jiné organismy. Říká se jim heterotrofní. V zásadě mezi ně patří všechny stejné rostliny (také „požírají“hotovou organickou hmotu), zvířata, mikroby, houby a mikroorganismy. Heterotrofům se také říká „spotřebitelé“.
Role rostlin
Slovo „produktivita“v tomto případě zpravidla označuje schopnost rostlin ukládat určité množství organické hmoty. A to není překvapivé, protože pouze rostlinné organismy dokážou přeměnit anorganické látky na organické. Bez nich by byl samotný život na naší planetě nemožný, a proto se z této pozice posuzuje produktivita ekosystému. Obecně je otázka velmi jednoduchá: kolik organické hmoty mohou rostliny uložit?
Které biocenózy jsou nejproduktivnější?
Kupodivu, ale člověkem vytvořené biocenózy zdaleka nejsou nejproduktivnější. V tomto ohledu džungle, bažiny, selva velkých tropických řekjsou daleko napřed. Navíc právě tyto biocenózy neutralizují obrovské množství toxických látek, které se opět dostávají do přírody v důsledku lidské činnosti a navíc produkují více než 70 % kyslíku obsaženého v atmosféře naší planety. Mimochodem, v mnoha učebnicích se stále uvádí, že nejproduktivnějším „chlebníkem“jsou pozemské oceány. Kupodivu, ale toto tvrzení je velmi daleko od pravdy.
Oceánský paradox
Víte, s čím se srovnává biologická produktivita ekosystémů moří a oceánů? S polopouštěmi! Velké objemy biomasy se vysvětlují tím, že většinu povrchu planety zabírají vodní plochy. Takže opakovaně předpovídané využití moří jako hlavního zdroje živin pro celé lidstvo v nadcházejících letech je stěží možné, protože ekonomická proveditelnost je extrémně nízká. Nízká produktivita tohoto typu ekosystémů však nijak neubírá na důležitosti oceánů pro život všeho živého, proto je třeba je co nejpečlivěji chránit.
Moderní ekologové říkají, že možnosti zemědělské půdy nejsou zdaleka vyčerpány a v budoucnu z nich budeme moci získat hojnější úrodu. Zvláštní naděje se vkládají do rýžových polí, která mohou produkovat obrovské množství cenné organické hmoty díky svým jedinečným vlastnostem.
Základní informace o produktivitě biologických systémů
Celková produktivita ekosystémuje určena rychlostí fotosyntézy a akumulace organických látek v konkrétní biocenóze. Hmota organické hmoty, která vznikne za jednotku času, se nazývá primární produkce. Může být vyjádřen dvěma způsoby: buď v joulech, nebo v sušině rostlin. Hrubá produkce je její objem vytvořený rostlinnými organismy za určitou časovou jednotku při konstantní rychlosti procesu fotosyntézy. Je třeba si uvědomit, že část této látky půjde na životně důležitou činnost samotných rostlin. Zbývající organická hmota je čistou primární produktivitou ekosystému. Je to ona, kdo chodí krmit heterotrofy, mezi které patří ty a já.
Existuje "horní limit" pro prvovýrobu?
Zkrátka ano. Pojďme se v rychlosti podívat na to, jak efektivní je v principu proces fotosyntézy. Připomeňme, že intenzita slunečního záření dopadajícího na zemský povrch je velmi závislá na poloze: maximální návratnost energie je charakteristická pro rovníkové zóny. S přibližováním k pólům exponenciálně klesá. Přibližně polovina sluneční energie se odráží od ledu, sněhu, oceánů nebo pouští a je absorbována plyny v atmosféře. Například ozónová vrstva atmosféry pohlcuje téměř veškeré ultrafialové záření! Pouze polovina světla, které dopadá na listy rostlin, se využívá při fotosyntéze. Biologická produktivita ekosystémů je tedy výsledkem přeměny nevýznamné části sluneční energie!
Co je druhotná výroba?
Podle toho se sekundární produkty nazývajírůst spotřebitelů (tedy spotřebitelů) po určitou dobu. Produktivita ekosystému na nich samozřejmě závisí v mnohem menší míře, ale právě tato biomasa hraje v životě člověka nejdůležitější roli. Je třeba poznamenat, že sekundární organické látky se vypočítávají samostatně na každé trofické úrovni. Typy produktivity ekosystémů se tedy dělí na dva typy: primární a sekundární.
Poměr primární a sekundární produkce
Jak asi tušíte, poměr biomasy k celkové rostlinné hmotě je relativně nízký. Dokonce i v džungli a bažinách toto číslo zřídka přesahuje 6,5%. Čím více bylin ve společenství, tím vyšší je míra akumulace organické hmoty a tím větší rozdíl.
O rychlosti a objemu tvorby organických látek
Obecně platí, že limitní rychlost tvorby organické hmoty primárního původu zcela závisí na stavu fotosyntetického aparátu rostlin (PAR). Maximální hodnota účinnosti fotosyntézy, které bylo dosaženo v laboratorních podmínkách, je 12 % hodnoty PAR. V přírodních podmínkách je hodnota 5 % považována za extrémně vysokou a prakticky se nevyskytuje. Předpokládá se, že na Zemi asimilace slunečního světla nepřesahuje 0,1 %.
Primární produkční distribuce
Je třeba poznamenat, že produktivita přirozeného ekosystému je na celé planetě extrémně nerovnoměrná. Celková hmotnost veškeré organické hmoty, která se ročně vytvoří napovrchu Země, je asi 150-200 miliard tun. Pamatujete si, co jsme řekli o produktivitě oceánů nahoře? Takže 2/3 této látky se tvoří na souši! Jen si to představte: gigantické, neuvěřitelné objemy hydrosféry tvoří třikrát méně organické hmoty než nepatrná část země, z níž velkou část tvoří pouště!
Více než 90 % nahromaděné organické hmoty v té či oné formě se používá jako potrava pro heterotrofní organismy. Jen nepatrný zlomek sluneční energie se ukládá ve formě půdního humusu (stejně jako ropy a uhlí, které vznikají dodnes). Na území naší země se nárůst primární biologické produkce pohybuje od 20 centů na hektar (u Severního ledového oceánu) až po více než 200 centů na hektar na Kavkaze. V pouštních oblastech tato hodnota nepřesahuje 20 c/ha.
Na pěti teplých kontinentech našeho světa je intenzita produkce v zásadě prakticky stejná, téměř: v Jižní Americe vegetace akumuluje díky vynikajícím klimatickým podmínkám jedenapůlkrát více sušiny. Tam je produktivita přírodních a umělých ekosystémů maximální.
Co živí lidi?
Přibližně 1,4 miliardy hektarů na povrchu naší planety tvoří plantáže pěstovaných rostlin, které nám poskytují potravu. To je přibližně 10 % všech ekosystémů na planetě. Kupodivu, ale pouze polovina výsledných produktů jde přímo do lidské potravy. Všechno ostatní se používá jako krmivo pro domácí zvířata a jde dopotřeby průmyslové výroby (nesouvisející s výrobou potravinářských výrobků). Vědci už dlouho bijí na poplach: produktivita a biomasa ekosystémů naší planety nedokážou zajistit více než 50 % lidské potřeby bílkovin. Jednoduše řečeno, polovina světové populace žije v podmínkách chronického hladovění bílkovin.
Biocenózy – držitelé rekordů
Jak jsme již řekli, rovníkové lesy se vyznačují nejvyšší produktivitou. Jen se zamyslete: na hektar takové biocenózy může připadnout více než 500 tun sušiny! A to zdaleka není limit. Například v Brazílii vyprodukuje jeden hektar lesa 1200 až 1500 tun (!) organické hmoty ročně! Jen si pomyslete: na metr čtvereční jsou až dvě centy organické hmoty! V tundře na stejné ploše se nevytváří více než 12 tun a v lesích středního pásu - do 400 tun. Zemědělské podniky v těchto částech to aktivně využívají: produktivita umělého ekosystému ve formě cukru třtinové pole, které dokáže nashromáždit až 80 tun sušiny na hektar, nikde jinde nemůže fyzicky produkovat takové výnosy. Zátoky Orinoco a Mississippi, stejně jako některé oblasti Čadu, se od nich však liší jen málo. Zde ekosystémy po dobu jednoho roku „vydají“až 300 tun látek na hektar plochy!
Results
Hodnocení produktivity by tedy mělo být provedeno na základě primární látky. Faktem je, že druhotná produkce není více než 10% této hodnoty, její hodnota velmi kolísá, a proto je podrobná analýzatento indikátor je prostě nemožný.
