Биологическая продуктивность экосистем.

Как и для популяций отдельных видов, важным функциональным показателем всей экосистемы, а также его отдельных элементов, является способность к созданию (продуцированию) новой биомассы. Это свойство лежит в основе понятия продуктивность. Биомасса – это суммарная масса организмов данной группы или всего сообщества в целом. Часто биомассу выражают в эквивалентных энергетических единицах.

Первоначальный поток энергии, поступающий на Землю, это солнечное излучение. Наиболее важным для продуктивности биоценозов является суммарная величина потока света, напрямую получаемая зелёными растениями. Вообще количество солнечной энергии очень велико и составляет примерно 55 ккал на 1см² в год. Растения для создания органического вещества используют всего 0, 1-0, 2% всей солнечной энергии, попадающей на Землю. Остальное затрачивается на нагревание атмосферы, водоёмов, суши и испарение. Но, тем не менее, этого вполне достаточно для поддержания всех жизненных процессов в биосфере Земли. По некоторым данным ежегодно на нашей планете в результате фотосинтеза образуется около 170 млрд.т. органического вещества, что в пересчёте на 1га поверхности составляет 3т. Используя солнечную энергию, CO₂ и элементы минерального питания, биоценозы продуцируют древесину, листовую массу растений, плоды, животную биомассу и т.п.

Производительность биоценоза, измеряемая количеством органического вещества, которое создано за единицу времени на единице площади, т.е. измеряемая скоростью продуцирования биомассы, называется биологической продуктивностью. Единицы измерения продуктивности – гр/м² в день, т/км² в год и т.п.. Продукция любого из трофических уровней – это суммарная продукция всех популяций, занимающих его.

А) б)

Рис. 5.2. Продуктивность биоценоза.

Вся органическая масса, созданная растениями в единицу времени (обычно за год) при данной скорости фотосинтеза называется валовой (общая) первичной продукцией (рис.5.2а). Она частично расходуется самими растениями на поддержание жизнедеятельности. Эта часть может быть достаточно большой, так в тропических лесах и зрелых лесах умеренного пояса она составляет от 40-70% валовой продукции. Планктонные водоросли используют на метаболизм около 40% фиксируемой энергии. Оставшаяся часть – чистая первичная продукция (величина прироста растений) (рис.5.2а) – потребляется консументами, или после отмирания перерабатывается редуцентами (энергетический резерв для них), а частично осаждается и накапливается в виде запасов торфа, угля, сланцев и т.п.

У большинства растений чистая продукция составляет примерно половину от валовой (рис.5.2б). Первичная продукция, потреблённая консументами, частично идёт на создание вторичной продукции (рис.5.2 а, б), т.е. прироста их массы в единицу времени. Фитофаги съедают только около 10% биомассы растений. При этом часть потреблённой первичной продукции возвращается в абиотическую среду в виде фекалий, трупов и выделений. И эти вещества могут быть снова потреблены растениями. Поскольку консументы лишь используют ранее созданные органические вещества, вторичную продукцию на валовую и чистую не разделяют. Но её количество также зависит от затрат на жизнедеятельность самих консументов. При интенсивной физической нагрузке (миграции) или при необходимости затрачивать много энергии на согревание тела в холод, продукция (например, рост организмов) уменьшается. Таким образом, получается, что при переходе энергии с одного трофического уровня на другой потери составляют примерно 90%. Поэтому вторичная биопродуктивность в 20–50 раз меньше, чем первичная.