Биомаса, биологична продуктивност на екосистемите, 10% правило
Биомаса (биоматерия) - общата маса на растителни и животински организми, присъстващи в биогеоценозата към момента на наблюдение.
Сред сухоземните животински организми, насекомите, членестоногите и други подобни, които осигуряват съществуването на растителните организми, съставляват най-голямата част по маса. (Повече от 80 процента от земната биомаса).
Човечеството като част от бозайниците е по-малко от 1 кубичен километър, което е нищожно малко, несъизмеримо с цялата биомаса, част от цялата биомаса на Земята.
Биомаса е теглото на отделно растение, животно или всички живи организми, живеещи на определена територия в определен обем, независимо дали живеят във въздух, вода или почва. Учените са изчислили биомасата на всички организми на Земята.
Растенията съставляват по-голямата част от биомасата на сушата, докато животните съставляват по-голямата част от биомасата в океана. Освен това биомасата на обитателите на океана, която заема 70,2% от повърхността на планетата. Интересен е и друг факт: броят на растителните видове на Земята е 21% от общия брой на всички живи организми, а животните - 79%, но въпреки това животинската биомаса не надвишава 1% от общата биомаса на нашата планета.
Тези изчисления показват, че растенията са основните производители на биологични продукти на нашата планета.
Биологична продуктивност, способността на организмите да произвеждат органична материя в процеса на личния живот. Биологичната продуктивност се измерва с количеството органична материя, създадено за единица време на единица площ. Прави се разлика между първична (създадена от растения и други автотрофни организми) и вторична (създадена от хетеротрофни организми) биологична продуктивност. Първичната биологична продуктивност включва брутната(общото количество вещество, синтезирано от растенията за единица време) и нетната продукция, която остава в растенията след разходите за тяхното дишане. Колкото по-благоприятни са условията на околната среда, толкова по-голям е относителният дял на чистата продукция. При неблагоприятни условия (пустиня) растенията изразходват до 80% от брутната си биологична продуктивност за дишане, а при благоприятни условия, с обилни ресурси от топлина и влага - не повече от 30%. Вторичен Б. стр. 20-50 пъти по-малко от първичния. Според първичната Б. т. на екологичната система се разделя на четири класа.
1. Екосистеми с много висока биологична продуктивност - над 2 kg/m2 годишно. Те включват тропически гори и коралови рифове, тръстикови масиви в делтите на големи реки.
2. Екосистеми с висока биологична продуктивност - 1-2 kg/m2 годишно. Това са широколистни гори, крайбрежни гъсталаци от опашка или тръстика на езерото, посеви от царевица и многогодишни треви, отглеждани с напояване и високи дози минерални торове.
3. Екосистеми с умерена биологична продуктивност - 0,25-1 kg/m2 годишно. Това са горите на зоната на тайгата, преобладаващата част от селскостопанските култури, сенокосни ливади и степи, езера, обрасли с водни растения, морски ливади от водорасли.
4. Екосистеми с ниска биологична продуктивност - под 0,25 kg/m2 годишно. Това са пустини с горещ климат, арктически пустини на островите на Северния ледовит океан, тундри, полупустини, степни пасища, утъпкани от говеда с ниска и рядка трева, планински степи. По-голямата част от морските екосистеми имат същата ниска биологична продуктивност. Средната биологична производителност на екосистемите на Земята не надвишава 0,3 kg/m2 годишно, тъй като земята е доминирана от нископродуктивни екосистеми на пустини и океани. Биологичната производителност трябва да се разграничавадобив и биомаса.
R. Lindemann (1942) формулиразакона на пирамидата на енергиите или правилото10%.
Отделянето на енергия с екскременти при месоядни (например хищници) е малко, при тревопасните е по-значително, а гъсениците на някои насекоми, които се хранят с растения, отделят до 70% от енергията с екскременти. Въпреки това, с цялото разнообразие от енергийни разходи, средно максималният разход за дишане, който общо с несмляната храна е около 90% от консумираната. Следователно преходът на енергия от едно трофично ниво към друго средно се отнема близо 10% от енергията, консумирана с храната. Този модел обикновено се счита за "правилото на десетте процента ".
Това правило трябва да се оценява като относително, показателно. В същото време от него следва, че хранителната верига има ограничен брой нива, обикновено не повече от 4-5. След преминаване през тях почти цялата енергия се разсейва.
Закономерностите на потока и разсейването на енергия имат последствия, които са важни от практическа гледна точка. Първо, от енергийна гледна точка консумацията на животински продукти е изключително неподходяща, особено от високите нива на хранителните вериги. Образуването на този продукт е свързано с големи загуби (разсейване) на енергия. Загубите на енергия са особено големи при прехода от първо трофично ниво към второ, от растения към тревопасни животни.
15. Енергийно осигуряване на биологичния цикъл.
Всички трансформации на веществата в процеса на циркулация изискват енергия. Никой жив организъм не произвежда енергия - тя може да бъде получена само отвън. В съвременната биосфера основният източник на енергия, използван в биогенния цикъл, е енергията на слънчевата радиация. Съответно първият етапизползването и преобразуването на енергия във веригите на цикъла - фотосинтеза, в процеса на който се създават вещества за изграждане на тялото на растителния организъм. Получената енергия под формата на слънчева радиация (PAR) се преобразува в енергията на химичните връзки по време на фотосинтезата. Процесът на натрупване на енергия в тялото на фотосинтетиците е свързан с увеличаване на телесната маса. Масата от вещества, създадени от фотосинтетичния производител, се нарича първична продукция; е биомасата на растителните тъкани. Само 15% от енергията на слънчевата радиация достига земната повърхност и само 1% е свързана под формата на органична материя на растителността (74% е топлина и 10% е отразена енергия). От количеството енергия, свързано с производствения процес, около половината се изразходва за жизнени процеси (загуби при дишане). Останалите 50% от съхранената енергия е растеж на биомаса. Така нетното производство съответства на около 0,5% от слънчевата енергия, падаща на Земята. Според някои други изчисления ефективността на фотосинтезата е още по-ниска - около 0,1%. Растителната биомаса, натрупана в резултат на фотосинтеза (първично производство), е резерв, част от който се използва за храна от хетеротрофни организми (консументи от 1-ви ред). Според същите приблизителни изчисления около 40% от фитомасата се приема като храна за фитофаги; останалите 60% означават действителната маса на растителността в екосистемата. По-нататъшното използване на енергия от хетеротрофните организми следва приблизително същата последователност. Енергията, получена от храната (т.нар. голяма енергия) съответства на енергийния разход на общото количество изядена храна. Абсорбираната енергия, минус енергията, съдържаща се в телесните секрети (екскременти), е метаболизираната енергия. Част от него се откроява вформата на топлина по време на смилането на храната и се разсейва или използва за терморегулация. Останалата енергия се подразделя на енергията на съществуване, която веднага се изразходва за различни форми на жизнена дейност (по същество това е същият разход за "дишане"), и продуктивна енергия, която се натрупва (поне временно) под формата на маса от нарастващи тъкани, енергийни резерви, сексуални продукти. Енергията на съществуване се състои от разходите за основни жизнени процеси (базален метаболизъм или основен метаболизъм) и енергията, изразходвана за различни форми на дейност. При хомойотермните животни към това се добавят енергийните разходи за терморегулация. Всички тези разходи в крайна сметка водят до разсейване на енергия под формата на топлина - отново поради факта, че нито една функция не е реализирана с ефективност, равна на 100%.