Экология: биология взаимодействия. 3.06. Продукция экосистем и ее измерение

 

3.05. Экологический баланс

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 3. Биогеоценология и экология сообществ

3.07. Продуктивность различных биомов

3.06. Продукция экосистем и ее измерение

Человек — один из многих видов консументов, населяющих Землю. Для его существования необходимо произведенное растениями органическое вещество. По мере своего роста человечество раз за разом сталкивалось с недостатком пищи. Теперь, когда оно стало всепланетной силой, возникает закономерный вопрос: а сколько всего органического вещества, потенциально пригодного для употребления человеком, образуется на нашей планете?

В 1964-1974 гг. во всем мире проводился согласованный сбор данных о продуктивности экосистем и влияющих на нее факторах, проходивший в рамках Международной биологической программы ООН. До сих пор эти результаты являются основой наших знаний о тех природных богатствах, которыми располагает Земля. Вначале нужно определить основные понятия, используемые для изучения продуктивности экосистем.

Биомасса — суммарная масса всех организмов всего сообщества или отдельной популяции, измеряемая в единицах сырой или сухой массы на единицу площади или объема среды. В состав биомассы входят тела организмов целиком, даже если некоторые их части мертвые, как например, древесина. Совокупность мертвых частей живых организмов составляет некромассу, мертвую массу в составе организмов (обратите внимание на этимологический парадокс: некромасса является частью биомассы!). Доля некромассы особенно велика в лесу.

Продукция — количество воспроизведенной биомассы на единицу площади (или объема) в единицу времени (а также сама эта биомасса). Выделяют первичную продукцию — количество органического вещества, произведенного автотрофами (продуцентами), а также вторичную продукцию — продукцию гетеротрофов (консументов и редуцентов).

Разработаны разнообразные способы измерения продуктивности экосистем. Поскольку образование и разрушение органического вещества тесно связано с газообменом (при образовании органического вещества в ходе наиболее распространенных форм фотосинтеза происходит поглощение углекислоты и выделение кислорода), измеряя содержание этих газов, можно оценить продукцию! Содержание какого газа лучше измерять: кислорода или углекислоты? Для водных и наземных экосистем ответ будет разным. Дело в том, что точнее можно измерить изменения количества того газа, какого в данных условиях меньше. В воздухе относительно много кислорода и немного углекислоты, поэтому продукцию наземных экосистем принято оценивать по CO2. В воде ситуация обратная: углекислый газ в ней растворяется очень хорошо, а кислорода зачастую недостает. Поэтому продуктивность водных экосистем определяют, измеряя изменения концентрации кислорода. Как это делают? Вы лучше поймете основной принцип, если попробуете догадаться о сути одного из самых простых методов — метода темных и светлых бутылей.

С борта лодки в светлое время суток на определенную глубину опускают груз, к которому прикреплена пара бутылей: одна прозрачная, а другая темная, непрозрачная. С помощью особого устройства из этих бутылей на определенной глубине выдергиваются пробки. Бутыли заполняются водой, характерной для этой глубины, вместе с содержащимися в этой воде фитопланктонными и зоопланктонными организмами. Кроме того, пробу этой воды поднимают на поверхность и определяют в ней содержание кислорода. Обозначим начальную концентрацию кислорода как C0. Заполненные водой темную и светлую бутыль на какое-то время (например, на 1 час) оставляют на глубине, а потом поднимают на поверхность и тут же определяют в них концентрацию кислорода. Так получают еще две величины: Cb — концентрацию кислорода в темной бутыли после выдерживания на глубине в течение стандартного времени и Cw — концентрацию кислорода в светлой бутыли после такого же выдерживания.

Задача. Укажите, как, зная C0, Cb и Cw, определить интенсивность дыхания и продукции планктонного сообщества. Чтобы вам легче было найти ответ на этот вопрос, задумайтесь, почему разница в содержании кислорода между темной и светлой бутылями появляется только в светлое время суток.

Описанный здесь метод определения продуктивности экосистем далеко не единственный. Многие методы измерения продуктивности основываются на использовании «меченых» атомов (радиоактивных изотопов распространенных биогенов).

Хлорофилловый метод основан на том, что на одну молекулу хлорофилла приходится примерно постоянное количество первичной продукции. С определенной территории собирают всю биомассу, из нее извлекают хлорофилл и измеряют его количество. Можно оценить продуктивность той или иной территории, даже измерив со спутника спектральный состав упавшего на нее и отраженного ею света! Дело в том, что хлорофилл характеризуется хорошо известным спектром поглощения, и по разности пришедшего в экосистему и ушедшего из нее света можно измерить, какая часть излучения была поглощена хлорофиллом.

 

3.05. Экологический баланс

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 3. Биогеоценология и экология сообществ

3.07. Продуктивность различных биомов