Продуктивность экосистем

1. Продуктивность экосистем

• Скорость
фиксации
солнечной
энергии
продуцентами
определяет
продуктивность
сообществ
• т.е. продуктивность тесно связана с потоком
энергии, проходящим через ту или иную
экосистему

2.

Человек научился получать энергию для своих
производственных и бытовых нужд самыми
различными способами,
но энергию для собственного питания он
может получать только через фотосинтез

3.

Продуктивность экосистемы
- способность живых организмов и в целом
экосистем производить органическое вещество
валовая
ПЕРВИЧНАЯ
продуктивность
чистая
ВТОРИЧНАЯ
продуктивность

4.

Первичная продуктивность экосистемы
– это органическое вещество, создаваемое
продуцентами в процессе фотосинтеза или
хемосинтеза.
Единицы измерения
• в единицах сырой или
сухой массы растений
(г,кг,т)
• в энергетических
единицах
(ккал или Дж)

5.

Валовая первичная продуктивность
(валовой фотосинтез)
общее количество
продуктов фотосинтеза,
производимое экосистемой
на единицу площади за
единицу времени,
г/м2/год

6. Чистая первичная продуктивность

продуктивность
экосистемы
за вычетом расхода
энергии растениями на
дыхание,
г/м2/год
В тропических лесах и зрелых лесах умеренной полосы часть
производимой
продукции
идет
на
поддержание
жизнедеятельности самих растений (так называемые затраты
на дыхание) составляет 40-70% валовой продукции.
Около 40% составляют затраты на дыхание у большинства
сельскохозяйственных культур.

7. Вторичная продуктивность

биомасса, а также энергия и биогенные
летучие вещества,
производимые всеми консументами
на единицу площади за единицу времени,
г/м2/год

8. Турбинная модель продуктивности биосферы

Низкий уровень продук-ти
– 0,1 …0,5 г/м2 в сутки
характерна для зоны
пустынь и арктического
пояса
Средний уровень продук-ти
– 0,5 …3,0 г/м2 в сутки
характерен для тундры,
лугов, полей и некоторых
лесов умеренной зоны
Высокий уровень продук-ти
– более 3,0 г/м2 в сутки
характерен для
тропических лесов,
для пашни,
морских мелководий

9. Первичная биологическая продуктивность различных типов экосистем (Реймерс, 1990)

Чистая первичная продуктивность, г/м кв. за год
Рифы
Влажные тропические леса
Болота
Эстуарии
Вечнозеленые леса умеренного пояса
Листопадные леса умеренного пояса
Саванна
Тайга
Культивируемые земли
Луговая степь
Континентальный шельф
Озера
Тундра
Открытый океан
Пустыни
Ледники, скалы
0
500
1000
1500
2000
2500

10. Эстуарий

(от лат. aestuarium — затопляемое устье
реки)
— однорукавное, воронкообразное устье
реки, расширяющееся в сторону моря.

11. Продуктивность океана

В настоящее время, и во все прошлые геологические
времена жизнь в океане была сосредоточена главным
образом у морских побережий.
Об этом со всей определённостью свидетельствуют
сохранившиеся на континентах биогенные барьерные рифы
(например вдоль Карпат – остатки миоценового моря)

12.

Основными продуцентами в океане
являются одноклеточные водоросли,
отличающиеся высокой скоростью
оборота генераций.
Поэтому их годовая продукция может
в десятки и даже сотни раз
превышать запас биомассы на
данный момент времени.
Вся чистая первичная продукция так быстро вовлекается в
цепи питания, то есть поедается, что накопление биомассы
водорослей весьма мало вероятно.
Однако из-за высоких темпов размножения небольшой их
запас вполне достаточен для поддержания скорости
воссоздания органического вещества.
Поэтому для океана правило
пирамиды биомасс имеет перевернутый вид.

13.

На высших трофических уровнях преобладает тенденция к
накоплению биомассы, поскольку длительность жизни
крупных хищников (например, кита-касатки) велика,
скорость оборота этих генераций (поколений), наоборот,
мала, и в их телах задерживается значительная часть
вещества, поступающего по цепям питания.

14.

15. Биопродуктивность агроэкосистем

Агроэкосистема —
это искусственно созданная с целью получения
сельскохозяйственной продукции
и регулярно поддерживаемая человеком экосистема
(поле, пастбище, огород, сад, защитное лесное насаждение,
животноводческие комплексы и т.д.)
Агросистема не способна саморегулироваться,
в отличии от природной

16. При прогнозе продуктивности агросистем необходимо учитывать УТЕЧКИ энергии

Потери, связанные со сбором урожая
связанные
с
связанные
с неблагоприятными
связанные
с другими
типами
стрессовых
воздействий,
загрязнением
климатическими
условиями
способствующим
отведению
энергии от
экосистем
среды

17.

При прогнозе продуктивности агросистем
необходимо учитывать ПОСТУПЛЕНИЯ энерги
Энергетические субсидии
- это дополнительный источник энергии,
уменьшающий затраты на самоподдержание экосистемы
и увеличивающий ту долю энергии, которая может
перейти в продукцию
Синоним вспомогательного потока энергии

18. Энергетические субсидии

механизация сельского хозяйства
химизация сельского хозяйства
мелиорация
ирригация
создание новых сортов растений и
пород животных
• и др.

19. ЗАКОН (ЗАКОНОМЕРНОСТЬ) РАСТУЩЕГО ПЛОДОРОДИЯ — УРОЖАЙНОСТИ

агротехнические и другие
прогрессивные приемы ведения
сельского хозяйства,
появляющиеся в практике
земледелия,
ведут к увеличению урожайности
полей

20. ЗАКОН СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

с ходом исторического времени
при получении из природных систем
полезной продукции на ее единицу
в среднем затрачивается все больше
энергии
Увеличиваются и энергетические
расходы на одного человека

21. Расход энергии на одного человека

в каменном веке
4 тыс.ккал/сут
в аграрном
обществе
12 тыс.ккал/сут
в индустриальную
эпоху
70 тыс.ккал/сут
в настоящее
время
240 тыс.ккал/сут

22. ЗАКОН СНИЖЕНИЯ ПРИРОДОЕМКОСТИ ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ

удельное содержание природного
вещества
в усредненной единице
общественного продукта
исторически неуклонно снижается
Реймерс Н.Ф.

23. Пути экологизации агросистем

• Применение экологизированных
агротехнологических приемов
• Восстановление и поддержание гумусового слоя
(органическое земледелие)
• Увеличение биоразнообразия агросистем
• возделывание культур разных видов
• сортосмеси
• Мозаичность сельского хозяйства
• Отказ от ядохимикатов и использование
биологических средств защиты растений

24.

Для повышения биопродуктивности
агросистем
необходимо знать принципы и
законы функционирования
биосистем,
и уметь ими пользоваться

25.

Биогеоценоз — устойчивая система, которая может
существовать на протяжении длительного времени.
Равновесие в живой системе динамично,
т.е. представляет собой постоянное движение вокруг
определенной точки устойчивости.

26. Круговороты веществ

Все доступные для живых организмов химические
соединения в биосфере ограничены.
Исчерпаемость пригодных для усвоения химических
веществ часто тормозит развитие тех или иных групп
организмов в локальных участках суши или океана.
По
выражению
академика
В.Р.
Вильямса,
единственный способ придать конечному свойства
бесконечного состоит в том,
чтобы заставить его вращаться по замкнутой кривой.
Следовательно, функциональность биосферы
поддерживается благодаря
круговороту веществ и потокам энергии.

27. Круговороты веществ

Имеются два основных круговорота веществ:
большой, или геологический
малый, биологический (биотический)
БОЛЬШОЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ
обусловлен взаимодействием солнечной
(экзогенной)
энергии
с
глубинной
(эндогенной) энергией Земли.
Он перераспределяет вещества между
биосферой и более глубокими горизонтами
нашей планеты.

28.

29. Большим круговоротом называется и круговорот воды между гидросферой, атмосферой и литоферой

30. Круговороты веществ

БИОТИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ
С возникновением жизни на Земле круговорот
веществ
ускорился
в
результате
жизнедеятельности живых организмов.
Биотический круговорот
- это явление непрерывного, циклического, но
неравномерного во времени и пространстве
закономерного перераспределения вещества,
в пределах экологических систем различного
уровня организации - от биогеоценоза до
биосферы.

31. Круговороты веществ

Биотический круговорот веществ называют еще
малым, за то что он происходит еще в меньшем
пространстве, чем геологический круговорот –
в биосфере.
Время, необходимое для прохождения полного
цикла
оборота
веществ
в
биотическом
круговороте, гораздо меньше, чем в большом
геологическом.
Живые организмы в биотическом круговороте
выступают своеобразными катализаторами,
которые
быстро
синтезируют
новые,
трансформируют и разрушают имеющиеся
органические соединения.

32.

минеральные
вещества
редуценты
продуценты
консументы

33.

Круговороты веществ
Оба круговорота взаимно
связаны и представляют
единый процесс,
формирующий
функциональные свойства
экосистем и биосферы в
целом

34. Свойства экосистем, характеризующие их функционирование

Соотношение
скоростей
автотрофных
гетеротрофных процессов
Целостность
Устойчивость
Динамика экосистем
Саморегуляция экосистем
Экологическая структура биоценоза
и
Видовая
Пространственная
Экологические ниши
Закономерности
экосистем
динамического
равновесия

35. Свойства экосистем

соотношение скоростей
автотрофных и гетеротрофных процессов
Создание органического
вещества из СО2 с помощью
солнечной энергии и
выделением 02
Разложение
органического вещества
с выделением С02
Отношение концентраций СО2 и О2 отражает
соотношение скоростей этих процессов в
экосистемах,
т. е. соотношение аккумулированной
продуцентами
и рассеянной консументами энергии

36. Свойства экосистем

При этом в разных экосистемах баланс этих
процессов может быть либо положительным, либо
отрицательным
Положительный (+)
Отрицательный (-)
горная
река
город
озера лес
тропический
агросистема

37. Свойства экосистем

Деятельность человека значительно ускоряет
процессы разложения органического вещества
В атмосферный воздух
выбрасывается большое
количество СО2 до этого
связанного в угле, нефти, торфе,
древесине, гумусе почв
уничтожение лесов и сжигание
интенсивное
ведение
сельского хозяйства ускоряет
древесины
образует
большое
разложение
гумуса
количество СО
2