Productivité des écosystèmes. Dans chaque écosystème, une partie de l'énergie entrante qui pénètre dans le réseau trophique ne se dissipe pas, mais s'accumule sous forme de composés organiques. La production continue de matière vivante (biomasse) est l'un des processus fondamentaux de la biosphère.[...]
PRODUCTIVITÉ DU PAYSAGE - la capacité d'un paysage à produire des produits biologiques. Voir Productivité biologique d'un écosystème.[...]
La productivité de l'écosystème est le taux de formation de matière biologique (biomasse) par unité de temps.[...]
Un écosystème jeune et productif est très vulnérable en raison de sa composition en espèces monotypiques, car à la suite d'une sorte de catastrophe environnementale, par exemple la sécheresse, il ne peut plus être restauré en raison de la destruction du génotype. Mais ils (les écosystèmes) sont nécessaires à la vie de l'humanité, notre tâche est donc de maintenir un équilibre entre les écosystèmes anthropiques simplifiés et les écosystèmes voisins plus complexes, dotés d'un riche pool génétique, des écosystèmes naturels dont ils dépendent.[...]
La productivité primaire d'un écosystème, d'une communauté ou de toute partie de celui-ci est définie comme la vitesse à laquelle l'énergie solaire est absorbée par les organismes producteurs (principalement les plantes vertes) lors de la photosynthèse ou de la synthèse chimique (chimioproducteurs). Cette énergie se matérialise sous forme de substances organiques dans les tissus des producteurs.[...]
L'état de l'écosystème - le nombre et la proportion d'organismes - est contrôlé et déterminé par le flux d'énergie fourni par sa productivité primaire : plus la productivité est élevée, plus la partie biotique de l'écosystème est importante. Comme cela a été démontré, le produit de l’écosystème dépend du flux d’énergie solaire reçu par le système. Cependant, ce n’est pas le seul facteur qui détermine la productivité. La détérioration de la fertilité des sols entraîne inévitablement une diminution du potentiel énergétique du milieu et la dégradation de ce dernier (désertification du territoire).[...]
| 17.1 |
La productivité biologique d'un écosystème est le taux de création de biomasse en son sein, c'est-à-dire masse corporelle des organismes vivants. La dimension de la productivité est masse/espace temps (volume).[...]
La puissance du biote d’un écosystème est déterminée par sa production, exprimée en unités énergétiques. La vitesse à laquelle les plantes assimilent l'énergie du soleil et accumulent de la matière organique lors de la photosynthèse constitue la productivité biologique de l'écosystème, dont la différence s'exprime en énergie/surface, temps ou masse/surface, temps. Toutes les substances organiques synthétisées lors de la photosynthèse ne sont pas incluses dans la biomasse végétale, c'est-à-dire tous ne sont pas utilisés pour augmenter la taille et le nombre de plantes. Certains d'entre eux doivent être décomposés par les plantes elles-mêmes au cours du processus de respiration afin de libérer l'énergie nécessaire à la biosynthèse et au maintien des fonctions vitales des plantes elles-mêmes. Par conséquent, la production biologique primaire nette de l'écosystème Pc sera égale à la totalité de la production brute des plantes de l'écosystème Pc moins les pertes respiratoires des plantes Pc elles-mêmes, c'est-à-dire [...]
De la table 1.3 montre clairement que les écosystèmes terrestres sont les plus productifs. Bien que la superficie des terres émergées soit la moitié de la taille des océans, leurs écosystèmes ont une production annuelle de carbone primaire plus de deux fois supérieure à celle de l'océan mondial (52,8 milliards de tonnes et 24,8 milliards de tonnes, respectivement), la productivité relative des écosystèmes terrestres étant 7 fois supérieure à celle des océans. productivité des écosystèmes océaniques. Il s'ensuit notamment que les espoirs selon lesquels le développement complet des ressources biologiques de l'océan permettra à l'humanité de résoudre le problème alimentaire ne sont pas très justifiés. Apparemment, les opportunités dans ce domaine sont faibles - déjà maintenant, le niveau d'exploitation de nombreuses populations de poissons, cétacés, pinnipèdes est proche du critique, pour de nombreux invertébrés commerciaux - mollusques, crustacés et autres, en raison d'une baisse significative de leur nombre dans populations naturelles, l'élevage est devenu économiquement rentable dans des fermes marines spécialisées, développement de la mariculture. La situation est à peu près la même avec les algues comestibles, comme le varech (algue) et le fucus, ainsi que les algues utilisées industriellement pour produire de l'agar-agar et de nombreuses autres substances précieuses.[...]
Il est actuellement généralement admis que plus le nombre d'espèces composant un écosystème est élevé, plus la capacité de la communauté à s'adapter aux conditions de vie changeantes (par exemple, les changements climatiques à court ou à long terme, ainsi que d'autres facteurs) ). Au cours du développement évolutif des écosystèmes, les espèces dominantes ont changé à plusieurs reprises. Souvent, les espèces les plus fréquentes se sont révélées incapables de résister aux changements dans l'action de l'un ou l'autre facteur environnemental, et espèces rares s'est avéré plus persistant et a reçu un avantage (par exemple, l'extinction des grands reptiles et le développement des mammifères à la fin du Crétacé). La productivité de l'écosystème est ainsi maintenue et même augmentée.[...]
Les zones humides enrichies en nutriments sont les écosystèmes les plus productifs, abritant des bancs de gibier aquatique et de nombreux autres animaux. La superficie totale des marécages et zones humides de la planète est d'environ 3 millions de km2. Le plus grand nombre de marécages se trouve en Amérique du Sud (près de la moitié) et en Eurasie, et très peu en Australie. Les marécages et les zones humides existent dans toutes les zones géographiques, mais ils sont particulièrement nombreux dans la taïga. Dans notre pays, les marécages occupent environ 9,5% du territoire, et les tourbières sont particulièrement précieuses, accumulant d'importantes réserves de chaleur [...]
Différents systèmes écologiques se caractérisent par des productivités différentes, qui doivent être prises en compte lors de l'aménagement de certains territoires, par exemple à des fins agricoles. La productivité d'un écosystème dépend d'un certain nombre de facteurs, principalement de l'apport de chaleur et d'humidité déterminé par les conditions climatiques (tableaux 2.3 et 2.4). Les écosystèmes les plus productifs sont les estuaires peu profonds.[...]
Les avantages objectifs de cette méthode sont déterminés par le fait que le fonctionnement de tout écosystème est initialement soutenu par un flux continu d'énergie à travers ses composants, et l'intensité de ce flux détermine la dynamique et la productivité de l'écosystème. Sans exception, tous les flux matériels de production et autres activités humaines sont toujours associés à des flux d'énergie et ont l'une ou l'autre intensité énergétique. Les flux d’énergie naturels et artificiels peuvent toujours être quantifiés. L'intensité des flux d'énergie, en raison de leur lien avec des facteurs physico-géographiques et le niveau de développement économique, peut toujours être prédite avec une grande fiabilité. L'échange d'énergie dans les écosystèmes (avec la circulation de la matière) est l'un des principaux facteurs de stabilité des écosystèmes et de leur potentiel d'auto-guérison.[...]
La régularité du cycle de tout élément, y compris le carbone, détermine la productivité de l’écosystème, qui est importante pour l’agriculture et la croissance forestière. L'intervention humaine perturbe les processus de circulation. La déforestation et la combustion de carburant affectent le cycle du carbone.[...]
Dans le tableau La figure 9 montre que les estuaires, en tant que classe d'habitat, sont comparables à des écosystèmes naturels productifs tels que les forêts tropicales humides et les récifs coralliens. Les estuaires ont tendance à être plus productifs que la mer, d’une part, et que les bassins d’eau douce, d’autre part. Nous pouvons désormais réunir à nouveau les raisons d'une productivité élevée (voir Yu. Odum, 1961 ; Schelske et Yu. Odum, 1961).
Zakbn MAXIMUM [lat. maximum le plus grand] - un changement quantitatif des conditions environnementales ne peut pas augmenter la productivité biologique de l'écosystème et la productivité économique du système agricole au-delà des limites poids-énergie déterminées par les propriétés évolutives des objets biologiques et de leurs communautés.[...]
Les photoautotrophes (plantes) constituent la majeure partie du biote et sont entièrement responsables de la formation de toute nouvelle matière organique dans l'écosystème, c'est-à-dire sont les principaux producteurs de produits - producteurs d'écosystèmes. La nouvelle biomasse de matière organique synthétisée par les autotrophes constitue la production primaire, et le taux de sa formation constitue la productivité biologique de l'écosystème. Les autotrophes forment le premier niveau trophique de tout écosystème complet.[...]
Le mot clé dans les définitions ci-dessus est contentieux. Il faut toujours prendre en compte l’élément temps, c’est-à-dire qu’on parle de la quantité d’énergie fixée sur un certain temps. Ainsi, la productivité biologique est différente du « rendement » en chimie ou en industrie. Dans les deux derniers cas, le processus se termine par l'apparition d'une certaine quantité de l'un ou l'autre produit, mais dans les communautés biologiques, le processus est continu dans le temps, il est donc nécessaire de relier le produit à une unité de temps sélectionnée (par exemple , parlez de la quantité de nourriture produite par jour ou par an). En général, la productivité d’un écosystème indique sa « richesse ». Une communauté riche ou productive peut avoir plus d'organismes qu'une communauté moins productive, mais parfois cela peut ne pas être le cas si les organismes de la communauté productive sont supprimés ou « retournés » plus rapidement. Ainsi, sur un pâturage riche mangé par le bétail, la récolte d'herbe sur pied sera évidemment bien moindre que sur un pâturage moins productif, vers lequel aucun bétail n'a été conduit pendant la période de mesure. Biomasse disponible ou culture sur pied pour temps donné ne doit pas être confondu avec la productivité. Les étudiants en écologie confondent souvent ces deux quantités. La productivité primaire d'un système ou la production d'une composante d'une population ne peut généralement pas être déterminée en comptant et en pesant simplement (c'est-à-dire en «censurant») les organismes présents, bien que les données sur les cultures sur pied puissent fournir de bonnes estimations de la productivité primaire nette si les organismes sont de grande taille et la matière vivante est vivante depuis un certain temps s'accumule sans être consommée (exemple - cultures agricoles).[...]
La différence d’impact des deux principaux types de pollution sur le système énergétique est illustrée à la Fig. 216. Lorsque l’absorption atteint un niveau critique, de fortes fluctuations se produisent souvent (par exemple, dans le cas des proliférations d’algues), et une nouvelle augmentation de l’absorption de ces polluants entraîne un stress – le système est essentiellement empoisonné par un « excès de biens ». La rapidité avec laquelle le passage du bon au mauvais peut se produire sans contrôle approprié ajoute à la difficulté de reconnaître et d'agir sur la contamination (cela se voit à la manière dont la courbe descend). Dans quelle mesure ce modèle est applicable, nous le montrerons au chapitre. 21.[...]
Le développement des réserves de pétrole et de gaz a eu un effet extrêmement néfaste sur la nature de la Sibérie occidentale. Une sorte de désert s'y est créé : avec l'épuisement des ressources minérales, il ne reste plus aucun bien naturel, seulement une terre mutilée. Cela nécessite une réanimation dans des écosystèmes productifs. De tels chemins sont soit connus, soit doivent être trouvés. En général, les programmes spécifiques visant à restaurer le potentiel des ressources naturelles et à rechercher de nouvelles façons d'utiliser la nature sans la détruire sont très prometteurs.[...]
Ainsi, le premier critère proposé pour l'impact de la noocénose sur un écosystème permet d'exprimer cet impact comme un indicateur numérique sans dimension et, par sa valeur, de caractériser le degré d'impact de l'activité économique humaine sur la productivité de l'écosystème. Le critère de l'impact d'une noocénose sur un écosystème permet d'évaluer sa productivité en fonction de l'influence des entreprises, de la société humaine, des produits de son travail et des déchets de production nocifs comme dans le fonctionnement des noocénoses. et lors de la planification de leur développement, ainsi que lors de la modification délibérée des pyramides écologiques lors de la planification et du choix d'une stratégie d'activité économique.[...]
L’entrée du système est le flux d’énergie solaire. La majeure partie est dissipée sous forme de chaleur. Une partie de l'énergie efficacement absorbée par les plantes est convertie lors de la photosynthèse en énergie des liaisons chimiques des glucides et d'autres substances organiques. Il s’agit de la production primaire brute de l’écosystème. Une partie de l’énergie est perdue lors de la respiration de la plante, tandis qu’une autre partie est utilisée dans d’autres processus biochimiques de la plante et est finalement également dissipée sous forme de chaleur. Le reste de la matière organique nouvellement formée détermine l'augmentation de la biomasse végétale - la productivité primaire nette de l'écosystème.[...]
Le flux d’énergie total caractérisant un écosystème est constitué du rayonnement solaire et du rayonnement thermique à ondes longues reçu des corps proches. Les deux types de rayonnement déterminent les conditions climatiques de l'environnement (température, taux d'évaporation de l'eau, mouvement de l'air, etc.), mais seule une petite partie de l'énergie du rayonnement solaire est utilisée dans la photosynthèse, qui fournit de l'énergie aux composants vivants de l'environnement. l’écosystème. Grâce à cette énergie, la production principale, ou primaire, de l'écosystème est créée. Par conséquent, la productivité primaire d'un écosystème est définie comme la vitesse à laquelle l'énergie radiante est utilisée par les producteurs dans le processus de photosynthèse, s'accumulant sous forme de liaisons chimiques de substances organiques. La productivité primaire P est exprimée en unités de masse, d'énergie ou en unités équivalentes par unité de temps.[...]
L'indicateur le plus important pour déterminer la charge maximale sur l'environnement est le concept de qualité de l'environnement. La qualité de l'environnement est un ensemble de paramètres qui satisfont aux conditions d'existence humaine (niche écologique) et aux conditions d'existence de la société humaine. Comme critères de qualité de l'environnement, on peut utiliser la productivité biologique d'un écosystème, le rapport des espèces, l'état des systèmes trophiques, etc. Aux États-Unis, la qualité de l'environnement est caractérisée par un système de points spéciaux. La somme des points dans une région particulière détermine la qualité de l'environnement.[...]
La succession écologique est un changement séquentiel des écosystèmes avec un changement progressif et dirigé des conditions environnementales, par exemple avec une augmentation (ou une diminution) de l'humidité ou de la richesse du sol, avec le changement climatique, etc. Dans ce cas, l'équilibre écologique semble « glisser » : parallèlement (ou avec un certain décalage) aux changements des conditions environnementales, la composition des organismes vivants et la productivité de l'écosystème changent, progressivement le rôle de certaines espèces diminue, tandis que d'autres augmentent, différentes espèces disparaissent de l’écosystème ou, à l’inverse, le reconstituent. La succession peut être provoquée par des facteurs internes et externes (liés à l'écosystème), se dérouler très rapidement ou durer des siècles. Si l'environnement change brusquement (incendie, déversement grande quantité pétrole, le passage des véhicules à roues dans la toundra), alors l'équilibre écologique sera détruit.[...]
Lorsque l'eau est détournée des rivières, les marécages le long de leurs lits, non alimentés par les crues, s'assèchent, ce qui entraîne également la disparition de nombreuses espèces de plantes et d'animaux. Les marécages naturels jouent un rôle important dans la purification de l’eau qui s’infiltre dans les eaux souterraines à travers leur épaisseur. Les marécages sont des régulateurs du débit des rivières ; ils alimentent les sources et les rivières. De plus, les marécages enrichis en nutriments constituent les écosystèmes les plus productifs et servent d'habitat à de nombreux animaux sauvages.[...]
S. S. Schwartz écrit : « Les catastrophes climatiques, qui ne dépassent cependant pas les limites de fluctuations séculaires, peuvent réduire le nombre de petits mammifères de dizaines et de centaines de milliers de fois, mais après 2-3 saisons de reproduction, les animaux se rétablissent. à nouveau leurs numéros. nombre à l’optimum. Une diminution apparemment insignifiante du nombre d’animaux causée par des influences anthropiques conduit souvent à une extinction massive de l’espèce. La préservation ou la reconstruction d'un écosystème assez complexe, multi-espèces et productif à l'échelle régionale nécessite une analyse scientifique approfondie et approfondie de l'écosystème de la région, ce qui, malheureusement, n'est pas toujours possible au niveau actuel de développement environnemental. Cependant, la thèse suivante semble juste : malgré la complexité, le coût élevé et la durée des aménagements environnementaux, ceux-ci doivent précéder toute activité économique susceptible de provoquer des changements environnementaux à l'échelle régionale.[...]
Selon A. N. Tetior, B. est la clé pour résoudre le problème du rétablissement de l'équilibre écologique dans les zones urbanisées. BIOFIELD, champ biologique - un champ qui affecte les organismes vivants. La nature de cet effet n’est pas claire ; se manifeste sous la forme de processus électromagnétiques et bioénergétiques. La BIOPOLITIQUE est une politique basée sur la reconnaissance des inégalités raciales. B. sert souvent de justification à des actes politiques agressifs, voire militaires. Voir Racisme. BIO-PRODUCTIVITÉ D'UN ÉCOSYSTÈME - voir Productivité biologique d'un écosystème. BIODIVERSITÉ - voir Biodiversité.[...]
Les organismes producteurs sont des autotrophes - végétation côtière, plantes aquatiques flottantes multicellulaires et unicellulaires (phytoplancton), vivant à des profondeurs où la lumière pénètre encore. En raison de l’énergie fournie par les apports, les organismes producteurs synthétisent la matière organique à partir de l’eau et du dioxyde de carbone au cours du processus de photosynthèse. Le principal indicateur de la puissance d’un écosystème est sa productivité, entendue comme la masse de matière organique présente dans le corps des organismes producteurs. La productivité d'un écosystème dépend de la quantité de lumière, d'eau et de la richesse du sol ou de l'eau en composés organiques et minéraux.[...]
Dans des conditions de reconstruction importante des systèmes d'eau - débit entièrement régulé de nombreuses rivières, création d'un réseau de réservoirs divers, utilisation d'un grand nombre de réservoirs comme réservoirs de refroidissement pour les installations énergétiques, eutrophisation intensive de nombreux réservoirs intérieurs, transfert du débit de de nombreuses rivières du nord au sud - une approche complètement différente pour résoudre le problème de l'augmentation de la reproduction des ressources halieutiques. Pour cela, apparemment, il ne suffit pas d'avoir une connaissance détaillée de l'écologie de la reproduction et du développement d'espèces de poissons précieuses, mais il faut apprendre à former artificiellement des écosystèmes productifs, attirant à ces fins même des objets d'élevage (pisciculture) qui sont loin d'être traditionnel pour notre pays. Si nous sommes capables de clarifier les processus complexes associés au degré de stabilité et de variabilité des systèmes biologiques (organisme, population, écosystèmes), sur la base d'une analyse détaillée et unilatérale de la cinétique des processus en cours dans à différents niveaux systèmes biologiques et passer d'une simple forme d'exploitation des ressources halieutiques des plans d'eau à la gestion de la productivité des écosystèmes aquatiques, nous pourrons alors non seulement anticiper et prévenir les changements de la faune piscicole qui nous sont indésirables, mais aussi augmenter leur productivité [...].
La surveillance biologique repose sur l'observation de paramètres environnementaux au niveau d'un réseau de points de contrôle et est de nature locale. La surveillance du géosystème utilise non seulement les données obtenues par la surveillance biologique, mais également un système de zones clés (tests) spéciales et est de nature régionale. Ces zones clés sont communément appelées sites d'essais naturels (géoécologiques) sur lesquels sont établis des essais de géosystèmes : MPC (concentrations maximales admissibles), ESSPS (capacité naturelle du milieu naturel à s'auto-épurer), EEB (bilan énergie-matière), BPE ( productivité biologique de l'écosystème) et etc. Il est recommandé d'avoir une décharge dans chaque zone naturelle.[...]
L'origine géographique des espèces steppiques revêt une importance écologique particulière. Les représentants des genres d'origine septentrionale, tels que 8Ira, Agorugop et Roa, reprennent leur croissance au début du printemps, atteignent leur développement maximum à la fin du printemps ou au début de l'été (lorsque les graines sont mûres) et, par temps chaud, ils semblent tomber dans une « moitié -dormir"; à l'automne leur croissance reprend et ils restent verts malgré le gel. Les représentants des genres d'origine méridionale, tels que Apci-gorodop, VisMoe et Bieloia, reprennent leur croissance à la fin du printemps, croissent continuellement tout au long de l'été, atteignent leur biomasse maximale à la fin de l'été ou de l'automne et ne grandissent pas le reste du temps. En termes de productivité annuelle de l'écosystème dans son ensemble, un mélange de graminées du nord et du sud est favorable, notamment parce que certaines années, les précipitations peuvent être abondantes au printemps ou à l'automne, et d'autres années, elles peuvent être abondantes au milieu de l'été. Remplacer ces mélanges adaptés par des « monocultures » entraîne des fluctuations de productivité (un autre fait environnemental simple que même les agronomes ne comprennent pas ! [...]).
Le bois de chauffage joue un rôle particulièrement important dans les régions forestières et steppiques des zones tempérées ainsi que dans les zones tropicales à saison sèche. Dans de nombreuses régions de l’ouest ou du sud-est des États-Unis, il est difficile de trouver une vaste zone qui n’a pas connu d’incendie au cours des 50 dernières années au moins. La cause naturelle d’incendie la plus courante est la foudre. Les Indiens d'Amérique du Nord ont délibérément brûlé les forêts et les prairies. Ainsi, le feu était un facteur limitant bien avant que l’homme ne commence à modifier de manière décisive l’environnement. Malheureusement, un comportement imprudent l'homme moderne Les incendies ont souvent tellement intensifié leurs effets qu’ils ont détruit ou endommagé l’environnement très productif qu’ils voulaient soutenir. Cependant, une protection absolue contre les incendies ne conduit pas toujours à l’objectif souhaité, à savoir augmenter la productivité de l’écosystème. Il est donc devenu évident que le feu devait être considéré comme un facteur environnemental au même titre que la température, les précipitations et le sol, et que ce facteur devait être étudié sans aucun préjugé. Aujourd'hui, comme par le passé, le rôle du feu en tant qu'ami ou ennemi de la civilisation dépend entièrement des connaissances scientifiques et du contrôle qu'elles exercent. [...]
Les méthodes de recherche pour la surveillance biologique et géoécologique diffèrent considérablement. La surveillance biologique repose sur le suivi systématique (observation et contrôle) de certains paramètres environnementaux (indicateurs) (géophysiques, biochimiques et biologiques) ayant une importance bioécologique, sur un réseau de points de contrôle, c'est-à-dire qu'elle est principalement de nature locale. Les zones clés peuvent être appelées sites d’essais naturels (géoécologiques) ; Ils sont utilisés pour développer des tests de géosystèmes (indicateurs) tels que MPC, ESSPS, EVB, WPT pour le suivi de l'environnement dans son ensemble [...]
Le terme spécial perméant a été proposé par Shelford pour désigner les animaux très mobiles, comme les oiseaux, les mammifères et les insectes volants, qui correspondent au necton des écosystèmes aquatiques. Ils se déplacent librement entre les couches et les sous-systèmes et entre les stades de développement et de maturité de la végétation, qui forment généralement une mosaïque dans la plupart des paysages. De nombreux animaux ont différentes étapes de leur cycle de vie dans différents niveaux ou communautés, de sorte que ces animaux profitent pleinement de chacune des communautés [...]
L’appauvrissement de l’environnement mondial progresse économie de marché peut s'accompagner du maintien d'un état stationnaire, voire d'une amélioration visible de certaines zones locales (régions, pays) fondées sur un cycle ouvert des substances, c'est-à-dire introduction continue de la quantité requise de substances consommées et élimination continue des déchets. Or, l'ouverture de la circulation locale fait que l'existence d'une zone artificiellement maintenue à l'état stationnaire s'accompagne d'une dégradation de l'état de l'environnement dans le reste de la biosphère. Jardin fleuri, un lac ou une rivière, maintenus dans un état stationnaire sur la base d'un cycle ouvert de substances, est bien plus dangereux pour la biosphère dans son ensemble qu'une terre abandonnée transformée en désert. Dans les déserts naturels, le principe de Le Chatelier continue de s'appliquer. Seule l’ampleur des compensations des perturbations s’avère affaiblie par rapport aux écosystèmes plus productifs.[...]
À tout moment la plupart de le phosphore est à l'état lié - soit dans les organismes, soit dans les sédiments (dans les détritus organiques et les particules inorganiques). Pas plus de 10 % du phosphore est présent dans les lacs sous forme soluble. Un mouvement rapide dans les deux sens (échange) se produit constamment, mais les échanges significatifs entre les formes solides et solubles sont souvent irréguliers, se produisant par « saccades », avec des périodes où le phosphore quitte tout juste les sédiments et des périodes où il est simplement absorbé par les organismes ou pénétrer dans les sédiments , ce qui est associé aux changements saisonniers de température et d'activité des organismes. En règle générale, la liaison du phosphore se produit plus rapidement que sa libération. Les plantes accumulent rapidement du phosphore dans l’obscurité et dans d’autres conditions où elles ne peuvent pas l’utiliser. Pendant la période de croissance rapide des producteurs (généralement au printemps), tout le phosphore disponible peut être lié aux producteurs et aux consommateurs. Ensuite, l'activité du système diminue jusqu'à ce que les cadavres et les excréments se décomposent et que des éléments biogènes soient libérés. Cependant, la concentration de phosphore à un moment donné ne peut pas en dire long sur la productivité d’un écosystème. Une faible teneur en phosphate dissous peut signifier soit que le système est épuisé, soit que son métabolisme est très intense ; Ce n'est qu'en mesurant le débit d'une substance que l'on peut comprendre la situation. Pomeroy (1960) expose ainsi ce point important : « La mesure de la concentration de phosphate dissous dans les plans d'eau naturels ne fournit pas d'indication sur la disponibilité du phosphore. La majeure partie, voire la totalité du phosphore du système peut être présente dans les organismes vivants à tout moment, mais il peut effectuer un « renouvellement » complet en une heure et, par conséquent, pour les organismes capables d'absorber le phosphore provenant de solutions très diluées, son l’offre sera toujours suffisante. De tels systèmes peuvent rester biologiquement stables pendant une longue période en l’absence apparente de phosphore disponible. Les données présentées ici suggèrent que le flux rapide de phosphore est typique des systèmes à haut rendement et que le débit est plus important que la concentration en éléments pour maintenir une production biologique élevée.
Alors que l’humanité, avec un entêtement digne d’un meilleur usage, transforme la face de la Terre en un paysage anthropique continu, l’évaluation de la productivité des différents écosystèmes devient de plus en plus pratique. L’homme a appris à obtenir de l’énergie pour ses besoins industriels et domestiques de diverses manières, mais il ne peut obtenir de l’énergie pour sa propre alimentation que par la photosynthèse. Dans la chaîne alimentaire humaine, à la base se trouvent presque toujours des producteurs qui convertissent l'énergie du Soleil en énergie de biomasse de matière organique. Car c’est précisément cette énergie que les consommateurs, et en particulier les humains, pourront ensuite utiliser. Dans le même temps, les mêmes producteurs produisent l'oxygène nécessaire à la respiration et absorbent le dioxyde de carbone, et le taux d'échange gazeux des producteurs est directement proportionnel à leur bioproductivité. Dès lors, sous une forme généralisée, la question de l'efficacité des écosystèmes se formule simplement : quelle énergie la végétation peut-elle stocker sous forme de biomasse de matière organique ? Sur la fig. Le tableau 3.18 montre la productivité spécifique (par 1 m2) des principaux types d'écosystèmes. De ce diagramme, on peut voir que l'agriculture
О 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
Bioproductivité, kcal/m ? année
Bioproductivité nette mondiale, Ecal/an
Riz. 3.18. Bioproductivité des écosystèmes comme énergie accumulée par les producteurs lors de la photosynthèse. La production mondiale d’électricité est d’environ 10 Ecal/an, et l’humanité au total en consomme entre 50 et 100 Ecal/an. 1 kal
(exacalorie) = 1 million de milliards de kcal = 10 18 cal
Forêts mixtes Jungle humide Estuaires et marécages
Déserts Semi-déserts Océan ouvert Toundra Plateau Lacs et rivières Forêt-steppe et steppe Terres agricoles Savane Taïga
Forêts mixtes Jungle merveilleuse Estuaires et marécages
les terres agricoles créées par l’homme ne sont en aucun cas les écosystèmes les plus productifs.
La productivité spécifique la plus élevée est assurée par les écosystèmes marécageux - forêts tropicales humides, estuaires et estuaires fluviaux et marécages ordinaires des latitudes tempérées. À première vue, ils produisent de la biomasse inutile à l'homme, mais ce sont ces écosystèmes qui purifient l'air et stabilisent la composition de l'atmosphère, purifient l'eau et servent de réservoirs aux rivières et aux eaux souterraines et, enfin, sont des terrains fertiles pour un grand nombre de poissons et d'autres habitants de l'eau sont utilisés dans l'alimentation humaine. Occupant 10 % de la superficie des terres, elles créent 40 % de la biomasse produite sur terre. Et cela sans aucun effort de la part d'une personne ! C’est pourquoi la destruction et la « culture » de ces écosystèmes non seulement « tuent la poule aux œufs d’or », mais peuvent aussi s’avérer être un suicide pour l’humanité. Si l'on regarde le diagramme du bas de la Fig. 3.18, on constate que la contribution des déserts et des steppes sèches à la productivité de la biosphère est négligeable, bien qu'ils occupent déjà environ un quart de la surface terrestre et, grâce à l'intervention anthropique, tendent à croître rapidement. À long terme, la lutte contre la désertification et l'érosion des sols, c'est-à-dire la transformation d'écosystèmes improductifs en écosystèmes productifs, constitue une voie raisonnable pour les changements anthropiques dans la biosphère.
La bioproductivité spécifique de la haute mer est presque aussi faible que celle des semi-déserts, et son énorme productivité totale s'explique par le fait qu'elle occupe plus de 50 % de la surface de la Terre, soit deux fois la superficie totale des terres émergées. Les tentatives visant à utiliser la haute mer comme source importante de nourriture dans un avenir proche peuvent difficilement être économiquement justifiées, précisément en raison de sa faible productivité spécifique. Cependant, son rôle dans la stabilisation des conditions de vie sur Terre est si grand qu’il est absolument nécessaire de protéger l’océan de la pollution, notamment celle des produits pétroliers.
La contribution des forêts tempérées et de la taïga à la vitalité de la biosphère ne doit pas être sous-estimée. Leur résistance relative aux influences anthropiques par rapport aux forêts tropicales humides est particulièrement significative.
Le fait que la productivité spécifique des terres agricoles soit encore en moyenne bien inférieure à celle de nombreux écosystèmes naturels montre que les possibilités d'augmentation de la production alimentaire sur les superficies existantes sont loin d'être épuisées. Un exemple est celui des plantations de riz inondées, des écosystèmes marécageux essentiellement anthropiques, avec leurs énormes rendements obtenus grâce à la technologie agricole moderne.
Pour évaluer l'importance d'une espèce particulière pour la circulation des substances dans une biogéocénose donnée, il est nécessaire de connaître non seulement sa biomasse, mais aussi le taux relatif de sa création, c'est-à-dire productivité biologique .
Ainsi,
La productivité biologique est le taux de création d'une certaine quantité de biomasse de plantes, d'animaux et de micro-organismes qui font partie de la biogéocénose.
La productivité biologique est déterminée par la quantité de biomasse synthétisée par unité de temps par unité de surface (ou de volume) et est le plus souvent exprimée en grammes de carbone ou de matière organique sèche ou en unités d'énergie - le nombre équivalent de calories ou de joules.
La productivité biologique peut être exprimée en termes de production par saison, par an, par plusieurs années ou par toute autre unité de temps.
Pour les organismes terrestres et benthiques, la productivité biologique est déterminée par la quantité de biomasse par unité de surface, et pour les organismes planctoniques et terrestres - par unité de volume.
Le mot clé du concept de productivité est vitesse. Cependant, au lieu du terme « productivité », le terme « production » est souvent utilisé, mais le facteur temps est toujours pris en compte.
La productivité biologique ne peut pas être mélangée à la biomasse.
La biomasse est la quantité de matière vivante exprimée en unités de masse (poids) ou d'énergie de certains organismes vivant dans la zone d'étude ou dans le volume d'étude.
Par exemple:
les algues planctoniques synthétisent la même quantité de matière organique par unité de surface et par an que les forêts hautement productives, mais la biomasse de ces dernières est des centaines de milliers de fois supérieure ;
les populations de petits mammifères, par rapport aux grands, ont un taux de croissance et de reproduction plus élevé et ont donc une productivité plus élevée à biomasse égale.
Distinguer productivité primaire et secondaire des écosystèmes.
La productivité primaire des écosystèmes est la vitesse à laquelle les organismes autotrophes (producteurs) captent l'énergie solaire pendant la photosynthèse et la stockent sous forme de liaisons chimiques de substances organiques, c'est-à-dire le taux de formation de biomasse de matière organique par les autotrophes (producteurs).
La productivité primaire est divisée en productivité brute et nette.
La productivité primaire brute est le taux d'accumulation de matière organique par les producteurs, y compris les coûts de respiration.(c'est-à-dire y compris la partie qui sera consommée dans les processus vitaux des plantes).
Par exemple, dans les forêts tropicales et les forêts matures de la zone tempérée, le coût de la respiration est de 40 à 70 %, et dans les algues planctoniques et la plupart des cultures agricoles, il est de 40 %.
La productivité primaire nette est le taux d’accumulation de matière organique dans les tissus végétaux moins la partie utilisée pour la respiration des plantes.
Par conséquent, la production primaire nette accumulée sous forme de biomasse végétale est toujours inférieure à la production primaire brute créée par celles-ci au cours du processus de photosynthèse.
La productivité primaire nette des organismes autotrophes (producteurs) peut servir de source de nutrition aux organismes hétérotrophes, qui constituent leur biomasse sur cette base.
La productivité secondaire est le taux de formation de biomasse par les organismes hétérotrophes (consommateurs).
La productivité secondaire n'est plus divisée en productivité brute et nette, puisque les hétérotrophes augmentent leur masse au détriment des produits primaires précédemment créés.
La productivité secondaire est calculée séparément pour chaque niveau trophique, puisque l'augmentation de la biomasse à chacun d'eux se produit grâce à l'énergie provenant du niveau précédent.
Il est nécessaire de prendre en compte que lors du passage d'un niveau trophique de consommateurs à un autre, une partie importante de l'énergie est dépensée dans des processus vitaux, donc la production secondaire de chaque niveau trophique suivant sera inférieure à la production du précédent. un.
Si dans un écosystème le taux de formation de la production primaire nette est supérieur au taux de sa transformation par les consommateurs, alors cela entraîne une augmentation de la biomasse des producteurs.
Si l'utilisation des produits de la litière dans les chaînes de décomposition par les décomposeurs est insuffisante, il se produit alors une accumulation de matière organique morte (sous forme de charbon, de schiste bitumineux, de feuilles sèches, etc.).
Dans les écosystèmes stables, la biomasse reste constante, puisque presque tous les produits créés sont consommés dans les chaînes alimentaires par divers consommateurs et décomposeurs, c'est-à-dire la nature s’efforce d’utiliser la totalité de sa production brute.
Cependant, l'égalité entre revenus et production est un phénomène assez rare et s'observe dans les communautés les plus stables, par exemple en zone tropicale. Cependant, cela crée des difficultés objectives pour le développement de l'agriculture.
En brûlant une forêt tropicale luxuriante, une personne espère obtenir des rendements élevés sur le territoire libéré. Cependant, il s'avère bientôt que les sols de ce territoire sont absolument stériles - toute la production annuelle de la forêt qui pousse à cet endroit a été consommée par divers consommateurs et décomposeurs et rien n'a été déposé dans les sols.
Outre la production primaire et secondaire de biogéocénoses, il existe produits intermédiaires et finaux.
Produits intermédiaires - Ce sont des produits qui, après consommation par les membres de la biogéocénose, retournent dans le cycle des substances de ce système.
Produits finaux - Ce sont des produits qui sont exportés hors des limites d'un écosystème donné.
Par exemple, les produits obtenus par l'homme dans le cadre de la culture, de l'élevage d'animaux domestiques, de la chasse, de la pêche, etc.
La productivité des différents écosystèmes n'est pas la même et dépend de nombreux facteurs environnementaux, notamment climatiques (chaleur, humidité, etc.).
De plus, la production primaire de matière organique dans les écosystèmes riches en vie peut dépasser de plus de 50 fois la production d’écosystèmes relativement pauvres.
Les écosystèmes les plus productifs sont les estuaires et les récifs coralliens (la productivité moyenne atteint 20 g/m 2 par jour), les forêts tropicales humides et les marécages (la productivité moyenne est de 10 g/m 2 par jour).
Les écosystèmes hautement productifs se trouvent là où les conditions climatiques sont favorables, notamment avec l’énergie supplémentaire fournie à l’écosystème depuis l’extérieur.
L'apport d'énergie à partir de composants abiotiques réduit les coûts des organismes vivants pour maintenir leurs propres fonctions vitales, c'est-à-dire ils compensent leurs frais respiratoires.
Par exemple, l’énergie marémotrice augmente la productivité des écosystèmes côtiers naturels en compensant l’énergie perdue par la respiration.
Faible productivité (0,1-0,5 g/m 2 par jour) sont caractérisés par des écosystèmes de déserts et de toundras, dans lesquels un déficit d'humidité et de chaleur limite le développement du niveau trophique inférieur, ainsi que par les eaux libres des mers et des océans, où, avec un excès d'eau, le volume de les substances organiques sont relativement faibles.
Il convient de noter que la majeure partie du globe est couverte d'océans et de déserts à faible productivité, tandis qu'une productivité élevée est typique de zones relativement petites de la Terre (estuaires, récifs coralliens, marécages, forêts tropicales).
L'évolution de la productivité primaire des écosystèmes du nord vers le sud se produit dans l'ordre suivant :
dans les biogéocénoses terrestres de l'Arctique, la productivité est faible et les mers arctiques, ainsi que les mers antarctiques, sont très productives ;
sous les tropiques, une grande partie des terres est occupée par des déserts improductifs, et les mers de cette zone sont également pauvres ;
Les biogéocénoses les plus productives des récifs coralliens, des estuaires, des marécages et surtout des forêts tropicales humides se situent dans la zone équatoriale.
À mesure que vous vous déplacez du nord au sud, la quantité spécifique d'énergie solaire tombant sur une unité de surface terrestre augmente, ce qui conduit à davantage d'espèces, à l'accumulation d'une biomasse plus importante et à une productivité accrue des écosystèmes terrestres.
Dans les écosystèmes marins, la situation est différente de celle sur terre.
La productivité des mers du nord est élevée, ainsi que des mers des latitudes extrêmes au sud, d'où proviennent des profondeurs des eaux froides riches en oxygène et en nutriments. Dans l'eau chaude, l'oxygène est moins soluble et les nutriments sont peu nombreux (les tropiques sont riches en espèces, mais relativement peu productifs).
La productivité primaire nette totale sur Terre est de 170 milliards de tonnes par an, dont 115 milliards de tonnes proviennent des écosystèmes terrestres et 55 milliards de tonnes des écosystèmes marins.
La production secondaire (biomasse d'organismes hétérotrophes, principalement animaux - zoomasse) est plusieurs fois inférieure à la production primaire (biomasse végétale - phytomasse).
Dans différents écosystèmes, le zoomass représente une petite proportion de la biomasse (de 0,05 % à 5 % de la biomasse totale), cependant, les animaux terrestres jouent un rôle important dans la régulation des processus se produisant dans les écosystèmes individuels et dans la biosphère dans son ensemble.
Il est bien évident que la vie des hommes et leurs activités de production dépendent de la productivité des principales biogéocénoses, de la production primaire et de sa répartition mondiale.
La nutrition humaine est assurée principalement par les cultures agricoles, qui occupent environ 10 % de la superficie des terres et fournissent environ 9,1 milliards de tonnes de matière organique par an, ce qui constitue une part importante des ressources mondiales.
De plus, une énorme masse de produits primaires est utilisée par l'homme comme matière première technique dans l'industrie et la vie quotidienne (carburant, coton, lin, huiles essentielles, etc.), et environ 50 % est perdue dans les déchets.
Mais une personne ne consomme pas seulement des produits primaires. Il retire de la biosphère une grande quantité de produits secondaires sous forme d’aliments pour animaux, dont les coûts sont très difficiles à calculer.
Ainsi, les idées existantes sur la productivité des écosystèmes et la répartition mondiale de la production primaire permettent de naviguer dans la situation qui s'est développée sur notre planète et, sur une base strictement scientifique, d'élaborer des mesures pour utilisation rationnelle ressources naturelles.
Test n°2 « Niveau de vie biogéocénotique »
1 possibilité
Partie A. Tests avec le choix d'une bonne réponse
1. La biogéocénose comprend :
a) uniquement les plantes et l'environnement ; b) uniquement l'environnement dans lequel les organismes existent ;
c) les organismes et l'environnement ; d) il n'y a pas de bonne réponse.
2. Le rôle des consommateurs dans l'écosystème forestier est joué par :
a) lièvres blancs, b) amanites mouches, c) bactéries du sol, d) trembles.
3. Le rôle principal dans la minéralisation des résidus organiques appartient à :
a) pissenlits, b) courtilières, c) azotobactéries, d) vers de terre.
4. Dans quel sens s'effectuent les connexions alimentaires et énergétiques :
a) consommateurs-producteurs-décomposeurs, b) décomposeurs-consommateurs-producteurs,
c) producteurs-consommateurs-décomposeurs, d) producteurs-décomposeurs-consommateurs.
5.Impliqué à plusieurs reprises dans le cycle biologique des substances dans la nature :
a) l'énergie solaire, b) les substances organiques produites par les plantes,
c) les éléments chimiques, d) les substances organiques produites par les animaux.
6.L’écosystème le plus productif est :
a) jungle, b) océan, c) taïga, d) forêt de pins.
7. À partir des exemples donnés, la chaîne de décomposition comprend :
a) plantes - mouton - homme, b) plantes - sauterelle - lézards - faucon,
c) phytoplancton-poissons-oiseaux de proie, d) ensilage-vers de terre-bactéries
8.Le rôle de producteur et de consommateur peut être joué par :
a) euglène verte, b) pantoufle ciliée, c) amibe commune, d) lamblia hepatica.
9. La matière vivante est :
a) la masse des individus d'une espèce, b) la masse de la communauté dans son ensemble,
c) la totalité de tous les organismes existants, d) la masse de toutes les plantes et animaux.
10.Quel scientifique a créé la doctrine de la biosphère ?
a) J.-B. Lamarck, b) L. Pasteur, c) V.V. Dokuchaev d) V.I.
11. Les produits créés par des organismes vivants sont appelés :
a) une substance biogénique, b) une substance bio-inerte,
c) substance inerte, d) substance vivante.
12. Le rôle principal dans la minéralisation des résidus organiques appartient à :
a) décomposeurs ; b) les consommateurs ; c) les producteurs ; d) toutes les réponses sont correctes.
13. Dans les cellules des autotrophes, contrairement aux hétérotrophes, il y a
a) les mitochondries ; b) noyau ; c) les plastes ; d) les ribosomes.
14. Dans la nature, vous pouvez souvent voir comment un étang envahit et se transforme en marécage, comment une prairie est envahie à la place d'un marécage, c'est-à-dire qu'un changement naturel des écosystèmes se produit, grâce à
a) les changements dans l'environnement sous l'influence de l'activité vitale des organismes ;
b) les changements de l'environnement sous l'influence de facteurs anthropiques ;
c) les changements météorologiques ;
d) les fluctuations des effectifs de la population.
15. Un indicateur de la durabilité des écosystèmes est
a) réduire le nombre de prédateurs qui s'y trouvent ; b) réduction des populations de proies ;
c) variété d'espèces ; d) haute fertilité des animaux.
16. Dans la biogéocénose, les animaux remplissent principalement des fonctions
a) décomposeurs ; b) les consommateurs ; c) les producteurs ; d) les symbiotes.
17. La phytocénose est appelée
a) un complexe d'organismes vivants de biogéocénose ;
b) un complexe de divers animaux de la biogéocénose ;
c) un ensemble de micro-organismes de biogéocénose ;
d) un ensemble de plantes vertes de la biogéocénose.
18. Quelle chaîne reflète correctement le transfert de substances et d'énergie ?
a) renard – ver de terre – musaraigne – feuilles mortes ;
b) feuilles mortes – vers de terre – musaraigne – renard ;
c) musaraigne – ver de terre – feuilles mortes – renard ;
d) musaraigne – renard – ver de terre – feuilles mortes
19. Quelle biocénose a le taux de croissance annuel de la biomasse le plus élevé ?
a) les steppes de prairies ; b) forêt de pins ; c) forêt d'épicéas ; d) bosquet de bouleaux.
20. Une section d'un réservoir ou d'un terrain présentant les mêmes conditions de relief, le même climat et d'autres facteurs abiotiques, occupée par une certaine biocénose, est
a) biote ; b) biotype ; c) biogéocénose ; d) biotope.
21. Le principal processus organisant la biocénose est
a) création de biomasse ; b) l'existence de populations et d'espèces diverses ;
c) les changements dans les effectifs de la population ; d) circulation des substances et flux d'énergie.
22. Lois écologiques de gestion de l'environnement (d'après B. Commoner) :
a) – tout est lié à une personne ; b) – tout doit aller quelque part ;
c) – dans la nature, tout est gratuit. d) – doivent être protégés judicieusement
Partie B. Test avec un choix de plusieurs bonnes réponses
EN 1. Donnez des exemples de relations symbiotiques.
A) entre les bouleaux et les champignons de l'amadou.
B) entre rhinocéros et vachers.
C) entre les poissons collants et les requins.
D) entre hérissons et musaraignes.
D) entre l'anémone de mer et le bernard-l'ermite.
E) entre mésanges et souris dans la même forêt.
À 2 HEURES. Choisissez les énoncés corrects sur la biogéocénose.
A) Se compose d’organismes distincts et non liés.
B) Se compose d'éléments structurels : espèces et populations.
C) Un système complet capable d'exister indépendamment.
D) Système fermé de populations en interaction.
D) Un système caractérisé par l'absence de migration biogénique des atomes.
E) Un système ouvert qui nécessite de l’énergie de l’extérieur.
À 3. Correspondre
Divisez les exemples de facteurs environnementaux en abiotiques et biotiques.
ExemplesFacteurs environnementaux
UN) composition chimique eau.
B) diversité planctonique.
B) humidité, température du sol.
D) la présence de bactéries nodulaires sur les racines des légumineuses.
D) la vitesse d'écoulement de l'eau.
E) salinité du sol
1) facteurs abiotiques ;
2) facteurs biotiques.
Partie C.
C1. Les carpes ont été relâchées dans un réservoir artificiel. Expliquez comment cela peut affecter le nombre de larves d'insectes, de carassins et de brochets qui y vivent.
C2. Connaissant la règle des 10 pour cent (règle de la pyramide écologique), calculez quelle quantité de phytoplancton est nécessaire pour élever une baleine pesant 150 tonnes ?
(chaîne alimentaire : phytoplancton --- zooplancton --- baleine)
Alors que l’humanité, avec un entêtement digne d’un meilleur usage, transforme la face de la Terre en un paysage anthropique continu, l’évaluation de la productivité des différents écosystèmes devient de plus en plus pratique. L’homme a appris à obtenir de l’énergie pour ses besoins industriels et domestiques de diverses manières, mais il ne peut obtenir de l’énergie pour sa propre alimentation que par la photosynthèse.
Dans la chaîne alimentaire humaine, à la base se trouvent presque toujours des producteurs qui convertissent la matière organique en énergie biomasse. Car c’est précisément cette énergie que les consommateurs, et en particulier les humains, pourront ensuite utiliser. Dans le même temps, les mêmes producteurs produisent l'oxygène nécessaire à la respiration et absorbent le dioxyde de carbone, et le taux d'échange gazeux des producteurs est directement proportionnel à leur bioproductivité. Dès lors, sous une forme généralisée, la question de l'efficacité des écosystèmes se formule simplement : quelle énergie la végétation peut-elle stocker sous forme de biomasse de matière organique ? Sur la fig. Le tableau 1 montre la productivité spécifique (par 1 m2) des principaux types. Ce graphique montre que les terres agricoles créées par l’homme ne constituent pas l’écosystème le plus productif. La productivité spécifique la plus élevée est assurée par les écosystèmes marécageux - forêts tropicales humides, estuaires et estuaires fluviaux et marécages ordinaires des latitudes tempérées. À première vue, ils produisent de la biomasse inutile à l'homme, mais ce sont ces écosystèmes qui purifient l'air et stabilisent la composition de l'atmosphère, purifient l'eau et servent de réservoirs aux rivières et aux eaux souterraines et, enfin, sont des terrains fertiles pour un grand nombre de poissons et d'autres habitants de l'eau sont utilisés dans l'alimentation humaine. Occupant 10 % de la superficie des terres, elles créent 40 % de la biomasse produite sur terre. Et cela sans aucun effort de la part d'une personne ! C’est pourquoi la destruction et la « culture » de ces écosystèmes non seulement « tuent la poule aux œufs d’or », mais peuvent aussi s’avérer être un suicide pour l’humanité. Si l'on regarde le diagramme du bas de la Fig. 1, on peut voir que la contribution des déserts et des steppes sèches à la productivité de la biosphère est négligeable, bien qu'ils occupent déjà environ un quart de la surface terrestre et, grâce à l'intervention anthropique, ont tendance à croître rapidement. À long terme, la lutte contre la désertification et l'érosion des sols, c'est-à-dire la transformation d'écosystèmes improductifs en écosystèmes productifs, constitue une voie raisonnable pour les changements anthropiques dans la biosphère.
La bioproductivité spécifique de la haute mer est presque aussi faible que celle des semi-déserts, et son énorme productivité totale s'explique par le fait qu'elle occupe plus de 50 % de la surface de la Terre, soit deux fois la superficie totale des terres émergées. Les tentatives visant à utiliser la haute mer comme source importante de nourriture dans un avenir proche peuvent difficilement être économiquement justifiées, précisément en raison de sa faible productivité spécifique. Cependant, le rôle de l’océan dans la stabilisation des conditions de vie sur Terre est si important qu’il est absolument nécessaire de le protéger de la pollution, notamment celle des produits pétroliers.
Riz. 1. Bioproductivité des écosystèmes comme énergie accumulée par les producteurs lors de la photosynthèse. La production mondiale d’électricité est d’environ 10 Ecal/an, et l’humanité au total en consomme 50 à 100 Ecal/an ; 1 Ecal (exacalorie) = 1 million de milliards de kcal = K) 18 cal
La contribution des forêts tempérées et de la taïga à la vitalité de la biosphère ne doit pas être sous-estimée. Leur résistance relative aux influences anthropiques par rapport aux forêts tropicales humides est particulièrement significative.
Le fait que la productivité spécifique des terres agricoles soit encore en moyenne bien inférieure à celle de nombreux écosystèmes naturels montre que les possibilités d'augmentation de la production alimentaire sur les superficies existantes sont loin d'être épuisées. Un exemple est celui des plantations de riz inondées, des écosystèmes marécageux essentiellement anthropiques, avec leurs énormes rendements obtenus grâce à la technologie agricole moderne.
Productivité biologique des écosystèmes
La vitesse à laquelle les producteurs des écosystèmes fixent l’énergie solaire dans les liaisons chimiques de la matière organique synthétisée détermine la productivité des communautés. La masse organique créée par les plantes par unité de temps est appelée produits primaires communautés. Les produits sont exprimés quantitativement en masse humide ou sèche de plantes ou en unités énergétiques - le nombre équivalent de joules.
Production primaire brute- la quantité de substance créée par les plantes par unité de temps à un taux de photosynthèse donné. Une partie de cette production est consacrée au maintien de l'activité vitale des plantes elles-mêmes (dépenses de respiration).
La partie restante de la masse organique créée caractérise production primaire pure, qui représente la quantité de croissance des plantes. La production primaire nette constitue une réserve d’énergie pour les consommateurs et les décomposeurs. Transformé dans les chaînes alimentaires, il est utilisé pour reconstituer la masse des organismes hétérotrophes. Augmentation par unité de temps de la masse des consommateurs - produits secondaires communautés. La production secondaire est calculée séparément pour chaque niveau trophique, puisque l'augmentation de masse à chacun d'eux se produit grâce à l'énergie provenant du précédent.
Les hétérotrophes, étant inclus dans les chaînes trophiques, vivent de la production primaire nette de la communauté. Dans différents écosystèmes, ils en consomment à des degrés différents. Si le taux d'élimination des produits primaires dans les chaînes alimentaires est en retard sur le taux de croissance des plantes, cela conduit alors à une augmentation progressive de la biomasse totale des producteurs. Sous biomasse comprendre la masse totale des organismes dans un groupe donné ou la communauté entière dans son ensemble. Une utilisation insuffisante des déchets dans les chaînes de décomposition entraîne une accumulation de système mort la matière organique, qui se produit, par exemple, lorsque les marécages sont remplis de tourbe, que les plans d'eau peu profonds sont envahis par la végétation, que de grandes réserves de déchets sont créées dans les forêts de la taïga, etc. La biomasse d'une communauté avec un cycle de substances équilibré reste relativement constante, puisque presque toute la production primaire est dépensée dans les chaînes alimentaires et de décomposition.
Les écosystèmes diffèrent également par les taux relatifs de création et de consommation de production primaire et secondaire à chaque niveau trophique. Cependant, tous les écosystèmes sans exception sont caractérisés par certains ratios quantitatifs de production primaire et secondaire, appelés pyramide de produits pour droitiers: à chaque niveau trophique précédent, la quantité de biomasse créée par unité de temps est supérieure à celle du suivant. Graphiquement, cette règle est généralement illustrée sous la forme de pyramides, effilées vers le haut et formées de rectangles empilés d'égale hauteur, dont la longueur correspond à l'échelle de production aux niveaux trophiques correspondants.
Le taux de création de matière organique ne détermine pas ses réserves totales, c'est-à-dire la biomasse totale de tous les organismes à chaque niveau trophique. La biomasse disponible des producteurs ou des consommateurs dans des écosystèmes spécifiques dépend de la relation entre les taux d'accumulation de matière organique à un certain niveau trophique et son transfert vers un niveau supérieur.
Le rapport entre la croissance annuelle de la végétation et la biomasse dans les écosystèmes terrestres est relativement faible. Même dans les forêts tropicales humides les plus productives, cette valeur ne dépasse pas 6,5 %. Dans les communautés à prédominance de formes herbacées, le taux de reproduction de la biomasse est beaucoup plus élevé. Le rapport entre la production primaire et la biomasse végétale détermine l'échelle de consommation de masse végétale qui est possible dans une communauté sans modifier sa productivité.
Pour l’océan, la règle de la pyramide de la biomasse ne s’applique pas (la pyramide a un aspect inversé).
Les trois règles des pyramides - production, biomasse et nombres - reflètent en fin de compte les relations énergétiques dans les écosystèmes, et si les deux dernières se manifestent dans des communautés ayant une certaine structure trophique, alors la première (pyramide des produits) est universelle. La pyramide des nombres reflète le nombre d'organismes individuels (Fig. 2) ou, par exemple, la taille de la population par tranche d'âge.
Riz. 2. Pyramide des âges simplifiée des organismes individuels
La connaissance des lois de la productivité des écosystèmes et la capacité de quantifier les flux d'énergie sont d'une grande importance pratique. La production primaire d’agrocénoses et l’exploitation humaine des communautés naturelles constituent la principale source d’approvisionnement alimentaire de l’humanité.
Des calculs précis du flux d'énergie et de l'échelle de productivité des écosystèmes permettent de réguler le cycle des substances qu'ils contiennent de manière à obtenir le plus grand rendement en produits bénéfiques pour l'homme. En outre, il est nécessaire de bien comprendre les limites admissibles pour l’extraction de biomasse végétale et animale des systèmes naturels afin de ne pas nuire à leur productivité. De tels calculs sont généralement très complexes en raison de difficultés méthodologiques.
Le résultat pratique le plus important de l'approche énergétique de l'étude des écosystèmes a été la mise en œuvre de recherches dans le cadre du Programme biologique international menées par des scientifiques. différents pays pendant plusieurs années, à partir de 1969, afin d'étudier la productivité biologique potentielle de la Terre.
Le taux théorique possible de création de produits biologiques primaires est déterminé par les capacités de l'appareil photosynthétique végétal (PAR). L'efficacité maximale de la photosynthèse obtenue dans la nature est de 10 à 12 % de l'énergie PAR, soit environ la moitié de ce qui est théoriquement possible. Une efficacité photosynthétique de 5 % est considérée comme très élevée pour une phytocénose. En général, dans le monde, l'absorption de l'énergie solaire par les plantes ne dépasse pas 0,1%, car l'activité de la photosynthèse des plantes est limitée par de nombreux facteurs.
La répartition mondiale des produits biologiques primaires est extrêmement inégale. La production annuelle totale de matière organique sèche sur Terre est de 150 à 200 milliards de tonnes. Plus d'un tiers de celle-ci se forme dans les océans, dont environ les deux tiers sur terre. La quasi-totalité de la production primaire nette de la Terre sert à soutenir la vie de tous les organismes hétérotrophes. L’énergie sous-utilisée par les consommateurs est stockée dans leurs organismes, dans les sédiments organiques des plans d’eau et dans l’humus du sol.
Sur le territoire de la Russie, dans les zones suffisamment humides, la productivité primaire augmente du nord au sud, avec une augmentation de l'apport de chaleur et de la durée de la saison de croissance. La croissance annuelle de la végétation varie de 20 c/ha sur la côte et les îles de l'océan Arctique à plus de 200 c/ha sur la côte de la mer Noire du Caucase. Dans les déserts d’Asie centrale, la productivité chute à 20 c/ha.
Pour les cinq continents du monde, la productivité moyenne varie relativement peu. L'exception est l'Amérique du Sud, dans la plupart de laquelle les conditions de développement de la végétation sont très favorables.
L'alimentation de la population est assurée principalement par les cultures agricoles, qui occupent environ 10 % de la superficie du pays (environ 1,4 milliard d'hectares). La croissance annuelle totale des plantes cultivées représente environ 16 % de la productivité totale des terres, dont la majeure partie se produit dans les forêts. Environ la moitié de la récolte est directement destinée à l'alimentation humaine, le reste sert à nourrir les animaux domestiques, est utilisé dans l'industrie et est perdu dans les déchets.
Les ressources disponibles sur Terre, y compris les produits de l'élevage et les résultats de la pêche sur terre et dans l'océan, peuvent répondre annuellement à moins de 50 % des besoins de la population moderne de la Terre.
Ainsi, la majeure partie de la population mondiale est dans un état de famine chronique en protéines, et une proportion importante de personnes souffre également de malnutrition générale.
Productivité des biocénoses
La vitesse à laquelle l'énergie solaire est captée détermine productivité des biocénoses. Le principal indicateur de production est la biomasse des organismes (plantes et animaux) qui composent la biocénose. Il existe une biomasse végétale - phytomasse, une biomasse animale - une zoomasse, une bactériomasse et une biomasse de tout groupe ou organisme spécifique d'une espèce individuelle.
Biomasse - matière organique des organismes, exprimée dans certaines unités quantitatives et par unité de surface ou de volume (par exemple, g/m2, g/m3, kg/ha, t/km2, etc.).
Productivité— taux de croissance de la biomasse. Il fait généralement référence à une période et à une zone spécifiques, comme une année et un hectare.
On sait que les plantes vertes sont le premier maillon des chaînes alimentaires et qu'elles seules sont capables de former indépendamment de la matière organique en utilisant l'énergie du Soleil. Par conséquent, la biomasse produite par les organismes autotrophes, c'est-à-dire la quantité d'énergie convertie par les plantes en matière organique dans une certaine zone, exprimée dans certaines unités quantitatives, est appelée produits primaires. Sa valeur reflète la productivité de tous les maillons des organismes hétérotrophes de l'écosystème.
La production totale de la photosynthèse est appelée production brute primaire. Il s’agit de toute l’énergie chimique sous forme de matière organique produite. Une partie de l'énergie peut être utilisée pour maintenir l'activité vitale (respiration) des producteurs eux-mêmes - les plantes. Si nous supprimons la partie de l'énergie dépensée par les plantes pour la respiration, nous obtenons production primaire pure. On peut facilement en tenir compte. Il suffit de récolter, sécher et peser la masse végétale, par exemple lors de la récolte. Ainsi, la production primaire nette est égale à la différence entre la quantité de carbone atmosphérique absorbée par les plantes lors de la photosynthèse et consommée par elles par la respiration.
La productivité maximale est typique des forêts tropicales équatoriales. Pour une telle forêt, 500 tonnes de matière sèche par hectare n'est pas la limite. Pour le Brésil, les chiffres sont cités entre 1 500 et même 1 700 tonnes - soit 150-170 kg de masse végétale pour 1 m 2 (à comparer : dans la toundra - 12 tonnes, et dans les forêts de feuillus de la zone tempérée - jusqu'à 400 tonnes par 1 hectare).
Des dépôts de sols fertiles, une somme élevée de températures annuelles et une abondance d'humidité contribuent à maintenir une productivité très élevée des phytocénoses dans les deltas des rivières, des lagons et des estuaires du sud. Elle atteint 20 à 25 tonnes par hectare et par an en matière sèche, ce qui dépasse largement la productivité primaire des forêts d'épicéas (8 à 12 tonnes). La canne à sucre parvient à accumuler jusqu'à 78 tonnes de phytomasse par hectare en un an. Même une tourbière à sphaigne, dans des conditions favorables, a une productivité de 8 à 10 tonnes, comparable à la productivité d'une forêt d'épicéas.
Les «détenteurs du record» de productivité sur Terre sont les fourrés de graminées du type vallée, qui ont été préservés dans les deltas du Mississippi, du Parana, du Gange, autour du lac Tchad et dans certaines autres régions. Ici, en un an, jusqu'à 300 tonnes de matière organique se forment pour 1 hectare !
Produits secondaires- c'est la biomasse créée par tous les consommateurs de la biocénose par unité de temps. Lors de son calcul, les calculs sont effectués séparément pour chaque niveau trophique, car lorsque l'énergie passe d'un niveau trophique à un autre, elle augmente en raison de la réception du niveau précédent. La productivité globale d'une biocénose ne peut être évaluée par une simple somme arithmétique de la production primaire et secondaire, car l'augmentation de la production secondaire ne se produit pas parallèlement à la croissance de la production primaire, mais en raison de la destruction d'une partie de celle-ci. Il existe une sorte de retrait, de soustraction des produits secondaires du montant total des produits primaires. Par conséquent, la productivité d’une biocénose est évaluée sur la base de la production primaire. La production primaire est plusieurs fois supérieure à la production secondaire. En général, la productivité secondaire varie de 1 à 10 %.
Les lois de l'écologie prédéterminent les différences dans la biomasse des herbivores et des prédateurs primaires. Ainsi, un troupeau de cerfs en migration est généralement suivi par plusieurs prédateurs, comme les loups. Cela permet aux loups d'être bien nourris sans compromettre la reproduction du troupeau. Si le nombre de loups approchait du nombre de cerfs, les prédateurs extermineraient rapidement le troupeau et se retrouveraient sans nourriture. Pour cette raison, il n’y a pas de forte concentration de mammifères et d’oiseaux prédateurs dans la zone tempérée.
