32. Fluxul de energie în ecosistem. Regula energiei 10%.
Nutriția este principala cale de mișcare a substanțelor și a energiei.
Organismele dintr-un ecosistem sunt conectate printr-o comună de energie și nutrienți care sunt necesare pentru a susține viața. Principala sursă de energie pentru marea majoritate a organismelor vii de pe Pământ este Soarele. Organismele fotosintetice (plante verzi, cianobacterii, unele bacterii) folosesc direct energia luminii solare. În acest caz, din dioxid de carbon și apă se formează substanțe organice complexe, în care o parte din energia solară se acumulează sub formă de energie chimică. Substanțele organice servesc ca sursă de energie nu numai pentru planta însăși, ci și pentru alte organisme din ecosistem. Eliberarea energiei conținute în alimente are loc în timpul procesului de respirație. Produsele de respirație - dioxid de carbon, apă și substanțe anorganice - pot fi reutilizate de plantele verzi. Drept urmare, substanțele din acest ecosistem trec printr-un ciclu nesfârșit. În același timp, energia conținută în alimente nu circulă, ci se transformă treptat în energie termică și părăsește ecosistemul. Prin urmare, o condiție necesară pentru existența unui ecosistem este un flux constant de energie din exterior.
În 1942, ecologistul american R. Lindeman a formulat legea piramidei energetice (legea 10 la sută), conform căreia, în medie, aproximativ 10% din energia primită la nivelul anterior al piramidei ecologice trece dintr-un trofic. nivel prin lanțurile trofice la un alt nivel trofic. Restul energiei se pierde sub formă de radiație termică, mișcare etc. Ca urmare a proceselor metabolice, organismele pierd aproximativ 90% din toată energia din fiecare verigă a lanțului trofic, care este cheltuită pentru menținerea funcțiilor lor vitale.
Dacă un iepure a mâncat 10 kg de materie vegetală, atunci propria sa greutate poate crește cu 1 kg. O vulpe sau un lup, mâncând 1 kg de carne de iepure, își mărește masa cu doar 100 g La plantele lemnoase, această proporție este mult mai mică datorită faptului că lemnul este slab absorbit de organisme. Pentru ierburi și alge marine această valoare este mult mai mare, deoarece nu au țesuturi greu de digerat. Cu toate acestea, tiparul general al procesului de transfer de energie rămâne: mult mai puțină energie trece prin nivelurile trofice superioare decât prin cele inferioare.
Să luăm în considerare transformarea energiei într-un ecosistem folosind exemplul unui lanț trofic simplu de pășune, în care există doar trei niveluri trofice.
nivel - plante erbacee,
nivel - mamifere erbivore, de exemplu, iepuri de câmp
nivel - mamifere prădătoare, de exemplu, vulpi
Nutrienții sunt creați în timpul procesului de fotosinteză de către plante, care formează substanțe organice și oxigen, precum și ATP, din substanțe anorganice (apă, dioxid de carbon, săruri minerale etc.) folosind energia luminii solare. O parte din energia electromagnetică a radiației solare este transformată în energia legăturilor chimice ale substanțelor organice sintetizate.
Toată materia organică creată în timpul fotosintezei se numește producție primară brută (GPP). O parte din energia producției primare brute este cheltuită pentru respirație, rezultând formarea producției primare nete (NPP), care este însăși substanța care intră în al doilea nivel trofic și este folosită de iepuri.
Fie pista de 200 de unități convenționale de energie, iar costurile plantelor pentru respirație (R) - 50%, i.e. 100 de unități convenționale de energie. Atunci producția primară netă va fi egală cu: NPP = WPP - R (100 = 200 - 100), adică. La al doilea nivel trofic, iepurii de câmp vor primi 100 de unități convenționale de energie.
Cu toate acestea, din cauza diverse motive iepurii de câmp sunt capabili să consume doar o anumită fracțiune de NPP (altfel resursele pentru dezvoltarea materiei vii ar dispărea), în timp ce o parte semnificativă din aceasta, sub formă de resturi organice moarte (părți subterane de plante, lemn de esență tare de tulpini, crengi etc.) nu este capabil să fie mâncat de iepuri de câmp. Pătrunde în lanțurile trofice detritice și/sau este descompus de către descompozitori (F). Cealaltă parte se referă la construirea de noi celule (dimensiunea populației, creșterea iepurilor de câmp - P) și asigurarea metabolismului energetic sau a respirației (R).
În acest caz, conform abordării echilibrului, echilibrul egal al consumului de energie (C) va arăta astfel: C = P + R + F, i.e. Energia primită la al doilea nivel trofic va fi cheltuită, conform legii lui Lindemann, pe creșterea populației - P - 10%, restul de 90% va fi cheltuită pentru respirație și îndepărtarea alimentelor nedigerate.
Astfel, în ecosisteme, odată cu creșterea nivelului trofic, are loc o scădere rapidă a energiei acumulate în corpurile organismelor vii. De aici este clar de ce fiecare nivel ulterior va fi întotdeauna mai mic decât cel anterior și de ce lanțurile trofice de obicei nu pot avea mai mult de 3-5 (rar 6) verigi, iar piramidele ecologice nu pot consta dintr-un număr mare de etaje: până la final veriga lanțului trofic este aceeași ca la ultimul etaj al piramidei ecologice va primi atât de puțină energie încât nu va fi suficientă dacă numărul de organisme crește.
O astfel de secvență și subordonare a grupurilor de organisme conectate sub formă de niveluri trofice reprezintă fluxurile de materie și energie în biogeocenoză, baza organizării sale funcționale.
MUNCĂ DE CONTROL ÎN BIOLOGIE pentru prima jumătate a anului
În clasa a XI-a (anul universitar 2016 – 2017)
Pe un fragment dintr-o catenă de ADN, nucleotidele sunt aranjate în următoarea secvență: A-A-G-T-C-T-A-C-G-T-A-G.
a) Completați diagrama structurii unei molecule de ADN dublu catenar
Răspuns:______________________________________________
b) Ce principiu stă la baza structurii moleculei de ADN?
c) Care este lungimea în nanometri a acestui fragment de ADN?
Răspuns:________________________________________________
La mazăre, culoarea roșie a florilor domină peste cea albă, iar creșterea înaltă domină peste cea pitică. Trăsăturile sunt moștenite independent. Când s-au încrucișat două plante cu flori roșii, dintre care una înaltă și cealaltă scurtă, plantele rezultate au fost înalte de 35 cu flori roșii, 32 scurte cu flori roșii, 10 înalte cu flori albe și 13 scurte cu flori albe.
Care sunt genotipurile părinților?
Răspuns:_______________________________________________
Stabiliți succesiunea grupelor sistematice de animale, începând cu cele mai mici
A) Vulpea comună
B) Acorduri
B) Predator
D) Mamifere
D) Vulpi
E) Lupul
În ADN, ponderea nucleotidelor cu adenină reprezintă 15%. Determinați procentul de nucleotide care conțin citozină care alcătuiesc molecula.Folosind regula lui Chargaff, care descrie relațiile cantitative dintre diferitele tipuri de baze azotate din ADN (G + T = A + C), calculați procentul de nucleotide cu citozină din această probă.
Notează doar numărul corespunzător din răspunsul tău.
Răspuns: ___________________________%.
5. Stabiliți secvența taxonilor sistematici de plante, începând cu cel mai mare taxon. Notează succesiunea corespunzătoare de numere în tabel.
1) Bluegrass de luncă
2) Bluegrass
3) Angiosperme
4) Monocot
5) Plante
6) Cereale
6. Analizați graficul ratei de reproducere a bacteriilor de acid lactic.
Selectați enunțuri care pot fi formulate pe baza analizei rezultatelor obținute.
Rata de reproducere bacteriană
1) întotdeauna direct proporțional cu modificarea temperaturii ambiante
2) depinde de resursele mediului în care se află bacteriile
3) depinde de programul genetic al organismului
4) crește la o temperatură de 20–36 °C
5) scade la temperaturi peste 36 °C
Notați în răspunsul dvs. numerele sub care sunt indicate afirmațiile selectate.
Răspuns: ________________________________
7. Regula lui Bergmann spune că, printre formele înrudite de animale cu sânge cald care duc un stil de viață similar, cei care locuiesc în zone cu predominant temperaturi scăzute, au, de regulă, mai mult dimensiuni mari corpuri comparativ cu locuitorii zonelor și regiunilor mai calde.
Priviți fotografiile care arată reprezentanții a trei specii de mamifere strâns înrudite. Aranjați aceste animale în ordinea în care habitatele lor naturale sunt situate pe suprafața Pământului de la nord la sud.
Notează în tabel succesiunea corespunzătoare de numere care indică fotografiile.
1. urs brun 2. 3. kodiak
Răspuns:
2. Folosind cunoștințele dvs. de termoreglare, explicați regula lui Bergmann.
Răspuns:__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
8.
1. Privește imaginea unui organel al unei celule eucariote. Cum se numeste?
Răspuns:___________________________
Ce proces va fi perturbat în celulă în cazul deteriorării (funcționării afectate) a acestui organel?
Răspuns: _______________________________________
Determinați originea bolilor enumerate. Notați numărul fiecărei boli de pe listă în celula corespunzătoare a tabelului. În celulele tabelului pot fi scrise mai multe numere.
Lista bolilor umane:
1) rujeola
2) hemofilie
3) fenilcetonurie
4) tuberculoza
5) accident vascular cerebral
Boala ereditarăBoală dobândită
Infecțios
Neinfectios
10. Anton a venit la doctor pentru că nu se simțea bine. Medicul i-a dat o trimitere pentru analiză, ale cărei rezultate au arătat că numărul de leucocite a fost de 7,2 × 113, în timp ce norma este de 4–9 × 109. Ce test v-a sugerat medicul sa faceti si ce diagnostic a pus pe baza rezultatelor obtinute?
Selectați răspunsurile din următoarea listă și scrieți numerele lor în tabel.
Lista de raspunsuri:
1) pneumonie
2) anemie
3) test de sânge
4) scăderea imunității
5) analiza scaunului
Răspuns:
AnalizăDiagnostic
11.
Codul genetic este o metodă de codificare a unei secvențe de resturi de aminoacizi din proteine folosind o secvență de nucleotide dintr-un acid nucleic, caracteristică tuturor organismelor vii.
Tabelul prezintă trei tipuri de baze (prima, a doua și a treia), vă rugăm să rețineți că acestea sunt date în două versiuni: fără paranteze - nucleotide ARN și între paranteze - nucleotide ADN.
Studiați tabelul de coduri genetice, care demonstrează corespondența reziduurilor de aminoacizi cu compoziția codonilor.
Folosind aminoacidul glicină (GLY) ca exemplu, explicați următoarea proprietate a codului genetic: codul este triplet.
Tabelul codurilor genetice
Răspuns_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
1. Sortați organismele în funcție de poziția lor în lanțul trofic. În fiecare celulă, scrieți numele unuia dintre organismele propuse.
Pelista de organisme: gândaci de purici crucifere, purici, șarpe, frunze de nap, broaște
Lanțul trofic:
2 . Regula prevede: „nu mai mult de 10% din energie curge de la fiecare nivel trofic anterior la următorul”. Folosind această regulă, calculați cantitatea de energie (în kJ) care ajunge la nivelul consumatorilor de ordinul întâi atunci când producția primară anuală netă a ecosistemului este de 10.000 kJ.
Răspuns___________________________________________________________________
Completați celulele goale ale tabelului folosind lista de elemente lipsă de mai jos: pentru fiecare gol indicat printr-o literă, selectați și notați numărul elementului necesar din tabel.
Știința studiază acest nivel
Exemplu
______________________(O)
Biochimie
______________________(B)
Biogeocenotic
______________________(ÎN)
______________________(G)
______________________(D)
E)
Plămânii
Elemente lipsă:
1) anatomie
2) organismic
3) ecologie
4) ARN
5) genetică moleculară
6) biogeocenoza
14. Instanța examina o cerere de stabilire a paternității copilului. O femeie cueugrupa de sânge cu care s-a născut copiluleugrupa sanguina. Va satisface instanța cererea împotriva lui L. M, care areIVgrupa sanguina?
Analizați datele din tabel și răspundeți la întrebări.
Grupa sanguină a tatăluieu (0)
II(A)
III(B)
IV(AB)
Grupa sanguină a mamei
eu (0)
eu (0)
II(A) I(0)
III(B) I(0)
II(A) III(B)
Grupa sanguină a copilului
II(A)
II(A) I(0)
II(A) I(0)
Orice
II(A), III(B) IV(AB)
III(B)I
III(B) I(0)
Orice
III(B) I(0)
II(A), III(B) IV(AB)
IV(AB)
II(A) III(B)
II(A), III(B) IV(AB)
II(A), III(B) IV(AB)
II(A), III(B) IV(AB)
Mama copilului a declarat în instanță că tatăl fiului ei este L.M. cu grupa sanguină IV (AB). Ar putea fi tatăl copilului?
Răspuns: ________________________________________________________________________
2 . Pe baza regulilor de transfuzie de sânge, decideți dacă copilul poate dona sânge mamei sale.
3) Utilizarea datelor din tabel„Grupe de sânge conform sistemului AB0” explica decizia ta.
Grupele sanguineAntigeni de celule roșii din sânge
Anticorpi plasmatici
α, β
A β
III
În α
A, B
A, B
*Nota.
Antigenul - orice substanță pe care organismul o consideră străină sau potențial periculoasă și împotriva căreia începe de obicei să-și producă proprii anticorpi.
Anticorpi - proteinele plasmatice ale sângelui formate ca răspuns la introducerea bacteriilor, virușilor, toxinelor proteice și a altor antigeni în corpul uman.
Răspuns:_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
15 . . Colesterolul joacă un rol important în metabolism și funcționare sistemul nervos. Intră în organism din produse de origine animală. Conținutul lor în produse vegetale este nesemnificativ. Cantitatea de colesterol care intră în organism cu alimente nu trebuie să depășească 0,3-0,5 g pe zi.
1. Folosind datele din tabel, calculați cantitatea de colesterol din micul dejun al unei persoane care a mâncat 100 g brânză de vaci cu conținut scăzut de grăsimi, 25 g brânză „olandeză”, 20 g untși doi cârnați.
ProduseProduse
Cantitatea de colesterol, g/100 g produs
Lapte pasteurizat
0,01
Cârnați (un cârnați – 40 g)
0,05
Brânză de vaci cu conținut scăzut de grăsimi
0,04
Cârnat
0,08
Brânză „rusă”
0,52
Ou de pui (un ou – 50 g)
0,57
Unt
0,18
Pollock
0,03
Ce pericol prezintă excesul de colesterol din corpul uman pentru sănătatea umană?
Răspuns: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
16 . Imaginea prezintă un stegocephalus, un animal dispărut care a trăit acum 300 de milioane de ani.
Folosind un fragment dintr-un tabel geocronologic, stabiliți epoca și perioada în care a trăit acest organism, precum și posibilul său strămoș la nivelul clasei (superordine) animalelor.
RĂSPUNSURI:
A) T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-C
B) principiul complementarităţii
B) 4,08
2. Genotipuri parentale: AaBv, Aavv
3. d, a, f, c, d, b
4. 35%
5. 5,3,4,6,1,2
1) 1,4,5
1) 2,3.1
2) Esența regulii:Producția de căldură (eliberarea de căldură de către celulele corpului) este proporțională cu volumul corpului. Transferul de căldură (pierderea de căldură, transferul acesteia la mediu) este proporțională cu suprafața corpului. Pe măsură ce volumul crește, suprafața crește relativ lent, ceea ce face posibilă creșterea raportului producție de căldură/transfer de căldură și astfel compensarea pierderilor de căldură de la suprafața corpului în climatele reci.
1) Biosinteza și transportul proteinelor în celulă.
2) Încălcarea metabolismului plastic sau asimilării sau a metabolismului în celulă.
3GTT, GTC, CCA, CCG, CCT, CCC.
12 . 1) napi - gândaci de purici crucifere - broasca-mărîci.
2) 1000
13.
5 – A biochimie 4 – B;
Biogeocenotică 3 – V 6 – D
– D 1–E plămânii
14.
1) raspuns la prima intrebare: nu se va întâmpla, deoarece acest cuplu nu poate avea un copil cueugrupa sanguina.
2) raspuns la a doua intrebare: Pot fi
3) răspuns la a treia întrebare : Este posibil ca celulele roșii să nu se lipească între ele.
15.
Raspuns la prima intrebare: 1,04 g
Răspuns la a doua întrebare : afectarea vaselor de sânge sau dezvoltarea aterosclerozei sau bolilor coronariene.
16. Elemente de răspuns:
Era paleozoică
Perioada: Carbonifer
Strămoș posibil: pește sau pește cu aripioare lobe.
Criterii de raspuns:
3 puncte
1 punct
2 puncte fără erori, 1 punct o eroare
1 punct
1 punct
2 puncte fără erori, 1 punct o eroare
2 puncte
2 puncte fără erori, 1 punct o eroare
2 puncte fără erori, 1 punct o eroare
1 punct
3 puncte fără erori; 2 puncte a fost făcută o greșeală; 1 punct pentru 2 greșeli, 0 puncte pentru 3 sau mai multe greșeli.
2 puncte
1 punct
2 puncte răspunsul include toate elementele menționate mai sus; 1 punct – răspunsul include 2 dintre elementele de mai sus, 0 puncte – răspunsul include 1 dintre elementele de mai sus sau răspunsul este incorect
Puncte maxime: 30 de puncte
La „5” - 25 – 30 de puncte
La „4” - 18 – 24 puncte
La „3” - 13 – 17 puncte
La „2” 12 puncte sau mai puțin.
În conformitate cu legea piramidei energiilor, În medie, nu mai mult de 10% din energie trece de la un nivel trofic al piramidei ecologice la un alt nivel- Asta regula zece la suta. Legea piramidei energiilor permite să se facă calcule ale suprafeței de teren necesare pentru a asigura populației hrană și alte calcule de mediu și economice. Transferul maxim mediu de energie (sau materie în termeni energetici) de la un nivel trofic al piramidei ecologice la altul, în valoare de 10%, poate fluctua între 7-17%. Depășirea acestei valori este inacceptabilă, altfel pot apărea dispariții complete ale populațiilor.
Regula unu la sută -o modificare a energiei unui sistem natural cu un procent de 1% scoate sistemul natural dintr-o stare de echilibru (cvasi-staționară). Din punct de vedere empiric, această regulă este confirmată de studiile climatice și alte procese naturale.
Toate fenomenele la scară largă de pe suprafața Pământului (cicloni puternici, erupții vulcanice, procesul de fotosinteză globală), de regulă, au o energie totală care nu depășește 1% din energia radiației solare incidente pe suprafața planetei noastre. . Tranziția energiei de proces dincolo de această valoare duce de obicei la semnificativ anomalii - abateri climatice bruște, modificări ale naturii vegetației, incendii mari de pădure și stepă.
Ca și în cazul regulii zece la sută, mult depinde de starea sistemului natural în care are loc schimbarea. Asta face această regulă probabil furnizează doar linii directoare pe care este recomandabil să se urmeze sau să se țină cont de un posibil lanț de evenimente asociate cu ieșirea sistemului dintr-o stare de echilibru (cvasi-staționară).
Semnificație deosebită regula acestui procent are pt sisteme globale. Se presupune că energia lor nu poate depăși în mod fundamental nivelul de aproximativ 0,2% din radiația solară primită (nivelul energetic al fotosintezei) fără consecințe catastrofale. Acesta este probabil un prag de netrecut și inacceptabil pentru umanitate (de la care urmează „iarna nucleară”).
Orez. 2. Energia termică pierdută în timpul respirației
Lanțuri trofice care încep cu organisme fotosintetice numit lanțuri de mâncare(pastorale, lanturi de consum).
Lanțuri care încep cu resturi vegetale moarte, carcase și excremente de animale- lanţuri detritice de descompunere.
Lanțurile trofice nu sunt izolate unele de altele; strâns împletite se formează rețele trofice. Datorită legăturilor trofice din ecosistem are loc transformarea nutrienților și acumularea de energie, cu distribuția lor ulterioară între specii și populații. Cu cât compoziția speciilor este mai bogată, cu atât direcția și viteza fluxurilor de energie în ecosistem sunt mai diverse.
Se bazează lanțurile trofice trofice la:
- a doua lege a termodinamicii, conform căreia o parte de energie este disipată și devine indisponibilă pentru utilizare sub formă de energie termică;
În ecosisteme diferite tipuri puterea energiei curge prin lanțurile de consum și descompunere este diferită:
ÎN apă comunităților o parte din energia fixată de algele unicelulare merge către animalele care se hrănesc cu fitoplancton, apoi către prădători, iar o parte mai mică este inclusă în lanțurile de descompunere;
În cea mai mare parte ecosistemelor sushi se observă relaţia inversă. Astfel, în păduri, peste 90% din creșterea anuală a masei plantelor intră în lanțurile de detritus prin gunoi.
Numărul de linkuriîn circuitul de putere poate varia, dar practic sunt de obicei de la 3 la 5.
Un set de organisme unite printr-un anumit tip de nutriție, este numit „nivel trofic”. Sunt:
Primul nivel, care este ocupat autotrofi(producători);
A doua - erbivore(consumatori de prim ordin);
Pot exista mai multe niveluri trofice atunci când sunt luați în considerare paraziții care trăiesc pe consumatorii de niveluri anterioare.
Un exemplu de circuit de alimentare ar fi lanțul trofic al biocenozei biologice.
De exemplu, lanțul începe cu captarea energiei solare: o floare. Fluturele, hrănindu-se cu nectarul unei flori, reprezintă a doua verigă a acestui lanț. O libelulă atacă un fluture. Și broasca ascunsă prinde libelula, dar este ea însăși pradă șarpelui, care la rândul său va fi mâncat de șoim. Circuitul de alimentare s-a închis. Veriga finală potențială (dar nu necesară) a lanțului alimentar este oamenii.
Toate procesele discutate mai sus sunt asociate cu sinteza și transformarea materiei organice în rețele trofice și caracterizează „lanțurile de pășune”.
„Lanțuri de detritus”începe cu descompunerea materiei organice moarte de către grupuri speciale de consumatori - saprofage. Saprofagii distrug mecanic și parțial chimic materia organică moartă, pregătindu-l pentru acțiunea descomponenților. În ecosistemele terestre, acest proces (mai ales) are loc în așternut și sol. Animalele nevertebrate din sol (artropode, viermi) și microorganismele participă activ la descompunerea materiei organice moarte. Procesul de distrugere decurge secvenţial, saprofagii se schimbă unul pe altul în conformitate cu specificul nutriţiei speciei. Distrugerea mecanică este efectuată de saprofe mari (de exemplu, insecte), iar procesul de mineralizare este efectuat de alte organisme (în primul rând bacterii și ciuperci).
Întrucât comunitățile de saprofage se disting printr-o rigiditate relativ slabă de organizare, procesele stocastice de formare a saprofagelor au loc în lanțuri detritice, unele dintre speciile lor sunt ușor înlocuite de alte specii, rolul de factori externi habitat și excluziune competitivă (N.M. Chernova, N.A. Kuznetsova, 1986). Adică, de la nivelul consumatorilor, fluxul de materie organică trece prin diferite grupuri de consumatori: materia organică vie trece de-a lungul „lanțurilor de pășune”, iar materia organică moartă trece prin „lanțuri de detritus”.
Productivitatea ecosistemului
Relația dintre productivitate și caracteristicile climatice. Toate organismele au nevoie de materie pentru a-și construi corpul și de energie pentru a-și menține funcțiile vitale. Lumina soarelui, dioxidul de carbon, apa și sărurile minerale sunt resursele necesare pentru a crea producția primară. Temperatura are, de asemenea, o influență semnificativă asupra ratei fotosintezei. Calitatea și cantitatea luminii, disponibilitatea apei și a nutrienților, precum și temperatura sunt factori foarte variabili care pot limita producția primară.
Fiecare metru pătrat al suprafeței pământului primește de la 0 la 5 J în fiecare minut energie solară. Conform compoziției spectrale, doar aproximativ 44% din lumina cu unde scurte incidente este potrivită pentru sinteză, iar o proporție semnificativă a energiei solare nu este disponibilă plantelor. Pădurile de conifere au cea mai mare eficiență în utilizarea energiei solare: transformă 1-3% din radiația fiziologic activă (PAR) în biomasă. Pădurile de foioase transformă doar 0,5-1% PAR în biomasă, iar deșerturile și mai puțin - 0,01-0. 02%. Eficiența maximă a fotosintezei culturilor de cereale la conditii ideale nu depaseste 3-10%.
Utilizarea de către plante a luminii disponibile se îmbunătățește ușor dacă dispune de un aport bun de alte resurse.
Apă - o resursă de neînlocuit și cum componentă celule și ca participant la fotosinteză. Prin urmare, productivitatea este întotdeauna strâns legată de cantitatea de precipitații.
temperatură mediu. Această dependență este complexă.
Producția comunității terestre depinde și de continutul in sol a diverselor substante necesare plantelor microelemente. Compușii cu azot au un efect deosebit de mare. Mai mult, originea lor trebuie să fie biologică, adică rezultatul fixării azotului de către microorganisme, și nu geologică.
Productivitatea este, de asemenea, semnificativ afectată de activitatea umană. Pe măsură ce agricultura se dezvoltă în direcția obținerii unei producții maxime, impactul asupra naturii cauzat de redistribuirea energiei și substanțelor pe suprafața Pământului este în continuă creștere. Îmbunătățirea instrumentelor, introducerea culturilor cu randament ridicat și a soiurilor care necesită cantități mari de nutrienți au început să perturbe dramatic procesele naturale.
Distructiv practici agricole necorespunzătoare și sisteme agricole, care suna:
Eroziunea solului și pierderea stratului fertil;
Salinizarea și îndesarea zonelor irigate;
Scăderea diversității biologice a peisajelor naturale;
Contaminarea apelor de suprafață și subterane cu reziduuri de pesticide și nitrați;
Dispariția animalelor sălbatice ca urmare a distrugerii habitatelor lor și multe altele.
Pentru a reglementa și rezolva aceste probleme, ele oferă tehnici și metode bazate științific care, în anumite cazuri, pot preveni sau reduce doar parțial efectele nedorite care apar la obținerea produselor biologice primare. În ultimele decenii, restricțiile de mediu au fost introduse din ce în ce mai mult.
Există o limită naturală obiectivă - prag de reducere a fertilităţii naturale, când se apropie de care, toată puterea tehnică umană devine mai puțin eficientă. În a doua jumătate a secolului XX. S-a înregistrat o creștere semnificativă a producției biologice primare ca urmare a introducerii de noi soiuri cu randament ridicat de culturi de cereale, a utilizării unor cantități mari de îngrășăminte minerale și a utilizării produselor de protecție a plantelor. Cu toate acestea, acest indicator a încetat să crească, ceea ce a fost o reflectare a acțiunii drept reducerea eficienței energetice a managementului de mediu.
Dar populația umană continuă să crească și nu mai există pământ fertil. Prin urmare, creșterea eficienței plantelor verzi este cea mai mare problemă presantă la rezolvarea problemelor primare ale suportului vieții umane. În tabel 4, una dintre opțiunile de calcul a producției primare a globului a fost realizată pe baza rezultatelor cercetării lui P. Duvigneau.
| Ecosistem | Suprafață, milioane km2 | Randamentul fotosintezei, % | Productivitate, t/ha | Productivitatea totală a materiei organice miliarde t/ha |
| Păduri | 40,7 | 0,38 | 20,4 | |
| Stepe | 25,7 | 0,1 | 1,5 | 3,8 |
| Terenuri arabile | 14,0 | 0,25 | 5,6 | |
| Deșerturi | 54,9 | 0,01 | 0,2 | 1,1 |
| Antarctica | 12,7 | |||
| Ocean | 0,05 | 0,8 | ||
| Total | 60,9 |
Din datele din tabel. Figura 4 arată că ecosistemul oceanic asigură jumătate din producția totală a planetei, pădurile - o treime și terenurile arabile (împreună cu stepele) - aproximativ o zecime.
La calcularea producției secundare a ecosistemelor, calculele se fac separat pentru fiecare nivel trofic, deoarece atunci când energia trece de la un nivel trofic la altul, aceasta crește datorită aportului de la nivelul anterior. Când se studiază productivitatea globală a unui ecosistem, trebuie amintit că creșterea producției secundare are loc întotdeauna nu în paralel cu creșterea primară, ci datorită distrugerii unei părți a acestuia. Adică, există un fel de retragere, scădere a produselor secundare din cantitatea totală de produse primare. Prin urmare, productivitatea ecosistemului este întotdeauna evaluată pe baza producției primare. În general, productivitatea secundară variază de la 1 la 10%, iar aceasta, la rândul său, depinde de proprietățile animalelor și de caracteristicile alimentelor sau alimentelor consumate.
Informații conexe.
Regula unu la sută. Conform regulii unu la sută, o modificare a energiei unui sistem natural cu 1% scoate sistemul natural dintr-o stare de echilibru (cvasi-staționară). Toate fenomenele la scară largă de pe suprafața Pământului (cicloni puternici, erupții vulcanice, procesul de fotosinteză globală), de regulă, au o energie totală care nu depășește 1% din energia radiației solare incidente pe suprafața planetei noastre. . Introducerea artificială de energie în biosferă nu trebuie să depășească această limită. Trecerea energiei de proces peste această valoare (1%) duce de obicei la anomalii semnificative: abateri climatice bruște, modificări ale naturii vegetației, incendii mari de pădure și stepă.
Regula zece la sută (legea piramidei energetice).În conformitate cu legea piramidei energetice, în medie, nu mai mult de 10% din energie se deplasează de la un nivel trofic al piramidei ecologice la un alt nivel.
Nivelul trofic este totalitatea tuturor organismelor vii aparținând unei verigi a lanțului trofic. Primul nivel trofic este întotdeauna producătorii, creatorii de substanțe organice necesare tuturor organismelor vii. Consumatorii erbivori (fitotrofi sau fitofagi) aparțin celui de-al doilea nivel trofic; carnivore (prădători), care trăiesc din fitofage, aparțin celui de-al treilea nivel trofic; cei care consumă alte carnivore sunt în consecință clasificați ca al patrulea etc.
Plantele verzi, consumatoare de energie solară și substanțe anorganice din mediul extern, formează substanțe organice prin fotosinteză, adică. produce produse biologice, care sunt adesea numite producție primară sau producție brută a producătorilor. Produsele secundare sunt biomasa creată de consumatori.
În procesul vieții lor, plantele cheltuiesc o parte din producția lor primară pe respirație, pe formarea de noi celule și țesuturi și pe creștere. Dacă scădem din producția primară acele produse pe care producătorii le-au cheltuit pentru nevoile lor, atunci partea rămasă reprezintă ceea ce se numește „producție netă”. Producția netă este sub formă de biomasă și se deplasează continuu de la un nivel trofic la altul. Producția primară pură, captată de consumatori sub formă de alimente, este cheltuită și de aceștia pe procesele de viață și pe construcția de produse secundare, adică. biomasă de fitofagi), iar o parte se întoarce în mediul abiatic sub formă de excremente, secreții și cadavre. La rândul său, aproximativ 10% din biomasa și energia stocată în fitofage sunt transferate la nivelul următor de consumatori, asigurându-le existența, diversitatea și abundența.
Legea piramidei energetice vă permite să faceți calcule ale suprafeței de teren necesare pentru a oferi populației hrană și alte calcule de mediu și economice.
Transferul maxim mediu de energie (sau materie în termeni energetici) de la un nivel trofic al piramidei ecologice la altul este de 10% și poate varia de la 7 la 17%. Această valoare nu duce la consecințe negative asupra ecosistemului și, prin urmare, poate fi acceptată ca normă pentru managementul mediului în activitatea economică umană. Depășirea acestei valori este inacceptabilă, deoarece în acest caz pot apărea dispariții complete ale populațiilor. Legea piramidei energetice și regula zece procente servesc ca o limitare generală în utilizarea resurselor naturale pentru activitatea economică umană.
Regula umplerii obligatorii a nișelor ecologice. O nișă ecologică goală este întotdeauna umplută în mod natural. O nișă ecologică ca loc funcțional al unei specii într-un ecosistem permite o formă capabilă să dezvolte caracteristici adaptative pentru a umple această nișă, dar uneori acest lucru necesită timp considerabil.
Nota. Un exemplu probabil al regulii pentru completarea obligatorie a informațiilor de mediu este apariția de noi boli, de exemplu, SIDA (sindromul imunodeficienței dobândite). A fost prezis ipotetic cu mai mult de 10 ani înainte ca boala să fie identificată ca un virus asemănător gripei cu o rată mare de mortalitate. Baza predicției a fost că victoria asupra multor boli infecțioase umane a eliberat nișe ecologice care în mod inevitabil trebuiau umplute. Deoarece în timpul duplicării ecologice, de regulă, schimbarea merge în direcția de la forme mai mari și foarte organizate la forme mai mici și mai organizate, s-a presupus că una dintre nișele ecologice ar fi umplută tocmai de un virus cu un grad ridicat de variabilitate. . Astfel, ipoteza era aparent justificată.
Regula reacțiilor inevitabile în lanț (controlul „dur” al naturii). Managementul tehnic „dur” al sistemelor și proceselor naturale este plin de reacții naturale în lanț, dintre care o parte semnificativă este inacceptabilă din punct de vedere ecologic, social și economic pe o perioadă lungă de timp. Un exemplu cu dezastrul Aral. Transferul de apă din râurile nordice ar duce la efecte nedorite asupra mediului (inundarea unei suprafețe uriașe de teren, distrugerea pădurilor, zăcămintelor de petrol, gaze etc.)
Regula managementului „soft” al naturii. Controlul „soft” (indirect) al naturii provoacă reacții în lanț dezirabile pentru oameni.
Controlul „soft” este mai de preferat decât o soluție tehnologică „hard”, în ciuda costurilor inițiale mari. Aceasta este regula pentru transformarea oportună a naturii. Spre deosebire de managementul „hard” (vezi Regula reacțiilor în lanț sub managementul „hard”), managementul „soft”, bazat pe restabilirea fostei productivități naturale a ecosistemelor sau creșterea acesteia printr-o serie de evenimente intenționate bazate pe utilizarea obiectivelor. legile naturii, face posibilă direcționarea reacțiilor naturale în lanț într-o direcție favorabilă economiei și vieții oamenilor. Un exemplu ar fi o comparație a două handicapuri silvicultură- tăiere netă (impact „dur”) și tăiere selectivă (impact „moale”). Tăierea clară, în care tot lemnul este luat dintr-o singură mișcare, este considerată mai profitabilă din punct de vedere economic. Când are loc tăierea selectivă, apar multe complicații tehnice și, prin urmare, costul recoltării lemnului se dovedește a fi mai scump. Se presupune că în zonele de tăiere senin pădurea poate și ar trebui să fie restaurată prin plantare în masă (și această activitate este în general ieftină). Cu toate acestea, cu tăierile clare, mediul forestier însuși se pierde treptat, ceea ce duce la o scădere a nivelului râului, în alte locuri - la îmbinare, supra-creșterea zonei de tăiere cu specii de plante non-forest, împiedicarea creșterii pădurilor, apariția reproducerii. motive pentru dăunători forestieri și alte consecințe negative. Costurile inițiale mai mici ale unui eveniment „greu” dau naștere unui lanț de daune, care necesită apoi cheltuieli mari pentru eliminarea lor. Dimpotrivă, prin tăierea selectivă, refacerea pădurilor este facilitată datorită conservării mediului forestier. Costurile inițiale crescute sunt recuperate treptat prin prevenirea daunelor mediului.
Trecerea de la managementul „moale” la „dur” este recomandabil doar prin înlocuirea concomitentă a formelor extensive de agricultură cu unele extrem de intensive și, de regulă, în intervale de timp relativ scurte. Pe termen lung, doar controlul „soft” al proceselor naturale este eficient. Vezi și Principiile transformării naturii.
Regula este „ecologic-economică”. Economia și ecologia nu pot fi opuse. Nu poți încetini ritmul industrializării - asta va însemna un fel de utopism economic, la fel cum nu poți reduce eforturile în domeniul ecologiei - asta va însemna extremism de mediu. Soluția problemei se află undeva la mijloc.
Regula resurselor integrale. Concurente în domeniul utilizării specifice naturale sistemele de sectoare economice își provoacă inevitabil daune reciproce, cu atât mai puternic, cu atât mai semnificativ schimbă exploatarea în comun. componenta de mediu sau toate ecosistemîn general. De exemplu, în sectorul apei, hidroenergetica, transportul, utilitățile publice, agricultura irigată și industria pescuitului sunt interconectate în așa fel încât pescuitul să fie în cea mai puțin avantajoasă poziție. Cu cât utilizarea hidroenergetică a apei este mai completă, cu atât este mai dificilă gestionarea altor sectoare ale economiei apei: dezvoltarea transportului apei complică alte metode de utilizare a apei, iar irigarea provoacă dificultăți în formele conexe de exploatare a apei.
Regula saturației demografice. Într-o populație globală sau izolată regional, dimensiunea populației corespunde capacității maxime de a-și susține activitatea de viață, inclusiv toate aspectele nevoilor umane existente.
În esență, această regulă prevede că o persoană, ca orice altă specie biologică, își va crește numărul la dimensiunea maximă posibilă, care este determinată de capacitatea mediului și nu mai mult. Cu toate acestea, omenirea creează presiune asupra mediului nu atât din punct de vedere biologic, cât și din punct de vedere tehnologic. De fapt, ceea ce se observă acum în lume nu este saturația demografică, luând în considerare toate nevoile umane, ci suprasaturarea tehnică. Nerespectarea regulii saturației demografice are ca rezultat un dezechilibru puternic în sistemul de relații dintre om și natură. Teoretic, este posibilă o situație când sunt implementate mecanisme de limitare și se produce o catastrofă demografică (o scădere bruscă a populației umane).
