Cada año, una persona agota cada vez más los recursos del planeta. No es sorprendente que en los últimos años una evaluación de cuántos recursos puede proporcionar una u otra biocenosis sea de gran importancia. Hoy, la productividad del ecosistema es crucial al elegir un método de gestión, ya que la viabilidad económica del trabajo depende directamente de la cantidad de productos que se pueden obtener.
Estas son las principales preguntas que los científicos enfrentan hoy:
- ¿Cuánta energía solar está disponible y cuánta es asimilada por las plantas, cómo se mide?
- ¿Qué tipos de ecosistemas tienen la mayor productividad y cuáles dan los productos más primarios?
- ¿Qué factores limitan la cantidad de producción primaria a nivel local y mundial?
- ¿Cuál es la eficiencia con la que las plantas convierten la energía?
- ¿Cuáles son las diferencias entre la eficiencia de asimilación, la producción limpia y la eficiencia ambiental?
- ¿Cómo difieren los ecosistemas en biomasa u organismos autótrofos?
- ¿Cuánta energía hay disponible para las personas y cuánto usamos?
Intentaremos responderlos al menos parcialmente en el marco de este artículo. Primero, tratemos con los conceptos básicos. Entonces, la productividad del ecosistema es el proceso de acumulación de materia orgánica en un determinado volumen. ¿Qué organismos son responsables de este trabajo?
Autótrofos y heterótrofos
Sabemos que algunos organismos son capaces de sintetizar moléculas orgánicas a partir de precursores inorgánicos. Se llaman autótrofos, que significa "autoalimentación". En realidad, la productividad de los ecosistemas depende de su actividad. Los autótrofos también se conocen como productores primarios. Los organismos que pueden producir moléculas orgánicas complejas a partir de sustancias inorgánicas simples (agua, CO2) con mayor frecuencia pertenecen a la clase de plantas, pero algunas bacterias poseen las mismas capacidades. El proceso por el cual sintetizan compuestos orgánicos se llama síntesis fotoquímica. Como su nombre lo indica, la fotosíntesis requiere luz solar.
También debemos mencionar la vía conocida como quimiosíntesis. Algunos autótrofos, principalmente bacterias especializadas, pueden convertir nutrientes inorgánicos en compuestos orgánicos sin acceso a la luz solar. Existen varios grupos de bacterias quimiosintéticas en el mar y el agua dulce, y son especialmente comunes en entornos con altos niveles de sulfuro de hidrógeno o azufre. Al igual que las plantas que contienen clorofila y otros organismos capaces de síntesis fotoquímica, los organismos quimiosintéticos son autótrofos. Sin embargo, la productividad de un ecosistema se llama más probablemente la actividad de la vegetación, ya que es la responsable de la acumulación de más del 90% de la materia orgánica. La quimiosíntesis juega un papel incomparablemente menor en esto.
Mientras tanto, muchos organismos pueden recibir la energía necesaria solo al comer otros organismos. Se llaman heterótrofos. En principio, incluyen todas las mismas plantas (también "comen" los orgánicos terminados), animales, microbios, hongos y microorganismos. Los heterótrofos también se denominan "consumidores".
El papel de las plantas.
Como regla general, la palabra "productividad" en este caso se refiere a la capacidad de las plantas para almacenar una cierta cantidad de materia orgánica. Y esto no es sorprendente, ya que solo los organismos vegetales pueden convertir sustancias inorgánicas en orgánicas. Sin ellos, la vida en nuestro planeta sería imposible y, por lo tanto, la productividad del ecosistema se ve desde esta perspectiva. En general, la pregunta se plantea de manera extremadamente simple: ¿qué masa de materia orgánica pueden almacenar las plantas?
¿Qué biocenosas son las más productivas?
Curiosamente, pero las biocenosas creadas por el hombre están lejos de ser las más productivas. La selva, los pantanos, la selva de los grandes ríos tropicales a este respecto están muy por delante de ellos. Además, son estas biocenosas las que neutralizan una gran cantidad de sustancias tóxicas, que, nuevamente, entran en la naturaleza como resultado de la actividad humana, y también producen más del 70% del oxígeno contenido en la atmósfera de nuestro planeta. Por cierto, muchos libros de texto todavía afirman que los océanos de la Tierra son el "granero" más productivo. Curiosamente, pero esta afirmación está muy lejos de la verdad.
Paradoja del océano
¿Sabes con qué se compara la productividad biológica de los ecosistemas de los mares y océanos? Con semi-desiertos! Grandes volúmenes de biomasa se explican por el hecho de que son las extensiones de agua las que ocupan la mayor parte de la superficie del planeta. Por lo tanto, el uso previsto en repetidas ocasiones de los mares como la principal fuente de nutrientes para toda la humanidad en los próximos años es casi imposible, ya que la viabilidad económica de esto es extremadamente baja. Sin embargo, la baja productividad de este tipo de ecosistema no menoscaba en modo alguno la importancia de los océanos para la vida de todos los seres vivos, por lo que deben protegerse con el mayor cuidado posible.
Los ecologistas modernos dicen que las posibilidades de las tierras agrícolas están lejos de agotarse, y en el futuro podremos obtener cosechas más abundantes de ellos. Se depositan esperanzas particulares en los campos de arroz, que pueden dar una gran cantidad de materia orgánica valiosa debido a sus características únicas.
Fundamentos de productividad biológica
En general, la productividad del ecosistema está determinada por la tasa de fotosíntesis y la acumulación de sustancias orgánicas en una biocenosis particular. La masa de materia orgánica que se crea por unidad de tiempo se llama producción primaria. Se puede expresar de dos maneras: ya sea en julios o en la masa seca de las plantas. La producción bruta se denomina volumen, creado por organismos vegetales durante una determinada unidad de tiempo, a una tasa constante de fotosíntesis. Debe recordarse que parte de esta sustancia irá a la actividad vital de las propias plantas. La materia orgánica que queda después de esto es la productividad primaria neta del ecosistema. Es ella quien alimenta los heterótrofos, entre los cuales estamos entre ustedes.
¿Existe un "límite superior" para la producción primaria?
En resumen, si. Repasemos brevemente cómo la fotosíntesis es efectiva en principio. Recuerde que la intensidad de la radiación solar que llega a la superficie terrestre depende en gran medida de la ubicación: el retorno máximo de energía es característico de las zonas ecuatoriales. Disminuye exponencialmente a medida que se acerca a los polos. Aproximadamente la mitad de la energía solar se refleja en el hielo, la nieve, los océanos o los desiertos, absorbidos por los gases en la atmósfera. Por ejemplo, ¡una capa de ozono atmosférico absorbe casi toda la radiación ultravioleta! Solo la mitad de la luz que ingresa a las hojas de las plantas se usa en la reacción de fotosíntesis. ¡Entonces la productividad biológica de los ecosistemas es el resultado de convertir una parte insignificante de la energía del sol!
¿Qué son los productos secundarios?
En consecuencia, el producto secundario se denomina crecimiento de los consumidores (es decir, consumidores) durante un cierto período de tiempo. Por supuesto, la productividad del ecosistema depende de ellos en un grado mucho menor, pero es esta biomasa la que juega un papel crucial en la vida humana. Cabe señalar que los compuestos orgánicos secundarios se cuentan por separado en cada nivel trófico. Por lo tanto, los tipos de productividad del ecosistema se dividen en dos tipos: primario y secundario.
La proporción de productos primarios y secundarios.
Como puede suponer, la proporción de biomasa con respecto a la masa total de la planta es relativamente pequeña. Incluso en la jungla y los pantanos, este indicador rara vez supera el 6, 5%. Mientras más plantas herbáceas en la comunidad, mayor es la tasa de acumulación de materia orgánica y mayor es la discrepancia.
Sobre la velocidad y el volumen de formación de sustancias orgánicas.
En general, la tasa limitante de formación de materia orgánica de origen primario depende completamente del estado del aparato fotosintético de las plantas (PAR). El valor máximo de la eficiencia de la fotosíntesis, que se logró en condiciones de laboratorio, es el 12% del valor de PAR. En condiciones naturales, un valor del 5% se considera extremadamente alto y prácticamente no ocurre. Se cree que en la Tierra la asimilación de la luz solar no supera el 0.1%.
Distribución de productos primarios.
Cabe señalar que la productividad del ecosistema natural es extremadamente desigual a escala mundial. La masa total de toda la materia orgánica, que se forma anualmente en la superficie de la Tierra, es de aproximadamente 150-200 mil millones de toneladas. ¿Recuerdas lo que dijimos sobre la productividad oceánica anterior? Entonces, 2/3 de esta sustancia se forma en tierra. Imagínense: gigantescos e increíbles volúmenes de la hidrosfera forman tres veces menos materia orgánica que la escasa parte de la tierra, ¡una parte considerable de la cual es desierto!
Más del 90% de la materia orgánica acumulada en una forma u otra es consumida por organismos heterotróficos. Solo una parte insignificante de la energía solar se almacena en forma de humus del suelo (así como petróleo y carbón, cuya formación incluso se está produciendo hoy). En nuestro país, el aumento en la producción biológica primaria varía de 20 c / ha (cerca del Océano Ártico) a más de 200 c / ha en el Cáucaso. En las zonas desérticas, este valor no supera los 20 kg / ha.
En principio, en los cinco continentes cálidos de nuestro mundo, la intensidad de producción es prácticamente la misma, casi: en América del Sur, la vegetación acumula una vez y media más materia seca, debido a las excelentes condiciones climáticas. Allí la productividad de los ecosistemas naturales y artificiales es máxima.
¿Qué proporciona nutrición a las personas?
Aproximadamente 1.400 millones de hectáreas están ocupadas en la superficie de nuestro planeta por plantaciones de plantas cultivadas por el hombre que nos proporcionan alimentos. Esto es aproximadamente el 10% de todos los ecosistemas del planeta. Curiosamente, pero solo la mitad de la producción va directamente a las personas. Todo lo demás se utiliza como alimento para mascotas y se dirige a las necesidades de la producción industrial (no relacionada con la producción de alimentos). Los científicos han estado haciendo sonar la alarma durante mucho tiempo: la productividad y la biomasa de los ecosistemas de nuestro planeta no pueden proporcionar más del 50% de las necesidades humanas de proteínas. En pocas palabras, la mitad de la población mundial vive en condiciones de inanición crónica de proteínas.
Registrar biocenosis
Como ya hemos dicho, los bosques ecuatoriales se caracterizan por la mayor productividad. Piénselo: ¡una hectárea de biocenosis de este tipo puede representar más de 500 toneladas de materia seca! Y esto está lejos del límite. En Brasil, por ejemplo, ¡una hectárea de bosque produce de 1200 a 1500 toneladas (!) De materia orgánica por año! Solo piense: ¡hasta dos centavos de materia orgánica por metro cuadrado! En la tundra en la misma área no se forman más de 12 toneladas, y en los bosques de la zona media, dentro de 400 toneladas, las empresas agrícolas en esas partes están utilizando esto activamente: la productividad del ecosistema artificial en forma de un campo de caña de azúcar, que puede acumular hasta 80 toneladas de materia seca por hectárea, en ningún otro lugar tales cultivos pueden rendir físicamente. Sin embargo, los abismos del Orinoco, Mississippi y también algunas áreas de Chad no son muy diferentes de ellos. ¡Aquí, durante más de un año, los ecosistemas “entregan” hasta 300 toneladas de materia por hectárea de tierra!
