Cada año, las personas agotan cada vez más los recursos del planeta. No es sorprendente que recientemente una evaluación de cuántos recursos puede proporcionar una biocenosis en particular se haya vuelto de gran importancia. Hoy en día, la productividad del ecosistema tiene una importancia decisiva a la hora de elegir una forma de gestión, ya que la viabilidad económica de la obra depende directamente de la cantidad de producción que se pueda obtener.
Estas son las principales preguntas a las que se enfrentan los científicos en la actualidad:
- Cuánta energía solar está disponible y cuánta es asimilada por las plantas, ¿cómo se mide?
- ¿Qué tipos de ecosistemas son los más productivos y generan la mayor producción primaria?
- ¿Qué factores limitan la producción primaria a nivel local y mundial?
- ¿Cuál es la eficiencia con la que las plantas convierten la energía?
- ¿Cuáles son las diferencias entre eficienciaasimilación, producción más limpia y eficiencia ambiental?
- ¿En qué se diferencian los ecosistemas en cuanto a la cantidad de biomasa o el volumen de organismos autótrofos?
- ¿Cuánta energía está disponible para las personas y cuánta usamos?
Intentaremos responderlas al menos parcialmente en el marco de este artículo. Primero, tratemos los conceptos básicos. Entonces, la productividad de un ecosistema es el proceso de acumulación de materia orgánica en un volumen determinado. ¿Qué organismos son responsables de este trabajo?
Autotrofos y heterótrofos
Sabemos que algunos organismos son capaces de sintetizar moléculas orgánicas a partir de precursores inorgánicos. Se llaman autótrofos, lo que significa "autoalimentación". En realidad, la productividad de los ecosistemas depende de sus actividades. Los autótrofos también se conocen como productores primarios. Los organismos que pueden producir moléculas orgánicas complejas a partir de sustancias inorgánicas simples (agua, CO2) suelen pertenecer a la clase de las plantas, pero algunas bacterias tienen la misma capacidad. El proceso por el cual sintetizan compuestos orgánicos se llama síntesis fotoquímica. Como sugiere el nombre, 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. Hay varios grupos de quimiosintéticosbacterias en agua de mar y agua dulce, y son especialmente comunes en ambientes con un alto contenido de sulfuro de hidrógeno o azufre. Al igual que las plantas que contienen clorofila y otros organismos capaces de realizar síntesis fotoquímica, los organismos quimiosintéticos son autótrofos. Sin embargo, la productividad del ecosistema es más bien la actividad de la vegetación, ya que es ella quien se encarga de la acumulación de más del 90% de la materia orgánica. La quimiosíntesis juega un papel desproporcionadamente menor en esto.
Mientras tanto, muchos organismos solo pueden obtener la energía que necesitan comiendo otros organismos. Se llaman heterótrofos. En principio, estos incluyen todas las mismas plantas (también "comen" materia orgánica preparada), animales, microbios, hongos y microorganismos. Los heterótrofos también se denominan "consumidores".
El papel de las plantas
Por 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 misma en nuestro planeta sería imposible, por lo que la productividad del ecosistema se considera desde esta posición. En general, la pregunta es extremadamente simple: ¿cuánta materia orgánica pueden almacenar las plantas?
¿Qué biocenosis son las más productivas?
Curiosamente, las biocenosis creadas por humanos están lejos de ser las más productivas. Selvas, pantanos, selva de grandes ríos tropicales en este sentidoestán muy por delante. Además, son estas biocenosis las que neutralizan una enorme cantidad de sustancias tóxicas que, nuevamente, ingresan a 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 aún afirman que los océanos de la Tierra son el "granero" más productivo. Por extraño que parezca, esta declaración está muy lejos de la verdad.
La paradoja del océano
¿Sabes a qué se compara la productividad biológica de los ecosistemas de los mares y océanos? ¡Con semidesiertos! Los 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 repetidamente predicho de los mares como fuente principal de nutrientes para toda la humanidad en los próximos años es difícilmente posible, ya que la viabilidad económica de esto es extremadamente baja. Sin embargo, la baja productividad de este tipo de ecosistemas no resta importancia a los océanos para la vida de todos los seres vivos, por lo que es necesario protegerlos con el mayor cuidado posible.
Los ambientalistas modernos dicen que las posibilidades de las tierras agrícolas están lejos de agotarse, y en el futuro podremos obtener cosechas más abundantes de ellas. Se depositan esperanzas particulares en los campos de arroz, que pueden producir una gran cantidad de materia orgánica valiosa debido a sus características únicas.
Información básica sobre la productividad de los sistemas biológicos
Productividad general del ecosistemaestá determinada por la tasa de fotosíntesis y acumulación de sustancias orgánicas en una biocenosis determinada. La masa de materia orgánica que se crea por unidad de tiempo se denomina producción primaria. Se puede expresar de dos formas: ya sea en Joules, o en la masa seca de las plantas. La producción bruta es su volumen creado por los organismos vegetales en una determinada unidad de tiempo, a una tasa constante del proceso de fotosíntesis. Cabe recordar que parte de esta sustancia irá destinada a la actividad vital de las propias plantas. La materia orgánica restante es la productividad primaria neta del ecosistema. Es ella quien va a alimentar a los heterótrofos, que te incluimos a ti y a mí.
¿Existe un "límite superior" para la producción primaria?
En resumen, sí. Echemos un vistazo rápido a cuán eficiente es el proceso de fotosíntesis en principio. Recuérdese que la intensidad de la radiación solar que llega a la superficie terrestre depende en gran medida de la ubicación: el máximo retorno 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 y es absorbida por los gases de la atmósfera. Por ejemplo, la capa de ozono de la atmósfera absorbe casi toda la radiación ultravioleta. Solo la mitad de la luz que llega a las hojas de las plantas se utiliza en la reacción de fotosíntesis. ¡Así que la productividad biológica de los ecosistemas es el resultado de convertir una parte insignificante de la energía del sol!
¿Qué es la producción secundaria?
En consecuencia, los productos secundarios se denominanel crecimiento de los consumidores (es decir, los consumidores) durante un cierto período de tiempo. Por supuesto, la productividad del ecosistema depende de ellos en mucha menor medida, pero es esta biomasa la que juega el papel más importante en la vida humana. Cabe señalar que los compuestos orgánicos secundarios se calculan por separado en cada nivel trófico. Así, los tipos de productividad de los ecosistemas se dividen en dos tipos: primaria y secundaria.
Relación de producción primaria y secundaria
Como puede suponer, la relación entre la biomasa y la masa total de la planta es relativamente baja. Incluso en la selva y los pantanos, esta cifra rara vez supera el 6,5%. Cuantas más plantas herbáceas haya en la comunidad, mayor será la tasa de acumulación de materia orgánica y mayor 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 eficiencia de la fotosíntesis, que se logró en condiciones de laboratorio, es el 12% del valor PAR. En condiciones naturales, un valor del 5% se considera extremadamente alto y prácticamente no se da. Se cree que en la Tierra la asimilación de la luz solar no supera el 0,1%.
Distribución de producción primaria
Cabe señalar que la productividad del ecosistema natural es extremadamente desigual en todo el planeta. La masa total de toda la materia orgánica que se forma anualmente ensuperficie de la Tierra, es de alrededor de 150-200 mil millones de toneladas. ¿Recuerdas lo que dijimos sobre la productividad de los océanos arriba? Entonces, ¡2/3 de esta sustancia se forma en la tierra! Imagínese: ¡volúmenes gigantescos e increíbles de la hidrosfera forman tres veces menos materia orgánica que una pequeña parte de la tierra, una gran parte de la cual son desiertos!
Más del 90% de la materia orgánica acumulada de una forma u otra se utiliza como alimento para los organismos heterótrofos. Solo una pequeña fracción de la energía solar se almacena en forma de humus del suelo (así como de petróleo y carbón, que se están formando incluso hoy en día). En el territorio de nuestro país, el aumento de la producción biológica primaria varía de 20 céntimos por hectárea (cerca del Océano Ártico) a más de 200 céntimos por hectárea en el Cáucaso. En zonas desérticas, este valor no supera los 20 c/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 alimenta a la gente?
Aproximadamente 1.400 millones de hectáreas en la superficie de nuestro planeta son plantaciones de plantas cultivadas que nos proporcionan alimento. Esto es aproximadamente el 10% de todos los ecosistemas del planeta. Curiosamente, solo la mitad de los productos resultantes van directamente a la alimentación humana. Todo lo demás se usa como alimento para mascotas y se destina alas necesidades de la producción industrial (no relacionadas con la producción de productos alimenticios). 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 de proteínas de la humanidad. En pocas palabras, la mitad de la población mundial vive en condiciones de inanición crónica de proteínas.
Biocenosis-poseedores de récords
Como ya hemos dicho, los bosques ecuatoriales se caracterizan por la mayor productividad. Piénselo: ¡más de 500 toneladas de materia seca pueden caer en una hectárea de tal biocenosis! 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! Piensa: ¡hay hasta dos céntimos de materia orgánica por metro cuadrado! En la tundra en la misma área, no se forman más de 12 toneladas, y en los bosques del cinturón medio, dentro de las toneladas 400. Las empresas agrícolas en esas partes usan activamente esto: la productividad de un ecosistema artificial en forma de azúcar. campo de caña, que puede acumular hasta 80 toneladas de materia seca por hectárea, en ningún otro lugar puede producir físicamente tales rendimientos. Sin embargo, las bahías del Orinoco y Mississippi, así como algunas áreas de Chad, difieren poco de ellas. ¡Aquí, durante un año, los ecosistemas “liberan” hasta 300 toneladas de sustancias por hectárea de superficie!
Resultados
Por lo tanto, la evaluación de la productividad debe realizarse sobre la base de la sustancia primaria. El hecho es que la producción secundaria no es más del 10% de este valor, su valor fluctúa mucho y, por lo tanto, un análisis detalladoeste indicador es simplemente imposible.
