Что такое первичная продукция в биологии
Биология. 10 класс
§ 47. Биомасса и продуктивность экосистем
Понятие о биомассе и продукции экосистемы
Благодаря возможности многократного использования вещества и постоянному притоку энергии экосистемы способны длительно поддерживать стабильное существование. Населяющие их продуценты, консументы и редуценты при этом постоянно обеспечивают воспроизведение и накопление своей биомассы, несмотря на то что запас веществ в биосфере ограничен и не пополняется.
Процесс воспроизведения биомассы растений, животных и микроорганизмов, входящих в состав той или иной экосистемы, называется биологической продуктивностью. Обычно она выражается через количество продукции, образующейся в экосистеме на данном этапе.
Продукция экосистемы — количество биомассы, вновь воспроизведенной в экосистеме за единицу времени (обычно за год) на данном этапе ее существования.
Экосистемы сильно различаются по величине продукции. Образующаяся продукция может по-разному расходоваться в разных экосистемах. Если скорость ее потребления отстает от скорости образования, то это ведет к приросту биомассы экосистемы и накоплению в ней избытка детрита. В результате будет наблюдаться образование торфа на болотах, зарастание мелких водоемов, создание запаса подстилки в таежных лесах. В стабильных экосистемах практически вся образующаяся продукция тратится в сетях питания. В результате биомасса экосистемы остается практически постоянной.
Биомасса экосистемы и ее продукция могут сильно отличаться. Например, в густом лесу общая биомасса организмов очень велика по сравнению с ее годовым приростом — продукцией. Тогда как в пруду небольшая накопленная биомасса фитопланктона имеет высокую скорость возобновления — образования продукции за счет быстрого размножения.
ПЕРВИЧНАЯ ПРОДУКЦИЯ
Смотреть что такое «ПЕРВИЧНАЯ ПРОДУКЦИЯ» в других словарях:
Продукция биоценоза — количество биомассы, произведенное биоценозом. Различаются: общая первичная продукция (брутто продукция) количество органического вещества, вводимого в систему ценоза продуцентами путем фотосинтеза и хемосинтеза; чистая первичная продукция (нетто … Экологический словарь
ПРОДУКЦИЯ ПЕРВИЧНАЯ — биомасса или энергия, накопленная продуцентами за единицу времени на единицу пространства. Различают валовую первичную продукцию (равную общему количеству продуктов фотосинтеза за определенный отрезок времени) и чистую первичную продукцию (равную … Экологический словарь
ПРОДУКЦИЯ — (лат. productio, от рrоduco произвожу, создаю), суммарное количество биомассы, образованной к. л. совокупностью растущих и размножающихся особей за конкретный период времени, или скорость её образования. П. группы животных или растений определяют … Биологический энциклопедический словарь
ПРОДУКЦИЯ ПЕРВИЧНАЯ ЧИСТАЯ — см. в ст. Продукция экосистемы. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 … Экологический словарь
первичная биологическая продукция — Количество органического вещества, произведенное автотрофами (продуцентами) за определенный отрезок времени в результате фотосинтеза и хемосинтеза … Словарь по географии
ПРОДУКЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ — (от лат. productio производство), 1) ассимиляция веществ и включение их в организмы, т. е. рост и размножение; 2) скорость образования популяцией или сообществом (биоценозом) органические вещества за единицу времени на единицу пространства в… … Экологический словарь
ПРОДУКЦИЯ МОРСКИХ ОРГАНИЗМОВ — Продуктивность какой либо группы морских организмов за определенный промежуток времени. Измеряется в единицах массы или тепловых единицах за день, месяц, вегетационный период или год. Различают общую, относительную, первичную, вторичную и… … Морской энциклопедический справочник
Нетто-продукция — 1) чистая первичная продукция экосистемы; 2) прирост фитомассы, используемой человеком. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989. Нетто продукция биоценоза … Экологический словарь
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКЦИЯ — (Б.п.) способность организмов производить органическое вещество в процессе своей жизнедеятельности. Б.п. измеряется количеством органического вещества, создаваемого за единицу времени на единицу площади (т/га/год, г/м2/день и т. д.). Различают… … Экологический словарь
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКЦИЯ ПЕРВИЧНАЯ ЧИСТАЯ — количество органического вещества, продуцируемого автотрофами в единицу времени, за вычетом затрат на дыхание. Последние составляют до половины создаваемого при фотосинтезе органического вещества. Ср. Нетто продукция фитоценоза. Экологический… … Экологический словарь
Первичная продукция
Из Википедии — свободной энциклопедии
Первичная продукция — в экологии величина, характеризующая прирост количества органического вещества, образованного за определённое время автотрофными организмами (например, зелеными растениями, или цианобактериями) из простых неорганических компонентов. Поскольку источником углерода для автотрофных организмов служит, как правило, диоксид углерода СО2 (углекислый газ), то первичную продукцию в настоящее время чаще всего оценивают по количеству углерода, связанного за определённое время наземной растительностью или океаническим (озерным) фитопланктоном в расчете на единицу площади. В случае фитопланктона, который характеризуется высокой скоростью образования органического вещества в расчете на единицу биомассы, первичную продукцию оценивают для небольших промежутков времени, чаще всего для суток. Если же речь идет о наземной растительности, у которой скорость образования органического вещества в расчете на единицу биомассы существенно меньше, первичную продукцию оценивают за год или за вегетационный сезон.
Понятие первичной продукции применяют не только относительно фотоавтотрофных организмов (то есть тех, что используют свет как источник энергии), но и хемоавтотрофов (то есть организмов, которые также создают органическое вещество, но за счет энергии, которую они получают, проводя окислительно-восстановительные реакции с простыми веществами, например, окисляя аммоний до нитрита, или сульфиды до сульфатов). К такому способу получения энергии способны только некоторые прокариоты (бактерии в широком смысле слова). В современной биосфере роль хемоавтротрофов незначительна. Наиболее известный пример — это создание ими органического вещества (которая далее используется всеми организмами) в глубоководных гидротермальных экосистемах — оазисах жизни, которые существуют на больших глубинах в некоторых районах на дне океана, где сквозь трещины коры выходят горячие воды, богатые восстановленными соединениями.
Почти с самого начала изучения первичной продукции исследователи различали «валовую первичную продукцию» (англ.: Gross Primary Production — GPP) и «чистую первичную продукцию» (англ.: Net Primary Production — NPP). Валовая продукция — это общее количество органического вещества, образуемого организмом-продуцентом, а чистая продукция — это валовая продукция за вычетом расходов самого продуцента на дыхание. Другими словами: NPP = GPP — R, где R — затраты на дыхание. Реальный прирост массы продуцентов — это и есть чистая первичная продукция. Именно это вещество и может использоваться потребителями, именно она и создает основу для поддержки всей трофической цепи.
Первичная биологическая продукция: валовая и чистая
Мы выяснили, что биоценозы постоянно что-то производят, в них увеличивается количество растений, животных, бактерий. В этом бодром трудовом соревновании принято выделять первичную и вторичную продукцию. Чем она отличается?
Первичная продукция — это биомасса, которую создали зеленые растения и некоторые бактерии (то есть автотрофы) на единице площади за какую-то единицу времени. Этой продукцией задается продуктивность следующих звеньев экосистемы — гетеротрофов.
1) Валовая первичная продукция (брутто-продукция) — вся продукция, созданная в результате фотосинтеза и хемосинтеза.
2) Чистая первичная продукция (нетто-продукция) — та, которая остается в качестве «прибыли» после того, как растения «потратятся» на дыхание и выделение органических соединений в почву.
Конечно, очень соблазнительно выяснить, каким же может быть объем первичной продукции экосистем Земли, ведь население растет (по прогнозам, в середине века на планете будут жить 10 миллиардов, причем основной прирост дадут страны Африки и Азии), а плодородные площади «не резиновые». Если нельзя расширять площади посевов, значит, для обеспечения человечества питанием необходимо увеличить КПД растений. Этими вопросами экологи задаются давно. Для решения такой задачи, во-первых, необходимо знать точные цифры продуктивности земного зеленого покрова. Во-вторых, нужно сделать прогноз о том, как возрастет выработка продукции в результате внедрения новых агротехнологий.
Первичная и вторичная биологическая продукция. Цепи и сети питания
Важнейшее свойство любой экосистемы — возможность создавать некую продукцию.
1. Первичная продукция (органическая масса) образуется автотрофами, то есть продуцентами, которые рождаются, растут и фотосинтезируют, создавая огромнейшую фитомассу. Выражается первичная продукция в единицах энергии (джоуль на 1 квадратный метр за сутки) или же единицах массы сухого органического вещества (килограмм на 1 га за сутки).
2. Вторичная продукция — это увеличение массы консументов-гетеротрофов за единицу времени. Рассчитывают массу для каждого трофического уровня в отдельности.
Цепи и сети питания
1. Хорошо сформированная экосистема отличается сложными, развитыми, сбалансированными пищевыми отношениями между автотрофами и гетеротрофами. Первые активно развиваются, а вторые их не менее активно поедают — так в экосистемах переносятся вещества и энергия, реализуется круговорот веществ.
2. Пищевая цепь, таким образом, это перенос вещества и энергии снизу вверх, от автотрофов к гетеротрофам, являющийся результатом поедания одними организмами других.
3. Первое звено этой цепи, например, в лесу, — зеленые растения (ягоды, листья, побеги, кора). Далее идут травоядные звенья-консументы (мыши, зайцы, олени) и, наконец, хищное животное (волк, сова, рысь). Если рассматривать одну из пищевых цепей в океане, то в ее основании мы увидим фитопланктон, далее все более укрупняющихся планктонных ракообразных, а в конце громадного кита, который поедает миллионы этих ракообразных. Кстати отметим, что пищевые цепи в океанах обычно длиннее, чем на суше.
4. Мы нарисовали красивые простые схемы, но на самом деле в природе чистые пищевые цепи редко встречаются. Зачастую одно и то же существо становится добычей разных хищников. Например, сова может пасть жертвой лисы. Дафнию может проглотить мелкая рыбешка, а может рачок циклоп. Плотву, которая сама поедает как фито-, так и зоопланктон, — не только судак, но и выдра. И ведь нельзя забывать про паразитов! Консументам свойственны специфические паразиты, которые, в свою очередь, встроены в другие пищевые цепи. Например, белка обыкновенная — хозяин полусотни видов паразитов!
Вмешательство в сложившиеся пищевые цепи может иметь далеко идущие последствия — иногда полезные, иногда катастрофические. Широко известен совет Чарльза Дарвина крестьянам, которые жаловались ученому, что на их лугах снизилась урожайность клевера. Дарвин предложил фермерам развести побольше кошек. Выглядит этот ответ как ребус, но Дарвин знал, что опыляли красный клевер только шмели (до расположенных глубоко нектарников пчелы просто не дотягивались), а шмелиные гнезда повадились разорять сильно расплодившиеся полевые мыши. Так что разведение кошек было здесь изящным и правильным решением. Правда, что делать с многочисленными кошками после того, как они съедят всех мышей?
Многочисленные пищевые цепи в каждой экосистеме затейливо переплетаются и в итоге формируют сложные пищевые сети.
Пастбищные и детритные пищевые цепи
1. Пищевые цепи, первым звеньями которых являются фотосинтезирующие автотрофы, названы пастбищными, или цепями выедания. Приведем в пример пастбищную пищевую цепь, существующую на лугах: растение — бабочка — кузнечик — лягушка — полевой лунь. На первом этапе цепи находятся растения, улавливающие солнечную энергию. На втором — питающиеся их нектаром мелкие бабочки. На третьем — кузнечики, которые не прочь поохотиться на бабочек. Но и сами кузнечики, как мы знаем из детской песенки, становятся легкой добычей лягушек. А лягушке, тем более сытой, расслабляться нельзя — на край ручья уже упала тень хищного полевого луня.
2. Если же в основе пищевой цепи лежат отмершие части растений, останки трупов и экскременты животных (детрит), ее называют детритной, или цепью разложения. Этот вид пищевых цепей распространен в лесах (где фитомасса не поедается травоядными животными, а отмирает и разлагается сапротрофами), на дне водоемов (где детрит формируется водорослями и падающими на дно организмами). Например, для российских лесов типична следующая детритная пищевая цепь: подстилка из листвы и растений — многоножки и земляные черви — черный дрозд — ястреб-перепелятник. На этих примерах мы видим, что поступающая в экосистему энергия расходится на два основных русла — доходит до консументов через живые растительные ткани или запасы мертвой органики.