Produits primaires et secondaires. La productivité est secondaire

La productivité d'un écosystème est étroitement liée au flux d'énergie qui le traverse. Dans chaque écosystème, seule une partie de l’énergie entrante est stockée sous forme de composés organiques. Le taux d'assimilation de l'énergie est appelé production, et la quantité de production, le rapport à une unité de surface de l'écosystème, est appelée productivité. La productivité primaire (P) d'un écosystème est définie comme la vitesse à laquelle l'énergie radiante est absorbée par les producteurs dans le processus de photo- et chimiosynthèse, s'accumulant sous forme de substances organiques ; sa quantité est exprimée dans la phase humide ou sèche des plantes. ou des unités d'énergie (kcal, J). La production primaire est déterminée par le flux général d'énergie à travers la composante biotique des écosystèmes, et donc par la biomasse des organismes vivants qui peuvent exister dans le biosystème. Dans la création de la production biologique primaire, elle est déterminée par les capacités de l'appareil photosynthétique de plantes. De la quantité totale d'énergie de rayonnement, 44 % sont du PAR - rayonnement photosynthétiquement actif, c'est-à-dire La longueur d'onde de la lumière est adaptée à la photosynthèse. L'efficacité maximale de la photosynthèse est de 10 à 12 % PAR, soit environ la moitié de ce qui est théoriquement possible. Partout dans le monde, l'absorption de l'énergie solaire par les plantes ne dépasse pas 0,1% en raison de l'influence de divers facteurs sur la photosynthèse de la croissance des plantes : climatiques, physiques, chimiques.

Dans le processus de production de matière organique, on distingue 4 niveaux successifs :

1 la productivité primaire brute est la production totale (B) de photosynthèse, en tenant compte des substances organiques qui ont été dépensées en respiration (P) lors des mesures.

2 La productivité primaire nette de la communauté (P net) est l'accumulation matière organique dans les tissus végétaux moins la matière organique, qui est utilisée pour la respiration des plantes.

3 la productivité nette d'une communauté est le produit de l'accumulation de matière organique non consommée par les hétérotrophes, c'est-à-dire la différence entre la production primaire nette et la quantité de matière organique consommée par les hétérotrophes.

4 La productivité secondaire est l’accumulation d’énergie au niveau du consommateur car les consommateurs utilisent des nutriments précédemment créés, dont une partie est consacrée à la respiration et le reste à la formation de tissus et d'organes (la production secondaire est calculée séparément pour chaque niveau de vie, puisque l'augmentation de masse pour chacun d'eux se produit en raison de l'énergie fournie par le précédent.

3.4. Homéostasie et dynamique des écosystèmes

L'homéostasie est la capacité des systèmes biologiques (organismes, populations et écosystèmes) à résister aux changements et à maintenir leur équilibre. La gestion des écosystèmes ne nécessite pas de réglementation externe - c'est système d’autorégulation. L'homéostasie au niveau de l'écosystème est assurée par de nombreux mécanismes de contrôle, par exemple le sous-système « prédateur-proie ». Si nous considérons le prédateur et la proie comme des blocs conditionnellement isolés - des systèmes cybernétiques, alors le contrôle entre eux doit s'effectuer par le biais de connexions positives et négatives. Commentaire positif« renforce la déviation », par exemple, augmente excessivement la population de proies. Retours négatifs« réduit la déviation », par exemple, limite la croissance de la population de proies en augmentant la taille de la population des prédateurs. Ce schéma cybernétique illustre parfaitement le processus de coévolution dans le système « prédateur-proie », puisque des processus d'adaptation mutuelle se développent également dans ce « faisceau ». Si d'autres facteurs n'interfèrent pas avec ce système d'autorégulation (par exemple, une personne a détruit un prédateur), alors les connexions négatives et positives s'équilibreront, sinon le système mourra. En d’autres termes, pour l’existence d’un écosystème, ses paramètres ne doivent pas dépasser ces limites lorsqu’il n’est plus possible de rétablir l’équilibre entre les connexions positives et négatives.

L'équilibre écologique est un état d'un écosystème dans lequel la composition et la productivité de la partie biotique (plantes, algues, bactéries, animaux) à un moment donné correspondent le mieux aux conditions abiotiques (composition du sol, climat). Caractéristique principale l'équilibre écologique est sa mobilité.

Il existe 2 types de mobilité d’équilibre :

changements réversibles;

Succession écologique;

1. Les changements réversibles dans un écosystème sont des changements dans l'écosystème au cours de l'année avec des fluctuations climatiques et des changements associés au rôle de certains types d'organismes vivants en fonction du rythme de leur cycle de vie (changement de saison, hibernation, migration des oiseaux, plantes en le stade graine). Où composition des espèces l’écosystème est préservé, il ne s’adapte qu’aux fluctuations des facteurs externes et internes.

La succession écologique ou la loi du ralentissement successoral est un changement séquentiel des écosystèmes avec un changement progressif des conditions environnementales. Dans le même temps, la composition des organismes vivants change, certaines espèces quittent l'écosystème, tandis que d'autres le reconstituent, et la productivité de l'écosystème change en conséquence. Avec des changements brusques des conditions environnementales (incendie, marée noire), l'équilibre écologique est perturbé.

Comme l'humanité, avec un entêtement digne meilleure utilisation, transforme la surface de la Terre en un paysage anthropique continu, l'évaluation de la productivité des divers écosystèmes devient de plus en plus pratique. L'homme a appris à obtenir de l'énergie pour sa production et ses besoins domestiques en utilisant le plus différentes façons, mais il ne peut obtenir de l'énergie pour sa propre nutrition que grâce à 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 diagramme montre que les terres agricoles, artificiel, ne sont en aucun cas les écosystèmes les plus productifs. La productivité spécifique la plus élevée est fournie par les écosystèmes marécageux - forêts tropicales humides, estuaires et estuaires fluviaux et marécages ordinaires 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. Production mondiale l'électricité coûte environ 10 Ecal/an, et l'humanité entière en consomme 50 à 100 Ecal/an ; 1 Ecal (exacalorie) = 1 million de milliards de kcal = K) 18 cal

La contribution des forêts ne doit pas être sous-estimée zone tempérée et la taïga dans la vitalité de la biosphère. Leur stabilité relative aux impacts anthropiques par rapport aux forêts tropicales humides.

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 produits de la litière dans les chaînes de décomposition entraîne l'accumulation de matière organique morte dans le système, ce 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 litière 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. Production primaire d’agrocénoses et exploitation humaine communautés naturelles- 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. Dans l'ensemble au monde l'absorption de l'énergie solaire par les plantes ne dépasse pas 0,1%, puisque l'activité de la photosynthèse végétale 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, dont plus d'un tiers est formé dans les océans, et 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 masses 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 les côtes et les îles du Nord océan Arctique jusqu'à plus de 200 c/ha par Côte de la mer Noire 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 Amérique du Sud, dans la plupart desquels 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). Croissance annuelle totale plantes cultivées représente environ 16 % de la productivité terrestre totale, dont la majeure partie provient des 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. population moderne 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 (végétaux 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 celles-ci par la respiration.

La productivité maximale est typique des régions tropicales forêts équatoriales. Pour une telle forêt, 500 tonnes de matière sèche par hectare n'est pas la limite. Pour le Brésil, on cite des chiffres de 1 500 et même 1 700 tonnes - soit 150 à 170 kg de masse végétale pour 1 m 2 (à comparer : dans la toundra - 12 tonnes, et dans forêts de feuillus 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 sphaignes Conditions favorables a une productivité de 8 à 10 tonnes, ce qui peut être comparé à la productivité d'une forêt d'épicéas.

Les «détenteurs du record» de productivité sur Terre sont les fourrés de graminées de 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 simplement somme arithmétique produits primaires et secondaires, 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 concentration élevée dans la zone tempérée. mammifères carnivores et les oiseaux.

Productivité des écosystèmes. Niveaux de productivité : productivité primaire (brute et nette), productivité secondaire, productivité communautaire nette

Productivité des écosystèmes

Lors de l'analyse de la productivité et des flux de matière et d'énergie dans les écosystèmes, on distingue les concepts suivants : biomasse Et culture sur pied. Par culture sur pied, on entend la masse des corps de tous les organismes par unité de surface de terre ou d'eau, et par biomasse on entend la masse de ces mêmes organismes en termes d'énergie (par exemple en joules) ou en termes de matière organique sèche. (par exemple, en tonnes par hectare). La biomasse comprend l'ensemble du corps des organismes, y compris les parties mortes vitalisées et non seulement des plantes, par exemple l'écorce et le xylème, mais aussi les ongles et les parties kératinisées des animaux. La biomasse ne se transforme en nécromasse que lorsqu'une partie de l'organisme meurt (en est séparée) ou l'organisme tout entier. Souvent, les substances fixées dans la biomasse constituent un « capital mort », ce qui est particulièrement prononcé dans les plantes : les substances du xylème peuvent ne pas entrer dans le cycle avant des centaines d'années, ne servant que de support à la plante.

Sous production primaire de la communauté(ou production biologique primaire) désigne la formation de biomasse (plus précisément la synthèse de substances plastiques) par les producteurs, sans exclure l'énergie dépensée pour la respiration par unité de temps et par unité de surface (par exemple, par jour et par hectare). productivité environnemental artificiel

La production primaire de la communauté est divisée en production primaire brute, c'est-à-dire tous les produits de la photosynthèse sans le coût de la respiration, et production primaire pure, qui correspond à la différence entre la production primaire brute et les coûts respiratoires. Parfois, on l’appelle aussi assimilation pure ou photosynthèse observée.

Productivité communautaire nette- le taux d'accumulation de matière organique non consommée par les hétérotrophes (puis par les décomposeurs). Généralement calculé pour la saison de croissance ou pour l'année. Ainsi, il fait partie de la production qui ne peut être transformée par l’écosystème lui-même. Dans les écosystèmes plus matures, la productivité nette d'une communauté tend vers zéro (concept de communautés climaciques).

Productivité secondaire communautaire- taux d'accumulation d'énergie au niveau des consommateurs. La production secondaire n'est pas divisée en brute et nette, puisque les consommateurs ne consomment que l'énergie absorbée par les producteurs, une partie n'est pas assimilée, une partie est utilisée pour la respiration et le reste va à la biomasse, il est donc plus correct de l'appeler assimilation secondaire. .

La répartition de l'énergie et de la matière dans un écosystème peut être représentée comme un système d'équations. Si les produits des producteurs sont représentés par P1, alors les produits des consommateurs de premier ordre ressembleront à ceci :

où R2 est le coût de la respiration, du transfert de chaleur et de l'énergie non assimilée. Les consommateurs suivants (deuxième ordre) traiteront la biomasse des consommateurs de premier ordre conformément à :

et ainsi de suite, aux consommateurs de premier ordre et aux décomposeurs. Ainsi, plus il y a de consommateurs (consommateurs) dans l'écosystème, plus l'énergie initialement enregistrée par les producteurs dans les substances plastiques est complètement transformée. Dans les communautés climaciques, où la diversité est généralement la plus grande pour une région donnée, ce système de traitement de l'énergie permet aux communautés de fonctionner de manière durable sur de longues périodes.

La productivité biologique des écosystèmes est à la base de la vie dans la biosphère et des humains en font partie. Cela dépend des ressources du sol (son apport en nutriments et en humidité), de l’atmosphère, de la lumière solaire et de la chaleur. Chacun de ces facteurs (ressources ou conditions) est irremplaçable : en l’absence de lumière ou de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, il est impossible d’augmenter la productivité de l’écosystème avec de fortes doses d’engrais ou un arrosage abondant. À basse température, l’arrosage et la fertilisation seront également inutiles.

Le plus important lors de l’utilisation de produits biologiques issus d’écosystèmes naturels est de les préserver grâce à une utilisation rationnelle.

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 ;

populations petits mammifères Par rapport aux grands, ils 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 aux dépens 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 les décomposeurs n'utilisent pas suffisamment les produits de la litière dans les chaînes de décomposition, il se produit alors une accumulation de matière organique morte (sous la forme charbon, schistes bitumineux, 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), humide forêts tropicales et 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 ;

V zone équatoriale On y trouve les biogéocénoses les plus productives des récifs coralliens, des estuaires, des marécages et surtout des forêts tropicales humides.

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.

Grande productivité mers du nord, ainsi que les 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.

La productivité des écosystèmes est étroitement liée au flux d'énergie traversant un écosystème particulier. Dans chaque écosystème, une partie de l'énergie entrante qui pénètre dans le réseau trophique s'accumule sous forme de composés organiques. La production continue de biomasse (matière vivante) est l'un des processus fondamentaux de la biosphère. La matière organique créée par les producteurs lors de la photosynthèse ou de la chimiosynthèse est appelée production primaire des écosystèmes s(communautés). Elle s'exprime quantitativement en masse humide ou sèche de plantes ou en unités énergétiques - le nombre équivalent de calories ou de joules. La production primaire détermine le flux total d'énergie à travers la composante biotique de l'écosystème, et donc la biomasse des organismes vivants pouvant exister dans l'écosystème.

Le taux théoriquement possible de création de produits biologiques primaires est déterminé par les capacités de l'appareil photosynthétique des plantes. Et comme vous le savez, seule une partie de l’énergie lumineuse reçue par la surface verte peut être utilisée par les plantes. Parmi les rayonnements à ondes courtes du Soleil, seulement 44 % sont des rayonnements photosynthétiquement actifs (PAR) – de la lumière à une longueur d’onde adaptée à la photosynthèse. En général, dans le monde entier, l'absorption de l'énergie solaire par les plantes ne dépasse pas 0,1 % en raison de la limitation de l'activité photosynthétique des plantes par de nombreux facteurs, tels que le manque de chaleur et d'humidité, des conditions physiques et climatiques défavorables. Propriétés chimiques sol, etc. La vitesse à laquelle les plantes accumulent de l'énergie chimique est appelée productivité primaire brute (piste). Environ 20 % de cette énergie est dépensée par les plantes pour la respiration et la photorespiration. Le taux d'accumulation de matière organique moins cette consommation est appelé productivité primaire nette (PNT). Il s’agit d’une énergie qui peut être utilisée par les organismes des niveaux trophiques suivants. La quantité de matière organique accumulée par les organismes hétérotrophes est appelée produits secondaires . 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 alimentaires, vivent finalement de la production primaire nette de la communauté. L'exhaustivité de sa consommation varie selon les différents écosystèmes. Une augmentation progressive de la biomasse totale des producteurs est observée si le taux d'élimination des produits primaires dans les chaînes alimentaires est en retard sur le taux de croissance des plantes.

La répartition mondiale des produits biologiques primaires est très inégale. La production nette varie de 3000 g/m²/an à zéro dans les déserts extra-arides dépourvus de plantes, ou dans les conditions de l'Antarctique avec ses glace éternelleà la surface du sol, et la réserve de biomasse est respectivement de 60 kg/m2 à zéro. R. Whittaker (1980) divise toutes les communautés en quatre classes en fonction de la productivité :

1. Communautés ayant la productivité la plus élevée, 3 000 à 2 000 g/m2/an. Ceci comprend forêts tropicales, les cultures de riz et de canne à sucre.

2. Communautés à haute productivité, 2000-1000 g/m2/an. Cette classe comprend les forêts tempérées de feuillus, les prairies où des engrais sont utilisés et les cultures de maïs. La biomasse maximale se rapproche de la biomasse de première classe. La biomasse minimale est égale à la production biologique nette des cultures annuelles.

3. Communautés de productivité modérée, 1000-250 g/m2/an. Cette classe comprend les cultures de l'essentiel des cultures cultivées et de la steppe.

4. Communautés à faible productivité, inférieure à 250 g/m²/an - déserts, semi-déserts (dans la littérature russe, on les appelle souvent steppes désertiques), toundra.

La productivité annuelle totale de matière organique sèche sur Terre est de 150 à 200 milliards de tonnes. Les deux tiers se forment sur terre, le tiers dans l'océan.

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 leur corps, dans l’humus du sol et dans les sédiments organiques des plans d’eau.