Produk primer dan sekunder. Tingkat di mana produsen ekosistem menangkap energi matahari ikatan kimia bahan organik yang disintesis menentukan produktivitas masyarakat. Massa organik yang dihasilkan tanaman per satuan waktu disebut produksi primer komunitas. Produk dinyatakan secara kuantitatif dalam massa basah atau kering tanaman atau dalam satuan energi - jumlah setara joule.
Produksi primer bruto adalah jumlah zat yang dihasilkan tanaman per satuan waktu pada laju fotosintesis tertentu. Sebagian dari produksi ini digunakan untuk mempertahankan kehidupan tanaman itu sendiri (biaya respirasi). Bagian ini mungkin cukup besar. Di hutan tropis dan hutan dewasa beriklim sedang, produksi ini menyumbang 40 hingga 70% dari produksi kotor. Alga planktonik menggunakan sekitar 40% energi tetap untuk metabolisme. Sebagian besar tanaman pertanian menghabiskan jumlah uang yang sama untuk respirasi. Sisa massa organik yang dihasilkan mencirikan produksi primer bersih, yang mewakili jumlah pertumbuhan tanaman. Produksi primer bersih merupakan cadangan energi bagi konsumen dan pengurai. Saat diproses dalam rantai makanan, ia digunakan untuk mengisi kembali organisme heterotrofik.
Pertambahan massa konsumen per satuan waktu merupakan produksi sekunder masyarakat. Produksi sekunder dihitung secara terpisah untuk setiap tingkat trofik, karena peningkatan massa pada masing-masing tingkat trofik terjadi karena energi yang berasal dari tingkat trofik sebelumnya.
Heterotrof, termasuk rantai trofik, pada akhirnya hidup dari produksi primer bersih masyarakat.
Di ekosistem yang berbeda, mereka mengkonsumsinya dengan tingkat yang berbeda-beda. Jika laju penghilangan produk primer dalam rantai makanan tertinggal dibandingkan laju pertumbuhan tanaman, maka hal ini akan menyebabkan peningkatan bertahap dalam total biomassa produsen. Biomassa artinya massa total organisme suatu kelompok tertentu atau seluruh komunitas secara keseluruhan. Biomassa sering dinyatakan dalam satuan energi yang setara.
Kurangnya pemanfaatan produk serasah dalam rantai dekomposisi mengakibatkan akumulasi bahan organik mati dalam sistem, yang terjadi, misalnya, ketika rawa menjadi gambut, badan air dangkal ditumbuhi, cadangan serasah dalam jumlah besar tercipta di hutan taiga, dll. biomassa suatu komunitas dengan siklus zat yang seimbang tetap relatif konstan, karena hampir seluruh produksi primer dihabiskan dalam rantai makanan dan dekomposisi.
Aturan piramida. Ekosistem sangat beragam kecepatan relatif penciptaan dan pengeluaran produksi primer bersih dan produksi sekunder bersih pada setiap tingkat trofik. Namun, semua ekosistem, tanpa kecuali, dicirikan oleh hubungan kuantitatif tertentu antara produksi primer dan sekunder, yang disebut aturan piramida produksi: pada setiap tingkat trofik sebelumnya, jumlah biomassa yang dihasilkan per unit waktu lebih besar daripada tingkat trofik berikutnya. . Secara grafis, aturan ini dinyatakan dalam bentuk piramida, meruncing ke atas dan dibentuk oleh persegi panjang dengan ketinggian yang sama, ditempatkan di atas satu sama lain, yang panjangnya sesuai dengan skala produksi pada tingkat trofik yang sesuai. Piramida produk mencerminkan hukum konsumsi energi rantai makanan.
Laju penciptaan bahan organik tidak menentukan total cadangannya, yaitu total biomassa semua organisme pada setiap tingkat trofik. Biomassa yang tersedia bagi produsen atau konsumen dalam ekosistem tertentu bergantung pada bagaimana laju akumulasi bahan organik pada tingkat trofik tertentu dan perpindahannya ke tingkat yang lebih tinggi berkorelasi, yaitu seberapa parah konsumsi cadangan yang dihasilkan. Peran penting dimainkan oleh tingkat pergantian generasi produsen dan konsumen utama.
Di sebagian besar ekosistem darat, aturan piramida biomassa juga berlaku, yaitu massa total tumbuhan lebih besar daripada biomassa semua fitofag dan herbivora, dan massanya, pada gilirannya, melebihi massa semua predator. . Rasio pertumbuhan tahunan vegetasi terhadap biomassa di ekosistem darat relatif kecil. Dalam fitocenosis yang berbeda, di mana produsen utama berbeda dalam durasinya lingkaran kehidupan, ukuran dan tingkat pertumbuhan, rasio ini bervariasi dari 2 hingga 76%. Laju pertumbuhan relatif biomassa sangat rendah terutama di hutan-hutan di berbagai zona, di mana produksi tahunan hanya 2-6% dari total massa tanaman yang terakumulasi dalam tubuh pohon-pohon besar berumur panjang. Bahkan di hutan hujan tropis paling produktif sekalipun, nilai ini tidak melebihi 6,5%. Dalam komunitas dengan dominasi bentuk herba, laju reproduksi biomassa jauh lebih tinggi: produksi tahunan di stepa adalah 41-55%, dan di semi-gurun tugai berumput dan semak ephemeral bahkan mencapai 70-76%.
Rasio produksi primer terhadap biomassa tanaman menentukan skala penggembalaan massal tanaman yang mungkin dilakukan dalam suatu komunitas tanpa mengurangi produktivitasnya. Porsi relatif produksi primer yang dikonsumsi oleh hewan lebih tinggi di komunitas herba dibandingkan di hutan. Hewan ungulata, hewan pengerat, dan serangga fitofag di stepa menggunakan hingga 70% pertumbuhan tanaman tahunan, sedangkan di hutan rata-rata tidak lebih dari 10%. Namun, kemungkinan batas keterasingan tumbuhan oleh hewan di komunitas darat belum sepenuhnya disadari dan sebagian besar produksi tahunan berakhir di sampah.
Di lautan, produsen utamanya adalah alga uniseluler dengan kecepatan tinggi pergantian generasi, produksi tahunannya bisa puluhan bahkan ratusan kali lebih tinggi dari cadangan biomassa. Semua produksi primer bersih begitu cepat terlibat dalam rantai makanan sehingga akumulasi biomassa alga sangat rendah, namun karena tingkat reproduksi yang tinggi, pasokan alga dalam jumlah kecil cukup untuk mempertahankan laju rekonstruksi bahan organik.
Bagi lautan, aturan piramida biomassa tidak berlaku; ia memiliki tampilan terbalik. Pada tingkat trofik yang lebih tinggi, kecenderungan untuk mengakumulasi biomassa terjadi, karena masa hidup predator besar panjang, tingkat pergantian generasi mereka, sebaliknya, kecil, dan sebagian besar zat yang memasuki rantai makanan tertahan di dalam. tubuh mereka.
Ketiga aturan piramida - produksi, biomassa, dan jumlah - pada akhirnya mengungkapkan hubungan energi dalam ekosistem, dan jika dua aturan pertama muncul dalam komunitas dengan struktur trofik tertentu, maka aturan terakhir (piramida produk) bersifat universal.
Pengetahuan tentang hukum produktivitas ekosistem dan kemampuan menghitung aliran energi secara kuantitatif sangatlah penting signifikansi praktis. Produksi primer agrocenosis dan eksploitasi manusia terhadap komunitas alami merupakan sumber utama pasokan pangan bagi umat manusia. Produk sekunder yang diperoleh dari hewan pertanian dan industri juga tidak kalah pentingnya, karena protein hewani mengandung sejumlah asam amino esensial bagi manusia, yang tidak ditemukan dalam makanan nabati. Perhitungan akurat aliran energi dan skala produktivitas ekosistem memungkinkan untuk mengatur siklus zat di dalamnya sedemikian rupa untuk mencapai hasil maksimal dari produk yang bermanfaat bagi manusia. Selain itu, perlu adanya pemahaman yang baik mengenai batasan yang diperbolehkan untuk menghilangkan biomassa tumbuhan dan hewan dari sistem alam agar tidak menurunkan produktivitasnya. Perhitungan seperti itu biasanya sangat rumit karena kesulitan metodologi dan paling akurat dilakukan untuk ekosistem perairan yang lebih sederhana. Contoh hubungan energi dalam komunitas tertentu adalah data yang diperoleh ekosistem salah satu danau (Tabel 2). Rasio P/B mencerminkan tingkat pertumbuhan.
Dalam komunitas perairan ini, berlaku aturan piramida biomassa berat keseluruhan produsen lebih tinggi dibandingkan fitofag, dan sebaliknya, proporsi predator lebih kecil. Produktivitas tertinggi merupakan ciri fito- dan bakterioplankton. Di danau yang diteliti, rasio P/B cukup rendah, yang menunjukkan lemahnya keterlibatan produksi primer dalam rantai makanan. Biomassa benthos yang berbahan dasar moluska besar hampir dua kali lebih besar dari biomassa plankton, sedangkan produksinya berkali-kali lipat lebih rendah. Di zooplankton, produksi spesies non-predator hanya sedikit lebih tinggi daripada makanan konsumennya, sehingga hubungan makanan plankton cukup erat. Seluruh produksi ikan non-predator hanya mewakili sekitar 0,5% dari produksi primer reservoir, dan oleh karena itu ikan menempati tempat yang sederhana dalam aliran energi di ekosistem danau. Namun, mereka mengkonsumsi sebagian besar peningkatan zooplankton dan benthos dan oleh karena itu mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap regulasi produksi mereka.
Uraian aliran energi dengan demikian merupakan dasar yang rinci analisis biologis untuk menetapkan ketergantungan produk akhir yang berguna bagi manusia pada berfungsinya seluruh sistem ekologi secara keseluruhan.
Distribusi produk biologi. Hasil praktis terpenting dari pendekatan energi dalam studi ekosistem adalah implementasi penelitian di bawah Program Biologi Internasional yang dilakukan oleh para ilmuwan negara lain dunia sejak tahun 1969 untuk mempelajari potensi produktivitas biologis bumi.
Kemungkinan laju teoritis penciptaan produk biologis primer ditentukan oleh kemampuan peralatan fotosintesis tumbuhan. Efisiensi maksimum fotosintesis yang dicapai di alam adalah 10-12% energi PAR, yaitu sekitar setengah dari efisiensi yang dimungkinkan secara teoritis. Tingkat pengikatan energi ini dicapai, misalnya, di semak-semak Dzhugara dan alang-alang di Tajikistan selama jangka pendek, sebagian besar periode yang menguntungkan. Efisiensi fotosintesis sebesar 5% dianggap sangat tinggi untuk fitocenosis. Di seluruh dunia, penyerapan energi matahari oleh tumbuhan tidak melebihi 0,1%, karena aktivitas fotosintesis tumbuhan dibatasi oleh banyak faktor.
Distribusi global produk biologi primer sangat tidak merata. Pertambahan mutlak terbesar massa tumbuhan mencapai rata-rata 25 g per hari pada kondisi yang sangat menguntungkan, misalnya di muara sungai dan c. muara daerah gersang, dengan persediaan air, cahaya dan nutrisi mineral yang tinggi bagi tanaman. Pada wilayah yang luas produktivitas autotrof tidak melebihi 0,1 g/m. Ini termasuk gurun panas, dimana kehidupan dibatasi oleh kekurangan air, gurun kutub, dimana tidak terdapat cukup panas, dan ruang dalam lautan yang sangat luas dengan kekurangan nutrisi yang ekstrim. Total produksi tahunan bahan organik kering di Bumi adalah 150-200 miliar ton. Sekitar sepertiganya terbentuk di lautan, dan sekitar dua pertiganya di darat. Hampir seluruh produksi primer bersih bumi berfungsi untuk mendukung kehidupan semua organisme heterotrofik. Energi yang kurang dimanfaatkan oleh konsumen disimpan dalam tubuh mereka, sedimen organik badan air dan humus tanah. .
Efisiensi pengikatan vegetasi radiasi sinar matahari menurun dengan kurangnya panas dan kelembaban, dengan sifat fisik dan kimia tanah yang tidak menguntungkan, dll. Produktivitas vegetasi berubah tidak hanya ketika berpindah dari satu tempat ke tempat lain. zona iklim satu sama lain, tetapi juga dalam setiap zona. Di wilayah Uni Soviet, di zona dengan kelembaban yang cukup, produktivitas primer meningkat dari utara ke selatan, seiring dengan peningkatan aliran panas dan lamanya musim tanam. Pertumbuhan vegetasi tahunan bervariasi dari 20 c/ha di pesisir dan pulau-pulau di Utara Samudra Arktik hingga lebih dari 200 c/ha di pantai Laut Hitam Kaukasus. Di gurun Asia Tengah, produktivitas turun hingga 20 c/ha.
Faktor pemanfaatan energi PAR rata-rata untuk seluruh wilayah Uni Soviet adalah 0,8%: dari 1,8-2,0% di Kaukasus hingga 0,1-0,2% di gurun Asia Tengah. Di sebagian besar wilayah timur negara itu, di mana kondisi kelembapan kurang menguntungkan, koefisien ini adalah 0,4-0,8%, di wilayah Eropa adalah 1,0-1,2%. Efisiensi total radiasi sekitar setengahnya.
Di lima benua di dunia, rata-rata produktivitas mempunyai variasi yang relatif kecil. Pengecualian adalah Amerika Selatan, yang sebagian besar kondisi perkembangan vegetasinya sangat menguntungkan (Tabel 3).
Nutrisi masyarakat terutama disediakan oleh tanaman pertanian, yang menempati sekitar 10% dari luas daratan (sekitar 1,4 miliar hektar). Total pertumbuhan tahunan tanaman budidaya adalah sekitar 16% dari total produktivitas lahan, kebanyakan yang jatuh di hutan.
Sekitar setengah dari hasil panen langsung digunakan untuk makanan manusia, sisanya untuk pakan hewan peliharaan, digunakan dalam industri dan dibuang ke limbah. Secara total, manusia mengonsumsi sekitar 0,2% produksi primer bumi.
Makanan nabati jauh lebih murah bagi manusia dibandingkan makanan hewani. Kawasan pertanian di penggunaan rasional dan distribusi produk dapat menyediakan sekitar dua kali lipat jumlah pangan nabati populasi yang lebih besar Bumi dibandingkan yang sudah ada. Namun, produksi pertanian membutuhkan banyak tenaga kerja dan investasi modal. Sangat sulit untuk menyediakan produk sekunder kepada penduduk. Makanan seseorang harus mencakup setidaknya 30 g protein per hari. Sumber daya yang tersedia di bumi, termasuk hasil peternakan dan hasil penangkapan ikan di darat maupun di lautan, setiap tahunnya hanya dapat memenuhi sekitar 50% kebutuhan. populasi modern Bumi.
Keterbatasan yang ada akibat skala produktivitas sekunder diperkuat oleh ketidaksempurnaan sistem sosial distribusi. Oleh karena itu, sebagian besar penduduk dunia berada dalam kondisi kelaparan protein kronis, dan sejumlah besar orang juga menderita kekurangan gizi secara umum.
Oleh karena itu, peningkatan produktivitas biologis ekosistem dan khususnya produk sekunder merupakan salah satu tantangan utama yang dihadapi umat manusia.
Energi radiasi matahari, yang diserap oleh tumbuhan autotrofik hijau, diubah menjadi energi ikatan kimia zat yang disintesis. Tingkat pemanfaatan energi matahari menentukan produktivitas masyarakat. Produktivitas organisme autotrofik adalah produktivitas primer . Produktivitas perwakilan tingkat trofik lainnya adalah produktivitas sekunder.
Indikator utama produktivitas adalah biomassa organisme (tumbuhan dan hewan) yang menyusun ekosistem. Biomassa- ini adalah jumlah makhluk hidup organisme yang dinyatakan dalam satuan massa atau energi per satuan luas atau volume (misalnya, g/m2, g/m3, kg/ha, t/km2, dll.). Sejumlah bahan mentah atau, paling sering, bahan kering digunakan. Ada biomassa tumbuhan (fitomassa), biomassa hewan (zoomassa), bakteriomassa, atau biomassa dari kelompok atau organisme tertentu. spesies individu.
Jumlah biomassa bervariasi tergantung pada musim dalam setahun, migrasi hewan, dan tingkat konsumsinya.
Biomassa yang dihasilkan oleh biocenosis per satuan luas per satuan waktu disebut produk biologis. Nilai ini dinyatakan dalam jumlah yang sama dengan biomassa, namun menunjukkan waktu penciptaannya (misalnya, kg/ha per bulan).
Ada 2 jenis produk - primer dan sekunder.
Produksi primer adalah biomassa yang dihasilkan oleh organisme autotrofik ( tanaman hijau) per satuan luas per satuan waktu.
Total produksi fotosintesis disebut output kotor primer. Ini semua adalah energi kimia dalam bentuk bahan organik yang dihasilkan. Dalam hal ini sebagian energinya dapat digunakan untuk mempertahankan aktivitas vital (respirasi) produsen itu sendiri – tumbuhan. Jika kita menghilangkan bagian energi yang digunakan tumbuhan untuk respirasi, kita mendapatkannya produksi primer murni.
Tumbuhan hijau dapat memproses 1 hingga 5% energi matahari yang diterima. Hewan pemakan tumbuhan hanya menggunakan 1% energi yang terkandung dalam bahan tumbuhan untuk menghasilkan biomassa tubuhnya.
Produk sekunder- ini adalah biomassa yang dihasilkan oleh semua konsumen ekosistem per unit waktu.
Secara umum produksi sekunder berkisar antara 1 sampai 10%, tergantung pada sifat hewan dan karakteristik makanan yang dimakan.
Berdasarkan partisipasinya dalam siklus biologis zat-zat dalam ekosistem, ada tiga kelompok organisme.
- 1 Produser(organisme autotrofik). Menjadi organisme produsen, autotrof mensintesis menggunakan sinar matahari dari CO2 dan H2O, serta garam anorganik tanah senyawa organik, sambil bertransformasi energi cahaya ke bahan kimia. Mereka menyediakan zat organik dan energi untuk seluruh populasi biocenosis yang hidup.
- 2 Konsumen(konsumen). Mereka tidak mampu mensintesis zat-zat tubuhnya dari komponen anorganik. Ini termasuk semua hewan yang mengekstraksi energi yang diperlukan dari makanan siap saji dengan memakan tumbuhan atau hewan lain. Konsumen primer adalah hewan herbivora (fitofag) yang memakan rumput, biji-bijian, buah-buahan, bagian bawah tanah tumbuhan - akar, umbi-umbian, umbi dan bahkan kayu (beberapa serangga). Konsumen sekunder meliputi karnivora (predator).
3 Pengurai(dari lat. mengurangi, mengurangi - mengembalikan, memulihkan) - mikroorganisme dan jamur yang menghancurkan bahan organik mati dan mengubahnya menjadi air, CO2 dan zat anorganik, yang mampu mengasimilasi organisme lain (produsen). Pengurai utama adalah bakteri, jamur, protozoa, mis. mikroorganisme heterotrofik.
Melakukan interaksi makanan, organisme biocenosis melakukan 3 fungsi:
- 1) energi- dinyatakan dalam penyimpanan energi dalam bentuk ikatan kimia bahan organik primer; itu dilakukan dengan memproduksi organisme;
- 2) redistribusi dan transfer energi pangan- dilakukan oleh konsumen;
- 3) penguraian organik zat reduksi menjadi yang sederhana senyawa mineral, yang kembali terlibat siklus biologis organisme penghasil.
Perpindahan zat dan energi yang dikandungnya dari autotrof ke heterotrof, yang terjadi akibat suatu organisme memakan organisme lain, disebut rantai makanan. Jumlah link di dalamnya mungkin berbeda-beda, tetapi biasanya ada 3 sampai 5.
Himpunan organisme yang disatukan oleh satu jenis nutrisi dan menempati posisi tertentu dalam rantai makanan disebut tingkat trofik. Organisme yang menerima energinya dari Matahari melalui jumlah langkah yang sama termasuk dalam tingkat trofik yang sama.
Rantai makanan yang diawali oleh organisme fotosintetik autotrofik disebut penggembalaan, atau rantai penggembalaan.
Jika suatu rantai makanan diawali dengan tumbuhan mati, bangkai, dan kotoran hewan (detritus), disebut detrital, atau rantai dekomposisi.
Dalam biocenosis biasanya terdapat sejumlah rantai makanan paralel - jaringan makanan. Pengurangan jumlah individu dari satu spesies - suatu mata rantai dalam rantai makanan, yang disebabkan oleh aktivitas manusia atau alasan lain, pasti mengarah pada pelanggaran integritas ekosistem.
Sebagai hasil dari rangkaian transformasi energi dalam rantai makanan, setiap komunitas organisme hidup memperoleh struktur trofik tertentu. Struktur trofik biasanya diwakili oleh model grafis berupa piramida ekologi.
Efek piramida dalam bentuk model tersebut dikembangkan pada tahun 1927 oleh ahli zoologi Inggris Charles Elton. Dasar piramida adalah tingkat trofik pertama - tingkat produsen, dan tingkat selanjutnya membentuk konsumen dari berbagai ordo. Dalam hal ini, tinggi semua balok adalah sama, dan panjangnya sebanding dengan jumlah, biomassa, atau energi pada tingkat yang bersangkutan. Ada tiga cara untuk membangun piramida ekologi.
- 1 Piramida angka(kelimpahan) mencerminkan jumlah organisme individu pada setiap tingkat. Misalnya, untuk memberi makan seekor serigala, dia membutuhkan setidaknya beberapa kelinci untuk diburu; Untuk memberi makan kelinci ini, Anda membutuhkan variasi tanaman yang cukup banyak. Terkadang piramida angka bisa terbalik, atau terbalik. Hal ini berlaku pada rantai makanan di hutan, dimana pohon berperan sebagai produsen dan serangga sebagai konsumen utama. Dalam hal ini, tingkat konsumen primer secara numerik lebih kaya dibandingkan tingkat produsen (sejumlah besar serangga memakan satu pohon).
- 2 Piramida biomassa- hubungan antara organisme dari tingkat trofik yang berbeda (produsen, konsumen dan pengurai), dinyatakan dalam massanya. Biasanya dalam biocenosis terestrial, massa total produsen lebih besar daripada setiap mata rantai berikutnya. Pada gilirannya, total massa konsumen urutan pertama lebih besar dari total massa konsumen urutan kedua, dan seterusnya. Jika ukuran organisme tidak terlalu berbeda, grafik biasanya menghasilkan piramida berundak dengan ujung meruncing. Jadi, untuk menghasilkan 1 kg daging sapi dibutuhkan 70-90 kg rumput segar.
DI DALAM ekosistem perairan Anda juga bisa mendapatkan piramida biomassa terbalik (atau terbalik), ketika biomassa produsen lebih kecil daripada biomassa konsumen, dan terkadang pengurai. Misalnya di lautan, dengan produktivitas fitoplankton yang cukup tinggi, massa totalnya adalah saat ini mungkin lebih kecil dari massa konsumen (paus, ikan besar, kerang).
3. Piramida energi mencerminkan besarnya aliran energi, kecepatan perjalanan massa makanan melalui rantai makanan. Tentang struktur biocenosis di ke tingkat yang lebih besar Bukan jumlah energi tetap yang mempengaruhi, namun laju produksi pangan.
Piramida energi, berbeda dengan piramida jumlah dan biomassa, selalu menyempit ke atas.
Makanan yang dikonsumsi pada setiap tingkat trofik tidak sepenuhnya diasimilasi. Sebagian besarnya dihabiskan untuk metabolisme. Saat kita berpindah ke setiap mata rantai berikutnya dalam rantai makanan, jumlah total energi yang dapat digunakan yang ditransfer ke tingkat trofik berikutnya yang lebih tinggi menurun. Produksi setiap level berikutnya kira-kira 10 kali lebih sedikit dibandingkan produksi level sebelumnya.
Pada tahun 1942, R. Lindeman merumuskan hukum piramida energi(atau hukum 10 persen), yang menurutnya Rata-rata, sekitar 10% energi yang diterima pada tingkat piramida ekologi sebelumnya berpindah dari satu tingkat trofik melalui rantai makanan ke tingkat trofik lainnya.. Sisanya hilang dalam bentuk radiasi termal. Akibat proses metabolisme, organisme kehilangan sekitar 90% dari seluruh energi di setiap mata rantai rantai makanan, yang digunakan untuk mempertahankan fungsi vitalnya.
Inilah sebabnya mengapa rantai makanan biasanya tidak boleh mempunyai lebih dari 3-5 (jarang 6) mata rantai, dan piramida ekologi tidak boleh terdiri dari jumlah besar lantai.
Produktivitas Ekosistem adalah akumulasi bahan organik oleh suatu ekosistem selama aktivitas hidupnya. Produktivitas ekosistem diukur dengan jumlah bahan organik yang dihasilkan per satuan waktu per satuan luas.
Ada berbagai tingkat produksi di mana produk primer dan sekunder diciptakan. Massa organik yang dihasilkan oleh produsen per satuan waktu disebut produk utama, dan pertambahan massa konsumen per satuan waktu adalah produk sekunder.
Produksi primer dibagi menjadi dua tingkatan - produksi kotor dan bersih. Produksi primer bruto adalah total massa bahan organik bruto yang dihasilkan oleh suatu tanaman per satuan waktu pada laju fotosintesis tertentu, termasuk pengeluaran untuk respirasi.
Tumbuhan menghabiskan 40 hingga 70% produksi kotornya untuk respirasi. Alga planktonik menghabiskan energi paling sedikit - sekitar 40% dari seluruh energi yang digunakan. Bagian dari produksi kotor yang tidak digunakan “untuk respirasi” disebut produksi primer bersih, yang mewakili jumlah pertumbuhan tanaman dan produk inilah yang dikonsumsi oleh konsumen dan pengurai.
Produksi sekunder tidak lagi terbagi menjadi kotor dan bersih, karena konsumen dan pengurai, yaitu. semua heterotrof meningkatkan massanya karena produksi primer, mis. menggunakan produk yang dibuat sebelumnya.
Produksi sekunder dihitung secara terpisah untuk setiap tingkat trofik, karena terbentuk karena energi yang berasal dari tingkat sebelumnya.
Semua komponen kehidupan suatu ekosistem - produsen, konsumen, dan pengurai - membentuk biomassa total (bobot hidup) komunitas secara keseluruhan atau komunitasnya bagian individu, kelompok organisme tertentu. Biomassa biasanya dinyatakan dalam berat basah dan kering, tetapi juga dapat dinyatakan dalam satuan energi - kalori, joule, dll., yang memungkinkan untuk mengidentifikasi hubungan antara jumlah energi yang masuk dan, misalnya, rata-rata biomassa .
Berdasarkan produktivitas biologisnya, ekosistem dibagi menjadi 4 kelas:
1) ekosistem dengan produktivitas sangat tinggi - >2 kg/m2 0 per tahun (hutan tropis, terumbu karang);
2) ekosistem dengan produktivitas tinggi - 1-2 kg/m2 per tahun (hutan ek linden, semak cattail atau alang-alang di tepi danau, tanaman jagung dan rumput abadi dengan irigasi dan pupuk dosis tinggi);
3) ekosistem dengan produktivitas sedang - 0,25-1 kg/m2 per tahun (hutan pinus dan birch, padang rumput dan stepa, danau yang ditumbuhi tanaman air);
4) ekosistem dengan produktivitas rendah -< 0,25 кг/м2 в год (пустыни, тундра, горные степи, большая часть ekosistem laut). Produktivitas biologis rata-rata ekosistem di planet ini adalah 0,3 kg/m2 per tahun.
- Klasifikasi dan ciri-ciri ekosistem (Bioma: stepa (chapparals, garrigues, espinals), gurun, tundra, hutan, hutan jenis konifera, zona laut (upwelling, terumbu karang, outwelling) dan air tawar (lotic: retakan, jangkauan) lentik (danau dan ekosistemnya stratifikasi ) ekosistem).
Dalam mengklasifikasikan ekosistem darat, biasanya menggunakan ciri-ciri komunitas tumbuhan dan ciri-ciri iklim, misalnya hutan jenis konifera, hutan tropis, gurun dingin, dll.
Gariga, atau garriga(fr. garrigue dan oke. garriga) - semak belukar yang jarang tumbuh rendah, terutama semak ek ( Quercus dumosa) dan palem chamerops ( Chamaerops). Mungkin juga ada timi ( timus), Rosemary ( Rosmarinus), cantik ( Genista) dan tanaman lainnya. Tanaman ini dapat ditemukan di Mediterania, di iklim yang tidak terlalu kering dibandingkan frigana, di lereng berbatu, di tempat di mana hutan holm oak telah hancur akibat penggembalaan berlebihan dan pembakaran.
kaparal (kaparal, kaparel, kaparal, Orang Spanyol kaparal, dari chaparro- semak belukar ek) - sejenis vegetasi semak berdaun keras subtropis. Didistribusikan di jalur sempit pantai Pasifik California dan di utara Dataran Tinggi Meksiko, pada ketinggian 600-2400 m.
Bioma serupa ditemukan di empat wilayah iklim Mediterania lainnya di seluruh dunia, termasuk Cekungan Mediterania (dikenal sebagai maquis), Chili tengah (disebut Matorral), dan Tanjung Afrika Selatan (Tanjung Harapan). (dikenal di sana sebagai fynbos) dan di Australia tenggara dan barat daya.
Ketiadaan pohon tidak ada hubungannya dengan aktivitas manusia, meskipun sejumlah peneliti menganggap kaparal, seperti maquis, sebagai tahap degradasi pohon ek. hutan yang selalu hijau. Belukar chaparral mencapai ketinggian 3-4 m.
Spesies chaparral yang paling khas adalah Adenostoma fasciculatus, yang merupakan tegakan alami murni. Belukar pohon ek yang selalu hijau, bearberry (18 spesies), perwakilan dari genera sumac, ceanothus (25 spesies) dan lainnya tersebar luas. Di batas atas kaparal, proporsi spesies pohon ek, serviceberry, dan cercis yang gugur meningkat.
Gurun adalah wilayah di mana penguapan melebihi curah hujan, dan tingkatnya kurang dari 250 mm/g. Dalam kondisi seperti itu tumbuh vegetasi yang jarang, jarang dan biasanya tumbuh rendah. Dominasi cuaca cerah dan vegetasi yang jarang berkontribusi pada cepatnya hilangnya panas pada malam hari yang terakumulasi oleh tanah pada siang hari. Gurun dicirikan oleh perbedaan suhu yang signifikan antara siang dan malam. Ekosistem gurun menempati sekitar 16% permukaan tanah dan terletak di hampir seluruh garis lintang bumi.
Gurun tropis. Ini adalah gurun seperti Sahara Selatan, yang luasnya sekitar 20% luas keseluruhan gurun. Suhu di sana sepanjang tahun tinggi dan curah hujan minimal.
Gurun di garis lintang sedang. Gurun seperti Gurun Mojave di California selatan memiliki suhu siang hari yang tinggi di musim panas dan suhu siang hari yang rendah di musim dingin.
Gurun yang dingin. Ini sangat khas bagi mereka suhu rendah di musim dingin dan rata-rata di musim panas.
Tumbuhan dan hewan di semua gurun beradaptasi untuk menangkap dan mempertahankan kelembapan yang langka.
Pertumbuhan tanaman yang lambat dan keanekaragaman spesies yang rendah membuat gurun menjadi sangat rentan. Rusaknya vegetasi akibat penggembalaan atau berkendara di luar jalan raya berarti diperlukan waktu puluhan tahun untuk memulihkan apa yang hilang.
Ekosistem herba
Ekosistem herba tropis atau sabana.
Ekosistem seperti ini merupakan ciri khas wilayah dengan suhu rata-rata tinggi, dua musim kemarau panjang, dan curah hujan tinggi sepanjang sisa tahun. Mereka membentuk garis-garis lebar di kedua sisi ekuator. Beberapa bioma ini merupakan ruang terbuka yang hanya ditutupi oleh vegetasi berumput.
Ekosistem herba di daerah beriklim sedang. Mereka ditemukan di pedalaman benua, terutama Amerika Utara dan Selatan, Eropa dan Asia. Jenis utama komunitas herba di zona beriklim sedang: padang rumput tinggi dan rumput pendek di AS dan Kanada, pampas di Amerika Selatan, padang rumput Afrika Selatan dan stepa dari Eropa Tengah hingga Siberia. Dalam ekosistem (bioma) ini, angin bertiup hampir terus-menerus, sehingga mendorong penguapan kelembapan. Jaringan akar tanaman herba yang padat memberikan stabilitas pada tanah sampai pembajakan dimulai.
Ekosistem berumput kutub atau tundra Arktik.
Mereka terletak di daerah yang berbatasan dengan gurun es Arktik. Hampir sepanjang tahun, tundra terkena angin badai dingin dan tertutup salju dan es. Musim dingin di sini sangat dingin dan gelap. Curah hujannya sedikit, dan sebagian besar turun dalam bentuk salju.
Dekomposisi bahan organik yang lambat, ketebalan tanah yang rendah, dan tingkat pertumbuhan vegetasi yang rendah menjadikan tundra Arktik salah satu yang paling rentan. sistem ekologi bola dunia.
Ekosistem hutan.
Hutan hujan tropis. Hutan-hutan ini terletak di sejumlah wilayah khatulistiwa. Mereka dicirikan oleh suhu tahunan rata-rata yang cukup tinggi, yang sedikit berbeda pada siang hari dan musim, serta kelembapan yang signifikan dan curah hujan hampir setiap hari. Bioma ini didominasi oleh pohon cemara yang mempertahankan sebagian besar daun atau jarumnya sepanjang tahun, sehingga memungkinkan terjadinya fotosintesis terus menerus sepanjang tahun.
Karena kondisi iklim di hutan hujan tropis praktis tidak berubah, kelembapan dan panas tidak terlalu penting, seperti di ekosistem lainnya. Faktor pembatas utama adalah kandungan unsur hara dalam tanah yang seringkali miskin bahan organik.
Hutan gugur beriklim sedang. Mereka tumbuh di daerah dengan suhu rata-rata rendah yang sangat bervariasi menurut musim. Musim dingin di sini tidak terlalu keras, periode musim panas tahan lama, curah hujan turun merata sepanjang tahun. Dibandingkan dengan hutan tropis, hutan beriklim sedang pulih dengan cepat setelah ditebangi sehingga lebih tahan terhadap gangguan antropogenik.
Hutan jenis konifera utara. Hutan-hutan ini, juga disebut boreal atau taiga, umum ditemukan di wilayah beriklim subarktik. Musim dingin di sini panjang dan kering, dengan siang hari yang pendek dan sedikit salju yang turun. Kondisi suhu berkisar dari dingin hingga sangat dingin. Sebagian besar kayu komersial ditambang di taiga, sangat penting memiliki perdagangan bulu.
Sebagai manusia, dengan sifat keras kepala yang patut penggunaan terbaik, mengubah muka bumi menjadi lanskap antropogenik yang berkelanjutan, penilaian produktivitas menjadi semakin praktis ekosistem yang berbeda. Manusia telah belajar memperoleh energi untuk kebutuhan industri dan rumah tangganya melalui berbagai cara, namun ia hanya dapat memperoleh energi untuk nutrisinya sendiri melalui fotosintesis.
Dalam rantai makanan manusia, hampir selalu ada produsen yang mengubah bahan organik menjadi energi biomassa. Karena justru inilah energi yang selanjutnya dapat digunakan oleh konsumen dan, khususnya, manusia. Pada saat yang sama, produsen yang sama menghasilkan oksigen yang diperlukan untuk respirasi dan penyerapan karbon dioksida, dan laju pertukaran gas di produsen berbanding lurus dengan bioproduktivitasnya. Oleh karena itu, secara umum, pertanyaan tentang efisiensi ekosistem dirumuskan secara sederhana: energi apa yang dapat disimpan oleh vegetasi dalam bentuk biomassa bahan organik? Pada gambar atas. Tabel 1 menunjukkan produktivitas spesifik (per 1 m2) dari tipe utama. Bagan ini menunjukkan bahwa lahan pertanian buatan manusia bukanlah yang terbanyak ekosistem produktif. Produktivitas spesifik tertinggi disediakan oleh ekosistem rawa - hutan hujan tropis, muara dan muara sungai, dan rawa biasa di daerah beriklim sedang. Sekilas, mereka menghasilkan biomassa yang tidak berguna bagi manusia, namun ekosistem inilah yang memurnikan udara dan menstabilkan komposisi atmosfer, memurnikan air dan berfungsi sebagai reservoir bagi sungai dan air tanah, dan, pada akhirnya, menjadi tempat berkembang biaknya bakteri. sejumlah besar ikan dan penghuni air lainnya digunakan untuk makanan manusia. Menempati 10% luas daratan, mereka menghasilkan 40% biomassa yang diproduksi di darat. Dan ini tanpa usaha apa pun dari pihak seseorang! Oleh karena itu, perusakan dan “pengolahan” ekosistem ini tidak hanya “membunuh angsa yang bertelur emas”, namun juga bisa menjadi bunuh diri bagi umat manusia. Jika kita melihat diagram bawah pada Gambar. 1, terlihat bahwa kontribusi gurun dan stepa kering terhadap produktivitas biosfer dapat diabaikan, meskipun mereka sudah menempati sekitar seperempat permukaan tanah dan, berkat intervensi antropogenik, cenderung berkembang pesat. DI DALAM jangka panjang memerangi penggurunan dan erosi tanah, yaitu mengubah ekosistem yang tidak produktif menjadi ekosistem yang produktif, merupakan cara yang masuk akal untuk melakukan hal tersebut perubahan antropogenik di biosfer.
Bioproduktivitas spesifik laut terbuka hampir serendah semi-gurun, dan produktivitas totalnya yang sangat besar disebabkan oleh fakta bahwa ia menempati lebih dari 50% permukaan bumi, dua kali luas daratan. Upaya untuk memanfaatkan laut terbuka sebagai sumber makanan utama dalam waktu dekat hampir tidak dapat dibenarkan secara ekonomi karena produktivitas spesifiknya yang rendah. Namun begitu besarnya peran laut dalam menstabilkan kondisi kehidupan di bumi, sehingga perlindungan terhadap polusi, terutama produk minyak bumi, mutlak diperlukan.
Beras. 1. Bioproduktivitas ekosistem sebagai energi yang dikumpulkan oleh produsen selama fotosintesis. Produksi listrik dunia adalah sekitar 10 Ecal/tahun, dan total umat manusia mengkonsumsi 50-100 Ecal/tahun; 1 Ekal (exakalori) = 1 juta miliar kkal = K) 18 kal
Kontribusi hutan beriklim sedang dan taiga terhadap vitalitas biosfer tidak boleh dianggap remeh. Milik mereka stabilitas relatif Ke dampak antropogenik dibandingkan dengan hutan hujan tropis.
Fakta bahwa produktivitas spesifik lahan pertanian rata-rata masih jauh lebih rendah dibandingkan produktivitas spesifik lahan pertanian lainnya ekosistem alami, menunjukkan bahwa peluang pertumbuhan produksi pangan di wilayah yang ada masih jauh dari habis. Contohnya adalah perkebunan padi yang terendam banjir, yang pada dasarnya merupakan ekosistem rawa antropogenik, yang hasil panennya sangat besar diperoleh dengan menggunakan teknologi pertanian modern.
Produktivitas biologis ekosistem
Tingkat di mana produsen ekosistem mengikat energi matahari dalam ikatan kimia bahan organik yang disintesis menentukan produktivitas masyarakat. Massa organik yang dihasilkan tumbuhan per satuan waktu disebut produk utama komunitas. Produk dinyatakan secara kuantitatif dalam massa basah atau kering tanaman atau dalam satuan energi - jumlah setara joule.
Produksi primer bruto- jumlah zat yang dihasilkan tumbuhan per satuan waktu pada laju fotosintesis tertentu. Sebagian dari produksi ini digunakan untuk mempertahankan kehidupan tanaman itu sendiri (biaya respirasi).
Bagian sisa dari massa organik yang tercipta dikarakterisasi produksi primer murni, yang mewakili jumlah pertumbuhan tanaman. Produksi primer bersih merupakan cadangan energi bagi konsumen dan pengurai. Saat diproses dalam rantai makanan, ia digunakan untuk mengisi kembali organisme heterotrofik. Peningkatan per unit waktu dalam massa konsumen - produk sekunder komunitas. Produksi sekunder dihitung secara terpisah untuk setiap tingkat trofik, karena peningkatan massa pada masing-masing tingkat trofik terjadi karena energi yang berasal dari tingkat trofik sebelumnya.
Heterotrof, yang termasuk dalam rantai trofik, hidup dari produksi primer bersih komunitas. Di ekosistem yang berbeda, mereka mengkonsumsinya dengan tingkat yang berbeda-beda. Jika laju penghilangan produk primer dalam rantai makanan tertinggal dibandingkan laju pertumbuhan tanaman, maka hal ini akan menyebabkan peningkatan bertahap dalam total biomassa produsen. Di bawah biomassa memahami massa total organisme dalam kelompok tertentu atau seluruh komunitas secara keseluruhan. Kurangnya pemanfaatan produk serasah dalam rantai dekomposisi mengakibatkan akumulasi bahan organik mati dalam sistem, yang terjadi, misalnya, ketika rawa dipenuhi gambut, badan air dangkal ditumbuhi, cadangan serasah dalam jumlah besar tercipta di hutan taiga, dll. . Biomassa suatu komunitas dengan siklus zat yang seimbang tetap relatif konstan, karena hampir seluruh produksi primer dihabiskan dalam rantai makanan dan dekomposisi.
Ekosistem juga berbeda dalam tingkat relatif penciptaan dan konsumsi produksi primer dan sekunder pada setiap tingkat trofik. Namun, semua ekosistem, tanpa kecuali, dicirikan oleh rasio kuantitatif produksi primer dan sekunder tertentu, yang disebut piramida produk tangan kanan: pada setiap tingkat trofik sebelumnya, jumlah biomassa yang dihasilkan per satuan waktu lebih besar dibandingkan pada tingkat trofik berikutnya. Secara grafis, aturan ini biasanya diilustrasikan dalam bentuk piramida, meruncing ke atas dan dibentuk oleh tumpukan persegi panjang dengan ketinggian yang sama, yang panjangnya sesuai dengan skala produksi pada tingkat trofik yang sesuai.
Laju penciptaan bahan organik tidak menentukan total cadangannya, yaitu total biomassa semua organisme pada setiap tingkat trofik. Biomassa yang tersedia bagi produsen atau konsumen dalam ekosistem tertentu bergantung pada hubungan antara laju akumulasi bahan organik pada tingkat trofik tertentu dan perpindahannya ke tingkat trofik yang lebih tinggi.
Rasio pertumbuhan tahunan vegetasi terhadap biomassa di ekosistem darat relatif kecil. Bahkan di hutan hujan tropis paling produktif sekalipun, nilai ini tidak melebihi 6,5%. Di komunitas dengan dominasi bentuk herba, laju reproduksi biomassa jauh lebih tinggi. Rasio produksi primer terhadap biomassa tanaman menentukan skala konsumsi massal tanaman yang mungkin dilakukan suatu komunitas tanpa mengubah produktivitasnya.
Untuk lautan, aturan piramida biomassa tidak berlaku (piramida tampak terbalik).
Ketiga aturan piramida - produksi, biomassa, dan jumlah - pada akhirnya mencerminkan hubungan energi dalam ekosistem, dan jika dua aturan terakhir muncul dalam komunitas dengan struktur trofik tertentu, maka yang pertama (piramida produk) bersifat universal. Piramida jumlah mencerminkan jumlah organisme individu (Gbr. 2) atau, misalnya, populasi menurut kelompok umur.
Beras. 2. Piramida populasi organisme individu yang disederhanakan
Pengetahuan tentang hukum produktivitas ekosistem dan kemampuan untuk mengukur aliran energi merupakan hal yang sangat penting secara praktis. Produksi primer agrocenosis dan eksploitasi manusia terhadap komunitas alami merupakan sumber utama pasokan pangan bagi umat manusia.
Perhitungan akurat aliran energi dan skala produktivitas ekosistem memungkinkan untuk mengatur siklus zat di dalamnya sedemikian rupa untuk mencapai hasil maksimal dari produk yang bermanfaat bagi manusia. Selain itu, perlu adanya pemahaman yang baik mengenai batasan yang diperbolehkan untuk menghilangkan biomassa tumbuhan dan hewan dari sistem alam agar tidak menurunkan produktivitasnya. Perhitungan seperti itu biasanya sangat rumit karena kesulitan metodologis.
Hasil praktis terpenting dari pendekatan energi dalam studi ekosistem adalah pelaksanaan penelitian di bawah Program Biologi Internasional, yang dilakukan oleh para ilmuwan dari seluruh dunia selama beberapa tahun, mulai tahun 1969, dengan tujuan mempelajari potensi produktivitas biologis. di bumi.
Kemungkinan laju teoritis penciptaan produk biologis primer ditentukan oleh kemampuan peralatan fotosintesis tanaman (PAR). Efisiensi maksimum fotosintesis yang dicapai di alam adalah 10-12% energi PAR, yaitu sekitar setengah dari efisiensi yang dimungkinkan secara teoritis. Efisiensi fotosintesis sebesar 5% dianggap sangat tinggi untuk fitocenosis. Secara umum, di seluruh dunia, penyerapan energi matahari oleh tumbuhan tidak melebihi 0,1%, karena aktivitas fotosintesis tumbuhan dibatasi oleh banyak faktor.
Distribusi global produk biologi primer sangat tidak merata. Total produksi tahunan bahan organik kering di Bumi adalah 150-200 miliar ton. Lebih dari sepertiganya terbentuk di lautan, dan sekitar dua pertiganya di darat. Hampir seluruh produksi primer bersih bumi berfungsi untuk mendukung kehidupan semua organisme heterotrofik. Energi yang kurang dimanfaatkan oleh konsumen disimpan dalam organisme mereka, sedimen organik badan air, dan humus tanah.
Di wilayah Rusia, di zona dengan kelembaban yang cukup, produktivitas primer meningkat dari utara ke selatan, seiring dengan peningkatan aliran panas dan lamanya musim tanam. Pertumbuhan vegetasi tahunan bervariasi dari 20 c/ha di pesisir dan pulau-pulau di Samudra Arktik hingga lebih dari 200 c/ha di pesisir Laut Hitam Kaukasus. Di gurun Asia Tengah, produktivitas turun hingga 20 c/ha.
Di lima benua di dunia, rata-rata produktivitas mempunyai variasi yang relatif kecil. Pengecualiannya adalah Amerika Selatan, yang sebagian besar kondisinya untuk perkembangan vegetasi sangat menguntungkan.
Nutrisi masyarakat terutama disediakan oleh tanaman pertanian, yang menempati sekitar 10% dari luas daratan (sekitar 1,4 miliar hektar). Total pertumbuhan tahunan tanaman budidaya menyumbang sekitar 16% dari total produktivitas lahan, yang sebagian besar terjadi di hutan. Sekitar setengah dari hasil panen langsung digunakan untuk makanan manusia, sisanya digunakan untuk memberi makan hewan peliharaan, digunakan dalam industri dan dibuang ke limbah.
Sumber daya yang tersedia di Bumi, termasuk produk peternakan dan hasil penangkapan ikan di darat dan di lautan, setiap tahunnya dapat memenuhi kurang dari 50% kebutuhan populasi modern di Bumi.
Oleh karena itu, sebagian besar penduduk dunia berada dalam kondisi kelaparan protein kronis, dan sebagian besar orang juga menderita kekurangan gizi secara umum.
Produktivitas biocenosis
Tingkat penangkapan energi matahari menentukan produktivitas biocenosis. Indikator utama produksi adalah biomassa organisme (tumbuhan dan hewan) yang menyusun biocenosis. Ada biomassa tumbuhan - fitomassa, biomassa hewan - zoomass, bakteriomassa, dan biomassa dari kelompok atau organisme tertentu dari spesies individu.
biomassa - bahan organik organisme, dinyatakan dalam satuan kuantitatif tertentu dan per satuan luas atau volume (misalnya g/m2, g/m3, kg/ha, t/km2, dan sebagainya).
Produktifitas— tingkat pertumbuhan biomassa. Biasanya mengacu pada periode dan wilayah tertentu, seperti satu tahun dan satu hektar.
Diketahui bahwa tumbuhan hijau merupakan mata rantai pertama dalam rantai makanan dan hanya mereka yang mampu secara mandiri membentuk bahan organik dengan menggunakan energi matahari. Oleh karena itu, biomassa dihasilkan oleh organisme autotrofik, yaitu. jumlah energi yang diubah oleh tanaman menjadi bahan organik per area tertentu, yang dinyatakan dalam satuan kuantitatif tertentu, disebut produk utama. Nilainya mencerminkan produktivitas semua mata rantai organisme heterotrofik dalam ekosistem.
Total produksi fotosintesis disebut output kotor primer. Ini semua adalah energi kimia dalam bentuk bahan organik yang dihasilkan. Sebagian energinya dapat digunakan untuk mempertahankan aktivitas vital (respirasi) produsen itu sendiri – tumbuhan. Jika kita menghilangkan bagian energi yang digunakan tumbuhan untuk respirasi, kita mendapatkannya produksi primer murni. Hal ini dapat dengan mudah diperhitungkan. Cukup dengan mengumpulkan, mengeringkan dan menimbang massa tanaman, misalnya saat panen. Jadi, produksi primer bersih sama dengan perbedaan antara jumlah karbon atmosfer yang diserap tanaman selama fotosintesis dan dikonsumsi melalui respirasi.
Produktivitas maksimum merupakan ciri khas daerah tropis hutan khatulistiwa. Untuk hutan seperti itu, 500 ton bahan kering per 1 ha bukanlah batasnya. Untuk Brasil, angka yang dikutip adalah 1500 dan bahkan 1700 ton - ini adalah 150-170 kg massa tanaman per 1 m 2 (bandingkan: di tundra - 12 ton, dan di hutan gugur di zona beriklim sedang - hingga 400 ton per 1 hektar).
Endapan tanah yang subur, suhu tahunan yang tinggi, dan kelembapan yang melimpah membantu mempertahankan produktivitas fitocenosis yang sangat tinggi di delta sungai selatan, laguna, dan muara. Bahan keringnya mencapai 20-25 ton per 1 hektar per tahun, yang secara signifikan melebihi produktivitas primer hutan cemara (8-12 ton). Tebu berhasil mengakumulasi fitomassa hingga 78 ton per 1 hektar dalam setahun. Bahkan rawa sphagnum, dalam kondisi yang menguntungkan, memiliki produktivitas 8-10 ton, yang dapat dibandingkan dengan produktivitas hutan cemara.
“Pemegang rekor” produktivitas di Bumi adalah semak belukar tipe lembah, yang telah dilestarikan di delta Mississippi, Parana, Gangga, sekitar Danau Chad dan di beberapa wilayah lainnya. Di sini, dalam satu tahun, hingga 300 ton bahan organik terbentuk per 1 hektar!
Produk sekunder- ini adalah biomassa yang dihasilkan oleh semua konsumen biocenosis per unit waktu. Saat menghitungnya, perhitungan dilakukan secara terpisah untuk setiap tingkat trofik, karena ketika energi berpindah dari satu tingkat trofik ke tingkat trofik lainnya, energi tersebut bertambah karena penerimaan dari tingkat sebelumnya. Produktivitas keseluruhan suatu biocenosis tidak dapat dinilai dengan penjumlahan aritmatika sederhana dari produksi primer dan sekunder, karena peningkatan produksi sekunder tidak terjadi secara paralel dengan pertumbuhan produksi primer, tetapi karena rusaknya sebagian dari produksi tersebut. Ada semacam penarikan, pengurangan produk sekunder dari jumlah total produk primer. Oleh karena itu, produktivitas suatu biocenosis dinilai berdasarkan produksi primer. Produksi primer jauh lebih besar daripada produksi sekunder. Secara umum, produktivitas sekunder berkisar antara 1 hingga 10%.
Hukum ekologi menentukan perbedaan biomassa herbivora dan predator primer. Dengan demikian, kawanan rusa yang bermigrasi biasanya diikuti oleh beberapa predator, seperti serigala. Hal ini memungkinkan serigala mendapatkan makanan yang cukup tanpa mengganggu reproduksi kawanannya. Jika jumlah serigala mendekati jumlah rusa, maka predator akan segera memusnahkan kawanannya dan dibiarkan tanpa makanan. Oleh karena itu, tidak terdapat konsentrasi mamalia dan burung predator yang tinggi di zona beriklim sedang.
1. Produktivitas dan dinamika ekosistem. 2. Manusia dan ekosistem.
Satu dari properti yang paling penting organisme, populasinya dan ekosistem secara keseluruhan - kemampuan untuk menciptakan bahan organik, yang disebut produk. Pembentukan produk per satuan waktu (jam, hari, tahun) per satuan luas (meter persegi, hektar) atau volume (dalam ekosistem perairan), dinyatakan dalam satuan massa (gram, kilogram, ton), mencirikan produktivitas ekosistem .Produktivitas sistem ekologi adalah kecepatan produsen menyerap energi radiasi melalui proses fotosintesis dan kemosintesis, membentuk bahan organik yang kemudian dapat digunakan sebagai makanan. Ada yang berbeda tingkat produksi, tempat produk primer dan sekunder dibuat. Bahan organik yang dihasilkan oleh produsen selama fotosintesis atau kemosintesis disebut produksi utama ekosistem (komunitas). Hal ini dinyatakan secara kuantitatif dalam massa basah atau kering tanaman atau dalam satuan energi - jumlah setara joule. Produksi primer menentukan aliran energi total melalui komponen biotik suatu ekosistem. Kemungkinan laju teoritis penciptaan produk biologis primer ditentukan oleh kemampuan peralatan fotosintesis tumbuhan. Produksi primer dibagi menjadi dua tingkatan - produksi kotor dan bersih. Kecepatan tumbuhan mengumpulkan energi kimia disebut produktivitas primer bruto(PDB). Sekitar 20% energi ini digunakan oleh tumbuhan untuk respirasi dan fotorespirasi. Laju akumulasi bahan organik dikurangi konsumsinya disebut produktivitas primer bersih(NPP) adalah energi yang dapat digunakan oleh organisme pada tingkat trofik berikutnya. Jumlah bahan organik yang dikumpulkan oleh organisme heterotrofik disebut produk sekunder. Produksi sekunder dihitung secara terpisah untuk setiap tingkat trofik, karena peningkatan massa pada masing-masing tingkat trofik terjadi karena energi yang berasal dari tingkat trofik sebelumnya. Selain produk, ada juga biomassa organisme, kelompok organisme atau ekosistem secara keseluruhan. Yang mereka maksud adalah itu semua makhluk hidup yang terkandung dalam suatu ekosistem atau unsur-unsurnya, tanpa memandang periode pembentukan dan akumulasinya. Produksi primer biosfer bumi diperkirakan mencapai 170 miliar ton, dan produksi sekunder mencapai 4 miliar ton bahan organik kering per tahun. Di zona iklim, ekosistem alami didominasi oleh ekosistem yang hanya menerima energi dari Matahari. Ekosistem yang disubsidi energi alami (yaitu menerima energi tambahan) meliputi muara, delta dan dataran banjir, serta beberapa rawa. Ini juga mencakup agroekosistem dan budidaya perairan yang dibudidayakan oleh manusia secara bersamaan dan menerima energi matahari. Kategori khusus terdiri dari ekosistem industri-perkotaan yang beroperasi hanya dengan menggunakan energi bahan bakar. Nutrisi manusia sebagian besar disediakan oleh tanaman pertanian, yang menempati sekitar 10% dari luas daratan. Secara total, manusia mengonsumsi sekitar 0,2% produksi primer bumi. Sangat sulit untuk menyediakan produk sekunder kepada penduduk. Makanan seseorang harus mencakup setidaknya 30 g protein per hari. Oleh karena itu, meningkatkan produktivitas biologis ekosistem dan khususnya produk sekunder merupakan salah satu tugas utama yang dihadapi umat manusia. Beragam perubahan yang terjadi di komunitas mana pun terbagi dalam dua jenis utama: siklus dan progresif. Dinamika yang berulang secara berkala disebut perubahan atau fluktuasi siklus, dan dinamika yang terarah disebut perkembangan progresif atau ekosistem.Perubahan siklik komunitas mencerminkan periodisitas harian, musiman dan jangka panjang dari kondisi eksternal dan manifestasi ritme endogen organisme. Siklus jangka panjang memanifestasikan dirinya karena fluktuasi iklim. Fluktuasi(dari bahasa Latin fluctuatio - fluktuasi) - perubahan jangka pendek ketika komunitas, tanpa mengubah komposisi bunga, menyimpang dari keadaan rata-rata tertentu karena perubahan iklim musiman dan cuaca, serta perubahan dinamika komponen hewan dalam ekosistem atau cara penggunaannya. Perubahan progresif dalam suatu ekosistem pada akhirnya menyebabkan penggantian satu biocenosis dengan biocenosis lainnya, dengan kumpulan spesies dominan yang berbeda. Penggantian satu biocenosis secara berturut-turut dengan biocenosis lainnya disebut ekologissuksesi. Serangkaian komunitas yang berurutan secara bertahap dan alamiah yang saling menggantikan secara berurutan disebut seri suksesi. Menurut F. Clementson (1916), proses suksesi terdiri dari tahapan sebagai berikut: 1. Munculnya suatu wilayah yang tidak dihuni oleh kehidupan. 2. Migrasi ke sana berbagai organisme atau permulaan mereka. 3. Pendirian mereka di bidang ini. 4. Persaingan mereka satu sama lain dan perpindahan spesies tertentu. 5. Transformasi habitat organisme hidup, stabilisasi kondisi dan hubungan secara bertahap. Suksesi dengan pergantian vegetasi dapat bersifat primer dan sekunder. Suksesi primer adalah proses pembangunan dalam mengubah ekosistem di wilayah yang sebelumnya tidak berpenghuni, dimulai dengan penjajahannya. Suksesi sekunder– ini adalah pemulihan ekosistem yang pernah ada di suatu wilayah. Suksesi sekunder biasanya terjadi lebih cepat dan lebih mudah daripada suksesi primer, karena pada habitat yang terganggu, profil tanah, benih, primordia dan sebagian dari populasi sebelumnya serta ikatan sebelumnya tetap terjaga. Suksesi berakhir dengan tahap ketika semua spesies dalam ekosistem, ketika bereproduksi, mempertahankan jumlah yang relatif konstan dan tidak terjadi perubahan komposisi lebih lanjut. Keadaan setimbang ini disebut - mati haid, dan ekosistem – mati haid. Kemampuan suatu ekosistem untuk memelihara dan mengatur dirinya sendiri disebut homeostatis. Manusia, dalam persaingan untuk bertahan hidup di lingkungan alam, mulai membangun ekosistem antropogenik buatannya sendiri.
Agroekosistem diciptakan oleh manusia untuk meningkatkan hasil tinggi - produksi autotrof murni. Penyederhanaan lingkungan alam yang dilakukan manusia sangat berbahaya dari sudut pandang ekologi. Oleh karena itu, tidak mungkin mengubah seluruh lanskap menjadi lahan pertanian; kita perlu melestarikan dan meningkatkan keanekaragamannya, meninggalkan kawasan lindung yang belum terjamah yang dapat menjadi sumber spesies untuk pemulihan dan rangkaian suksesi komunitas.
Literatur:1. Korobkin V.I. dan lain-lain. – M., 2003.hal.130-150. 2. Nikolaikin N.I. dan lain-lain. – M., 2004. hlm.155-163, 171-180. 3. Askarova M.A. Ekologi umum. – Almaty, 2004. hal. 86-94. 4. Stepanovskikh A.S. Ekologi umum. – M., 1999. hal. 404-419.
