Биомасса и продуктивность

Понятие биомассы

Биомасса — это суммарная масса живых организмов в единице площади или объема экосистемы в данный момент времени. Она включает растения, животных, микроорганизмы и детрит (мертвую органику). Биомасса является ключевым показателем состояния экосистем, так как отражает накопленную энергию, запасённую в органических веществах.

Различают несколько видов биомассы:

  • Живая биомасса — масса всех живых организмов.
  • Неживая биомасса (детрит) — органические остатки, не содержащие жизненных процессов.
  • Вегетативная и генеративная биомасса растений — листья, стебли, корни и плоды.

Единицы измерения биомассы зависят от масштаба исследования: граммы на квадратный метр (г/м²), тонны на гектар (т/га) или килограммы на кубический метр воды (кг/м³) для водных экосистем.

Первичная продукция

Первичная продукция — это скорость образования органического вещества автотрофными организмами (в основном растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами). Она является основой энергетического потока в экосистеме.

Различают:

  • Валовая первичная продукция (ВПП) — суммарное количество органического вещества, синтезированного растениями за единицу времени.
  • Чистая первичная продукция (ЧПП) — часть ВПП, остающаяся после затрат растений на дыхание (метаболическую энергию). Формула:

ЧПП = ВПП − R

где R — дыхание растений.

Важные факторы, влияющие на первичную продукцию: свет, температура, доступность воды и минеральных веществ. В экосистемах с избыточным светом и водой ЧПП обычно максимальна, тогда как в засушливых или холодных биомах она ограничена.

Вторичная продукция

Вторичная продукция — скорость накопления биомассы гетеротрофными организмами (животными, грибами, бактериями), использующими готовые органические вещества.

Различают:

  • Физиологическая продуктивность — часть потреблённой пищи, превращённая в энергию роста и воспроизводства.
  • Экологическая продуктивность — фактический прирост биомассы организма в экосистеме с учётом потерь на дыхание и экскрецию.

Коэффициент превращения первичной продукции в вторичную часто составляет 10–20 % в наземных экосистемах и может достигать 30–40 % в водных системах.

Методы оценки биомассы и продуктивности

Для наземных экосистем применяют:

  1. Прямой метод взвешивания — сбор образцов растений или животных с последующим высушиванием и взвешиванием.
  2. Индикаторные методы — использование роста листовой поверхности, объёма стеблей или корней как косвенного показателя биомассы.
  3. Спутниковые и фотометрические методы — оценка вегетационного индекса NDVI для крупных экосистем.

Для водных экосистем:

  • Хлорофилл как показатель биомассы фитопланктона.
  • Секвестрация органического вещества в донных отложениях.
  • Эксперименты с изотопами для оценки скорости первичной и вторичной продукции.

Энергетическая структура экосистемы

Биомасса и продуктивность напрямую связаны с энергетическими потоками. Пирамиды продуктивности отражают скорость накопления органической массы на разных трофических уровнях.

  • Продуктивность растений (продуценты) — фундамент.
  • Продуктивность травоядных (консументы I порядка) — зависит от ЧПП растений.
  • Продуктивность хищников (консументы II и III порядка) — определяется эффективностью передачи энергии между уровнями, обычно 5–20 %.

Важный показатель устойчивости экосистемы — соотношение биомассы и продуктивности, показывающее способность экосистемы восстанавливаться после потерь или стрессов.

Ограничения биомассы и продуктивности

Биомасса и продуктивность ограничены рядом факторов:

  • Ресурсные ограничения — вода, питательные вещества, свет.
  • Климатические ограничения — температура, сезонность, экстремальные условия.
  • Антропогенное воздействие — загрязнение, вырубка лесов, перенаселение животных.
  • Внутривидовая и межвидовая конкуренция — ограничивает рост численности и накопление биомассы.

Эти ограничения определяют верхний предел биомассы и продуктивности, а также формируют пространственно-временные различия в экосистемах.

Оглавление