ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Продуктивность экосистем из "Научные основы экобиотехнологии" Процессы образования органических веществ и их распад называют процессами продукции и деструкции. [c.28] Продукцию, а также деструкцию выражают количеством массы (или эквивалентной ей энергии), образуемой (используемой) за единицу времени, например количество биомассы, выделяемого или потребляемого кислорода в сутки, органического углерода в год. Продукция может быть отнесена к единице объема воды, почвы, или площади их поверхности, к водоему в целом, к сообществу, либо экосистеме и т.д. [c.28] Содержание органического углерода в биомассе составляет в среднем 10% (с учетом содержания воды). При синтезе 1 г органического углерода биоты поглощается, а при деструкции выделяется 42 кДж энергии. [c.28] Экологический анализ потоков энергии - основа для определения зависимости выхода полезных для человека продуктов от функционирования экосистемы. [c.28] Помимо солнечной энергии основного источника энергии, в природные экосистемы поступает энергия в виде ветра и дождя, энергия приливов в техногенные системы - энергия топлива и работы, в очистных сооружениях - в виде энергии, затрачиваемой на аэрацию и перемешивание, а также в виде энергии, затраченной на получение минеральных солей, вносимых в сооружения биологической очистки и т.п. Источник энергии, уменьшающий затраты на самоподдержание экосистемы и увеличивающий долю энергии, которая может перейти в продукцию, называется вспомогательным потоком энергии, или энергетической субсидией. [c.29] При анализе движения энергии через экосистему выделяют первичную (ПП) и вторичную (ВП) продуктивность экосистемы. [c.29] Первичная продуктивность экосистемы, сообщества или любой их части - это скорость (количество энергии/год), с которой солнечная энергия усваивается организмами-продуцентами в процессе фотосинтеза, накапливаясь в форме органических веществ. [c.29] Вторичная продуктивность - накопление энергии на уровнях консументов. [c.29] Количество ассимилированной энергии А всегда меньше общего потока энергии Э, потенциально доступного для трофического уровня. Если биогенное органическое вещество накапливается в экосистеме, то А Д если убывает, то А Д. [c.29] В зависимости от почвенно-климатических условий, типа растительности скорость фиксации диоксида углерода может варьировать в широких пределах. В быстро растущих влажных тропических лесах за год на 1 м земли фиксируется от 1 до 2 кг углерода (в форме диоксида), в тундре и в пустынях фиксируется около 1% этого количества СО2. Поля, занятые культурными растениями, и леса в средних широтах ассимилируют 0,2-0,4 кг на 1 м . В целом на земном шаре районов с высокой продуктивностью немного. На всей поверхности суши за год фиксируется приблизительно 20-30 млрд. т углерода (по другим оценкам 10-100 млрд. т). [c.30] Скорость фиксации СО2 наиболее урожайных сельскохозяйственных культур достигает 6-10 кг/м в год. Однако чистая продукция большинства сельскохозяйственных культур и лесов составляет всего 1-3 кг. Продукция пресноводных прудов составляет 1-2 кг/м в год, очистных биопрудов -5-10 кг/м в год. [c.30] В сооружениях биологической очистки в год образуется до 10000 кг/м избыточной биомассы. В наиболее интенсивных биотехнологических системах культивирования микроорганизмов продуктивность достигает 50000 кг сухой массы микроорганизмов на 1 м биореактора в год при среднем содержании биомассы 20 кг/м . [c.30] Для оценки эффективности биологического культивирования или очистки сточных вод можно использовать соотношение П/(П + Д), аналогичное удельному экономическому (энергетическому в пересчете на энергию, заключенную в биомассе и субстрате) коэффициенту выхода биомассы от субстрата. В производствах получения биомассы стремятся достичь максимальных значений П. В процессе биологической очистки в идеале надо стремитьбя к минимизации П (и увеличению Д) при поддержании высокой концентрации физиологически активной биомассы. В частности, преимущество аэротенка по сравнению с биофильтром - более высокое значение П, а недостаток - более высокий выход избыточной биомассы (высокое значение П/(П + Д). В сооружениях биологической очистки продуктивность активного ила (молодой биоценоз) и соответственно окислительная мощность аэротенков выше, чем продуктивность биопленки (зрелого ценоза) и окислительная мощность биофильтра. [c.31] Продуктивность экосистем определяется главным образом лимитирующими факторами наличием воды, питательных веществ, интенсивностью солнечной радиации, способностью системы исг1ользовать вещества и др. Эти факторы в разных экосистемах неодинаковы в пустыне - это вода, в глубоководных зонах моря - освещенность и недостаток биогенных элементов. [c.31] На продуктивность экосистемы влияет также ее структура. Например, первичная продукция лиственного леса обычно превосходит продукцию пшеничного поля благодаря вертикальной ярусности, когда каждый ярус (деревья, кустарник, подрост, трава) поглощает часть солнечной энергии. [c.31] Отношение энергетического потока в разных точках пищевой цепи (в %) часто называют экологической эффективностью. [c.31] У теплокровных животных доля ассимилированной энергии А, идущей на дыхание, в 10 раз и более выше, чем у холоднокровных, поэтому у первых меньшие отношения П/А, эффективность же переноса энергии между трофическими уровнями в пищевой цепи с участием теплокровных ниже, чем в цепи с участием холоднокровных, т.е. экологическая эффективность первых ниже. [c.31] Птица (куры) и свиньи эффективнее, чем крупный рогатый скот, усваивают корм, поэтому по выходу продукции и количеству образующихся отходов наименее экологически эффективно разведение крупного рогатого скота. Корова использует не более 14-16% всей энергии растительных кормов 24-26% энергии расходуется на переваривание и усвоение. [c.32] В промышленных агроэкосистемах высокая продуктивность поддерживается большими затратами энергии (обработка земли, орошение, удобрение, селекция новых сортов, борьба с вредйыми насекомыми и т.д.). [c.32] В агроэкосистемах повышение продукции П возможно только при увеличении затрат на поддержание структуры Д. При этом с увеличением расходов на повышение продукции наблюдается все меньшая отдача, т.е. выигрыш от повышения продукции сводится на нет в связи с ростом расходов на дыхание и энергетические субсидии. Как показывает практика, система может считаться энергоэффективной, если энергетические субсидии составляют не более половины энергии, получаемой на выходе экосистемы в результате ее эксплуатации. [c.32] Вернуться к основной статье