Продукция и продуктивность экосистем

Цель занятия: получить представление о видах продукции в экосистеме и продуктивности. Сформировать навыки решения задач, основанных на закономерностях продукции.

Теоретические сведения

Скорость усвоения лучистой энергии растениями автотрофами принято называть первичной продукцией. Выделяют валовую первичную продукцию (ВПП) - скорость, с которой растения накапливают химическую энергию и чистую первичную продукцию (ЧПП) - скорость накопления органического вещества растениями за вычетом расходов на дыхание и др. физиологические процессы. Количество органического вещества накопленного гетеротрофными организмами (т. е. консументами) составляет вторичную продукцию (ВП). Описанные закономерности также можно записать в виде балансовых уравнений:

ВПП = ЧПП + Расходы на физиологические процессы;

ЧПП потребляется консументами и постепенно расходуется.

ЧПП = ВП + Расходы консументов 1-го порядка.

Вторичная продукция не делится уже на валовую и чистую, так как консументы и редуценты, или все гетеротрофы, увеличивают свою массу за счет первичной продукции, то есть используют ранее созданную продукцию.Рассчитывают вторичную продукцию отдельно для каждого трофического уровня, так как она формируется за счет энергии, поступающей с предшествующего уровня.Все живые компоненты экосистемы — продуценты, консументы и редуценты — составляютобщую биомассу (живой вес) сообщества в целом или его отдельных частей, тех или иных групп организмов. Биомассу обычно выражают через сырой и сухой вес, но можно выражать и в энергетических единицах – в калориях, джоулях и т. п., что позволяет выявить связь между величиной поступающей энергии и, например, средней биомассой.

Если скорость изъятия первичной продукции консументами отстает от скорости прироста растений, то это ведет к постепенному приросту биомассы продуцентов и возникает избыток мертвого органического вещества. Последнее приводит к заторфовыванию болот, зарастанию мелких водоемов, созданию большого запаса под стилки в таежных лесах и т. п.В стабильных сообществах практически вся продукция тратится в трофических сетях и биомасса остается постоянной.

Биологическая продуктивность экосистемы - это количество воспроизводимой биомассы растений, животных, микроорганизмов на единицу площади в единицу времени, т. е. - это скорость прироста биомассы. Биологическую продуктивность можно определить для каждой популяции, входящей в экосистему.  Для этого необходимо знать биомассу и скорость ее прироста или время полного возобновления.

Задание 1. Пользуясь данными таблицы 18, сделайте выводы о специфике накопления вторичной продукции. Рассчитайте процент усвояемости кормов, а также процент энергии, пошедшей на продукцию. Составьте схему распределения энергии в организмах растительноядных теплокровных гетеротрофов.

Таблица 18 – Продуктивность малых сусликов и степных сурков в Северном Прикаспии (тыс.ккал/га)

Задание 2.Решите задачи:

1.                     Валовая продукция экосистемы составляет 42,0 × 10⁶ кДж энергии. Эффективность фотосинтеза в экосистеме 40%. Определите долю энергии, приходящуюся на уровень консументов второго порядка.

2.                      Вторичная продукция экосистемы на уровне консументов первого порядка составляет 13,5 × 10⁵кДж. Определите значение чистой продукции в этой экосистеме, если траты на дыхание у продуцентов составляют 60%.

Задание 3. Изучите таблицу 19. На основе ее данных составьте диаграммы уровней продукции в разных сообществах.

Таблица 19 – Годовая первичная продукция в наземных экосистемах (по Дювинью и Тангу, 1968)

Задание 3.Энергия Солнца, попадающая на Землю, составляет  10,5 х 10⁶ кДж/м² в год. От поверхности земли отражается 40%, 15% идет на нагревание атмосферы, 40% на нагревание почвы, растениями поглощается 5%. Определите размер валовой первичной продукции. Напишите балансовое уравнение энергии для данной экосистемы. Какое количество энергии может достигнуть уровня консументов 3-го порядка, если растения расходуют 15% от валовой первичной продукции?

Задание 5.На широте умеренного пояса количество солнечного света составляет приблизительно 1 х10 ⁶ кДж/м² в год. Для фотосинтеза растениями используется 3 % этой энергии. Рассчитайте количество энергии на различных  трофических уровнях в лесной экосистеме, если 20 % валовой первичной продукции расходуется растениями на физиологические процессы.

Задание 6.В первый год жизни карп в прудовом хозяйстве весит 20 г. На второй год его масса достигает 600 г. Средняя продуктивность пруда 250 кг с 1 га. Вычислите, сколько килограммов рыбы дает пруд площадью 25 га и сколько приблизительно карпов второго года будет в нем?

Контрольные вопросы

1.                Продукция и продуктивность – определения и их смысл.

2.                Чем отличается биомасса от продукции?