Todos os anos, uma pessoa esgota cada vez mais os recursos do planeta. Não é de surpreender que, nos últimos anos, seja de grande importância uma avaliação de quantos recursos uma ou outra biocenose pode oferecer. Hoje, a produtividade do ecossistema é crucial na escolha de um método de gerenciamento, pois a viabilidade econômica do trabalho depende diretamente da quantidade de produtos que podem ser obtidos.
Aqui estão as principais perguntas que os cientistas enfrentam hoje:
- Quanta energia solar está disponível e quanto é assimilada pelas plantas, como é medida?
- Quais tipos de ecossistemas têm a maior produtividade e quais fornecem os produtos mais primários?
- Quais fatores limitam a quantidade de produção primária local e mundialmente?
- Qual é a eficiência com a qual a energia é convertida pelas plantas?
- Quais são as diferenças entre eficiência de assimilação, produção limpa e eficiência ambiental?
- Como os ecossistemas diferem na biomassa ou nos organismos autotróficos?
- Quanta energia está disponível para as pessoas e quanto usamos?
Tentaremos respondê-los pelo menos parcialmente dentro da estrutura deste artigo. Primeiro, vamos lidar com os conceitos básicos. Portanto, a produtividade do ecossistema é o processo de acumulação de matéria orgânica em um determinado volume. Quais organismos são responsáveis por este trabalho?
Autotróficos e heterotróficos
Sabemos que alguns organismos são capazes de sintetizar moléculas orgânicas a partir de precursores inorgânicos. Eles são chamados de autotróficos, que significa "autoalimentação". Na verdade, a produtividade dos ecossistemas depende de sua atividade. Os autotróficos também são referidos como produtores primários. Organismos que são capazes de produzir moléculas orgânicas complexas a partir de substâncias inorgânicas simples (água, CO2) geralmente pertencem à classe das plantas, mas algumas bactérias possuem as mesmas capacidades. O processo pelo qual sintetizam orgânicos é chamado síntese fotoquímica. Como o nome indica, a fotossíntese requer luz solar.
Também devemos mencionar o caminho conhecido como quimiossíntese. Alguns autótrofos, principalmente bactérias especializadas, podem converter nutrientes inorgânicos em compostos orgânicos sem acesso à luz solar. Existem vários grupos de bactérias quimiossintéticas no mar e na água doce, e são especialmente comuns em ambientes com altos níveis de sulfeto de hidrogênio ou enxofre. Como plantas portadoras de clorofila e outros organismos capazes de síntese fotoquímica, os organismos quimiossintéticos são autotróficos. No entanto, a produtividade de um ecossistema é mais provavelmente chamada de atividade da vegetação, uma vez que é responsável pelo acúmulo de mais de 90% da matéria orgânica. A quimiossíntese desempenha um papel incomparavelmente menor nisso.
Enquanto isso, muitos organismos podem receber a energia necessária apenas comendo outros organismos. Eles são chamados heterotróficos. Em princípio, eles incluem todas as mesmas plantas (elas também “comem” os orgânicos acabados), animais, micróbios, fungos e microorganismos. Os heterotróficos também são chamados de "consumidores".
O papel das plantas
Como regra, a palavra "produtividade", neste caso, refere-se à capacidade das plantas para armazenar uma certa quantidade de matéria orgânica. E isso não é surpreendente, uma vez que apenas organismos vegetais podem converter substâncias inorgânicas em orgânicas. Sem eles, a vida em nosso planeta seria impossível e, portanto, a produtividade do ecossistema é vista dessa perspectiva. Em geral, a questão é colocada de maneira extremamente simples: então, que massa de matéria orgânica as plantas podem armazenar?
Quais biocenoses são as mais produtivas?
Curiosamente, as biocenoses criadas pelo homem estão longe de ser as mais produtivas. A selva, pântanos, selva de grandes rios tropicais a esse respeito estão muito à frente deles. Além disso, são essas biocenoses que neutralizam uma enorme quantidade de substâncias tóxicas que, novamente, caem na natureza como resultado da atividade humana e também produzem mais de 70% do oxigênio contido na atmosfera do nosso planeta. A propósito, muitos livros didáticos ainda afirmam que os oceanos da Terra são o “celeiro” mais produtivo. Curiosamente, mas essa afirmação está muito longe da verdade.
Ocean Paradox
Você sabe com o que a produtividade biológica dos ecossistemas dos mares e oceanos é comparada? Com semi-desertos! Grandes volumes de biomassa são explicados pelo fato de que são as extensões de água que ocupam a maior parte da superfície do planeta. Portanto, o uso repetidamente previsto dos mares como principal fonte de nutrientes para toda a humanidade nos próximos anos dificilmente é possível, uma vez que a viabilidade econômica disso é extremamente baixa. No entanto, a baixa produtividade desse tipo de ecossistema não diminui de maneira alguma a importância dos oceanos para a vida de todos os seres vivos; portanto, eles devem ser protegidos o mais cuidadosamente possível.
Os ecologistas modernos dizem que as possibilidades de terras agrícolas estão longe de esgotar-se e, no futuro, seremos capazes de obter colheitas mais abundantes com elas. Esperanças particulares são colocadas nos campos de arroz, que podem fornecer uma enorme quantidade de matéria orgânica valiosa devido às suas características únicas.
Fundamentos da produtividade biológica
Em geral, a produtividade do ecossistema é determinada pela taxa de fotossíntese e pelo acúmulo de substâncias orgânicas em uma biocenose específica. A massa de matéria orgânica criada por unidade de tempo é denominada produção primária. Pode ser expresso de duas maneiras: em Joules ou na massa seca de plantas. A produção bruta é chamada de volume, criado pelos organismos vegetais por uma determinada unidade de tempo, a uma taxa constante de fotossíntese. Deve-se lembrar que parte dessa substância irá para a atividade vital das próprias plantas. A matéria orgânica que resta depois disso é a produtividade primária líquida do ecossistema. É ela quem alimenta os heterotróficos, entre os quais estamos entre vocês.
Existe um "limite superior" para a produção primária?
Em suma, sim. Vamos revisar brevemente como a fotossíntese é eficaz em princípio. Lembre-se de que a intensidade da radiação solar que atinge a superfície da Terra é altamente dependente da localização: o retorno máximo de energia é característico das zonas equatoriais. Diminui exponencialmente à medida que se aproxima dos pólos. Cerca de metade da energia solar é refletida pelo gelo, neve, oceanos ou desertos, absorvidos pelos gases na atmosfera. Por exemplo, uma camada de ozônio atmosférico absorve quase toda a radiação ultravioleta! Apenas metade da luz que entra nas folhas das plantas é usada na reação da fotossíntese. Portanto, a produtividade biológica dos ecossistemas é o resultado da conversão de uma parte insignificante da energia do sol!
O que são produtos secundários?
Consequentemente, o produto secundário é chamado de crescimento de consumidores (ou seja, consumidores) durante um certo período de tempo. Certamente, a produtividade do ecossistema depende deles em menor grau, mas é essa biomassa que desempenha um papel crucial na vida humana. Deve-se notar que os orgânicos secundários são contados separadamente em cada nível trófico. Assim, os tipos de produtividade do ecossistema são divididos em dois tipos: primário e secundário.
A proporção de produtos primários e secundários
Como você pode imaginar, a proporção de biomassa em relação à massa total da planta é relativamente pequena. Mesmo na selva e nos pântanos, esse indicador raramente excede 6, 5%. Quanto mais plantas herbáceas na comunidade, maior a taxa de acúmulo de matéria orgânica e maior a discrepância.
Sobre a taxa e o volume de formação de substâncias orgânicas
Em geral, a taxa limitante de formação de matéria orgânica de origem primária depende inteiramente do estado do aparato fotossintético das plantas (PAR). O valor máximo da eficiência da fotossíntese, alcançado em condições de laboratório, é de 12% do valor PAR. Sob condições naturais, um valor de 5% é considerado extremamente alto e praticamente não ocorre. Acredita-se que na Terra a assimilação da luz solar não exceda 0, 1%.
Distribuição de produtos primários
Note-se que a produtividade do ecossistema natural é extremamente desigual em escala global. A massa total de toda a matéria orgânica, formada anualmente na superfície da Terra, é de cerca de 150 a 200 bilhões de toneladas. Lembre-se do que dissemos sobre a produtividade do oceano acima? Então, 2/3 dessa substância é formada em terra! Imaginem: volumes gigantescos e incríveis da hidrosfera formam três vezes menos matéria orgânica do que a parte escassa da terra, uma parte considerável da qual é deserto!
Mais de 90% da matéria orgânica acumulada, de uma forma ou de outra, é consumida por organismos heterotróficos. Apenas uma parte insignificante da energia solar é armazenada na forma de húmus do solo (assim como óleo e carvão, cuja formação está ocorrendo até hoje). Em nosso país, o aumento da produção biológica primária varia de 20 c / ha (próximo ao Oceano Ártico) a mais de 200 c / ha no Cáucaso. Em áreas desérticas, esse valor não excede 20 kg / ha.
Em princípio, nos cinco continentes quentes do mundo, a intensidade da produção é praticamente a mesma: quase: na América do Sul, a vegetação acumula uma vez e meia mais matéria seca, devido às excelentes condições climáticas. Lá, a produtividade dos ecossistemas naturais e artificiais é máxima.
O que fornece nutrição para as pessoas?
Aproximadamente 1, 4 bilhões de hectares são ocupados na superfície do nosso planeta por plantações de plantas cultivadas pelo homem que nos fornecem alimentos. Isso representa aproximadamente 10% de todos os ecossistemas do planeta. Curiosamente, mas apenas metade da produção vai diretamente para as pessoas. Todo o resto é usado como alimento para animais de estimação e vai para as necessidades da produção industrial (não relacionada à produção de alimentos). Os cientistas tocam o alarme há muito tempo: a produtividade e a biomassa dos ecossistemas do nosso planeta são capazes de fornecer não mais que 50% das necessidades humanas de proteína. Simplificando, metade da população mundial vive em condições de fome crônica de proteínas.
Registrar biocenoses
Como já dissemos, as florestas equatoriais são caracterizadas pela maior produtividade. Pense bem: um hectare dessa biocenose pode ser responsável por mais de 500 toneladas de matéria seca! E isso está longe do limite. No Brasil, por exemplo, um hectare de floresta produz de 1200 a 1500 toneladas (!) De matéria orgânica por ano! Basta pensar: até dois centímetros de matéria orgânica por metro quadrado! Na tundra, na mesma área, não são formadas mais de 12 toneladas e nas florestas da zona intermediária - dentro de 400 toneladas.Empresas agrícolas nessas partes estão usando ativamente isso: a produtividade do ecossistema artificial na forma de um campo de cana-de-açúcar, que pode acumular até 80 toneladas de matéria seca por hectare, em nenhum outro lugar essas culturas podem produzir fisicamente. No entanto, os golfos de Orinoco, Mississippi, e também algumas áreas do Chade não são muito diferentes deles. Aqui, durante um ano, os ecossistemas “distribuem” até 300 toneladas de matéria por hectare de terra!
