Chaque année, les gens épuisent de plus en plus les ressources de la planète. Il n'est pas surprenant que récemment une évaluation du nombre de ressources qu'une biocénose particulière peut fournir soit devenue d'une grande importance. Aujourd'hui, la productivité de l'écosystème est d'une importance décisive dans le choix d'un mode de gestion, car la faisabilité économique de l'ouvrage dépend directement de la quantité de production pouvant être obtenue.
Voici les principales questions auxquelles les scientifiques sont confrontés aujourd'hui:
- Quelle quantité d'énergie solaire est disponible et quelle quantité est assimilée par les plantes, comment est-elle mesurée ?
- Quels types d'écosystèmes sont les plus productifs et produisent la production la plus primaire ?
- Quels sont les facteurs qui limitent la production primaire au niveau local et mondial ?
- Quelle est l'efficacité avec laquelle les plantes convertissent l'énergie ?
- Quelles sont les différences entre l'efficacitéassimilation, production plus propre et efficacité environnementale ?
- En quoi les écosystèmes diffèrent-ils par la quantité de biomasse ou le volume d'organismes autotrophes ?
- Quelle quantité d'énergie est disponible pour les gens et combien en consommons-nous ?
Nous essaierons d'y répondre au moins partiellement dans le cadre de cet article. Tout d'abord, abordons les concepts de base. Ainsi, la productivité d'un écosystème est le processus d'accumulation de matière organique dans un certain volume. Quels organismes sont responsables de ce travail ?
Autotrophes et hétérotrophes
Nous savons que certains organismes sont capables de synthétiser des molécules organiques à partir de précurseurs inorganiques. Ils sont appelés autotrophes, ce qui signifie "auto-alimentés". En fait, la productivité des écosystèmes dépend de leurs activités. Les autotrophes sont également appelés producteurs primaires. Les organismes capables de produire des molécules organiques complexes à partir de substances inorganiques simples (eau, CO2) appartiennent le plus souvent à la classe des végétaux, mais certaines bactéries ont la même capacité. Le processus par lequel ils synthétisent les matières organiques est appelé synthèse photochimique. Comme son nom l'indique, la photosynthèse nécessite la lumière du soleil.
Il convient également de mentionner la voie connue sous le nom de chimiosynthèse. Certains autotrophes, principalement des bactéries spécialisées, peuvent convertir des nutriments inorganiques en composés organiques sans accès à la lumière du soleil. Il existe plusieurs groupes de chimiosynthétiquesbactéries dans la mer et l'eau douce, et elles sont particulièrement fréquentes dans les environnements à forte teneur en sulfure d'hydrogène ou en soufre. Comme les plantes porteuses de chlorophylle et d'autres organismes capables de synthèse photochimique, les organismes chimiosynthétiques sont des autotrophes. Or, la productivité de l'écosystème est plutôt l'activité de la végétation, puisque c'est elle qui est responsable de l'accumulation de plus de 90 % de la matière organique. La chimiosynthèse joue un rôle disproportionné dans ce domaine.
Pendant ce temps, de nombreux organismes ne peuvent obtenir l'énergie dont ils ont besoin qu'en mangeant d'autres organismes. Ils sont appelés hétérotrophes. En principe, il s'agit des mêmes plantes (elles « mangent » aussi de la matière organique prête à l'emploi), des animaux, des microbes, des champignons et des micro-organismes. Les hétérotrophes sont aussi appelés "consommateurs".
Le rôle des plantes
En règle générale, le mot "productivité" dans ce cas fait référence à la capacité des plantes à stocker une certaine quantité de matière organique. Et ce n'est pas surprenant, puisque seuls les organismes végétaux peuvent convertir des substances inorganiques en substances organiques. Sans eux, la vie elle-même sur notre planète serait impossible, et donc la productivité de l'écosystème est considérée à partir de cette position. En général, la question est extrêmement simple: quelle quantité de matière organique les plantes peuvent-elles stocker ?
Quelles sont les biocénoses les plus productives ?
Curieusement, mais les biocénoses artificielles sont loin d'être les plus productives. Jungles, marécages, selva des grands fleuves tropicaux à cet égardsont loin devant. De plus, ce sont ces biocénoses qui neutralisent une énorme quantité de substances toxiques, qui, là encore, pénètrent dans la nature du fait de l'activité humaine, et produisent également plus de 70% de l'oxygène contenu dans l'atmosphère de notre planète. Soit dit en passant, de nombreux manuels affirment encore que les océans de la Terre sont le "grenier à blé" le plus productif. Curieusement, mais cette affirmation est très loin de la vérité.
Paradoxe de l'océan
Savez-vous à quoi se compare la productivité biologique des écosystèmes des mers et des océans ? Avec des semi-déserts ! Les grands volumes de biomasse s'expliquent par le fait que ce sont les étendues d'eau qui occupent l'essentiel de la surface de la planète. Ainsi, l'utilisation répétée des mers comme principale source de nutriments pour toute l'humanité dans les années à venir n'est guère possible, car sa faisabilité économique est extrêmement faible. Cependant, la faible productivité de ce type d'écosystème n'enlève rien à l'importance des océans pour la vie de tous les êtres vivants, ils doivent donc être protégés le plus soigneusement possible.
Les écologistes modernes disent que les possibilités des terres agricoles sont loin d'être épuisées et qu'à l'avenir, nous pourrons en tirer des récoltes plus abondantes. Des espoirs particuliers sont placés sur les rizières, qui peuvent produire une énorme quantité de matière organique précieuse en raison de leurs caractéristiques uniques.
Informations de base sur la productivité des systèmes biologiques
Productivité globale de l'écosystèmeest déterminé par le taux de photosynthèse et d'accumulation de substances organiques dans une biocénose particulière. La masse de matière organique créée par unité de temps est appelée production primaire. Elle peut s'exprimer de deux manières: soit en Joules, soit en masse sèche de végétaux. La production brute est son volume créé par les organismes végétaux dans une certaine unité de temps, à un rythme constant du processus de photosynthèse. Il convient de rappeler qu'une partie de cette substance ira à l'activité vitale des plantes elles-mêmes. La matière organique restante est la productivité primaire nette de l'écosystème. C'est elle qui va nourrir les hétérotrophes, dont vous et moi.
Y a-t-il une "limite supérieure" à la production primaire ?
En bref, oui. Jetons un coup d'œil à l'efficacité du processus de photosynthèse en principe. Rappelons que l'intensité du rayonnement solaire atteignant la surface terrestre est fortement dépendante de la localisation: le retour énergétique maximum est caractéristique des zones équatoriales. Elle décroît de manière exponentielle à l'approche des pôles. Environ la moitié de l'énergie solaire est réfléchie par la glace, la neige, les océans ou les déserts, et absorbée par les gaz de l'atmosphère. Par exemple, la couche d'ozone de l'atmosphère absorbe presque tout le rayonnement ultraviolet ! Seule la moitié de la lumière qui frappe les feuilles des plantes est utilisée dans la réaction de photosynthèse. Ainsi, la productivité biologique des écosystèmes est le résultat de la conversion d'une partie insignifiante de l'énergie solaire !
Qu'est-ce que la production secondaire ?
En conséquence, les produits secondaires sont appelésla croissance des consommateurs (c'est-à-dire des consommateurs) pendant une certaine période de temps. Bien sûr, la productivité de l'écosystème en dépend dans une bien moindre mesure, mais c'est cette biomasse qui joue le rôle le plus important dans la vie humaine. Il convient de noter que les matières organiques secondaires sont calculées séparément à chaque niveau trophique. Ainsi, les types de productivité des écosystèmes sont divisés en deux types: primaire et secondaire.
Rapport de production primaire et secondaire
Comme vous pouvez le deviner, le rapport entre la biomasse et la masse végétale totale est relativement faible. Même dans la jungle et les marécages, ce chiffre dépasse rarement 6,5 %. Plus il y a de plantes herbacées dans la communauté, plus le taux d'accumulation de matière organique est élevé et plus l'écart est grand.
À propos de la vitesse et du volume de formation de substances organiques
En général, le taux limite de formation de matière organique d'origine primaire dépend entièrement de l'état de l'appareil photosynthétique des plantes (PAR). La valeur maximale de l'efficacité de la photosynthèse, qui a été atteinte dans des conditions de laboratoire, est de 12% de la valeur PAR. Dans des conditions naturelles, une valeur de 5% est considérée comme extrêmement élevée et ne se produit pratiquement pas. On pense que sur Terre, l'assimilation de la lumière solaire ne dépasse pas 0,1 %.
Distribution de production primaire
Il convient de noter que la productivité de l'écosystème naturel est extrêmement inégale à travers la planète. La masse totale de toute la matière organique qui se forme annuellement sursurface de la Terre, est d'environ 150-200 milliards de tonnes. Vous souvenez-vous de ce que nous avons dit sur la productivité des océans ci-dessus ? Ainsi, les 2/3 de cette substance se forment sur terre ! Imaginez: des volumes gigantesques et incroyables de l'hydrosphère forment trois fois moins de matière organique qu'une infime partie de la terre, dont une grande partie est constituée de déserts !
Plus de 90% de la matière organique accumulée sous une forme ou une autre est utilisée comme nourriture pour les organismes hétérotrophes. Seule une infime fraction de l'énergie solaire est stockée sous forme d'humus du sol (ainsi que de pétrole et de charbon, qui se forment encore aujourd'hui). Sur le territoire de notre pays, l'augmentation de la production biologique primaire varie de 20 cents par hectare (près de l'océan Arctique) à plus de 200 cents par hectare dans le Caucase. Dans les zones désertiques, cette valeur ne dépasse pas 20 c/ha.
En principe, sur les cinq continents chauds de notre monde, l'intensité de production est pratiquement la même, presque: en Amérique du Sud, la végétation accumule une fois et demie plus de matière sèche, du fait d'excellentes conditions climatiques. Là, la productivité des écosystèmes naturels et artificiels est maximale.
Qu'est-ce qui nourrit les gens ?
Environ 1,4 milliard d'hectares à la surface de notre planète sont des plantations de plantes cultivées qui nous fournissent de la nourriture. Cela représente environ 10 % de tous les écosystèmes de la planète. Curieusement, mais seulement la moitié des produits qui en résultent vont directement à l'alimentation humaine. Tout le reste est utilisé comme nourriture pour animaux de compagnie et va àles besoins de la production industrielle (non liés à la production de produits alimentaires). Les scientifiques tirent depuis longtemps la sonnette d'alarme: la productivité et la biomasse des écosystèmes de notre planète ne peuvent fournir plus de 50 % des besoins en protéines de l'humanité. En termes simples, la moitié de la population mondiale vit dans des conditions de famine chronique en protéines.
Biocénoses-détenteurs du record
Comme nous l'avons déjà dit, les forêts équatoriales se caractérisent par la productivité la plus élevée. Pensez-y: plus de 500 tonnes de matière sèche peuvent tomber sur un hectare d'une telle biocénose ! Et c'est loin d'être la limite. Au Brésil, par exemple, un hectare de forêt produit de 1200 à 1500 tonnes (!) de matière organique par an ! Pensez-y: il y a jusqu'à deux centièmes de matière organique par mètre carré ! Dans la toundra de la même zone, pas plus de 12 tonnes ne se forment et dans les forêts de la ceinture médiane - moins de 400 tonnes. Les entreprises agricoles de ces régions l'utilisent activement: la productivité d'un écosystème artificiel sous la forme d'un sucre champ de canne à sucre, qui peut accumuler jusqu'à 80 tonnes de matière sèche par hectare, nulle part ailleurs ne peut produire physiquement de tels rendements. Cependant, les baies de l'Orénoque et du Mississippi, ainsi que certaines régions du Tchad, s'en distinguent peu. Ici, pendant un an, les écosystèmes « dégagent » jusqu'à 300 tonnes de substances par hectare de surface !
Résultats
Ainsi, l'évaluation de la productivité doit être effectuée sur la base de la substance primaire. Le fait est que la production secondaire ne dépasse pas 10% de cette valeur, sa valeur fluctue fortement, et donc une analyse détailléecet indicateur est tout simplement impossible.
