Todos os anos, as pessoas estão esgotando cada vez mais os recursos do planeta. Não é de surpreender que recentemente uma avaliação de quantos recursos uma determinada biocenose pode fornecer tenha se tornado de grande importância. Hoje, a produtividade do ecossistema é de importância decisiva na escolha de uma forma de manejo, pois a viabilidade econômica da obra depende diretamente da quantidade de produção que pode ser obtida.
Aqui estão as principais questões que os cientistas enfrentam hoje:
- Quanta energia solar está disponível e quanto é assimilada pelas plantas, como é medida?
- Quais tipos de ecossistemas são os mais produtivos e produzem a maior produção primária?
- Quais fatores limitam a produção primária local e globalmente?
- Qual é a eficiência com que as plantas convertem energia?
- Quais são as diferenças entre eficiênciaassimilação, produção mais limpa e eficiência ambiental?
- Como os ecossistemas diferem na quantidade de biomassa ou no volume de organismos autotróficos?
- Quanta energia está disponível para as pessoas e quanto usamos?
Vamos tentar respondê-las pelo menos parcialmente no âmbito deste artigo. Primeiro, vamos lidar com os conceitos básicos. Assim, a produtividade de um ecossistema é o processo de acúmulo de matéria orgânica em um determinado volume. Que organismos são responsáveis por este trabalho?
Autotróficos e heterótrofos
Sabemos que alguns organismos são capazes de sintetizar moléculas orgânicas a partir de precursores inorgânicos. Eles são chamados de autótrofos, que significa "auto-alimentação". Na verdade, a produtividade dos ecossistemas depende de suas atividades. Autotróficos também são chamados de produtores primários. Os organismos capazes de produzir moléculas orgânicas complexas a partir de substâncias inorgânicas simples (água, CO2) geralmente pertencem à classe das plantas, mas algumas bactérias têm a mesma capacidade. O processo pelo qual eles sintetizam orgânicos é chamado de síntese fotoquímica. Como o nome sugere, a fotossíntese requer luz solar.
Devemos também mencionar a via conhecida como quimiossíntese. Alguns autótrofos, principalmente bactérias especializadas, podem converter nutrientes inorgânicos em compostos orgânicos sem acesso à luz solar. Existem vários grupos de quimiossintéticosbactérias no mar e na água doce, e são especialmente comuns em ambientes com alto teor de sulfeto de hidrogênio ou enxofre. Como as plantas que contêm clorofila e outros organismos capazes de síntese fotoquímica, os organismos quimiossintéticos são autótrofos. No entanto, a produtividade do ecossistema é mais a atividade da vegetação, já que é ela quem é responsável pelo acúmulo de mais de 90% de matéria orgânica. A quimiossíntese desempenha um papel desproporcionalmente menor nisso.
Enquanto isso, muitos organismos só podem obter a energia de que precisam comendo outros organismos. São chamados de heterótrofos. Em princípio, incluem todas as mesmas plantas (elas também “comem” matéria orgânica pronta), animais, micróbios, fungos e microorganismos. Heterotróficos também são chamados de "consumidores".
O papel das plantas
Em regra, a palavra "produtividade" neste caso refere-se à capacidade das plantas de armazenar uma certa quantidade de matéria orgânica. E isso não é surpreendente, pois apenas organismos vegetais podem converter substâncias inorgânicas em orgânicas. Sem eles, a própria vida em nosso planeta seria impossível e, portanto, a produtividade do ecossistema é considerada a partir dessa posição. Em geral, a pergunta é extremamente simples: então quanta matéria orgânica as plantas podem armazenar?
Quais biocenoses são as mais produtivas?
Estranhamente, mas as biocenoses feitas pelo homem estão longe de ser as mais produtivas. Selvas, pântanos, selva de grandes rios tropicais a este respeitoestão muito à frente. Além disso, são essas biocenoses que neutralizam uma enorme quantidade de substâncias tóxicas, que, novamente, entram na natureza como resultado da atividade humana e também produzem mais de 70% do oxigênio contido na atmosfera do nosso planeta. Aliás, muitos livros ainda afirmam que os oceanos da Terra são o "celeiro" mais produtivo. Curiosamente, mas esta afirmação está muito longe da verdade.
Paradoxo do Oceano
Você sabe a que se compara a produtividade biológica dos ecossistemas dos mares e oceanos? Com semi-desertos! Grandes volumes de biomassa são explicados pelo fato de serem extensões de água que ocupam a maior parte da superfície do planeta. Assim, o uso repetidamente previsto dos mares como a principal fonte de nutrientes para toda a humanidade nos próximos anos dificilmente é possível, pois a viabilidade econômica disso é extremamente baixa. No entanto, a baixa produtividade desse tipo de ecossistema em nada diminui a importância dos oceanos para a vida de todos os seres vivos, por isso eles precisam ser protegidos com o maior cuidado possível.
Os ambientalistas modernos dizem que as possibilidades de terras agrícolas estão longe de se esgotarem, e no futuro poderemos obter colheitas mais abundantes delas. Esperanças particulares são colocadas nos campos de arroz, que podem produzir uma enorme quantidade de matéria orgânica valiosa devido às suas características únicas.
Informações básicas sobre a produtividade de sistemas biológicos
Produtividade geral do ecossistemaé determinado pela taxa de fotossíntese e acúmulo de substâncias orgânicas em uma biocenose particular. A massa de matéria orgânica que é criada por unidade de tempo é chamada de produção primária. Pode ser expresso de duas maneiras: em Joules ou na massa seca das plantas. A produção bruta é o volume criado por organismos vegetais em uma determinada unidade de tempo, a uma taxa constante do processo de fotossíntese. Deve-se lembrar que parte dessa substância irá para a atividade vital das próprias plantas. A matéria orgânica restante é a produtividade primária líquida do ecossistema. É ela que vai alimentar os heterótrofos, que incluem você e eu.
Existe um "limite superior" para a produção primária?
Resumindo, sim. Vamos dar uma olhada rápida em quão eficiente o processo de fotossíntese é em princípio. Lembre-se 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. Ela diminui exponencialmente à medida que se aproxima dos pólos. Aproximadamente metade da energia solar é refletida pelo gelo, neve, oceanos ou desertos e absorvida por gases na atmosfera. Por exemplo, a camada de ozônio da atmosfera absorve quase toda a radiação ultravioleta! Apenas metade da luz que atinge as folhas das plantas é usada na reação da fotossíntese. Assim, a produtividade biológica dos ecossistemas é o resultado da conversão de uma parte insignificante da energia do sol!
O que é produção secundária?
Assim, os produtos secundários são chamadoso crescimento de consumidores (ou seja, consumidores) por um determinado período de tempo. É claro que a produtividade do ecossistema depende deles em muito menor grau, mas é essa biomassa que desempenha o papel mais importante na vida humana. Deve-se notar que os orgânicos secundários são calculados separadamente em cada nível trófico. Assim, os tipos de produtividade do ecossistema são divididos em dois tipos: primário e secundário.
Relação de produção primária e secundária
Como você pode imaginar, a proporção de biomassa para a massa total da planta é relativamente baixa. Mesmo na selva e nos pântanos, esse número raramente ultrapassa 6,5%. Quanto mais plantas herbáceas na comunidade, maior a taxa de acúmulo de matéria orgânica e maior a discrepância.
Sobre a taxa e volume de formação de substâncias orgânicas
Em geral, a taxa limitante de formação de matéria orgânica de origem primária depende completamente do estado do aparelho fotossintético das plantas (PAR). O valor máximo de eficiência da fotossíntese, que foi alcançado em condições de laboratório, é de 12% do valor de PAR. Em 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 da produção primária
Deve-se notar que a produtividade do ecossistema natural é extremamente desigual em todo o planeta. A massa total de toda a matéria orgânica que é formada anualmente emsuperfície da Terra, é de cerca de 150-200 bilhões de toneladas. Lembra-se do que dissemos sobre a produtividade dos oceanos acima? Então, 2/3 dessa substância é formada em terra! Imagine: volumes gigantescos e incríveis da hidrosfera formam três vezes menos matéria orgânica do que uma pequena parte da terra, grande parte da qual são desertos!
Mais de 90% da matéria orgânica acumulada de uma forma ou de outra é utilizada como alimento para organismos heterotróficos. Apenas uma pequena fração da energia solar é armazenada na forma de húmus do solo (assim como petróleo e carvão, que estão sendo formados até hoje). No território do nosso país, o aumento da produção biológica primária varia de 20 cêntimos por hectare (perto do Oceano Ártico) a mais de 200 cêntimos por hectare no Cáucaso. Em áreas desérticas, este valor não ultrapassa 20 c/ha.
Em princípio, nos cinco continentes quentes do nosso mundo, a intensidade de 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 alimenta as pessoas?
Aproximadamente 1,4 bilhão de hectares na superfície do nosso planeta são plantações de plantas cultivadas que nos fornecem alimentos. Isso é aproximadamente 10% de todos os ecossistemas do planeta. Curiosamente, mas apenas metade dos produtos resultantes vão diretamente para a alimentação humana. Todo o resto é usado como ração para animais de estimação e vai paraas necessidades da produção industrial (não relacionadas com a produção de produtos alimentares). Os cientistas soam o alarme há muito tempo: a produtividade e a biomassa dos ecossistemas do nosso planeta não podem fornecer mais de 50% das necessidades de proteína da humanidade. Simplificando, metade da população mundial vive em condições de fome crônica de proteínas.
Biocenoses-recordistas
Como já dissemos, as florestas equatoriais são caracterizadas pela maior produtividade. Basta pensar: mais de 500 toneladas de matéria seca podem cair em um hectare de tal biocenose! E isso está longe do limite. No Brasil, por exemplo, um hectare de floresta produz de 1.200 a 1.500 toneladas (!) de matéria orgânica por ano! Basta pensar: há até dois centavos de matéria orgânica por metro quadrado! Na tundra na mesma área, não mais de 12 toneladas são formadas e nas florestas do cinturão médio - dentro de 400 toneladas. As empresas agrícolas nessas partes usam ativamente isso: a produtividade de um ecossistema artificial na forma de açúcar canavial, que pode acumular até 80 toneladas de matéria seca por hectare, em nenhum outro lugar pode produzir fisicamente tais rendimentos. No entanto, as baías do Orinoco e do Mississippi, bem como algumas áreas do Chade, diferem pouco delas. Aqui, por um ano, os ecossistemas “distribuem” até 300 toneladas de substâncias por hectare de área!
Resultados
Assim, a avaliação da produtividade deve ser realizada com base na substância primária. O fato é que a produção secundária não passa de 10% desse valor, seu valor oscila muito e, portanto, uma análise detalhadaeste indicador é simplesmente impossível.
