11 класс. Биология. Понятие продуктивности экосистем

Комментарии преподавателя

 Определение термина «продуктивность»

Про­дук­тив­ность – это свой­ство ор­га­низ­ма пре­об­ра­зо­вы­вать неор­га­ни­че­ское ве­ще­ство в свою био­мас­су.

 Определение термина «биомасса»

Био­мас­са – это со­во­куп­ность ор­га­ни­че­ско­го ве­ще­ства всех ор­га­низ­мов. Вы­де­ля­ют две формы био­мас­сы: живуюи нежи­вую(на­при­мер, кора и дре­ве­си­на).

Чаще всего про­дук­тив­ность рас­счи­ты­ва­ют на еди­ни­цу пло­ща­ди эко­си­сте­мы

 Первичная продукция

Про­дук­тив­ность – это при­рост био­мас­сы за еди­ни­цу вре­ме­ни.

Вы­де­ля­ют пер­вич­ную и вто­рич­ную про­дук­цию.

Пер­вич­ная про­дук­ция – био­мас­са про­ду­цен­та, на­коп­лен­ная в ре­зуль­та­те фо­то­син­те­за или хе­мо­син­те­за.

 Вторичная продукция

Вто­рич­ная про­дук­ция – сум­мар­ная био­мас­са кон­су­мен­тов и ре­ду­цен­тов.

Вся про­дук­тив­ность на­зем­ных и аб­со­лют­но­го боль­шин­ства вод­ных эко­си­стем обес­пе­чи­ва­ет­ся сол­неч­ной энер­ги­ей.

Ав­то­троф­ные фо­то­син­те­ти­че­ские ор­га­низ­мы непо­сред­ствен­но ис­поль­зу­ют сол­неч­ную энер­гию для син­те­за ор­га­ни­че­ско­го ве­ще­ства, а ге­те­ро­троф­ные ор­га­низ­мы ис­поль­зу­ют го­то­вое ор­га­ни­че­ское ве­ще­ство, син­те­зи­ро­ван­ное с по­мо­щью сол­неч­ной энер­гии или энер­гии хи­ми­че­ских ре­ак­ций. Неболь­шой вклад вно­сят хе­мо­син­те­ти­ки, но они, как про­ду­цен­ты, иг­ра­ют роль в экс­тре­маль­ных ме­сто­оби­та­ни­ях (на­при­мер, в толще земли или дне оке­а­на).

Лишь часть энер­гии света, по­па­да­ю­щая на зем­ную по­верх­ность, может быть ис­поль­зо­ва­на про­ду­цен­та­ми. Из ко­рот­ко­вол­но­во­го из­лу­че­ния 44% света ис­поль­зу­ет­ся фо­то­тро­фа­ми в про­цес­се фо­то­син­те­за.

 Определение термина «ФАР»

Эта часть спек­тра на­зы­ва­ет­ся фо­то­син­те­ти­че­ской ра­ди­а­ци­ей, или ФАР. Но и ФАР ис­поль­зу­ет­ся не пол­но­стью, по­то­му что часть сол­неч­ных лучей по­па­да­ет на по­верх­ность, где нет рас­те­ний, а лучи, по­пав­шие на рас­те­ния, могут от­ра­жать­ся или про­хо­дить его на­сквозь.

Около 25% ФАР на­кап­ли­ва­ет­ся в виде ор­га­ни­че­ско­го ве­ще­ства рас­те­ний. При этом около 50% на­коп­лен­но­го ве­ще­ства в уме­рен­ной зоне ис­поль­зу­ет­ся са­ми­ми рас­те­ни­я­ми для ды­ха­ния и пре­вра­ща­ет­ся в уг­ле­кис­лый газ. Для тро­пи­че­ских фи­то­це­но­зов эта ве­ли­чи­на до­хо­дит до 80%.

 Валовая первичная продукция

Вся био­мас­са, по­лу­чен­ная в ре­зуль­та­те фо­то­син­те­за, на­зы­ва­ет­сява­ло­вой пер­вич­ной про­дук­ци­ей.

 Чистая первичная продукция

Часть био­мас­сы, ко­то­рая не была из­рас­хо­до­ва­на на ды­ха­ние, а пошла на стро­и­тель­ство функ­ци­о­наль­ных ча­стей рас­те­ний, на­зы­ва­ет­ся чи­стой пер­вич­ной про­дук­ци­ей.

Для кон­су­мен­тов до­ступ­на толь­ко чи­стая пер­вич­ная про­дук­ция.

Про­дук­тив­ность эко­си­стем за­ви­сит от тем­пе­ра­ту­ры, по­то­му что тем­пе­ра­ту­ра свя­за­на с ин­тен­сив­но­стью сол­неч­ной ра­ди­а­ции. Ве­ли­чи­на чи­стой пер­вич­ной про­дук­ции умень­ша­ет­ся от линии от эк­ва­то­ра к по­лю­сам. При вы­со­кой тем­пе­ра­ту­ре ли­ми­ти­ру­ю­щим фак­то­ром яв­ля­ет­ся до­ступ­ность воды. По­это­му при одной и той же тем­пе­ра­ту­ре эко­си­сте­ма, ко­то­рая лучше снаб­же­на водой, будет про­дук­тив­нее, чем эко­си­сте­ма в более сухом месте.

Мак­си­маль­ная про­дук­тив­ность эко­си­стем тро­пи­че­ских лесов, ко­то­рые за­ни­ма­ют менее 5% по­верх­но­сти Земли, но про­из­во­дят около 30% чи­стой пер­вич­ной про­дук­ции на пла­не­те (рис. 1).

Рис. 1. Общий вид тро­пи­че­ско­го леса – самой про­дук­тив­ной на­зем­ной эко­си­сте­мы Земли

До­ста­точ­но вы­со­ка про­дук­тив­ность лесов уме­рен­ной зоны, за­ни­мая 2,5% по­верх­но­сти Земли, они про­из­во­дят 10% чи­стой пер­вич­ной про­дук­ции пла­не­ты. За­мет­но ниже про­дук­тив­ность се­вер­ных лесов, са­ванн и степи (см. видео).

Самая низ­кая про­дук­тив­ность у пу­стынь, а также тундр. Вме­сте они за­ни­ма­ют около 10% всей зем­ной по­верх­но­сти, но про­из­во­дят всего около 1% сум­мар­ной био­мас­сы (см. видео).

За­мет­ный вклад в фор­ми­ро­ва­ние пер­вич­ной про­дук­ции вно­сят про­ду­цен­ты Ми­ро­во­го оке­а­на. Пер­вич­ная про­дук­ция Ми­ро­во­го оке­а­на со­став­ля­ет около 30% от всей про­дук­ции пла­не­ты. То есть при­бли­зи­тель­но столь­ко же, сколь­ко про­из­во­дят тро­пи­че­ские леса, но Ми­ро­вой океан за­ни­ма­ет три чет­вер­ти по­верх­но­сти Земли.

Таким об­ра­зом, от­но­си­тель­ная про­дук­тив­ность от­кры­то­го оке­а­на ниже, чем у лес­ных си­стем.

Неко­то­рый вклад в общую про­дук­цию вно­сят про­ду­цен­ты прес­ных вод. Про­дук­тив­ность всех рек и озер в несколь­ко раз ниже, чем про­дук­тив­ность болот.

По от­но­си­тель­ной про­дук­тив­но­сти бо­ло­та об­го­ня­ют боль­шин­ство эко­си­стем, усту­пая толь­ко влаж­ным лесам (рис. 2).

Рис. 2. Бо­ло­то – один из наи­бо­лее про­дук­тив­ных био­це­но­зов, усту­па­ю­щий по пер­вич­ной про­дук­ции толь­ко тро­пи­че­ским лесам

Че­ло­век все мень­ше за­ви­сит от про­дук­тив­но­сти есте­ствен­ных фи­то­це­но­зов и все боль­ше ори­ен­ти­ру­ет­ся на про­дук­тив­ность воз­де­лы­ва­е­мых полей. Сум­мар­ное ко­ли­че­ство аг­ро­це­но­зов со­по­ста­ви­мо с про­дук­ци­ей се­вер­ных лесов. При этом про­дук­тив­ность раз­ных аг­ро­це­но­зов очень силь­но от­ли­ча­ет­ся друг от друга.

 Структура ФАР

Рас­те­ния ис­поль­зу­ют для фо­то­син­те­за очень узкий спектр сол­неч­ной энер­гии. Ак­ти­ви­ру­ют рас­ти­тель­ные пиг­мен­ты лучи с дли­ной волн от 380 до 760 нм. Этот спектр нерав­но­мер­но ис­поль­зу­ет­ся рас­те­ни­я­ми.

Для фо­то­син­те­за боль­шое зна­че­ние имеют крас­но-оран­же­вые лучи с дли­ной волны 600–700 нм и фи­о­ле­то­во-го­лу­бые с дли­ной волны 400–500 нм. Наи­мень­шее зна­че­ние имеют жел­то-зе­ле­ные 500–600 нм (рис. 3).

Рис. 3. Пики по­гло­ще­ния света с раз­ной дли­ной волны фо­то­син­те­зи­ру­ю­щи­ми пиг­мен­та­ми

Лучи, раз­но­го спек­тра имеют раз­ную про­ни­ца­е­мость в воде, по­это­му во­до­рос­ли вы­нуж­де­ны ис­поль­зо­вать толь­ко ту часть ФАР, ко­то­рая до них до­хо­дит. По­это­му во­до­рос­ли часто могут быть не зе­ле­ны­ми, а бу­ры­ми или крас­ны­ми (см. видео).

 Связь температуры и урожая

Вы­со­кая про­дук­тив­ность эко­си­стем в жар­ком кли­ма­те свя­за­на не толь­ко с по­вы­шен­ной ин­тен­сив­но­стью фо­то­син­те­за, но и с удли­не­ни­ем срока ве­ге­та­ции. В жар­ких ре­ги­о­нах рас­те­ния не сбра­сы­ва­ют ли­стья и не впа­да­ют в со­сто­я­ние покоя на зиму, а про­дол­жа­ют фо­то­син­те­зи­ро­вать круг­лый год. По­это­му на полях Ирана и Егип­та сни­ма­ют не один уро­жай, а два или три (см. видео).

 Продукция кислорода

Че­ло­век все мень­ше за­ви­сит от уро­жай­но­сти при­род­ных био­це­но­зов, но все боль­ше за­ви­сит от вы­ра­ба­ты­ва­е­мо­го ими кис­ло­ро­да. Мак­си­маль­ная про­дук­ция кис­ло­ро­да на­блю­да­ет­ся для лесов уме­рен­но­го и бо­ре­аль­но­го по­я­сов. Про­дук­тив­ность лесов тро­пи­че­ско­го пояса го­раз­до выше, но боль­шую часть кис­ло­ро­да они сами же ис­поль­зу­ют для ды­ха­ния. По­это­му, на­сто­я­щие лег­кие пла­не­ты – это не тро­пи­че­ские леса, а тайга.

Также боль­шое зна­че­ние в кру­го­во­ро­те кис­ло­ро­да имеют вод­ные эко­си­сте­мы, осо­бен­но фи­то­планк­тон оке­а­на, ак­тив­но про­из­во­дя­щий кис­ло­род, ко­то­рый из-за ко­рот­ко­го жиз­нен­но­го цикла не успе­ва­ет упо­тре­бить.

Таким об­ра­зом, вы по­зна­ко­ми­лись с по­ня­ти­ем про­дук­тив­ность и вы­яс­ни­ли, как про­дук­тив­ность эко­си­стем за­ви­сит от раз­ных фак­то­ров среды.

источник конспекта - http://interneturok.ru/ru/school/biology/11-klass/undefined/ponyatie-produktivnosti-ekosistem

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=45PfCUMH6Zk

источник презентации- http://www.myshared.ru/slide/download/

Файлы

Нет дополнительных материалов для этого занятия.