Setiap tahun, orang semakin menghabiskan sumber daya planet ini. Tidak mengherankan bahwa baru-baru ini penilaian tentang berapa banyak sumber daya yang dapat disediakan oleh biocenosis tertentu menjadi sangat penting. Saat ini, produktivitas ekosistem sangat menentukan dalam memilih cara pengelolaan, karena kelayakan ekonomi dari pekerjaan secara langsung tergantung pada jumlah produksi yang dapat diperoleh.
Berikut adalah pertanyaan utama yang dihadapi para ilmuwan hari ini:
- Berapa banyak energi matahari yang tersedia dan berapa banyak yang diasimilasi oleh tanaman, bagaimana cara mengukurnya?
- Jenis ekosistem apa yang paling produktif dan menghasilkan produksi primer paling banyak?
- Faktor apa yang membatasi produksi primer secara lokal dan global?
- Berapa efisiensi yang digunakan tanaman untuk mengubah energi?
- Apa perbedaan antara efisiensiasimilasi, produksi bersih dan efisiensi lingkungan?
- Bagaimana ekosistem berbeda dalam jumlah biomassa atau volume organisme autotrofik?
- Berapa banyak energi yang tersedia untuk orang-orang dan berapa banyak yang kita gunakan?
Kami akan mencoba menjawabnya setidaknya sebagian dalam kerangka artikel ini. Pertama, mari kita berurusan dengan konsep dasar. Jadi, produktivitas suatu ekosistem adalah proses akumulasi bahan organik dalam volume tertentu. Organisme apa yang bertanggung jawab untuk pekerjaan ini?
Autotrof dan heterotrof
Kita tahu bahwa beberapa organisme mampu mensintesis molekul organik dari prekursor anorganik. Mereka disebut autotrof, yang berarti "makan sendiri". Sebenarnya produktivitas suatu ekosistem tergantung pada aktivitasnya. Autotrof juga disebut sebagai produsen primer. Organisme yang mampu menghasilkan molekul organik kompleks dari zat anorganik sederhana (air, CO2) paling sering termasuk dalam kelas tumbuhan, tetapi beberapa bakteri memiliki kemampuan yang sama. Proses di mana mereka mensintesis organik disebut sintesis fotokimia. Seperti namanya, fotosintesis membutuhkan sinar matahari.
Kita juga harus menyebutkan jalur yang dikenal sebagai kemosintesis. Beberapa autotrof, terutama bakteri khusus, dapat mengubah nutrisi anorganik menjadi senyawa organik tanpa akses ke sinar matahari. Ada beberapa kelompok kemosintetikbakteri di laut dan air tawar, dan mereka sangat umum di lingkungan dengan kandungan hidrogen sulfida atau belerang yang tinggi. Seperti tanaman yang mengandung klorofil dan organisme lain yang mampu melakukan sintesis fotokimia, organisme kemosintetik adalah autotrof. Namun, produktivitas ekosistem lebih merupakan aktivitas vegetasi, karena dialah yang bertanggung jawab atas akumulasi lebih dari 90% bahan organik. Kemosintesis memainkan peran yang jauh lebih kecil dalam hal ini.
Sementara itu, banyak organisme hanya bisa mendapatkan energi yang mereka butuhkan dengan memakan organisme lain. Mereka disebut heterotrof. Pada prinsipnya, ini termasuk semua tanaman yang sama (mereka juga "memakan" bahan organik yang sudah jadi), hewan, mikroba, jamur, dan mikroorganisme. Heterotrof juga disebut "konsumen".
Peran tanaman
Sebagai aturan, kata "produktivitas" dalam hal ini mengacu pada kemampuan tanaman untuk menyimpan sejumlah bahan organik. Dan ini tidak mengherankan, karena hanya organisme tumbuhan yang dapat mengubah zat anorganik menjadi zat organik. Tanpa mereka, kehidupan itu sendiri di planet kita tidak mungkin, dan oleh karena itu produktivitas ekosistem dipertimbangkan dari posisi ini. Secara umum, pertanyaannya sangat sederhana: jadi berapa banyak bahan organik yang dapat disimpan tanaman?
Biocenosis mana yang paling produktif?
Anehnya, tetapi biocenosis buatan manusia jauh dari yang paling produktif. Hutan, rawa, selva sungai tropis besar dalam hal inijauh di depan. Selain itu, biocenosis inilah yang menetralkan sejumlah besar zat beracun, yang, sekali lagi, memasuki alam sebagai hasil dari aktivitas manusia, dan juga menghasilkan lebih dari 70% oksigen yang terkandung di atmosfer planet kita. Omong-omong, banyak buku teks masih menyatakan bahwa lautan di Bumi adalah "keranjang roti" yang paling produktif. Anehnya, tetapi pernyataan ini sangat jauh dari kebenaran.
Paradoks Laut
Tahukah Anda dengan apa produktivitas biologis ekosistem laut dan samudera dibandingkan? Dengan semi-gurun! Volume besar biomassa dijelaskan oleh fakta bahwa hamparan air menempati sebagian besar permukaan planet. Jadi penggunaan laut yang diprediksi berulang kali sebagai sumber nutrisi utama bagi seluruh umat manusia di tahun-tahun mendatang hampir tidak mungkin, karena kelayakan ekonominya sangat rendah. Namun demikian, rendahnya produktivitas ekosistem jenis ini sama sekali tidak mengurangi arti penting laut bagi kehidupan semua makhluk hidup, sehingga perlu dilindungi secermat mungkin.
Pemerhati lingkungan modern mengatakan bahwa kemungkinan lahan pertanian jauh dari habis, dan di masa depan kita akan bisa mendapatkan panen yang lebih melimpah dari mereka. Harapan khusus ditempatkan pada sawah, yang dapat menghasilkan sejumlah besar bahan organik berharga karena karakteristiknya yang unik.
Informasi dasar tentang produktivitas sistem biologis
Produktivitas ekosistem secara keseluruhanditentukan oleh laju fotosintesis dan akumulasi zat organik dalam biocenosis tertentu. Massa bahan organik yang dibuat per satuan waktu disebut produksi primer. Ini dapat dinyatakan dalam dua cara: baik dalam Joule, atau dalam massa kering tanaman. Produksi kotor adalah volumenya yang dibuat oleh organisme tumbuhan dalam satuan waktu tertentu, dengan laju proses fotosintesis yang konstan. Harus diingat bahwa bagian dari zat ini akan digunakan untuk aktivitas vital tanaman itu sendiri. Bahan organik yang tersisa adalah produktivitas primer bersih ekosistem. Dialah yang memberi makan heterotrof, termasuk Anda dan saya.
Apakah ada "batas atas" untuk produksi primer?
Singkatnya, ya. Mari kita lihat sekilas seberapa efisien proses fotosintesis pada prinsipnya. Ingatlah bahwa intensitas radiasi matahari yang mencapai permukaan bumi sangat tergantung pada lokasi: pengembalian energi maksimum adalah karakteristik dari zona khatulistiwa. Ini berkurang secara eksponensial saat mendekati kutub. Sekitar setengah dari energi matahari dipantulkan oleh es, salju, lautan atau gurun, dan diserap oleh gas di atmosfer. Misalnya, lapisan ozon di atmosfer menyerap hampir semua radiasi ultraviolet! Hanya setengah dari cahaya yang mengenai daun tanaman digunakan dalam reaksi fotosintesis. Jadi produktivitas biologis ekosistem adalah hasil konversi sebagian kecil energi matahari!
Apa itu produksi sekunder?
Oleh karena itu, produk sekunder disebutpertumbuhan konsumen (yaitu, konsumen) untuk jangka waktu tertentu. Tentu saja, produktivitas ekosistem bergantung pada mereka pada tingkat yang jauh lebih rendah, tetapi biomassa inilah yang memainkan peran paling penting dalam kehidupan manusia. Perlu dicatat bahwa organik sekunder dihitung secara terpisah pada setiap tingkat trofik. Dengan demikian, jenis produktivitas ekosistem dibagi menjadi dua jenis: primer dan sekunder.
Rasio produksi primer dan sekunder
Seperti yang Anda duga, rasio biomassa terhadap total massa tanaman relatif rendah. Bahkan di hutan dan rawa, angka ini jarang melebihi 6,5%. Semakin banyak tanaman herba di masyarakat, semakin tinggi laju akumulasi bahan organik dan semakin besar perbedaannya.
Tentang laju dan volume pembentukan zat organik
Secara umum, kecepatan membatasi pembentukan bahan organik asal primer sepenuhnya bergantung pada keadaan aparatus fotosintesis tanaman (PAR). Nilai maksimum efisiensi fotosintesis yang dicapai pada kondisi laboratorium adalah sebesar 12% dari nilai PAR. Dalam kondisi alami, nilai 5% dianggap sangat tinggi dan praktis tidak terjadi. Dipercaya bahwa asimilasi sinar matahari di Bumi tidak melebihi 0,1%.
Distribusi produksi primer
Perlu dicatat bahwa produktivitas ekosistem alam sangat tidak merata di seluruh planet ini. Massa total semua bahan organik yang terbentuk setiap tahun padapermukaan bumi, adalah sekitar 150-200 miliar ton. Ingat apa yang kami katakan tentang produktivitas lautan di atas? Jadi, 2/3 dari zat ini terbentuk di darat! Bayangkan saja: volume hidrosfer yang sangat besar dan luar biasa membentuk bahan organik tiga kali lebih sedikit daripada sebagian kecil daratan, sebagian besar adalah gurun!
Lebih dari 90% bahan organik yang terakumulasi dalam satu atau lain bentuk digunakan sebagai makanan bagi organisme heterotrofik. Hanya sebagian kecil energi matahari yang disimpan dalam bentuk humus tanah (serta minyak dan batu bara, yang masih terbentuk hingga hari ini). Di wilayah negara kita, peningkatan produksi biologis primer bervariasi dari 20 sen per hektar (dekat Samudra Arktik) hingga lebih dari 200 sen per hektar di Kaukasus. Di daerah gurun, nilai ini tidak melebihi 20 c/ha.
Pada prinsipnya, di lima benua hangat di dunia kita, intensitas produksi hampir sama, hampir: di Amerika Selatan, vegetasi mengakumulasi satu setengah kali lebih banyak bahan kering, karena kondisi iklim yang sangat baik. Di sana, produktivitas ekosistem alam dan buatan bisa maksimal.
Apa yang memberi makan orang?
Sekitar 1,4 miliar hektar di permukaan planet kita adalah perkebunan tanaman budidaya yang memberi kita makanan. Ini adalah sekitar 10% dari semua ekosistem di planet ini. Anehnya, tetapi hanya setengah dari produk yang dihasilkan langsung ke makanan manusia. Segala sesuatu yang lain digunakan sebagai makanan hewan peliharaan dan pergi kekebutuhan produksi industri (tidak berhubungan dengan produksi produk pangan). Para ilmuwan telah membunyikan alarm untuk waktu yang lama: produktivitas dan biomassa ekosistem planet kita dapat menyediakan tidak lebih dari 50% kebutuhan manusia akan protein. Sederhananya, setengah dari populasi dunia hidup dalam kondisi kelaparan protein kronis.
Biocenosis-pemegang rekor
Seperti yang telah kami katakan, hutan khatulistiwa dicirikan oleh produktivitas tertinggi. Pikirkan saja: lebih dari 500 ton bahan kering dapat jatuh pada satu hektar biocenosis seperti itu! Dan ini jauh dari batas. Di Brasil, misalnya, satu hektar hutan menghasilkan 1200 hingga 1500 ton (!) bahan organik per tahun! Bayangkan saja: ada hingga dua sen bahan organik per meter persegi! Di tundra di area yang sama, tidak lebih dari 12 ton terbentuk, dan di hutan sabuk tengah - dalam 400 ton Perusahaan pertanian di bagian tersebut secara aktif menggunakan ini: produktivitas ekosistem buatan dalam bentuk gula ladang tebu, yang dapat mengakumulasi hingga 80 ton bahan kering per hektar, tidak ada tempat lain yang secara fisik dapat menghasilkan hasil seperti itu. Namun, teluk Orinoco dan Mississippi, serta beberapa daerah di Chad, sedikit berbeda dari mereka. Di sini, selama setahun, ekosistem “memberikan” hingga 300 ton zat per hektar area!
Hasil
Dengan demikian, evaluasi produktivitas harus dilakukan atas dasar substansi utama. Faktanya adalah bahwa produksi sekunder tidak lebih dari 10% dari nilai ini, nilainya sangat berfluktuasi, dan oleh karena itu analisis terperinciindikator ini tidak mungkin.
