Повна версія

Головна arrow Екологія arrow Теорія систем в екології

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

Біологічна продуктивність екологічних систем

Завдання вивчення продуктивності полягає у з'ясуванні швидкості, з якою різні біосистеми за тих чи інших умов синтезують (чи можуть синтезувати) подібну собі речовину, використовуючи для цього асимільовані сполуки та енергію. Будь-яка біологічна система існує лише за неперервного обміну речовин з навколишнім середовищем.

Продуктивність біологічної системи – її здатність виробляти подібну собі речовину. Всі біосистеми характеризуються продуктивністю, і системи одного типу порівнюють за рівнем продуктивності (швидкістю продукування), про що роблять висновки за величинами продукційних показників. До основних продукційних показників належать продукція та питома продукція (Заїка, 1983).

Продукція (Р) – вся вироблена даною біосистемою за даний відрізок часу речовина з урахуванням витрат на обмін. Зазвичай мається на увазі органічна речовина, синтезована системою, але оцінка продукції найчастіше здійснюється в термінах "живої маси", включаючи скелетні та інші подібні утворення.

Крім потоків енергії і кругообігів речовин, екосистемам притаманні розвинені інформаційні мережі, які включають потоки фізичних і хімічних сигналів, що забезпечують взаємозв'язки елементів системи між собою і функціювання її як єдиного цілого. Саме тому є всі підстави вважати, що екосистеми мають кібернетичну природу. Проте необхідно підкреслити, що на відміну від створених людиною кібернетичних пристроїв її управляючі функції зосереджені всередині неї дифузно (а не спрямовані назовні й спеціалізовані).

Оскільки будь-яка реальна біосистеми відтворює себе безперервно, то при кількісній оцінці продукції виникає питання про даний відрізок часу, для якого оцінюється продукція біосистеми. Причому цей період часу повинен вибиратися так, щоб була можливість оцінити особливості функціонування системи в часі й порівняти її з іншими системами.

Для детального вивчення продукційного процесу в біосистем) необхідно одержати інформацію в масштабі часу (доба, місяць або рік), характерному для індивідуального існування системи та її основних компонентів. Для видів із коротким життєвим циклом (1-2 роки) з метою порівняння найзручніше використовувати як основну одиницю часу добу. Оскільки продукція вимірюється або обчислюється за певний період часу, що беруть за одиницю, вона може одночасно розглядатися і як швидкість продукції (швидкість продукування). Хоча ці визначення можна розглядати як синоніми, але у ряді випадків, наприклад коли вивчається залежність місячної продукції від мінливості добової, зручніше користуватися поняттям швидкості продукції.

Крім тимчасових, продукція має також просторові межі. Вона оцінюється для біосистем або в природних межах, або з розрахунку на одиницю простору (об'єму або площі). Так вивчають продукцію популяцій у їх ареалах, співтовариств у межах їх біотопів, на квадратному метрі поверхні, в кубометрі води.

Питома продукція (С) – продукція за одиницю часу в перерахунку на одиницю біомаси (В) продукуючої біосистеми. Причому розрахунок питомої продукції проводиться обов'язково на одиницю середньої біомаси. Залежно від обраної одиниці часу одержують годинну, добову, місячну питому продукцію. Найбільш прийнятним порівняльним показником є добова питома продукція, причому порівнюватися можуть лише системи одного типу: особини з особинами, популяції з популяціями.

Величина продукції – функція питомої продукції та біомаси системи. Знання динаміки біомаси і характеру змін питомої продукції дозволяє легко оцінити продукцію. Вивчення закономірностей, що визначають рівень питомої продукції систем, є ключем до вирішення багатьох питань продуктивності.

Згідно із загальним визначенням продукції ця величина визначається таким чином:

(2.1)

де – початкова та кінцева біомаси; – сумарна елімінація біомаси; – продукція популяції за час /.

Диференціюючи це рівняній, перейдемо до опису швидкості процесів:

(2.2)

Таким чином, швидкість утворення продукції дорівнює сумі швидкостей зміни біомаси та елімінації. Продукція за період часу () чисельно дорівнює певному інтегралу цього рівняння:

(2.3)

Питому продукцію розраховують за формулою

(2.4)

За рівнянням можна розрахувати питому продукцію для всього досліджуваного періоду, або для будь-якої його частини. Для порівняння краще визначати добову продукцію, для чого одержану величину потрібно розділити иа число діб /, при цьому С матиме розмірність доби-1:

(2.5)

Знання законів мінливості С дає можливість більш повно порівнювати продуктивність популяцій і прогнозувати продукцію. Якщо рівень С зберігається протягом певного періоду часу, то при порівнянній біомасі популяція з більшою біомасою дасть більше продукції. Отже, проводити оцінку продукції можна лише за біомасою, користуючись середніми значеннями С, яка повинна обчислюватися як відношення продукції до середньої біомаси.

Як приклад визначимо, яка площа культурного біоценозу з біопродуктивністю 800 г/рік сухої біомаси з кожного м2 зможе прогодувати 1 людину масою 70 кг (з них 63 % становить вода). Для розв'язання цієї задачі спочатку побудуємо ланцюг живлення культурного біоценозу:

рослини (конюшина) → консументи І порядку (теля) → людина.

Потім визначимо частку сухої органічної речовини в тілі людини:

70 кг • (100 %-63 %)/100 % = 25,9 кг.

Ураховуючи, що в середньому передається на кожній ланці 10 % енергії, тоді щоб прогодуватися людині масою 25,9 кг сухої речовини потрібно 259 кг м'яса або 2590 кг конюшини площею біоценозу 2590 кг10,8 кг/ м2 = 3237,5 м2.

 
<<   ЗМІСТ   >>