Основные показатели продуктивности

Продуктивность биологической системы – ее способность производить подобное себе вещество.

Продукция (Р) есть все произведенное данной биосистемой за рассматриваемое время вещество с вычетом трат на обмен независимо от того, находится ли оно в конце исследуемого периода в системе или элиминировано.

Для детального изучения продукционного процесса в биосистеме необходимо получить информацию в масштабе времени (сутки, месяц или год), характерном для индивидуального существования системы и ее основных компонентов.

Помимо временных продукция имеет также пространственные границы. Она оценивается для биосистем либо в естественных границах, либо в расчете на единицу пространства (объема или площади). Так изучают продукцию популяций в их ареалах, сообществ в границах их биотопов, на квадратном метре поверхности, в кубометре воды.

Удельная продукция (С) – продукция за единицу времени в пересчете на единицу биомассы (В) продуцирующей биосистемы. Причем расчет удельной продукции производится обязательно на единицу средней биомассы. В зависимости от выбранной единицы времени получают часовую, суточную, месячную удельную продукцию. Наиболее приемлемым сравнительным показателем является суточная удельная продукция, причем сравниваться могут только системы одного типа: особи с особями, популяции с популяциями.

Величина продукции – функция удельной продукции и биомассы системы. Знание динамики биомассы и характера изменений удельной продукции позволяет легко оценить продукцию. Изучение закономерностей, определяющих уровень удельной продукции систем, является ключом к решению многих вопросов продуктивности.

Согласно общему определению продукции данная величина определяется следующим образом:

Р_t= В₂-В₁+В_е, (6.1)

где В_1, В₂ – начальная и конечная биомасса, В_е – суммарная элиминация биомассы, Р_t – продукция популяции за время t.

Дифференцируя это уравнение, перейдем к описанию скорости процессов:

. (6.2)

Таким образом, скорость образования продукции равна сумме скоростей изменения биомассы и элиминации. Продукция за период времени (t₂-t₁) численно равна определенному интегралу уравнения (6.2):

. (6.3)

Удельная продукция рассчитывается по формуле

. (6.4)

По уравнению (6.4) можно рассчитать удельную продукцию для всего исследуемого периода, либо для любой его части. В целях сравнения лучше определять суточную продукцию С, для чего полученную по (6.4) величину следует разделить на число суток t, при этом С будет иметь размерность сутки^-1:

. (6.5)

Знание законов изменчивости С дает возможность более полно сравнивать продуктивность популяций и прогнозировать продукцию.

Другим важным показателем при изучении продуктивности водоемов является первичная продукция. Первичная продукция – это количество органического вещества, новообразованного за определенное время автотрофными организмами. Преобладающая часть органического вещества в водных экосистемах создается при фотосинтезе планктона, состоящего преимущественно из одноклеточных растительных организмов.

Следующие за первичной продукцией этапы продукционного процесса в экосистеме сопровождаются трансформацией новообразованного органического вещества гетеротрофными организмами, которая приводит к аккумуляции органических веществ в телах бактерий и животных организмов с одновременной минерализацией части его при дыхании. Таким образом, органическое вещество фитопланктона служит источником пищи гетеротрофных организмов.

К важнейшим показателям первичной продукции планктона относятся:

· суточная продукция (фотосинтез) на глубине с оптимальными световыми условиями;

· суточная продукция под 1 м² поверхности;

· сезонная или годовая продукция фитопланктона.

Существует два подхода к оценке продукционных показателей. Во-первых, продукцию можно определить, пользуясь различными сочетаниями физиологических и экологических данных (таких как скорость роста и размножения особей, возрастная структура популяции, динамика численности и биомассы, скорость элиминации), причем каждый из перечисленных показателей в отдельности не дает представления о продукции. Следовательно, они являются исходными данными, основываясь на которых можно рассчитать продукцию с помощью различных схем расчета. Этот метод называется расчетным.

Во-вторых, изыскиваются возможности непосредственного измерения скорости синтеза органических веществ либо пропорциональных ей величин. Этот подход считается основанным на прямом методе изучения продукции. Метод прямого изучения продукции предпочтительнее кропотливого сбора эколого-физиологических данных с последующим сложным расчетом продукции. Преимущества прямого метода очевидны на примере работ по первичной продукции. Разработка относительно простых и быстрых прямых методов (особенно радиоуглеродного) измерения продукции фотосинтезирующих растений привела к быстрому накоплению значительного количества данных. Эти методы позволили оценивать продукцию целого трофического уровня, состоящего из большого числа популяций.

Расчетный метод изучения продукции имеет свои достоинства: он приводит к четкому выявлению взаимосвязи между основными эколого-физиологическими характеристиками популяции и сообщества. В результате облегчается задача объяснения и прогнозирования продуктивности в тех или иных условиях.

К настоящему времени по-разному сложилось изучение продуктивности фито-, бактерио- и зоопланктона. В области первичной продукции преобладают прямые методы исследований продукции всего трофического уровня продуцентов в целом, но появляются тенденции изучения продуктивности отдельных видовых популяций (прямым и расчетными методами).

Первая схема расчета продукции. К этой схеме относятся расчеты по выходу системы, когда продукция оценивается как изменение наличной биомассы плюс элиминированная биомасса. Расчет производится по уравнению (6.1).

Вторая схема расчета продукции. Оценка продукции как разность между скоростью ассимиляции пищи популяцией и скоростью трат на обмен. Это способ почти не используется для расчетов, поскольку определить скорость суммарной ассимиляции пищи в популяции довольно трудно, но за ним сохраняется важное общее значение, что становится очевидным при теоретическом анализе продукционного процесса в системах различной сложности, от особи до биоценоза.

Третья схема расчета продукции. К этой схеме относятся все способы расчета, основанные на использовании данных по росту особей и возрастной структуре популяции. Она получила наибольшее применение Исходными данными для расчета продукции по этой схеме являются: приросты массы особей разного возраста; возрастная структура популяции; масса отрожденного потомства (если она не учтена как часть прироста массы самок); средняя биомасса популяции.

Четвертая схема расчета продукции. В основе расчета лежат данные по динамике численности популяции, причем всем особям приписывается некоторая средняя биомасса, а продукция определяется по скорости размножения.

xex79 Продукция сообществ и экосистем

Продукцию сообществ и экологических систем, состоящих из нескольких трофических уровней, нельзя рассматривать как сумму продукций всех популяций, что связано с пищевыми взаимодействиями. Если же система состоит из одного трофического уровня, то его продукция равна сумме продукций популяций, входящих в эту систему.

Р – продукция системы, Р¢,Р¢¢ – 1,2-го уровней, R¢,R¢¢ – траты на обмен 1,2-го уровней, A’,A’’¢ – ассимилированная энергия 1,2-го уровней, С" – рацион второго уровня, D" – неусвоенная часть рациона С"

Продукция системы из двух трофических уровней равна

Р=А¢-R¢-R¢¢. (6.28)

P=P¢+P¢¢-A¢¢. (6.30)

Тогда общее уравнение продукции биосистемы из n уровней примет вид:

P=P¢+P¢¢+…+Pⁿ-A¢¢-…Aⁿ. (6.31)

xex80

Дата добавления: 2015-07-15