الكتلة الحيوية: ما هي ، كيف يتم حسابها ، وكيف يتم توزيعها

العناصر الحيوية ، كما يوحي اسمها ، هي العناصر الكيميائية للجدول الدوري التي تشكل الكائنات الحية المختلفة على هذا الكوكب. على الرغم من حقيقة أن الحياة تتكون من حوالي 30 عنصرًا ، فإن 96٪ من كتلة الخلية من جميع الأصناف تقريبًا التي يمكنك التفكير فيها تتكون من ستة منهم فقط: الكربون والأكسجين والنيتروجين والهيدروجين والفوسفور و كبريت. تنتج هذه العناصر البروتينات والفيتامينات والأحماض النووية والدهون والكربوهيدرات والعديد من المركبات الأخرى ، لذا فإن تصور الحياة بدونها يعد مهمة مستحيلة.

المادة العضوية الموجودة على الأرض ليست ثابتة ، ولكنها تتحول من خلال استخدام الطاقة. على سبيل المثال ، ينمو النبات بفضل الطاقة الضوئية والمركبات غير العضوية الموجودة في التربة ، مما يؤدي إلى تحويل المعادن إلى كربون. هذه الكتلة تستهلكها الحيوانات العاشبة ، ثم آكل اللحوم ثم المفترس الخارق ، حتى يموت. في هذه المرحلة ، تتحلل كل المواد المتراكمة في التربة ونبدأ الدورة مرة أخرى.

تعدل سلاسل الغذاء في النظم البيئية تدفق الطاقة هذا ، أي "من يأكل الذين "يشرطون عمل البيئات ، وبالتالي ، كل الحياة الموجودة في بيئة. على أي حال،

لفهم تبادل الطاقة في الأنظمة البيولوجية المختلفة ، من الضروري وصف مصطلح ذو أهمية كبيرة على نطاق واسع: الكتلة الحيوية. اليوم نخبرك بكل شيء عنها ، لذا استمر في القراءة.

• مقالات لها صلة: "الفروع العشرة لعلم الأحياء: أهدافها وخصائصها"

ما هي الكتلة الحيوية؟

الكتلة الحيوية كتلة الكائنات الحية البيولوجية الموجودة في نظام بيئي معين في وقت معين. يمكن تحديد الوزن على مستوى تصنيف أو مجموعة معينة (الكتلة الحيوية للأنواع) أو من خلال تضمين جميع العناصر الحية التي تتعايش في البيئة (الكتلة الحيوية للمجتمع أو المجتمع). يتم توزيع الكتلة الحيوية في النظم البيئية الأرضية بطريقة هرمية في السلسلة الغذائية ، من المنتجين الأساسيين الذين يمثلون القاعدة ، إلى الحيوانات المفترسة الفائقة للطرف.

وتجدر الإشارة إلى أن الكتلة الحيوية لا تستخدم بنسبة 100٪ على جميع مستويات النظام البيئي. نفسر أنفسنا. على المستوى البيئي ، من بين كل الكتلة الحيوية التي تستهلكها البقرة على شكل عشب (100٪ من الطاقة) ، 10٪ فقط ستنتقل إلى المستوى الغذائي التالي. يجب أن تحرق الثدييات المواد العضوية التي تستهلكها لتتغذى وتتكاثر وتنتج الحرارة والداخل يعيش بشكل نهائي ، لذلك يمر جزء صغير فقط من الطاقة التي تحصل عليها الكتلة الحيوية من مستوى إلى مستوى في سلسلة. لحسن الحظ ، الطاقة الشمسية "غير محدودة" ، لذلك لا ينبغي ملاحظة هذه الخسارة في النظام البيئي الصحي طالما أن هناك نباتات تقوم بعملية التمثيل الضوئي.

مصطلح مترابط مع الكتلة الحيوية هو الطاقة الحيوية، حيث يشير ذلك إلى الحصول على الطاقة بطريقة متجددة في القطاع البشري ، من خلال استخدام المواد العضوية (إما معالجتها بشكل طبيعي في النظام البيئي أو علم الميكانيكا). الكتلة الحيوية والطاقة الحيوية وجهان لعملة واحدة ، لكن المصطلح الأول يشير عمومًا إلى حدث طبيعي ، بينما يشير الثاني إلى قابلية تطبيق بشرية واضحة.

الكتلة الحيوية للأرض ، في البيانات الأولية

في عام 2018 ، تم نشر بحث توزيع الكتلة الحيوية على الأرض على البوابة العلمية PNAS ، والتي تم تناولها تقدير الكتلة الحيوية في جميع أنحاء الأرض في شكل الكربون (C) ، المكون العضوي بامتياز من الكائنات الحية. تم حساب إجمالي 550 جيجا طن من الكربون ، والتي يتم توزيعها على الأصناف الحية المختلفة على النحو التالي:

• كانت النباتات هي المملكة المنتجة المهيمنة. هذه مسؤولة عن تخزين 450 جيجا طن من الكربون ، أي 80 ٪ من الإجمالي. هم المنتجون الرئيسيون لجميع النظم البيئية العادية.
• من خلفهم ، ستندهش من معرفة أن هناك بكتيريا توفر حوالي 70 جيجا طن ، أي 15٪ من إجمالي الكربون. على الرغم من أننا لا نستطيع رؤيتها ، إلا أن هذه الكائنات الدقيقة موجودة في كل مكان.
• احتلت الفطريات والعتائق والطلائعيات المرتبة الثالثة والرابعة والخامسة على التوالي بإجمالي 12 و 7 و 4 جيغا طن.
• من العار على قمة التطور أن الحيوانات تفترض فقط 2 جيجا طن من الكربون: الفيروسات فقط تساهم بأقل مما نفعل ، مع 0.2 جيجا طن.

علاوة على ذلك ، حسبت هذه الدراسة ذلك كمية الكتلة الحيوية للأرض أكبر بمرتين من الكتلة الحيوية البحرية، ولكن تشير التقديرات إلى أن الكائنات الحية في البيئة المائية تساهم في ما مجموعه حوالي 6 جيجا طن من الكربون ، وهو رقم لا يمكن إهماله. كما ترى ، توجد معظم المواد العضوية على الأرض في الكائنات الحية الدقيقة والنباتات.

حساب الكتلة الحيوية

يعد حساب إجمالي الكتلة الحيوية المنتجة في نظام بيئي مهمة صعبة للغاية ، على الرغم من التقنيات الجديدة (مثل جهاز استشعار تصوير الغطاء النباتي بالليزر) تساعد الباحثين على عمل تقديرات موثوقة إلى حد ما ، على الأقل عندما يتعلق الأمر بقياس كمية الكربون النباتي في البيئة. بسبب التعقيد الجوهري لمراعاة جميع العناصر الحية في المنطقة الأحيائية ، من الضروري اللجوء إلى المعادلات وطرق الانحدار ، أي لحساب الكتلة الحيوية التي ينتجها الفرد ثم استقراء هذه القيمة على إجمالي السكان.

لإعطائك فكرة عن كيفية حساب الكتلة الحيوية ، سنأخذ طبق بتري مع الكائنات الحية الدقيقة ، وهو أصغر مقياس يمكننا التفكير فيه. لتقدير الكربون ، يتم اتباع المعادلة التالية:

الكتلة الحيوية (بالميكروجرام من الكربون / مليلتر من العينة): N x Bv X F

في هذه المعادلة ، يمثل N عدد الكائنات الحية الدقيقة التي يتم عدها في مليلتر من العينة ، ويمثل Bv الحجم الحيوي هو ما تحتله كل كائن حي دقيق (بمقياس µm ^ 3) و F هو عامل تحويل الكربون ، بالميكروجرام من ج لكل ميكرومتر ^ 3. كما ترى ، فإن قياس الكتلة الحيوية في عينة ليس بالأمر السهل ، ولا حتى عندما نتحرك على مقاييس مجهرية.

• قد تكون مهتمًا بـ: "الأنواع الثمانية للمناطق الأحيائية الموجودة في العالم"

الإنتاجية والكتلة الحيوية

المصطلح المرتبط تمامًا بالكتلة الحيوية هو الإنتاجية البيئية. يتم تعريف هذه المعلمة على أنها إنتاج المواد العضوية في منطقة محددة لكل وحدة من الوقت ، أي كمية الكتلة الحيوية التي يتم إنشاؤها في نظام بيئي طبيعي أو نظام اصطناعي بشري.

الوحدة الأكثر شيوعًا المستخدمة لقياس الإنتاجية في نظام بيئي هي الكيلوجرامات / الهكتار سنويًا ، على الرغم من إمكانية استخدامها مقاييس الوزن الأخرى (طن ، غيغا طن) السطحية (متر مربع ، سنتيمترات مربعة ، إلخ) وحتى الوقت (أيام ، ساعات ، عقود). كل هذا يتوقف على فائدة وتركيز الدراسة المعنية التي تحاول الحصول على معايير محددة.

لنأخذ مثالا. لنفترض أن لدينا مساحة 40 هكتارًا كانت فارغة في البداية ، ولكن تمت إعادة إسكانها بالنباتات التي تزن في المتوسط ​​1 كيلوغرام. في المجموع ، نحسب حوالي 1000 نبات من الأنواع ذات الأهمية في نهاية العام ، مما يمنحنا بالتالي 1000 كيلوغرام من الكتلة الإجمالية (الكتلة الحيوية للأنواع). إذا أجرينا الحسابات ذات الصلة (1000 كجم / 40 هكتار) ، فسنحصل على إجمالي الإنتاجية 25 كجم / هكتار / عام.

يقدم هذا النموذج الافتراضي معدل إنتاجية مرتفعًا ، لكن الأمور تتغير كثيرًا إذا تحدثنا عن الحيوانات. فكر الآن في مجموعة من الأبقار التي ، على سبيل المثال ، تحتاج إلى مساحة 20000 هكتار من الأرض لتزدهر. بغض النظر عن وزن هذه الثدييات الحيوانية ، سيكون إجمالي عدد الأفراد فيها أقل من النباتات ، بالإضافة إلى ذلك ، فإن مساحة البحث عن الطعام أكبر ، مما يعطينا إجمالي الكتلة الحيوية المنتجة كثيرًا أقل.

بالإضافة إلى ذلك ، من الضروري مراعاة النقطة السابقة: الطاقة التي تقفز من رابط إلى رابط في السلسلة هي 10٪ فقط. تستخدم الأبقار 90٪ من الطاقة لتعيش ، لذا فإن النظام البيئي النباتي في المقام الأول يكون دائمًا أكثر إنتاجية من النظام البيئي الذي يحتوي على حيوانات وفيرة. ومع ذلك ، فإن الانتقاء الطبيعي لا "يسعى" إلى تعظيم الإنتاجية ، ولكن للحفاظ على توازن مستقر طويل الأجل بين جميع المكونات. لذلك ، عندما يتم إدخال أنواع غريبة في نظام إيكولوجي ، غالبًا ما تكون النتيجة كارثية.

سيرة ذاتية

لوضع كل ما تعلمته في منظورها الصحيح ، نقارن حالتين محددتين: إنتاجية النبات (الأولية) في الصحراء أقل من 0.5 جرام / متر مربع / يوم ، بينما في الحقل المزروع تتذبذب القيمة 10 جرام / متر مربع / يوم. كلما زاد عدد النباتات الموجودة في النظام البيئي ، زادت الكتلة الحيوية ، وبالتالي ارتفع معدل الإنتاجية.

باختصار، تعكس الكتلة الحيوية كمية المادة العضوية في مكان وموقع معين ، بينما يعكس تشير الإنتاجية إلى السرعة والفعالية التي تتمتع بها هذه المادة العضوية ينتج عنه. تساعدنا هذه المعلمات على فهم عمل النظم البيئية الطبيعية ، ولكنها تساعدنا أيضًا تسمح بتعظيم الفوائد المادية والاقتصادية عند استغلال الأرض للأغراض البشر.

المراجع الببليوغرافية:

• بار أون ، واي. م ، فيليبس ، ر. ، وميلو ، ر. (2018). توزيع الكتلة الحيوية على الأرض. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، 115 (25) ، 6506-6511.
• براون ، س. (1997). تقدير الكتلة الحيوية وتغير الكتلة الحيوية للغابات الاستوائية: كتاب تمهيدي (المجلد. 134). منظمة الأغذية والزراعة
• Cai ، J. ، He ، Y. ، Yu ، X. ، Banks ، S. W. ، Yang ، Y. ، Zhang ، X. ،... & بريدجواتر ، أ. الخامس. (2017). مراجعة الخصائص الفيزيائية والكيميائية والتوصيف التحليلي للكتلة الحيوية lignocellulosic. مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة ، 76 ، 309-322.
• ماكجريجور ، سي. جيه ، ويليامز ، ج. H. ، بيل ، ج. ر ، وتوماس ، سي. د. (2019). تزداد الكتلة الحيوية للعثة وتنخفض على مدى 50 عامًا في بريطانيا. علم البيئة وتطور الطبيعة ، 3 (12) ، 1645-1649.
• باريكا ، م. (2004). موارد وقود الكتلة الحيوية العالمية. الكتلة الحيوية والطاقة الحيوية، 27 (6) ، 613-620.