Biomasse: hvad er det, hvordan beregnes det, og hvordan fordeles det

Bioelementer er, som deres navn antyder, de kemiske elementer i det periodiske system, der udgør de forskellige levende væsener på planeten. På trods af at livet består af omkring 30 elementer, er 96% af cellemassen af ​​næsten alle taxaer som du kan tænke på består kun af seks af dem: kulstof, ilt, nitrogen, brint, fosfor og svovl. Disse elementer giver anledning til proteiner, vitaminer, nukleinsyrer, lipider, kulhydrater og mange andre forbindelser, så det er en umulig opgave at opfatte liv uden dem.

Det organiske stof, der er til stede på Jorden, er ikke fast, men transformeres ved hjælp af energi. For eksempel vokser en plante takket være lysenergi og uorganiske forbindelser, der findes i jorden, og omdanner mineraler til kulstof. Denne masse forbruges af et planteædende dyr, derefter af et kødædende og derefter af et superrovdyr, indtil det dør. På dette tidspunkt nedbrydes alt det akkumulerede stof i jorden, og vi starter cyklussen igen.

Fødevarekæder i økosystemer modulerer denne strøm af energi, det vil sige den, der spiser der ”betinger funktion af miljøer og derfor af alt liv til stede i miljø. Alligevel,

For at forstå udvekslingen af ​​energi i forskellige biologiske systemer er det nødvendigt at beskrive i vid udstrækning et udtryk af stor interesse: biomasse. I dag fortæller vi alt om hende, så læs videre.

• Relateret artikel: "De 10 grene af biologi: deres mål og karakteristika"

Hvad er biomasse?

Biomasse er massen af ​​levende biologiske organismer til stede i et givet økosystem på et givet tidspunkt. Vægt kan bestemmes på niveauet for en bestemt taxon eller population (artsbiomasse) eller omfattende alle levende elementer, der eksisterer sammen i miljøet (community- eller community-biomasse). Biomasse distribueres i terrestriske økosystemer på en pyramideformet måde i den trofiske kæde, fra de primære producenter, der er basen, til spidsens superrovdyr.

Det skal bemærkes, at biomasse ikke anvendes 100% på alle økosystemniveauer. Vi forklarer os selv. På et økologisk niveau vil kun 10% af al biomasse, der forbruges af en ko i form af græs (100% af energien), gå til det næste trofiske niveau. Pattedyret skal brænde det organiske stof, det bruger til foder, reproducere, producere varme og ind definitivt leve, så kun en lille del af den energi, der opnås ved biomasse, passerer fra niveau til niveau i kæde. Heldigvis er solenergi "ubegrænset", så dette tab bør ikke bemærkes i et sundt økosystem, så længe der er planter, der udfører fotosyntese.

Et sammenhængende udtryk med biomasse er bioenergi, da dette refererer til opnåelse af energi på en vedvarende måde i den menneskelige sektor, anvendelse af organisk materiale (enten behandlet naturligt i økosystemet eller mekanik). Biomasse og bioenergi er to sider af samme mønt, men det første udtryk refererer generelt til en naturlig begivenhed, mens den anden har en klar antropisk anvendelighed.

Jordens biomasse i rå data

I 2018 blev forskningen Biomassefordeling på Jorden offentliggjort på den videnskabelige portal PNAS, som behandlede estimer biomassen over hele jorden i form af kulstof (C), den organiske komponent par excellence af levende væsener. I alt 550 gigatons kulstof blev beregnet, som fordeles på de forskellige levende taxa som følger:

• Planter var det dominerende producerende kongerige. Disse er ansvarlige for lagring af 450 gigaton kulstof, dvs. 80% af det samlede antal. De er de primære producenter af alle normale økosystemer.
• Bag dem vil du blive overrasket over at vide, at der er bakterier, der giver ca. 70 Gt, 15% af det samlede kulstof. Selvom vi ikke kan se dem, er disse mikroorganismer overalt.
• Svampe, arkæer og protister rangerer henholdsvis tredje, fjerde og femte med 12, 7 og 4 Gt i alt.
• Til skamme over det evolutionære højdepunkt antager vi dyr kun 2 gigaton kulstof - kun vira bidrager mindre, end vi gør, ved 0,2 Gt.

Desuden beregnet denne undersøgelse det mængden af ​​landbiomasse er to ordrer større end den marineMen det anslås, at biota i vandmiljøet bidrager med i alt 6 gigaton kulstof, et tal, der ikke er ubetydeligt. Som du kan se, findes det meste af det organiske stof på jorden i mikroorganismer og planter.

Beregning af biomasse

Beregning af den samlede biomasse, der produceres i et økosystem, er en ekstremt vanskelig opgave, skønt nye teknologier (f.eks Laser Vegetation Imaging Sensor) hjælpe forskere med at foretage forholdsvis pålidelige skøn, i det mindste når det kommer til at kvantificere plante kulstof i et miljø. På grund af den iboende kompleksitet ved at tage hensyn til alle de levende elementer i biomet, Det er på tide at ty til ligninger og regressionsmetoder, det vil sige at beregne den biomasse, der produceres af et individ og derefter ekstrapolere denne værdi til den samlede befolkning.

For at give dig en idé om, hvordan biomasse kan beregnes, tager vi en petriskål med mikroorganismer, den mindste skala, vi kan tænke på. For at estimere kulstof følges følgende ligning:

Biomasse (i mikrogram kulstof / ml prøve): N x Bv X F

I denne ligning repræsenterer N antallet af mikroorganismer, der tælles i en milliliter prøve, Bv er biovolumen er, hvad hver mikroorganisme optager (i µm ^ 3-skala), og F er kulstofomdannelsesfaktoren i µg af C pr µm ^ 3. Som du kan se, er det ikke let at kvantificere biomassen i en prøve, ikke engang når vi bevæger os på mikroskopiske skalaer.

• Du kan være interesseret i: "De 8 typer biomer, der findes i verden"

Produktivitet og biomasse

Et udtryk, der er fuldstændigt knyttet til biomasse, er økologisk produktivitet. Denne parameter defineres som produktionen af ​​organisk stof i et bestemt område pr tid, dvs. mængden af ​​biomasse, der genereres i et naturligt økosystem eller kunstigt system human.

Den mest almindelige enhed, der bruges til at kvantificere produktiviteten i et økosystem, er kilogram / hektar om året, selvom de kan bruges andre vægtskalaer (tons, gigaton) overflade (kvadratmeter, kvadratcentimeter osv.) og endda tid (dage, timer, årtier). Det hele afhænger af nytten og fokuset for den pågældende undersøgelse, der forsøger at opnå specifikke parametre.

Lad os tage et eksempel. Antag, at vi har et areal på 40 hektar, der var tomt i begyndelsen, men som er blevet genbefolket med planter, der i gennemsnit vejer 1 kg. I alt tæller vi omkring 1.000 planter af den art, der er af interesse i slutningen af ​​året, hvilket giver os 1.000 kg total masse (artsbiomasse). Hvis vi foretager de relevante beregninger (1.000 kg / 40 Ha), får vi, at produktiviteten i alt har været 25 kg / Ha / år.

Denne hypotetiske model har en høj produktivitetsrate, men tingene ændrer sig meget, hvis vi taler om dyr. Tænk nu på en bestand af køer, der for eksempel har brug for et areal på 20.000 hektar jord for at trives. Uanset hvor meget disse husdyrspattedyr vejer, vil de være færre samlede individer end planter og, Derudover er foderpladsen større, hvilket giver os en samlet produceret biomasse meget mindre.

Ud over dette er det nødvendigt at tage hensyn til det foregående punkt: energien, der hopper fra link til link i kæden, er kun 10%. Køer bruger 90% af deres energi til at leve, så et primært planteøkosystem er altid mere produktivt end et med rigelige dyr. Naturligt valg "forsøger" imidlertid ikke at maksimere produktiviteten, men snarere at opretholde en stabil langsigtet balance mellem alle komponenter. Derfor, når fremmede arter introduceres i et økosystem, er resultatet ofte katastrofalt.

Genoptag

For at sætte alt, hvad du har lært i perspektiv, sammenligner vi to specifikke tilfælde: planteproduktivitet (primær) i a ørkenen er mindre end 0,5 gram / kvadratmeter / dag, mens værdien i et dyrket mark svinger 10 gram / meter kvadrat / dag. Jo flere planter der findes i et økosystem, jo ​​mere biomasse vil der være, og jo højere produktivitetsrate.

Sammenfattende biomasse afspejler mængden af ​​organisk materiale et bestemt sted og sted, mens biomasse produktivitet refererer til den hastighed og effektivitet, hvormed dette organiske stof er producerer. Disse parametre hjælper os med at forstå de naturlige økosystemers funktion, men de hjælper os også tillade at maksimere de materielle og økonomiske fordele, når man udnytter jorden til formål mennesker.

Bibliografiske referencer:

• Bar-On, Y. M., Phillips, R. og Milo, R. (2018). Biomassefordelingen på Jorden. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115 (25), 6506-6511.
• Brown, S. (1997). Estimering af biomasse og biomasseændring af tropiske skove: en primer (Vol. 134). Mad & Landbrug Org ..
• Cai, J., He, Y., Yu, X., Banks, S. W., Yang, Y., Zhang, X.,... & Bridgwater, A. V. (2017). Gennemgang af fysisk-kemiske egenskaber og analytisk karakterisering af lignocellulosebiomasse. Anmeldelser af vedvarende og bæredygtig energi, 76, 309-322.
• Macgregor, C. J., Williams, J. H., Bell, J. R., & Thomas, C. D. (2019). Mølbiomasse stiger og falder over 50 år i Storbritannien. Nature Ecology & Evolution, 3 (12), 1645-1649.
• Parikka, M. (2004). Globale biomasse-brændselsressourcer. Biomasse og bioenergi, 27 (6), 613-620.