Βιομάζα: τι είναι, πώς υπολογίζεται και πώς διανέμεται

Τα βιολογικά στοιχεία, όπως υποδηλώνει το όνομά τους, είναι τα χημικά στοιχεία του περιοδικού πίνακα που απαρτίζουν τα διάφορα ζωντανά πλάσματα στον πλανήτη. Παρά το γεγονός ότι η ζωή αποτελείται από περίπου 30 στοιχεία, το 96% της κυτταρικής μάζας σχεδόν όλων των ταξί που μπορείτε να σκεφτείτε αποτελείται από μόνο έξι από αυτούς: άνθρακας, οξυγόνο, άζωτο, υδρογόνο, φώσφορο και θείο. Αυτά τα στοιχεία δημιουργούν πρωτεΐνες, βιταμίνες, νουκλεϊκά οξέα, λιπίδια, υδατάνθρακες και πολλές άλλες ενώσεις, επομένως η σύλληψη της ζωής χωρίς αυτά είναι ένα αδύνατο έργο.

Η οργανική ύλη που υπάρχει στη Γη δεν είναι σταθερή, αλλά μεταμορφώνεται μέσω της χρήσης ενέργειας. Για παράδειγμα, ένα φυτό αναπτύσσεται χάρη στην ελαφριά ενέργεια και τις ανόργανες ενώσεις που υπάρχουν στο έδαφος, μετατρέποντας τα μέταλλα σε άνθρακα. Αυτή η μάζα καταναλώνεται από ένα φυτοφάγο ζώο, στη συνέχεια από ένα σαρκοφάγο και στη συνέχεια από ένα σούπερ αρπακτικό, μέχρι να πεθάνει. Σε αυτό το σημείο, όλη η συσσωρευμένη ύλη αποσυντίθεται στα εδάφη και αρχίζουμε ξανά τον κύκλο.

Οι τροφικές αλυσίδες στα οικοσυστήματα διαμορφώνουν αυτήν την ενεργειακή ροή, δηλαδή «που τρώει ποιος «ρυθμίζει τη λειτουργία των περιβαλλόντων και, επομένως, όλης της ζωής που υπάρχει στο περιβάλλον. ΤΕΛΟΣ παντων, Για να κατανοήσουμε την ανταλλαγή ενέργειας σε διαφορετικά βιολογικά συστήματα, είναι απαραίτητο να περιγράψουμε επιτέλους έναν μεγάλο όρο: βιομάζα. Σήμερα σας λέμε όλα για αυτήν, γι 'αυτό διαβάστε.

• Σχετικό άρθρο: "Οι 10 κλάδοι της Βιολογίας: οι στόχοι και τα χαρακτηριστικά τους"

Τι είναι η βιομάζα;

Η βιομάζα είναι τη μάζα των ζωντανών βιολογικών οργανισμών που υπάρχουν σε ένα δεδομένο οικοσύστημα σε μια δεδομένη στιγμή. Το βάρος μπορεί να προσδιοριστεί στο επίπεδο μιας συγκεκριμένης ταξινομικής ομάδας ή πληθυσμού (είδος βιομάζας) ή να περιλαμβάνει όλα τα ζωντανά στοιχεία που συνυπάρχουν στο περιβάλλον (κοινότητα ή κοινοτική βιομάζα). Η βιομάζα διανέμεται στα χερσαία οικοσυστήματα με πυραμιδικό τρόπο στην τροφική αλυσίδα, από τους κύριους παραγωγούς που αποτελούν τη βάση, στους υπερήχους της άκρης.

Πρέπει να σημειωθεί ότι η βιομάζα δεν χρησιμοποιείται 100% σε όλα τα επίπεδα του οικοσυστήματος. Εξηγούμε τον εαυτό μας. Σε οικολογικό επίπεδο, από όλη τη βιομάζα που καταναλώνεται από μια αγελάδα με τη μορφή χόρτου (100% της ενέργειας), μόνο το 10% θα φτάσει στο επόμενο τροφικό επίπεδο. Το θηλαστικό πρέπει να κάψει την οργανική ύλη που καταναλώνει για να προμηθεύσει με ζωοτροφές, να αναπαραγάγει, να παράγει θερμότητα και μέσα ζουν οριστικά, έτσι μόνο ένα μικρό μέρος της ενέργειας που λαμβάνεται από τη βιομάζα περνά από επίπεδο σε επίπεδο στο αλυσίδα. Ευτυχώς, η ηλιακή ενέργεια είναι "απεριόριστη", οπότε αυτή η απώλεια δεν πρέπει να παρατηρείται σε ένα υγιές οικοσύστημα εφόσον υπάρχουν φυτά που εκτελούν φωτοσύνθεση.

Ένας συσχετιζόμενος όρος με τη βιομάζα είναι η βιοενέργεια, δεδομένου ότι αυτό αναφέρεται στην απόκτηση ενέργειας με ανανεώσιμο τρόπο στον ανθρώπινο τομέα, μέσω τη χρήση οργανικής ύλης (είτε αντιμετωπίζεται φυσικά στο οικοσύστημα είτε Μηχανική). Η βιομάζα και η βιοενέργεια είναι δύο όψεις του ίδιου νομίσματος, αλλά ο πρώτος όρος αναφέρεται γενικά σε ένα φυσικό γεγονός, ενώ ο δεύτερος έχει μια σαφή ανθρωπική εφαρμογή.

Η βιομάζα της Γης, σε πρωτογενή δεδομένα

Το 2018, η έρευνα Η διανομή βιομάζας στη Γη δημοσιεύθηκε στην επιστημονική πύλη PNAS, η οποία ασχολήθηκε υπολογίστε τη βιομάζα σε ολόκληρη τη Γη με τη μορφή άνθρακα (C), το οργανικό συστατικό κατ 'εξοχήν των ζωντανών όντων. Υπολογίστηκαν συνολικά 550 γιγατόν άνθρακα, τα οποία κατανέμονται μεταξύ των διαφόρων ζωντανών ταξί ως εξής:

• Τα φυτά ήταν το κυρίαρχο βασίλειο παραγωγής. Αυτά είναι υπεύθυνα για την αποθήκευση 450 gigatons άνθρακα, δηλαδή, 80% του συνόλου. Είναι οι κύριοι παραγωγοί όλων των φυσιολογικών οικοσυστημάτων.
• Πίσω από αυτά, θα εκπλαγείτε όταν γνωρίζετε ότι υπάρχουν βακτήρια, τα οποία παρέχουν περίπου 70 Gt, το 15% του συνολικού άνθρακα. Αν και δεν μπορούμε να τα δούμε, αυτοί οι μικροοργανισμοί είναι παντού.
• Οι μύκητες, η αρχαία και οι προστατευτές κατατάσσονται στην τρίτη, τέταρτη και πέμπτη θέση, αντίστοιχα, με συνολικά 12, 7 και 4 Gt.
• Με την ντροπή της εξελικτικής κορυφής, τα ζώα παίρνουν μόνο 2 gigatons άνθρακα: μόνο οι ιοί συμβάλλουν λιγότερο από ό, τι εμείς, με 0,2 Gt.

Επιπλέον, αυτή η μελέτη υπολόγισε ότι η ποσότητα της βιομάζας του εδάφους είναι δύο παραγγελίες μεγαλύτερη από τη θαλάσσια, αλλά εκτιμάται ότι ο βιοτόπος στο υδάτινο περιβάλλον συνεισφέρει συνολικά περίπου 6 gigatons άνθρακα, αριθμός που δεν είναι αμελητέος. Όπως μπορείτε να δείτε, το μεγαλύτερο μέρος της οργανικής ύλης στη Γη βρίσκεται σε μικροοργανισμούς και φυτά.

Υπολογισμός της βιομάζας

Ο υπολογισμός της συνολικής βιομάζας που παράγεται σε ένα οικοσύστημα είναι εξαιρετικά δύσκολο έργο, αν και νέες τεχνολογίες (όπως Αισθητήρας απεικόνισης βλάστησης με λέιζερ) να βοηθήσουν τους ερευνητές να κάνουν αρκετά αξιόπιστες εκτιμήσεις, τουλάχιστον όσον αφορά τον ποσοτικό προσδιορισμό του φυτικού άνθρακα σε ένα περιβάλλον. Λόγω της εγγενής πολυπλοκότητας της συνεκτίμησης όλων των ζωντανών στοιχείων του βιομάχου, Είναι απαραίτητο να καταφύγουμε σε εξισώσεις και μεθόδους παλινδρόμησης, δηλαδή, για τον υπολογισμό της βιομάζας που παράγεται από ένα άτομο και, στη συνέχεια, παρέχουμε αυτήν την τιμή στον συνολικό πληθυσμό.

Για να σας δώσουμε μια ιδέα για τον τρόπο υπολογισμού της βιομάζας, θα πάρουμε ένα τρυβλίο Petri με μικροοργανισμούς, τη μικρότερη κλίμακα που μπορούμε να σκεφτούμε. Για την εκτίμηση του άνθρακα, ακολουθείται η ακόλουθη εξίσωση:

Βιομάζα (σε μικρογραμμάρια άνθρακα / χιλιοστόλιτρο δείγματος): N x Bv X F

Σε αυτήν την εξίσωση, το Ν αντιπροσωπεύει τον αριθμό μικροοργανισμών που μετράται σε ένα χιλιοστόλιτρο δείγματος, το Bv είναι το ο βιοόγκος είναι αυτό που καταλαμβάνει κάθε μικροοργανισμός (σε κλίμακα μm ^ 3) και το F είναι ο συντελεστής μετατροπής του άνθρακα, σε μg C ανά µm ^ 3. Όπως μπορείτε να δείτε, ο ποσοτικός προσδιορισμός της βιομάζας σε ένα δείγμα δεν είναι εύκολος, ακόμη και όταν προχωράμε σε μικροσκοπικές κλίμακες.

• Μπορεί να σας ενδιαφέρει: "Οι 8 τύποι βιομιών που υπάρχουν στον κόσμο"

Παραγωγικότητα και βιομάζα

Ένας όρος που συνδέεται πλήρως με τη βιομάζα είναι η οικολογική παραγωγικότητα. Αυτή η παράμετρος ορίζεται ως η παραγωγή οργανικής ύλης σε καθορισμένη περιοχή ανά μονάδα χρόνος, δηλαδή, η ποσότητα της βιομάζας που παράγεται σε ένα φυσικό οικοσύστημα ή τεχνητό σύστημα ο άνθρωπος.

Η πιο κοινή μονάδα που χρησιμοποιείται για τον ποσοτικό προσδιορισμό της παραγωγικότητας σε ένα οικοσύστημα είναι κιλά / εκτάριο ετησίως, αν και μπορούν να χρησιμοποιηθούν άλλες επιφάνειες ζυγών (τόνοι, gigatons) (τετραγωνικά μέτρα, τετραγωνικά εκατοστά κ.λπ.) και ακόμη και χρόνος (ημέρες, ώρες, δεκαετίες). Όλα εξαρτώνται από τη χρησιμότητα και το επίκεντρο της εν λόγω μελέτης που προσπαθεί να αποκτήσει συγκεκριμένες παραμέτρους.

Ας πάρουμε ένα παράδειγμα. Ας υποθέσουμε ότι έχουμε μια έκταση 40 εκταρίων που ήταν άδεια στην αρχή, αλλά κατοικήθηκε εκ νέου με φυτά που, κατά μέσο όρο, ζυγίζουν 1 κιλό. Συνολικά υπολογίζουμε περίπου 1.000 φυτά των ειδών που ενδιαφέρουν στο τέλος του έτους, γεγονός που μας δίνει συνεπώς 1.000 κιλά συνολικής μάζας (βιομάζα ειδών). Εάν κάνουμε τους σχετικούς υπολογισμούς (1.000 kg / 40 Ha), θα λάβουμε ότι, συνολικά, η παραγωγικότητα ήταν 25 kg / Ha / έτος.

Αυτό το υποθετικό μοντέλο παρουσιάζει υψηλό ποσοστό παραγωγικότητας, αλλά τα πράγματα αλλάζουν πολύ αν μιλάμε για ζώα. Σκεφτείτε τώρα έναν πληθυσμό αγελάδων που, για παράδειγμα, χρειάζονται έκταση 20.000 εκταρίων γης για να ευδοκιμήσουν. Όσο κι αν ζυγίζουν αυτά τα θηλαστικά, θα είναι λιγότερα άτομα από τα φυτά και, Επιπλέον, το έδαφος τροφής είναι μεγαλύτερο, γεγονός που μας δίνει μια συνολική βιομάζα που παράγεται πολύ πιο λιγο.

Εκτός από αυτό, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη το προηγούμενο σημείο: η ενέργεια που πηδά από σύνδεσμο σε σύνδεσμο στην αλυσίδα είναι μόνο 10%. Οι αγελάδες χρησιμοποιούν το 90% της ενέργειας για να ζήσουν, επομένως ένα κυρίως φυτικό οικοσύστημα είναι πάντα πιο παραγωγικό από ένα με άφθονα ζώα. Ωστόσο, η φυσική επιλογή δεν «επιδιώκει» να μεγιστοποιήσει την παραγωγικότητα, αλλά να διατηρήσει μια σταθερή μακροπρόθεσμη ισορροπία μεταξύ όλων των συνιστωσών. Επομένως, όταν τα ξένα είδη εισάγονται σε ένα οικοσύστημα, το αποτέλεσμα είναι συχνά καταστροφικό.

ΒΙΟΓΡΑΦΙΚΟ

Για να βάλουμε όλα όσα έχετε μάθει σε προοπτική, συγκρίνουμε δύο συγκεκριμένες περιπτώσεις: παραγωγικότητα φυτών (πρωτεύουσα) στο η έρημος είναι μικρότερη από 0,5 γραμμάρια / τετραγωνικό μέτρο / ημέρα, ενώ σε ένα καλλιεργημένο πεδίο η τιμή κυμαίνεται 10 γραμμάρια / μέτρο τετράγωνο / ημέρα. Όσο περισσότερα φυτά υπάρχουν σε ένα οικοσύστημα, τόσο περισσότερη βιομάζα θα υπάρχει και, επομένως, τόσο υψηλότερο είναι το ποσοστό παραγωγικότητας.

Συνοψίζοντας, η βιομάζα αντικατοπτρίζει την ποσότητα οργανικής ύλης σε ένα συγκεκριμένο μέρος και τοποθεσία, ενώ η Η παραγωγικότητα αναφέρεται στην ταχύτητα και την αποτελεσματικότητα με την οποία αυτή η οργανική ύλη είναι παράγει. Αυτές οι παράμετροι μας βοηθούν να κατανοήσουμε τη λειτουργία των φυσικών οικοσυστημάτων, αλλά μας βοηθούν επίσης επιτρέψτε να μεγιστοποιήσετε τα υλικά και οικονομικά οφέλη κατά την εκμετάλλευση της γης για σκοπούς του ανθρώπου.

Βιβλιογραφικές αναφορές:

• Μπαρ-Ο, Υ. Μ., Phillips, R., & Milo, R. (2018). Η κατανομή της βιομάζας στη Γη. Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών, 115 (25), 6506-6511.
• Brown, S. (1997). Εκτίμηση της αλλαγής της βιομάζας και της βιομάζας στα τροπικά δάση: ένα αστάρι (Vol. 134). Οργανισμός Τροφίμων & Γεωργίας
• Cai, J., He, Y., Yu, X., Banks, S. W., Yang, Y., Zhang, X.,... & Bridgwater, Α. V. (2017). Ανασκόπηση φυσικοχημικών ιδιοτήτων και αναλυτικός χαρακτηρισμός λιγνοκυτταρίνης βιομάζας. Ανανεώσιμες και βιώσιμες ενεργειακές κριτικές, 76, 309-322.
• Macgregor, Γ. J., Williams, J. Η. Bell, J. R., & Thomas, C. ΡΕ. (2019). Η βιομάζα σκώρων αυξάνεται και μειώνεται πάνω από 50 χρόνια στη Βρετανία. Nature Ecology & Evolution, 3 (12), 1645-1649.
• Παρίκα, Μ. (2004). Παγκόσμιοι πόροι καυσίμων βιομάζας. Βιομάζα και βιοενέργεια, 27 (6), 613-620.