Biomass: mis see on, kuidas seda arvutatakse ja kuidas seda jaotatakse

Bioelemendid, nagu nende nimigi ütleb, on perioodilise tabeli keemilised elemendid, millest koosnevad planeedi erinevad elusolendid. Hoolimata asjaolust, et elu koosneb umbes 30 elemendist, on 96% peaaegu kõigi taksonite rakumassist mida võite mõelda, koosneb neist ainult kuuest: süsinik, hapnik, lämmastik, vesinik, fosfor ja väävel. Need elemendid annavad valke, vitamiine, nukleiinhappeid, lipiide, süsivesikuid ja paljusid muid ühendeid, nii et elu ilma nendeta on võimatu ülesanne.

Maal leiduv orgaaniline aine ei ole fikseeritud, vaid muundub energia kasutamise kaudu. Näiteks kasvab taim tänu valgusenergiale ja mullas leiduvatele anorgaanilistele ühenditele, muutes mineraalid süsinikuks. Seda massi tarbib taimtoiduline loom, seejärel kiskja ja seejärel superkiskja, kuni ta sureb. Sel hetkel laguneb muldades kogu akumuleerunud aine ja alustame tsüklit uuesti.

Toidusahelad ökosüsteemides moduleerivad seda energiavoogu, see tähendab "kes sööb kes "tingib keskkondade ja seega ka kogu ELis toimiva elu keskkond. Igatahes,

Energia vahetuse mõistmiseks erinevates bioloogilistes süsteemides on vaja ulatuslikult kirjeldada suurt huvi pakkuvat mõistet: biomass. Täna räägime teile kõigest temast, nii et jätkake lugemist.

• Seotud artikkel: "Bioloogia kümme haru: nende eesmärgid ja omadused"

Mis on biomass?

Biomass on elavate bioloogiliste organismide mass, mis on antud ajahetkel antud ökosüsteemis. Kaalu saab määrata konkreetse taksoni või populatsiooni (liigi biomass) tasandil või see hõlmab kõiki elusolevaid elemente, mis eksisteerivad keskkonnas (kogukonna või kogukonna biomass). Biomass jaotub maismaaökosüsteemides troofilises ahelas püramiidsel viisil, alates alustootjatest kuni tipu superkiskjateni.

Tuleb märkida, et biomassi ei kasutata 100% kõigil ökosüsteemi tasemetel. Seletame ise. Ökoloogilisel tasandil tõuseb kogu lehma rohu kujul tarbitav biomass (ainult 100% energiast) järgmisele troofilisele tasemele. Imetaja peab sööma, paljunema, soojust tootma ja sisse kulutama orgaanilisi aineid elavad lõplikult, nii et ainult väike osa biomassi abil saadavast energiast liigub energia tasemelt tasemele kett. Õnneks on päikeseenergia "piiramatu", nii et seda kadu ei tohiks tervislikus ökosüsteemis märgata seni, kuni leidub fotosünteesi teostavaid taimi.

Biomassiga seotud termin on bioenergia, kuna see viitab energia saamisele taastuval viisil inimvaldkonnas läbi - orgaanilise aine kasutamine (kas ökosüsteemis looduslikult töödeldud või mehaanika). Biomass ja bioenergia on sama mündi kaks külge, kuid esimene termin viitab üldiselt looduslikule sündmusele, samas kui teisel on selge antropiline rakendatavus.

Maa biomass algandmetes

2018. aastal avaldati PNAS-i teadusportaalis uuring Biomassi levik Maal, mis käsitles seda hinnata kogu Maa biomassi süsiniku (C) kujul, mis on elusolendite orgaaniline komponent par excellence. Arvutati kokku 550 gigatonni süsinikku, mis jaotati erinevate elusate taksonite vahel järgmiselt:

• Taimed olid domineeriv tootev kuningriik. Need vastutavad 450 gigatonni süsiniku ladustamise eest, see tähendab 80% kogu kogusest. Nad on kõigi normaalsete ökosüsteemide esmatootjad.
• Nende taga olete üllatunud, kui teate, et on baktereid, mis annavad umbes 70 Gt, 15% kogu süsinikust. Kuigi me ei näe neid, on neid mikroorganisme kõikjal.
• Seened, arheed ja protistid on vastavalt kolmandal, neljandal ja viiendal kohal kokku 12, 7 ja 4 Gt.
• Evolutsioonilise tipu häbiks võtame meie, loomad, ainult 2 gigatonni süsinikku - ainult viirused annavad vähem kui meie, 0,2 Gt juures.

Lisaks arvutas see uuring selle välja maismaa biomassi kogus on kaks korda suurem kui merelKuid arvatakse, et veekeskkonna elustik annab kokku 6 gigatonni süsinikku, mis ei ole tühine. Nagu näete, leidub enamik orgaanilistest ainetest Maal mikroorganismides ja taimedes.

Biomassi arvutamine

Ökosüsteemis toodetava kogu biomassi arvutamine on äärmiselt keeruline ülesanne, ehkki uued tehnoloogiad (näiteks Taimkatte laserandur) aitavad teadlastel teha üsna usaldusväärseid hinnanguid, vähemalt siis, kui tegemist on taime süsiniku kvantifitseerimisega keskkonnas. Bioomi kõigi elusosade arvestamise sisemise keerukuse tõttu On vaja pöörduda võrrandite ja regressioonimeetodite poole, see tähendab arvutada inimese toodetud biomass ja seejärel ekstrapoleerida see väärtus kogu populatsioonile.

Et aimu saada, kuidas saab biomassi arvutada, võtame mikroorganismidega petri-tassi, mis on väikseim skaala, mis meile mõelda saab. Süsiniku hindamiseks järgitakse järgmist võrrandit:

Biomass (mikrogrammides süsinikku / proovi milliliiter): N x Bv X F

Selles võrrandis tähistab N proovi milliliitris loendatud mikroorganismide arvu, Bv on biomaht on see, mida iga mikroorganism hõivab (skaalal µm ^ 3) ja F on süsiniku muundamistegur µg C µm ^ 3 kohta. Nagu näete, ei ole proovis oleva biomassi kvantifitseerimine lihtne, isegi mitte siis, kui liigume mikroskoopilistel skaaladel.

• Teile võivad huvi pakkuda: "Maailmas eksisteerivad 8 tüüpi biomeedid"

Tootlikkus ja biomass

Biomassiga täielikult seotud termin on ökoloogiline tootlikkus. See parameeter on määratletud kui orgaanilise aine tootmine kindlaksmääratud piirkonnas ühiku kohta aeg, see tähendab biomassi kogus, mis tekib looduslikus ökosüsteemis või tehissüsteemis inimlik.

Ökosüsteemi tootlikkuse kvantifitseerimiseks kasutatakse kõige sagedamini kilogrammi hektari kohta aastas, ehkki neid saab kasutada muude kaalude skaala (tonnides, gigatonides) pind (ruutmeetrit, ruutsentimeetrit jne) ja ühtlane aeg (päevad, tunnid, aastakümneid). Kõik sõltub konkreetse parameetri saamiseks üritatava uuringu kasulikkusest ja fookusest.

Võtame näite. Oletame, et meil on 40 hektari suurune ala, mis oli alguses tühi, kuid on taas asustatud taimedega, mis kaaluvad keskmiselt 1 kilogrammi. Kokku loeme aasta lõpus umbes 1000 huvipakkuva liigi taime, mis annab meile järelikult 1000 kilogrammi kogu massi (liigi biomass). Kui teeme asjakohased arvutused (1 000 kg / 40 ha), saame, et kokku on tootlikkus olnud 25 kg / ha / aastas.

Selle hüpoteetilise mudeli tootlikkus on kõrge, kuid asjad muutuvad palju, kui rääkida loomadest. Mõelge nüüd lehmade populatsioonile, kelle kasvamiseks on vaja näiteks 20 000 hektarit maad. Ükskõik kui palju need kariloomade imetajad kaaluvad, on neid vähem isendeid kui taimi ja Lisaks on söödakoht suurem, mis annab meile palju toodetud biomassi kokku vähem.

Lisaks sellele on vaja arvestada eelmise punktiga: energia, mis hüppab ahela lülilt linki, on ainult 10%. Lehmad kulutavad elamiseks 90% energiast, seega on peamiselt taimeökosüsteem alati produktiivsem kui rohkete loomadega. Kuid looduslik valik ei "püüa" maksimeerida tootlikkust, vaid säilitada stabiilset pikaajalist tasakaalu kõigi komponentide vahel. Seetõttu on võõrliikide ökosüsteemi viimisel tulemus sageli katastroofiline.

Jätka

Kõike õpitut perspektiivi viies võrdleme kahte konkreetset juhtumit: taimede tootlikkus (esmane) a kõrb on alla 0,5 grammi ruutmeetri kohta päevas, samal ajal kui haritud põllul väärtus kõigub 10 grammi meetri kohta ruut / päev. Mida rohkem taimi ökosüsteemis esineb, seda rohkem on seal biomassi ja seetõttu on ka suurem tootlikkus.

Kokkuvõttes, biomass peegeldab orgaanilise aine hulka konkreetses kohas ja kohas, samas kui tootlikkus viitab selle orgaanilise aine kiirusele ja efektiivsusele toodab. Need parameetrid aitavad meil mõista looduslike ökosüsteemide toimimist, kuid aitavad meid ka võimaldada maa sihtotstarbelisel kasutamisel maksimeerida materiaalset ja majanduslikku kasu inimesed.

Bibliograafilised viited:

• Bar-On, Y. M., Phillips, R. ja Milo, R. (2018). Biomassi jaotus Maal. Rahvusliku Teaduste Akadeemia toimetised, 115 (25), 6506-6511.
• Brown, S. (1997). Troopiliste metsade biomassi ja biomassi muutuse hindamine: aabits (kd. 134). Toit ja põllumajandus Org ..
• Cai, J., He, Y., Yu, X., Banks, S. W., Yang, Y., Zhang, X.,... & Bridgwater, A. V. (2017). Lignotselluloosse biomassi füüsikalis-keemiliste omaduste ülevaade ja analüütiline iseloomustus. Taastuvenergia ja säästva energia ülevaated, 76, 309-322.
• Macgregor, C. J., Williams, J. H., Bell, J. R., & Thomas, C. D. (2019). Koi biomass suureneb ja väheneb Suurbritannias 50 aasta jooksul. Nature Ecology & Evolution, 3 (12), 1645-1649.
• Parikka, M. (2004). Ülemaailmsed biomassikütuse ressursid. Biomass ja bioenergia, 27 (6), 613-620.