Biomassa: cos'è, come si calcola e come si distribuisce

I bioelementi, come suggerisce il nome, sono gli elementi chimici della tavola periodica che compongono i diversi esseri viventi del pianeta. Nonostante la vita sia composta da circa 30 elementi, il 96% della massa cellulare di quasi tutti i taxa che ti viene in mente è composto solo da sei di essi: carbonio, ossigeno, azoto, idrogeno, fosforo e zolfo. Questi elementi danno origine a proteine, vitamine, acidi nucleici, lipidi, carboidrati e molti altri composti, quindi concepire la vita senza di essi è un compito impossibile.

La materia organica presente sulla Terra non è fissa, ma si trasforma attraverso l'uso dell'energia. Ad esempio, una pianta cresce grazie all'energia luminosa e ai composti inorganici presenti nel terreno, trasformando i minerali in carbonio. Questa massa viene consumata da un animale erbivoro, poi da un carnivoro e poi da un super predatore, fino alla morte. A questo punto tutta la materia accumulata si decompone nei terreni e si ricomincia il ciclo.

Le catene alimentari negli ecosistemi modulano questo flusso di energia, cioè il “chi mangia che “condizionano il funzionamento degli ambienti e, quindi, di tutta la vita presente nel ambiente. Comunque,

Per comprendere lo scambio di energia nei diversi sistemi biologici è necessario descrivere estesamente un termine di grande interesse: biomassa. Oggi vi raccontiamo tutto di lei, quindi continuate a leggere.

• Articolo correlato: "Le 10 branche della Biologia: i loro obiettivi e caratteristiche"

Cos'è la biomassa?

La biomassa è la massa di organismi biologici viventi presenti in un dato ecosistema in un dato momento. Il peso può essere determinato a livello di uno specifico taxon o popolazione (biomassa di specie) o comprendente tutti gli elementi viventi che coesistono nell'ambiente (comunità o biomassa comunitaria). La biomassa è distribuita negli ecosistemi terrestri in maniera piramidale nella catena trofica, dai produttori primari che sono la base, ai super predatori della punta.

Va notato che la biomassa non viene utilizzata al 100% a tutti i livelli dell'ecosistema. Ci spieghiamo. A livello ecologico, di tutta la biomassa consumata da una mucca sotto forma di erba (100% dell'energia), solo il 10% andrà al livello trofico successivo. Il mammifero deve bruciare la materia organica che consuma per nutrirsi, riprodursi, produrre calore e in definitivamente vivere, quindi solo una piccolissima parte dell'energia ottenuta dalla biomassa passa da un livello all'altro nel catena. Fortunatamente, l'energia solare è "illimitata", quindi questa perdita non dovrebbe essere notata in un ecosistema sano finché ci sono piante che svolgono la fotosintesi.

Un termine correlato con la biomassa è bioenergia, poiché si tratta di ottenere energia in modo rinnovabile nel settore umano, l'uso di materia organica (trattata naturalmente nell'ecosistema o meccanica). Biomassa e bioenergia sono due facce della stessa medaglia, ma il primo termine si riferisce generalmente ad un evento naturale, mentre il secondo ha una chiara applicabilità antropica.

La biomassa della Terra, in dati grezzi

Nel 2018 è stata pubblicata sul portale scientifico PNAS la ricerca La distribuzione della biomassa sulla Terra, che si occupava di stimare la biomassa in tutta la Terra sotto forma di carbonio (C), la componente organica per eccellenza degli esseri viventi. Sono stati calcolati un totale di 550 gigatonnellate di carbonio, che sono distribuiti tra i diversi taxa viventi come segue:

• Le piante erano il regno produttore dominante. Questi sono responsabili dello stoccaggio di 450 gigatonnellate di carbonio, ovvero l'80% del totale. Sono i produttori primari di tutti gli ecosistemi normali.
• Dietro di loro vi sorprenderà sapere che ci sono dei batteri, che forniscono circa 70 Gt, il 15% del carbonio totale. Sebbene non possiamo vederli, questi microrganismi sono ovunque.
• Funghi, archaea e protisti sono rispettivamente al terzo, quarto e quinto posto, con un totale di 12, 7 e 4 Gt.
• Per la vergogna dell'apice evolutivo, noi animali assumiamo solo 2 gigatonnellate di carbonio - solo i virus contribuiscono meno di noi, a 0,2 Gt.

Inoltre, questo studio ha calcolato che la quantità di biomassa terrestre è due ordini più grande di quella marinaMa si stima che il biota nell'ambiente acquatico apporti un totale di 6 gigatonnellate di carbonio, una cifra non trascurabile. Come puoi vedere, la maggior parte della materia organica sulla Terra si trova nei microrganismi e nelle piante.

Calcolo della biomassa

Il calcolo della biomassa totale prodotta in un ecosistema è un compito estremamente difficile, sebbene le nuove tecnologie (comesuch Sensore di imaging della vegetazione laser) aiutano i ricercatori a fare stime abbastanza affidabili, almeno quando si tratta di quantificare il carbonio vegetale in un ambiente. A causa della complessità intrinseca di prendere in considerazione tutti gli elementi viventi del bioma, Occorre ricorrere ad equazioni e metodi di regressione, cioè calcolare la biomassa prodotta da un individuo e poi estrapolare questo valore alla popolazione totale.

Per darti un'idea di come si può calcolare la biomassa, prenderemo una capsula di Petri con microrganismi, la scala più piccola che possiamo pensare. Per stimare il carbonio, si segue la seguente equazione:

Biomassa (in microgrammi di carbonio / millilitro di campione): N x Bv X F

In questa equazione, N rappresenta il numero di microrganismi contati in un millilitro di campione, Bv è il biovolume è ciò che ogni microrganismo occupa (in scala µm ^ 3) e F è il fattore di conversione del carbonio, in µg di C per µm ^ 3. Come puoi vedere, quantificare la biomassa in un campione non è facile, nemmeno quando ci muoviamo su scale microscopiche.

• Potresti essere interessato a: "Gli 8 tipi di biomi che esistono nel mondo"

Produttività e biomassa

Un termine completamente legato alla biomassa è produttività ecologica. Questo parametro è definito come la produzione di materia organica in una determinata area per unità di tempo, ovvero la quantità di biomassa generata in un ecosistema naturale o in un sistema artificiale umano.

L'unità più comune utilizzata per quantificare la produttività in un ecosistema è chilogrammi / ettaro all'anno, sebbene possano essere utilizzati altre bilance (tonnellate, gigatonnellate) superficie (metri quadrati, centimetri quadrati, ecc.) e anche tempo (giorni, ore, decenni). Tutto dipende dall'utilità e dal focus dello studio in questione che sta cercando di ottenere parametri specifici.

Facciamo un esempio. Supponiamo di avere un'area di 40 ettari che all'inizio era vuota, ma è stata ripopolata con piante che, in media, pesano 1 chilogrammo. In totale contiamo circa 1.000 piante delle specie di interesse a fine anno, che di conseguenza ci danno 1.000 chilogrammi di massa totale (biomassa di specie). Se facciamo i relativi calcoli (1.000 kg/40 Ha), otterremo che, in totale, la produttività è stata di 25 kg/Ha/anno.

Questo ipotetico modello presenta un alto tasso di produttività, ma le cose cambiano molto se si parla di animali. Ora pensiamo a una popolazione di mucche che, ad esempio, ha bisogno di un'area di 20.000 ettari di terreno per prosperare. Per quanto questi mammiferi da allevamento pesino, saranno meno individui totali rispetto alle piante e, Inoltre, il terreno di foraggiamento è più grande, il che ci dà una biomassa totale prodotta molto Di meno.

Oltre a ciò, è necessario tenere conto del punto precedente: l'energia che salta da un anello all'altro della catena è solo del 10%. Le mucche usano il 90% della loro energia per vivere, quindi un ecosistema prevalentemente vegetale è sempre più produttivo di uno con animali abbondanti. Tuttavia, la selezione naturale non "cerca" di massimizzare la produttività, ma di mantenere un equilibrio stabile a lungo termine tra tutte le componenti. Pertanto, quando specie aliene vengono introdotte in un ecosistema, l'esito è spesso disastroso.

Curriculum vitae

Per mettere in prospettiva tutto ciò che hai imparato, confrontiamo due casi specifici: produttività dell'impianto (primario) in a deserto è inferiore a 0,5 grammi/mq/giorno, mentre in un campo coltivato il valore oscilla di 10 grammi/metro quadrato / giorno. Più piante sono presenti in un ecosistema, più biomassa ci sarà e, quindi, maggiore sarà il tasso di produttività.

In sintesi, la biomassa riflette la quantità di materia organica in un determinato luogo e sito, mentre la la produttività si riferisce alla velocità e all'efficacia con cui questa materia organica è produce. Questi parametri ci aiutano a capire il funzionamento degli ecosistemi naturali, ma ci aiutano anche consentono di massimizzare i benefici materiali ed economici quando si sfrutta la terra per scopi umani.

Riferimenti bibliografici:

• Bar-On, Y. M., Phillips, R., & Milo, R. (2018). La distribuzione della biomassa sulla Terra. Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze, 115 (25), 6506-6511.
• Marrone, S. (1997). Stima della biomassa e del cambiamento di biomassa delle foreste tropicali: un primer (Vol. 134). Organizzazione per l'alimentazione e l'agricoltura ..
• Cai, J., He, Y., Yu, X., Banks, S. W., Yang, Y., Zhang, X.,... & Bridgewater, A. v. (2017). Revisione delle proprietà fisico-chimiche e caratterizzazione analitica della biomassa lignocellulosica. Recensioni sull'energia rinnovabile e sostenibile, 76, 309-322.
• Macgregor, C. J., Williams, J. H., Bell, J. R., & Thomas, C. d. (2019). La biomassa delle falene aumenta e diminuisce in 50 anni in Gran Bretagna. Ecologia della natura ed evoluzione, 3 (12), 1645-1649.
• Parikka, M. (2004). Risorse globali di combustibili da biomassa. Biomassa e bioenergia, 27 (6), 613-620.