Biomasė: kas tai yra, kaip ji apskaičiuojama ir kaip ji paskirstoma

Bioelementai, kaip rodo jų pavadinimas, yra periodinės lentelės cheminiai elementai, kurie sudaro skirtingas gyvas būtybes planetoje. Nepaisant to, kad gyvybę sudaro apie 30 elementų, 96% beveik visų taksonų ląstelių masės kurį galite sugalvoti, sudaro tik šeši iš jų: anglis, deguonis, azotas, vandenilis, fosforas ir sieros. Šie elementai sukelia baltymus, vitaminus, nukleorūgštis, lipidus, angliavandenius ir daugelį kitų junginių, todėl įsivaizduoti gyvenimą be jų yra neįmanoma užduotis.

Organinės medžiagos, esančios Žemėje, nėra fiksuotos, o transformuojamos naudojant energiją. Pavyzdžiui, augalas auga dėl šviesos energijos ir neorganinių junginių, esančių dirvožemyje, mineralus paverčiant anglimi. Šią masę sunaudoja žolėdis gyvūnas, paskui mėsėdis, o paskui - super plėšrūnas, kol jis miršta. Šiuo metu visa susikaupusi medžiaga suyra dirvožemiuose ir mes vėl pradedame ciklą.

Maisto grandinės ekosistemose moduliuoja šį energijos srautą, tai yra „kas valgo kurie “sąlygoja aplinkos veikimą ir todėl visą gyvenimą, esantį aplinka. Šiaip ar taip,

Norint suprasti energijos mainus skirtingose ​​biologinėse sistemose, būtina išsamiai apibūdinti labai dominantį terminą: biomasę. Šiandien mes jums viską pasakojame apie ją, todėl skaitykite toliau.

• Susijęs straipsnis: „10 biologijos šakų: jų tikslai ir savybės“

Kas yra biomasė?

Biomasė yra gyvų biologinių organizmų, esančių tam tikroje ekosistemoje tam tikru laiku, masę. Svorį galima nustatyti konkretaus taksono ar populiacijos (rūšies biomasės) lygmeniu arba sudarant visus gyvus elementus, egzistuojančius aplinkoje (bendruomenės ar bendruomenės biomasė). Biomasė pasiskirsto sausumos ekosistemose piramidiniu būdu trofinėje grandinėje, pradedant nuo pirminių gamintojų, kurie yra pagrindas, iki viršūnių plėšrūnų.

Reikėtų pažymėti, kad biomasė nėra naudojama 100% visais ekosistemos lygmenimis. Paaiškiname patys. Ekologiniu lygmeniu visos karvės sunaudotos žolės pavidalu biomasės (100% energijos) tik 10% pateks į kitą trofinį lygį. Žinduolis turi sudeginti organines medžiagas, kurias sunaudoja pašarams, daugintis, gaminti šilumą ir galutinai gyvena, taigi tik maža dalis energijos, gaunamos biomasės, pereina iš lygio į lygį grandinė. Laimei, saulės energija yra „neribota“, todėl sveikoje ekosistemoje šio nuostolio nereikėtų pastebėti tol, kol yra augalų, kurie vykdo fotosintezę.

Su biomase susijęs terminas yra bioenergija, nes tai reiškia energijos gavimą atsinaujinančiu būdu žmogaus sektoriuje organinių medžiagų (natūraliai apdorotų ekosistemoje arba mechanika). Biomasė ir bioenergija yra dvi tos pačios monetos pusės, tačiau pirmasis terminas paprastai reiškia natūralų įvykį, o antrasis turi aiškų antropinį pritaikomumą.

Žemės biomasė pirminiuose duomenyse

2018 m. Tyrimas „Biomasės pasiskirstymas Žemėje“ buvo paskelbtas PNAS mokslo portale, kuriame buvo nagrinėjama įvertinkite visoje Žemėje esančią biomasę anglies (C) pavidalu, kuris yra gyvų būtybių organinis komponentas. Iš viso buvo apskaičiuota 550 gigatonų anglies, kuri paskirstoma skirtingiems gyviesiems taksonams taip:

• Augalai buvo vyraujanti auginanti karalystė. Jie atsakingi už 450 gigatonų anglies, t. Y. 80% visos, saugojimą. Jie yra visų įprastų ekosistemų pirminiai gamintojai.
• Už jų nustebsite sužinoję, kad yra bakterijų, kurios suteikia apie 70 Gt, 15% visos anglies. Nors jų nematome, šių mikroorganizmų yra visur.
• Grybai, archėjos ir protistai užima atitinkamai trečią, ketvirtą ir penktą pozicijas, iš viso - 12, 7 ir 4 Gt.
• Dėl gėdos dėl evoliucijos viršūnės mes, gyvūnai, prisiimame tik 2 gigatonus anglies - tik virusai prisideda mažiau nei mes, esant 0,2 Gt.

Be to, šis tyrimas tai apskaičiavo sausumos biomasės kiekis yra dviem užsakymais didesnis už jūrinįApskaičiuota, kad vandens aplinkoje esanti biota sudaro iš viso 6 gigatonus anglies, šis skaičius nėra nereikšmingas. Kaip matote, daugiausia organinių medžiagų Žemėje yra mikroorganizmuose ir augaluose.

Biomasės apskaičiavimas

Apskaičiuoti bendrą ekosistemoje pagamintą biomasę yra nepaprastai sunku, nors naujos technologijos (pvz., Lazerinis augalijos vaizdavimo jutiklis) padeda tyrėjams atlikti gana patikimus įvertinimus, bent jau kalbant apie augalų anglies kiekio aplinkoje įvertinimą. Atsižvelgiant į visus gyvus biomo elementus, savaime sudėtinga Būtina pasinaudoti lygtimis ir regresijos metodais, ty apskaičiuoti asmens pagamintą biomasę ir tada ekstrapoliuoti šią vertę visai populiacijai.

Norėdami įsivaizduoti, kaip galima apskaičiuoti biomasę, mes paimsime mažiausios apimties petri lėkštę su mikroorganizmais. Norint įvertinti anglies kiekį, laikomasi šios lygties:

Biomasė (mikrogramais anglies / mėginio mililitras): N x Bv X F

Šioje lygtyje N reiškia mikroorganizmų, suskaičiuotų mėginio mililitre, skaičių, Bv yra biologinis tūris yra tai, ką užima kiekvienas mikroorganizmas (µm ^ 3 skalėje), o F yra anglies konversijos koeficientas, µg C / µm ^ 3. Kaip matote, kiekybiškai įvertinti mėginyje esančią biomasę nėra lengva, net kai judame mikroskopinėmis svarstyklėmis.

• Jus gali sudominti: „8 pasaulyje egzistuojančios 8 biomų rūšys“

Produktyvumas ir biomasė

Visiškai su biomase susijęs terminas yra ekologinis produktyvumas. Šis parametras apibrėžiamas kaip organinių medžiagų gamyba nustatytame plote viename laiko, tai yra, biomasės kiekis, kuris susidaro natūralioje ekosistemoje ar dirbtinėje sistemoje žmogus.

Dažniausias ekosistemos produktyvumo kiekiui įvertinti naudojamas kilogramas / hektaras per metus, nors juos galima naudoti kitos svorio skalės (tonos, gigatonai) paviršiaus (kvadratiniai metrai, kvadratiniai centimetrai ir kt.) ir lyginis laikas (dienos, valandos, dešimtmečius). Viskas priklauso nuo nagrinėjamo tyrimo, kuriuo bandoma gauti konkrečius parametrus, naudingumo ir dėmesio.

Paimkime pavyzdį. Tarkime, kad mes turime 40 hektarų plotą, kuris pradžioje buvo tuščias, tačiau buvo vėl apgyvendintas augalais, kurie vidutiniškai sveria 1 kilogramą. Iš viso metų pabaigoje suskaičiuojama apie 1000 dominančių rūšių augalų, todėl gaunama 1 000 kilogramų visos masės (rūšies biomasė). Jei atliksime atitinkamus skaičiavimus (1 000 kg / 40 ha), gausime, kad iš viso produktyvumas buvo 25 kg / ha / metus.

Šis hipotetinis modelis turi aukštą produktyvumo lygį, tačiau viskas labai pasikeičia, jei kalbame apie gyvūnus. Dabar pagalvokite apie karvių populiaciją, kurioms klestėti, pavyzdžiui, reikia 20 000 hektarų žemės ploto. Nepaisant to, kiek sveria šie gyvuliniai žinduoliai, jų bus mažiau nei augalų, o Be to, pašarų dirva yra didesnė, todėl gaunama daug biomasės mažiau.

Be to, būtina atsižvelgti į ankstesnį punktą: energijos, kuri grandinėje pereina nuo grandies iki grandies, yra tik 10%. Karvės gyvybei sunaudoja 90% savo energijos, todėl visų pirma augalų ekosistema visada yra produktyvesnė nei ta, kurioje yra daug gyvūnų. Tačiau natūrali atranka „nesiekia“ maksimalaus produktyvumo, o palaiko stabilią ilgalaikę visų komponentų pusiausvyrą. Todėl, kai į ekosistemą įvedamos svetimos rūšys, rezultatas dažnai būna pražūtingas.

Tęsti

Norėdami viską, ką išmokote, apžvelgti perspektyvoje, palyginame du konkrečius atvejus: augalų produktyvumą (pirminį) a dykuma yra mažesnė nei 0,5 gramo / kvadratinis metras per dieną, o dirbamame lauke vertė svyruoja 10 gramų / metras kvadratas / diena. Kuo daugiau augalų bus ekosistemoje, tuo daugiau bus biomasės, taigi ir didesnis produktyvumas.

Apibendrinant, biomasė atspindi organinių medžiagų kiekį tam tikroje vietoje ir vietoje, o biomasė produktyvumas nurodo šios organinės medžiagos greitį ir efektyvumą gamina. Šie parametrai padeda suprasti natūralių ekosistemų veikimą, tačiau taip pat padeda mums leisti maksimaliai padidinti materialinę ir ekonominę naudą, kai žemė naudojama tikslams žmonių.

Bibliografinės nuorodos:

• Bar-On, Y. M., Phillipsas, R. ir Milo, R. (2018). Biomasės pasiskirstymas Žemėje. Nacionalinės mokslų akademijos darbai, 115 (25), 6506-6511.
• Brownas, S. (1997). Atogrąžų miškų biomasės ir biomasės kaitos įvertinimas: pradas (t. 134). Maistas ir žemės ūkis ..
• Cai, J., He, Y., Yu, X., Banks, S. W., Yang, Y., Zhang, X.,... & Bridgwater, A. V. (2017). Lignoceliuliozės biomasės fizikinių ir cheminių savybių apžvalga ir analitinė charakteristika. Atsinaujinančios ir tvarios energijos apžvalgos, 76, 309-322.
• Makgregoras, C. J., Williamsas, J. H., Varpas, Dž. R. ir Thomas, C. D. (2019). Kandžių biomasė didėja ir mažėja per 50 metų Didžiojoje Britanijoje. Gamtos ekologija ir evoliucija, 3 (12), 1645-1649.
• Parikka, M. (2004). Pasauliniai biomasės kuro ištekliai. Biomasė ir bioenergija, 27 (6), 613-620.