Biomasa: kas tas ir, kā to aprēķina un kā tas tiek sadalīts

Bioelementi, kā norāda viņu nosaukums, ir periodiskās tabulas ķīmiskie elementi, kas veido dažādas planētas dzīvās būtnes. Neskatoties uz to, ka dzīvību veido apmēram 30 elementi, 96% no gandrīz visu taksonu šūnu masas ko jūs varat iedomāties, veido tikai seši no tiem: ogleklis, skābeklis, slāpeklis, ūdeņradis, fosfors un sērs. Šie elementi rada olbaltumvielas, vitamīnus, nukleīnskābes, lipīdus, ogļhidrātus un daudzus citus savienojumus, tāpēc iedomāties dzīvi bez tiem nav iespējams.

Uz Zemes esošā organiskā viela nav fiksēta, bet tiek pārveidota, izmantojot enerģiju. Piemēram, augs aug, pateicoties gaismas enerģijai un neorganiskajiem savienojumiem, kas atrodas augsnē, minerālvielas pārveidojot par oglekli. Šo masu patērē zālēdājs dzīvnieks, pēc tam plēsējs un pēc tam super plēsējs, līdz tas nomirst. Šajā brīdī visa uzkrāta viela augsnēs sadalās, un mēs atkal sākam ciklu.

Pārtikas ķēdes ekosistēmās modulē šo enerģijas plūsmu, tas ir, “kurš ēd kas ”kondicionē vides darbību un līdz ar to visu dzīvību, kas atrodas vide. Jebkurā gadījumā

Lai saprastu enerģijas apmaiņu dažādās bioloģiskajās sistēmās, ir nepieciešams plaši aprakstīt terminu, kas interesē: biomasu. Šodien mēs jums visu pastāstām par viņu, tāpēc lasiet tālāk.

• Saistītais raksts: "10 bioloģijas nozares: to mērķi un īpašības"

Kas ir biomasa?

Biomasa ir dzīvo bioloģisko organismu masa, kas atrodas noteiktā ekosistēmā noteiktā laikā. Svaru var noteikt konkrēta taksona vai populācijas līmenī (sugu biomasa) vai arī aptverot visus dzīvos elementus, kas pastāv līdzās videi (kopienas vai kopienas biomasa). Biomasa tiek izplatīta zemes ekosistēmās piramidālā veidā trofiskajā ķēdē, sākot no primārajiem ražotājiem, kas ir pamats, līdz gala super plēsējiem.

Jāatzīmē, ka biomasu neizmanto 100% visos ekosistēmas līmeņos. Mēs paskaidrojam paši. Ekoloģiskā līmenī no visas biomasas, ko govs patērē zāles veidā (100% enerģijas), tikai 10% nonāks nākamajā trofiskajā līmenī. Zīdītājam jāsadedzina organiskās vielas, ko tas patērē lopbarībai, pavairošanai, siltuma ražošanai un iekšā galīgi dzīvo, tāpēc tikai neliela daļa enerģijas, ko iegūst ar biomasu, pāriet no līmeņa uz līmeni ķēde. Par laimi, saules enerģija ir "neierobežota", tāpēc šo zaudējumu nevajadzētu pamanīt veselīgā ekosistēmā, kamēr ir augi, kas veic fotosintēzi.

Ar biomasu savstarpēji saistīts termins ir bioenerģija, jo tas attiecas uz enerģijas iegūšanu atjaunojamā veidā cilvēku nozarē caur organisko vielu izmantošana (vai nu dabiski apstrādāta ekosistēmā, vai mehānika). Biomasa un bioenerģija ir vienas monētas divas puses, taču pirmais termins parasti attiecas uz dabisku notikumu, bet otrajam ir skaidra antropiska pielietojamība.

Zemes biomasa sākotnējos datos

2018. gadā pētījums Biomasas izplatība uz Zemes tika publicēts PNAS zinātniskajā portālā, kurā tika apskatīts novērtēt biomasu visā Zemē oglekļa (C) formā, kas ir dzīvo būtņu organiskais komponents. Kopā tika aprēķināti 550 gigatononi oglekļa, kas sadalīti starp dažādiem dzīvajiem taksoniem šādi:

• Augi bija dominējošā ražotājvalsts. Tie ir atbildīgi par 450 gigatonu oglekļa uzglabāšanu, tas ir, 80% no kopējā daudzuma. Viņi ir visu normālo ekosistēmu primārie ražotāji.
• Aiz viņiem jūs būsiet pārsteigts, uzzinot, ka ir baktērijas, kas nodrošina apmēram 70 Gt, 15% no kopējā oglekļa daudzuma. Lai gan mēs tos nevaram redzēt, šie mikroorganismi ir visur.
• Sēnes, arhejas un protisti ierindojas attiecīgi trešajā, ceturtajā un piektajā vietā, kopā sasniedzot 12, 7 un 4 Gt.
• Kauns par evolucionāro virsotni, dzīvnieki uzņem tikai 2 gigatonus oglekļa: tikai vīrusi veicina mazāk nekā mēs ar 0,2 Gt.

Turklāt šajā pētījumā tas tika aprēķināts zemes biomasas daudzums ir par divām kārtām lielāks nekā jūrasBet tiek lēsts, ka biota ūdens vidē kopā veido 6 gigatonus oglekļa, un šis skaitlis nav mazsvarīgs. Kā redzat, lielākā daļa organisko vielu uz Zemes atrodas mikroorganismos un augos.

Biomasas aprēķins

Aprēķināt kopējo ekosistēmā saražoto biomasu ir ārkārtīgi grūts uzdevums, lai gan jaunās tehnoloģijas (piemēram, Veģetācijas attēlveidošanas lāzera sensors) palīdz pētniekiem veikt diezgan ticamus aprēķinus, vismaz attiecībā uz augu oglekļa daudzumu vidē. Tā kā visu bioma dzīvo elementu ņemšana vērā ir sarežģīta, Ir nepieciešams izmantot vienādojumus un regresijas metodes, tas ir, lai aprēķinātu indivīda saražoto biomasu un pēc tam šo vērtību ekstrapolētu kopējai populācijai.

Lai sniegtu priekšstatu par to, kā var aprēķināt biomasu, mēs paņemsim Petri trauciņu ar mikroorganismiem - mazāko apjomu, kādu vien varam iedomāties. Lai novērtētu oglekli, tiek ievērots šāds vienādojums:

Biomasa (mikrogramos oglekļa / parauga mililitrs): N x Bv X F

Šajā vienādojumā N apzīmē mikroorganismu skaitu, kas saskaitīti mililitrā parauga, Bv ir biotilpums ir tas, ko katrs mikroorganisms aizņem (µm ^ 3 skalā), un F ir oglekļa konversijas koeficients µg C uz µm ^ 3. Kā redzat, biomasas kvantitatīvā noteikšana paraugā nav viegli, pat tad, ja mēs pārvietojamies uz mikroskopiskām skalām.

• Jūs varētu interesēt: "8 biomu veidi, kas pastāv pasaulē"

Produktivitāte un biomasa

Termins, kas pilnībā saistīts ar biomasu, ir ekoloģiskā produktivitāte. Šis parametrs ir definēts kā organisko vielu ražošana noteiktā apgabalā uz vienu vienību laiks, tas ir, biomasas daudzums, kas rodas dabiskā ekosistēmā vai mākslīgā sistēmā cilvēks.

Visizplatītākā vienība, lai kvantitatīvi novērtētu produktivitāti ekosistēmā, ir kilogrami / hektārs gadā, lai gan tos var izmantot citas svara skalas (tonnas, gigatoni) virsma (kvadrātmetri, kvadrātcentimetri utt.) un pat laiks (dienas, stundas, gadu desmitiem). Tas viss ir atkarīgs no attiecīgā pētījuma lietderības un fokusa, kas mēģina iegūt īpašus parametrus.

Ņemsim piemēru. Pieņemsim, ka mums ir 40 hektāru platība, kas sākumā bija tukša, bet tika atkārtoti apdzīvota ar augiem, kas vidēji sver 1 kilogramu. Kopumā gada beigās mēs saskaitām apmēram 1000 interesējošo sugu augu, kas attiecīgi dod mums 1000 kilogramus kopējās masas (sugas biomasa). Ja veiksim atbilstošus aprēķinus (1 000 kg / 40 ha), iegūsim, ka kopumā produktivitāte ir bijusi 25 kg / ha / gadā.

Šis hipotētiskais modelis parāda augstu produktivitātes līmeni, taču lietas daudz mainās, ja mēs runājam par dzīvniekiem. Tagad padomājiet par govju populāciju, kurām, piemēram, ir vajadzīga 20 000 hektāru zemes platība, lai zeltu. Lai arī cik daudz šo mājdzīvnieku zīdītāju sver, to kopējais īpatņu skaits būs mazāks nekā augu un Turklāt lopbarības augsne ir lielāka, kas mums dod daudz saražotās biomasas mazāk.

Papildus tam ir jāņem vērā iepriekšējais punkts: enerģija, kas ķēdē pāriet no saites uz saiti, ir tikai 10%. Govis dzīvošanai izmanto 90% enerģijas, tāpēc galvenokārt augu ekosistēma vienmēr ir produktīvāka nekā tā, kurā ir daudz dzīvnieku. Tomēr dabiskā atlase "nemēģina" maksimizēt produktivitāti, bet gan saglabāt stabilu ilgtermiņa līdzsvaru starp visiem komponentiem. Tāpēc, svešzemju sugas ievedot ekosistēmā, rezultāts bieži ir katastrofāls.

Turpināt

Lai visu iemācīto aplūkotu perspektīvā, mēs salīdzinām divus īpašus gadījumus: augu produktivitāti (primāro) a tuksnesis ir mazāks par 0,5 gramiem / kvadrātmetrs / dienā, savukārt apstrādātā laukā vērtība svārstās 10 gramus / metrā kvadrāts / dienā. Jo vairāk augu atrodas ekosistēmā, jo vairāk būs biomasas un līdz ar to augstāks produktivitātes līmenis.

Kopsavilkumā, biomasa atspoguļo organisko vielu daudzumu noteiktā vietā un vietā, savukārt biomasa produktivitāte attiecas uz ātrumu un efektivitāti, kādā šī organiskā viela ir ražo. Šie parametri palīdz mums izprast dabisko ekosistēmu darbību, bet arī palīdz ļauj maksimāli palielināt materiālos un ekonomiskos ieguvumus, zemi ekspluatējot mērķiem cilvēkiem.

Bibliogrāfiskās atsauces:

• Bar-On, Y. M., Filipss, R. un Milo, R. (2018). Biomasas sadalījums uz Zemes. Nacionālās Zinātņu akadēmijas raksti, 115 (25), 6506-6511.
• Brauns, S. (1997). Tropisko mežu biomasas un biomasas maiņas novērtēšana: grunts (Vol. 134). Pārtikas un lauksaimniecības organiz ..
• Cai, J., He, Y., Yu, X., Banks, S. W., Yang, Y., Zhang, X.,... & Bridžvoters, A. V. (2017). Lignocelulozes biomasas fizikāli ķīmisko īpašību apskats un analītiskais raksturojums. Atsauksmes par atjaunojamiem un ilgtspējīgiem enerģijas avotiem, 76, 309-322.
• Makgregors, C. Dž., Viljamss, Dž. H., Bels, Dž. R., un Tomass, C. D. (2019). Kožu biomasa 50 gadu laikā Lielbritānijā palielinās un samazinās. Dabas ekoloģija un evolūcija, 3 (12), 1645-1649.
• Parika, M. (2004). Globālie biomasas degvielas resursi. Biomasa un bioenerģija, 27 (6), 613-620.