Биомасса: что это такое, как рассчитывается и как распределяется

Биоэлементы, как следует из их названия, представляют собой химические элементы периодической таблицы, из которых состоят различные живые существа на планете. Несмотря на то, что жизнь состоит примерно из 30 элементов, 96% клеточной массы практически всех таксонов который вы можете себе представить, состоит всего из шести из них: углерода, кислорода, азота, водорода, фосфора и сера. Эти элементы дают начало белкам, витаминам, нуклеиновым кислотам, липидам, углеводам и многим другим соединениям, поэтому представить жизнь без них невозможно.

Органическое вещество, присутствующее на Земле, не фиксируется, а преобразуется с помощью энергии. Например, растение растет благодаря световой энергии и неорганическим соединениям, присутствующим в почве, превращая минералы в углерод. Эту массу поедает травоядное животное, затем плотоядное животное, а затем - суперхищник, пока не умирает. В этот момент все накопленное вещество разлагается в почве, и мы снова запускаем цикл.

Пищевые цепи в экосистемах модулируют этот поток энергии, то есть «кто ест которые »обусловливают функционирование окружающей среды и, следовательно, всей жизни, присутствующей в среда. В любом случае,

Чтобы понять обмен энергией в различных биологических системах, необходимо подробно описать очень интересный термин: биомасса.. Сегодня мы вам все расскажем о ней, так что читайте дальше.

• Связанная статья: «10 разделов биологии: их цели и характеристики»

Что такое биомасса?

Биомасса - это масса живых биологических организмов, присутствующих в данной экосистеме в данный момент времени. Вес может быть определен на уровне конкретного таксона или популяции (биомасса вида) или включать все живые элементы, сосуществующие в окружающей среде (сообщество или биомасса сообщества). Биомасса распределена в наземных экосистемах пирамидальным образом в трофической цепочке, от первичных продуцентов, которые являются основой, до суперхищников верхушки.

Следует отметить, что биомасса не используется на 100% на всех уровнях экосистемы. Мы объясняемся. На экологическом уровне из всей биомассы, потребляемой коровой в виде травы (100% энергии), только 10% перейдут на следующий трофический уровень. Млекопитающее должно сжигать органические вещества, которые потребляет, чтобы добывать пищу, воспроизводить, производить тепло и окончательно живые, поэтому только крошечная часть энергии, полученной биомассой, переходит с уровня на уровень в цепь. К счастью, солнечная энергия «безгранична», поэтому эту потерю не следует замечать в здоровой экосистеме, пока есть растения, которые осуществляют фотосинтез.

Взаимосвязанный термин с биомассой - биоэнергетика., поскольку это относится к получению энергии из возобновляемых источников в человеческом секторе за счет использование органических веществ (либо обработанных естественным путем в экосистеме, либо механика). Биомасса и биоэнергетика - это две стороны одной медали, но первый термин обычно относится к природным явлениям, а второй имеет явную антропную применимость.

Биомасса Земли в исходных данных

В 2018 году на научном портале PNAS было опубликовано исследование «Распределение биомассы на Земле», посвященное оценить биомассу по всей Земле в виде углерода (C), органического компонента, в первую очередь, живых существ. Всего было подсчитано 550 гигатонн углерода, которые распределяются между различными живыми таксонами следующим образом:

• Растения были доминирующим производственным царством. Они отвечают за хранение 450 гигатонн углерода, то есть 80% от общего количества. Они являются основными производителями всех нормальных экосистем.
• Вы будете удивлены, узнав, что за ними стоят бактерии, которые обеспечивают около 70 Гт, 15% всего углерода. Хотя мы не видим их, эти микроорганизмы есть повсюду.
• Грибы, археи и протисты занимают третье, четвертое и пятое места соответственно с общим количеством 12, 7 и 4 Гт.
• К стыду эволюционной вершины, мы, животные, предполагаем только 2 гигатонны углерода - только вирусы вносят меньший вклад, чем мы, - 0,2 Гт.

Кроме того, это исследование подсчитало, что количество наземной биомассы на два порядка больше морскойНо, по оценкам, биота в водной среде вносит в общей сложности 6 гигатонн углерода, и этим нельзя пренебречь. Как видите, большая часть органического вещества на Земле содержится в микроорганизмах и растениях.

Расчет биомассы

Расчет общей биомассы, производимой в экосистеме, является чрезвычайно сложной задачей, хотя новые технологии (такие как Лазерный датчик изображения растительности) помогают исследователям делать достаточно надежные оценки, по крайней мере, когда дело доходит до количественной оценки углерода растений в окружающей среде. Из-за внутренней сложности учета всех живых элементов биома, Необходимо прибегнуть к уравнениям и методам регрессии, то есть рассчитать биомассу, производимую особью, а затем экстраполировать это значение на общую популяцию..

Чтобы дать вам представление о том, как можно рассчитать биомассу, мы возьмем чашку Петри с микроорганизмами, наименьший масштаб, который мы можем придумать. Для оценки углерода используется следующее уравнение:

Биомасса (в микрограммах углерода / миллилитр образца): N x Bv X F

В этом уравнении N представляет собой количество микроорганизмов в миллилитре образца, Bv - это количество микроорганизмов. биоразмер - это то, что занимает каждый микроорганизм (в масштабе мкм ^ 3), а F - коэффициент преобразования углерода в мкг C на мкм ^ 3. Как видите, количественно оценить биомассу в образце непросто, даже если мы переходим к микроскопическим масштабам.

• Вам может быть интересно: «8 типов биомов, существующих в мире»

Продуктивность и биомасса

Термин, полностью связанный с биомассой, - экологическая продуктивность.. Этот параметр определяется как производство органического вещества на определенной площади на единицу время, то есть количество биомассы, которая генерируется в естественной экосистеме или искусственной системе человек.

Самая распространенная единица измерения продуктивности экосистемы - килограммы на гектар в год, хотя их можно использовать. другие весы (тонны, гигатонны) поверхности (квадратные метры, квадратные сантиметры и т. д.) и даже времени (дни, часы, десятилетия). Все зависит от полезности и направленности рассматриваемого исследования, которое пытается получить конкретные параметры.

Возьмем пример. Предположим, у нас есть территория площадью 40 гектаров, которая сначала была пуста, но была заново заселена растениями, которые в среднем весят 1 килограмм. Всего мы насчитываем около 1000 растений интересующих видов в конце года, что, следовательно, дает нам 1000 килограммов общей массы (биомассы вида). Если мы сделаем соответствующие расчеты (1000 кг / 40 га), мы получим, что в целом урожайность составила 25 кг / га / год.

Эта гипотетическая модель демонстрирует высокую производительность, но все сильно меняется, если мы говорим о животных. Теперь представьте себе поголовье коров, которым, например, для процветания требуется 20 000 гектаров земли. Как бы ни весили эти домашние млекопитающие, в целом их будет меньше особей, чем растений и, Кроме того, кормовая площадка больше, что дает нам много производимой биомассы. меньше.

Помимо этого необходимо учитывать предыдущий пункт: энергия, которая переходит от звена к звену в цепи, составляет всего 10%. Коровы используют 90% своей энергии для жизни, поэтому экосистема, в которой преобладают растения, всегда более продуктивна, чем экосистема с многочисленными животными. Однако естественный отбор «стремится» не к максимальному увеличению продуктивности, а к поддержанию стабильного долгосрочного баланса между всеми компонентами. Поэтому, когда чужеродные виды вводятся в экосистему, результат часто бывает катастрофическим.

Резюме

Чтобы представить все, что вы узнали, в перспективе, мы сравним два конкретных случая: продуктивность растений (первичная) в пустыня составляет менее 0,5 грамма / квадратный метр / день, в то время как на возделанном поле значение колеблется в пределах 10 граммов / метр. кв / сутки. Чем больше растений присутствует в экосистеме, тем больше будет биомассы и, следовательно, тем выше будет производительность.

В итоге, биомасса отражает количество органического вещества в определенном месте и участке, в то время как производительность относится к скорости и эффективности, с которой это органическое вещество производит. Эти параметры помогают нам понять функционирование природных экосистем, но они также помогают нам. позволяют получить максимальную материальную и экономическую выгоду при использовании земли в целевых целях люди.

Библиографические ссылки:

• Бар-Он, Ю. М., Филлипс Р. и Майло Р. (2018). Распределение биомассы на Земле. Слушания Национальной академии наук, 115 (25), 6506-6511.
• Браун, С. (1997). Оценка изменения биомассы и биомассы тропических лесов: учебник (Vol. 134). Продовольственная и сельскохозяйственная организация ..
• Цай, Дж., Хе, Ю., Ю, X., Бэнкс, С. W., Yang, Y., Zhang, X.,... И Бриджуотер, А. В. (2017). Обзор физико-химических свойств и аналитическая характеристика лигноцеллюлозной биомассы. Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, 76, 309-322.
• Макгрегор, К. Дж., Уильямс, Дж. Х., Белл, Дж. Р., и Томас, К. Д. (2019). Биомасса моли в Великобритании увеличивается и уменьшается за 50 лет. Природа, экология и эволюция, 3 (12), 1645-1649.
• Парикка, М. (2004). Мировые топливные ресурсы биомассы. Биомасса и биоэнергетика, 27 (6), 613-620.