Biomasa: čo to je, ako sa počíta a ako sa distribuuje

Bioelementy, ako už ich názov napovedá, sú chemické prvky periodickej tabuľky, ktoré tvoria rôzne živé bytosti na planéte. Napriek tomu, že život tvorí asi 30 prvkov, 96% bunkovej hmoty takmer všetkých taxónov o ktorých si môžete myslieť, že ich tvorí iba šesť z nich: uhlík, kyslík, dusík, vodík, fosfor a síra. Z týchto prvkov vznikajú bielkoviny, vitamíny, nukleové kyseliny, lipidy, uhľohydráty a mnoho ďalších zlúčenín, takže koncepcia života bez nich je nemožná úloha.

Organická hmota prítomná na Zemi nie je stála, ale je transformovaná pomocou energie. Napríklad rastlina rastie vďaka svetelnej energii a anorganickým zlúčeninám prítomným v pôde a premieňa minerály na uhlík. Túto hmotu konzumuje bylinožravé zviera, potom mäsožravce a potom super dravec, až kým nezomrie. V tomto okamihu sa všetka nahromadená hmota rozloží v pôdach a cyklus začneme odznova.

Potravinové reťazce v ekosystémoch modulujú tento tok energie, to znamená „kto je ktorí "podmieňujú fungovanie prostredí, a teda aj všetkého života prítomného v prostredie. Každopádne

Aby sme porozumeli výmene energie v rôznych biologických systémoch, je potrebné podrobne opísať pojem, ktorý je veľmi zaujímavý: biomasa. Dnes vám o nej všetko povieme, takže čítajte ďalej.

• Súvisiaci článok: „Desať odvetví biológie: ich ciele a charakteristiky“

Čo je to biomasa?

Biomasa je hmotnosť živých biologických organizmov prítomných v danom ekosystéme v danom čase. Váha sa dá určiť na úrovni konkrétneho taxónu alebo populácie (druhová biomasa) alebo zahrnutím všetkých živých prvkov, ktoré existujú v prostredí (komunita alebo komunitná biomasa). Biomasa je distribuovaná v suchozemských ekosystémoch pyramidálnym spôsobom v trofickom reťazci, od primárnych producentov, ktorí sú jej základňou, až po super predátorov cípu.

Je potrebné poznamenať, že biomasa sa 100% nevyužíva na všetkých úrovniach ekosystému. Vysvetľujeme si to. Na ekologickej úrovni zo všetkej biomasy spotrebovanej kravou vo forme trávy (100% energie) iba 10% prejde na ďalšiu trofickú úroveň. Cicavec musí spáliť organickú hmotu, ktorú konzumuje, aby sa zháňal, množil sa, produkoval teplo a v definitívne žije, takže iba malá časť energie získanej biomasou prechádza z úrovne na úroveň v reťaz. Solárna energia je našťastie „neobmedzená“, takže túto stratu by sme si nemali v zdravom ekosystéme všimnúť, pokiaľ existujú rastliny, ktoré vykonávajú fotosyntézu.

Vzájomne súvisiacim pojmom s biomasou je bioenergia, pretože sa to týka získavania energie obnoviteľným spôsobom v ľudskom sektore prostredníctvom použitie organických látok (buď ošetrených prirodzene v ekosystéme, alebo mechanika). Biomasa a bioenergia sú dve strany jednej mince, ale prvý termín sa všeobecne vzťahuje na prírodný jav, zatiaľ čo druhý má jasnú antropickú použiteľnosť.

Biomasa Zeme, v surových dátach

V roku 2018 bol na vedeckom portáli PNAS zverejnený výskum Distribúcia biomasy na Zemi, ktorý sa zaoberal odhadnúť biomasu na celej Zemi vo forme uhlíka (C), organickej zložky par excellence živých bytostí. Celkovo bolo vypočítaných 550 gigatónov uhlíka, ktoré sú rozdelené medzi rôzne živé taxóny nasledovne:

• Rastliny boli dominantným producentským kráľovstvom. Sú zodpovedné za uloženie 450 gigatónov uhlíka, čo je 80% z celkového množstva. Sú primárnymi producentmi všetkých normálnych ekosystémov.
• Za nimi budete prekvapení, keď budete vedieť, že existujú baktérie, ktoré poskytujú asi 70 Gt, čo je 15% celkového uhlíka. Aj keď ich nevidíme, tieto mikroorganizmy sú všade.
• Huby, archaea a protisti sú na treťom, štvrtom a piatom mieste s celkovým počtom 12, 7 a 4 GT.
• Na hanbu evolučného vrcholu zvieratá predpokladajú iba 2 gigatóny uhlíka: iba vírusy prispievajú menej ako my, a to 0,2 Gt.

Táto štúdia to navyše vypočítala množstvo suchozemskej biomasy je o dva rády väčšie ako morské, ale odhaduje sa, že biota vo vodnom prostredí prispieva celkovo asi 6 gigatónmi uhlíka, čo je nezanedbateľné číslo. Ako vidíte, väčšina organických látok na Zemi sa nachádza v mikroorganizmoch a rastlinách.

Výpočet biomasy

Výpočet celkovej biomasy vyprodukovanej v ekosystéme je mimoriadne náročná úloha, aj keď nové technológie (ako napr Laserový vegetačný zobrazovací snímač) pomáha výskumníkom robiť pomerne spoľahlivé odhady, prinajmenšom pokiaľ ide o kvantifikáciu rastlinného uhlíka v prostredí. Vzhľadom na vnútornú zložitosť zohľadnenia všetkých živých prvkov biomu, Je potrebné uchýliť sa k rovniciam a regresným metódam, to znamená k výpočtu biomasy vyprodukovanej jednotlivcom a následnej extrapolácii tejto hodnoty na celkovú populáciu..

Aby ste mali predstavu o tom, ako je možné vypočítať biomasu, vezmeme Petriho misku s mikroorganizmami, čo je najmenšia škála, ktorá nás napadne. Pri odhadovaní uhlíka sa postupuje podľa tejto rovnice:

Biomasa (v mikrogramoch uhlíka / mililiter vzorky): N x Bv X F

V tejto rovnici N predstavuje počet mikroorganizmov počítaných v mililitroch vzorky, Bv je bioobjem je to, čo každý mikroorganizmus zaberá (v stupnici µm ^ 3) a F je konverzný faktor uhlíka, v μg C na μm ^ 3. Ako vidíte, kvantifikácia biomasy vo vzorke nie je ľahká, ani keď sa pohybujeme v mikroskopických mierkach.

• Mohlo by vás zaujímať: „8 typov biomov, ktoré existujú na svete“

Produktivita a biomasa

Termín úplne spojený s biomasou je ekologická produktivita. Tento parameter je definovaný ako výroba organickej hmoty v určenej oblasti na jednotku čas, to znamená množstvo biomasy, ktorá sa vytvára v prírodnom ekosystéme alebo umelom systéme človek.

Najbežnejšou jednotkou používanou na kvantifikáciu produktivity v ekosystéme sú kilogramy / hektár ročne, aj keď sa dajú použiť ďalšie váhy (tony, gigatóny) povrch (metre štvorcové, centimetre štvorcové atď.) a rovnomerný čas (dni, hodiny, desaťročia). Všetko závisí od užitočnosti a zamerania predmetnej štúdie, ktorá sa snaží získať konkrétne parametre.

Zoberme si príklad. Predpokladajme, že máme plochu 40 hektárov, ktorá bola na začiatku prázdna, ale bola znovu osídlená rastlinami, ktoré priemerne vážia 1 kilogram. Celkovo na konci roka napočítame asi 1 000 rastlín záujmových druhov, čo nám dáva 1 000 kilogramov celkovej hmotnosti (druhová biomasa). Ak urobíme príslušné výpočty (1 000 kg / 40 ha), dosiahneme, že celková produktivita bola 25 kg / ha / rok.

Tento hypotetický model predstavuje vysokú mieru produktivity, ale ak hovoríme o zvieratách, veľa sa toho zmení. Teraz si predstavte populáciu kráv, ktorá napríklad potrebuje svoju rozlohu 20 000 hektárov pôdy. Akokoľvek tieto hospodárske cicavce vážia, bude ich celkovo menej ako rastlín a Okrem toho je potravná pôda väčšia, čo nám dáva celkovú produkciu biomasy menej.

Okrem toho je potrebné vziať do úvahy predchádzajúci bod: energia, ktorá skáče z článku do reťazca v reťazci, je iba 10%. Kravy využívajú na život 90% svojej energie, takže primárne rastlinný ekosystém je vždy produktívnejší ako ekosystém s hojným počtom zvierat. Prirodzený výber sa však „nesnaží“ maximalizovať produktivitu, ale udržiavať stabilnú dlhodobú rovnováhu medzi všetkými zložkami. Preto keď dôjde k zavedeniu cudzích druhov do ekosystému, výsledok je často katastrofálny.

Pokračovať

Aby sme všetko, čo ste sa naučili, uviedli na pravú mieru, porovnávame dva konkrétne prípady: produktivita rastlín (primárna) v a púšť je menej ako 0,5 gramu / meter štvorcový / deň, zatiaľ čo na kultivovanom poli hodnota osciluje 10 gramov / meter štvorec / deň. Čím viac rastlín bude v ekosystéme prítomných, tým viac biomasy bude mať, a tým bude mať vyššiu produktivitu.

V súhrne biomasa odráža množstvo organickej hmoty na konkrétnom mieste a mieste, zatiaľ čo produktivita sa týka rýchlosti a efektívnosti, s akou je táto organická hmota vyrába. Tieto parametre nám pomáhajú pochopiť fungovanie prírodných ekosystémov, ale pomáhajú nám tiež umožniť maximalizáciu materiálnych a ekonomických výhod pri využívaní pôdy na účely ľudí.

Bibliografické odkazy:

• Bar-On, Y. M., Phillips, R. a Milo, R. (2018). Distribúcia biomasy na Zemi. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115 (25), 6506-6511.
• Brown, S. (1997). Odhad biomasy a zmeny biomasy v tropických lesoch: základný náter (zv. 134). Potravinársky a poľnohospodársky ..
• Cai, J., He, Y., Yu, X., Banks, S. W., Yang, Y., Zhang, X.,... & Bridgwater, A. V. (2017). Prehľad fyzikálno-chemických vlastností a analytická charakterizácia lignocelulózovej biomasy. Recenzie o obnoviteľnej a udržateľnej energii, 76, 309-322.
• Macgregor, C. J., Williams, J. H., Bell, J. R., a Thomas, C. D. (2019). Molekulárna biomasa v Británii rastie a klesá viac ako 50 rokov. Nature Ecology & Evolution, 3 (12), 1645-1649.
• Parikka, M. (2004). Globálne zdroje paliva z biomasy. Biomasa a bioenergia, 27 (6), 613-620.