Biomasa: kaj je, kako se izračuna in kako se razdeli

Kot že ime pove, so bioelementi kemični elementi periodnega sistema, ki sestavljajo različna živa bitja na planetu. Kljub temu, da je življenje sestavljeno iz približno 30 elementov, je 96% celične mase skoraj vseh taksonov ki jih lahko pomislite, je sestavljeno iz samo šestih izmed njih: ogljik, kisik, dušik, vodik, fosfor in žveplo. Ti elementi tvorijo beljakovine, vitamine, nukleinske kisline, lipide, ogljikove hidrate in številne druge spojine, zato je spočetje življenja brez njih nemogoča naloga.

Organska snov, prisotna na Zemlji, ni fiksna, ampak se preoblikuje z uporabo energije. Na primer, rastlina raste zahvaljujoč svetlobi in anorganskim spojinam, prisotnim v tleh, ki minerale pretvarjajo v ogljik. To maso zaužije rastlinojeda žival, nato mesojedec in nato super plenilec, dokler ne umre. Na tej točki vsa nakopičena snov v tleh razpade in cikel začnemo znova.

Prehranjevalne verige v ekosistemih modulirajo ta pretok energije, torej tisti, ki jedo ki "pogojujejo delovanje okolij in zato vsega življenja, prisotnega v okolje. Kakorkoli že,

Za razumevanje izmenjave energije v različnih bioloških sistemih je treba obširno opisati izraz, ki nas zelo zanima: biomasa. Danes vam povemo vse o njej, zato nadaljujte z branjem.

• Povezani članek: "Deset vej biologije: njihovi cilji in značilnosti"

Kaj je biomasa?

Biomasa je masa živih bioloških organizmov, ki so v določenem času prisotni v določenem ekosistemu. Težo lahko določimo na ravni določenega taksona ali populacije (biomasa vrste) ali z vključitvijo vseh živih elementov, ki soobstajajo v okolju (biomasa skupnosti ali skupnosti). Biomasa se v kopenskih ekosistemih piramidalno porazdeli po trofični verigi, od primarnih proizvajalcev, ki so osnova, do super plenilcev konic.

Treba je opozoriti, da se biomasa ne uporablja 100% na vseh ravneh ekosistema. Pojasnjujemo se. Na ekološki ravni bo od vse biomase, ki jo krava porabi v obliki trave (100% energije), le 10% prešlo na naslednjo trofično raven. Sesalec mora zažgati organsko snov, ki jo porabi za krmo, razmnoževanje, proizvodnjo toplote in noter dokončno živi, ​​zato le majhen del energije, pridobljene z biomaso, prehaja iz ravni v raven v veriga. Na srečo je sončna energija "neomejena", zato te izgube ne smemo opaziti v zdravem ekosistemu, dokler obstajajo rastline, ki izvajajo fotosintezo.

Medsebojno povezan izraz z biomaso je bioenergija, saj se to nanaša na pridobivanje energije na obnovljiv način v človeškem sektorju prek uporaba organskih snovi (bodisi naravno obdelanih v ekosistemu bodisi mehanika). Biomasa in bioenergija sta dve plati istega kovanca, vendar se prvi izraz na splošno nanaša na naravni dogodek, drugi pa ima jasno antropsko uporabnost.

Biomasa Zemlje, v surovih podatkih

Leta 2018 je bila na znanstvenem portalu PNAS objavljena raziskava Porazdelitev biomase na Zemlji, ki se je ukvarjala z njo ocenite biomaso po vsej Zemlji v obliki ogljika (C), organske sestavine par excellence živih bitij. Skupno je bilo izračunanih 550 gigatonov ogljika, ki so razdeljeni med različne žive taksone na naslednji način:

• Rastline so bile prevladujoče pridelovalno kraljestvo. Ti so odgovorni za shranjevanje 450 gigatonov ogljika, to je 80% celotnega. So glavni proizvajalci vseh običajnih ekosistemov.
• Za njimi boste presenečeni, ko boste vedeli, da obstajajo bakterije, ki zagotavljajo približno 70 Gt, 15% celotnega ogljika. Čeprav jih ne vidimo, so ti mikroorganizmi povsod.
• Glive, arheje in protisti se uvrščajo na tretje, četrto oziroma peto mesto s skupno 12, 7 in 4 Gt.
• Na sramoto evolucijskega vrhunca živali predpostavljamo le 2 gigatona ogljika - le virusi prispevajo manj kot mi, in sicer 0,2 Gt.

Poleg tega je ta študija izračunala, da količina zemeljske biomase je za dva reda večja od morske, vendar se ocenjuje, da biota v vodnem okolju prispeva skupaj približno 6 gigatonov ogljika, kar pa ni zanemarljivo. Kot lahko vidite, je večina organskih snovi na Zemlji v mikroorganizmih in rastlinah.

Izračun biomase

Izračun celotne biomase, proizvedene v ekosistemu, je izjemno težka naloga, čeprav nove tehnologije (kot npr Laser Vegetation Slikovni senzor) pomagati raziskovalcem pri dokaj zanesljivih ocenah, vsaj ko gre za količinsko določanje rastlinskega ogljika v okolju. Zaradi notranje zapletenosti upoštevanja vseh živih elementov bioma, Uporabiti je treba enačbe in regresijske metode, to je izračunati biomaso, ki jo proizvaja posameznik, in nato to vrednost ekstrapolirati na celotno populacijo.

Da vam predstavimo, kako lahko izračunamo biomaso, bomo vzeli petrijevko z mikroorganizmi, najmanjšo lestvico, ki si jo lahko omislimo. Za oceno ogljika se upošteva naslednja enačba:

Biomasa (v mikrogramih ogljika / mililiter vzorca): N x Bv X F

V tej enačbi N predstavlja število mikroorganizmov, preštetih v mililitru vzorca, Bv je bio volumen je tisto, kar zaseda vsak mikroorganizem (v merilu µm ^ 3), F pa faktor pretvorbe ogljika, v μg C na µm ^ 3. Kot lahko vidite, kvantificiranje biomase v vzorcu ni enostavno, tudi ko se premikamo po mikroskopskih lestvicah.

• Morda vas zanima: "8 vrst biomov, ki obstajajo na svetu"

Produktivnost in biomasa

Izraz, ki je popolnoma povezan z biomaso, je ekološka produktivnost. Ta parameter je opredeljen kot proizvodnja organske snovi na določenem območju na enoto čas, to je količina biomase, ki nastane v naravnem ekosistemu ali umetnem sistemu človek.

Najpogostejša enota, ki se uporablja za količinsko določanje produktivnosti v ekosistemu, je kilogram / hektar na leto, čeprav jih je mogoče uporabiti druge tehtnice (tone, gigatoni) so površine (kvadratni metri, kvadratni centimetri itd.) in celo čas (dnevi, ure, desetletja). Vse je odvisno od uporabnosti in osredotočenosti zadevne študije, ki poskuša pridobiti določene parametre.

Vzemimo primer. Recimo, da imamo površino 40 hektarjev, ki je bila na začetku prazna, a je bila ponovno naseljena z rastlinami, ki v povprečju tehtajo 1 kilogram. Konec leta skupaj štejemo približno 1000 rastlin vrste, ki nas zanima, kar nam posledično daje 1.000 kilogramov celotne mase (biomasa vrste). Če naredimo ustrezne izračune (1.000 kg / 40 ha), bomo ugotovili, da je bila skupna produktivnost 25 kg / ha / leto.

Ta hipotetični model predstavlja visoko stopnjo produktivnosti, vendar se stvari veliko spremenijo, če govorimo o živalih. Zdaj pomislite na populacijo krav, ki na primer potrebujejo površino 20.000 hektarjev zemlje, da bi uspevale. Ne glede na to, koliko teh živinskih sesalcev tehtajo, bodo to manj posamezniki kot rastline in, Poleg tega je krmno zemljišče večje, kar nam daje veliko proizvedeno biomaso manj.

Poleg tega je treba upoštevati tudi prejšnjo točko: energija, ki skoči s povezave na člen v verigi, je le 10%. Krave za življenje porabijo 90% svoje energije, zato je predvsem rastlinski ekosistem vedno bolj produktiven kot tisti z bogatimi živalmi. Vendar naravna selekcija ne "skuša" povečati produktivnosti, temveč ohraniti stabilno dolgoročno ravnovesje med vsemi komponentami. Ko so tujerodne vrste vnesene v ekosistem, je rezultat pogosto katastrofalen.

Nadaljuj

Da bi vse, kar ste se naučili, postavili v perspektivo, primerjamo dva posebna primera: produktivnost rastlin (primarna) v a puščave je manj kot 0,5 grama / kvadratni meter / dan, medtem ko na obdelovalnem polju vrednost niha 10 gramov / meter kvadrat / dan. Več rastlin kot je v ekosistemu, več bo biomase in zato bo večja stopnja produktivnosti.

V povzetku, biomasa odraža količino organske snovi v določenem kraju in kraju, medtem ko produktivnost se nanaša na hitrost in učinkovitost te organske snovi proizvaja. Ti parametri nam pomagajo razumeti delovanje naravnih ekosistemov, pomagajo pa nam tudi omogočajo maksimiranje materialnih in ekonomskih koristi pri izkoriščanju zemlje za namene ljudje.

Bibliografske reference:

• Bar-On, Y. M., Phillips, R. in Milo, R. (2018). Porazdelitev biomase na Zemlji. Zbornik Nacionalne akademije znanosti, 115 (25), 6506-6511.
• Brown, S. (1997). Ocenjevanje biomase in sprememb biomase v tropskih gozdovih: primer (Vol. 134). Organizacija za hrano in kmetijstvo ..
• Cai, J., He, Y., Yu, X., Banke, S. W., Yang, Y., Zhang, X.,... & Bridgwater, A. V. (2017). Pregled fizikalno-kemijskih lastnosti in analitična karakterizacija lignocelulozne biomase. Obnovljivi in ​​trajnostni pregledi energije, 76, 309-322.
• Macgregor, C. J., Williams, J. H., Bell, J. R., & Thomas, C. D. (2019). V Veliki Britaniji se biomasa molja povečuje in zmanjšuje v 50 letih. Nature Ecology & Evolution, 3 (12), 1645-1649.
• Parikka, M. (2004). Globalni viri goriva iz biomase. Biomasa in bioenergija, 27 (6), 613-620.