ชีวมวล: มันคืออะไร คำนวณอย่างไร และกระจายอย่างไร

องค์ประกอบทางชีวภาพตามชื่อของมันบ่งบอกว่าเป็นองค์ประกอบทางเคมีของตารางธาตุที่ประกอบขึ้นเป็นสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ บนโลก แม้ว่าชีวิตประกอบด้วยองค์ประกอบประมาณ 30 ธาตุ แต่ 96% ของมวลเซลล์ของแท็กซ่าเกือบทั้งหมด ที่คุณนึกออกนั้นประกอบด้วยคาร์บอน ออกซิเจน ไนโตรเจน ไฮโดรเจน ฟอสฟอรัส และ กำมะถัน. ธาตุเหล่านี้ก่อให้เกิดโปรตีน วิตามิน กรดนิวคลีอิก ลิปิด คาร์โบไฮเดรต และสารประกอบอื่นๆ มากมาย ดังนั้นการมีชีวิตโดยปราศจากสิ่งเหล่านี้จึงเป็นไปไม่ได้

อินทรียวัตถุที่มีอยู่บนโลกไม่คงที่ แต่ถูกเปลี่ยนแปลงโดยการใช้พลังงาน ตัวอย่างเช่น พืชเติบโตได้ด้วยพลังงานแสงและสารประกอบอนินทรีย์ที่มีอยู่ในดิน ทำให้แร่ธาตุกลายเป็นคาร์บอน มวลนี้ถูกกินโดยสัตว์กินพืช ตามด้วยสัตว์กินเนื้อ และนักล่าชั้นยอด จนกว่ามันจะตาย เมื่อถึงจุดนี้ สสารที่สะสมทั้งหมดจะสลายตัวในดิน และเราจะเริ่มวัฏจักรอีกครั้ง

ห่วงโซ่อาหารในระบบนิเวศจะปรับเปลี่ยนการไหลของพลังงาน กล่าวคือ "ใครกิน ใคร” กำหนดเงื่อนไขการทำงานของสภาพแวดล้อมและดังนั้นของทุกชีวิตที่มีอยู่ใน สิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม, เพื่อให้เข้าใจการแลกเปลี่ยนพลังงานในระบบชีวภาพต่างๆ จำเป็นต้องอธิบายคำศัพท์ที่น่าสนใจอย่างมาก: ชีวมวล. วันนี้เราบอกคุณทั้งหมดเกี่ยวกับเธอดังนั้นให้อ่าน

• บทความที่เกี่ยวข้อง: "ชีววิทยา 10 สาขา: วัตถุประสงค์และลักษณะเฉพาะ"

ชีวมวลคืออะไร?

ชีวมวลคือ มวลของสิ่งมีชีวิตทางชีววิทยาที่มีอยู่ในระบบนิเวศที่กำหนดในเวลาที่กำหนด. สามารถกำหนดน้ำหนักได้ที่ระดับของอนุกรมวิธานหรือจำนวนประชากร (ชีวมวลของสายพันธุ์) หรือประกอบด้วยองค์ประกอบที่มีชีวิตทั้งหมดที่อยู่ร่วมกันในสภาพแวดล้อม (ชีวมวลของชุมชนหรือชุมชน) ชีวมวลมีการกระจายในระบบนิเวศบนบกในลักษณะเสี้ยมในห่วงโซ่อาหาร ตั้งแต่ผู้ผลิตหลักที่เป็นฐาน ไปจนถึงผู้ล่าที่สุดยอดของปลาย

ควรสังเกตว่าชีวมวลไม่ได้ใช้ 100% ในทุกระดับระบบนิเวศ เราอธิบายตัวเอง ในระดับนิเวศวิทยา ของชีวมวลทั้งหมดที่วัวบริโภคในรูปของหญ้า (100% ของพลังงาน) มีเพียง 10% เท่านั้นที่จะไปถึงระดับโภชนาการถัดไป สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจะต้องเผาอินทรียวัตถุที่มันกินเข้าไปหาอาหาร สืบพันธุ์ สร้างความร้อนและใน มีชีวิตอยู่ได้อย่างแน่นอน ดังนั้นพลังงานชีวมวลเพียงส่วนเล็ก ๆ ที่ได้รับจากชีวมวลผ่านจากระดับหนึ่งไปอีกระดับใน เชื่อมต่อ. โชคดีที่พลังงานแสงอาทิตย์นั้น "ไม่จำกัด" ดังนั้นการสูญเสียนี้ไม่ควรสังเกตเห็นในระบบนิเวศที่สมบูรณ์ ตราบใดที่ยังมีพืชที่ทำการสังเคราะห์ด้วยแสง

คำศัพท์ที่เกี่ยวข้องกับชีวมวลคือพลังงานชีวภาพเนื่องจากหมายถึงการได้รับพลังงานจากพลังงานหมุนเวียนในภาคมนุษย์โดยผ่าน การใช้อินทรียวัตถุ (ไม่ว่าจะเป็นการบำบัดตามธรรมชาติในระบบนิเวศหรือ กลศาสตร์). ชีวมวลและพลังงานชีวภาพเป็นสองด้านของเหรียญเดียวกัน แต่คำแรกโดยทั่วไปหมายถึงเหตุการณ์ทางธรรมชาติ ในขณะที่ส่วนที่สองมีการบังคับใช้มานุษยวิทยาที่ชัดเจน

ชีวมวลของโลกในข้อมูลดิบ

ในปี 2018 งานวิจัย การกระจายชีวมวลบนโลกได้รับการเผยแพร่บนพอร์ทัลวิทยาศาสตร์ PNAS ซึ่งเกี่ยวข้องกับ ประมาณการชีวมวลทั่วโลกในรูปของคาร์บอน (C) ซึ่งเป็นองค์ประกอบอินทรีย์ที่เป็นเลิศของสิ่งมีชีวิต. คำนวณคาร์บอนทั้งหมด 550 กิกะตัน ซึ่งจำแนกตามกลุ่มแท็กซ่าที่มีชีวิตที่แตกต่างกันดังนี้

• พืชเป็นอาณาจักรการผลิตที่โดดเด่น สิ่งเหล่านี้มีหน้าที่ในการจัดเก็บคาร์บอน 450 กิกะตัน นั่นคือ 80% ของทั้งหมด พวกเขาเป็นผู้ผลิตหลักของระบบนิเวศปกติทั้งหมด
• ข้างหลังคุณจะแปลกใจที่รู้ว่ามีแบคทีเรียซึ่งให้ประมาณ 70 Gt หรือ 15% ของคาร์บอนทั้งหมด แม้ว่าเราจะมองไม่เห็น แต่จุลินทรีย์เหล่านี้มีอยู่ทุกหนทุกแห่ง
• เชื้อรา อาร์เคีย และโปรติสต์อยู่ในอันดับที่สาม สี่ และห้า ตามลำดับ โดยมีจำนวนทั้งหมด 12, 7 และ 4 Gt
• ที่น่าละอายของวิวัฒนาการขั้นสุดยอด สัตว์เราถือว่าคาร์บอนเพียง 2 กิกะตัน มีเพียงไวรัสเท่านั้นที่ส่งผลกระทบน้อยกว่าที่เราทำ ที่ 0.2 Gt

นอกจากนี้ การศึกษานี้คำนวณว่า ปริมาณชีวมวลของที่ดินเป็นสองเท่าที่ใหญ่กว่าทางทะเลแต่คาดว่าสิ่งมีชีวิตในสิ่งแวดล้อมทางน้ำจะมีคาร์บอนรวม 6 กิกะตัน ซึ่งเป็นตัวเลขที่ไม่มีความสำคัญ อย่างที่คุณเห็น อินทรียวัตถุส่วนใหญ่บนโลกพบได้ในจุลินทรีย์และพืช

การคำนวณชีวมวล

การคำนวณชีวมวลทั้งหมดที่ผลิตในระบบนิเวศเป็นงานที่ยากมาก แม้ว่าเทคโนโลยีใหม่ ๆ (เช่น เลเซอร์เซนเซอร์ภาพพืชพรรณ) ช่วยนักวิจัยในการประมาณการที่ค่อนข้างน่าเชื่อถือ อย่างน้อยก็ในเรื่องการหาปริมาณคาร์บอนของพืชในสภาพแวดล้อม เนื่องจากความซับซ้อนที่แท้จริงในการคำนึงถึงองค์ประกอบที่มีชีวิตทั้งหมดของไบโอม ถึงเวลาต้องใช้สมการและวิธีการถดถอย กล่าวคือ คำนวณชีวมวลที่ผลิตโดยบุคคลแล้วประมาณค่านี้กับประชากรทั้งหมด.

เพื่อให้คุณได้แนวคิดเกี่ยวกับวิธีการคำนวณชีวมวล เราจะนำจานเพาะเชื้อที่มีจุลินทรีย์ซึ่งเป็นขนาดที่เล็กที่สุดที่เราคิดออก ในการประมาณค่าคาร์บอน ให้ปฏิบัติตามสมการต่อไปนี้:

ชีวมวล (เป็นไมโครกรัมของคาร์บอน / มิลลิลิตรของตัวอย่าง): N x Bv X F

ในสมการนี้ N แทนจำนวนจุลินทรีย์ที่นับในตัวอย่างมิลลิลิตร Bv คือ ปริมาณชีวภาพคือสิ่งที่จุลินทรีย์แต่ละชนิดครอบครอง (ในมาตราส่วน µm ^ 3) และ F คือปัจจัยการแปลงคาร์บอนในหน่วย µg ของ C ต่อ µm ^ 3 อย่างที่คุณเห็น การหาปริมาณชีวมวลในตัวอย่างไม่ใช่เรื่องง่าย แม้ว่าเราจะเคลื่อนที่ด้วยตาชั่งขนาดเล็กก็ตาม

• คุณอาจสนใจ: "ไบโอม 8 ชนิดที่มีอยู่ในโลก"

ผลผลิตและชีวมวล

คำที่เชื่อมโยงกับชีวมวลอย่างสมบูรณ์คือผลผลิตทางนิเวศวิทยา. พารามิเตอร์นี้ถูกกำหนดให้เป็นการผลิตอินทรียวัตถุในพื้นที่ที่กำหนดต่อหน่วยของ เวลา กล่าวคือ ปริมาณชีวมวลที่เกิดขึ้นในระบบนิเวศธรรมชาติหรือระบบเทียม มนุษย์.

หน่วยที่ใช้บ่อยที่สุดในการหาปริมาณผลผลิตในระบบนิเวศคือ กิโลกรัม/เฮกตาร์ต่อปี แม้ว่าจะสามารถใช้ได้ก็ตาม เครื่องชั่งน้ำหนักอื่นๆ (ตัน จิกะตัน) พื้นผิว (ตารางเมตร ตารางเซนติเมตร เป็นต้น) และเวลา (วัน ชั่วโมง ทศวรรษ) ทั้งหมดขึ้นอยู่กับประโยชน์ใช้สอยและจุดเน้นของการศึกษาที่เป็นปัญหาซึ่งพยายามหาพารามิเตอร์เฉพาะ

มาดูตัวอย่างกัน. สมมติว่าเรามีพื้นที่ 40 เฮกตาร์ที่ว่างเปล่าในตอนเริ่มต้น แต่มีการปลูกซ้ำด้วยต้นไม้ที่มีน้ำหนักเฉลี่ย 1 กิโลกรัม โดยรวมแล้วเรานับพืชที่น่าสนใจประมาณ 1,000 ต้น ณ สิ้นปี ซึ่งทำให้เราได้รับมวลรวม 1,000 กิโลกรัม (ชีวมวลของสายพันธุ์) หากเราทำการคำนวณที่เกี่ยวข้อง (1,000 กก. / 40 เฮกตาร์) เราจะได้ผลผลิตรวมอยู่ที่ 25 กก. / เฮกแตร์ / ปี

โมเดลสมมุตินี้มีอัตราการผลิตสูง แต่สิ่งต่างๆ เปลี่ยนไปมากถ้าเราพูดถึงสัตว์ ลองนึกถึงประชากรวัวที่ต้องการพื้นที่ 20,000 เฮกตาร์เพื่อเจริญเติบโต ไม่ว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่เป็นปศุสัตว์เหล่านี้มีน้ำหนักเท่าใด พวกมันจะมีจำนวนน้อยกว่าพืชและ นอกจากนี้ พื้นที่หาอาหารมีขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งทำให้เรามีมวลชีวภาพทั้งหมดที่ผลิตได้มาก น้อยกว่า

นอกจากนี้ จำเป็นต้องคำนึงถึงประเด็นก่อนหน้าด้วย: พลังงานที่กระโดดจากลิงค์ไปยังลิงค์ในห่วงโซ่มีเพียง 10%. วัวใช้พลังงาน 90% ในการดำรงชีวิต ดังนั้นระบบนิเวศของพืชโดยหลักย่อมให้ผลผลิตมากกว่าระบบนิเวศน์ที่มีสัตว์มากมายอยู่เสมอ อย่างไรก็ตาม การคัดเลือกโดยธรรมชาติไม่ได้ "แสวงหา" เพื่อเพิ่มผลผลิต แต่เป็นการคงไว้ซึ่งความสมดุลในระยะยาวที่มั่นคงระหว่างส่วนประกอบทั้งหมด ดังนั้นเมื่อมีการนำสิ่งมีชีวิตต่างดาวเข้าสู่ระบบนิเวศ ผลลัพธ์มักจะเป็นหายนะ

เรซูเม่

เพื่อให้ทุกสิ่งที่คุณได้เรียนรู้เป็นมุมมอง เราเปรียบเทียบสองกรณีเฉพาะ: ผลผลิตพืช (หลัก) ใน a ทะเลทรายมีค่าน้อยกว่า 0.5 กรัม / ตารางเมตร / วัน ในขณะที่ในทุ่งเพาะปลูก ค่าจะแกว่ง 10 กรัม / เมตร ตาราง/วัน. ยิ่งพืชมีอยู่ในระบบนิเวศมากเท่าใด ชีวมวลก็จะยิ่งมีมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น อัตราการผลิตก็จะยิ่งสูงขึ้น

สรุป, ชีวมวลสะท้อนถึงปริมาณอินทรียวัตถุในสถานที่และไซต์เฉพาะ ในขณะที่สารชีวมวล ผลผลิตหมายถึงความเร็วและประสิทธิผลของสารอินทรีย์นี้ ผลิต. พารามิเตอร์เหล่านี้ช่วยให้เราเข้าใจการทำงานของระบบนิเวศธรรมชาติ แต่ก็ช่วยเราด้วย อนุญาตให้ใช้วัสดุและผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจสูงสุดเมื่อใช้ประโยชน์จากที่ดินเพื่อวัตถุประสงค์ มนุษย์.

การอ้างอิงบรรณานุกรม:

• บาร์ออน, Y. เอ็ม, ฟิลลิปส์, อาร์, & ไมโล, อาร์. (2018). การกระจายชีวมวลบนโลก การดำเนินการของ National Academy of Sciences, 115 (25), 6506-6511
• บราวน์, เอส. (1997). การประมาณค่าชีวมวลและการเปลี่ยนแปลงชีวมวลของป่าเขตร้อน: ไพรเมอร์ (ฉบับที่. 134). องค์การอาหารและการเกษตร ..
• Cai, J., He, Y., Yu, X., แบ๊งส์, เอส. W., Yang, Y., Zhang, X., ... & บริดจ์วอเตอร์, เอ. วี (2017). ทบทวนคุณสมบัติทางเคมีกายภาพและการวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะของชีวมวลลิกโนเซลลูโลส บทวิจารณ์เกี่ยวกับพลังงานหมุนเวียนและความยั่งยืน 76, 309-322
• แมคเกรเกอร์, ซี. เจ. วิลเลียมส์ เจ. เอช, เบลล์, เจ. อาร์, & โทมัส, ซี. ง. (2019). สิ่งมีชีวิตต่อหน่วยพื้นที่ของผีเสื้อกลางคืนเพิ่มขึ้นและลดลงกว่า 50 ปีในสหราชอาณาจักร นิเวศวิทยาธรรมชาติและวิวัฒนาการ, 3 (12), 1645-1649.
• ปาริกา, ม. (2004). แหล่งเชื้อเพลิงชีวมวลทั่วโลก ชีวมวลและพลังงานชีวภาพ, 27 (6), 613-620.