Біомаса: що це, як обчислюється та як розподіляється

Як випливає з назви, біоелементи - це хімічні елементи періодичної системи, що складають різні живі істоти на планеті. Незважаючи на те, що життя складається приблизно з 30 елементів, 96% маси клітин майже всіх таксонів що ви можете придумати, складається лише з шести з них: вуглецю, кисню, азоту, водню, фосфору та сірка. Ці елементи породжують білки, вітаміни, нуклеїнові кислоти, ліпіди, вуглеводи та багато інших сполук, тому зачаття життя без них є неможливим завданням.

Органічна речовина, яка присутня на Землі, не є фіксованою, а перетворюється завдяки використанню енергії. Наприклад, рослина росте завдяки легкій енергії та неорганічним сполукам, що знаходяться в грунті, перетворюючи мінерали у вуглець. Цю масу споживає рослиноїдна тварина, потім хижак, а потім супер хижак, поки вона не загине. У цей момент вся накопичена речовина розкладається в грунтах, і ми починаємо цикл знову.

Харчові ланцюги в екосистемах модулюють цей потік енергії, тобто «хто їсть які ”зумовлюють функціонування середовищ і, отже, усього життя, що присутнє в середовище. У будь-якому разі,

instagram story viewer

Щоб зрозуміти обмін енергією в різних біологічних системах, необхідно широко описати термін, що представляє великий інтерес: біомаса. Сьогодні ми розповідаємо вам усе про неї, тож читайте далі.

Пов’язана стаття: "10 галузей біології: їх цілі та характеристики"

Що таке біомаса?

Біомаса є маса живих біологічних організмів, присутніх в певній екосистемі в певний час. Вага може бути визначена на рівні конкретного таксону або популяції (біомаса виду) або шляхом включення всіх живих елементів, які співіснують у навколишньому середовищі (біомаса спільноти або спільноти). Біомаса розподіляється в наземних екосистемах пірамідальним шляхом у трофічному ланцюгу, від первинних продуцентів, які є основою, до супер хижаків кінчика.

Слід зазначити, що біомаса не використовується на 100% на всіх рівнях екосистем. Ми пояснюємо себе. На екологічному рівні з усієї біомаси, споживаної коровою у вигляді трави (100% енергії), лише 10% перейде на наступний трофічний рівень. Ссавець повинен спалювати органічну речовину, яку він споживає для видобування їжі, розмноження, виробництва тепла та всередину остаточно живуть, тому лише незначна частина енергії, отриманої біомасою, переходить від рівня до рівня в ланцюжок. На щастя, сонячна енергія "необмежена", тому цієї втрати не слід помічати в здоровій екосистемі, поки є рослини, які здійснюють фотосинтез.

Взаємозв’язаний термін з біомасою - це біоенергетика, оскільки це стосується отримання енергії відновлюваними джерелами в людському секторі через використання органічних речовин (або оброблених природним шляхом в екосистемі, або механіка). Біомаса та біоенергетика є двома сторонами однієї і тієї ж медалі, але перший термін, як правило, відноситься до природної події, тоді як другий має чітку антропну застосовність.

Біомаса Землі, в необроблених даних

У 2018 році дослідження "Розподіл біомаси на Землі" було опубліковане на науковому порталі PNAS, в якому йшлося оцінити біомасу по всій Землі у вигляді вуглецю (С), органічного компонента, що відповідає перевагам живих істот. Всього було розраховано 550 гігатон вуглецю, які розподіляються між різними таксонами, що живуть, наступним чином:

Рослини були домінуючим виробничим королівством. Вони відповідають за зберігання 450 гігатон вуглецю, тобто 80% від загальної кількості. Вони є основними виробниками всіх нормальних екосистем.
За ними ви будете здивовані, дізнавшись, що є бактерії, які забезпечують близько 70 Гт, 15% загального вуглецю. Хоча ми не можемо їх побачити, ці мікроорганізми є скрізь.
Гриби, археї та протисти посідають третє, четверте та п’яте місця відповідно з 12, 7 та 4 Гт.
На ганьбу за еволюційну вершину, ми, тварини, припускаємо лише 2 гігатона вуглецю - лише віруси вносять менше, ніж ми, при 0,2 Гт.

Крім того, це дослідження підрахувало, що кількість сухопутної біомаси на два порядки перевищує морськуАле підраховано, що біота у водному середовищі вносить загалом 6 гігатон вуглецю, що не є незначним показником. Як бачите, більша частина органічної речовини на Землі міститься в мікроорганізмах і рослинах.

Розрахунок біомаси

Розрахунок загальної біомаси, виробленої в екосистемі, є надзвичайно складним завданням, хоча нові технології (такі як Лазерний датчик зображення рослинності) допомагають дослідникам робити досить надійні оцінки, принаймні, коли мова йде про кількісну оцінку рослинного вуглецю в навколишньому середовищі. Через внутрішню складність врахування всіх живих елементів біому, Необхідно вдатися до рівнянь та методів регресії, тобто розрахувати біомасу, вироблену людиною, а потім екстраполювати цю величину на загальну сукупність.

Щоб дати вам уявлення про те, як можна розрахувати біомасу, ми візьмемо чашку Петрі з мікроорганізмами, найменший масштаб, який ми можемо придумати. Для оцінки вуглецю дотримуються наступного рівняння:

Біомаса (у мікрограмах вуглецю / мілілітр зразка): N x Bv X F

У цьому рівнянні N являє собою кількість мікроорганізмів, підрахованих у мілілітрі зразка, Bv - біооб'єм - це те, що займає кожен мікроорганізм (в шкалі мкм ^ 3), а F - коефіцієнт перетворення вуглецю, в мкг C на мкм ^ 3. Як бачите, кількісно визначити біомасу у зразку непросто, навіть коли ми рухаємось на мікроскопічних масштабах.

Вас можуть зацікавити: "8 видів біомів, які існують у світі"

Продуктивність та біомаса

Термін, повністю пов’язаний з біомасою, - це екологічна продуктивність. Цей параметр визначається як виробництво органічної речовини у визначеній площі на одиницю час, тобто кількість біомаси, яка утворюється в природній екосистемі або штучній системі людини.

Найбільш поширеною одиницею, що використовується для кількісної оцінки продуктивності в екосистемі, є кілограми / га на рік, хоча їх можна використовувати інші вагові ваги (тонни, гігатони) мають поверхню (квадратні метри, квадратні сантиметри тощо) і навіть час (дні, години, десятиліття). Все залежить від корисності та спрямованості досліджуваного дослідження, яке намагається отримати конкретні параметри.

Візьмемо приклад. Припустимо, ми маємо площу в 40 гектарів, яка спочатку була порожньою, але була заселена рослинами, які в середньому важать 1 кілограм. Всього на кінець року ми нараховуємо близько 1000 рослин, що представляють інтерес для виду, що, відповідно, дає нам 1000 кілограмів загальної маси (біомаса виду). Якщо ми зробимо відповідні розрахунки (1000 кг / 40 га), то отримаємо, що загалом продуктивність становила 25 кг / га / рік.

Ця гіпотетична модель представляє високий рівень продуктивності, але все сильно змінюється, якщо говорити про тварин. А тепер подумайте про поголів’я корів, яким, наприклад, для процвітання потрібна площа 20 000 гектарів землі. Скільки б не важили ці ссавці худоби, їх загальна кількість буде менше, ніж рослин, і, Крім того, кормовий ґрунт більший, що дає нам загальну вироблену біомасу менше.

На додаток до цього, слід врахувати попередній пункт: енергія, яка переходить від ланки до ланки в ланцюзі, становить лише 10%. Корови використовують 90% енергії для життя, тому в основному рослинна екосистема завжди є більш продуктивною, ніж та, де є багато тварин. Однак природний відбір не «прагне» максимізувати продуктивність, а підтримувати стабільний довгостроковий баланс між усіма компонентами. Тому, коли чужорідні види вводяться в екосистему, результат часто буває згубним.

Резюме

Щоб поставити все вивчене в перспективі, ми порівнюємо два конкретні випадки: продуктивність рослин (первинна) в в пустелі менше 0,5 грам / квадратний метр / день, тоді як на обробленому полі значення коливається 10 грам / метр квадрат / добу. Чим більше рослин присутній в екосистемі, тим більше буде біомаси і, отже, вищий рівень продуктивності.

Таким чином, біомаса відображає кількість органічних речовин у певному місці та місці, тоді як продуктивність відноситься до швидкості та ефективності дії цієї органічної речовини виробляє. Ці параметри допомагають нам зрозуміти функціонування природних екосистем, але вони також допомагають нам дозволяють максимізувати матеріальні та економічні вигоди при експлуатації землі для цілей люди.

Бібліографічні посилання:

Бар-Он, Ю. М., Філліпс, Р., і Майло, Р. (2018). Розподіл біомаси на Землі. Праці Національної академії наук, 115 (25), 6506-6511.
Браун, С. (1997). Оцінка біомаси та зміни біомаси тропічних лісів: грунтовка (вип. 134). Організація продовольства та сільського господарства ..
Cai, J., He, Y., Yu, X., Banks, S. В., Ян, Ю., Чжан, Х.,... & Бриджвотер, А. В. (2017). Огляд фізико-хімічних властивостей та аналітична характеристика лігноцелюлозної біомаси. Огляди відновлюваних джерел та стійких джерел енергії, 76, 309-322.
Макгрегор, К. Дж., Вільямс, Дж. Х., Белл, Дж. Р., Томас, С. Д. (2019). Біомаса молі збільшується і зменшується протягом 50 років у Великобританії. Екологія та еволюція природи, 3 (12), 1645-1649.
Парікка, М. (2004). Світові паливні ресурси з біомаси. Біомаса та біоенергетика, 27 (6), 613-620.