Оиенка продукционного процесса

Многочисленные данные показывают, что продукционный процесс растений обусловлен уровнем фотосинтеза. Как в природных условиях, так и в посевах сельскохозяйственных растений главными критическими факторами для фотосинтеза обычно бывают условия освещения и количество углекислого газа в воздухе.

Биологическая продуктивность в общей форме выражается величиной синтезированного органического вещества за единицу времени на единицу площади (у водных растений на единицу объема воды). Продукциюавтотрофных организмов, способных кфото- или хемосинтезу, называют первичной продукцией, а сами организмы - продуцентами. Применительно к растениям совокупное количество органического вещества, образующего тело растения, называют его фитомассой. Биологическая продуктивность реализуется в каждом отдельном случае через воспроизведение видовых популяций растений. Продукция видовой популяции может быть выражена размером особей, их числом и общей величиной фитомассы.

В экологии для оценки продукционного процесса используется ряд понятий: запас фитомассы, прирост фитомассы за единицу времени, урожай. В собственно экологических исследованиях (особенно в англоязычной литературе) у дикорастущих растений вместо термина «запас фитомассы* иногда используют термин « урожай *, хотя в агрономическом смысле урожай означает только ту часть фитомассы растений, которая непосредственно используется человеком.

Между уровнем продукционного процесса и запасом фитомассы нет прямого соответствия. Так, в результате высокой интенсивности фотосинтеза одноклеточных водорослей планктона з наиболее продуктивных участках океана за год синтезируется ка единицу площади примерно столько же органических веществ, сколько и в высокопродуктивных лесах, хотя биомасса такого тесного сообщества в сотни тысяч раз больше биомассы фитопланктона.

Зеленые растения осуществляют не только продукционный процесс, они в расходуют часть созданного органического вещества на дыхание. Поэтому размер чистой продукции определяется уравнением:

П =П -Д,

где - чистая продукция;

П4 - первичная валовая продукция;

Д- дыхание.

Масса живого вещества планеты составляет примерно 0,01% массы земной коры в слое 16 км. Все живое вещество суши составляет 6,4 * 1012 тонн, а живое вещество океана — 29,9 - 10® тонн. Таким образом, биомасса океана примерно на три порядка меньше биомассы суши. Сухого органического вещества за счет фотосинтеза на Земле создается 155 • 10е тонн (Гуляев, 2003). Основная часть биомассы (90%) приходится на леса (Шеляг-Сосон- ко, 2001). Почти все органическое вещество суши образовано растениями, биомасса животных составляет всего 0,006 ¦ 1012 тонн. В океане на долю биомассы растений приходится 1,1 • 10е тонн, на долю биомассы животных-28,8 • 10® тонн. На суше биомасса растений примерно на три порядка больше биомассы животных, в океане биомасса животных примерно в 28 раз выше биомассы растений.

Фитомасса в качественном отношении неоднородна. В молекулах разных органических веществ аккумулируется разное количество энергии. Белки, жиры, углеводы и другие органические вещества энергетически не эквиваленты друг другу. Чтобы измерить поток энергии, протекающий через экосистему в форме ассимилированных органических веществ, необходимо количество последних выразить в одинаковых единицах энергии - килоджоулях (кДж). Обычно принимают следующие соотношения: для 1 г углеводов - 4 кДж; протеинов - 4; липидов - 9; стволовой древесины - 4,5; живых листьев - 4,7; лесной подстилки - 4,5 кДж. В среднем принято считать, что при окислении 1 г абсолютно сухого вещества растений получается 4 кДж энергии. Роль энергетических процессов в экосистемах, и в том числе в популяциях растений, в настоящее время активно изучается Я.П. Дидухом (2007).

Фракционный состав фитомассы выражается процентным соотношением массы ее разных фракций: стволов, ветвей и побегов, листьев, генеративных органов, корней, В пределах этих групп фракций в зависимости от цели исследования оказывается иногда желательной дальнейшая дифференциация: для стволов, ветвей и корней - на древесину и кору, для ветвей и корней - по группам толщины, для хвои вечнозеленых пород - по возрасту, для генеративных органов с целью полного учета общего годичного прироста - на цветки (или стробилы), недоразвившиеся плоды, семена и части плодов в зрелом состоянии.

Часть созданных продуцентами веществ служит кормом растительноядным животным (фитофагам). Остальная часть их оказывается неиспользованной и, в конце концов, отмирает, поступая в почву для переработки биоредуцентам.