Біологічна продуктивність екосистеми
Автотрофні екосистеми можна порівняти з промисловим підприємством, яке виготовляє різні органічні речовини. Використовуючи сонячну енергію, діоксид вуглецю та елементи мінерального харчування, екосистеми виробляють біологічну продукцію – деревину, листову масу рослин, плоди, тваринну біомасу. Продуктивність екосистеми, що вимірюється кількістю органічної речовини, яка створена за одиницю часу на одиницю площі, називається біологічною продуктивністю. Одиниці виміру продуктивності: г/кв.м. на день, кг/кв. на рік, т/кв. км на рік.
Розрізняютьпервинну біологічну продукцію, яку створюють рослини в процесі фотосинтезу з діоксиду вуглецю, води та мінеральних елементів, тавторинну біологічну продукцію,яку створюють гетеротрофи (консументи та редуценти) в результаті переробки рослинної та тваринної біомаси. Первинну продукцію поділяють навалову– загальну кількість створеної органічної речовини тачисту– те, що залишилося після витрат на дихання та кореневі виділення. Більшість рослин чиста продукція становить приблизно половину від валової.
Оскільки консументи лише використовують раніше створені органічні речовини, вторинну продукцію на валову та чисту не поділяють. Але її кількість також залежить від витрат на дихання, яке тим більше, чим більше енергії витрачає організм. При інтенсивному фізичному навантаженні (наприклад, птахам під час міграції) продукція зменшується. Прирости ваги у сільськогосподарських тварин убувають, якщо їм доводиться витрачати багато енергії на переходи з віддалених пасовищ або зігрівання тіла в холодному приміщенні.
При переході енергії з одного трофічного рівня на інший (від рослин до фітофагів, від фітофагів до хижаківпершого порядку, від хижаків першого порядку до хижаків другого порядку з екскрементами і витратами на дихання втрачається приблизно 90% енергії. Крім того, фітофаги з'їдають лише близько 10% біомаси рослин, решта поповнює запас детриту і потім її руйнують редуценти. Тому вторинна біологічна продукція у 20-50 разів менша, ніж первинна.
За продуктивністю екосистеми поділяються на чотири класи.
1. Екосистеми дуже високої біологічної продуктивності – понад 2 кг/м2 на рік. До них відносяться зарості очерету в дельтах Волги, Дону та Уралу. За продуктивністю вони близькі до екосистем тропічних лісів та коралових рифів.
2. Екосистеми високої біологічної продуктивності – 1-2 кг/кв.м на рік.
3. Екосистеми помірної біологічної продуктивності – 0,25-1 кг/м2 на рік. Таку продуктивність мають багато посівів, соснові та березові ліси, сіножаті і степи, зарослі водними рослинами озера, “морські луки” з водоростей у Японському морі.
4. Екосистеми низької біологічної продуктивності – менше 0,25 кг/м2 на рік. Це арктичні пустелі островів Північного Льодовитого океану, тундри, напівпустелі Прикаспію, витоптані худобою степові пасовища з низьким і рідким травостоєм, гірські степи, що розвиваються на ґрунтах товщиною не більше 5 см і складаються з рослин-камнелюбів, що покривають поверхню 4 . Така сама низька продуктивність і в більшості морських екосистем.
Середня продуктивність екосистем Землі вбирається у 0,3 кг/кв.м на рік, оскільки планети переважають низькопродуктивні екосистеми пустель і океанів.
Біологічна продуктивність екосистеми відрізняється відзапасу біомаси. Деякі організми в екосистемі живуть багато років (дерева, великі тварини), і їхня біомаса переходить рік у рік як певний капітал.
Біомаса лісу велика за рахунок багаторічних частин дерев – стовбурів, гілок, коренів. Тому щорічний приріст біологічної продукції – нове листя, молоді гілочки та коріння, чергове річне кільце деревини та трав'яний покрив – у 30-50 разів менше, ніж запас біомаси. На лузі запас біомаси значно менший, і він утворений в основному корінням, що живе в ґрунті по кілька років, і кореневищами рослин. Він більший за біологічну продуктивність тільки в 3-5 разів. У полях біологічна продуктивність і запас біомаси практично рівні, тому що врожай наземних частин рослин (і підземних, якщо це коренеплоди) забирають, а пожнивні залишки жита або пшениці заорюють у ґрунт, де вони навесні перегниють. Як у луговій екосистемі, так і в екосистемі поля тривалість життя численних ґрунтових безхребетних вимірюється тижнями та місяцями. Їхня біологічна продуктивність або дорівнює запасу біомаси, або більше. Водорості та дрібні безхребетні тварини у водоймах живуть по кілька днів чи тижнів і тому за літо дають кілька поколінь. У кожен конкретний момент біомаса організмів в озері чи ставку менше, ніж їхня біологічна продукція за вегетаційний сезон.
У деяких водних екосистемах за рахунок того, що риби живуть по кілька років, а життя організмів фітопланктону нетривала, запас біомаси тварин може бути вищим за запас біомаси рослин. Перевищення біомаси тварин над біомасою рослин у морських екосистемах є правилом.
На суші 99,2% – біомаса рослин, 0,8% – біомаса тварин.
На морі 6,3% – біомасарослин, 93,7% – біомаса тварин.