Продуктивность (экология)
| Часть серии на |
| Биология |
|---|
 |
В экологии термин производительность относится к скорости генерации биомассы в экосистеме , обычно выражаемой в единицах массы на объем (единица поверхности) на единицу времени, такие как граммы на квадратный метр в день (GM −2 дюймовый −1 ) Единица массы может относиться к сухому веществу или к массе генерируемого углерода . Продуктивность автотрофов , таких как растения , называется первичной продуктивностью , в то время как продуктивность гетеротрофов , таких как животные , называется вторичной продуктивностью . [ 1 ]
На производительность экосистемы влияет широкий спектр факторов, включая доступность питательных веществ, температуру и доступность воды. Понимание экологической продуктивности жизненно важно, потому что оно дает представление о том, как функционируют экосистемы и в том, в какой степени они могут поддерживать жизнь. [ 2 ]
Первичное производство
[ редактировать ]Первичная продукция - это синтез органического материала из неорганических молекул. Первичная продукция в большинстве экосистем преобладает процесс фотосинтеза , в котором организмы синтезируют органические молекулы от солнечного света , H 2 O и CO 2 . [ 3 ] Водная первичная продуктивность относится к производству органического вещества, такого как фитопланктон, водные растения и водоросли, в водных экосистемах, которые включают океаны, озера и реки. Наземная первичная продуктивность относится к производству органического вещества, которое происходит в наземных экосистемах, таких как леса, луга и водно -болотные угодья.
Первичное производство делится на чистое первичное производство (АЭС) и валовое первичное производство (GPP). Валовое первичное производство измеряет все углеродные ассимилированные в органические молекулы первичными производителями. [ 4 ] Чистое первичное производство измеряет органические молекулы первичными производителями. Чистая первичная продукция также измеряет количество углерода, ассимилированных в органические молекулы первичными производителями, но не включает органические молекулы, которые затем снова разбиваются этим организмом для биологических процессов, таких как клеточное дыхание . [ 5 ] Формула, используемая для расчета АЭС, является чистой первичной производством = валовое первичное производство - дыхание.
Основные производители
[ редактировать ]Фотоаутотрофы
[ редактировать ]
Организмы, которые полагаются на световую энергию для укрепления углерода и, таким образом, участвуют в первичном производстве, называются фотоавтотрофами . [ 6 ]
Фотоавтотрофы существуют по всему дереву жизни. Известно, что многие бактериальные таксоны являются фотоавтотрофными, такими как цианобактерии [ 7 ] и некоторые псевдомонадоты (ранее протеобактерии). [ 8 ] Эукариотические организмы приобрели способность участвовать в фотосинтезе посредством развития пластид, полученных из эндосимбиотических отношений. [ 9 ] Archaeplastida , которая включает в себя красные водоросли , зеленые водоросли и растения, развили хлоропласты, происходящие из древней эндосимбиотической взаимосвязи с альфапротеобактериями . [ 10 ] Продуктивность растений, будучи фотоавтотрофами, также зависит от таких факторов, как соленость и абиотические стрессоры из окружающей среды. [ 11 ] Остальные эукариотические фотоавтотрофные организмы находятся в кладе SAR (включающая Stramenopila , Alveolata и Rhizaria ). Организмы в кладе SAR, которые развили пластиды, делали это через вторичные или третичные эндосимбиотические отношения с зелеными водорослями и/или красными водорослями. [ 12 ] Клада SAR включает в себя множество водных и морских первичных производителей, таких как водоросли , диатомовые и динофлагелляты . [ 12 ]
Литоаутотрофы
[ редактировать ]
Другим процессом первичной продукции является литоавтотрофия . Литоавтотрофы используют пониженные химические соединения, такие как газ водорода , сероводород , метан или ион железа для фиксации углерода и участия в первичной продукции. Литоавтотрофные организмы являются прокариотическими и представлены членами как бактериальных, так и архиальных доменов. [ 13 ] Литоавтотрофия является единственной формой первичной продукции, возможной в экосистемах без света, таких как из наземных вод , экосистемы [ 14 ] гидротермические вентиляционные экосистемы, [ 15 ] почвенные экосистемы , [ 16 ] и пещерные экосистемы. [ 17 ]
Вторичное производство
[ редактировать ]Вторичное производство - это генерация биомассы гетеротрофных ( потребительских ) организмов в системе. Это обусловлено переносом органического материала между трофическими уровнями и представляет количество новой ткани, созданной путем использования ассимилированной пищи. Вторичное производство иногда определяется, чтобы включить только потребление первичных производителей травоядными потребителями [ 18 ] (с третичным производством, относящимся к плотоядным потребителям), [ 19 ] но чаще определяется, чтобы включить все генерации биомассы гетеротрофами. [ 1 ]
Организмам, ответственные за вторичное производство, включают животных, протисты , грибы и многие бактерии. [ Цитация необходима ]
Вторичное производство может быть оценено с помощью ряда различных методов, включая суммирование приращения, суммирование удаления, метод мгновенного роста и метод кривой Allen. [ 20 ] Выбор между этими методами будет зависеть от предположений каждой и исследуемой экосистемы. Например, когорты следует ли выделить , можно ли предположить линейную смертность и является ли рост населения экспоненциальным. [ Цитация необходима ]
Производство чистой экосистемы определяется как разница между валовым первичным производством (GPP) и дыханием экосистемы. [ 21 ] Формула для расчета чистой экосистемы - NEP = GPP - дыхание (по автотрофам) - дыхание (гетеротрофами). [ 22 ] Ключевое различие между NPP и NEP заключается в том, что NPP фокусируется в первую очередь на аутотрофическом производстве, тогда как NEP включает вклад других аспектов экосистемы в общий углеродный бюджет. [ 23 ]
Производительность
[ редактировать ]Ниже приведен список экосистем в порядке снижения производительности. [ Цитация необходима ]
| Продюсер | Продуктивность биомассы (GC/M²/YR) |
| Болоты и болота | 2,500 |
| Коралловые рифы | 2,000 |
| Водорослые кровати | 2,000 |
| Устья реки | 1,800 |
| Умеренные леса | 1,250 |
| Культивируемые земли | 650 |
| Тундра | 140 |
| Открытый океан | 125 |
Видовое разнообразие и отношения к продуктивности
[ редактировать ]Связь между производительностью растений и биоразнообразием является важной темой в экологии, хотя она была спорной на протяжении десятилетий. Как производительность, так и разнообразие видов ограничены другими переменными, такими как климат, тип экосистемы и интенсивность землепользования. [ 24 ] Согласно некоторым исследованиям корреляции между разнообразием растений и функционированием экосистем, производительность увеличивается с увеличением разнообразия видов. [ 25 ] Одна из причин для этого заключается в том, что вероятность обнаружения высокопродуктивных видов увеличивается по мере увеличения числа видов в экосистеме. [ 25 ] [ 26 ]
Другие исследователи считают, что взаимосвязь между видовым разнообразием и продуктивностью является унимодальной в экосистеме. [ 27 ] Например, исследование в 1999 году по экосистемам на пастбищах в Европе показало, что увеличение видового разнообразия первоначально повышает производительность, но постепенно выровняется на промежуточных уровнях разнообразия. [ 28 ] Совсем недавно метаанализ из 44 исследований различных типов экосистем наблюдался, что взаимодействие между разнообразием и производством было унимодальным во всех, кроме одного исследования. [ 29 ]
Человеческие взаимодействия
[ редактировать ]Антропогенная активность (человеческая деятельность) повлияла на продуктивность и биомассу нескольких экосистем. Примеры этих видов деятельности включают модификацию среды обитания, потребление пресной воды, увеличение питательных веществ из -за удобрений и многих других. [ 30 ] Повышение питательных веществ может стимулировать цветение водорослей в водопад, увеличивая первичное производство, но делает экосистему менее стабильной. [ 31 ] Это повысит вторичное производство и окажет трофический каскадный эффект по всей пищевой цепи, что в конечном итоге повысит общую производительность экосистемы. [ 32 ]
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный Аллаби, Майкл, изд. (2006) [1994]. Словарь экологии (третье изд.). Оксфорд, Великобритания: издательство Оксфордского университета . ISBN 978-0-19-860905-6 Полем Получено 2009-12-03 .
- ^ US EPA, Ord (2017-11-01). «Экологическое состояние» . www.epa.gov . Получено 2023-04-27 .
- ^ Джонсон, Мэтью П. (2016-10-26). «Фотосинтез» . Эссе в биохимии . 60 (3): 255–273. doi : 10.1042/ebc20160016 . ISSN 0071-1365 . PMC 5264509 . PMID 27784776 .
- ^ Вудвелл, Джордж (1 августа 2015 г.). «Первичное производство в наземных экосистемах» . Американский зоолог . 8 : 19–30. doi : 10.1093/icb/8.1.19 .
- ^ Ю, Бо; Чен, Фан (2016-08-02). «Глобальные факторы воздействия чистого первичного производства в различных типах земного покрова с 2005 по 2011 год» . Springerplus . 5 (1): 1235. DOI : 10.1186/S40064-016-2910-1 . ISSN 2193-1801 . PMC 4971002 . PMID 27536518 .
- ^ Scognamamiglio, Viviana; Джарди, Мария Тереза; Заппи, Даниэле; Tou -toutapakis, Eleftherios; Антоначчи, Амина (Janogy 2021). «Совместные культуры PhotoAutotrophs-Bacteria: достижения, проблемы и приложения» . Материалы 14 (11): 3027. Bibcode : 2021mate ... 14.3027S . Doi : 10.3390/ma14113027 . ISSN 1996-1944 . PMC 8199690 . PMID 34199583 .
- ^ Сингх, Джей Шанкар; Кумар, Арун; Рай, Амар Н.; Сингх, Девендра П. (2016). «Цианобактерии: драгоценная био-ресурс в сельском хозяйстве, экосистеме и экологической устойчивости» . Границы в микробиологии . 7 : 529. doi : 10.3389/fmicb.2016.00529 . ISSN 1664-302X . PMC 4838734 . PMID 27148218 .
- ^ Тан, Куо-Хсиан; Тан, Инджи Дж.; Бланкеншип, Роберт Юджин (2011). «Углеродные метаболические пути в фототрофных бактериях и их более широкие эволюционные последствия» . Границы в микробиологии . 2 : 165. doi : 10.3389/fmicb.2011.00165 . PMC 3149686 . PMID 21866228 .
- ^ Маргулис Л. (1968-09-06). «Эволюционные критерии в таллофитах: радикальная альтернатива». Наука . 161 (3845): 1020–1022. Bibcode : 1968sci ... 161.1020M . doi : 10.1126/science.161.3845.1020 . PMID 17812802 . S2CID 21929905 .
- ^ Ford Doolittle, W (1998-12-01). «Вы - то, что вы едите: график переноса генов может объяснить бактериальные гены в эукариотических ядерных геномах». Тенденции в генетике . 14 (8): 307–311. doi : 10.1016/s0168-9525 (98) 01494-2 . PMID 9724962 .
- ^ Харман, Гэри; Хадка, Рам; Дони, февраль; Опхофф, Норман (2021). «Преимущества для здоровья и продуктивности растений от улучшения микробных симбионтов растений» . Границы в науке о растениях . 11 : 610065. DOI : 10.3389/fpls.2020.610065 . ISSN 1664-462x . PMC 8072474 . PMID 33912198 .
- ^ Jump up to: а беременный Grattepanche, Жан-Дэвид; Уокер, Лора М.; Отт, Бриттани М.; Paim Pinto, Daniela L.; Delwiche, Charles F.; Лейн, Кристофер Э.; Кац, Лора А. (2018). «Микробное разнообразие в эукариотической кладе SAR: освещение тьмы между морфологией и молекулярными данными» . Биологии . 40 (4): E1700198. doi : 10.1002/bies.201700198 . PMID 29512175 . S2CID 3731086 .
- ^ Лазар, Кассандре Сара; Столл, Венке; Леманн, Роберт; Херрманн, Мартина; Schwab, Valérie F.; Акоб, Дениз М.; Наваз, Али; Вобет, Тесфей; Buscot, Fransois (2017-06-13). «Разнообразие архей и фиксаторы CO 2 в экосистемах грунтовых вод карбонат-/силикаклика-рока» . Археи . 2017 : 1–13. doi : 10.1155/2017/2136287 . PMC 5485487 . PMID 28694737 .
- ^ Griebler, C.; Lueders, T. (2009). «Микробное биоразнообразие в экосистемах подземных вод» . Пресноводная биология . 54 (4): 649–677. Bibcode : 2009frbio..54..649g . doi : 10.1111/j.1365-2427.2008.02013.x .
- ^ Зиверт, Стефан; Vetriani, Costantino (2012-03-01). «Хемоаутотрофия в глубоководных вентиляционных отверстиях: прошлое, настоящее и будущее» . Океанография . 25 (1): 218–233. doi : 10.5670/Oceanog.2012.21 . HDL : 1912/5172 .
- ^ Дрейк, Хенрик; Ivarsson, Magnus (2018-01-01). «Роль анаэробных грибов в фундаментальных биогеохимических циклах в глубокой биосфере» . Обзоры грибковой биологии . 32 (1): 20–25. Bibcode : 2018funbr..32 ... 20d . doi : 10.1016/j.fbr.2017.10.001 . S2CID 89881167 .
- ^ Галасси, Диана М.П; Фаска, Барбара; Лоренцо, Тизиана; Монтанари, Алессандро; Porfirio, Silvano; Fattorini, Simone (2017-03-01). «Биоразнообразие подземных вод в химиоатрофной пещерной экосистеме: как геохимия регулирует структуру сообщества микропрозраки». Водная экология . 51 (1): 75–90. Bibcode : 2017aqeco..51 ... 75G . Doi : 10.1007/s10452-016-9599-7 . S2CID 41641625 .
- ^ «Определение термина:« Вторичное производство » . Глоссарий стол . Рыбная база . Получено 2009-12-03 .
- ^ «Определение термина:« третичное производство » . Глоссарий стол . Рыбная база . Получено 2009-12-03 .
- ^ Аллен, К.Р. (1951). «Поток Horokiwi: изучение популяции форели». Бюллетень по рыболовству в Новом Зеландии . 10 : 1–238.
- ^ Ловетт, Гэри М.; Коул, Джонатан Дж.; Пейс, Майкл Л. (2006-01-30). "Равен ли производство чистой экосистемы для накопления углерода экосистемы?" Полем Экосистемы . 9 (1): 152–155. Bibcode : 2006ecosy ... 9..152L . doi : 10.1007/s10021-005-0036-3 . ISSN 1432-9840 . S2CID 5890190 .
- ^ «Поток энергии: первичное производство» . www.globalchange.umich.edu . Получено 2023-04-28 .
- ^ Рандерсон, JT; Чапин, FS; Харден, JW; Нефф, JC; Harmon, ME (2002-08-01). «Производство чистой экосистемы: комплексная мера чистого накопления углерода экосистемами» . Экологические применения . 12 (4): 937–947. doi : 10.1890/1051-0761 (2002) 012 [0937: nepacm] 2.0.co; 2 . ISSN 1051-0761 . S2CID 54714382 .
- ^ Брун, Филипп; Zimmermann, Niklaus E.; Грэм, Кэтрин Х.; Lavergne, Sébastien; Pellissier, loïc; Мюнкемюллер, Тамара; Thuiller, Wilfried (2019-12-12). «Отношение к производительности и и-дизнообразию варьируется в зависимости от измерений разнообразия» . Природная связь . 10 (1): 5691. Bibcode : 2019natco..10.5691b . doi : 10.1038/s41467-019-13678-1 . ISSN 2041-1723 . PMC 6908676 . PMID 31831803 .
- ^ Jump up to: а беременный Ван Руйджвен, Джаспер; Берендс, Фрэнк (2005-01-18). «Отношения разнообразия и продуктивности: начальные эффекты, долгосрочные модели и основные механизмы» . Труды Национальной академии наук . 102 (3): 695–700. Bibcode : 2005pnas..102..695V . doi : 10.1073/pnas.0407524102 . ISSN 0027-8424 . PMC 545547 . PMID 15640357 .
- ^ Waude, rb; Виллиг, MR; Штайнер, CF; Mittelbach, G.; Gough, L.; Додсон, Си; Juday, GP; Парментер Р. (ноябрь 1999). «Отношения между продуктивностью и богатством видов» . Ежегодный обзор экологии и систематики . 30 (1): 257–300. doi : 10.1146/annurev.ecolsys.30.1.257 . ISSN 0066-4162 .
- ^ Фрейзер, Лаучлан Х.; Питер, Джейсон; Женш, Анке; Стернберг, Марсело; Зобель, Мартин; Аскаризаде, Диана; Барта, Сандор; Beierkuhnlein, Carl; Беннетт, Джонатан А.; Биттель, Алекс; Boldgiv, Bazartseren; Boldrini, Ilsi I.; Борк, Эдвард; Браун, Лесли; Кабидо, Марсело (2015). «Во всем мире свидетельство немодальной связи между продуктивностью и богатством видов растений» . Наука . 349 (6245): 302–305. Bibcode : 2015sci ... 349..302f . doi : 10.1126/science.aab3916 . HDL : 11336/22771 . ISSN 0036-8075 . JSTOR 24748582 . PMID 26185249 . S2CID 11207678 .
- ^ Гектор, А.; Schmid, B.; Beierkuhnlein, C.; Caldeira, MC; Diemer, M.; Dimitrakopoulos, pg; Финн, JA; Freitas, H.; Гиллер, PS; Хорошо, Дж.; Харрис, Р.; Högberg, P.; Huss-Danell, K.; Джоши, Дж.; Jumpponen, A. (1999-11-05). «Эксперименты по разнообразию и производительности растений на европейских лугах» . Наука . 286 (5442): 1123–1127. doi : 10.1126/science.286.5442.1123 . ISSN 0036-8075 . PMID 10550043 .
- ^ Кардинал, Брэдли Дж.; Райт, Джастин П.; Cadotte, Marc W.; Кэрролл, Ян Т.; Гектор, Энди; Шривастава, Дайан С .; Лоро, Мишель; Вейс, Джером Дж. (2007-11-13). «Влияние разнообразия растений на производство биомассы увеличивается во времени из -за взаимодополняемости видов» . Труды Национальной академии наук . 104 (46): 18123–18128. Bibcode : 2007pnas..10418123C . doi : 10.1073/pnas.0709069104 . ISSN 0027-8424 . PMC 2084307 . PMID 17991772 .
- ^ Исбелл, лес; Рейх, Питер Б.; Тилман, Дэвид; Хобби, Сара Э.; Поласки, Стивен; Биндер, Сет (2013-07-16). «Обогащение питательных веществ, потеря биоразнообразия и последующее снижение производительности экосистемы» . Труды Национальной академии наук . 110 (29): 11911–11916. Bibcode : 2013pnas..11011911i . doi : 10.1073/pnas.1310880110 . ISSN 0027-8424 . PMC 3718098 . PMID 23818582 .
- ^ Кэрролл, Оливер; Бацер, Эван; Бхарат, Сиддхарт; Borer, Elizabeth T.; Кампана, София; Эш, Эллен; Hautier, Yann; Олерт, Тимоти; Seabloom, Eric W.; Адлер, Питер Б.; Бейкер, Джонатан Д.; Бидерман, Лори; Bugalho, Miguel N.; Чардира, Мэри; Чен, Цинцин (2021-12-27). Penuelos, Josepe (ред.). «Питательная идентичность модифицирует деставизинг эфенса эвтрофикации в лугах » Экологические письма 25 (4): 754–7 Doi : 10.1111/ele.13946 . HDL : 1874/41 ISSN 1461-023X PMID 34957674 S2CID 245517664 .
- ^ Конли, Даниэль Дж.; Паерл, Ганс В.; Ховарт, Роберт В.; Боэш, Дональд Ф.; Seitzinger, Sybil P.; Havens, Karl E.; Ланселот, Кристиан; Likens, Gene E. (2009-02-20). «Контроль эвтрофикации: азот и фосфор» . Наука . 323 (5917): 1014–1015. doi : 10.1126/science.1167755 . ISSN 0036-8075 . PMID 19229022 . S2CID 28502866 .
