Биомасса - все, что вы должны знать об этой возобновляемой энергии

Земная биомасса

Земная биомасса обычно заметно уменьшается с каждым увеличением трофический уровень (растения, травоядные, плотоядные). Примеры наземных производители травы, деревья и кустарники. У них гораздо более высокая биомасса, чем у животных, которые потреблять их, например, олени, зебры и насекомые. Уровень с наименьшей биомассой — самый высокий хищники в пищевая цепочка, например, лисы и орлы.

В лугах умеренного климата травы и другие растения являются основными производителями в нижней части пирамиды. Затем идут основные потребители, такие как кузнечики, полевки и бизоны, за ними следуют вторичные потребители, землеройки, ястребы и мелкие кошки. Наконец, высшие потребители, крупные кошки и волки. Пирамида биомассы заметно уменьшается на каждом более высоком уровне.

Электростанция на биомассе: преимущества и недостатки

В ответ на растущую проблему глобального потепления было разработано множество концепций того, как сократить потребление ископаемого топлива. Примером такой проэкологической деятельности является строительство электростанций, использующих биомассу – в чем преимущества этого решения? В отличие от угольных и газовых электростанций, биомассовые электростанции не выбрасывают лишних парниковых газов. Уровень углекислого газа, который образуется в процессе сжигания биотоплива, не превышает количества этого газа, образующегося при естественном преобразовании растений (фотосинтезе).

Есть ли недостатки у электростанций, использующих биомассу? Их противники считают, что современные технологии производства биомассы имеют мало общего с экологией. В качестве основного аргумента против биоэлектростанций скептики приводят высокое потребление электроэнергии и тепла. Сам производственный процесс трудоемок и требует использования дорогостоящего оборудования и технологий, что приводит к значительным затратам и нагрузке на окружающую среду.

Примечания и ссылки

Ricklefs RE, Miller GL (2000). Экология (4-е изд.) . Макмиллан. п. 192. ( ISBN 978-0-7167-2829-0 ) .
(in) Филд CB, Беренфельд MJ, Рандерсон JT, Фальковски П., « Первичная продукция биосферы: объединение наземных и океанических компонентов » , Science , vol. 281, п о 5374,10 июля 1998 г., стр. 237-40.
Жан-Клод Дюплесси, Жиль Рамштайн, Палеоклиматология. Находите, датируйте и интерпретируйте улики , EDP Sciences,2014 г., стр. 29.
Raven, Jhonson, Losos, Singer, Biology, Ed. де Бёк , 1250 страниц, глоссарий
Люсьен Лаубье, Биология и экономика гидротермальных источников , CNRS,1988 г., стр. 17
«От 10 до 30% в лесу, корневая биомасса может достигать 75-95% от общей биомассы в лугах, тундрах или засушливых высоких лужайках» . См. Клэр Тирар, Люка Аббади, Дэвида Лалои, Филиппа Кубби, Ecology , Dunod,2016 г. , стр. 423.
Зная, что «видимая» биомасса растений в сто раз больше биомассы животных. Cf (en) Уильям Б. Уитмен, Дэвид К. Коулман и Уильям Дж. Вибе, « Прокариоты: невидимое большинство » , PNAS , vol. 95, п о 12,Июнь 1998 г., стр. 6578-6583 .
(in) Уолтер Ларчер, Физиологическая экология растений: экофизиология и стресс-физиология функциональных групп , Springer Science & Business Media,2003 г., стр. 10.
(in) Гарри Уилльгуз, Принципы почвенного ландшафта и эволюции ландшафта , Cambridge University Press,2018 г. , стр. 163.
↑ и
↑ и (in) Уильям Б. Уитмен, Дэвид К. Коулман и Уильям Дж. Вибе, « Прокариоты: невидимое большинство » , PNAS , том. 95, п о 12,Июнь 1998 г., стр. 6578-6583 .
↑ et (en) Йенс Каллмейер, Роберт Покални, Риши Рам Адхикари, Дэвид С. Смит и Стивен Д’Хондт, « Глобальное распределение численности и биомассы микробов в донных отложениях » , Proceedings of the Национальная академия наук , т. 109, п о 40,октябрь 2012, стр. 16213-16216 ( PMID , PMCID , DOI ).
↑ и Точная экология», Р. Даджоз, изд. Данод, 2006 г. ( ISBN 978-2100496273 )
(in) Кертис А. Саттл, « Вирусы: раскрытие величайшего биоразнообразия на Земле » , Геном , т. 56, п о 10,2013, стр. 542-544 ( DOI ).
Кэрол Хермон, Экосистемные услуги и защита почвы , Quae,2018 г., стр. 87.
Николь, С., Эндо, Ю. (1997). Технический документ по рыболовству 367: Мировой промысел криля. ФАО.
(in) Раймонд Л. Линдеман, » Трофико-динамический аспект экологии » , Экология , т. 23, п о 4,Октябрь 1942 г., стр. 399-417.
Рене Дюмон , Человек и его окружение , Рец,1980 г., стр. 171–172.
Экология: Научный и практический подход Клода Фори и др. (Ред. Тек и Док Лавуазье) ( ISBN 978-2743013103 )
↑ и
↑ and Whitman WB, Coleman DC, Wiebe WJ, « Прокариоты: невидимое большинство », Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America , vol. 95, п о 12,Июнь 1998 г., стр. 6578–83
Deep Carbon Observatory (10 декабря 2018 г.). «Жизнь в глубинах Земли насчитывает от 15 до 23 миллиардов тонн углерода — в сотни раз больше, чем у людей — сотрудники Deep Carbon Observatory, исследующие« Галапагосские глубины », добавляют к тому, что известно, неизвестно и неизвестно о самой нетронутой экосистеме Земли» . EurekAlert!. По состоянию на 11 декабря 2018 г.
Докрил, Питер (11 декабря 2018 г.). «Ученые обнаружили огромную биосферу жизни, скрытую под поверхностью Земли». Уведомление о науке. Проверено 11 декабря 2018 г.
Габбатисс, Джош (11 декабря 2018 г.). «Массовое исследование« глубокой жизни »выявило миллиарды тонн микробов, живущих далеко под поверхностью Земли». Независимый. Проверено 11 декабря 2018 года.
Lipp JS, Morono Y, Inagaki M, KU Hinrichs, « Значительный вклад архей в сохранившуюся биомассу в морских подземных отложениях », Nature , Vol. 454, п о 7207,Август 2008 г., стр. 991–994 ( PMID , DOI , Bibcode )
Серж Фронтье, Дениз Пичод-Виале, Ален Лепретр, Доминик Даво, Кристоф Лучак, Экосистемы. Структура, функционирование, эволюция , Dunod,2008 г. , стр. 154

Первичная и вторичная продукция

В зависимости от того, какие вещества и энергия используются для возобновления биомассы, в экосистеме различают первичную и вторичную продуктивность. Соответственно, образующаяся при этом продукция называется первичной и вторичной.

Первичная продукция — биомасса, созданная автотрофными организмами (продуцентами) из минеральных веществ в процессе фото- или хемосинтеза. Основное количество возникающих таким путем органических веществ создают зеленые растения. Эффективность превращения поглощаемой ими солнечной энергии в энергию химических связей органических веществ составляет в среднем 1 %. Эта закономерность получила название правила 1 %

Первичная продукция является очень важной характеристикой экосистемы. Именно накопленная в ней энергия позволяет существовать всем гетеротрофным организмам (консументам и редуцентам) и создавать свою продукцию

Вторичная продукция — биомасса, созданная гетеротрофными организмами (консументами и редуцентами) из органического вещества после его частичного расщепления.

Как первичная, так и вторичная продукция на трофических уровнях в пастбищных цепях могут использоваться для разных целей. Вся первичная продукция, созданная продуцентами в результате фотосинтеза, называется валовой первичной продукцией (ВПП). Она является единственным источником энергии для консументов. Та часть продукции предыдущего трофического уровня, которая потребляется организмами последующего трофического уровня, условно называется кормом (К). Часть корма на каждом трофическом уровне затрачивается организмами на поддержание процессов жизнедеятельности — траты на дыхание (ТД). А вторая его часть после частичного расщепления используется на образование биомассы консументов — вторичной продукции (ВтП). Продукция продуцентов, которая может быть съедена консументами I порядка, называется чистой первичной продукцией (ЧПП).

Однако не вся продукция, образовавшаяся на трофическом уровне, переходит на следующий уровень в качестве корма. Часть ее, как правило, остается на трофическом уровне в качестве запаса — неиспользуемая продукция (НП). Совокупность неиспользованной продукции всех трофических уровней экосистемы составляет чистую продукцию сообщества.

Чистая продукция сообщества (ЧПС) — часть продукции экосистемы, которая может быть использована в пределах самой экосистемы для ее развития. Она также может быть изъята человеком без ущерба для экосистемы. В молодых экосистемах, где численность консументов еще невелика, запас чистой продукции сообщества большой. Такие экосистемы можно вовлекать в хозяйственный оборот. По мере усложнения видового состава экосистемы количество чистой продукции сообщества постепенно снижается. На конечной стадии развития экосистемы оно приближается к нулю. Вмешательство в такие равновесные экосистемы чревато нарушением пищевых связей между организмами и может привести к разрушению экосистем.

При распределении первичной и вторичной продукции на трофических уровнях экосистемы соблюдается балансовое равенство. Это значит, что на каждом трофическом уровне сумма всех видов продукции равна количеству продукции, поступившей из предыдущего уровня в качестве корма. При решении задач на балансовое равенство следует учитывать следующие закономерности распределения видов продукции в экосистеме:

валовая первичная продукция (ВПП) = траты на дыхание (ТД_I) + чистая первичная продукция (ЧПП);
чистая первичная продукция (ЧПП) = неиспользуемая продукция (НП_I) + корм (К_II);
корм (К_II) = траты на дыхание (ТД_II) + вторичная продукция (ВтП_II);
вторичная продукция (ВтП_II) = неиспользуемая продукция (НП_II) + корм (К_III) и т.д;
чистая продукция сообщества (ЧПС) = неиспользуемая продукция (НП_I) + неиспользуемая продукция (НП_II) + … + неиспользуемая продукция (НП_n).

Римская цифра в подстрочном индексе обозначает номер трофического уровня в пищевой цепи.

Урок: «Биомасса суши и Мирового океана. Биогеографические области» 11 класс

Автор презентации: Завгородняя Алия Кажибаевна

Урок: «Биомасса суши и Мирового океана. Биогеографические области».

Класс: 11 «Б» класс (естественно-математическое направление).

Ключевая идея: Развитие критического мышления через систему интегрированных заданий в процессе саморегуляции и взаимообучения.

Цель: Создание условий для формирования знаний об особенностях распределения биомассы на поверхности суши и в Мировом океане, биогеографических областях и их происхождении.

Целевой результат: Получение конкретного образовательного продукта (ЛОС – тематическая карта).

Задачи:

· продолжить формирование убеждения в познаваемости мира, выявлять причинно – следственные связи;

· выстраивать свою образовательную траекторию;

· самостоятельно искать новую информацию с применением конструкций и правил поиска в раздаточном и статистическом материале;

· структурировать информацию, анализировать, обобщать и сопоставлять различные источники;

· интегрировать знания;

· представлять информацию в виде творческого образовательного продукта;

· приобретать опыт сотрудничества и работы в группе в процесс саморегуляции и взаимообучения;

· проводить публичные выступления.

Тип урока: интегрированный урок (биология, география).

Технология: проблемный диалог, саморегулируемое и взаимное обучение, творческое проектирование.

Методы: поисково-исследовательский.

Ход урока:

I. Организационный момент.

II. Мотивационное начало (психологический настрой):

1. Создание коллаборативной среды (положив руки на плечи своему соседу, должны пожелать что-нибудь приятное на весь день)

2. Разделение учащихся на группы

3. Учащимся выдаются карточки, на которых каждый отображает своё настроение в начале урока. Хорошее настроение – Плохое настроение –

4. Совместная формулировка целей, задач и целевого результата урока.

III. Изучение нового материала (выполнение практикума)

Учащимся предлагается выполнить 6 заданий в учебной карте. Работу учащиеся выполняют индивидуально и в малых парах, обсуждение и решение задач проводится в группе.

Вся работа построена по плану:

- - Постановка проблемы
  - Осмысление, обсуждение
  - Самостоятельный выбор личной образовательной траектории
  - Выбор стратегии, решение проблемы
  - Формулировка выводов

Пример вывода. В зависимости от климатических условий формируются те или иные биомы, представленные многочисленными видами живых организмов. Климат, изоляция живых организмов послужили причиной образования крупных биогеографических областей, характеризующиеся разными биомами. Одинаковые биомы разных биогеографических областей сходны.

Задание

1 группа

2 группа

3 группа

Зад. №1

Определения «Экосистема», «Биомасса»

Определения «Биотоп», «Экотоп»

Определения «Биом», «Биогеографическая область»

Зад. №2

Заполнение таблицы «Биомасса поверхности суши»

Заполнение таблицы «Биомасса Мирового океана»

Заполнение таблицы «Биогеографические области»

Зад. №3

Подтвердить или опровергнуть гипотезу: «Изоляция – обязательное условие всякого длительного этапа эволюционного процесса»

Подтвердить или опровергнуть гипотезу: «Яйцекладущие и сумчатые животные – эндемики Австралии. Как сложилась бы их судьба, если бы Австралия и прилежащие к ней острова обособились бы от Гондваны в более позднее время?»

Подтвердить или опровергнуть гипотезу: «Разделение материков отразилось на эволюции растений и животных»

Зад. №4

Зад. №5

Представитель группы заполняет общую ЛОС – карту на флипчарте

Зад. №6

Рефлексия по содержанию и организации деятельности учащихся.

***Обратная связь: Вернуться к слайду «цель и ожидаемый результат урока», выяснить решены ли поставленные задачи урока, достигнут ли целевой результат;

***Определяются направления для дальнейшего изучения темы (формирование понятий о структуре биогеоценозов, компонентах и их функциях)

***Ребятам предлагается определить своё настроение в конце урока:

Для этого каждому надо дорисовать смайлик: Хорошее настроение – Плохое настроение –

Подведение итогов (заполнение оценочных листов)
Домашнее задание:

*базовый уровень: § ___, основная терминология;

**творческий уровень: подготовить электронную презентацию, в которой представить любую биогеографическую область земли, отразив в ней основные биотопы и характерных представителей флоры и фауны.

Что относится к биомассе

Согласно определению, биомасса — это твердые или жидкие вещества растительного или животного происхождения, которые поддаются биологическому разложению, полученные из продуктов, отходов и остатков сельскохозяйственного и лесного производства, от промышленности, перерабатывающей их продукты, а также доля других биоразлагаемых отходов.

Следующие формы биомассы используются в энергетических целях:

сельскохозяйственные отходы — солома зерновых, кукурузная солома, сено, отходы масличных и бобовых культур;
отходы лесной промышленности — древесина, отходы деревопереработки, кора, опилки, щепа и их переработанные формы (гранулы);
урожайность энергетических плантаций — ива корзиночная, мальва Вирджиния, тополя, некоторые виды трав, топинамбур, мискантус, тростник и другие;
органические отходы — отстой сточных вод, жидкий навоз, макулатура;
биотопливо — растительные масла, биоэтанол, биодизель;
биогаз — из жидкого навоза, осадков сточных вод, свалок.

Способ борьбы[]

Биомассу как и любую другой организм уничтожить можно. Вопрос в том как это сделать, ведь это крайне непростая задача, касаемо особенно активной биомассы. Она может очень быстро регенерировать и зарастаться вновь, поэтому перед этой процедурой следует установить источник её появления чтобы затем от него избавиться. Если эту субстанцию выделяют какие-либо существа то соответственно нужно их уничтожить, то же самое касается и других причин появления биомассы. К тому же при их уничтожении велик шанс что она распадется сама и биомассу не придется изничтожать самому, остается лишь только убрать то что после неё осталось. И хотя процесс этот не быстрый и малоприятный, это всё равно лучше чем пытаться избавиться от неё напрямую. С другой стороны возможно и такое, что конкретного источника у неё может не быть, а сам организм способен выживать абсолютно самостоятельно — это может быть биологическое оружие или же абсолютно самостоятельный живой организм. Вот его уже уничтожить будет гораздо сложнее, так как почти наверняка при ней будет ряд факторов, представляющих опасность: смертельно опасное излучение, ядовитые пары, создаваемые ею организмы, играющие роль своеобразной иммунной системой от потенциальных вредителей и другие всевозможные угрозы. Такой организм будет активно регенерировать и сопротивляться, поэтому ликвидировать его надо как можно быстрее и лучше в составе специально подготовленной и хорошо снаряженной команды. Еще сложнее обстоят дела когда вы имеете дело с полностью функционирующей биомассой, у которой и щупальца есть, и жуткая пасть и ряд других неприятных глазу признаков. Она вас может просто раздавить своим отростком или поглотить заживо всосав внутрь в себя в самом прямом смысле этого слова. И это только часть всевозможных вариантов вашей кончины, а ведь биомасс существует великое множество и на то чтобы описывать каждую из них и подробно объяснять их особенности уйдет очень много времени и слов. Но общие советы дать можно. Старайтесь держаться подальше от любой биомассы, так как неизвестно чем это может обернуться — вы можете застрять в ней или вовсе быть заживо поглощенными в ней. Смотрите по сторонам, так как с любой стороны может появиться рожденное в биомассе существо, которое с большой долей вероятности нападет на вас. Уничтожайте эти «гнезда» как можно быстрей. Также уничтожая конечности самой биомассы не расслабляйтесь и действуйте как можно быстрее, так как масса может отрастить их вновь. Атакуйте только в потенциально уязвимые зоны, они могут ярко выделяться среди прочего организма, в то время как другие будут защищены костным панцирем или просто попадание в них не возымеет какого-либо эффекта. Самое эффективное оружие против этой пакости — само собой огонь и самые едкие кислоты, также вредные газы и взрывчатка могут нанести ощутимый урон организму, а низкая температура воздуха если не убьет конгломерат то может просто заморозить его. Стрельба из обычного оружия по уязвимым зонам также может нанести весомый ущерб. Но помните что биомасса может быть устойчива к тому или иному типу урона, а отправляясь в зараженные ею зоны не забудьте надеть прочный защитный скафандр и запастись большим количеством дыхательных фильтров. Настоятельно не рекомендуется как либо контактировать с этой гадостью если вы очень впечатлительный или брезгливый и уж тем более на сытый желудок.

Понятие о биомассе и продукции экосистемы

Как вы уже знаете, вещества в экосистеме используются многократно, превращаясь по принципу круговорота. Причем в движении веществ участвуют живые организмы, поэтому круговорот веществ является биогенным. Он начинается с поступления химических элементов из почвы (вода и минеральные соли) и атмосферы (углекислый газ) в живые организмы — продуценты. Продуценты синтезируют органические вещества, часть которых дальше передается по пищевой цепи консументам, а часть остается неиспользованной. Определенное количество органических веществ продуцентов и консументов возвращается в почву с трупным материалом, экскрементами (детрит). В результате деятельности редуцентов они превращаются в минеральные вещества, атомы которых снова вовлекаются продуцентами в круговорот. Но совершенно замкнутым круговорот веществ быть не может. Атомы некоторых химических элементов могут на длительное время выводиться из круговорота, накапливаясь в литосфере в составе известняка (мела), каменного угля, природного газа, нефти, торфа, руд различных металлов.

Превращение энергии в экосистеме идет несколько иначе, чем превращение веществ. Поток солнечной энергии, поступивший в экосистему, как бы разделяется на два русла — пастбищное и детритное. В каждом из них энергия расходуется на поддержание жизнедеятельности организмов. Соотношение количества энергии, проходящей через пастбищные и детритные цепи, в разных типах экосистем разное. Потеря энергии в пищевых цепях может быть восполнена только за счет поступления новых порций солнечной энергии или готового органического вещества (энергия корма). Поэтому в экосистеме не может быть круговорота энергии, аналогичного круговороту веществ. Экосистема функционирует только за счет направленного потока энергии.

Благодаря многократному использованию вещества и постоянному притоку энергии экосистемы способны длительно поддерживать стабильное существование. Населяющие их продуценты, консументы и редуценты при этом обеспечивают возобновление своей биомассы, несмотря на то что запас веществ в биосфере ограничен и не пополняется. Скорость возобновления биомассы организмов экосистемы называется биологической продуктивностью. Она выражается количеством образующейся продукции.

Продукция экосистемы — количество биомассы, образующейся в экосистеме на единице площади или в единице объема биотопа за единицу времени.

Экосистемы сильно различаются по количеству образующейся продукции. Она убывает в следующей последовательности: тропический лес — субтропический лес — лес в зоне умеренного климата — степь — океан — пустыня.

Образующаяся продукция может по-разному расходоваться в разных экосистемах. Если скорость ее потребления отстает от скорости образования, то это ведет к приросту биомассы экосистемы и накоплению избытка детрита. В результате будет наблюдаться образование торфа на болотах, зарастание мелких водоемов, создание запаса подстилки в таежных лесах и т. д. В стабильных экосистемах практически вся образующаяся продукция тратится в сетях питания. В результате биомасса экосистемы остается практически постоянной.

Биомасса экосистемы — общее количество органического вещества всех живых организмов, накопившегося в данной экосистеме за предыдущий период ее существования.

Биомасса экосистемы выражается в единицах сырой массы или массы сухого органического вещества на единицу площади: в г/м2, кг/м2, кг/га, т/км2 (наземные экосистемы) или на единицу объема (водные экосистемы).

Биомасса экосистемы и ее биологическая продуктивность могут сильно отличаться. Например, в густом лесу общая биомасса организмов очень велика по сравнению с ее годовым приростом — продукцией. Тогда как в пруду небольшая накопленная биомасса фитопланктона имеет высокую скорость возобновления — образования продукции за счет быстрого размножения.

Продуктивность и биомасса

Термин, полностью связанный с биомассой, — это экологическая продуктивность.. Этот параметр определяется как производство органического вещества на данной территории в единицу времени, то есть количество биомассы, которое генерируется в естественной экосистеме или искусственной системе человека.

Наиболее распространенной единицей, используемой для количественной оценки продуктивности в экосистеме, является килограмм / гектар в год, хотя можно использовать другие шкалы веса (тонны, гигатонны), поверхности (квадратные метры, квадратные сантиметры и т. Д.) И даже времени (дни). , часы, десятилетия). Все зависит от полезности и направленности рассматриваемого исследования, которое пытается получить конкретные параметры.

Возьмем пример. Предположим, у нас есть территория в 40 гектаров, которая сначала была пуста, но была заново заселена растениями, которые в среднем весят 1 килограмм. В общей сложности мы насчитываем около 1000 растений интересующих видов в конце года, что, следовательно, дает нам 1000 килограммов общей массы (биомассы вида). Если мы сделаем соответствующие расчеты (1000 кг / 40 га), мы получим, что в целом урожайность составила 25 кг / га / год.

Эта гипотетическая модель имеет высокую производительность, но все сильно меняется, если мы говорим о животных. Теперь представьте себе поголовье коров, которым, например, для процветания требуется 20 000 гектаров земли. Независимо от того, сколько весят эти домашние млекопитающие, их общее количество особей будет меньше, чем растений, и, кроме того, кормовое пространство шире, что дает нам гораздо более низкую общую производимую биомассу.

Помимо этого необходимо учитывать предыдущий пункт: энергия, которая переходит от звена к звену в цепи, составляет всего 10%. Коровы используют 90% энергии для жизни, поэтому экосистема, в основном растительная, всегда более продуктивна, чем экосистема с многочисленными животными. Однако естественный отбор «стремится» не к максимальному увеличению продуктивности, а скорее к поддержанию стабильного долгосрочного баланса между всеми компонентами. Поэтому, когда чужеродные виды вводятся в экосистему, результат часто бывает катастрофическим.

Заключение

Биотопливо не только является отличным источником получения энергии, но и способом извлечения ценных химических веществ. Так, при химической переработке метана можно получить разнообразные органические соединения: метанол, этанол, ацетальдегид, уксусную кислоту, полимерные материалы. К примеру, этанол является ценным веществом, применяемым в разных отраслях промышленности.