الإنتاجية (البيئة)
| جزء من سلسلة عن |
| علم الأحياء |
|---|
 |
|
في علم البيئة ، يشير مصطلح الإنتاجية إلى معدل توليد الكتلة الحيوية في نظام بيئي ، وعادة ما يتم التعبير عنه بوحدات الكتلة لكل حجم (وحدة السطح) لكل وحدة زمنية، مثل جرام لكل متر مربع في اليوم (جم −2 يوم −1 ). يمكن أن ترتبط وحدة الكتلة بالمادة الجافة أو بكتلة الكربون الناتج. تسمى إنتاجية الكائنات ذاتية التغذية ، مثل النباتات ، بالإنتاجية الأولية ، بينما تسمى إنتاجية الكائنات غيرية التغذية ، مثل الحيوانات ، بالإنتاجية الثانوية . [1]
تتأثر إنتاجية النظام البيئي بمجموعة واسعة من العوامل، بما في ذلك توفر العناصر الغذائية ودرجة الحرارة وتوافر المياه. يعد فهم الإنتاجية البيئية أمرًا حيويًا لأنه يوفر رؤى حول كيفية عمل الأنظمة البيئية والمدى الذي يمكنها من دعم الحياة. [2]
الإنتاج الأولي
الإنتاج الأولي هو تخليق المواد العضوية من الجزيئات غير العضوية . يهيمن على الإنتاج الأولي في معظم النظم البيئية عملية التمثيل الضوئي ، حيث تقوم الكائنات الحية بتخليق الجزيئات العضوية من ضوء الشمس و H 2 O و CO 2. [3] تشير الإنتاجية الأولية المائية إلى إنتاج المواد العضوية، مثل العوالق النباتية والنباتات المائية والطحالب، في النظم البيئية المائية، والتي تشمل المحيطات والبحيرات والأنهار. تشير الإنتاجية الأولية الأرضية إلى إنتاج المواد العضوية الذي يحدث في النظم البيئية الأرضية مثل الغابات والمراعي والأراضي الرطبة.
ينقسم الإنتاج الأولي إلى الإنتاج الأولي الصافي (NPP) والإنتاج الأولي الإجمالي (GPP). يقيس الإنتاج الأولي الإجمالي كل الكربون المستوعب في الجزيئات العضوية بواسطة المنتجين الأوليين. [4] يقيس الإنتاج الأولي الصافي الجزيئات العضوية بواسطة المنتجين الأوليين. يقيس الإنتاج الأولي الصافي أيضًا كمية الكربون المستوعب في الجزيئات العضوية بواسطة المنتجين الأوليين، ولكنه لا يشمل الجزيئات العضوية التي يتم تكسيرها مرة أخرى بواسطة هذه الكائنات الحية للعمليات البيولوجية مثل التنفس الخلوي . [5] الصيغة المستخدمة لحساب الإنتاج الأولي الصافي هي الإنتاج الأولي الصافي = الإنتاج الأولي الإجمالي - التنفس.
المنتجون الأساسيون
كائنات ذاتية التغذية ضوئيًا
تُعرف الكائنات الحية التي تعتمد على طاقة الضوء لتثبيت الكربون ، وبالتالي المشاركة في الإنتاج الأولي، باسم الكائنات ذاتية التغذية الضوئية . [6]
توجد الكائنات ذاتية التغذية الضوئية في جميع أنحاء شجرة الحياة. ومن المعروف أن العديد من الأصناف البكتيرية ذاتية التغذية الضوئية مثل البكتيريا الزرقاء [7] وبعض الزائفة الزنجارية (البكتيريا البروتينية سابقًا). [8] اكتسبت الكائنات حقيقية النواة القدرة على المشاركة في عملية التمثيل الضوئي من خلال تطوير البلاستيدات المشتقة من العلاقات التكافلية الداخلية . [9] طورت الأركيبلاستيدا ، التي تشمل الطحالب الحمراء والطحالب الخضراء والنباتات، بلاستيدات خضراء نشأت من علاقة تكافلية داخلية قديمة مع ألفا بروتيوباكتيريا . [10] تعتمد إنتاجية النباتات، على الرغم من كونها ذاتية التغذية الضوئية، أيضًا على عوامل مثل الملوحة والضغوطات غير الحيوية من البيئة المحيطة. [11] بقية الكائنات حقيقية النواة ذاتية التغذية الضوئية تقع ضمن فرع SAR (يضم Stramenopila و Alveolata و Rhizaria ). الكائنات الحية في فرع SAR التي طورت البلاستيدات فعلت ذلك من خلال علاقات تكافلية ثانوية أو ثالثية مع الطحالب الخضراء و/أو الطحالب الحمراء. [ 12] يشمل فرع SAR العديد من المنتجين الأساسيين المائيين والبحريين مثل عشب البحر والدياتومات والدينافليات . [ 12 ]
كائنات حية ذاتية التغذية
العملية الأخرى للإنتاج الأولي هي التغذية الذاتية للصخور . تستخدم الكائنات ذاتية التغذية للصخور مركبات كيميائية مخفضة مثل غاز الهيدروجين أو كبريتيد الهيدروجين أو الميثان أو أيون الحديدوز لتثبيت الكربون والمشاركة في الإنتاج الأولي. الكائنات ذاتية التغذية للصخور هي بدائية النواة ويمثلها أعضاء من كل من المجالين البكتيري والعتيق . [13] التغذية الذاتية للصخور هي الشكل الوحيد للإنتاج الأولي الممكن في النظم البيئية بدون ضوء مثل النظم البيئية للمياه الجوفية ، [14] النظم البيئية للفتحات الحرارية المائية ، [15] النظم البيئية للتربة ، [16] والنظم البيئية للكهوف. [ 17]
الإنتاج الثانوي
الإنتاج الثانوي هو توليد الكتلة الحيوية من الكائنات غيرية التغذية (المستهلكة) في نظام ما. يتم دفع هذا من خلال نقل المواد العضوية بين المستويات الغذائية ، ويمثل كمية الأنسجة الجديدة التي يتم إنشاؤها من خلال استخدام الغذاء المستوعب . يتم تعريف الإنتاج الثانوي أحيانًا بحيث يشمل فقط استهلاك المنتجين الأساسيين من قبل المستهلكين العاشبين [18] (مع إشارة الإنتاج الثالثي إلى المستهلكين آكلات اللحوم )، [19] ولكن يتم تعريفه بشكل أكثر شيوعًا بحيث يشمل كل توليد الكتلة الحيوية من قبل الكائنات غيرية التغذية. [1]
تشمل الكائنات الحية المسؤولة عن الإنتاج الثانوي الحيوانات والطلائعيات والفطريات والعديد من البكتيريا. [ بحاجة لمصدر ]
يمكن تقدير الإنتاج الثانوي من خلال عدد من الطرق المختلفة بما في ذلك جمع الزيادة، وجمع الإزالة، وطريقة النمو اللحظي وطريقة منحنى ألين. [20] سيعتمد الاختيار بين هذه الطرق على افتراضات كل منها والنظام البيئي قيد الدراسة. على سبيل المثال، ما إذا كان ينبغي التمييز بين الفئات ، وما إذا كان يمكن افتراض الوفيات الخطية وما إذا كان نمو السكان أسي. [ بحاجة لمصدر ]
يُعرَّف إنتاج النظام البيئي الصافي بأنه الفرق بين الإنتاج الأولي الإجمالي (GPP) وتنفس النظام البيئي. [21] الصيغة لحساب إنتاج النظام البيئي الصافي هي NEP = GPP - التنفس (بالكائنات ذاتية التغذية) - التنفس (بالكائنات غيرية التغذية). [22] الفرق الرئيسي بين NPP و NEP هو أن NPP يركز في المقام الأول على الإنتاج الذاتي التغذية، بينما يدمج NEP مساهمات جوانب أخرى من النظام البيئي في إجمالي ميزانية الكربون. [23]
إنتاجية
وفيما يلي قائمة بالنظم البيئية مرتبة حسب تناقص الإنتاجية. [ بحاجة لمصدر ]
| منتج | إنتاجية الكتلة الحيوية (gC/m²/yr) |
| المستنقعات والأهوار | 2,500 |
| الشعاب المرجانية | 2000 |
| أسرة الطحالب | 2000 |
| مصبات الأنهار | 1,800 |
| الغابات المعتدلة | 1250 |
| الأراضي المزروعة | 650 |
| التندرا | 140 |
| المحيط المفتوح | 125 |
العلاقة بين تنوع الأنواع والإنتاجية
إن العلاقة بين إنتاجية النبات والتنوع البيولوجي هي موضوع مهم في علم البيئة، على الرغم من أنه كان مثيرًا للجدل لعقود من الزمن. إن كل من الإنتاجية وتنوع الأنواع مقيدة بمتغيرات أخرى مثل المناخ ونوع النظام البيئي وكثافة استخدام الأراضي. [24] ووفقًا لبعض الأبحاث حول الارتباط بين تنوع النبات ووظيفة النظام البيئي، فإن الإنتاجية تزداد مع زيادة تنوع الأنواع. [25] أحد أسباب ذلك هو أن احتمال اكتشاف نوع عالي الإنتاجية يزداد مع زيادة عدد الأنواع الموجودة في البداية في النظام البيئي. [25] [26]
يعتقد باحثون آخرون أن العلاقة بين تنوع الأنواع والإنتاجية أحادية النمط داخل النظام البيئي. [27] على سبيل المثال، وجدت دراسة أجريت عام 1999 على النظم البيئية للأراضي العشبية في أوروبا أن زيادة تنوع الأنواع أدت في البداية إلى زيادة الإنتاجية ولكنها استقرت تدريجيًا عند مستويات متوسطة من التنوع. [28] وفي الآونة الأخيرة، لاحظ تحليل تلوي لـ 44 دراسة من أنواع مختلفة من النظم البيئية أن التفاعل بين التنوع والإنتاج كان أحادي النمط في جميع الدراسات باستثناء دراسة واحدة. [29]
التفاعلات الإنسانية
أثرت الأنشطة البشرية على إنتاجية العديد من النظم البيئية والكتلة الحيوية. تشمل أمثلة هذه الأنشطة تعديل الموائل، واستهلاك المياه العذبة، وزيادة العناصر الغذائية بسبب الأسمدة، والعديد من الأنشطة الأخرى. [30] يمكن أن تحفز زيادة العناصر الغذائية ازدهار الطحالب في المسطحات المائية، مما يزيد من الإنتاج الأولي ولكنه يجعل النظام البيئي أقل استقرارًا. [31] سيؤدي هذا إلى زيادة الإنتاج الثانوي ويكون له تأثير متسلسل غذائي عبر سلسلة الغذاء، مما يؤدي في النهاية إلى زيادة إنتاجية النظام البيئي بشكل عام. [32]
انظر أيضا
مراجع
- ^ ab Allaby, Michael, ed. (2006) [1994]. A Dictionary of Ecology (الطبعة الثالثة). Oxford, UK: Oxford University Press . ISBN 978-0-19-860905-6. تم الاسترجاع بتاريخ 2009-12-03 .
- ^ وكالة حماية البيئة الأمريكية، ORD (2017-11-01). "الحالة البيئية". www.epa.gov . تم الاسترجاع في 2023-04-27 .
- ^ جونسون، ماثيو ب. (2016-10-26). "التمثيل الضوئي". مقالات في الكيمياء الحيوية . 60 (3): 255-273. doi :10.1042/EBC20160016. ISSN 0071-1365. PMC 5264509. PMID 27784776 .
- ^ وودويل، جورج (1 أغسطس 2015). "الإنتاج الأولي في النظم البيئية الأرضية". مجلة عالم الحيوان الأمريكي . 8 : 19-30. doi : 10.1093/icb/8.1.19 .
- ^ يو، بو؛ تشين، فانغ (2016-08-02). "عوامل التأثير العالمية للإنتاج الأولي الصافي في أنواع مختلفة من الغطاء الأرضي من عام 2005 إلى عام 2011". SpringerPlus . 5 (1): 1235. doi : 10.1186/s40064-016-2910-1 . ISSN 2193-1801. PMC 4971002. PMID 27536518 .
- ^ سكوجناميجليو ، فيفيانا. جياردي، ماريا تيريزا؛ زابي، دانييلي؛ تولوباكيس، الفثيريوس؛ أنتوناتشي ، أمينة (يناير 2021). “الثقافات الضوئية – البكتيريا المشتركة: التقدم والتحديات والتطبيقات”. مواد . 14 (11): 3027. بيب كود :2021Mate...14.3027S. دوى : 10.3390/ma14113027 . ISSN 1996-1944. بمك 8199690 . بميد 34199583.
- ^ سينغ، جاي شانكار؛ كومار، أرون؛ راي، أمار ن؛ سينغ، ديفيندرا ب. (2016). "البكتيريا الزرقاء: مورد حيوي ثمين في الزراعة والنظام البيئي والاستدامة البيئية". فرونتيرز في علم الأحياء الدقيقة . 7 : 529. doi : 10.3389/fmicb.2016.00529 . ISSN 1664-302X. PMC 4838734. PMID 27148218 .
- ^ تانغ، كيو-هسيانج؛ تانغ، ينجي جيه؛ بلانكنشيب، روبرت يوجين (2011). "مسارات التمثيل الغذائي للكربون في البكتيريا الضوئية وتأثيراتها التطورية الأوسع". فرونتيرز في علم الأحياء الدقيقة . 2 : 165. doi : 10.3389/fmicb.2011.00165 . PMC 3149686. PMID 21866228 .
- ^ مارغوليس، ل. (1968-09-06). "المعايير التطورية في النباتات المائية: بديل جذري". مجلة العلوم . 161 (3845): 1020-1022. رمز Bibcode :1968Sci...161.1020M. doi :10.1126/science.161.3845.1020. PMID 17812802. S2CID 21929905.
- ^ فورد دوليتل، دبليو (1998-12-01). "أنت ما تأكله: يمكن لأداة نقل الجينات أن تفسر الجينات البكتيرية في الجينومات النووية حقيقية النواة". الاتجاهات في علم الوراثة . 14 (8): 307-311. doi :10.1016/S0168-9525(98)01494-2. PMID 9724962.
- ^ هارمان، جاري؛ خادكا، رام؛ دوني، فيبري؛ أوفهوف، نورمان (2021). "الفوائد التي تعود على صحة النبات وإنتاجيته من تعزيز الميكروبات المتعايشة مع النبات". فرونتيرز في علوم النبات . 11 : 610065. doi : 10.3389/fpls.2020.610065 . ISSN 1664-462X. PMC 8072474. PMID 33912198 .
- ^ ab Grattepanche, Jean-David; Walker, Laura M.; Ott, Brittany M.; Paim Pinto, Daniela L.; Delwiche, Charles F.; Lane, Christopher E.; Katz, Laura A. (2018). "التنوع الميكروبي في مجموعة SAR حقيقية النواة: تسليط الضوء على الظلام بين علم التشكل والبيانات الجزيئية". BioEssays . 40 (4): e1700198. doi : 10.1002/bies.201700198 . PMID 29512175. S2CID 3731086.
- ^ لازار، كاساندرا سارا؛ ستول، وينكي؛ ليمان، روبرت؛ هيرمان، مارتينا؛ شواب، فاليري ف؛ أكوب، دينيس م؛ نواز، علي؛ وبيت، تسفاي؛ بوسكوت، فرانسوا (2017-06-13). "التنوع الأثري ومثبتات ثاني أكسيد الكربون في النظم البيئية للمياه الجوفية المكونة من الصخور الكربوناتية/السيليكونية". Archaea . 2017 : 1–13. doi : 10.1155/2017/2136287 . PMC 5485487. PMID 28694737 .
- ^ جريبلر، سي؛ لويدرز، تي (2009). "التنوع البيولوجي الميكروبي في النظم البيئية للمياه الجوفية". علم الأحياء المائية العذبة . 54 (4): 649-677. رمز Bibcode : 2009FrBio..54..649G. doi : 10.1111/j.1365-2427.2008.02013.x .
- ^ سيفرت، ستيفان؛ فيترياني، كوستانتينو (2012-03-01). "التغذية الكيميائية الذاتية في فتحات أعماق البحار: الماضي والحاضر والمستقبل". علم المحيطات . 25 (1): 218-233. doi : 10.5670/oceanog.2012.21 . hdl : 1912/5172 .
- ^ دريك، هنريك؛ إيفارسون، ماجنوس (2018-01-01). "دور الفطريات اللاهوائية في الدورات البيوكيميائية الأساسية في الغلاف الحيوي العميق". مراجعات علم الأحياء الفطري . 32 (1): 20-25. رمز Bibcode : 2018FunBR..32...20D. doi : 10.1016/j.fbr.2017.10.001. S2CID 89881167.
- ^ جالاسي ، ديانا النائب. الفشل الذريع، باربرا؛ دي لورينزو، تيزيانا؛ مونتاناري، أليساندرو؛ بورفيريو، سيلفانو؛ فاتوريني ، سيموني (2017/03/01). “التنوع البيولوجي للمياه الجوفية في النظام البيئي للكهف الكيميائي: كيف تنظم الكيمياء الجيولوجية بنية مجتمع القشريات الدقيقة”. البيئة المائية . 51 (1): 75-90. بيب كود :2017AqEco..51...75G. دوى :10.1007/s10452-016-9599-7. S2CID 41641625.
- ^ "تعريف المصطلح: "الإنتاج الثانوي"". جدول المصطلحات . FishBase . تم الاسترجاع في 2009-12-03 .
- ^ "تعريف المصطلح: "الإنتاج الثالثي"". جدول المصطلحات . FishBase . تم الاسترجاع في 2009-12-03 .
- ^ ألين، كيه آر (1951). "نهر هوروكيوي: دراسة لسكان سمك السلمون المرقط". نشرة مصايد الأسماك التابعة لإدارة البحرية النيوزيلندية . 10 : 1-238.
- ^ لوفيت، جاري م.؛ كول، جوناثان ج.؛ بيس، مايكل ل. (2006-01-30). "هل إنتاج النظام البيئي الصافي يساوي تراكم الكربون في النظام البيئي؟". النظم البيئية . 9 (1): 152-155. رمز Bibcode :2006Ecosy...9..152L. doi :10.1007/s10021-005-0036-3. ISSN 1432-9840. S2CID 5890190.
- ^ "تدفق الطاقة: الإنتاج الأولي". www.globalchange.umich.edu . تم الاسترجاع في 2023-04-28 .
- ^ Randerson, JT; Chapin, FS; Harden, JW; Neff, JC; Harmon, ME (2002-08-01). "إنتاج النظام البيئي الصافي: مقياس شامل لتراكم الكربون الصافي حسب النظم البيئية". التطبيقات البيئية . 12 (4): 937–947. doi :10.1890/1051-0761(2002)012[0937:NEPACM]2.0.CO;2. ISSN 1051-0761. S2CID 54714382.
- ^ برون، فيليب؛ زيمرمان، نيكلاوس إي؛ جراهام، كاثرين إتش؛ لافيرن، سيباستيان؛ بيليسييه، لويك؛ مونكيمولر، تامارا؛ ثويلر، ويلفريد (2019-12-12). "تختلف العلاقة بين الإنتاجية والتنوع البيولوجي عبر أبعاد التنوع". Nature Communications . 10 (1): 5691. Bibcode :2019NatCo..10.5691B. doi :10.1038/s41467-019-13678-1. ISSN 2041-1723. PMC 6908676. PMID 31831803 .
- ^ ab van Ruijven, Jasper; Berendse, Frank (2005-01-18). "Diversity–productivity relations: Initial effects, long-term patterns, and primary mechanisms". Proceedings of the National Academy of Sciences . 102 (3): 695–700. Bibcode :2005PNAS..102..695V. doi : 10.1073/pnas.0407524102 . ISSN 0027-8424. PMC 545547. PMID 15640357 .
- ^ Waide, RB; Willig, MR; Steiner, CF; Mittelbach, G.; Gough, L.; Dodson, SI; Juday, GP; Parmenter, R. (نوفمبر 1999). "العلاقة بين الإنتاجية وثراء الأنواع". المراجعة السنوية لعلم البيئة والتصنيف . 30 (1): 257-300. doi :10.1146/annurev.ecolsys.30.1.257. ISSN 0066-4162.
- ^ Fraser, Lauchlan H.; Pither, Jason; Jentsch, Anke; Sternberg, Marcelo; Zobel, Martin; Askarizadeh, Diana; Bartha, Sandor; Beierkuhnlein, Carl; Bennett, Jonathan A.; Bittel, Alex; Boldgiv, Bazartseren; Boldrini, Ilsi I.; Bork, Edward; Brown, Leslie; Cabido, Marcelo (2015). "دليل عالمي على وجود علاقة أحادية النمط بين الإنتاجية وثراء الأنواع النباتية". Science . 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.
- ^ هيكتور، أ.؛ شميد، ب.؛ بييركوهنلاين، ج.؛ كالديرا، م.؛ ديمر، م.؛ ديميتراكوبولوس، ب. ج.؛ فين، ج.؛ فريتاس، ه.؛ جيلر، ب.؛ جود، ج.؛ هاريس، ر.؛ هوجبيرج، ب.؛ هوس-دانيل، ك.؛ جوشي، ج.؛ جامبونين، أ. (1999-11-05). "تجارب التنوع النباتي والإنتاجية في المراعي الأوروبية". ساينس . 286 (5442): 1123-1127. doi :10.1126/science.286.5442.1123. ISSN 0036-8075. PMID 10550043.
- ^ Cardinale, Bradley J.; Wright, Justin P.; Cadotte, Marc W.; Carroll, Ian T.; Hector, Andy; Srivastava, Diane S .; Loreau, Michel; Weis, Jerome J. (2007-11-13). "تأثيرات التنوع النباتي على زيادة إنتاج الكتلة الحيوية بمرور الوقت بسبب التكامل بين الأنواع". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 104 (46): 18123–18128. Bibcode :2007PNAS..10418123C. doi : 10.1073/pnas.0709069104 . ISSN 0027-8424. PMC 2084307. PMID 17991772 .
- ^ Isbell, Forest; Reich, Peter B.; Tilman, David; Hobbie, Sarah E.; Polasky, Stephen; Binder, Seth (2013-07-16). "إثراء العناصر الغذائية وفقدان التنوع البيولوجي والانحدارات الناتجة في إنتاجية النظام البيئي". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 110 (29): 11911–11916. Bibcode :2013PNAS..11011911I. doi : 10.1073/pnas.1310880110 . ISSN 0027-8424. PMC 3718098. PMID 23818582 .
- ^ كارول ، أوليفر. باتزر، إيفان؛ بهارات، سيدارت؛ بورير، إليزابيث ت.؛ كامبانا، صوفيا؛ إيش، إلين. هاوتيير، يان؛ أوليرت، تيموثي. سي بلوم، اريك دبليو؛ أدلر، بيتر ب. باكر، جوناثان د. بيدرمان، لوري. بوجالهو، ميغيل ن.؛ كالديرا، ماريا؛ تشن ، تشينغتشينغ (2021-12-27). بينويلاس، جوزيب (محرر). “الهوية الغذائية تعدل التأثيرات المزعزعة للاستقرار للتخثث في الأراضي العشبية”. رسائل البيئة . 25 (4): 754-765. دوى :10.1111/ele.13946. اتش دي ال : 1874/419064 . ISSN 1461-023X. PMID 34957674. S2CID 245517664.
- ^ كونلي، دانيال جيه؛ بيرل، هانز دبليو؛ هاورث، روبرت دبليو؛ بوش، دونالد إف؛ سيتزينجر، سيبيل بي؛ هافينز، كارل إي؛ لانسلوت، كريستيان؛ لايكينز، جين إي. (2009-02-20). "التحكم في التغذية الزائدة: النيتروجين والفوسفور". ساينس . 323 (5917): 1014-1015. doi :10.1126/science.1167755. ISSN 0036-8075. PMID 19229022. S2CID 28502866.
