Biomasa (ekologia)
Biomasa jest terminem (na ekologię w szczególności) oznacza ilość (masa) łącznie organizmów żyjących w środowisku lub w miejscu określonym w pewnym momencie, zarówno z roślin ( biomasę ), zwierzęta ( zoomasse ), grzybów i drobnoustrojów ( microbiomass ). Ludzkość w szczególności czerpie z niej całe swoje pożywienie i dużą część niezbędnych dziennych zasobów (w szczególności błonnika i leków). Dopóki nie jest nadmiernie eksploatowany , mówi się, że zasób ten jest odnawialny . Ropa i gaz ziemny ( zasoby kopalne ) również pochodzą z biomasy.
Biomasa jest czasami obliczana dla określonego taksonu . Można ją oszacować na jednostkę powierzchni, jeśli jest to środowisko lądowe, lub na jednostkę objętości (w szczególności w przypadku środowiska wodnego ). Żywe organizmy ( zwłaszcza rośliny ) często składają się głównie z wody. W niektórych obliczeniach biomasa jest zatem mierzona jako „ zawartość suchej masy ”. Oprócz jednostki masy jest czasami wyrażana liczbą osobników w kaloriach.
Definicje
Biomasa jest definiowana przez ekologów jako całkowita masa organizmów żywych mierzona w populacji, obszarze lub innej jednostce.
W biolodzy czasami określają bardziej restrykcyjne lub osoby z komórkami biomasy, który stanowi równowagę syntezie i degradacji z materii organicznej w komórce lub indywidualnie .
Niektóre dane liczbowe i właściwości
- W przeciwieństwie do szeroko rozpowszechnionej idei, która głosi, że globalna masa wszystkich organizmów żyjących w wodzie, powietrzu i ziemi jest reprezentowana głównie przez „widzialne” istoty planety, to właśnie „niewidzialne” istoty stanowią większość . Biomasa roślinna - zbudowana z mikroskopijnych grzybów w glebie, korzeni i roślin „widocznych” na powierzchni - stanowi 50% biomasy lądowej, a 75% biomasy lądowej znajduje się w glebie (mikroskopijne grzyby i bakterie tworzące większość bioróżnorodności gleby ). Liczbę bakterii , choć trudną do oszacowania, szacuje się w oceanach, glebie, oceanach podpowierzchniowych (bezpośrednio dolne warstwy podglebia) i naziemnych, odpowiednio 1,2 × 10 29 , 2, 6 × 10 29 , 2,9 × 10 29 i 0,25–2,5 x 10 30 komórek (milion razy więcej niż 10 24 gwiazd we Wszechświecie). Pomimo tej różnorodności biologicznej drobnoustrojów, drobnoustroje stanowią mniej niż 20% całkowitej biomasy planety. Całkowita masa „widocznych” roślin stanowi obecnie 80% całkowitej biomasy na powierzchni globu, wiedząc, że biomasa roślinna jest sto razy większa niż „widoczna” biomasa zwierzęca i stanowi główne źródło węglowej materii organicznej. planeta (500 miliardów ton suchej masy ). Ta różnorodność nie uwzględnia biomasy wirusów, która stanowiłaby 90% węgla organicznego obecnego w oceanach, a liczbę wirusów na Ziemi szacuje się na 10 31 .
- Biomasa drobnoustrojów jest ważnym źródłem molekuł interesujących dla przemysłu i medycyny (np. Większość antybiotyków stosowanych w medycynie pochodzi z mniej niż 1% znanych bakterii), w szczególności tych z mikroorganizmów glebowych, które są najbardziej bezpośrednio eksploatowane. Jednak różnorodność biologiczna gleby pozostaje w dużej mierze nieznana, zarówno pod względem taksonomicznym (większości tych drobnoustrojów nie można hodować na dostępnych pożywkach), jak i ekologicznej (w szczególności struktura sieci troficznych).
- Gatunkiem o największej biomasie zwierzęcej jest kryl antarktyczny Euphausia superba , który jest podstawowym pokarmem w szczególności wielorybów.
- Strefami ekologicznymi produkującymi najwięcej biomasy na obszar i rocznie byłyby bagna , lasy tropikalne i rafy koralowe .
Niektóre trapezu gatunków , inżynier gatunku lub gatunków facylitator mogą dzięki ich aktywności znacznie zwiększyć biomasę i ekologicznego bogactwo środowisku (np dżdżownic , Beaver, etc.).
Biomasa sama w sobie nie jest wskaźnikiem jakości ekologicznej ; może nawet czasami odzwierciedlać brak równowagi ekologicznej (np. eutrofizacja , zakwity fitoplanktonu itp.).
Piramida biomasy
Nazywamy piramidą biomasy , reprezentacją biomasy na każdym poziomie troficznym w łańcuchu pokarmowym . W 1942 roku Raymond Lindeman ustalił, że w ekosystemach tylko ułamek (szacowany na 10%) energii na danym poziomie łańcucha troficznego jest przekazywany organizmom na wyższych poziomach troficznych. To 10% prawo, zwane także prawem Lindemana, mierzy efektywność ekologiczną konsumenta (stosunek produkcji netto konsumenta do produkcji netto zużytej biomasy). To przybliżone prawo (zwykle wynosi od 5 do 20%) często ma zastosowanie do biomasy.
W środowisku powietrznym biomasa pierwotnych producentów jest często znacznie większa niż biomasa konsumentów, zwłaszcza w lasach, w których duża część biomasy składa się z drewna . W środowiskach wodnych, a zwłaszcza oceanicznych, biomasa pierwotnych producentów ( fitoplanktonu ) jest na ogół niższa niż konsumentów, ale ta biomasa jest szybko odnawiana.
Mapowanie biomasy
Jest to kwestia kluczowa dla zrozumienia głównych cykli biogeochemicznych, aw szczególności powiązań między klimatem , antropizacją i bioróżnorodnością . Dzieje się tak, ponieważ cały nasz tlen i żywność, wiele zasobów i duża część energii cieplnej pochodzi bezpośrednio z biomasy. Od tego zależy również stabilność klimatu. Dlatego warto mieć możliwość oceny go w sposób kompleksowy, dynamiczny, ciągły i wiarygodny.
Biomasa rolnicza jest dość łatwa do modelowania i oceny w skali lokoregionalnej, ale biomasa rzek, jezior i oceanów, bardzo mobilna i zmienna, a także biomasa gleb, lasów i środowiska naturalnego są znacznie trudniejsze do poznania i podążać.
Obecnie nie jest możliwa dokładna mapa na dużą skalę, ale zdjęcia satelitarne poczyniły ostatnio postępy:
- w 2013 r. biomasa roślin leśnych półkuli północnej została w ten sposób zmapowana z wciąż niedoskonałą precyzją (1 piksel = 1 km na ziemi), ale znacznie poprawiona w porównaniu z przeszłością, z korzyścią dla lepszego zrozumienia obiegu węgla i klimatu informacje zwrotne dotyczące różnorodności biologicznej.
Torfowiska (w dużej mierze będące wynikiem tysiącletniej pracy bobrów ) i gleby leśne na półkuli północnej przechowują ogromne ilości węgla (o 1/3 więcej rezerw węgla na hektar w lasach o klimacie umiarkowanym lub północnym niż w lasach tropikalnych, co czyni je niezbędnym rezerwuarem węgla , ale w szczególności podatne na pożary i choroby lub szkodniki). Las borealny prawie wyłącznie na półkuli północnej jest dziedzictwem różnych krajów, od Rosji po Alaskę i północną Europę i Kanadę. Mapa ta została wykonana przy użyciu nowego algorytmu (opracowanego w 2010 r.), Który umożliwia łączenie dużej liczby zbiorów danych ze zdjęć radarowych w celu oceny biomasy ukrytej pod lasem . Dzięki projektowi Biomasar-II około 70 000 zdjęć Envisat (wykonanych w latach 2009 - 2011) dostarczyło pierwszą „panborealną mapę biomasy leśnej” (w 2010 r.), A archiwa Envisat pod egidą ESA umożliwiły wykonanie kilka map regionalnych (stan 2005). Misja Sentinel-1 będzie kontynuować tę pracę.
- Nowy satelita o nazwie Biomass jest planowany na 2022 r. (Siódma misja ESA Earth Explorer). Rozszerzy to mapowanie biomasy roślin leśnych do strefy tropikalnej (używając długości fal około 70 cm , dłuższych, aby lepiej penetrować grubą koronę pierwotnych lasów tropikalnych., Wtórne lub plantacyjne i monitorować zakłócenia i odrastanie tych naturalnych lub półnaturalnych środowisk. dane te będą dostępne w 2010 r. w otwartych danych .
Biomasa bakteryjna
Zwykle na gram gleby znajduje się około 50 milionów komórek bakteryjnych i około miliona komórek bakteryjnych na mililitr świeżej wody, przy czym różnice zależą od rodzaju podłoża i jego historii.
W szeroko cytowanym badaniu z 1998 r. Błędnie oszacowano, że globalna biomasa bakteryjna ma masę między 350 a 550 miliardów ton węgla (co odpowiada 60% do 100% węgla zawartego w roślinach).
Nowe badania dotyczące życia drobnoustrojów na dnie morskim w znacznym stopniu poddają ponownej ocenie te dane. Praca z 2012 r. Obniżyła ewolucję biomasy drobnoustrojów na dnie morskim z 303 miliardów ton C do 4,1 miliarda ton. Globalna biomasa prokariotów to „tylko” od 50 do 250 miliardów ton C.
Ponadto węgiel zawarty w każdej komórce prokariotycznej mógł zostać przeszacowany: jeśli średnia biomasa na komórkę prokariotyczną wzrośnie z 86 do 14 femtogramów węgla, ogólna biomasa prokariotyczna zostanie zmniejszona do 13 do 44,5 miliarda ton C, co odpowiada ekwiwalentowi 2,4% do 8,1% węgla obecnego w roślinach.
Ten rodzaj oceny jest nadal kontrowersyjny. W maju 2018 r. Nowa ocena (PNAS, maj 2018 r.) Oszacowała biomasę bakterii na około 70 miliardów ton węgla (15% całkowitej biomasy). Projekt Deep Carbon Observatory w grudniu 2018 r. Przyniósł znacznie mniejszą liczbę (nie więcej niż 23 miliardy ton węgla).
| Lokalizacja
|
Liczba
ogniw
(× 10 29 )
|
Miliardy ton
węgla
|
|---|
| dno oceanu
|
2,9 do 50 |
4,1 do 303 |
| Pełny ocean
|
1.2 |
1,7 do 10 |
| Ziemia lądowa
|
2.6 |
3,7 do 22 |
| Ziemia podpowierzchniowa
|
2,5 do 25 |
3,5 do 215 |
Produktywność ziemi
Średnia charakterystyka ekosystemów lądowych, w tonach na hektar biomasy roślinnej lub nekromasy (masa w stanie świeżym) oraz w tonach na hektar i na rok produkcji pierwotnej netto
| Biom lądowy
|
Biomasa
|
Necromass (na ziemi)
|
Produkcja podstawowa netto
|
|---|
| arktyczna tundra |
5 |
3.5 |
1
|
| Północna tajga arktyczna |
100 |
30
|
| Tajga południowo-arktyczna |
330 |
35 |
7
|
| Las dębowy |
400 |
15 |
9
|
| Łąki, stepy |
25 |
12 |
14
|
| Suchy step |
40 |
1.5 |
4
|
| Półpustynny |
1.6 |
|
0.6
|
| Trawiasta sawanna |
2.7 |
5 |
7
|
| Las tropikalny |
4 |
10 |
25
|
| Las równikowy |
600 |
2 |
33
|
| Kultury |
Od 4 do 100 |
średnia: 6,6 |
Rekord: 80
trzciny cukrowej
|
Uwagi i odniesienia
-
Bar-On YM, Phillips R, Milo R (czerwiec 2018). „ Dystrybucja biomasy na Ziemi ” (PDF). Materiały z National Academy of Sciences w Stanach Zjednoczonych Ameryki. 115 (25): 6506–6511. Bibcode: 1998PNAS ... 95.6578W. doi: 10.1073 / pnas.1711842115. PMC 6016768. PMID 29784790 .
-
„ Biomasa ”. Zarchiwizowane zgodnie z [1] w dniu 4 czerwca 2010 r.
-
Ricklefs RE, Miller GL (2000). Ekologia (4 wyd.) . Macmillan. p. 192. ( ISBN 978-0-7167-2829-0 ) .
-
(w) Field CB, Behrenfeld MJ, Randerson JT, Falkowski P., „ Primary Production of the Biosphere: Integrating terrestrial and oceanic components ” , Science , vol. 281 n O 5374,10 lipca 1998, s. 237-40.
-
Jean-Claude Duplessy, Gilles Ramstein, Paleoclimatology. Znajdowanie, datowanie i interpretowanie wskazówek , EDP Sciences,2014, s. 29.
-
Raven, Jhonson, Losos, Singer, Biology, wyd. de Boeck , 1250 stron, słownik
-
Lucien Laubier, Biologia i ekonomika kominów hydrotermalnych , CNRS,1988, s. 17
-
„Od 10 do 30% w lesie, biomasa korzeni może osiągnąć 75 do 95% całkowitej biomasy na łąkach, tundrach lub suchych wysokich trawnikach” . Por. Claire Tirard, Luc Abbadie, David Laloi, Philippe Koubbi, Ecology , Dunod,2016( czytaj online ) , s. 423.
-
Wiedząc, że „widoczna” biomasa roślinna jest sto razy większa niż biomasa zwierzęca. Por. (En) William B. Whitman, David C. Coleman & William J. Wiebe, „ Prokariotes: The Unseen większości ” , PNAS , vol. 95 N O 12,Czerwiec 1998, s. 6578-6583 ( DOI 10.1073 / pnas.95.12.6578 , czytaj online ).
-
(w) Walter Larcher, Physiological Plant Ecology: Ecophysiology and Stress Physiology of Functional Groups , Springer Science & Business Media,2003, s. 10.
-
(w) Garry Willgoose, Principles of soilscape and landscape Evolution , Cambridge University Press,2018( czytaj online ) , s. 163.
-
Cynthia Graber (2015) Wydobywanie ukrytego skarbu nieznanych na świecie bakterii Prawie każdy znany antybiotyk pochodzi z 1% bakterii. Teraz uczymy się, jak hodować nieznane mikroby i kto wie, jakie bogactwa odkryjemy , opublikowany 30 grudnia 2015 r. Przez The New Scientist
-
(w) William B. Whitman, David C. Coleman & William J. Wiebe, „ Prokariotes: The Unseen Majorité ” , PNAS , tom. 95 N O 12,Czerwiec 1998, s. 6578-6583 ( DOI 10.1073 / pnas.95.12.6578 , czytaj online ).
-
(en) Jens Kallmeyer, Robert Pockalny, Rishi Ram Adhikari, David C. Smith & Steven D'Hondt, „ Global distribution of microbial abundance and biomass in subseafloor sediment ” , Proceedings of the National Academy of Sciences , vol. 109 n O 40,październik 2012, s. 16213-16216 ( PMID 22927371 , PMCID 3479597 , DOI 10.1073 / pnas.1203849109 ).
-
Precyzyjna ekologia R. Dajoz, red. Dunod, 2006 ( ISBN 978-2100496273 )
-
(w) Curtis A. Suttle, „ Wirusy: odblokowanie największej różnorodności biologicznej na Ziemi ” , Genome , vol. 56 N O 10,2013, s. 542-544 ( DOI 10.1139 / gen-2013-0152 ).
-
Carole Hermon, Usługi ekosystemowe i ochrona gleby , Quae,2018, s. 87.
-
Nicol, S., Endo, Y. (1997). Fisheries Technical Paper 367: Kryl Fisheries of the World. FAO.
-
(w) Raymond L. Lindeman, „ Troficzno-dynamiczny aspekt ekologii ” , Ekologia , t. 23 N O 4,Październik 1942, s. 399-417.
-
René Dumont , Człowiek i jego otoczenie , Retz,1980, s. 171-172.
-
Ekologia: naukowe i praktyczne podejście Claude Faurie et al (red. Tec and Doc Lavoisier) ( ISBN 978-2743013103 )
-
ESA (2013), Northern biomasy Ziemi maped i mierzone , nacisnąć wydanie z 26 czerwca 2013 r
-
ESA (2010), Nowe mapy biomasy lasów borealnych stworzone na podstawie danych radarowych , komunikat prasowy z 25 marca 2010 r.
-
Komunikat prasowy ESA, 20 lutego 2017 r., ESA potwierdza politykę otwartego dostępu do obrazów, filmów i danych
-
Whitman WB, Coleman DC, Wiebe WJ, „ Prokaryotes: the Unseen większości ”, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America , vol. 95 N O 12,Czerwiec 1998, s. 6578–83 ( PMID 9618454 , PMCID 33863 , DOI 10.1073 / pnas.95.12.6578 , Bibcode 1998PNAS ... 95.6578W , czytaj online )
-
" Biomasa " [ archiwum14 czerwca 2010]
-
Deep Carbon Observatory (10 grudnia 2018). „Życie na głębokiej Ziemi zawiera od 15 do 23 miliardów ton węgla - setki razy więcej niż ludzie - współpracownicy Deep Carbon Observatory badający„ Galapagos z głębin ”dodają do tego, co znane, nieznane i niepoznawalne o najbardziej dziewiczym ekosystemie Ziemi” . EurekAlert!. Dostęp 11 grudnia 2018 r.
-
Dockrill, Peter (11 grudnia 2018). „Naukowcy odkrywają ogromną biosferę życia ukrytą pod powierzchnią Ziemi”. Science Alert. Źródło 11 grudnia 2018 r
-
Gabbatiss, Josh (11 grudnia 2018). „Masowe badanie„ głębokiego życia ”ujawnia miliardy ton mikrobów żyjących głęboko pod powierzchnią Ziemi”. Niezależny. Źródło 11 grudnia 2018 r.
-
Lipp JS, Morono Y, Inagaki M, KU Hinrichs, „ Znaczący wkład Archaea w istniejącą biomasę w morskich osadach podpowierzchniowych ”, Nature , Vol. 454 n O 7207,Sierpień 2008, s. 991–994 ( PMID 18641632 , DOI 10.1038 / nature07174 , Bibcode 2008Natur.454..991L )
-
Zobacz też
Powiązane artykuły
Linki zewnętrzne