معظم الطاقة الشمسية الساقطة على سطح الكرة الأرضية ينعكس أو يمتص حيث أنه ينتشر في الجو أو يتحول إلى حرارة. ومن الضوء الساقط على النباتات ينعكس حوالي 98 % منه بينما تمتص النباتات حوالي 2% منه فقط. حيث يكون حوالي نصف هذا الضوء الممتص ضمن الأطوار الموجية التي تستقطبها صبغات الكلوروفيل في عملية البناء الضوئي والتي هي طاقة ضوئية مرئية في حدود طول موجي بين 400-700 مليميكرون أو نانومتر ما يعادل 4000-7000 أنكستروم.

إن استنزاف طبيعة الطاقة الناتجة وكميتها عن الضغوط المناخية أو التلوث أو الحصاد وغيرها تؤثر بصورة فعالة في تقييم إنتاجية النظام البيئي. وغالباً ما يعمل اختزال فقدان حرارة التنفس في تعويض الطاقة الذي يعزز الإنتاجية الضرورية لصيانة التركيب الحياتي في النظام البيئي.

بغض النظر عن كون الإنتاجية أولية أو ثانوية يلاحظ عند التعمق في تعريف الإنتاجية والتي هي كمية الطاقة المنتجة في المستوى الإغتذائي ضمن فترة زمنية محددة.

تستعمل الكائنات الحية المكونة للمستوى الاغتذائي جزء كبيراً من الطاقة المنتجة لأغراض النمو والتكاثر والتنفس والأفعال الحيوية الأخرى. بينما يخزن الباقي في أجزاء مختلفة من الجسم. وان الإنتاجية يمكن أن تنقسم إلى قسمين على هذا الأساس حيث أن الإنتاجية الإجمالية او الحقيقية Gross productivity تعني مجموع الطاقة المتدفقة والمستغلة من قبل الكائنات الحية في مستوى اغتذائي محدد بغض النظر عن تسلسلها و مصدر الطاقة. وبما أن الطاقة المتدفقة إلى المستوى الاغتذائي الأول والتي تأتي من الشمس تستغل للأفعال الحيوية المختلفة بضمنها الخزن والتنفس في النباتات عليه تسمى الإنتاجية هنا بالإنتاجية الأولية الإجمالية Gross primary productivity . وأن الإنتاجية هنا تشمل الطاقة المستعملة للتنفس حيث تتحول إلى الحرارة وتنطلق خارج جسم النبات( الكائن الحي) ، وان جزءً كبيراً منها يبقى في أجزاء مختلفة من الجسم حيث تتعفن وتتحلل إلى خارج المستوى الاغتذائي بينما يخزن الجزء الآخر منها في مناطق متباينة في الجسم، لتستفيد منها الكائنات الواقعة في المستويات الاغتذائية اللاحقة.

بما أن ما ينقل من الطاقة من مستوى اغتذائي إلى مستوى اغتذائي لاحق هي الإنتاجية الظاهرة عليه كثيراً ما يلاحظ أن الإنتاجية في قياساتها العملية تنحصر بهذه الإنتاجية الظاهرة. عليه كثيراً ما يلاحظ أن الإنتاجية في قياساتها العملية تنحصر بهذه الإنتاجية الظاهرية أو الصافية Net primary productivity ، والتي تعني الإنتاج الظاهري الصافي دون التنفس والطاقة المتدفقة إلى خارج المستوى الاغتذائي. أما في المستوى الاغتذائي الثاني فتسمى صافي الإنتاجية الثانوية Net secondary productivity فهي الإنتاجية الظاهرية في المستوى الاغتذائي الثاني.

إن القانون الأول للديناميكية الحرارية ينص على أن الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من العدم وإنما تتحول من نمط إلى آخر كما هو الحال في تحول الطاقة الضوئية إلى الطاقة الحرارية والطاقة الحركية وهكذا. بينما ينص القانون الثاني على أنه ليست هناك عملية تحويل طاقة إلا وهناك تناثر من صورة مركزة إلى مشتتة . وبما أن  بعض الطاقة تتشتت عند كل تحول عليه فإنه ليست هناك تحول للطاقة بكفاءة 100% . لذا فإن علماء البيئة عملوا بقياس مسارات وكفاءة انتقال الطاقة ضمن المستويات الاغتذائية المتعاقبة في النظام البيئي لأجل الوصول إلى معرفة كيفية الحصول على أفضل فائدة من نماذج تدفق الطاقة بغية تحسين كمية المؤونة الغذائية ونوعيتها للكائن الحي. يتبين من هذه الحقائق أن كتلة المنتج يجب أن تزيد دائماً عن كتلة المستهلك الأولي والتي تزيد كتلتها عن المستهلك الثانوي آخذين بنظر الاعتبار أن الكتلة هي إحدى الوسائل للتعبير عن الطاقة التي ينطبق عليها قانون نيوتن الثاني.

إن من السهل تقدير الإنتاج في أية لحظة بصيغة الوزن بدلاً من محتوى الطاقة لأن محتوى الطاقة في وحدة الزمن يختلف باختلاف الكائنات الحية أو أجزاء الجسم المختلفة. فمحتوى الطاقة على أساس سعرة في الغرام الواحد من الوزن الجاف في الديدان تقدر بحوالي 4617 سعرة بينما في الفئران تصل إلى 5163 سعرة وفي الطحالب تقدر بحوالي 4100 سعرة. هذا من جهة ومن جهة أخرى يلاحظ أن محتوى الطاقة في البذور تصل إلى 5065 سعرة بينما لا يزيد المحتوى عن 4267 في السيقان في حين تصل إلى 4720 سعرة في الغرام من الوزن الجاف في الجذور.

يعبر عن مجموعة الكتلة الحية Biomass في أية لحظة معينة بالمحصول القائم أو الثابت Standing crop . ويعود الاهتمام بالإنتاجية إلى فترات طويلة سابقة، لكن الاهتمام ظل مقتصراً على بعض الأجزاء المستخدمة فقط. ففي الحيوانات على سبيل المثال يهتم بالبيوض أو اللحوم ، أما في النباتات فيدرس إنتاج الحبوب لبعض المحاصيل والدرنات لمحاصيل أخرى. وتؤخذ الأجزاء الخضرية فقط أو الثمار في نباتات أخرى بنظر الاعتبار وتسمى الإنتاجية هنا بالمحصول Yield

إن معدل الانتاجية للكائنات الحية هي دالة أخذ الطاقة من قبلها. ففي النباتات الخضر يكون المجموع الكلي للضوء المثبت خلال عملية البناء الضوئي ولفترة محدودة ما يسمى بالإنتاجية الإجمالية . ومن هذه الكمية يستفيد النبات من جزء منها للإبقاء على ديمومته خلال عملية التنفس والباقي يكون جاهزاً لاستخدامات أخرى لأغراض النمو المتمثل بالإنتاجية الصافية. وعليه تكون :

الإنتاجية الإجمالية = الإنتاجية الصافية + التنفس.

لمتابعة انتقال الطاقة في أي نظام بيئي يكون من الضروري معرفة ذلك الجزء من الإنتاجية الصافية الذي يسبب تكوين الأنسجة الجديدة وبالتالي زيادة الكتلة الحية Biomass وكذلك معرفة كمية الطاقة المستهلكة بوساطة أكلات الأعشاب أو من خلال موت الأجزاء أو الأفراد وعليه تكون:

الإنتاجية الصافية = زيادة الكتلة الحية + الطاقة المستهلكة بوساطة أكلات الأعشاب + الطاقة المستهلكة خلال موت بعض الأجزاء أو الأفراد.

عند التعرف على توزيع الإنتاجية المستهلكة والمحصول القائم في العالم فإن المعلومات المتوافرة تشير إلى أن الغطاء النباتي على اليابسة من الكرة الأرضية يكون ما يقارب 30% من تلك المساحة ويجهز هذا الغطاء 62% من الكمية للإنتاجية الأولية والتي يقدر مجموعها بحوالي 100 مليون طن في السنة. وتوضح التقديرات لإنتاجية مختلف الأنظمة البيئية أن الغطاء البيئي الصحراوي لا ينتج أكثر من 250 غم وزن جاف للمواد العضوية في المتر المربع الواحد في السنة، في حين أن المناطق الاستوائية الرطبة تصل إنتاجية غاباتها إلى حوالي 5000 غم في المتر المربع في السنة. بينما إنتاجي مياه المصبات Estuaries تصل إلى 4000 غم في المتر المربع في السنة.

مواضيع ذات صلة

الزحف العمراني على الأراضي الزراعية والغابية

سوء استعمال تكنولوجيا الري المؤدي إلى غدق التربة وتملحها

انجراف التربة

أهمية الغطاء النباتي

تطور العلاقة بين الإنسان والبيئة

الآثار البيئية المترتبة عن قطع الغابات وإنشاء السدود على مجاري الأنهار

العلاقة بين الحيوان والنبات

تعريف التوازن البيئي

التنافس Competition

السلوك الاجتماعي في تنظيم السكان regulation Social behavior in population

التنظيم السكاني Population regulation

انتشار السكان Population dispersal