2 modele przepływu energii w ekosystemie (z wykresem) - objaśnione!
Przepływ energii można wyjaśnić za pomocą dwóch modeli, a mianowicie: jednokanałowego modelu energetycznego i modelu energii w kształcie litery Y.
1. Jednokanałowe modele energetyczne:
Zasada łańcuchów pokarmowych i działanie dwóch praw termodynamiki można lepiej wyjaśnić za pomocą diagramów przepływu energii pokazanych na rysunkach 1. 3 i 1. 4.
Jak pokazano na rysunku 1.3 z całkowitego napływającego promieniowania słonecznego (118 872 gcal / cm2 / rok), 118 761 gcal / cm 2 / rok pozostaje niewykorzystanych, a zatem produkcja brutto (produkcja netto plus oddychanie) przez autotrofy wynosi 111 gcal / cm2 / yr z wydajnością wychwytywania energii 0, 1%. Można również zauważyć, że 21 procent tej energii lub 23 gcal / cm2 / rok jest zużywane w reakcjach metabolicznych autotrofów na ich wzrost, rozwój, utrzymanie i rozmnażanie.
Można zauważyć, że 15 gcal / cm2 / rok są spożywane przez zwierzęta roślinożerne, które pasą się lub żyją na autotrofach - to 17% produkcji autotrofów netto.
Rozkład (3 gcal / cm 2 r. ) Odpowiada za około 3, 4% produkcji netto. Pozostała część materiału roślinnego, 70 gcal / cm 2 / rok lub 79, 5% produkcji netto, nie jest w ogóle wykorzystywana, ale staje się częścią gromadzących się osadów. Oczywiste jest, że roślinożerca ma o wiele więcej energii niż jest konsumowany.
Można również zauważyć, że różne ścieżki strat są równoważne z rachunkiem dla wychwytu energii autotrofów, tj. Produkcji brutto. Ponadto, łącznie trzy górne "losy" (rozkład, roślinożerne i niewykorzystywane) są równoważne produkcji netto, całkowitej energii zawartej na poziomie roślinożerców, tj. 15 gcal.cm 2 / r, 30 procent lub 4.5 gcal / cm 2 / rok jest stosowany w reakcjach metabolicznych. W związku z tym jest znacznie więcej energii traconej przez oddychanie przez roślinożerców (30%) niż przez autotrofy (21%).
Ponownie dostępna jest znaczna energia dla zwierząt mięsożernych, mianowicie 10, 5 gcal / cm 2 / rok lub 70 procent, która nie jest w pełni wykorzystana; w rzeczywistości tylko 3.0 gcal / cm 2 / rok lub 28, 6% produkcji netto przechodzi na mięsożerców. Jest to bardziej efektywne wykorzystanie zasobów niż występuje na poziomie transferu autotrof-roślinożerca.
Na poziomie mięsożerców około 60 procent energii zużywanej przez mięsożerców jest zużywane na aktywność metaboliczną, a pozostała część staje się częścią nieużytych osadów; tylko niewielka ilość podlega corocznemu rozkładowi. Ta wysoka utrata oddechowa porównuje się z 30% u zwierząt roślinożernych i 21% u autotrofów w tym ekosystemie.
Z diagramu przepływu energii pokazanego na rys. 1.3 wynika, że dwie rzeczy stają się jasne. Po pierwsze, istnieje jednokierunkowa ulica, wzdłuż której porusza się energia (jednokierunkowy przepływ energii). Energia wychwytywana przez autotrofy nie powraca do wejścia solarnego; to, co przechodzi do roślinożerców, nie wraca do autotrofów. Ponieważ porusza się stopniowo po różnych poziomach troficznych, nie jest już dostępny na poprzednim poziomie. Dzięki jednokierunkowemu przepływowi energii system upadłby, gdyby pierwotne źródło, słońce, zostało odcięte.
Po drugie, następuje stopniowy spadek poziomu energii na każdym poziomie troficznym. Jest to w dużej mierze związane z energią rozproszoną jako ciepło w czynnościach metabolicznych i mierzone tutaj jako sprzężone oddychanie, z niewykorzystaną energią. Na powyższym rysunku "skrzynie" reprezentują poziomy troficzne, a "rury" przedstawiają przepływ energii do iz każdego poziomu.
Energia wpływa na wypływy równowagi zgodnie z wymogami pierwszej zasady termodynamiki, a transfer energii towarzyszy rozpraszaniu energii na niedostępne ciepło (tj. Oddychanie) zgodnie z wymogami drugiego prawa. Rysunek 1. 4 przedstawia bardzo uproszczony model przepływu energii o trzech poziomach tropicznych, z którego wynika, że przepływ energii jest znacznie zmniejszony na każdym kolejnym poziomie troficznym od producentów do roślinożerców, a następnie do zwierząt mięsożernych.
Tak więc przy każdym przeniesieniu energii z jednego poziomu na drugi, znaczna część energii jest tracona jako ciepło lub inna postać. Następuje stopniowe zmniejszenie przepływu energii, niezależnie od tego, czy chodzi o przepływ całkowity (tj. Całkowity wkład energii i całkowita asymilacja), czy też wtórne składniki produkcji i oddychania. Tak więc, z 3000 kcal całkowitego światła padającego na rośliny zielone, absorbuje się około 50% (1500 Kcal), z czego tylko 1% (15 Kcal) jest przekształcany na pierwszym poziomie troficznym.
Tak więc pierwotna produkcja netto wynosi zaledwie 15 Kcal. Drugorzędna produktywność (P2 i P3 na wykresie) zwykle wynosi około 10 procent na kolejnych poziomach troficznych konsumentów, tj. Roślinożerców i mięsożerców, chociaż wydajność może być czasami wyższa, jak 20 procent, na poziomie mięsożercy, jak pokazano (lub P3 = 0.3 Kcal) na schemacie.
Z rysunków 1.3 i 1.4 wynika, że następuje sukcesywna redukcja przepływu energii na kolejnych poziomach troficznych. W związku z tym krótszy łańcuch pokarmowy, większa byłaby dostępna energia żywnościowa, ponieważ wraz ze wzrostem długości łańcucha pokarmowego następuje odpowiednia utrata energii.
2. Modele przepływu energii w kształcie litery Y:
Model w kształcie litery Y dodatkowo wskazuje, że dwa łańcuchy pokarmowe, a mianowicie pasający się łańcuch pokarmowy i łańcuch pokarmowy z detrytusu, w rzeczywistości są w warunkach naturalnych, nie są całkowicie odizolowane od siebie. Wypasany łańcuch pokarmowy zaczynający się od zielonej bazy roślinnej trafia do roślinożerców i łańcucha pokarmowego detrytusu, zaczynając od martwej materii organicznej działającej na drobnoustroje, a następnie przechodząc do detryttywatorów i ich konsumentów.
Na przykład zwłoki małych zwierząt, które były niegdyś częścią pasącego się łańcucha pokarmowego, zostają włączone do łańcucha pokarmowego detrytusu, podobnie jak odchody wypasanych zwierząt żywych. Funkcjonalnie rozróżnienie między nimi polega na opóźnieniu czasowym między bezpośrednim spożyciem żywych roślin a ostatecznym wykorzystaniem martwej materii organicznej. Znaczenie dwóch łańcuchów pokarmowych może różnić się w różnych ekosystemach, w niektórych wypas jest ważniejszy, w innych detrytus jest główną ścieżką.
Ważnym punktem w modelu w kształcie litery Y jest to, że dwa łańcuchy pokarmowe nie są od siebie odizolowane. Ten model w kształcie litery "Y" jest bardziej realistycznym i praktycznym modelem roboczym niż model jednokanałowy, ponieważ:
(i) stanowi potwierdzenie stratyfikowanej struktury ekosystemów,
(ii) oddziela łańcuchy wypasu i detrytusu (bezpośrednie spożycie żywych roślin i odpowiednio wykorzystanie martwej materii organicznej) zarówno w czasie, jak i przestrzeni, oraz
(iii) że mikro-konsumenci (bakterie absorpcyjne, grzyby) i makro-konsumenci (zwierzęta fagotroficzne) różnią się znacznie relacjami metabolizmu. (EP> Odum, 1983).
Należy jednak pamiętać, że modele te przedstawiają podstawowy wzorzec przepływu energii w ekosystemie. W praktyce, w warunkach naturalnych, organizmy są wzajemnie powiązane w taki sposób, że wiele łańcuchów pokarmowych ulega sprzężeniu w wyniku złożonej sieci pokarmowej. Nawiązaliśmy już do sieci pokarmowych na użytkach zielonych i ekosystemach stawowych. Złożoność sieci pokarmowej zależy od długości łańcuchów pokarmowych.
Tak więc w przyrodzie działają wielokanałowe przepływy energii, ale w tych kanałach należą do jednego z dwóch podstawowych łańcuchów pokarmowych, tj. Będą to albo łańcuch pokarmowy do wypasu albo odpad. Wzajemny układ takich kilku łańcuchów w sieci pokarmowej ekosystemu doprowadziłby do wielokanałowego przepływu energii. Tak więc w praktyce, w warunkach polowych, możemy napotkać trudności w pomiarze energetyki ekosystemu.
