Енергиен поток (екосистема): Определение, процес и примери

An екосистема се определя като общност от различни организми, взаимодействащи помежду си и тяхната среда в определена област. Той отчита всички взаимодействия и взаимоотношения между двете биотичен (живеещи) и абиотичен (неживи) фактори.

Енергията е това, което кара екосистемата да процъфтява. И докато всички материята е запазена в екосистема, енергия потоци чрез екосистема, което означава, че не е запазена. Енергията навлиза във всички екосистеми като слънчева светлина и постепенно се губи като топлина обратно в околната среда.

Преди обаче енергията да изтече от екосистемата като топлина, тя тече между организмите в процес, наречен енергиен поток. Именно този енергиен поток идва от слънцето и след това преминава от организъм към организъм, който е в основата на всички взаимодействия и взаимоотношения в една екосистема.

Определението за енергиен поток е трансферът на енергия от слънцето и нагоре към всяко следващо ниво на хранителната верига в околната среда.

Всяко ниво на енергиен поток на хранителна верига в една екосистема се обозначава от трофично ниво, което се отнася до позицията, която определен организъм или група организми заема върху хранителната верига. Началото на веригата, която ще бъде в дъното на енергийната пирамида, е първо трофично ниво. Първото трофично ниво включва производители и автотрофи, които превръщат слънчевата енергия в използваема химическа енергия чрез фотосинтеза.

Следващото ниво в хранителната верига / енергийната пирамида ще се счита за второ трофично ниво, който обикновено е зает от тип първичен консуматор като тревопасно животно, което яде растения или водорасли. Всяка следваща стъпка в хранителната верига е еквивалентна на ново трофично ниво.

Освен трофичните нива, има още няколко термина, които трябва да знаете, за да разберете енергийния поток.

Биомаса:Биомаса е органичен материал или органична материя. Биомасата е физическият органичен материал, в който се съхранява енергията, подобно на масата, която съставлява растенията и животните.

Производителност: Производителността е скоростта, с която енергията се включва в телата на организмите като биомаса. Можете да дефинирате производителността за всички и всички трофични нива. Например, първичен производителност е производителността на първичните производители в една екосистема.

Брутна първична производителност (GPP): GPP е скоростта, с която енергията от слънцето се улавя в молекулите на глюкозата. По същество той измерва колко обща химическа енергия се генерира от първичните производители в дадена екосистема.

Нетна първична производителност (АЕЦ): АЕЦ също измерва колко химическа енергия се генерира от първични производители, но също така отчита енергията, загубена поради метаболитните нужди от самите производители. И така, АЕЦ е скоростта, с която енергията от слънцето се улавя и съхранява като материя от биомаса и е равна на количеството енергия, достъпно за останалите организми в екосистемата. АЕЦ е винаги по-ниска сума от GPP.

АЕЦ варира в зависимост от екосистемата. Това зависи от променливи като:

• Налична слънчева светлина.
• Хранителни вещества в екосистемата.
• Качество на почвата.
• Температура.
• Влага.
• CO₂ нива.
  

Енергията навлиза в екосистемите като слънчева светлина и се трансформира в използваема химическа енергия от производители като сухоземни растения, водорасли и фотосинтетични бактерии. След като тази енергия влезе в екосистемата чрез фотосинтеза и се превърне в биомаса от тези производители, енергията преминава през хранителната верига, когато организмите ядат други организми.

Тревата използва фотосинтеза, бръмбарът яде трева, птицата яде бръмбар и така нататък.

Докато се придвижвате нагоре по трофичните нива и продължавате по хранителната верига, енергийният поток не е 100 процента ефективен. Само около 10 процента от наличната енергия го прави от едно трофично ниво до следващото трофично ниво, или от един организъм до следващото. Останалата част от тази налична енергия (около 90 процента от тази енергия) се губи като топлина.

Нетната производителност на всяко ниво намалява с коефициент 10 при изкачване на всяко трофично ниво.

Защо този трансфер не е 100 процента ефективен? Има три основни причини:

1. Не се консумират всички организми от всяко трофично ниво: Помислете за това по следния начин: нетната първична производителност възлиза на цялата налична енергия за организмите в една екосистема, която се осигурява от производителите за тези организми с по-високи трофични нива. За да може целия този енергиен поток да преминава от това ниво към следващото, това означава, че всички тези производители ще трябва да бъдат консумирани. Всяка стрък трева, всяко микроскопично парче водорасли, всяко листо, всяко цвете и така нататък. Това не се случва, което означава, че част от тази енергия не тече от това ниво до по-високите трофични нива.

2. Не цялата енергия може да бъде прехвърлена от едно ниво на следващото: Втората причина, поради която енергийният поток е неефективен, е, че част от енергията е неспособна да бъде прехвърлена и по този начин се губи. Например, хората не могат да смилат целулозата. Въпреки че тази целулоза съдържа енергия, хората не могат да я усвоят и да получат енергия от нея и тя се губи като „отпадък“ (известен още като изпражнения).

Това важи за всички организми: има определени клетки и парчета материя, които те не могат да усвоят, които ще бъдат отделени като отпадъци / загубени като топлина. Така че дори ако наличната енергия, която има парче храна, е едно количество, не е възможно организмът, който я яде, да получи всяка единица налична енергия в тази храна. Част от тази енергия винаги ще бъде загубена.

3. Метаболизмът използва енергия: И накрая, организмите изразходват енергия за метаболитни процеси като клетъчно дишане. Тази енергия се изразходва и след това не може да се прехвърли на следващото трофично ниво.

Енергийният поток може да се опише чрез хранителните вериги като трансфер на енергия от един организъм към следващия, като се започне от производителите и се движи нагоре по веригата, тъй като организмите се консумират един от друг. Друг начин за показване на този тип верига или просто за показване на трофичните нива е чрез хранителни / енергийни пирамиди.

Тъй като енергийният поток е неефективен, най-ниското ниво на хранителната верига е почти винаги най-голямото както по отношение на енергията, така и по отношение на биомасата. Ето защо тя се появява в основата на пирамидата; това е най-голямото ниво. Докато се придвижвате нагоре към всяко трофично ниво или всяко ниво на хранителната пирамида, енергията и биомасата намаляват, поради което нивата се стесняват на брой и се стесняват визуално, докато се придвижвате нагоре по пирамидата.

Помислете за това по следния начин: губите 90 процента от наличното количество енергия, докато се придвижвате нагоре по всяко ниво. Само 10 процента от енергията тече, което не може да поддържа толкова много организми, колкото предишното ниво. Това води до по-малко енергия и по-малко биомаса на всяко ниво.

Това обяснява защо обикновено има по-голям брой организми по-ниско в хранителната верига (като трева, насекоми и малки риби, например) и много по-малък брой организми в горната част на хранителната верига (като мечки, китове и лъвове например).

Ето обща верига за това как енергията протича в дадена екосистема:

1. Енергията навлиза в екосистемата чрез слънчева светлина като слънчева енергия.
2. Първични производители (известен още като първото трофично ниво) превръщат тази слънчева енергия в химическа енергия чрез фотосинтеза. Чести примери са сухоземни растения, фотосинтетични бактерии и водорасли. Тези производители са фотосинтетични автотрофи, което означава, че те създават свои собствени хранителни / органични молекули с помощта на слънчевата енергия и въглеродния диоксид.
3. Тогава част от тази химическа енергия, която създават производителите, е включени в материята което съставлява тези производители. Останалото се губи като топлина и се използва в метаболизма на тези организми.
4. След това те се консумират от първични потребители (известен още като второ трофично ниво). Често срещани примери са тревопасни и всеядни, които ядат растения. Енергията, която се съхранява в материята на тези организми, се прехвърля на следващото трофично ниво. Част от енергията се губи като топлина и като отпадъци.
5. Следващото трофично ниво включва други консуматори / хищници, които ще ядат организмите на второто трофично ниво (вторични потребители, третични потребители и т.н.). С всяка стъпка нагоре по хранителната верига се губи малко енергия.
6. Когато организмите умират, разложители подобно на червеите, бактериите и гъбите разграждат мъртвите организми и рециклират хранителните вещества в екосистемата и взимат енергия за себе си. Както винаги, част от енергията все още се губи като топлина.

Без производители няма да има каквото и да е количество енергия да влезе в екосистемата в използваема форма. Енергията трябва непрекъснато да навлиза в екосистемата чрез слънчева светлина и тези първични производители, иначе цялата хранителна мрежа / верига в екосистемата би се срутила и престанала да съществува.

Умерени горски екосистеми са чудесен пример за показване как работи енергийният поток.

Всичко започва със слънчевата енергия, която влиза в екосистемата. Тази слънчева светлина плюс въглероден диоксид ще се използва от редица първични производители в горска среда, включително:

• Дървета (като клен, дъб, ясен и бор).
• Треви.
• Лози.
• Водорасли в езера / потоци.

След това идват основните потребители. В умерената гора това би включвало тревопасни животни като елени, различни тревопасни насекоми, катерици, катерици, зайци и др. Тези организми ядат основните производители и включват енергията си в собствените си тела. Част от енергия се губи като топлина и отпадъци.

След това вторичните и третичните консуматори ядат тези други организми. В умерена гора това включва животни като миещи мечки, хищни насекоми, лисици, койоти, вълци, мечки и грабливи птици.

Когато някой от тези организми умре, разлагащите разграждат телата на мъртвите организми и енергията тече към разлагащите се. В умерена гора това включва червеи, гъбички и различни видове бактерии.

Концепцията за пирамидалния „поток на енергия“ може да бъде демонстрирана и с този пример. Най-достъпната енергия и биомаса е на най-ниското ниво на пирамидата храна / енергия: производителите под формата на цъфтящи растения, треви, храсти и др. Нивото с най-малко енергия / биомаса е на върха на пирамидата / хранителната верига под формата на потребители на високо ниво като мечки и вълци.

Докато морски екосистеми като коралов риф са много различни от сухоземните екосистеми като умерените гори, можете да видите как концепцията за енергийния поток работи по абсолютно същия начин.

Първичните производители в среда на коралов риф са предимно микроскопичен планктон, микроскопични растителни организми, открити в коралите и свободно плаващи във водата около кораловия риф. Оттам различни риби, мекотели и други растителноядни същества, като морски таралежи, които живеят в рифа, консумират тези производители (най-вече водорасли в тази екосистема) за енергия.

Тогава енергията тече към следващото трофично ниво, което в тази екосистема би било по-големи хищни риби като акули и баракуди, заедно с мурена, риба глупак, жилави лъчи, калмари и др.

Разложителите съществуват и в кораловите рифове. Някои примери включват:

• Морски краставици.
• Бактериални видове.
• Скариди.
• Крехки морски звезди.
• Различни видове раци (например рака декоратор).

Можете също така да видите концепцията за пирамидата с тази екосистема. Най-наличната енергия и биомаса съществуват на първото трофично ниво и най-ниското ниво на хранителната пирамида: производителите под формата на водорасли и коралови организми. Нивото с най-малко енергия и натрупана биомаса е на върха под формата на потребители на високо ниво като акули.