Energiavoog (ökosüsteem): määratlus, protsess ja näited

An ökosüsteem on määratletud kui erinevate organismide kooslus, mis suhtlevad omavahel ja oma keskkonnaga konkreetses piirkonnas. See arvestab kõiki mõlema vastastikmõjusid ja seoseid biootiline (elavad) ja abiootiline (eluta) tegurid.

Energia on see, mis ajendab ökosüsteemi jõudsalt arenema. Ja kui kõik aine on konserveeritud ökosüsteemis, energia voolab ökosüsteemi kaudu, mis tähendab, et see pole konserveeritud. Energia satub päikesekiirgusena kõikidesse ökosüsteemidesse ja kaob soojuse kaudu keskkonda järk-järgult.

Kuid enne, kui energia ökosüsteemist soojusena välja voolab, voolab see organismide vahel nn energiavoog. Just see energiavoog, mis tuleb päikeselt ja liigub seejärel organismilt organismile, on kõigi ökosüsteemisiseste suhete ja suhete alus.

Energiavoo määratlus on energia ülekandmine päikesest ja toiduahela igal järgneval tasandil ülespoole.

Iga energiavoo tase toiduahel ökosüsteemis tähistatakse troofilise tasemega, mis viitab teatud organismi või organismide rühma positsioonile toiduahelas. Ahela algus, mis oleks energiapüramiidi põhjas, on

Toiduahela järgmisele tasemele / energiapüramiidile loetakse teine ​​troofiline tase, kus tavaliselt elavad sellised esmatarbijad nagu taimtoidulised, kes söövad taimi või vetikaid. Toiduahela iga järgmine samm on samaväärne uue troofilise tasemega.

Lisaks troofilistele tasemetele on veel mõned terminid, mida peate teadma energiavoolu mõistmiseks.

Biomass:Biomass on orgaaniline materjal või orgaaniline aine. Biomass on füüsikaline orgaaniline materjal, milles energia salvestub, nagu mass, mis koosneb taimedest ja loomadest.

Tootlikkus: Produktiivsus on energia sisestamise kiirus organismide kehadesse kui biomass. Saate määratleda tootlikkuse kõigi troofiliste tasemete jaoks. Näiteks, esmane tootlikkus on esmatootjate tootlikkus ökosüsteemis.

Brutotootlikkus (GPP): GPP on kiirus, millega päikesest pärinev energia on glükoosimolekulides kinni haaratud. Põhimõtteliselt mõõdetakse, kui palju kogu esmatootjad ökosüsteemis keemilist energiat toodavad.

Primaarne tootlikkus (NPP): Tuumaelektrijaam mõõdab ka seda, kui palju keemiat toodavad esmatootjad, kuid see võtab arvesse ka tootjate endi metaboolsete vajaduste tõttu kaotatud energiat. Niisiis, tuumaelektrijaam on päikesekiiruse hõivamise ja säilitamise kiirus biomassi ainena ning see võrdub teistele ökosüsteemi organismidele kättesaadava energia kogusega. Tuumaelektrijaam on alati väiksem summa kui GPP.

Tuumaelektrijaam varieerub sõltuvalt ökosüsteemist. See sõltub sellistest muutujatest nagu:

• Saadaval päikesevalgus.
• Toitained ökosüsteemis.
• Pinnase kvaliteet.
• Temperatuur.
• Niiskus.
• CO₂ tasemed.
  

Energia siseneb ökosüsteemidesse päikesevalgusena ja tootjad, näiteks maataimed, vetikad ja fotosünteesivad bakterid, muudavad selle kasutatavaks keemiliseks energiaks. Kui see energia siseneb fotosünteesi teel ökosüsteemi ja muundatakse tootjate poolt biomassiks, voolab energia läbi toiduahela, kui organismid söövad teisi organisme.

Muru kasutab fotosünteesi, mardikas sööb rohtu, lind mardikat ja nii edasi.

Kui liigute troofilisel tasemel ülespoole ja jätkate toiduahelat, ei ole energiavoog sajaprotsendiliselt tõhus. Ainult umbes 10 protsenti olemasolevast energiast teeb selle ühelt troofiliselt tasemelt järgmisele või ühelt organismilt järgmisele. Ülejäänud osa olemasolevast energiast (umbes 90 protsenti sellest energiast) kaob soojuse kujul.

Iga troofilise taseme tõusmisel väheneb iga taseme puhas tootlikkus 10 korda.

Miks pole see ülekanne 100 protsenti efektiivne? Põhjuseid on kolm:

1. Kõiki organisme ei tarbita igalt troofiliselt tasemelt: Mõelge sellele nii: esmane netotootlikkus võrdub kogu ökosüsteemi organismide jaoks kättesaadava energiaga, mille tootjad tagavad nende organismide jaoks kõrgema troofilise taseme korral. Selleks, et kogu see energia voolaks sellelt tasemelt järgmisele, tähendab see, et kõik need tootjad tuleks ära tarbida. Iga rohutera, iga mikroskoopiline vetikatükk, iga leht, iga lill ja nii edasi. Seda ei juhtu, mis tähendab, et osa sellest energiast ei voola sellelt tasemelt kõrgematele troofilistele tasanditele.

2. Kõiki energiaid pole võimalik ühelt tasandilt teisele üle kanda: Teine põhjus, miks energiavoog on ebaefektiivne, on see, et osa energiat ei ole võimeline üle kandma ja seega kaob. Näiteks ei suuda inimene tselluloosi seedida. Ehkki see tselluloos sisaldab energiat, ei suuda inimesed seda seedida ja sellest energiat saada ning see läheb kaduma kui jäätmed (ka väljaheited).

See kehtib kõigi organismide kohta: on teatud rakke ja ainetükke, mida nad ei suuda seedida, mis erituvad jäätmetena / kaovad kuumusena. Nii et isegi kui toidutüki olemasolev energia on üks kogus, on seda sööval organismil võimatu saada selle toidu kõiki saadaolevaid energiaühikuid. Osa sellest energiast läheb alati kaduma.

3. Ainevahetus kasutab energiat: Lõpuks kasutavad organismid energiat ainevahetusprotsessid nagu rakuline hingamine. See energia on ära kasutatud ja seda ei saa seejärel järgmisele troofilisele tasandile üle kanda.

Energiavoogu saab toiduahelate kaudu kirjeldada kui energia ülekandumist ühelt organismilt teisele, alustades tootjatest ja liikudes ahelas ülespoole, kuna organismid on üksteise poolt tarbitud. Teine võimalus seda tüüpi ahelate kuvamiseks või lihtsalt troofiliste tasemete kuvamiseks on toidu / energia püramiidid.

Kuna energiavoog on ebaefektiivne, on toiduahela madalaim tase peaaegu alati suurim nii energia kui ka biomassi osas. Sellepärast ilmub see püramiidi põhjas; see on kõige suurem tase. Toidupüramiidi igal troofilisel tasemel või igal tasemel ülespoole liikudes väheneb nii energia kui ka biomass, mistõttu püramiidist ülespoole liikudes kitseneb tase ja visuaalselt.

Mõelge sellele nii: igal tasemel üles liikudes kaotate 90 protsenti saadaolevast energiakogusest. Ainult 10 protsenti energiast voolab mööda, mis ei suuda toetada nii palju organisme kui eelmine tase. Selle tulemuseks on igal tasandil nii vähem energiat kui ka vähem biomassi.

See seletab, miks toiduahelas on tavaliselt suurem arv organisme (näiteks rohi, putukad ja väikesed kalad), (näiteks karud, vaalad ja lõvid) ja toiduahela tipus palju vähem organisme.

Siin on üldine ahel selle kohta, kuidas energia ökosüsteemis voolab:

1. Energia siseneb ökosüsteemi päikesevalguse kaudu kui päikeseenergia.
2. Esmatootjad (teise nimega esimene troofiline tase) muudab selle päikeseenergia fotosünteesi kaudu keemiliseks energiaks. Levinumad näited on maismaataimed, fotosünteesivad bakterid ja vetikad. Need tootjad on fotosünteetilised autotroofid, mis tähendab, et nad loovad päikese energia ja süsinikdioksiidiga oma toidu / orgaanilised molekulid.
3. Osa tootjate loodud keemilisest energiast on siis asjasse kaasatud see moodustab need tootjad. Ülejäänud osa kaotatakse soojuse kujul ja seda kasutatakse nende organismide ainevahetuses.
4. Seejärel tarbib neid esmatarbijad (teise nimega troofiline tase). Levinumad näited on taimtoidulised ja kõigesööjad, kes söövad taimi. Nende organismide ainesse salvestunud energia kantakse järgmisele troofilisele tasandile. Osa energiat läheb kaduma soojuse ja jäätmetena.
5. Järgmine troofiline tase hõlmab teisi tarbijaid / kiskjaid, kes söövad organisme teisel troofilisel tasemel (teisesed tarbijad, kolmanda taseme tarbijad jne). Igal sammul, mis minnakse toiduahelas üles, läheb osa energiat kaotsi.
6. Kui organismid surevad, lagundajad nagu ussid, lõhustavad bakterid ja seened surnud organisme ning taaskasutavad toitaineid ökosüsteemi ja võtavad endale energiat. Nagu ikka, kaob osa energiat ikkagi soojusena.

Ilma tootjateta ei oleks mingil viisil võimalik mingil hulgal energiat ökosüsteemi siseneda kasutataval kujul. Energia peab pidevalt jõudma ökosüsteemi päikesevalguse kaudu ja need esmatootjad, muidu kogu ökosüsteemi toiduvõrk / ahel laguneks ja lakkaks olemast.

Parasvöötme metsaökosüsteemid on suurepärane näide energiavoogude toimimise näitamiseks.

Kõik algab ökosüsteemi sisenevast päikeseenergiast. Seda päikesevalgust koos süsinikdioksiidiga kasutavad metsatootjad mitmed esmatootjad, sealhulgas:

• Puud (näiteks vaher, tamm, saar ja mänd).
• Heintaimed.
• Viinapuud.
• Vetikad tiikides / ojades.

Järgmisena tulevad esmatarbijad. Mõõdukas metsas hõlmaks see taimtoidulisi loomi nagu hirved, mitmesugused taimtoidulised putukad, oravad, tibupulgad, küülikud jt. Need organismid söövad esmatootjaid ja ühendavad oma energia oma kehasse. Osa energiast kaob soojuse ja jäätmetena.

Sekundaarsed ja kolmanda taseme tarbijad söövad siis neid teisi organisme. Mõõdukas metsas hõlmab see loomi nagu kährikud, röövputukad, rebased, koioodid, hundid, karud ja röövlinnud.

Kui mõni neist organismidest sureb, lagundavad lagundajad surnud organismide keha ja energia voolab lagundajatele. Parasvöötme metsas hõlmaks see usse, seeni ja mitmesuguseid baktereid.

Ka selle näitega saab demonstreerida püramiidset "energiavoo" kontseptsiooni. Kõige rohkem energiat ja biomassi on toidu / energiapüramiidi madalaimal tasemel: tootjad õistaimede, heintaimede, põõsaste ja muu näol. Kõige vähem energiat / biomassi sisaldav tase on püramiidi / toiduahela tipus kõrgetasemeliste tarbijate, nagu karud ja hundid, näol.

Kuigi mereökosüsteemid nagu korallrahud erinevad maapealsetest ökosüsteemidest nagu parasvöötme metsad, on energiavoolu mõiste täpselt samamoodi näha.

Esialgsed tootjad korallriffikeskkonnas on enamasti mikroskoopiline plankton, korallis leiduvad mikroskoopilised taimetaolised organismid ja korallrahu ümber vees hõljuvad. Sealt tarbivad erinevad kalad, molluskid ja muud taimtoidulised olendid, nagu näiteks rifis elavad merisiilikud, neid tootjaid (enamasti selles ökosüsteemis olevaid vetikaid) energia saamiseks.

Seejärel voolab energia järgmisele troofilisele tasemele, milleks oleksid selles ökosüsteemis suuremad röövkalad nagu haid ja barakuud koos mureeni, rähnikalade, nõelakiirte, kalmaaride jm.

Lagundajad eksisteerivad ka korallrahudes. Mõned näited hõlmavad järgmist.

• Mere kurgid.
• Bakteriliigid.
• Krevetid.
• Haprad meritähed.
• Erinevad krabiliigid (näiteks dekoraatorikrabi).

Selle ökosüsteemiga näete ka püramiidi kontseptsiooni. Toidupüramiidi esimesel troofilisel ja madalaimal tasemel on kõige rohkem energiat ja biomassi: tootjad vetikate ja korallorganismide kujul. Kõige vähem energiat ja kogunenud biomassi sisaldav tase on tipptasemel selliste kõrgetasemeliste tarbijate näol nagu haid.