Protok energije (ekosustav): definicija, postupak i primjeri

An ekosustav definira se kao zajednica različitih organizama koji međusobno djeluju i njihove okoline na određenom području. Obračunava sve interakcije i odnose između oboje biotički (živi) i abiotski (neživi) čimbenici.

Energija je ono što pokreće ekosustav da napreduje. I dok svi materija je očuvana u ekosustavu, energije teče kroz ekosustav, što znači da nije očuvan. Energija ulazi u sve ekosustave kao sunčeva svjetlost i postupno se gubi toplinom natrag u okoliš.

Međutim, prije nego što energija istječe iz ekosustava kao toplina, ona teče između organizama u procesu tzv protok energije. Taj je protok energije koji dolazi od sunca, a zatim prelazi iz organizma u organizam, osnova svih interakcija i odnosa unutar ekosustava.

Definicija protoka energije je prijenos energije sa sunca i prema svakoj sljedećoj razini prehrambenog lanca u okruženju.

Svaka razina protoka energije na hranidbeni lanac u ekosustavu je označen trofičkom razinom, koja se odnosi na položaj koji određeni organizam ili skupina organizama zauzima na prehrambenom lancu. Početak lanca, koji bi se nalazio na dnu energetske piramide, je

Sljedeća razina u prehrambenom lancu / energetskoj piramidi smatrat će se druga trofička razina, koju obično zauzima vrsta primarnog potrošača poput biljojeda koji jede biljke ili alge. Svaki sljedeći korak u prehrambenom lancu ekvivalentan je novoj trofičkoj razini.

Osim trofičkih razina, postoji još nekoliko izraza koje trebate znati da biste razumjeli protok energije.

Biomasa:Biomasa je organski materijal ili organska tvar. Biomasa je fizički organski materijal u kojem je pohranjena energija, poput mase koja čini biljke i životinje.

Produktivnost: Produktivnost je brzina kojom se energija ugrađuje u tijela organizama kao biomasa. Možete definirati produktivnost za bilo koju i za sve trofičke razine. Na primjer, primarni produktivnost je produktivnost primarnih proizvođača u ekosustavu.

Bruto primarna produktivnost (GPP): GPP je brzina kojom se energija sunca hvata u molekulama glukoze. U osnovi se mjeri koliko ukupne kemijske energije generiraju primarni proizvođači u ekosustavu.

Neto primarna produktivnost (NPP): NPP također mjeri koliko kemijske energije generiraju primarni proizvođači, ali uzima u obzir i energiju izgubljenu zbog metaboličkih potreba samih proizvođača. Dakle, NPP je brzina kojom se energija sunca hvata i skladišti kao materija biomase, a jednaka je količini energije dostupne ostalim organizmima u ekosustavu. NE je stalno niži iznos od GPP-a.

NPP varira ovisno o ekosustavu. Ovisi o varijablama kao što su:

• Dostupno sunčevo svjetlo.
• Hranjive tvari u ekosustavu.
• Kvaliteta tla.
• Temperatura.
• Vlaga.
• CO₂ razinama.
  

Energija ulazi u ekosustave kao sunčeva svjetlost, a proizvođači poput kopnenih biljaka, algi i fotosintetskih bakterija pretvaraju se u korisnu kemijsku energiju. Jednom kada ta energija fotosintezom uđe u ekosustav i ti je proizvođači pretvore u biomasu, energija teče kroz prehrambeni lanac kada organizmi jedu druge organizme.

Trava koristi fotosintezu, buba jede travu, ptica jede bubu i tako dalje.

Kako se penjete prema trofičkim razinama i nastavljate duž prehrambenog lanca, protok energije nije 100 posto učinkovit. Samo oko 10 posto raspoložive energije prolazi od jedne do druge trofičke razine ili od jednog organizma do druge. Ostatak te raspoložive energije (oko 90 posto te energije) gubi se kao toplina.

Neto produktivnost svake razine smanjuje se za 10 puta kako se penjete prema svakoj trofičkoj razini.

Zašto ovaj prijenos nije 100 posto učinkovit? Tri su glavna razloga:

1. Ne konzumiraju se svi organizmi sa svake trofičke razine: Zamislite to ovako: neto primarna produktivnost iznosi svu raspoloživu energiju za organizme u ekosustavu koju proizvođači osiguravaju za one organizme u višim trofičkim razinama. Da bi sva ta energija tekla s te razine na sljedeću, to znači da bi svi ti proizvođači trebali biti potrošeni. Svaka vlati trave, svaki mikroskopski komadić algi, svaki list, svaki cvijet i tako dalje. To se ne događa, što znači da dio te energije ne teče s te razine na višu trofičku razinu.

2. Nije sva energija u stanju prenijeti se s jedne na drugu razinu: Drugi razlog zašto je protok energije neučinkovit je taj što neka energija nije sposobna za prijenos i, na taj način, se gubi. Primjerice, ljudi ne mogu probaviti celulozu. Iako ta celuloza sadrži energiju, ljudi je ne mogu probaviti i iz nje dobiti energiju, a ona se gubi kao "otpad" (poznat kao izmet).

To vrijedi za sve organizme: postoje određene stanice i komadići tvari koje oni ne mogu probaviti, a koji će se izlučiti kao otpad / izgubiti kao toplina. Dakle, čak i ako je raspoloživa energija koju ima komad hrane jedna količina, organizmu koji ga jede nemoguće je dobiti svaku jedinicu raspoložive energije unutar te hrane. Dio te energije uvijek će se izgubiti.

3. Metabolizam koristi energiju: I na kraju, organizmi troše energiju za metabolički procesi poput staničnog disanja. Ta se energija troši i tada se ne može prenijeti na sljedeću trofičku razinu.

Protok energije može se opisati kroz prehrambene lance kao prijenos energije iz jednog organizma u drugi, počevši od proizvođača i krećući se prema lancu dok organizmi troše jedni druge. Drugi način za prikaz ove vrste lanca ili jednostavno za prikaz trofičkih razina je putem piramida hrane / energije.

Budući da je protok energije neučinkovit, najniža razina prehrambenog lanca gotovo je uvijek najveća i u pogledu energije i biomase. Zato se pojavljuje u podnožju piramide; to je razina koja je najveća. Kako se pomičete prema svakoj trofičkoj razini ili svakoj razini prehrambene piramide, smanjuju se i energija i biomasa, zbog čega se razine smanjuju i vizualno sužavaju dok se krećete prema piramidi.

Zamislite to ovako: Gubite 90 posto raspoložive količine energije dok se pomičete prema svakoj razini. Samo 10 posto energije protiče, što ne može podržati toliko organizama kao prethodna razina. To rezultira i manje energije i manje biomase na svakoj razini.

To objašnjava zašto je obično veći broj organizama niže u prehrambenom lancu (poput trave, insekata i male ribe, na primjer) i mnogo manji broj organizama na vrhu prehrambenog lanca (poput medvjeda, kitova i lavova, na primjer).

Evo općeg lanca kako energija teče u ekosustavu:

1. Energija ulazi u ekosustav sunčevom svjetlošću kao solarna energija.
2. Primarni proizvođači (a.k.a., prva trofička razina) pretvaraju tu sunčevu energiju u kemijsku energiju fotosintezom. Uobičajeni primjeri su kopnene biljke, fotosintetske bakterije i alge. Ti su proizvođači fotosintetski autotrofi, što znači da stvaraju vlastite molekule / organske molekule pomoću sunčeve energije i ugljičnog dioksida.
3. Dio te kemijske energije koju proizvođači stvaraju je tada uklopljen u stvar to čini te proizvođače. Ostatak se gubi kao toplina i koristi se u metabolizmu tih organizama.
4. Tada ih pojedu primarni potrošači (a.k.a., druga trofička razina). Uobičajeni primjeri su biljojedi i svejedi koji jedu biljke. Energija pohranjena u tvari tih organizama prenosi se na sljedeću trofičku razinu. Nešto se energije gubi kao toplina i kao otpad.
5. Sljedeća trofička razina uključuje ostale potrošače / grabežljivce koji će jesti organizme na drugoj trofičkoj razini (sekundarni potrošači, tercijarni potrošači itd). Sa svakim korakom koji idete prema prehrambenom lancu, gubi se neka energija.
6. Kada organizmi umru, razlagači poput crva, bakterije i gljivice razgrađuju mrtve organizme i oboje recikliraju hranjive sastojke u ekosustav i uzimaju energiju za sebe. Kao i uvijek, dio energije se i dalje gubi kao toplina.

Bez proizvođača ne bi bilo načina da bilo koja količina energije uđe u ekosustav u upotrebljivom obliku. Energija mora kontinuirano ulaziti u ekosustav putem sunčeve svjetlosti i tih primarnih proizvođača, inače bi se čitava mreža / lanac hrane u ekosustavu urušila i prestala postojati.

Umjereni šumski ekosustavi sjajan su primjer za prikaz kako funkcionira protok energije.

Sve započinje sunčevom energijom koja ulazi u ekosustav. Ovu sunčevu svjetlost i ugljični dioksid koristit će brojni primarni proizvođači u šumskom okruženju, uključujući:

• Drveće (poput javora, hrasta, jasena i bora).
• Trava.
• Vinova loza.
• Alge u barama / potocima.

Slijede primarni potrošači. U umjerenoj šumi to bi uključivalo biljojede poput jelena, razne biljojede insekte, vjeverice, vjeverice, zečeve i još mnogo toga. Ti organizmi jedu primarne proizvođače i ugrađuju svoju energiju u vlastito tijelo. Nešto se energije gubi kao toplina i otpad.

Sekundarni i tercijarni potrošači tada jedu te druge organizme. U umjerenoj šumi to uključuje životinje poput rakuna, grabežljivih insekata, lisica, kojota, vukova, medvjeda i ptica grabljivica.

Kad bilo koji od ovih organizama umre, razlagači razgrađuju tijela mrtvih organizama i energija teče prema razgraditeljima. U umjerenoj šumi to bi uključivalo crve, gljivice i razne vrste bakterija.

I na ovom se primjeru može pokazati piramidalni koncept "protoka energije". Najdostupnija energija i biomasa nalaze se na najnižoj razini piramide hrana / energija: proizvođači u obliku cvjetnica, trava, grmlja i još mnogo toga. Razina s najmanje energije / biomase nalazi se na vrhu lanca piramida / hrane u obliku potrošača na visokoj razini poput medvjeda i vukova.

Dok morski ekosustavi poput koraljnog grebena vrlo se razlikuju od kopnenih ekosustava poput umjerenih šuma, možete vidjeti kako koncept protoka energije djeluje na potpuno isti način.

Primarni proizvođači u okruženju koraljnih grebena uglavnom su mikroskopski plankton, mikroskopski biljni organizmi koji se nalaze u koralju i slobodno plutaju u vodi oko koraljnog grebena. Odatle, razne ribe, mekušci i druga biljojeda stvorenja, poput ježinaca koji žive u grebenu, troše te proizvođače (uglavnom alge u ovom ekosustavu) za energiju.

Tada energija teče na sljedeću trofičku razinu, a to bi u ovom ekosustavu bile veće grabežljive ribe poput morskih pasa i barakuda, zajedno s jeguljom, snapper ribom, žarom, lignjama i još mnogo toga.

Razgrađivači postoje i u koraljnim grebenima. Neki primjeri uključuju:

• Morski krastavci.
• Vrste bakterija.
• Škampi.
• Krhke morske zvijezde.
• Razne vrste rakova (na primjer, rak dekorater).

Također možete vidjeti koncept piramide s ovim ekosustavom. Najraspoloživija energija i biomasa postoje na prvoj trofičnoj razini i na najnižoj razini prehrambene piramide: proizvođači u obliku algi i koraljnih organizama. Razina s najmanje energije i akumulirane biomase na vrhu je u obliku potrošača na visokoj razini poput morskih pasa.