Enerģijas plūsma (ekosistēma): definīcija, process un piemēri

An ekosistēma ir definēta kā dažādu organismu kopiena, kas mijiedarbojas savā starpā un ar savu vidi noteiktā apgabalā. Tas ņem vērā visu mijiedarbību un attiecības starp abiem biotisks (dzīvo) un abiotisks (nedzīvie) faktori.

Enerģija ir tā, kas veicina ekosistēmas uzplaukumu. Un kamēr visi matērija ir saglabāta ekosistēmā, enerģija plūst izmantojot ekosistēmu, tas nozīmē, ka tā netiek saglabāta. Enerģija nokļūst visās ekosistēmās kā saules gaisma un pakāpeniski tiek zaudēta kā siltums atpakaļ vidē.

Tomēr, pirms enerģija izplūst no ekosistēmas kā siltums, tā plūst starp organismiem procesā, ko sauc enerģijas plūsma. Tieši šī enerģijas plūsma nāk no saules un pēc tam pāriet no organisma uz organismu, kas ir visu ekosistēmas mijiedarbību un attiecību pamats.

Enerģijas plūsmas definīcija ir enerģijas pārnese no saules un uz augšu katrā nākamajā pārtikas ķēdes līmenī vidē.

Katrs enerģijas plūsmas līmenis uz barības ķēde ekosistēmā apzīmē ar trofisko līmeni, kas attiecas uz noteiktu organismu vai organismu grupu stāvokli pārtikas ķēdē. Ķēdes sākums, kas būtu enerģijas piramīdas apakšā, ir

Par nākamo līmeni pārtikas aprites / enerģijas piramīdas augšgalā tiktu uzskatīts otrais trofiskais līmenis, kuru parasti aizņem primārais patērētājs, piemēram, zālēdājs, kurš ēd augus vai aļģes. Katrs nākamais posms pārtikas ķēdē ir līdzvērtīgs jaunam trofiskajam līmenim.

Papildus trofiskajiem līmeņiem ir vēl daži termini, kas jums jāzina, lai saprastu enerģijas plūsmu.

Biomasa:Biomasa ir organisks materiāls vai organiska viela. Biomasa ir fizisks organiskais materiāls, kurā tiek uzkrāta enerģija, piemēram, masa, kas veido augus un dzīvniekus.

Produktivitāte: Produktivitāte ir ātrums, kādā enerģija tiek iekļauta organismu ķermeņos kā biomasa. Jūs varat definēt produktivitāti visiem trofiskajiem līmeņiem. Piemēram, primārs produktivitāte ir primāro ražotāju produktivitāte ekosistēmā.

Bruto primārā produktivitāte (GPP): GPP ir ātrums, kādā saules enerģija tiek uztverta glikozes molekulās. Būtībā tas mēra, cik lielu kopējo ķīmisko enerģiju ekosistēmā rada primārie ražotāji.

Neto primārā produktivitāte (AES): AES mēra arī to, cik daudz ķīmiskās enerģijas ražo primārie ražotāji, taču tajā tiek ņemta vērā arī enerģija, kas zaudēta pašu ražotāju metabolisko vajadzību dēļ. Tātad, AES ir saules enerģijas uztveršanas un uzglabāšanas ātrums kā biomasas viela, un tas ir vienāds ar pieejamo enerģijas daudzumu citiem ekosistēmas organismiem. AES ir vienmēr mazāka summa nekā GPP.

AES mainās atkarībā no ekosistēmas. Tas ir atkarīgs no tādiem mainīgajiem kā:

• Pieejamā saules gaisma.
• Uzturvielas ekosistēmā.
• Augsnes kvalitāte.
• Temperatūra.
• Mitrums.
• CO₂ līmeņiem.
  

Enerģija ekosistēmās nonāk kā saules gaisma, un ražotāji, piemēram, sauszemes augi, aļģes un fotosintētiskās baktērijas, to pārveido par izmantojamu ķīmisko enerģiju. Kad šī enerģija fotosintēzes ceļā nonāk ekosistēmā un šie ražotāji to pārveido par biomasu, enerģija plūst caur pārtikas ķēdi, kad organismi ēd citus organismus.

Zāle izmanto fotosintēzi, vabole ēd zāli, putns ēd vaboli un tā tālāk.

Pārejot uz augšu trofiskajā līmenī un turpinot pārtikas ķēdi, enerģijas plūsma nav simtprocentīgi efektīva. Tikai aptuveni 10 procenti no pieejamās enerģijas padara to no viena trofiskā līmeņa uz nākamo trofisko līmeni vai no viena organisma uz nākamo. Pārējā pieejamā enerģija (apmēram 90 procenti no šīs enerģijas) tiek zaudēta kā siltums.

Katra līmeņa neto produktivitāte samazinās par koeficientu 10, paaugstinoties katram trofiskajam līmenim.

Kāpēc šī pārsūtīšana nav simtprocentīgi efektīva? Ir trīs galvenie iemesli:

1. Ne visi organismi no katra trofiskā līmeņa tiek patērēti: Padomājiet par to šādā veidā: tīrā primārā produktivitāte ir visa pieejamā enerģija organismiem ekosistēmā, ko ražotāji nodrošina šiem organismiem augstākā trofiskā līmenī. Lai visa šī enerģijas plūsma virzītos no šī līmeņa uz nākamo, tas nozīmē, ka visi šie ražotāji būtu jāizlieto. Katrs zāles asmens, katrs mikroskopiskais aļģu gabals, katra lapa, katrs zieds un tā tālāk. Tas nenotiek, tas nozīmē, ka daļa no šīs enerģijas neplūst no šī līmeņa uz augstākajiem trofiskajiem līmeņiem.

2. Ne visu enerģiju ir iespējams pārnest no viena līmeņa uz nākamo: Otrs iemesls, kāpēc enerģijas plūsma ir neefektīva, ir tāpēc, ka daļu enerģijas nav iespējams pārnest un tādējādi tā tiek pazaudēta. Piemēram, cilvēki nevar sagremot celulozi. Pat ja šī celuloze satur enerģiju, cilvēki to nevar sagremot un iegūt enerģiju, un tā tiek zaudēta kā "atkritumi" (cita starpā, izkārnījumi).

Tas attiecas uz visiem organismiem: ir noteiktas šūnas un vielas gabali, kurus tie nevar sagremot, un tie tiks izvadīti kā atkritumi / zaudēti kā siltums. Tātad, pat ja ēdiena gabalam pieejamā enerģija ir viena summa, organismam, kurš to ēd, nav iespējams iegūt katru pieejamo enerģijas vienību šajā ēdienā. Daļa no šīs enerģijas vienmēr tiks zaudēta.

3. Metabolisms izmanto enerģiju: Visbeidzot, organismi izmanto enerģiju vielmaiņas procesi kā šūnu elpošana. Šī enerģija tiek izlietota, un pēc tam to nevar pārnest uz nākamo trofisko līmeni.

Enerģijas plūsmu caur pārtikas ķēdēm var raksturot kā enerģijas pārnešanu no viena organisma uz nākamo, sākot ar ražotājiem un virzoties augšup pa ķēdi, kad organismus viens otrs patērē. Vēl viens veids, kā parādīt šāda veida ķēdes vai vienkārši parādīt trofiskos līmeņus, ir pārtikas / enerģijas piramīdas.

Tā kā enerģijas plūsma ir neefektīva, pārtikas ķēdes zemākais līmenis gandrīz vienmēr ir lielākais gan enerģijas, gan biomasas ziņā. Tāpēc tas parādās piramīdas pamatnē; tas ir vislielākais līmenis. Pārejot uz augšu katrā pārtikas piramīdas katrā trofiskajā līmenī vai katrā līmenī, samazinās gan enerģija, gan biomasa, tāpēc, pārvietojoties piramīdā, līmeņi samazinās pēc skaita un vizuāli samazinās.

Padomājiet par to šādā veidā: Pārejot uz augšu katrā līmenī, jūs zaudējat 90 procentus no pieejamā enerģijas daudzuma. Tikai 10 procenti enerģijas plūst garām, kas nespēj uzturēt tik daudz organismu kā iepriekšējā līmenī. Tā rezultātā katrā līmenī ir mazāk enerģijas un mazāk biomasas.

Tas izskaidro, kāpēc pārtikas ķēdē parasti ir lielāks skaits organismu (piemēram, zāle, kukaiņi un mazas zivis, pārtikas ķēdes augšdaļā (piemēram, lāči, vaļi un lauvas).

Lūk, vispārēja ķēde par to, kā enerģija plūst ekosistēmā:

1. Enerģija nokļūst ekosistēmā caur saules gaismu kā saules enerģija.
2. Primārie ražotāji (pazīstams arī kā pirmais trofiskais līmenis), izmantojot fotosintēzi, šo saules enerģiju pārvērš ķīmiskajā enerģijā. Biežākie piemēri ir sauszemes augi, fotosintētiskās baktērijas un aļģes. Šie ražotāji ir fotosintēzes autotrofi, kas nozīmē, ka viņi paši izveido pārtikas / organiskās molekulas ar saules enerģiju un oglekļa dioksīdu.
3. Daļa no ķīmiskās enerģijas, ko rada ražotāji, ir toreiz iekļauti jautājumā kas veido šos ražotājus. Pārējais tiek zaudēts kā siltums un tiek izmantots šo organismu metabolismā.
4. Pēc tam viņus patērē primārie patērētāji (alias, otrais trofiskais līmenis). Biežākie piemēri ir zālēdāji un visēdāji, kas ēd augus. Enerģija, kas ir uzkrāta šajos organismos, tiek pārnesta uz nākamo trofisko līmeni. Daļa enerģijas tiek zaudēta kā siltums un kā atkritumi.
5. Nākamais trofiskais līmenis ietver citus patērētājus / plēsējus, kas ēdīs organismus otrajā trofiskajā līmenī (sekundārie patērētāji, terciārie patērētāji utt). Ar katru soli, kas iet uz augšu pārtikas ķēdē, tiek zaudēta enerģija.
6. Kad organismi mirst, sadalītāji tāpat kā tārpi, baktērijas un sēnītes noārda mirušos organismus un barības vielas pārstrādā ekosistēmā un uzņem enerģiju sev. Kā vienmēr, daļa enerģijas joprojām tiek zaudēta kā siltums.

Bez ražotājiem nekādā veidā enerģijas daudzums nekādā gadījumā nevarētu nonākt ekosistēmā. Enerģijai nepārtraukti jāieiet ekosistēmā, izmantojot saules gaismu, un šie primārie ražotāji pretējā gadījumā sabruktu un vairs nepastāvētu visa pārtikas sistēma / ķēde ekosistēmā.

Mērena meža ekosistēmas ir lielisks piemērs enerģijas plūsmas darbības parādīšanai.

Viss sākas ar saules enerģiju, kas nonāk ekosistēmā. Šo saules gaismu plus oglekļa dioksīdu meža vidē izmantos vairāki primārie ražotāji, tostarp:

• Koki (piemēram, kļava, ozols, osis un priede).
• Zāles.
• Vīnogulāji.
• Aļģes dīķos / strautos.

Tālāk nāk primārie patērētāji. Mērenā mežā tas ietvers zālēdājus, piemēram, briežus, dažādus zālēdājus kukaiņus, vāveres, burundukus, trušus un daudz ko citu. Šie organismi ēd primāros ražotājus un iekļauj savu enerģiju savos ķermeņos. Daļa enerģijas tiek zaudēta kā siltums un atkritumi.

Sekundārie un terciārie patērētāji pēc tam ēd citus organismus. Mērenā mežā tas ietver tādus dzīvniekus kā jenoti, plēsīgie kukaiņi, lapsas, koijoti, vilki, lāči un plēsīgie putni.

Kad kāds no šiem organismiem mirst, sadalītāji noārda mirušo organismu ķermeņus, un enerģija plūst sadalītājiem. Mērenā mežā tas ietvers tārpus, sēnītes un dažāda veida baktērijas.

Arī ar šo piemēru var parādīt piramīdveida "enerģijas plūsmas" koncepciju. Visvairāk pieejamā enerģija un biomasa ir pārtikas / enerģijas piramīdas zemākajā līmenī: ražotāji ziedošu augu, zālaugu, krūmu un daudz ko citu veidā. Līmenis ar vismazāko enerģijas / biomasas daudzumu atrodas piramīdas / barības ķēdes augšdaļā augsta līmeņa patērētāju, piemēram, lāču un vilku veidā.

Kamēr jūras ekosistēmas tāpat kā koraļļu rifs ļoti atšķiras no zemes ekosistēmām, piemēram, mēreniem mežiem, jūs varat redzēt, kā enerģijas plūsmas jēdziens darbojas tieši tāpat.

Primārie ražotāji koraļļu rifu vidē galvenokārt ir mikroskopiskais planktons, mikroskopiski augiem līdzīgi organismi, kas atrodami koraļļos un brīvi peld ūdenī ap koraļļu rifu. No turienes dažādas zivis, mīkstmieši un citi zālēdāji, piemēram, jūras rāpuļi, kas dzīvo rifā, patērē enerģiju šiem ražotājiem (galvenokārt šīs ekosistēmas aļģēm).

Pēc tam enerģija plūst uz nākamo trofisko līmeni, kas šajā ekosistēmā būtu lielākas plēsīgās zivis, piemēram, haizivis un barakudas, līdz ar murēniem, snaper zivīm, dzeltošajiem stariem, kalmāriem un citiem.

Sadalītāji eksistē arī koraļļu rifos. Daži piemēri:

• Jūras gurķi.
• Baktēriju sugas.
• Garneles.
• Trausls jūras zvaigzne.
• Dažādas krabju sugas (piemēram, dekoratora krabis).

Ar šo ekosistēmu var redzēt arī piramīdas jēdzienu. Visvairāk pieejamā enerģija un biomasa ir pārtikas piramīdas pirmajā trofiskajā un zemākajā līmenī: ražotāji aļģu un koraļļu organismu veidā. Līmenis ar vismazāko enerģijas daudzumu un uzkrāto biomasu atrodas augšpusē augsta līmeņa patērētāju, piemēram, haizivju, veidā.