Przepływ energii (ekosystem): definicja, proces i przykłady

Na ekosystem definiuje się jako społeczność różnych organizmów oddziałujących ze sobą i ich środowiskiem na określonym obszarze. Uwzględnia wszystkie interakcje i relacje między nimi biotyczny (żyjące) i abiotyczny (nieożywione) czynniki.

Energia jest siłą napędową ekosystemu. I podczas gdy wszystko materia jest zachowana w ekosystemie, energia płynie przez ekosystem, co oznacza, że ​​nie jest chroniony. Energia wchodzi do wszystkich ekosystemów w postaci światła słonecznego i jest stopniowo tracona w postaci ciepła z powrotem do środowiska.

Zanim jednak energia wypłynie z ekosystemu w postaci ciepła, przepływa między organizmami w procesie zwanym przepływ energii. To właśnie ten przepływ energii, który pochodzi ze słońca, a następnie przechodzi od organizmu do organizmu, jest podstawą wszystkich interakcji i relacji w ekosystemie.

Definicja przepływu energii to transfer energii ze słońca i w górę każdego kolejnego poziomu łańcucha pokarmowego w środowisku.

Każdy poziom przepływu energii na łańcuch pokarmowy w ekosystemie jest wyznaczony przez poziom troficzny, który odnosi się do pozycji, jaką dany organizm lub grupa organizmów zajmuje w łańcuchu pokarmowym. Początek łańcucha, który byłby na dole piramidy energetycznej, to pierwszy poziom troficzny. Pierwszy poziom troficzny obejmuje producentów i autotrofy, które za pomocą fotosyntezy przekształcają energię słoneczną w użyteczną energię chemiczną.

Następny poziom w łańcuchu pokarmowym/piramidzie energetycznej będzie uważany za drugi poziom troficzny, który jest zwykle zajmowany przez rodzaj konsumenta podstawowego, takiego jak roślinożerca żywiący się roślinami lub algami. Każdy kolejny krok w łańcuchu pokarmowym odpowiada nowemu poziomowi troficznemu.

Oprócz poziomów troficznych jest jeszcze kilka terminów, które musisz znać, aby zrozumieć przepływ energii.

Biomasa:Biomasa to materiał organiczny lub materia organiczna. Biomasa to fizyczny materiał organiczny, w którym przechowywana jest energia, podobnie jak masa, z której składają się rośliny i zwierzęta.

Wydajność: Produktywność to tempo, w jakim energia jest włączana do organizmów jako biomasa. Możesz zdefiniować produktywność dla wszystkich poziomów troficznych. Na przykład, podstawowy wydajność to produktywność producentów pierwotnych w ekosystemie.

Produktywność pierwotna brutto (GPP): GPP to szybkość, z jaką energia słoneczna jest wychwytywana w cząsteczkach glukozy. Zasadniczo mierzy, ile całkowitej energii chemicznej jest wytwarzane przez pierwotnych producentów w ekosystemie.

Produktywność pierwotna netto (NPP): NPP mierzy również, ile energii chemicznej wytwarzają producenci pierwotni, ale uwzględnia również energię traconą w związku z potrzebami metabolicznymi przez samych producentów. Tak więc NPP to tempo, w jakim energia słoneczna jest wychwytywana i magazynowana jako materia biomasy, i jest równa ilości energii dostępnej dla innych organizmów w ekosystemie. EJ jest zawsze niższa kwota niż GPP.

NPP różni się w zależności od ekosystemu. Zależy to od takich zmiennych jak:

• Dostępne światło słoneczne.
• Składniki odżywcze w ekosystemie.
• Jakość gleby.
• Temperatura.
• Wilgoć.
• WSPÓŁ₂ poziomy.
  

Energia wchodzi do ekosystemów jako światło słoneczne i jest przekształcana w użyteczną energię chemiczną przez producentów, takich jak rośliny lądowe, glony i bakterie fotosyntetyczne. Gdy energia ta dostanie się do ekosystemu poprzez fotosyntezę i zostanie przekształcona w biomasę przez tych producentów, energia przepływa przez łańcuch pokarmowy, gdy organizmy zjadają inne organizmy.

Trawa wykorzystuje fotosyntezę, chrząszcz zjada trawę, ptak zjada chrząszcza i tak dalej.

W miarę przesuwania się w górę poziomów troficznych i podążania wzdłuż łańcucha pokarmowego, przepływ energii nie jest w 100 procentach wydajny. Tylko około 10 procent dostępnej energii przechodzi z jednego poziomu troficznego do następnego poziomu troficznego lub z jednego organizmu do następnego. Reszta tej dostępnej energii (około 90 procent tej energii) jest tracona w postaci ciepła.

Wydajność netto na każdym poziomie zmniejsza się dziesięciokrotnie w miarę wchodzenia w górę każdego poziomu troficznego.

Dlaczego ten transfer nie jest w 100 procentach skuteczny? Istnieją trzy główne powody:

1. Nie wszystkie organizmy z każdego poziomu troficznego są spożywane: Pomyśl o tym w ten sposób: produktywność pierwotna netto równa się całej dostępnej energii organizmom w ekosystemie, którą producenci zapewniają organizmom na wyższych poziomach troficznych. Aby cała energia płynęła z tego poziomu na następny, oznacza to, że wszyscy ci producenci musieliby zostać zużyti. Każde źdźbło trawy, każdy mikroskopijny kawałek alg, każdy liść, każdy kwiat i tak dalej. Tak się nie dzieje, co oznacza, że ​​część tej energii nie przepływa z tego poziomu do wyższych poziomów troficznych.

2. Nie całą energię można przenieść z jednego poziomu na drugi: Drugim powodem, dla którego przepływ energii jest nieefektywny, jest to, że część energii nie może zostać przekazana, a zatem jest tracona. Na przykład ludzie nie mogą trawić celulozy. Mimo że ta celuloza zawiera energię, ludzie nie mogą jej trawić i czerpać z niej energii, i jest tracona jako „odpady” (czyli kał).

Odnosi się to do wszystkich organizmów: istnieją pewne komórki i kawałki materii, których nie mogą strawić, a które zostaną wydalone jako odpady/utracone jako ciepło. Więc nawet jeśli dostępna energia, jaką ma kawałek jedzenia, wynosi jedną ilość, organizm, który go zjada, nie jest w stanie uzyskać każdej jednostki dostępnej energii w tym jedzeniu. Część tej energii zawsze będzie stracona.

3. Metabolizm wykorzystuje energię: Wreszcie organizmy zużywają energię na procesy metaboliczne jak oddychanie komórkowe. Ta energia jest zużywana i nie może być następnie przeniesiona na kolejny poziom troficzny.

Przepływ energii można opisać poprzez łańcuchy pokarmowe jako transfer energii z jednego organizmu do drugiego, zaczynając od producentów i przesuwając się w górę łańcucha, gdy organizmy są przez siebie konsumowane. Innym sposobem wyświetlania tego typu łańcucha lub po prostu wyświetlania poziomów troficznych są piramidy żywieniowe/energetyczne.

Ponieważ przepływ energii jest nieefektywny, najniższy poziom łańcucha pokarmowego jest prawie zawsze najwyższy zarówno pod względem energii, jak i biomasy. Dlatego pojawia się u podstawy piramidy; to jest największy poziom. W miarę przesuwania się w górę o każdy poziom troficzny lub każdy poziom piramidy żywieniowej zmniejsza się zarówno energia, jak i biomasa, dlatego poziomy zawężają się pod względem liczby i zawężają się wizualnie, gdy poruszasz się w górę piramidy.

Pomyśl o tym w ten sposób: tracisz 90 procent dostępnej ilości energii, gdy przechodzisz na każdy poziom. Przepływa tylko 10 procent energii, co nie jest w stanie utrzymać tylu organizmów, co na poprzednim poziomie. Powoduje to zarówno mniej energii, jak i mniej biomasy na każdym poziomie.

To wyjaśnia, dlaczego w łańcuchu pokarmowym zwykle znajduje się większa liczba organizmów (takich jak trawa, owady i małe ryby, na przykład) i znacznie mniejszą liczbę organizmów na szczycie łańcucha pokarmowego (takich jak na przykład niedźwiedzie, wieloryby i lwy).

Oto ogólny łańcuch przepływu energii w ekosystemie:

1. Energia wchodzi do ekosystemu za pośrednictwem światła słonecznego, ponieważ energia słoneczna.
2. Producenci pierwotni (czyli pierwszy poziom troficzny) zamienia energię słoneczną w energię chemiczną poprzez fotosyntezę. Typowymi przykładami są rośliny lądowe, bakterie fotosyntetyczne i glony. Ci producenci są fotosyntetycznymi autotrofami, co oznacza, że ​​tworzą własne cząsteczki żywności/organiczne z energią słoneczną i dwutlenkiem węgla.
3. Część tej energii chemicznej, którą wytwarzają producenci, jest wtedy włączone do sprawy to stanowi tych producentów. Reszta jest tracona w postaci ciepła i wykorzystywana w metabolizmie tych organizmów.
4. Następnie są konsumowane przez pierwotni konsumenci (aka drugi poziom troficzny). Typowymi przykładami są zwierzęta roślinożerne i wszystkożerne, które jedzą rośliny. Energia, która została zmagazynowana w materii tych organizmów, jest przenoszona na kolejny poziom troficzny. Część energii jest tracona w postaci ciepła i odpadów.
5. Kolejny poziom troficzny obejmuje innych konsumentów/drapieżników, które zjadają organizmy na drugim poziomie troficznym (konsumenci wtórni, konsumenci trzeciorzędni i tak dalej). Z każdym krokiem w górę łańcucha pokarmowego traci się część energii.
6. Kiedy organizmy umierają, rozkładający się podobnie jak robaki, bakterie i grzyby rozkładają martwe organizmy i oba przetwarzają składniki odżywcze do ekosystemu i pobierają energię dla siebie. Jak zawsze, część energii jest nadal tracona w postaci ciepła.

Bez producentów nie byłoby możliwości, aby jakakolwiek ilość energii dostała się do ekosystemu w postaci użytkowej. Energia musi nieustannie wnikać do ekosystemu poprzez światło słoneczne i tych pierwotnych producentów, w przeciwnym razie cała sieć/łańcuch pokarmowy w ekosystemie załamie się i przestanie istnieć.

Ekosystemy lasów umiarkowanych są doskonałym przykładem na pokazanie, jak działa przepływ energii.

Wszystko zaczyna się od energii słonecznej, która dostaje się do ekosystemu. To światło słoneczne oraz dwutlenek węgla będą wykorzystywane przez wielu producentów pierwotnych w środowisku leśnym, w tym:

• Drzewa (m.in. klon, dąb, jesion i sosna).
• Trawy.
• Winorośle.
• Glony w stawach/strumieniach.

Dalej są pierwsi konsumenci. W lasach umiarkowanych obejmuje to roślinożerców, takich jak jelenie, różne owady roślinożerne, wiewiórki, wiewiórki, króliki i inne. Organizmy te zjadają pierwotnych producentów i włączają ich energię we własne ciała. Część energii jest tracona w postaci ciepła i odpadów.

Konsumenci wtórni i trzeciorzędni zjadają następnie te inne organizmy. W lasach strefy umiarkowanej obejmuje to zwierzęta takie jak szopy pracze, drapieżne owady, lisy, kojoty, wilki, niedźwiedzie i ptaki drapieżne.

Kiedy którykolwiek z tych organizmów umiera, rozkładający się rozkładają ciała martwych organizmów, a energia przepływa do rozkładających. W lesie umiarkowanym obejmowałoby to robaki, grzyby i różne rodzaje bakterii.

Na tym przykładzie można również zademonstrować piramidalną koncepcję „przepływu energii”. Najbardziej dostępna energia i biomasa znajdują się na najniższym poziomie piramidy żywnościowo-energetycznej: producenci w postaci roślin kwiatowych, traw, krzewów i innych. Poziom z najmniejszą ilością energii/biomasy znajduje się na szczycie piramidy/łańcucha pokarmowego w postaci konsumentów wysokiego poziomu, takich jak niedźwiedzie i wilki.

Podczas ekosystemy morskie Podobnie jak rafa koralowa bardzo różnią się od ekosystemów lądowych, takich jak lasy strefy umiarkowanej, można zobaczyć, jak koncepcja przepływu energii działa dokładnie w ten sam sposób.

Pierwotni producenci w środowisku rafy koralowej to głównie mikroskopijny plankton, mikroskopijne organizmy roślinopodobne występujące w koralowcach i swobodnie unoszące się w wodzie wokół rafy koralowej. Stamtąd różne ryby, mięczaki i inne zwierzęta roślinożerne, takie jak jeżowce żyjące w rafie, zużywają tych producentów (głównie glony w tym ekosystemie) na energię.

Energia następnie przepływa do następnego poziomu troficznego, którym w tym ekosystemie byłyby większe ryby drapieżne, takie jak rekiny i barakudy, a także mureny, lucjanowate, płaszczki, kalmary i inne.

Rozkładniki występują również w rafach koralowych. Oto kilka przykładów:

• Ogórki morskie.
• Gatunki bakteryjne.
• Krewetka.
• Krucha rozgwiazda.
• Różne gatunki krabów (na przykład krab dekorator).

Możesz również zobaczyć koncepcję piramidy z tym ekosystemem. Najwięcej dostępnej energii i biomasy znajduje się na pierwszym poziomie troficznym i najniższym poziomie piramidy żywieniowej: producenci w postaci alg i organizmów koralowych. Poziom z najmniejszą ilością energii i zgromadzonej biomasy znajduje się na szczycie w postaci konsumentów wysokiego poziomu, takich jak rekiny.