Fluxul de energie (ecosistem): definiție, proces și exemple

Un ecosistem este definit ca o comunitate de diferite organisme care interacționează între ele și mediul lor într-o anumită zonă. Contabilizează toate interacțiunile și relațiile dintre ambele biotic (trăind) și abiotice factori (non-vii).

Energia este cea care determină ecosistemul să prospere. Și în timp ce toate materia este conservată într-un ecosistem, energie curge printr-un ecosistem, adică nu este conservat. Energia pătrunde în toate ecosistemele ca lumină solară și se pierde treptat pe măsură ce căldura revine în mediu.

Cu toate acestea, înainte ca energia să curgă din ecosistem ca căldură, aceasta curge între organisme într-un proces numit flux de energie. Acest flux de energie care vine de la soare și apoi trece de la organism la organism este baza tuturor interacțiunilor și relațiilor din cadrul unui ecosistem.

Definiția fluxului de energie este transferul de energie de la soare și de la fiecare nivel ulterior al lanțului alimentar într-un mediu.

Fiecare nivel de flux de energie pe lant trofic într-un ecosistem este desemnat printr-un nivel trofic, care se referă la poziția pe care un anumit organism sau grup de organisme o ocupă pe lanțul trofic. Începutul lanțului, care ar fi în partea de jos a piramidei energetice, este primul nivel trofic. Primul nivel trofic include producători și autotrofe care transformă energia solară în energie chimică utilizabilă prin fotosinteză.

Următorul nivel în lanțul alimentar / piramida energetică ar fi considerat al doilea nivel trofic, care este de obicei ocupat de un tip de consumator primar precum un erbivor care mănâncă plante sau alge. Fiecare etapă ulterioară a lanțului alimentar este echivalentă cu un nou nivel trofic.

Pe lângă nivelurile trofice, mai sunt încă câțiva termeni pe care trebuie să îi cunoașteți pentru a înțelege fluxul de energie.

Biomasă:Biomasă este material organic sau materie organică. Biomasa este materialul organic fizic în care este stocată energia, cum ar fi masa care formează plantele și animalele.

Productivitate: Productivitatea este rata la care energia este încorporată în corpurile organismelor ca biomasă. Puteți defini productivitatea pentru toate nivelurile trofice. De exemplu, primar productivitate este productivitatea producătorilor primari dintr-un ecosistem.

Productivitatea primară brută (GPP): GPP este rata la care energia din soare este captată în moleculele de glucoză. În esență, măsoară cantitatea totală de energie chimică generată de producătorii primari dintr-un ecosistem.

Productivitatea primară netă (NPP): CNE măsoară, de asemenea, câtă energie chimică este generată de producătorii primari, dar ia în considerare și energia pierdută din cauza nevoilor metabolice de către producătorii înșiși. Deci, NPP este rata la care energia din soare este capturată și stocată ca materie de biomasă și este egală cu cantitatea de energie disponibilă celorlalte organisme din ecosistem. NPP este mereu o cantitate mai mică decât GPP.

CNE variază în funcție de ecosistem. Depinde de variabile precum:

• Lumina soarelui disponibilă.
• Nutrienți în ecosistem.
• Calitatea solului.
• Temperatura.
• Umiditate.
• CO₂ niveluri.
  

Energia pătrunde în ecosisteme ca lumină solară și este transformată în energie chimică utilizabilă de către producători precum plantele terestre, algele și bacteriile fotosintetice. Odată ce această energie intră în ecosistem prin fotosinteză și este transformată în biomasă de acei producători, energia curge prin lanțul trofic atunci când organismele mănâncă alte organisme.

Iarba folosește fotosinteza, gândacul mănâncă iarbă, păsările mănâncă gândac și așa mai departe.

Pe măsură ce urcați nivelurile trofice și continuați de-a lungul lanțului alimentar, fluxul de energie nu este 100% eficient. Doar aproximativ 10% din energia disponibilă o face de la un nivel trofic la următorul nivel trofic sau de la un organism la altul. Restul acelei energii disponibile (aproximativ 90% din acea energie) se pierde ca căldură.

Productivitatea netă a fiecărui nivel scade cu un factor de 10 pe măsură ce urcați fiecare nivel trofic.

De ce acest transfer nu este 100% eficient? Există trei motive principale:

1. Nu toate organismele de la fiecare nivel trofic sunt consumate: Gândiți-vă așa: productivitatea primară netă se ridică la toată energia disponibilă pentru organismele dintr-un ecosistem care este furnizată de producători pentru acele organisme cu niveluri trofice superioare. Pentru ca toată această energie să curgă de la acel nivel la următorul, înseamnă că toți acei producători ar trebui consumați. Fiecare fir de iarbă, fiecare bucată microscopică de alge, fiecare frunză, fiecare floare și așa mai departe. Asta nu se întâmplă, ceea ce înseamnă că o parte din acea energie nu curge de la acel nivel până la nivelurile trofice superioare.

2. Nu toată energia poate fi transferată de la un nivel la altul: Al doilea motiv pentru care fluxul de energie este ineficient se datorează faptului că o anumită energie este incapabilă de a fi transferată și, astfel, se pierde. De exemplu, oamenii nu pot digera celuloza. Chiar dacă acea celuloză conține energie, oamenii nu o pot digera și obține energie din ea și se pierd ca „deșeuri” (alias, fecale).

Acest lucru este valabil pentru toate organismele: există anumite celule și bucăți de materie pe care nu le pot digera, care vor fi excretate ca deșeuri / pierdute ca căldură. Deci, chiar dacă energia disponibilă pe care o bucată de hrană o are o singură cantitate, este imposibil pentru un organism care o mănâncă să obțină fiecare unitate de energie disponibilă din acea hrană. O parte din această energie se va pierde întotdeauna.

3. Metabolismul folosește energie: În cele din urmă, organismele consumă energie pentru procesele metabolice precum respirația celulară. Această energie este consumată și nu poate fi apoi transferată la următorul nivel trofic.

Fluxul de energie poate fi descris prin intermediul lanțurilor alimentare ca transferul de energie de la un organism la altul, începând cu producătorii și deplasându-se în lanț pe măsură ce organismele sunt consumate unul de celălalt. Un alt mod de a afișa acest tip de lanț sau pur și simplu de a afișa nivelurile trofice este prin intermediul piramidelor alimentare / energie.

Deoarece fluxul de energie este ineficient, cel mai scăzut nivel al lanțului alimentar este aproape întotdeauna cel mai mare atât în ​​termeni de energie, cât și de biomasă. De aceea apare la baza piramidei; acesta este nivelul cel mai mare. Pe măsură ce urcați fiecare nivel trofic sau fiecare nivel al piramidei alimentare, atât energia cât și biomasa scad, motiv pentru care nivelurile se restrâng în număr și se restrâng vizual pe măsură ce vă deplasați piramida.

Gândiți-vă astfel: pierdeți 90% din cantitatea disponibilă de energie pe măsură ce vă ridicați la fiecare nivel. Doar 10 la sută din energia curge de-a lungul, care nu poate susține atât de multe organisme ca nivelul anterior. Acest lucru are ca rezultat atât mai puțină energie, cât și mai puțină biomasă la fiecare nivel.

Aceasta explică de ce există de obicei un număr mai mare de organisme mai jos pe lanțul alimentar (cum ar fi iarba, insectele și peștii mici, de exemplu) și un număr mult mai mic de organisme în partea de sus a lanțului alimentar (cum ar fi urși, balene și lei, de exemplu).

Iată un lanț general al modului în care energia curge într-un ecosistem:

1. Energia pătrunde în ecosistem prin lumina soarelui energie solara.
2. Producători primari (alias, primul nivel trofic) transformă energia solară în energie chimică prin fotosinteză. Exemple obișnuite sunt plantele terestre, bacteriile fotosintetice și algele. Acești producători sunt autotrofi fotosintetici, ceea ce înseamnă că își creează propriile molecule alimentare / organice cu energia soarelui și dioxid de carbon.
3. O parte din energia chimică pe care producătorii o creează este atunci încorporată în materie care formează acei producători. Restul se pierde ca căldură și este utilizat în metabolismul acestor organisme.
4. Sunt apoi consumate de consumatorii primari (alias, al doilea nivel trofic). Exemple obișnuite sunt erbivorele și omnivorele care mănâncă plante. Energia care a fost stocată în materia acestor organisme este transferată la următorul nivel trofic. O parte din energie se pierde ca căldură și ca deșeuri.
5. Următorul nivel trofic include alți consumatori / prădători care vor mânca organismele de pe al doilea nivel trofic (consumatori secundari, consumatori terțiari și așa mai departe). Cu fiecare pas pe care îl urcați în lanțul alimentar, se pierde ceva energie.
6. Când organismele mor, descompunători precum viermii, bacteriile și ciupercile descompun organismele moarte și ambele reciclează nutrienții în ecosistem și iau energie pentru ei înșiși. Ca întotdeauna, o anumită energie este încă pierdută ca căldură.

Fără producători, nu ar exista nicio modalitate de a pătrunde în ecosistem o cantitate de energie într-o formă utilizabilă. Energia trebuie să intre continuu în ecosistem prin lumina soarelui și acei producători primari, altfel întreaga rețea / lanț alimentar din ecosistem s-ar prăbuși și ar înceta să existe.

Ecosisteme forestiere temperate sunt un exemplu excelent pentru afișarea modului în care funcționează fluxul de energie.

Totul începe cu energia solară care intră în ecosistem. Această lumină solară plus dioxidul de carbon vor fi utilizate de un număr de producători primari într-un mediu forestier, inclusiv:

• Copaci (cum ar fi arțar, stejar, frasin și pin).
• Ierburi.
• Viță de vie.
• Alge în iazuri / cursuri de apă.

Urmează consumatorii primari. În pădurea temperată, aceasta ar include erbivore, cum ar fi căprioarele, diverse insecte erbivore, veverițe, șmcoane, iepuri și multe altele. Aceste organisme mănâncă producătorii primari și își încorporează energia în propriile lor corpuri. O parte din energie se pierde ca căldură și deșeuri.

Consumatorii secundari și terțiari consumă apoi celelalte organisme. Într-o pădure temperată, aceasta include animale precum ratoni, insecte prădătoare, vulpi, coioți, lupi, urși și păsări de pradă.

Când oricare dintre aceste organisme mor, descompunătorii descompun corpurile organismelor moarte, iar energia curge către descompunători. Într-o pădure temperată, aceasta ar include viermi, ciuperci și diferite tipuri de bacterii.

Conceptul piramidal de „flux de energie” poate fi demonstrat și cu acest exemplu. Cea mai disponibilă energie și biomasă se află la cel mai scăzut nivel al piramidei alimentare / energie: producătorii sub formă de plante cu flori, ierburi, tufișuri și multe altele. Nivelul cu cea mai mică energie / biomasă se află în vârful lanțului piramidal / alimentar sub formă de consumatori la nivel înalt, cum ar fi urșii și lupii.

In timp ce ecosistemele marine ca un recif de corali sunt foarte diferite de ecosistemele terestre, cum ar fi pădurile temperate, puteți vedea cum funcționează conceptul de flux de energie în același mod.

Producătorii primari dintr-un mediu de recif de corali sunt în mare parte plancton microscopic, organisme microscopice de tip plantă găsite în corali și plutitoare în apă în jurul recifului de corali. De acolo, diferiți pești, moluște și alte creaturi erbivore, precum arici de mare care trăiesc în recif, consumă acei producători (în mare parte alge din acest ecosistem) pentru energie.

Energia curge apoi la următorul nivel trofic, care în acest ecosistem ar fi pești răpitori mai mari, cum ar fi rechinii și barracuda, împreună cu anghila, peștele lut, razele sting, calmarul și multe altele.

Descompozitorii există și în recifele de corali. Câteva exemple includ:

• Castraveți de mare.
• Specii bacteriene.
• Crevetă.
• Stea de mare fragilă.
• Diverse specii de crab (de exemplu, crabul decorator).

De asemenea, puteți vedea conceptul piramidei cu acest ecosistem. Cea mai disponibilă energie și biomasă există la primul nivel trofic și la cel mai scăzut nivel al piramidei alimentare: producătorii sub formă de alge și organisme de corali. Nivelul cu cea mai mică energie și biomasă acumulată este la vârf sub forma consumatorilor la nivel înalt, cum ar fi rechinii.