Энергетический поток (экосистема): определение, процесс и примеры

An экосистема определяется как сообщество различных организмов, взаимодействующих друг с другом и окружающей средой в определенной области. Он учитывает все взаимодействия и отношения между обоими биотический (живущий) и абиотический (неживые) факторы.

Энергия - это то, что движет экосистемой к процветанию. И пока все материя сохраняется в экосистеме, энергия потоки через экосистему, что означает, что он не сохраняется. Энергия поступает во все экосистемы в виде солнечного света и постепенно теряется в виде тепла обратно в окружающую среду.

Однако, прежде чем энергия потечет из экосистемы в виде тепла, она течет между организмами в процессе, называемом поток энергии. Именно этот поток энергии, который исходит от солнца и затем переходит от организма к организму, является основой всех взаимодействий и взаимоотношений в экосистеме.

Определение потока энергии - это передача энергии от солнца и вверх на каждом последующем уровне пищевой цепи в окружающей среде.

Каждый уровень потока энергии на пищевая цепочка в экосистеме обозначается трофическим уровнем, который относится к положению, которое определенный организм или группа организмов занимает в пищевой цепи. Начало цепочки, которая будет внизу энергетической пирамиды, - это первый трофический уровень. Первый трофический уровень включает продуцентов и автотрофов, которые посредством фотосинтеза преобразуют солнечную энергию в пригодную для использования химическую энергию.

Следующий уровень пищевой цепочки / энергетической пирамиды будет считаться второй трофический уровень, который обычно занимает основной потребитель, например, травоядное животное, питающееся растениями или водорослями. Каждый последующий шаг в пищевой цепи эквивалентен новому трофическому уровню.

Помимо трофических уровней, вам нужно знать еще несколько терминов, чтобы понять поток энергии.

Биомасса:Биомасса это органический материал или органическое вещество. Биомасса - это физический органический материал, в котором хранится энергия, например масса, из которой состоят растения и животные.

Производительность: Продуктивность - это скорость, с которой энергия включается в тела организмов в виде биомассы. Вы можете определить продуктивность для любого и всех трофических уровней. Например, начальный продуктивность это производительность основных производителей в экосистеме.

Валовая первичная продуктивность (ВПП): GPP - это скорость, с которой энергия солнца захватывается молекулами глюкозы. По сути, он измеряет, сколько общей химической энергии вырабатывается первичными производителями в экосистеме.

Чистая первичная производительность (NPP): NPP также измеряет, сколько химической энергии вырабатывается первичными производителями, но также учитывает потери энергии из-за метаболических потребностей самими производителями. Итак, NPP - это скорость, с которой энергия солнца улавливается и сохраняется в виде биомассы, и она равна количеству энергии, доступной другим организмам в экосистеме. АЭС всегда меньшая сумма, чем GPP.

АЭС различается в зависимости от экосистемы. Это зависит от таких переменных, как:

• Доступен солнечный свет.
• Питательные вещества в экосистеме.
• Качество почвы.
• Температура.
• Влага.
• CO₂ уровни.
  

Энергия поступает в экосистемы в виде солнечного света и преобразуется в полезную химическую энергию такими производителями, как наземные растения, водоросли и фотосинтезирующие бактерии. Как только эта энергия поступает в экосистему через фотосинтез и преобразуется в биомассу этими производителями, энергия течет по пищевой цепи, когда организмы поедают другие организмы.

Трава использует фотосинтез, жук ест траву, птица ест жука и так далее.

Когда вы продвигаетесь вверх по трофическим уровням и продолжаете двигаться по пищевой цепочке, поток энергии не становится эффективным на 100 процентов. Только около 10 процентов доступной энергии переходит с одного трофического уровня на следующий трофический уровень или от одного организма к другому. Остальная часть доступной энергии (около 90 процентов этой энергии) теряется в виде тепла.

Чистая продуктивность каждого уровня уменьшается в 10 раз по мере того, как вы поднимаетесь на каждый трофический уровень.

Почему этот перенос не эффективен на 100 процентов? Есть три основных причины:

1. Не все организмы каждого трофического уровня потребляются: Подумайте об этом так: чистая первичная продуктивность равна всей доступной энергии для организмов в экосистеме, которую производители обеспечивают для этих организмов на более высоких трофических уровнях. Для того, чтобы вся эта энергия перетекала с этого уровня на следующий, это означает, что все эти производители должны быть потреблены. Каждая травинка, каждый микроскопический кусочек водоросли, каждый лист, каждый цветок и так далее. Этого не происходит, а это означает, что часть этой энергии не течет с этого уровня на более высокие трофические уровни.

2. Не вся энергия может передаваться с одного уровня на другой: Вторая причина, по которой поток энергии неэффективен, заключается в том, что некоторая энергия не может быть передана и, таким образом, теряется. Например, люди не могут переваривать целлюлозу. Несмотря на то, что эта целлюлоза содержит энергию, люди не могут ее переварить и получить из нее энергию, и она теряется в виде «отходов» (также известных как фекалии).

Это верно для всех организмов: есть определенные клетки и частицы вещества, которые они не могут переварить, которые будут выводиться в виде отходов / теряться в виде тепла. Таким образом, даже если доступная энергия, которую имеет кусок пищи, равна одному количеству, организм, который ест его, не может получить каждую единицу доступной энергии в этой пище. Часть этой энергии всегда будет потеряна.

3. Метаболизм использует энергию: Наконец, организмы расходуют энергию на метаболические процессы как клеточное дыхание. Эта энергия расходуется и не может быть передана на следующий трофический уровень.

Поток энергии через пищевые цепи можно описать как передачу энергии от одного организма к другому, начиная с производителей и продвигаясь вверх по цепочке по мере того, как организмы потребляются друг другом. Другой способ отобразить этот тип цепочки или просто отобразить трофические уровни - это пирамиды пищи / энергии.

Поскольку поток энергии неэффективен, самый низкий уровень пищевой цепи почти всегда является самым большим как по энергии, так и по биомассе. Вот почему он появляется у основания пирамиды; это самый большой уровень. По мере того, как вы продвигаетесь вверх на каждом трофическом уровне или на каждом уровне пищевой пирамиды, энергия и биомасса уменьшаются, поэтому уровни сужаются по количеству и визуально сужаются по мере продвижения вверх по пирамиде.

Подумайте об этом так: вы теряете 90 процентов доступного количества энергии по мере продвижения на каждый уровень. Только 10 процентов энергии течет, что не может поддерживать столько организмов, сколько на предыдущем уровне. Это приводит к снижению количества энергии и биомассы на каждом уровне.

Это объясняет, почему на нижних уровнях пищевой цепи обычно присутствует большее количество организмов (например, трава, насекомые и мелкая рыба, например) и гораздо меньшее количество организмов на вершине пищевой цепи (например, медведи, киты и львы).

Вот общая цепочка потоков энергии в экосистеме:

1. Энергия попадает в экосистему через солнечный свет в виде солнечная энергия.
2. Первичные производители (он же первый трофический уровень) превращают эту солнечную энергию в химическую энергию посредством фотосинтеза. Распространенными примерами являются наземные растения, фотосинтезирующие бактерии и водоросли. Эти производители являются фотосинтетическими автотрофами, что означает, что они создают свои собственные пищевые / органические молекулы с помощью солнечной энергии и углекислого газа.
3. Часть той химической энергии, которую создают производители, затем включены в дело это составляет тех производителей. Остальное теряется в виде тепла и используется в метаболизме этих организмов.
4. Затем они потребляются основные потребители (он же второй трофический уровень). Распространенные примеры - травоядные и всеядные животные, которые едят растения. Энергия, которая была сохранена в материи этих организмов, передается на следующий трофический уровень. Некоторая энергия теряется в виде тепла и отходов.
5. Следующий трофический уровень включает других потребителей / хищников, которые поедают организмы на втором трофическом уровне (вторичные потребители, третичные потребители и т. д.). С каждым шагом вверх по пищевой цепочке теряется часть энергии.
6. Когда организмы умирают, разлагатели как черви, бактерии и грибки разрушают мертвые организмы, и оба возвращают питательные вещества в экосистему и забирают энергию для себя. Как всегда, часть энергии все равно теряется в виде тепла.

Без производителей не было бы возможности для поступления в экосистему любого количества энергии в пригодной для использования форме. Энергия должна постоянно поступать в экосистему через солнечный свет и этих первичных производителей, иначе вся пищевая сеть / цепь в экосистеме рухнет и прекратит свое существование.

Лесные экосистемы умеренного пояса являются отличным примером для демонстрации того, как работает поток энергии.

Все начинается с солнечной энергии, поступающей в экосистему. Этот солнечный свет плюс углекислый газ будет использоваться рядом первичных производителей в лесной среде, в том числе:

• Деревья (например, клен, дуб, ясень и сосна).
• Травы.
• Виноградные лозы.
• Водоросли в прудах / ручьях.

Далее идут основные потребители. В лесу с умеренным климатом это могут быть травоядные животные, такие как олени, различные травоядные насекомые, белки, бурундуки, кролики и многие другие. Эти организмы поедают первичных продуцентов и включают их энергию в собственное тело. Некоторая энергия теряется в виде тепла и отходов.

Затем вторичные и третичные потребители едят эти другие организмы. В лесу умеренного пояса сюда входят такие животные, как еноты, хищные насекомые, лисы, койоты, волки, медведи и хищные птицы.

Когда любой из этих организмов умирает, разлагатели разрушают тела мертвых организмов, и энергия перетекает к разложителям. В лесу с умеренным климатом это могут быть черви, грибки и различные типы бактерий.

Концепция пирамидального «потока энергии» также может быть продемонстрирована на этом примере. Наиболее доступная энергия и биомасса находятся на самом низком уровне пищевой / энергетической пирамиды: производители в виде цветущих растений, трав, кустов и т. Д. Уровень с наименьшим количеством энергии / биомассы находится на вершине пирамиды / пищевой цепочки в виде потребителей высокого уровня, таких как медведи и волки.

Пока морские экосистемы Как коралловые рифы сильно отличаются от наземных экосистем, таких как леса умеренного пояса, вы можете увидеть, как концепция потока энергии работает точно так же.

Основными продуцентами в среде коралловых рифов являются в основном микроскопический планктон, микроскопические растительные организмы, обитающие в кораллах и свободно плавающие в воде вокруг кораллового рифа. Отсюда различные рыбы, моллюски и другие травоядные существа, такие как морские ежи, обитающие на рифе, потребляют этих продуцентов (в основном водоросли в этой экосистеме) для получения энергии.

Затем энергия перетекает на следующий трофический уровень, которым в этой экосистеме будут более крупные хищные рыбы, такие как акулы и барракуда, а также мурена, окунь, скаты, кальмары и другие.

Разложители существуют и в коралловых рифах. Вот некоторые примеры:

• Морские огурцы.
• Бактериальные виды.
• Креветка.
• Хрупкая морская звезда.
• Различные виды крабов (например, краб-декоратор).

Вы также можете увидеть концепцию пирамиды с этой экосистемой. Наиболее доступная энергия и биомасса существует на первом трофическом уровне и самом низком уровне пищевой пирамиды: продуценты в виде водорослей и коралловых организмов. Уровень с наименьшим количеством энергии и накопленной биомассы находится на вершине в виде высокоуровневых потребителей, таких как акулы.