Energy Flow (Ecosystem): Definition, Process & Exempel

Ett ekosystem definieras som en gemenskap av olika organismer som interagerar med varandra och deras miljö i ett visst område. Det står för alla interaktioner och relationer mellan båda biotisk (levande) och abiotisk (icke-levande) faktorer.

Energi är det som driver ekosystemet att blomstra. Och medan alla materia bevaras i ett ekosystem, energi flöden genom ett ekosystem, vilket betyder att det inte bevaras. Energi kommer in i alla ekosystem som solljus och går gradvis förlorad som värme tillbaka i miljön.

Men innan energi flyter ut ur ekosystemet som värme, flyter den mellan organismer i en process som kallas energiflöde. Det är detta energiflöde som kommer från solen och sedan går från organism till organism som är grunden för alla interaktioner och relationer inom ett ekosystem.

Definitionen av energiflöde är överföringen av energi från solen och uppåt varje efterföljande nivå i livsmedelskedjan i en miljö.

Varje nivå av energiflöde på näringskedja

Nästa nivå upp i livsmedelskedjan / energipyramiden skulle anses vara andra trofiska nivån, som vanligtvis upptas av en typ av primärkonsument som en växtätare som äter växter eller alger. Varje efterföljande steg i livsmedelskedjan motsvarar en ny trofisk nivå.

Förutom trofiska nivåer finns det några fler termer du behöver veta för att förstå energiflöde.

Biomassa:Biomassa är organiskt material eller organiskt material. Biomassa är det fysiska organiska materialet som energi lagras i, som den massa som utgör växter och djur.

Produktivitet: Produktivitet är den hastighet med vilken energi införlivas i organismerna som biomassa. Du kan definiera produktivitet för alla trofiska nivåer. Till exempel, primär produktivitet är primärproducenternas produktivitet i ett ekosystem.

Primärproduktivitet (GPP): GPP är den hastighet med vilken solenergins energi fångas upp i glukosmolekyler. Den mäter i huvudsak hur mycket total kemisk energi som genereras av primärproducenter i ett ekosystem.

Primär nettoproduktivitet (NPP): NPP mäter också hur mycket kemisk energi som genereras av primärproducenter, men den tar också hänsyn till den energi som går förlorad på grund av metaboliska behov från producenterna själva. Så NPP är den takt med vilken energin från solen fångas upp och lagras som biomassa, och den är lika med den tillgängliga energin för de andra organismerna i ekosystemet. NPP är alltid ett lägre belopp än GPP.

NPP varierar beroende på ekosystemet. Det beror på variabler som:

• Tillgängligt solljus.
• Näringsämnen i ekosystemet.
• Jordkvalitet.
• Temperatur.
• Fukt.
• CO₂ nivåer.
  

Energi kommer in i ekosystem som solljus och omvandlas till användbar kemisk energi av producenter som landväxter, alger och fotosyntetiska bakterier. När denna energi kommer in i ekosystemet via fotosyntes och omvandlas till biomassa av dessa producenter, flyter energi genom livsmedelskedjan när organismer äter andra organismer.

Gräs använder fotosyntes, skalbagge äter gräs, fågel äter skalbagge och så vidare.

När du flyttar upp trofiska nivåer och fortsätter längs livsmedelskedjan är energiflödet inte 100 procent effektivt. Endast cirka 10 procent av den tillgängliga energin gör det från en trofisk nivå till nästa trofisk nivå, eller från en organism till nästa. Resten av den tillgängliga energin (cirka 90 procent av den energin) går förlorad som värme.

Nettoproduktiviteten för varje nivå minskar med en faktor 10 när du går upp varje trofisk nivå.

Varför är inte denna överföring 100 procent effektiv? Det finns tre huvudorsaker:

1. Inte alla organismer från varje trofisk nivå konsumeras: Tänk på det här: nettoprimärproduktiviteten uppgår till all tillgänglig energi för organismer i ett ekosystem som tillhandahålls av producenter för dessa organismer i högre trofiska nivåer. För att få allt energiflöde från den nivån till nästa betyder det att alla dessa producenter skulle behöva konsumeras. Varje grässtrå, varje mikroskopisk bit alger, varje blad, varje blomma och så vidare. Det händer inte, vilket innebär att en del av den energin inte flyter från den nivån upp till de högre trofiska nivåerna.

2. Inte all energi kan överföras från en nivå till en annan: Den andra anledningen till att energiflödet är ineffektivt är att viss energi inte kan överföras och därmed går förlorad. Till exempel kan människor inte smälta cellulosa. Även om cellulosan innehåller energi kan människor inte smälta den och få energi från den, och den går förlorad som "avfall" (aka avföring).

Detta gäller för alla organismer: det finns vissa celler och bitar av materia som de inte kan smälta som utsöndras som avfall / förloras som värme. Så även om den tillgängliga energin som en matbit har är en mängd, är det omöjligt för en organism som äter den att få varje enhet tillgänglig energi inom den maten. En del av den energin kommer alltid att gå vilse.

3. Metabolism använder energi: Slutligen använder organismer energi för metaboliska processer som cellulär andning. Denna energi är förbrukad och kan då inte överföras till nästa trofiska nivå.

Energiflöde kan beskrivas genom livsmedelskedjor som överföring av energi från en organism till en nästa, som börjar med producenterna och rör sig uppåt i kedjan när organismer konsumeras av varandra. Ett annat sätt att visa denna typ av kedja eller helt enkelt att visa trofiska nivåer är genom mat / energipyramider.

Eftersom energiflödet är ineffektivt är den lägsta nivån i livsmedelskedjan nästan alltid den största när det gäller både energi och biomassa. Det är därför det dyker upp vid basen av pyramiden; det är den nivå som är störst. När du flyttar upp varje trofisk nivå eller varje nivå i matpyramiden minskar både energi och biomassa, varför nivåerna smalnar i antal och smalar visuellt när du rör dig upp i pyramiden.

Tänk på det här: Du tappar 90 procent av den tillgängliga mängden energi när du flyttar upp varje nivå. Endast 10 procent av energin flödar längs, vilket inte kan stödja så många organismer som den tidigare nivån. Detta resulterar i både mindre energi och mindre biomassa på varje nivå.

Det förklarar varför det vanligtvis finns ett större antal organismer lägre i livsmedelskedjan (som gräs, insekter och små fiskar, till exempel) och ett mycket mindre antal organismer längst upp i livsmedelskedjan (till exempel björnar, valar och lejon).

Här är en allmän kedja av hur energi flyter i ett ekosystem:

1. Energi kommer in i ekosystemet via solljus som solenergi.
2. Primärproducenter (alias den första trofiska nivån) förvandlar solenergin till kemisk energi via fotosyntes. Vanliga exempel är landväxter, fotosyntetiska bakterier och alger. Dessa producenter är fotosyntetiska autotrofer, vilket innebär att de skapar sina egna mat / organiska molekyler med solens energi och koldioxid.
3. En del av den kemiska energin som producenterna skapar är då införlivas i ärendet det utgör dessa producenter. Resten går förlorad som värme och används i organismernas ämnesomsättning.
4. De konsumeras sedan av primära konsumenter (aka andra trofiska nivå). Vanliga exempel är växtätare och allätare som äter växter. Den energi som har lagrats i organismenas materia överförs till nästa trofiska nivå. En del energi går förlorad som värme och som avfall.
5. Nästa trofiska nivå inkluderar andra konsumenter / rovdjur som kommer att äta organismerna på den andra trofiska nivån (sekundära konsumenter, tertiära konsumenter och så vidare). För varje steg du går upp i livsmedelskedjan går en del energi förlorad.
6. När organismer dör, nedbrytare som maskar, bakterier och svampar bryter ner de döda organismerna och återvinner näringsämnen i ekosystemet och tar energi för sig själva. Som alltid förloras lite energi som värme.

Utan producenter skulle det inte finnas något sätt för någon mängd energi att komma in i ekosystemet i en användbar form. Energi måste ständigt komma in i ekosystemet via solljus och de primära producenterna, annars skulle hela livsmedelsnätet / kedjan i ekosystemet kollapsa och upphöra att existera.

Tempererade skogsekosystem är ett bra exempel för att visa hur energiflöde fungerar.

Allt börjar med solenergin som kommer in i ekosystemet. Detta solljus plus koldioxid kommer att användas av ett antal primärproducenter i en skogsmiljö, inklusive:

• Träd (som lönn, ek, ask och tall).
• Gräs.
• Vines.
• Alger i dammar / vattendrag.

Därefter kommer de primära konsumenterna. I den tempererade skogen skulle detta inkludera växtätare som rådjur, olika växtätande insekter, ekorrar, chipmunks, kaniner och mer. Dessa organismer äter de primära producenterna och införlivar sin energi i sina egna kroppar. En del energi går förlorad som värme och avfall.

Sekundära och tertiära konsumenter äter sedan de andra organismerna. I en tempererad skog inkluderar detta djur som tvättbjörnar, rovinsekter, rävar, prärievargar, vargar, björnar och rovfåglar.

När någon av dessa organismer dör bryter sönderdelare ner de döda organismernas kroppar och energin flyter till sönderdelarna. I en tempererad skog skulle detta inkludera maskar, svampar och olika typer av bakterier.

Det pyramidala "flödet av energi" -konceptet kan också demonstreras med detta exempel. Den mest tillgängliga energin och biomassan är på den lägsta nivån av livsmedels- / energipyramiden: producenterna i form av blommande växter, gräs, buskar och mer. Nivån med minst energi / biomassa ligger högst upp i pyramiden / livsmedelskedjan i form av konsumenter på hög nivå som björnar och vargar.

Medan marina ekosystem som ett korallrev skiljer sig väldigt mycket från markbundna ekosystem som tempererade skogar, kan du se hur begreppet energiflöde fungerar på exakt samma sätt.

Primära producenter i en korallrevsmiljö är mestadels mikroskopiskt plankton, mikroskopiska växtliknande organismer som finns i korallen och fritt flytande i vattnet runt korallrevet. Därifrån konsumerar olika fiskar, blötdjur och andra växtätande varelser, som sjöborrar som lever i revet, dessa producenter (mestadels alger i detta ekosystem) för energi.

Energi strömmar sedan till nästa trofiska nivå, som i detta ekosystem skulle vara större rovfiskar som hajar och barracuda tillsammans med moray ål, snapper fisk, sting strålar, bläckfisk och mer.

Sönderdelare finns också i korallrev. Några exempel inkluderar:

• Havsgurkor.
• Bakteriearter.
• Räka.
• Skör sjöstjärna.
• Olika krabbearter (till exempel dekoratorkrabba).

Du kan också se begreppet pyramiden med detta ekosystem. Den mest tillgängliga energin och biomassan finns på den första trofiska nivån och den lägsta nivån av livsmedelspyramiden: producenterna i form av alger och korallorganismer. Nivån med minst energi och ackumulerad biomassa ligger högst upp i form av högnivåkonsumenter som hajar.