การไหลของพลังงาน (ระบบนิเวศ): ความหมาย กระบวนการ และตัวอย่าง

อัน ระบบนิเวศ ถูกกำหนดให้เป็นชุมชนของสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ที่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันและสภาพแวดล้อมของพวกมันในพื้นที่เฉพาะ มันอธิบายการโต้ตอบและความสัมพันธ์ทั้งหมดระหว่างทั้งสอง ไบโอติก (อยู่) และ abiotic (ไม่มีชีวิต) ปัจจัย

พลังงานเป็นสิ่งที่ขับเคลื่อนระบบนิเวศให้เจริญเติบโต และในขณะที่ทั้งหมด สสารถูกอนุรักษ์ไว้ ในระบบนิเวศ พลังงาน ไหล ผ่านระบบนิเวศซึ่งหมายความว่าไม่ได้รับการอนุรักษ์ พลังงานเข้าสู่ระบบนิเวศทั้งหมดในรูปของแสงแดด และค่อยๆ สูญเสียไปเมื่อความร้อนกลับคืนสู่สิ่งแวดล้อม

อย่างไรก็ตาม ก่อนที่พลังงานจะไหลออกจากระบบนิเวศเป็นความร้อน พลังงานจะไหลระหว่างสิ่งมีชีวิตในกระบวนการที่เรียกว่า การไหลของพลังงาน. มันคือการไหลของพลังงานที่มาจากดวงอาทิตย์และจากนั้นเปลี่ยนจากสิ่งมีชีวิตไปสู่สิ่งมีชีวิต ซึ่งเป็นพื้นฐานของปฏิสัมพันธ์และความสัมพันธ์ทั้งหมดภายในระบบนิเวศ

คำจำกัดความของการไหลของพลังงานคือการถ่ายเทพลังงานจากดวงอาทิตย์และเพิ่มขึ้นในแต่ละระดับของห่วงโซ่อาหารในสภาพแวดล้อม

การไหลของพลังงานแต่ละระดับบน on ห่วงโซ่อาหาร ในระบบนิเวศถูกกำหนดโดยระดับโภชนาการ ซึ่งหมายถึงตำแหน่งที่สิ่งมีชีวิตหรือกลุ่มของสิ่งมีชีวิตบางกลุ่มอยู่ในห่วงโซ่อาหาร จุดเริ่มต้นของห่วงโซ่ซึ่งจะอยู่ที่ด้านล่างของปิรามิดพลังงานคือ

ขั้นต่อไปในห่วงโซ่อาหาร/ปิรามิดพลังงานจะถือว่าเป็น ระดับรางวัลที่สองซึ่งมักจะถูกครอบครองโดยผู้บริโภคหลักประเภทหนึ่งเช่นสัตว์กินพืชที่กินพืชหรือสาหร่าย ขั้นตอนต่อไปในห่วงโซ่อาหารจะเทียบเท่ากับระดับโภชนาการใหม่

นอกจากระดับโภชนาการแล้ว ยังมีคำศัพท์อีกสองสามคำที่คุณต้องรู้เพื่อทำความเข้าใจการไหลของพลังงาน

ชีวมวล:ชีวมวล คือสารอินทรีย์หรืออินทรียวัตถุ ชีวมวลคือสารอินทรีย์ทางกายภาพที่เก็บพลังงานไว้ เช่น มวลที่ประกอบเป็นพืชและสัตว์

ผลผลิต: ผลผลิตคืออัตราที่พลังงานรวมอยู่ในร่างกายของสิ่งมีชีวิตในรูปแบบชีวมวล คุณสามารถกำหนดผลผลิตสำหรับระดับโภชนาการใดๆ และทั้งหมด ตัวอย่างเช่น, ประถม ผลผลิต คือผลผลิตของผู้ผลิตหลักในระบบนิเวศ

ผลผลิตขั้นต้นขั้นต้น (GPP): GPP คืออัตราที่พลังงานจากดวงอาทิตย์ถูกจับในโมเลกุลกลูโคส โดยพื้นฐานแล้วจะวัดปริมาณพลังงานเคมีทั้งหมดที่สร้างขึ้นโดยผู้ผลิตหลักในระบบนิเวศ

ผลผลิตหลักสุทธิ (NPP): NPP ยังวัดปริมาณพลังงานเคมีที่ผู้ผลิตหลักสร้าง แต่ยังคำนึงถึงพลังงานที่สูญเสียไปเนื่องจากความต้องการเมตาบอลิซึมโดยผู้ผลิตเองด้วย ดังนั้น NPP คืออัตราที่พลังงานจากดวงอาทิตย์ถูกดักจับและสะสมเป็นสสารชีวมวล และเท่ากับปริมาณพลังงานที่มีอยู่สำหรับสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ในระบบนิเวศ NPP คือ เสมอ จำนวนเงินที่ต่ำกว่า GPP

NPP แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับระบบนิเวศ ขึ้นอยู่กับตัวแปรเช่น:

• แสงแดดที่มีอยู่
• สารอาหารในระบบนิเวศน์
• คุณภาพของดิน
• อุณหภูมิ.
• ความชื้น.
• CO₂ ระดับ
  

พลังงานเข้าสู่ระบบนิเวศในฐานะแสงอาทิตย์ และถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมีที่ใช้งานได้โดยผู้ผลิต เช่น พืชบก สาหร่าย และแบคทีเรียสังเคราะห์แสง เมื่อพลังงานนี้เข้าสู่ระบบนิเวศผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสงและถูกแปลงเป็นชีวมวลโดยผู้ผลิตเหล่านั้น พลังงานจะไหลผ่านห่วงโซ่อาหารเมื่อสิ่งมีชีวิตกินสิ่งมีชีวิตอื่น

หญ้าใช้การสังเคราะห์แสง ด้วงกินหญ้า นกกินด้วง เป็นต้น

เมื่อคุณเลื่อนระดับโภชนาการและดำเนินต่อไปในห่วงโซ่อาหาร การไหลของพลังงานจะไม่มีประสิทธิภาพ 100 เปอร์เซ็นต์ พลังงานที่มีอยู่เพียงประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่ทำให้มันจากระดับโภชนาการหนึ่งไปยังระดับโภชนาการถัดไป หรือจากสิ่งมีชีวิตหนึ่งไปยังอีกระดับหนึ่ง พลังงานที่เหลือนั้น (ประมาณ 90 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานนั้น) จะสูญเสียไปในรูปของความร้อน

ผลผลิตสุทธิของแต่ละระดับลดลง 10 เท่าเมื่อคุณเพิ่มระดับโภชนาการแต่ละระดับ

เหตุใดการถ่ายโอนนี้จึงไม่มีประสิทธิภาพ 100 เปอร์เซ็นต์ มีสามเหตุผลหลัก:

1. ไม่ได้บริโภคสิ่งมีชีวิตทั้งหมดจากแต่ละระดับโภชนาการ: คิดแบบนี้: ผลผลิตขั้นต้นสุทธิเท่ากับพลังงานที่มีอยู่ทั้งหมดสำหรับสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศที่ผู้ผลิตจัดหาให้สำหรับสิ่งมีชีวิตเหล่านั้นในระดับโภชนาการที่สูงขึ้น เพื่อให้พลังงานทั้งหมดไหลจากระดับนั้นไปยังระดับถัดไป หมายความว่าผู้ผลิตทั้งหมดจะต้องถูกบริโภค หญ้าทุกใบ สาหร่ายทุกชิ้น ทุกใบ ทุกดอก และอื่น ๆ นั่นไม่ได้เกิดขึ้น ซึ่งหมายความว่าพลังงานบางส่วนนั้นไม่ไหลจากระดับนั้นไปจนถึงระดับโภชนาการที่สูงขึ้น

2. พลังงานทั้งหมดไม่สามารถถ่ายโอนจากระดับหนึ่งไปยังระดับถัดไปได้: เหตุผลที่สองที่การไหลของพลังงานไม่มีประสิทธิภาพเป็นเพราะพลังงานบางส่วนไม่สามารถถ่ายโอนได้และสูญเสียไป ตัวอย่างเช่น มนุษย์ไม่สามารถย่อยเซลลูโลสได้ แม้ว่าเซลลูโลสนั้นจะมีพลังงานอยู่ แต่ผู้คนไม่สามารถย่อยและรับพลังงานจากเซลลูโลสได้ และสูญเสียไปเป็น "ของเสีย" (หรือที่เรียกกันว่าอุจจาระ)

สิ่งนี้เป็นจริงสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิด: มีเซลล์และชิ้นส่วนของสสารบางอย่างที่ไม่สามารถย่อยได้ซึ่งจะถูกขับออกมาเป็นของเสีย/สูญเสียไปในรูปของความร้อน ดังนั้นแม้ว่าพลังงานที่มีอยู่ของอาหารจะมีปริมาณหนึ่ง แต่ก็เป็นไปไม่ได้ที่สิ่งมีชีวิตที่กินเข้าไปจะได้รับพลังงานที่มีอยู่ทุกหน่วยภายในอาหารนั้น พลังงานบางส่วนนั้นจะหายไปเสมอ

3. เมแทบอลิซึมใช้พลังงาน: สุดท้าย สิ่งมีชีวิตใช้พลังงานเพื่อ กระบวนการเผาผลาญ เหมือนการหายใจระดับเซลล์ พลังงานนี้ถูกใช้จนหมดและไม่สามารถถ่ายโอนไปยังระดับโภชนาการถัดไปได้

การไหลของพลังงานสามารถอธิบายได้ผ่านห่วงโซ่อาหารว่าเป็นการถ่ายโอนพลังงานจากสิ่งมีชีวิตหนึ่งไปยังอีกสิ่งมีชีวิตหนึ่ง โดยเริ่มจากผู้ผลิตและเคลื่อนไปตามห่วงโซ่เมื่อสิ่งมีชีวิตถูกบริโภคโดยกันและกัน อีกวิธีในการแสดงห่วงโซ่ประเภทนี้หรือเพียงเพื่อแสดงระดับโภชนาการคือผ่านปิรามิดอาหาร/พลังงาน

เนื่องจากการไหลของพลังงานไม่มีประสิทธิภาพ ระดับต่ำสุดของห่วงโซ่อาหารมักจะใหญ่ที่สุดทั้งในแง่ของพลังงานและชีวมวล นั่นเป็นเหตุผลที่มันปรากฏที่ฐานของปิรามิด นั่นคือระดับที่ใหญ่ที่สุด เมื่อคุณเลื่อนระดับโภชนาการแต่ละระดับหรือแต่ละระดับของปิรามิดอาหาร ทั้งพลังงานและชีวมวลจะลดลง ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้ระดับต่างๆ แคบลงและแคบลงเมื่อคุณเลื่อนขึ้นปิรามิด

คิดแบบนี้: คุณสูญเสียพลังงานที่มีอยู่ 90 เปอร์เซ็นต์เมื่อคุณเลื่อนขึ้นแต่ละระดับ พลังงานไหลผ่านเพียง 10 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น ซึ่งไม่สามารถรองรับสิ่งมีชีวิตได้มากเท่ากับระดับก่อนหน้า ส่งผลให้ทั้งพลังงานน้อยลงและชีวมวลน้อยลงในแต่ละระดับ

นั่นอธิบายได้ว่าทำไมจึงมีสิ่งมีชีวิตจำนวนมากที่ต่ำกว่าในห่วงโซ่อาหาร (เช่น หญ้า แมลง และปลาตัวเล็ก ตัวอย่างเช่น) และสิ่งมีชีวิตจำนวนน้อยกว่ามากที่ด้านบนสุดของห่วงโซ่อาหาร (เช่น หมี ปลาวาฬ และสิงโต เป็นต้น)

นี่คือห่วงโซ่ทั่วไปของการไหลของพลังงานในระบบนิเวศ:

1. พลังงานเข้าสู่ระบบนิเวศผ่านแสงแดดเป็น พลังงานแสงอาทิตย์.
2. ผู้ผลิตหลัก (a.k.a. ระดับโภชนาการแรก) เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์นั้นเป็นพลังงานเคมีผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง ตัวอย่างทั่วไป ได้แก่ พืชบก แบคทีเรียสังเคราะห์แสง และสาหร่าย ผู้ผลิตเหล่านี้เป็นออโตโทรฟสังเคราะห์แสง ซึ่งหมายความว่าพวกมันสร้างอาหาร/โมเลกุลอินทรีย์ของตัวเองด้วยพลังงานจากดวงอาทิตย์และคาร์บอนไดออกไซด์
3. พลังงานเคมีบางส่วนที่ผู้ผลิตสร้างขึ้นนั้น รวมเข้ากับเรื่อง ที่ทำให้ผู้ผลิตเหล่านั้น ส่วนที่เหลือจะหายไปเป็นความร้อนและใช้ในการเผาผลาญของสิ่งมีชีวิตเหล่านั้น
4. พวกมันจะถูกกินโดย ผู้บริโภคหลัก (a.k.a. ระดับโภชนาการที่สอง). ตัวอย่างทั่วไป ได้แก่ สัตว์กินพืชและสัตว์กินพืชทุกชนิด พลังงานที่ถูกเก็บไว้ในสสารของสิ่งมีชีวิตเหล่านั้นจะถูกถ่ายโอนไปยังระดับโภชนาการถัดไป พลังงานบางส่วนสูญเสียไปในรูปของความร้อนและของเสีย
5. ระดับโภชนาการถัดไปรวมถึงผู้บริโภค/ผู้ล่าอื่นๆ ที่จะกินสิ่งมีชีวิตในระดับโภชนาการที่สอง (ผู้บริโภครอง ผู้บริโภคระดับอุดมศึกษา และอื่นๆ). ในแต่ละขั้นตอนที่คุณก้าวไปสู่ห่วงโซ่อาหาร พลังงานบางส่วนจะสูญเสียไป
6. เมื่อสิ่งมีชีวิตตาย ย่อยสลาย เช่น หนอน แบคทีเรีย และเชื้อรา ทำลายสิ่งมีชีวิตที่ตายแล้ว และทั้งสองนำสารอาหารกลับมาใช้ใหม่ในระบบนิเวศและใช้พลังงานสำหรับตัวเอง เช่นเคย พลังงานบางส่วนยังคงสูญเสียเป็นความร้อน

หากไม่มีผู้ผลิต ก็ไม่มีทางที่พลังงานจำนวนหนึ่งจะเข้าสู่ระบบนิเวศในรูปแบบที่ใช้งานได้ พลังงานต้องเข้าสู่ระบบนิเวศอย่างต่อเนื่องผ่านแสงแดดและผู้ผลิตหลักเหล่านั้น มิฉะนั้น ใยอาหาร/ห่วงโซ่อาหารทั้งหมดในระบบนิเวศจะพังทลายและไม่ดำรงอยู่

ระบบนิเวศของป่าดิบชื้น เป็นตัวอย่างที่ดีในการแสดงให้เห็นว่าการไหลของพลังงานทำงานอย่างไร

ทุกอย่างเริ่มต้นด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ที่เข้าสู่ระบบนิเวศ ผู้ผลิตหลักหลายรายจะต้องใช้แสงอาทิตย์และคาร์บอนไดออกไซด์ในสภาพแวดล้อมที่เป็นป่า ซึ่งรวมถึง:

• ต้นไม้ (เช่น ต้นเมเปิล โอ๊ค เถ้า และสน)
• หญ้า.
• เถาวัลย์
• สาหร่ายในบ่อ/ลำธาร

รองลงมาคือผู้บริโภคหลัก ในป่าเขตอบอุ่น ซึ่งรวมถึงสัตว์กินพืช เช่น กวาง แมลงกินพืชหลายชนิด กระรอก ชิปมังก์ กระต่าย และอื่นๆ สิ่งมีชีวิตเหล่านี้กินผู้ผลิตหลักและรวมพลังงานเข้ากับร่างกายของตัวเอง พลังงานบางส่วนสูญเสียไปในรูปของความร้อนและของเสีย

ผู้บริโภคระดับทุติยภูมิและตติยภูมิจึงกินสิ่งมีชีวิตอื่นๆ เหล่านั้น ในป่าเขตอบอุ่น ซึ่งรวมถึงสัตว์ต่างๆ เช่น แรคคูน แมลงที่กินสัตว์อื่น สุนัขจิ้งจอก โคโยตี้ หมาป่า หมี และนกล่าเหยื่อ

เมื่อสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ตาย ตัวย่อยสลายจะทำลายร่างกายของสิ่งมีชีวิตที่ตายแล้ว และพลังงานจะไหลไปยังตัวย่อยสลาย ในป่าที่มีอากาศอบอุ่น จะรวมถึงหนอน เชื้อรา และแบคทีเรียหลายชนิด

ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นแนวคิด "การไหลของพลังงาน" แบบเสี้ยมด้วย พลังงานและชีวมวลที่มีอยู่มากที่สุดอยู่ที่ระดับต่ำสุดของปิรามิดอาหาร/พลังงาน: ผู้ผลิตในรูปของไม้ดอก หญ้า พุ่มไม้และอื่น ๆ ระดับที่มีพลังงาน/ชีวมวลน้อยที่สุดคือระดับบนสุดของพีระมิด/ห่วงโซ่อาหารในรูปแบบของผู้บริโภคระดับสูง เช่น หมีและหมาป่า

ในขณะที่ ระบบนิเวศทางทะเล เช่นเดียวกับแนวปะการังที่แตกต่างจากระบบนิเวศบนบกอย่างป่าเขตอบอุ่น คุณจะเห็นว่าแนวคิดเรื่องการไหลของพลังงานทำงานในลักษณะเดียวกันได้อย่างไร

ผู้ผลิตหลักในสภาพแวดล้อมแนวปะการังส่วนใหญ่เป็นแพลงก์ตอนด้วยกล้องจุลทรรศน์ สิ่งมีชีวิตคล้ายพืชขนาดเล็กที่พบในปะการังและลอยอิสระในน้ำรอบแนวปะการัง จากที่นั่น ปลา หอย และสัตว์กินพืชอื่นๆ เช่น เม่นทะเลที่อาศัยอยู่ในแนวปะการัง กินผู้ผลิตเหล่านั้น (ส่วนใหญ่เป็นสาหร่ายในระบบนิเวศนี้) เป็นพลังงาน

จากนั้นพลังงานจะไหลไปสู่ระดับโภชนาการถัดไป ซึ่งในระบบนิเวศนี้จะเป็นปลานักล่าที่มีขนาดใหญ่กว่า เช่น ฉลามและปลาบาราคูด้า ควบคู่ไปกับปลาไหลมอเรย์ ปลากะพง ปลากระเบน ปลาหมึก และอื่นๆ

ตัวย่อยสลายมีอยู่ในแนวปะการังเช่นกัน ตัวอย่างบางส่วน ได้แก่ :

• ปลิงทะเล.
• แบคทีเรียชนิดต่างๆ
• กุ้ง.
• ปลาดาวเปราะ.
• ปูพันธุ์ต่างๆ (เช่น ปูมัณฑนากร)

คุณสามารถเห็นแนวคิดของปิรามิดด้วยระบบนิเวศนี้ พลังงานและชีวมวลที่มีอยู่มากที่สุดมีอยู่ที่ระดับโภชนาการแรกและระดับต่ำสุดของปิรามิดอาหาร: ผู้ผลิตในรูปของสาหร่ายและสิ่งมีชีวิตปะการัง ระดับที่มีพลังงานน้อยที่สุดและชีวมวลสะสมอยู่ในอันดับต้น ๆ ในรูปแบบของผู้บริโภคระดับสูงเช่นฉลาม