Потік енергії (екосистема): визначення, процес та приклади

Ан екосистема визначається як спільність різноманітних організмів, що взаємодіють між собою та навколишнім середовищем у певній місцевості. Він враховує всі взаємодії та взаємозв'язки між ними біотичний (живе) і абіотичний (неживі) фактори.

Енергія - це те, що рухає екосистему до процвітання. І поки все матерія зберігається в екосистемі, енергія потоки через екосистему, тобто вона не зберігається. Енергія потрапляє у всі екосистеми як сонячне світло і поступово втрачається разом із теплом назад у навколишнє середовище.

Однак, перш ніж енергія витікає з екосистеми як тепло, вона протікає між організмами в процесі, який називається потік енергії. Саме цей енергетичний потік походить від сонця, а потім переходить від організму до організму, що є основою всіх взаємодій та взаємозв’язків в екосистемі.

Визначення енергетичного потоку - це передача енергії від сонця і на кожен наступний рівень харчового ланцюга в навколишньому середовищі.

Кожен рівень потоку енергії на

Наступним рівнем у харчовому ланцюзі / енергетичній піраміді буде вважатись другий трофічний рівень, який, як правило, зайнятий таким типом первинного споживача, як травоїдна тварина, яка харчується рослинами або водоростями. Кожен наступний крок у харчовому ланцюзі еквівалентний новому трофічному рівню.

Окрім трофічних рівнів, є ще кілька термінів, які потрібно знати, щоб зрозуміти енергетичний потік.

Біомаса:Біомаса це органічний матеріал або органічна речовина. Біомаса - це фізичний органічний матеріал, в якому зберігається енергія, подібно до маси, що становить рослини та тварини.

Продуктивність: Продуктивність - це швидкість, з якою енергія включається в тіла організмів як біомаса. Ви можете визначити продуктивність для будь-яких трофічних рівнів. Наприклад, первинний продуктивність праці - це продуктивність первинних виробників в екосистемі.

Валова первинна продуктивність (GPP): GPP - це швидкість, з якою енергія сонця вловлюється в молекулах глюкози. Він по суті вимірює, скільки загальної хімічної енергії генерується первинними виробниками в екосистемі.

Чиста первинна продуктивність (АЕС): АЕС також вимірює, скільки хімічної енергії виробляється первинними виробниками, але також враховує енергію, втрачену внаслідок метаболічних потреб самими виробниками. Отже, АЕС - це швидкість, з якою енергія від Сонця захоплюється і зберігається як речовина біомаси, і вона дорівнює кількості енергії, доступної для інших організмів в екосистемі. АЕС є завжди нижча сума, ніж GPP.

АЕС змінюється залежно від екосистеми. Це залежить від таких змінних, як:

• Доступне сонячне світло.
• Поживні речовини в екосистемі.
• Якість ґрунту.
• Температура.
• Волога.
• CO₂ рівнів.
  

Енергія потрапляє в екосистеми як сонячне світло і перетворюється у корисну хімічну енергію такими виробниками, як наземні рослини, водорості та фотосинтезуючі бактерії. Як тільки ця енергія потрапляє в екосистему шляхом фотосинтезу і перетворюється цими виробниками в біомасу, енергія протікає по харчовому ланцюгу, коли організми поїдають інші організми.

Трава використовує фотосинтез, жук їсть траву, птах - жука тощо.

По мірі підняття трофічних рівнів і продовження руху по харчовому ланцюгу потік енергії не є на 100 відсотків ефективним. Лише близько 10 відсотків наявної енергії переходить з одного трофічного рівня на наступний трофічний рівень або з одного організму на наступний. Решта цієї доступної енергії (близько 90 відсотків цієї енергії) втрачається як тепло.

Чиста продуктивність кожного рівня зменшується в 10 разів у міру підняття кожного трофічного рівня.

Чому цей переказ не є на 100 відсотків ефективним? Є три основні причини:

1. Не всі організми з кожного трофічного рівня споживаються: Подумайте про це так: чиста первинна продуктивність складає всю доступну енергію для організмів в екосистемі, яку виробники забезпечують для цих організмів з вищими трофічними рівнями. Для того, щоб весь цей енергетичний потік переходив від цього рівня до наступного, це означає, що всіх цих виробників потрібно буде споживати. Кожна травинка, кожен мікроскопічний шматочок водоростей, кожен листочок, кожна квітка тощо. Цього не відбувається, а це означає, що частина цієї енергії не надходить з цього рівня до вищих трофічних рівнів.

2. Не вся енергія може передаватися з одного рівня на інший: Друга причина, чому потік енергії неефективний, полягає в тому, що деяка кількість енергії не здатна передаватися і, таким чином, втрачається. Наприклад, людина не може перетравлювати целюлозу. Незважаючи на те, що ця целюлоза містить енергію, люди не можуть її перетравити і отримати з неї енергію, і вона втрачається як "відходи" (інакше, кал).

Це справедливо для всіх організмів: є певні клітини та шматки речовини, які вони не можуть перетравити, і вони будуть виведені як відходи / втрачені у вигляді тепла. Отже, навіть якщо наявна енергія, яку має шматок їжі, складає одну кількість, організм, який її з’їдає, не може отримати кожну одиницю доступної енергії в межах цієї їжі. Частина цієї енергії завжди буде втрачена.

3. Метаболізм використовує енергію: Нарешті, організми витрачають енергію на обмінні процеси як клітинне дихання. Ця енергія витрачається і не може бути перенесена на наступний трофічний рівень.

Потік енергії можна описати через харчові ланцюги як передачу енергії від одного організму до наступного, починаючи від виробників і рухаючись вгору по ланцюгу, коли організми споживаються один одним. Інший спосіб показати цей тип ланцюга або просто відобразити трофічні рівні - це харчові / енергетичні піраміди.

Оскільки енергетичний потік неефективний, найнижчий рівень харчового ланцюга майже завжди є найбільшим як за енергією, так і за біомасою. Ось чому вона з’являється в основі піраміди; це рівень, який є найбільшим. Під час просування вгору по кожному трофічному рівню або кожному рівню харчової піраміди зменшується як енергія, так і біомаса, саме тому рівні звужуються за чисельністю та звужуються візуально під час просування вгору по піраміді.

Подумайте про це так: Ви втрачаєте 90 відсотків наявної кількості енергії, рухаючись вгору по кожному рівню. Всього тече лише 10 відсотків енергії, яка не може підтримувати стільки організмів, як попередній рівень. Це призводить до зменшення енергії та меншої кількості біомаси на кожному рівні.

Це пояснює, чому в харчовому ланцюзі зазвичай більша кількість організмів (таких як трава, комахи та дрібна риба, наприклад) і набагато меншу кількість організмів у верхній частині харчового ланцюга (наприклад, ведмедів, китів та левів).

Ось загальний ланцюжок потоків енергії в екосистемі:

1. Енергія потрапляє в екосистему через сонячне світло як сонячна енергія.
2. Первинні виробники (інакше, перший трофічний рівень) перетворюють цю сонячну енергію на хімічну через фотосинтез. Поширеними прикладами є наземні рослини, фотосинтезуючі бактерії та водорості. Ці виробники є фотосинтетичними автотрофами, що означає, що вони створюють власні харчові / органічні молекули з енергією сонця та вуглекислим газом.
3. Частина тієї хімічної енергії, яку створюють виробники, - це тоді включені в справу що складає цих виробників. Решта втрачається у вигляді тепла і використовується в метаболізмі цих організмів.
4. Потім вони поглинаються первинні споживачі (інакше, другий трофічний рівень). Поширені приклади - рослиноїдні та всеїдні, які харчуються рослинами. Енергія, яка зберігається у речовині цих організмів, переноситься на наступний трофічний рівень. Частина енергії втрачається як тепло і як відходи.
5. Наступний трофічний рівень включає інших споживачів / хижаків, які будуть харчуватися організмами на другому трофічному рівні (вторинні споживачі, третинні споживачі тощо). З кожним кроком вгору по харчовому ланцюгу частина енергії втрачається.
6. Коли організми гинуть, розкладачі подібно глистам, бактерії та гриби розщеплюють мертві організми і обидва переробляють поживні речовини в екосистему та беруть енергію для себе. Як завжди, деяка кількість енергії все ще втрачається як тепло.

Без виробників не було б можливості для будь-якої кількості енергії потрапити в екосистему в придатній для використання формі. Енергія повинна постійно потрапляти в екосистему через сонячне світло та через первинних виробників, інакше вся харчова мережа / ланцюг в екосистемі рухне і припинить своє існування.

Помірні лісові екосистеми є чудовим прикладом для показу того, як працює потік енергії.

Все починається з сонячної енергії, яка потрапляє в екосистему. Це сонячне світло та вуглекислий газ будуть використовуватись багатьма основними виробниками в лісовому середовищі, зокрема:

• Дерева (наприклад, клен, дуб, ясен та сосна).
• Трави.
• Виноградні лози.
• Водорості у ставках / струмках.

Далі йдуть первинні споживачі. У помірному лісі сюди належать травоїдні тварини, такі як олені, різні рослиноїдні комахи, білки, бурундуки, кролики тощо. Ці організми харчуються первинними виробниками та вбудовують свою енергію у власне тіло. Частина енергії втрачається як тепло і відходи.

Тоді вторинні та третинні споживачі їдять ці інші організми. У помірному лісі сюди входять такі тварини, як єноти, хижі комахи, лисиці, койоти, вовки, ведмеді та хижі птахи.

Коли будь-який з цих організмів гине, розкладачі розщеплюють тіла мертвих організмів, і енергія надходить до розкладачів. У помірному лісі сюди належать глисти, гриби та різні види бактерій.

На цьому прикладі можна продемонструвати пірамідальну концепцію "потоку енергії". Найбільш доступною енергією та біомасою є найнижчий рівень харчової / енергетичної піраміди: виробники у вигляді квітучих рослин, трав, кущів тощо. Рівень із найменшою кількістю енергії / біомаси знаходиться на вершині піраміди / харчового ланцюга у вигляді споживачів високого рівня, таких як ведмеді та вовки.

Поки морські екосистеми як кораловий риф сильно відрізняються від наземних екосистем, таких як помірні ліси, ви можете побачити, як концепція енергетичного потоку працює точно так само.

Первинними продуцентами в середовищі коралових рифів є переважно мікроскопічний планктон, мікроскопічні рослиноподібні організми, що знаходяться в коралах і вільно плавають у воді навколо коралового рифу. Звідти різні риби, молюски та інші рослиноїдні тварини, такі як морські їжаки, що мешкають у рифі, споживають цих виробників (переважно водорості в цій екосистемі) для отримання енергії.

Потім енергія перетікає на наступний трофічний рівень, який у цій екосистемі буде більшими хижими рибами, такими як акули та баракуди, а також мурена, риба-молюск, жала, кальмари тощо.

Розкладачі існують і на коралових рифах. Деякі приклади включають:

• Морські огірки.
• Види бактерій.
• Креветки.
• Тендітна морська зірка.
• Різні види крабів (наприклад, краб-декоратор).

Ви також можете побачити концепцію піраміди з цією екосистемою. Найбільш доступні енергія та біомаса існують на першому трофічному рівні та найнижчому рівні харчової піраміди: виробники у вигляді водоростей та коралових організмів. Рівень із найменшою енергією та накопиченою біомасою знаходиться на вершині у вигляді споживачів високого рівня, таких як акули.