Содержание
- Определение энергетического потока и трофические уровни
- Условия, которые нужно знать для потока энергии в экосистемах
- Процесс потока энергии
- Поток энергии не эффективен на 100 процентов
- Как поток энергии влияет на пищевые и энергетические пирамиды
- Как энергия течет в экосистеме
- Пример экосистемы: умеренный лес
- Пример экосистемы: коралловый риф
экосистема определяется как сообщество различных организмов, взаимодействующих друг с другом и окружающей их средой в определенной области. Он учитывает все взаимодействия и отношения между обоими биотический (живой) и абиотический (неживые) факторы.
Энергия - это то, что заставляет экосистему процветать. А пока все материя сохраняется в экосистеме, энергия потоки через экосистему, то есть она 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 вытечет из экосистемы в виде тепла, она течет между организмами в процессе, называемом поток энергии, Именно этот поток энергии, исходящий от Солнца, а затем идущий от организма к организму, является основой всех взаимодействий и взаимоотношений в экосистеме.
Определение энергетического потока и трофические уровни
Определение потока энергии - это передача энергии от солнца и вверх на каждом последующем уровне пищевой цепи в окружающей среде.
Каждый уровень потока энергии в пищевой цепи в экосистеме обозначается трофическим уровнем, который относится к положению, которое определенный организм или группа организмов занимает в пищевой цепи. Начало цепи, которая была бы в нижней части энергетической пирамиды, является первый трофический уровень, Первый трофический уровень включает производителей и автотрофов, которые преобразуют солнечную энергию в полезную химическую энергию посредством фотосинтеза.
Следующий уровень в пищевой цепи / энергетической пирамиде будет считаться второй трофический уровень, который обычно занят типом основного потребителя, таким как травоядное животное, которое питается растениями или водорослями. Каждый последующий шаг в пищевой цепи эквивалентен новому трофическому уровню.
Условия, которые нужно знать для потока энергии в экосистемах
Помимо трофических уровней, есть еще несколько терминов, которые необходимо знать, 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: Производительность - это скорость, с которой энергия включается в организм организмов в виде биомассы. Вы можете определить производительность для любого и всех трофических уровней. Например, первичный производительность - это производительность первичных производителей в экосистеме.
Валовая первичная производительность (GPP): GPP - это скорость, с которой энергия солнца захватывается молекулами глюкозы. Он по существу измеряет, сколько всего химической энергии вырабатывается первичными производителями в экосистеме.
Чистая первичная производительность (АЭС): АЭС также измеряет, сколько химической энергии вырабатывается первичными производителями, но также учитывает потерю энергии из-за метаболических потребностей самих производителей. Таким образом, АЭС - это скорость, с которой энергия солнца захватывается и сохраняется в виде вещества биомассы, и она равна количеству доступной энергии для других организмов в экосистеме. АЭС есть всегда меньшее количество, чем GPP.
АЭС варьируется в зависимости от экосистемы. Это зависит от таких переменных, как:
Процесс потока энергии
Энергия поступает в экосистемы в виде солнечного света и превращается в полезную химическую энергию такими производителями, как наземные растения, водоросли и фотосинтетические бактерии. Как только эта энергия поступает в экосистему посредством фотосинтеза и превращается этими производителями в биомассу, энергия проходит через пищевую цепь, когда организмы питаются другими организмами.
Трава использует фотосинтез, жук ест траву, птица ест жука и так далее.
Поток энергии не эффективен на 100 процентов
Когда вы поднимаетесь на трофический уровень и продолжаете двигаться по пищевой цепочке, поток энергии не эффективен на 100%. Только около 10 процентов доступной энергии переходит от одного трофического уровня к следующему трофическому уровню или от одного организма к следующему. Остальная часть этой доступной энергии (около 90 процентов этой энергии) теряется в виде тепла.
Чистая производительность каждого уровня уменьшается в 10 раз, когда вы поднимаетесь на каждый трофический уровень.
Почему этот перевод не эффективен на 100 процентов? Есть три основные причины:
1. Не все организмы с каждого трофического уровня потребляются: Подумайте об этом так: чистая первичная продуктивность составляет всю доступную энергию для организмов в экосистеме, которая предоставляется производителями для этих организмов на более высоких трофических уровнях. Для того, чтобы весь этот поток энергии переходил с этого уровня на следующий, это означает, что все эти производители должны быть потреблены. Каждая травинка, каждый микроскопический кусочек водорослей, каждый лист, каждый цветок и так далее. Этого не происходит, что означает, что часть этой энергии не течет от этого уровня до более высоких трофических уровней.
2. Не вся энергия может быть переведена 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, потеряна. Например, люди не могут переваривать клетчатку. Даже если эта целлюлоза содержит энергию, люди не могут ее переваривать и получать энергию, и она теряется как «отходы» (например, фекалии).
Это верно для всех организмов: есть определенные клетки и кусочки материи, которые они не могут переварить, которые будут выделяться как отходы / теряться в виде тепла. Таким образом, даже если доступная энергия, которую имеет кусок пищи, равна одному количеству, для организма, который потребляет ее, невозможно 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, такие как клеточное дыхание. Эта энергия израсходована и не может быть передана на следующий трофический уровень.
Как поток энергии влияет на пищевые и энергетические пирамиды
Поток энергии можно описать через пищевые цепи как передачу энергии от одного организма к другому, начиная с производителей и двигаясь вверх по цепочке, когда организмы потребляются друг другом. Другой способ отобразить этот тип цепочки или просто отобразить трофические уровни - использовать пищевые / энергетические пирамиды.
Поскольку поток энергии неэффективен, самый низкий уровень пищевой цепи почти всегда является самым большим с точки зрения как энергии, так и биомассы. Вот почему он появляется у основания пирамиды; это самый большой уровень. По мере того, как вы продвигаетесь на каждый трофический уровень или на каждый уровень пищевой пирамиды, энергия и биомасса уменьшаются, поэтому уровни сужаются и визуально сужаются при движении вверх по пирамиде.
Подумайте об этом следующим образом: вы теряете 90 процентов доступного количества энергии при продвижении на каждом уровне. Только 10 процентов энергии течет, что не может поддерживать столько организмов, сколько на предыдущем уровне. Это приводит как к меньшей энергии, так и к уменьшению количества биомассы на каждом уровне.
Это объясняет, почему обычно в пищевую цепочку попадает большее количество организмов (например, трава, насекомые и мелкая рыба) и гораздо меньшее количество организмов в верхней части пищевой цепочки (например, медведи, киты и львы). пример).
Как энергия течет в экосистеме
Вот общая цепочка потоков энергии в экосистеме:
Без производителей не было бы возможности для любого количества энергии войти в экосистему в пригодной для использования форме. Энергия должна постоянно попадать в экосистему через солнечный свет и тех первичных производителей, иначе вся пищевая сеть / цепь в экосистеме разрушится и прекратит свое существование.
Пример экосистемы: умеренный лес
Лесные экосистемы умеренного пояса являются отличным примером для демонстрации того, как работает поток энергии.
Все начинается с солнечной энергии, которая входит в экосистему. Этот солнечный свет плюс углекислый газ будут использоваться рядом первичных производителей в лесной среде, включая:
Далее идут основные потребители. В умеренном лесу это будет включать травоядных, таких как олени, различные травоядные насекомые, белки, бурундуки, кролики и многое другое. Эти организмы питаются первичными продуцентами и включают свою энергию в свои тела. Некоторая энергия теряется в виде тепла и отходов.
Вторичные и третичные потребители затем едят эти другие организмы. В умеренном лесу это животные, такие как еноты, хищные насекомые, лисы, койоты, волки, медведи и хищные птицы.
Когда любой из этих организмов умирает, разлагающие разрушают тела мертвых организмов, и энергия поступает на разлагающие. В умеренном лесу это будет включать червей, грибки и различные виды бактерий.
Пирамидальная концепция «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, кустарников и многого другого. Уровень с наименьшим количеством энергии / биомассы находится на вершине пирамиды / пищевой цепи в форме потребителей высокого уровня, таких как медведи и волки.
Пример экосистемы: коралловый риф
В то время как морские экосистемы, такие как коралловый риф, сильно отличаются от земных экосистем, таких как умеренные леса, вы можете увидеть, как концепция потока энергии работает точно так же.
Основными производителями в среде коралловых рифов являются главным образом микроскопический планктон, микроскопические растительные организмы, обнаруженные в кораллах и свободно плавающие в воде вокруг кораллового рифа. Оттуда различные рыбы, моллюски и другие растительноядные существа, такие как морские ежи, обитающие на рифе, потребляют этих производителей (в основном водорослей в этой экосистеме) для получения энергии.
Затем энергия течет к следующему трофическому уровню, который в этой экосистеме был бы более крупной хищной рыбой, такой как акулы и барракуда, наряду с муреной, рыбой-окунем, жалами, кальмарами и многим другим.
Разложители существуют и на коралловых рифах. Вот некоторые примеры:
Вы также можете увидеть концепцию пирамиды с этой экосистемой. Наиболее доступная энергия и биомасса существуют на первом трофическом уровне и на самом низком уровне пищевой пирамиды: продуценты в форме водорослей и коралловых организмов. Уровень с наименьшим количеством энергии и накопленной биомассой находится на самом верху в виде потребителей высокого уровня, таких как акулы.