Jakie jest prawo dziesięciny ekologicznej lub 10%?

Prawo dziesięciny ekologicznej, prawo ekologiczne lub 10% podnosi sposób, w jaki energia przemieszcza się w swoich pochodnych poprzez różne poziomy troficzne. Często stwierdza się również, że prawo to jest po prostu bezpośrednią konsekwencją Drugiego prawa termodynamiki.

Energia ekologiczna jest częścią ekologii, która dotyczy ilościowego określenia relacji, które przedstawiliśmy powyżej. Uważa się, że Raymond Lindemann (szczególnie w swojej przełomowej pracy z 1942 r.) Był tym, który ustanowił podstawy tego obszaru studiów.

Jego prace koncentrowały się na koncepcjach sieci łańcuchowej i troficznej oraz na kwantyfikacji wydajności transferu energii między różnymi poziomami troficznymi.

Lindemann zaczyna się od padającego promieniowania słonecznego lub energii otrzymywanej przez społeczność poprzez wychwytywanie przez rośliny poprzez fotosyntezę i kontynuuje monitorowanie wychwytywania i jego późniejszego wykorzystania przez roślinożerców (pierwotnych konsumentów), a następnie przez mięsożerców (wtórnych konsumentów). ) i wreszcie przez dekompozytorów.

Jakie jest prawo dziesięciny ekologicznej?

Po pionierskich pracach Lindemann założono, że wydajność transferu troficznego wynosiła około 10%; w rzeczywistości niektórzy ekologowie odnieśli się do prawa 10%. Jednak od tego czasu powstało wiele nieporozumień dotyczących tego problemu.

Z pewnością nie ma prawa natury, które skutkowałoby dokładnie tym, że jedna dziesiąta energii, która wchodzi w poziom troficzny, jest tą, która jest przenoszona do następnego.

Na przykład kompilacja badań troficznych (w środowiskach morskich i słodkowodnych) wykazała, że wydajność transferu na poziomie troficznym wahała się od około 2 do 24%, chociaż średnia wynosiła 10, 13%.

Zgodnie z ogólną zasadą, mającą zastosowanie zarówno do systemów wodnych, jak i lądowych, można powiedzieć, że produktywność wtórna roślinożerców jest zazwyczaj zlokalizowana w przybliżeniu o rząd wielkości poniżej produktywności pierwotnej, na której jest oparta.

Jest to często spójny związek, który jest utrzymywany we wszystkich systemach żerowania i który zwykle ma miejsce w strukturach typu piramidalnego, w których podstawa jest dostarczana przez rośliny i na tej podstawie opiera się na mniejszej, pierwotnych konsumentach, na którym zasiada inny (mniejszy jeszcze) wtórnych konsumentów.

Poziomy organizacji

Wszystkie żywe istoty wymagają materii i energii; materia do budowy ich ciał i energii do wykonywania ich życiowych funkcji. Wymóg ten nie ogranicza się do pojedynczego organizmu, ale jest rozszerzony na wyższe poziomy organizacji biologicznej, które te osoby mogą dostosować.

Te poziomy organizacji to:

Populacja biologiczna : organizmy tego samego gatunku, które żyją na tym samym określonym obszarze.
Społeczność biologiczna : zbiór organizmów różnych gatunków lub populacji, które żyją w określonym obszarze i oddziałują poprzez związki pokarmowe lub troficzne).
Ekosystem : najbardziej złożony poziom organizacji biologicznej, utworzony przez społeczność związaną z jej abiotycznym środowiskiem - wodą, światłem słonecznym, klimatem i innymi czynnikami - z którymi oddziałuje.

Poziomy troficzne

W ekosystemie społeczność i środowisko ustanawiają przepływy energii i materii.

Organizmy ekosystemu są pogrupowane według „roli” lub „funkcji”, które spełniają w łańcuchach pokarmowych lub troficznych; tak mówimy o poziomach troficznych producentów, konsumentów i rozkładających się.

Z kolei każdy z tych poziomów troficznych współdziała ze środowiskiem fizykochemicznym, które zapewnia warunki do życia, a jednocześnie działa jako źródło i pochłaniacz energii i materii.

Podstawowe pojęcia

Gruba i pierwotna wydajność netto

Najpierw musimy zdefiniować wydajność pierwotną, czyli szybkość, z jaką biomasa jest produkowana na jednostkę powierzchni.

Zwykle jest wyrażana w jednostkach energii (dżul na metr kwadratowy dziennie) lub w jednostkach suchej masy organicznej (kilogramy na hektar i na rok) lub jako węgiel (masa węgla w kg na metr kwadratowy na rok).

Generalnie, kiedy odnosimy się do całej energii utrwalonej przez fotosyntezę, zwykle nazywamy ją grubą produkcją pierwotną (PPG).

Z tego, część jest wydawana na oddychanie samych autotrofów (RA) i jest tracona w postaci ciepła. Produkcja pierwotna netto (PPN) jest uzyskiwana przez odjęcie tej kwoty od PPG (PPN = PPG-RA).

Ta pierwotna produkcja netto (PPN) jest ostatecznie dostępna do spożycia przez heterotrofy (są to bakterie, grzyby i inne zwierzęta, które znamy).

Wydajność wtórna

Wydajność wtórna (PS) jest definiowana jako szybkość produkcji nowej biomasy przez organizmy heterotroficzne. W przeciwieństwie do roślin, bakterii heterotroficznych, grzybów i zwierząt, nie mogą tworzyć złożonych, bogatych w energię związków, których potrzebują od prostych cząsteczek.

Otrzymują swoją materię i energię zawsze z roślin, które mogą zrobić bezpośrednio przez spożywanie materiału roślinnego lub pośrednio przez żerowanie na innych heterotrofach.

W ten sposób fotosyntetyczne rośliny lub ogólnie organizmy (zwane również producentami) stanowią pierwszy poziom troficzny w społeczności; pierwszorzędni konsumenci (ci, którzy żywią się producentami) tworzą drugi poziom troficzny, a drugorzędni konsumenci (zwani także mięsożercami) tworzą trzeci poziom.

Transfer wydajności i tras energetycznych

Proporcje pierwotnej produkcji netto, które przepływają wzdłuż każdego ze szlaków energii potencjalnej, zależą ostatecznie od wydajności transferu, to znaczy od sposobu wykorzystania energii i przemieszczania się z jednego poziomu na drugi. inny

Kategorie efektywności transferu energii

Istnieją trzy kategorie efektywności transferu energii, a przy tych dobrze zdefiniowanych możemy przewidzieć wzór przepływu energii na poziomach troficznych. Kategorie te to: efektywność konsumpcji (EC), skuteczność asymilacji (EA) i wydajność produkcji (EP).

Zdefiniujmy teraz te trzy wymienione kategorie.

Matematycznie możemy zdefiniować efektywność zużycia (EC) w następujący sposób:

EC = I _n / P _n-1 × 100

Gdzie widzimy, że CE jest procentem całkowitej dostępnej produktywności ( P _n-1 ), która jest skutecznie spożywana przez górny ciągły przedział troficzny ( I _n ).

Na przykład, dla podstawowych konsumentów w systemie wypasu, EC jest procentem (wyrażonym w jednostkach energii i jednostce czasu) PPN, który jest spożywany przez roślinożerców.

Gdybyśmy odnosili się do wtórnych konsumentów, byłoby to równoważne procentowi produktywności roślinożerców, spożywanych przez zwierzęta mięsożerne. Reszta umiera bez zjedzenia i wchodzi w łańcuch rozkładu.

Z drugiej strony skuteczność asymilacji wyraża się następująco:

EA = A _n / I _n × 100

Ponownie odnosimy się do wartości procentowej, ale tym razem do części energii pochodzącej z pożywienia i spożywanej w przedziale troficznym przez konsumenta ( I _n ) i która jest asymilowana przez jego układ trawienny ( A _n ).

Wspomniana energia będzie dostępna do wzrostu i do wykonania pracy. Pozostałość (część niezasymilowana) ginie wraz z odchodami, a następnie wchodzi w poziom troficzny rozkładników.

Wreszcie wydajność produkcji (PE) wyraża się jako:

EP = P _n / A _n × 100

jest to również procent, ale w tym przypadku odwołujemy się do asymilowanej energii ( A _n ), która ostatecznie zostaje włączona do nowej biomasy ( P _n ). Wszystkie niezasymilowane pozostałości energetyczne są tracone w postaci ciepła podczas oddychania.

Produkty takie jak wydzieliny i / lub wydaliny (bogate w energię), które uczestniczyły w procesach metabolicznych, mogą być uważane za produkcję, P _n, i są dostępne, jako zwłoki, dla rozkładających.

Globalna wydajność transferu

Po zdefiniowaniu tych trzech ważnych kategorii możemy teraz zapytać o „globalną wydajność transferu” z jednego poziomu troficznego do następnego, którą po prostu daje produkt wspomnianych powyżej wydajności ( EC x EA x EP ).

Wyrażając potocznie, możemy powiedzieć, że wydajność danego poziomu zależy od tego, co można skutecznie połknąć, a następnie jest zasymilowane i ostatecznie zostaje włączone do nowej biomasy.

Gdzie idzie utracona energia?

Produktywność roślinożerców jest zawsze niższa niż roślin, z których żywią się. Moglibyśmy wtedy zapytać: dokąd idzie zagubiona energia?

Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy zwrócić uwagę na następujące fakty:

Nie wszystkie biomasy roślin są spożywane przez roślinożerców, ponieważ większość z nich umiera i wchodzi w poziom troficzny rozkładników (bakterii, grzybów i reszty detrytivorów).
Nie cała biomasa zużyta przez roślinożerców, ani roślinożerców konsumowanych kolejno przez zwierzęta mięsożerne, nie jest zasymilowana i jest dostępna do włączenia do biomasy konsumenta; część ginie z odchodami iw ten sposób przechodzi do rozkładających się.
Nie cała energia przyswajalna staje się faktycznie biomasą, ponieważ część jest tracona w postaci ciepła podczas oddychania.

Dzieje się tak z dwóch podstawowych powodów: po pierwsze, ze względu na fakt, że nie ma procesu konwersji energii w 100% sprawnego. Oznacza to, że konwersja zawsze powoduje utratę ciepła, co doskonale współgra z Drugą Prawą Termodynamiki.

Po drugie, ponieważ zwierzęta muszą wykonywać pracę, która wymaga wydatku energetycznego, a to z kolei pociąga za sobą nowe straty w postaci ciepła.

Wzorce te występują na wszystkich poziomach troficznych i zgodnie z przewidywaniami Drugiego prawa termodynamiki, część energii, którą próbuje się przenieść z jednego poziomu na drugi, zawsze rozprasza się w postaci ciepła, którego nie można użyć.