2 Modellen van de stroom van energie in een ecosysteem (met diagram) - Uitgelegd!

Stroom van energie kan worden verklaard aan de hand van twee modellen, namelijk: energiemodel met één kanaal en Y-vormig energiemodel.

1. Single-channel energiemodellen:

Het principe van voedselketens en de werking van de twee wetten van de thermodynamica kan beter worden verduidelijkt aan de hand van energiedoorstromingsdiagrammen weergegeven in figuren 1. 3 en 1. 4.

Zoals weergegeven in afbeelding 1.3 van de totale inkomende zonnestraling (118.872 gcal / cm2 / jaar), blijven 118.761 gcal / cm2 / jaar onbenut en dus is de bruto productie (netto productie plus ademhaling) door autotrofen 111 gcal / cm2 / jaar met een efficiëntie van energie-opname van 0, 1 0 procent. Er kan ook worden opgemerkt dat 21 procent van deze energie of 23 gcal / cm2 / jaar wordt verbruikt in metabole reacties van autotrofen voor hun groei, ontwikkeling, onderhoud en reproductie.

Verder kan worden gezien dat 15 gcal / cm2 / jaar worden geconsumeerd door herbivoren die grazen of zich voeden met autotrofen - dit komt neer op 17 procent van de netto autotrofeproductie.

Ontleding (3 gcal / cm ² jaar) is goed voor ongeveer 3, 4 procent van de netto productie. De rest van het plantenmateriaal, 70 gcal / cm2 / jaar of 79, 5 procent van de netto productie, wordt helemaal niet gebruikt, maar wordt onderdeel van de zich ophopende sedimenten. Het is duidelijk dat er dan veel meer energie beschikbaar is voor herbivore dan wordt geconsumeerd.

Er kan ook worden opgemerkt dat verschillende verlieswegen equivalent zijn aan een rekening voor energie-opname van de autotrofen, dwz de bruto productie. Ook zijn de drie bovenste 'lot' (ontbinding, herbivoor en niet gebruikt) gelijk aan de netto productie, van de totale energie opgenomen op het niveau van de herbivoren, dwz 15 gcal.cm ² / yr, 30 percent of 4.5 gcal / cm ² / jr wordt gebruikt in metabole reacties. Er is dus aanzienlijk meer energie verloren via de ademhaling door herbivoren (30 procent) dan door autotrofen (21 procent).

Opnieuw is er aanzienlijke energie beschikbaar voor de carnivoren, namelijk 10, 5 gcal / cm2 / jaar of 70 procent, die niet volledig wordt gebruikt; in feite passeert slechts 3, 0 gcal / cm2 / jaar of 28, 6 procent van de netto productie aan de carnivoren. Dit is efficiënter gebruik van hulpbronnen dan gebeurt op autotrof herbivoor overdrachtsniveau.

Op carnivoor niveau wordt ongeveer 60 procent van de energie-inname van carnivoren geconsumeerd in metabole activiteit en de rest wordt een deel van de niet-gebruikte sedimenten; slechts een onbeduidend bedrag is jaarlijks onderworpen aan een decompositie. Dit hoge ademhalingsverlies is in vergelijking met 30 procent door herbivoren en 21 procent door autotrofen in dit ecosysteem.

Uit het energiestromingsdiagram getoond in Figuur 1.3, worden twee dingen duidelijk. Ten eerste is er eenrichtingsverkeer waarlangs energie beweegt (unidirectionele stroom van energie). De energie die wordt gevangen door de autotrophs keert niet terug naar de input van de zon; wat doorgaat naar de herbivoren gaat niet terug naar de autotrofen. Naarmate het progressief door de verschillende trofische niveaus gaat, is het niet langer beschikbaar op het vorige niveau. Dus als gevolg van eenrichtingsverkeer van energie, zou het systeem instorten als de primaire bron, de zon, werd afgesneden.

Ten tweede treedt er een progressieve afname van het energieniveau op elk trofisch niveau op. Dit wordt grotendeels verklaard door de energie die wordt gedissipeerd als warmte in metabole activiteiten en die hier wordt gemeten als ademhalingsgekoppeld, met niet-gebruikte energie. In de bovenstaande figuur geven de "kaders" de trofische niveaus weer en geven de 'pijpleidingen' de energiestroom weer in en uit elk niveau.

Energie stroomt balansuitstromen in zoals vereist door de eerste wet van de thermodynamica, en energieoverdracht gaat gepaard met spreiding van energie in niet-beschikbare warmte (dwz ademhaling) zoals vereist door de tweede wet. Figuur 1. 4 toont een zeer vereenvoudigd energiestromingsmodel van drie tropische niveaus, waaruit duidelijk wordt dat de energiestroom sterk wordt verminderd op elk opeenvolgend trofisch niveau van producenten tot herbivoren en vervolgens tot carnivoren.

Bij elke overdracht van energie van het ene niveau naar het andere gaat dus een groot deel van de energie verloren als warmte of een andere vorm. Er is een opeenvolgende vermindering van de energiestroom, of we deze nu beschouwen als de totale stroom (dwz totale energie-input en totale assimilatie) of secundaire productie- en ademhalingscomponenten. Van de 3000 Kcal totaal licht die op de groene planten valt, wordt dus ongeveer 50 procent (1500 Kcal) geabsorbeerd, waarvan slechts 1 procent (15 Kcal) op het eerste trofische niveau wordt omgezet.

De netto primaire productie is dus slechts 15 Kcal. Secundaire productiviteit (P2 en P3 in het diagram) heeft de neiging om ongeveer 10 procent te zijn bij opeenvolgende consumententrofische niveaus, dwz herbivoren en carnivoren, hoewel de efficiëntie soms hoger kan zijn, zoals 20 procent, op het carnivoorniveau zoals weergegeven (of P3 = 0, 3 Kcal) in het diagram.

Het wordt duidelijk uit de figuren 1.3 en 1.4 dat er een opeenvolgende vermindering is in de energiestroom op opeenvolgende trofische niveaus. Aldus korter de voedselketen, zou groter de beschikbare voedselenergie zijn aangezien met een verhoging van de lengte van voedselketen er corresponderend meer verlies van energie is.

2. Y-vormige energiestroommodellen:

Het Y-vormige model geeft verder aan dat de twee voedselketens, namelijk de graasvoedselketen en de voedselketen van de voedselresten, in feite onder natuurlijke omstandigheden niet volledig van elkaar zijn geïsoleerd. De begrazingsvoedselketen, beginnend met groene plantbasis, gaat naar herbivoren en de voedselketen van het afval begint met dode organische stoffen, die door microben worden bewerkt en vervolgens worden overgebracht naar detritivoren en hun consumenten.

Zo worden dode lichamen van kleine dieren die ooit deel uitmaakten van de graasketen, opgenomen in de voedselketen van het afval, evenals de uitwerpselen van grazende voedseldieren. Functioneel gezien is het onderscheid tussen beide gebaseerd op tijdsverlies tussen de directe consumptie van levende planten en het uiteindelijke gebruik van dood organisch materiaal. Het belang van de twee voedselketens kan verschillen in verschillende ecosystemen, in sommige weilanden is het belangrijker, in andere is afval een belangrijk pad.

Het belangrijke punt in het Y-vormige model is dat de twee voedselketens niet van elkaar geïsoleerd zijn. Dit Y-vormige model is een meer realistisch en praktisch werkmodel dan het enkelkanaalsmodel, omdat

(i) het bevestigt de gestratificeerde structuur van ecosystemen,

(ii) het scheidt de begrazing en detritusketens (directe consumptie van levende planten en gebruik van dode organische stof respectievelijk) in zowel tijd als ruimte, en

(iii) dat de micro-consumenten (absorberende bacteriën, schimmels) en de macro-consumenten (fagotrofe dieren) sterk van elkaar verschillen in metabolisme-relaties. (EP> Odum, 1983).

Het moet echter worden onthouden dat deze modellen het basispatroon van energiestromen in ecosystemen weergeven. In de praktijk zijn de organismen, onder natuurlijke omstandigheden, onderling verbonden op een manier dat verschillende voedselketens in elkaar grijpen in een complex voedselweb. We hebben al verwezen naar voedselwebben in graslanden en in vijverecosystemen. De complexiteit van voedselweb hangt af van de lengte van de voedselketens.

Dus in de natuur is er sprake van meerkanaals energiestromen, maar hierin behoren de kanalen tot een van de twee basisvoedselketens, dat wil zeggen, ofwel een begrazingsketen of een voedselketen met afval. Een ineengrijpend patroon van dergelijke verschillende ketens in het voedselweb van een ecosysteem zou leiden tot een meerkanaals stroom van energie. Dus in de praktijk kunnen we onder veldomstandigheden problemen ondervinden bij het meten van de energetische waarde van het ecosysteem.