ЯКИЙ ЗАКОН ЕКОЛОГІЧНОЇ ДЕСЯТИНИ ЧИ 10%? - БІОЛОГІЯ - 2025

Закон десятини екологічне , екологічне права або на 10% підвищує , як енергія рухається в своєму висновку різних трофічних рівнів. Також часто доводиться, що цей Закон є просто прямим наслідком другого Закону термодинаміки.

Екологічна енергія - це частина екології, яка займається кількісним визначенням відносин, які ми окреслили вище. Вважається, що Реймонд Ліндеманн (конкретно у своїй напівальній роботі 1942 р.) Був тим, хто встановив основи цієї галузі дослідження.

Рисунок 1. Трофічна мережа. Джерело: Автор Томпсма, з Вікісховища

Його робота була зосереджена на концепціях харчового ланцюга та Інтернету, а також на кількісному оцінці ефективності передачі енергії між різними трофічними рівнями.

Ліндеман починається від сонячної радіації, що потрапляє, або енергії, яку отримує громада, через захоплення, здійснюваного рослинами шляхом фотосинтезу, і продовжує стежити за цим захопленням та його подальшим використанням травоїдними тваринами (первинними споживачами), потім хижаками (вторинними споживачами). ) і нарешті розкладачами.

Що таке закон про екологічну десятину?

Після піонерської роботи Ліндемана, ефективність трофічної передачі передбачалася приблизно 10%; насправді деякі екологи посилаються на закон у розмірі 10%. Однак з тих пір виникло багаторазове замішання щодо цього питання.

Звичайно, не існує закону природи, в результаті якого точно одна десята частина енергії, що надходить на один трофічний рівень, переноситься на інший.

Наприклад, збірка трофічних досліджень (у морських та прісноводних середовищах) виявила, що ефективність переносу за рівнем трофіки коливається приблизно від 2 до 24%, хоча середнє значення становило 10,13%.

Як правило, застосовне як до водних, так і до наземних систем, можна сказати, що вторинна продуктивність травоїдних тварин зазвичай розташована приблизно на порядок нижче первинної продуктивності, на якій вона базується.

Це часто послідовний взаємозв'язок, який підтримується у всіх системах годівлі і має тенденцію перетворюватися на пірамідальні структури, в яких база забезпечується рослинами, і на цій основі встановлюється менша частина первинних споживачів, на якій базуються ще (навіть менші) вторинні споживачі.

Організаційний рівень

Все живе потребує матерії та енергії; має значення для побудови їхніх тіл та енергії для здійснення їх життєвих функцій. Ця вимога не обмежується окремим організмом, а поширюється на більш високі рівні біологічної організації, яким ці особи можуть відповідати.

Такі рівні організації:

• Біологічна популяція : організми одного виду , які живуть в одній і тій же конкретній галузі.
• Біологічне співтовариство : сукупність організмів різних видів або популяцій, що мешкають на певній території і взаємодіють через їжу або трофічних відносин).
• Екосистема : найскладніший рівень біологічної організації, в склад співтовариства , пов'язаного з її абіотичного середовища - води, сонячного світла, клімату та інших факторів , - з якими він взаємодіє.

Трофічні рівні

В екосистемі громада та навколишнє середовище встановлюють потоки енергії та речовини.

Організми екосистеми групуються за "роллю" або "функцією", яку вони виконують у харчових або трофічних ланцюгах; саме так ми говоримо про трофічні рівні виробників, споживачів та розкладачів.

У свою чергу, кожен з цих трофічних рівнів взаємодіє з фізико-хімічним середовищем, яке забезпечує умови для життя і, в той же час, виступає джерелом і раковиною енергії та матерії.

фундаментальні поняття

Валова та чиста первинна продуктивність

По-перше, ми повинні визначити первинну продуктивність, яка є швидкістю виробництва біомаси на одиницю площі.

Зазвичай він виражається в одиницях енергії (джоулів на квадратний метр на добу), або в одиницях сухої органічної речовини (кілограми на гектар на рік), або у вигляді вуглецю (маса вуглецю в кг на квадратний метр на рік).

Загалом, коли ми маємо на увазі всю енергію, фіксовану фотосинтезом, ми зазвичай називаємо її валовою первинною продуктивністю (ППГ).

З цього частка витрачається на дихання самих автотрофів (РА) і втрачається у вигляді тепла. Чисте первинне виробництво (PPN) отримується шляхом віднімання цієї кількості від PPG (PPN = PPG-RA).

Це чисте первинне виробництво (PPN) - це те, що в кінцевому рахунку доступне для споживання гетеротрофами (це бактерії, гриби та решта тварин, яких ми знаємо).

Вторинна продуктивність

Вторинна продуктивність (ПС) визначається як швидкість виробництва нової біомаси гетеротрофними організмами. На відміну від рослин, гетеротрофних бактерій, грибів та тварин, вони не можуть зробити з простих молекул складні енергетично багаті сполуки.

Вони завжди отримують свою речовину та енергію від рослин, що вони можуть робити безпосередньо, споживаючи рослинний матеріал або опосередковано, харчуючись іншими гетеротрофами.

Саме таким чином рослини або фотосинтетичні організми взагалі (їх також називають виробниками) складають перший трофічний рівень у громаді; первинні споживачі (ті, хто харчується виробниками) складають другий трофічний рівень, а вторинні споживачі (їх також називають м’ясоїдними), складають третій рівень.

Ефективність передачі та енергетичні шляхи

Пропорції чистого первинного виробництва, що протікають по кожному з можливих енергетичних шляхів, в кінцевому рахунку залежать від ефективності передачі, тобто від способу використання енергії та передачі з одного рівня на інший. інший.

Категорії ефективності передачі енергії

Існує три категорії ефективності передачі енергії, і, цілком чітко визначені, ми можемо передбачити закономірність потоку енергії на трофічних рівнях. До таких категорій відносяться: ефективність споживання (ЕК), ефективність асиміляції (ЕА) та ефективність виробництва (ЕП).

Давайте визначимо ці три згадані категорії.

Математично ми можемо визначити ефективність споживання (EC) таким чином:

EC = I _n / P _n-1 × 100

Де ми можемо бачити, що ЄС - це відсоток від загальної доступної продуктивності (P _n-1 ), який ефективно поглинається верхнім суміжним трофічним відділенням (I _n ).

Наприклад, для первинних споживачів у пасовищній системі ЄС - це відсоток (виражений в одиницях енергії та за одиницю часу) ППН, який споживається травоїдними тваринами.

Якби ми мали на увазі вторинних споживачів, то це було б еквівалентно відсотку продуктивності травоїдних тварин, споживаних м’ясоїдними тваринами. Решта гинуть, не будучи з'їденими, і входять у ланцюг розпаду.

З іншого боку, ефективність засвоєння виражається так:

EA = A _n / I _n × 100

Знову ми посилаємось на відсоток, але цього разу на ту частину енергії, яка надходить з їжею, і споживана в трофічному відділенні споживачем (I _n ), і засвоюється їх травною системою (A _n ).

Ця енергія буде такою, яка доступна для зростання та виконання робіт. Решта (частина, що не засвоюється), втрачається разом з фекаліями, а потім надходить на трофічний рівень розкладачів.

Нарешті, ефективність виробництва (ЕП) виражається як:

що також є відсотком, але в цьому випадку ми маємо на увазі асимільовану енергію (A _n ), яка в кінцевому підсумку включається в нову біомасу (P _n ). Весь несимільований енергетичний залишок втрачається як тепло під час дихання.

Такі продукти, як виділення та / або виділення (багаті енергією), які брали участь у обмінних процесах, можуть розглядатися як виробничі, P _n , і доступні, як трупи, для розкладачів.

Глобальна ефективність передачі

Визначивши ці три важливі категорії, тепер ми можемо запитати себе про "глобальну ефективність передачі" від одного трофічного рівня до іншого, який просто задається добутком згаданої раніше ефективності (EC x EA x EP).

Висловлюючись розмовно, можна сказати, що ефективність рівня визначається тим, що можна ефективно поглинати, що потім засвоюється і в кінцевому підсумку включається в нову біомасу.

Куди йде загублена енергія?

Продуктивність травоїдних тварин завжди нижча, ніж у рослин, якими вони харчуються. Тоді ми могли б запитати себе: куди йде втрачена енергія?

Щоб відповісти на це запитання, ми повинні звернути увагу на такі факти:

1. Не вся рослинна біомаса споживається травоїдними тваринами, оскільки значна частина їх гине і потрапляє в трофічний рівень розкладачів (бактерій, грибів та решти детрітіворі).
2. Не вся біомаса, яка споживається травоїдними тваринами, а також травоїдні тварини, які споживаються в свою чергу хижаками, не засвоюється і є доступною для включення в біомасу споживача; частина втрачається з фекаліями і, таким чином, переходить до розкладачів.
3. Не вся енергія, яка засвоюється, насправді перетворюється на біомасу, оскільки частина її втрачається як тепло під час дихання.

Це відбувається з двох основних причин: По-перше, через те, що не існує процесу перетворення енергії, який би був на 100% ефективним. Тобто, завжди є втрати у вигляді тепла при перетворенні, що цілком відповідає Другому закону термодинаміки.

По-друге, оскільки тваринам потрібно виконувати роботу, яка вимагає витрат енергії, а це, в свою чергу, означає нові втрати у вигляді тепла.

Ці закономірності трапляються на всіх трофічних рівнях, і, як передбачає Другий закон термодинаміки, частина енергії, яку намагаються перенести з одного рівня на інший, завжди розсіюється у вигляді непридатного тепла.

Список літератури

1. Caswell, H. (2005). Харчові мережі: від підключення до енергетики. (Х. Касвелл, ред.). Успіхи екологічних досліджень (т. 36). Elsevier Ltd. pp. 209.
2. Curtis, H. та ін. (2008). Біологія. 7-е видання. Буенос-Айрес-Аргентина: Редакція Médica Panamericana. pp. 1160 рік.
3. Кітчінг, Р.Л. (2000). Продовольчі павутини та місця існування контейнерів: природна історія та екологія фітотельмати. Cambridge University Press. pp. 447.
4. Ліндеман, Р.Л. (1942). Трофічно - динамічний аспект екології. Екологія, 23, 399-418.
5. Паскуаль, М., і Данн, JA (2006). Екологічні мережі: зв'язок структури з динамікою в харчових мережах. (M. Pascual & JA Dunne, ред.) Інститут досліджень Санта-Фе в науках про складність. Oxford University Press. pp. 405.