КАКЪВ Е ЗАКОНЪТ ЗА ЕКОЛОГИЧНИЯ ДЕСЯТЪК ИЛИ 10%? - БИОЛОГИЯ - 2025

В закона за десятъка екологичен, екологично право, или на 10% повдига как енергията се движи в своя деривация от различни трофични нива. Често се спори, че този закон е просто пряко следствие от втория закон на термодинамиката.

Екологичната енергия е част от екологията, която се занимава с количествено определяне на отношенията, които сме очертали по-горе. Смята се, че Реймънд Линдеман (по-специално в своята семинарна работа от 1942 г.) е този, който е основал основите на тази област на изследване.

Фигура 1. Трофична мрежа. Източник: От Thompsma, от Wikimedia Commons

Работата му се фокусира върху концепциите за хранителната верига и мрежата и върху количественото определяне на ефективността в преноса на енергия между различните трофични нива.

Линдеман започва от инцидентната слънчева радиация или енергия, която общност получава, чрез улавяне, осъществявано от растенията чрез фотосинтеза, и продължава да наблюдава споменатото улавяне и последващата му употреба от тревопасни животни (първични потребители), след това от месоядни (вторични потребители)) и накрая от разложители.

Какъв е законът за екологичния десятък?

След пионерската работа на Линдеман се предполага, че ефективността на трофичните трансфери е около 10%; всъщност някои еколози се позовават на закон от 10%. Оттогава обаче се създават множество обърквания по този въпрос.

Със сигурност няма закон на природата, в резултат на който точно една десета от енергията да влезе в едно трофично ниво да се прехвърли на следващото.

Например, компилация от трофични проучвания (в морска и сладководна среда) разкрива, че ефективността на трансфер от трофично ниво варира приблизително между 2 и 24%, въпреки че средната стойност е 10,13%.

Като общо правило, приложимо както за водни, така и за сухоземни системи, може да се каже, че вторичната производителност от тревопасните обикновено е разположена приблизително, порядък по-малък от основната производителност, на която се основава.

Това често е последователна връзка, която се поддържа във всички системи за фураж и има тенденция да се превръща в пирамидални структури, в които основата се осигурява от растенията и на тази основа се установява по-малка част от първичните потребители, т.е. на която се основават друг (още по-малък) вторичен потребител.

Организационни нива

Всички живи същества изискват материя и енергия; има значение за изграждането на телата им и енергията за изпълнение на жизнените им функции. Това изискване не се ограничава до отделен организъм, а се разпростира на по-високи нива на биологична организация, на които тези индивиди могат да отговарят.

Тези нива на организация са:

• А биологичната популация: организми от същия вид, които живеят в една и съща специфична област.
• А биологичната общност: набор от организми от различни видове или популации, които живеят в определена област и да си взаимодействат чрез храна или трофични взаимоотношения).
• Една екосистема: най-сложните ниво на биологична организация, съставена от една общност, отнасящи се до неговото абиотични среда - вода, слънчева светлина, климата и други фактори - с която тя си взаимодейства.

Трофични нива

В една екосистема общността и околната среда установяват потоци от енергия и материя.

Организмите на дадена екосистема са групирани според „роля“ или „функция“, която изпълняват в рамките на хранителните или трофичните вериги; по този начин говорим за трофичните нива на производители, потребители и разложители.

От своя страна, всяко едно от тези трофични нива взаимодейства с физикохимичната среда, която осигурява условията за живот и в същото време действа като източник и потъва за енергия и материя.

основни понятия

Брутна и нетна първична производителност

Първо, трябва да определим първичната производителност, която е скоростта, с която се произвежда биомаса на единица площ.

Обикновено се изразява в единици енергия (джоули на квадратен метър на ден), или в единици суха органична материя (килограми на хектар годишно), или като въглерод (маса на въглерод в кг на квадратен метър годишно).

Като цяло, когато имаме предвид цялата енергия, фиксирана чрез фотосинтезата, обикновено я наричаме брутна първична производителност (PPG).

От това част се изразходва за дишане на същите автотрофи (РА) и се губи под формата на топлина. Нетното първично производство (PPN) се получава чрез изваждане на това количество от PPG (PPN = PPG-RA).

Тази нетна първична продукция (PPN) е това, което в крайна сметка е достъпно за консумация от хетеротрофи (това са бактерии, гъби и останалите животни, които познаваме).

Вторична производителност

Вторичната производителност (PS) се определя като скорост на производство на нова биомаса от хетеротрофни организми. За разлика от растенията, хетеротрофните бактерии, гъбички и животни, те не могат да направят сложните, богати на енергия съединения, от които се нуждаят, от прости молекули.

Те винаги получават материята и енергията си от растенията, което могат да направят директно, като консумират растителен материал или индиректно, като се хранят с други хетеротрофи.

По този начин растенията или фотосинтетичните организми като цяло (наричани още производители) съставят първото трофично ниво в дадена общност; първичните потребители (тези, които се хранят с производители) съставляват второто трофично ниво, а вторичните потребители (наричани също месоядни животни) съставляват третото ниво.

Ефективност на трансфера и енергийни пътища

Пропорциите на нетното първично производство, които протичат по всеки от възможните енергийни пътища, в крайна сметка зависят от ефективността на пренос, тоест от начина, по който се използва енергията и преминава от едно ниво на друго. друг.

Категории ефективност на трансфера на енергия

Има три категории на ефективност на трансфера на енергия и с тези добре дефинирани можем да прогнозираме модела на енергийния поток на трофични нива. Тези категории са: ефективност на потреблението (EC), ефективност на асимилация (EA) и ефективност на производството (EP).

Нека определим тези споменати три категории.

Математически можем да определим ефективността на потреблението (EC), както следва:

EC = I _n / P _n-1 × 100

Там, където можем да видим, че ЕС е процент от общата налична производителност (P _n-1), която е ефективно погълната от горното съседно трофично отделение (I _n).

Например, за първичните потребители в пасищната система ЕО е процентът (изразен в единици енергия и за единица време) на PPN, който се консумира от тревопасните.

Ако имахме предвид вторичните потребители, то това би било равностойно на процента на производителността на тревопасните животни, консумиран от месоядните животни. Останалите умират, без да бъдат изядени и влизат във веригата на гниене.

От друга страна, ефективността на асимилация се изразява, както следва:

EA = A _n / I _n × 100

Отново се отнасяме до процент, но този път към частта от енергията, която идва от храната и погълната в трофично отделение от потребител (I _n) и това се усвоява от храносмилателната им система (A _n).

Тази енергия ще бъде налична за растеж и за изпълнение на работата. Остатъкът (частта, която не е асимилирана) се губи с фекалиите и след това навлиза в трофичното ниво на разлагащите се.

Накрая, ефективността на производството (EP) се изразява като:

което също е процент, но в случая се отнасяме за асимилираната енергия (A _n), която в крайна сметка се включва в нова биомаса (P _n). Целият неасимилиран енергиен остатък се губи под формата на топлина по време на дишането.

Продукти като секрети и / или екскреции (богати на енергия), които са участвали в метаболитни процеси, могат да се считат за производство, P _n, и се предлагат като трупове за разградители.

Глобална ефективност на трансфера

След като дефинирахме тези три важни категории, сега можем да се запитаме за „глобалната ефективност на трансфера“ от едно трофично ниво на следващо, което просто се дава от произведението на споменатите по-рано ефективност (EC x EA x EP).

Изразено разговорно, можем да кажем, че ефективността на ниво се дава от това, което може да бъде ефективно погълнато, което след това се асимилира и в крайна сметка се включва в нова биомаса.

Къде отива загубената енергия?

Производителността на тревопасните животни винаги е по-ниска от тази на растенията, с които се хранят. Тогава бихме могли да се запитаме: Къде отива загубената енергия?

За да отговорим на този въпрос, трябва да обърнем внимание на следните факти:

1. Не цялата растителна биомаса се консумира от тревопасните животни, тъй като голяма част от тях умират и навлизат в трофичното ниво на разлагачи (бактерии, гъбички и останалите детритививори).
2. Не цялата биомаса, консумирана от тревопасните животни, нито тази на тревопасните животни, консумирани от своя страна от месоядни животни, не се асимилира и е налична за включване в биомасата на потребителя; част се губи с изпражненията и по този начин преминава към разградителите.
3. Не цялата енергия, която се усвоява, всъщност се превръща в биомаса, тъй като част от нея се губи като топлина по време на дишането.

Това се случва по две основни причини: Първо, поради факта, че няма процес на преобразуване на енергия, който да е 100% ефективен. Тоест, винаги има загуба под формата на топлина при преобразуването, което е напълно в съответствие с Втория закон на термодинамиката.

Второ, тъй като животните трябва да вършат работа, което изисква разход на енергия и това от своя страна предполага нови загуби под формата на топлина.

Тези модели се срещат на всички трофични нива и както е предвидено от Втория закон на термодинамиката, част от енергията, която човек се опитва да прехвърли от едно ниво на друго, винаги се разсейва под формата на неизползваема топлина.

Препратки

1. Caswell, H. (2005). Хранителни мрежи: От свързаност до енергетика. (H. Caswell, Ed.). Напредък в екологичните изследвания (том 36). Elsevier Ltd. pp. 209.
2. Curtis, H. et al. (2008 г.). Биология. 7-мо издание. Буенос Айрес-Аржентина: редакция Médica Panamericana. стр. 1160.
3. Кичинг, RL (2000). Хранителни мрежи и контейнерни местообитания: Естествената история и екологията на фитотелмите. Cambridge University Press. стр. 447.
4. Lindemann, RL (1942). Трофично - динамичният аспект на екологията. Екология, 23, 399-418.
5. Pascual, M., и Dunne, JA (2006). Екологични мрежи: свързване на структурата с динамиката в хранителните мрежи. (M. Pascual & JA Dunne, ред.) Институт за изследвания на Санта Фе в науките за сложност. Oxford University Press. стр. 405.