KAKŠEN JE ZAKON O EKOLOŠKEM DESETINI ALI 10%? - BIOLOGIJA - 2026

Zakon desetine ekološko , okoljsko zakonodajo ali 10% postavlja kako energija potuje v svoji izpeljavi s strani različnih prehranjevalnih ravni. Prav tako se pogosto trdi, da je ta zakon zgolj neposredna posledica drugega zakona termodinamike.

Ekološka energija je del ekologije, ki se ukvarja s količinsko opredelitvijo odnosov, ki smo jih opisali zgoraj. Šteje se, da je bil Raymond Lindemann (natančneje v svojem seminarskem delu iz leta 1942) tisti, ki je postavil temelje tega študijskega področja.

Slika 1. Trofična mreža. Vir: avtor Thompsma, iz Wikimedia Commons

Njegovo delo se je osredotočilo na koncepte prehranske verige in spleta ter na količinsko opredelitev učinkovitosti prenosa energije med različnimi trofičnimi nivoji.

Lindemann izhaja iz sončnega sevanja ali energije, ki jo dobi skupnost, z zajemom rastlin s fotosintezo in nadzira ta zajem in njegovo nadaljnjo uporabo rastlinojedi (primarni potrošniki), nato mesojedi (sekundarni porabniki) ) in končno po razdelilcih.

Kaj je zakon o ekološkem desetini?

Po pionirskem delu Lindemanna je bilo pričakovano, da je učinkovitost trofičnih prenosov približno 10%; v resnici so se nekateri ekologi sklicevali na 10-odstoten zakon. Toda od takrat se je v zvezi s tem vprašanjem ustvarilo večkratno zmedo.

Zagotovo ni nobenega zakona narave, ki bi povzročil, da se natančno desetina energije, ki vstopi na eno trofično raven, prenese na drugo.

Na primer, priprava trofičnih raziskav (v morskem in sladkovodnem okolju) je pokazala, da se učinkovitost prenosa glede na trofično raven giblje med približno 2 in 24%, čeprav je bila povprečna 10,13%.

Kot splošno pravilo, ki velja tako za vodne kot kopenske sisteme, lahko rečemo, da je sekundarna produktivnost rastlinojedih ponavadi približno približno enaka velikosti, ki je manjša od primarne produktivnosti, na kateri temelji.

To je pogosto dosledno razmerje, ki se vzdržuje v vseh sistemih krmljenja in ponavadi postanejo piramidalne strukture, v katerih osnovo zagotavljajo rastline in na tej osnovi je vzpostavljen manjši od primarnih potrošnikov, na katerem temelji drug (še manjši) sekundarni potrošnik.

Organizacijski nivoji

Vsa živa bitja zahtevajo materijo in energijo; pomembna je za izgradnjo njihovih teles in energijo za izvajanje njihovih življenjskih funkcij. Ta zahteva ni omejena na posamezen organizem, ampak sega tudi na višje ravni biološke organizacije, ki jim lahko ti posamezniki ustrezajo.

Te stopnje organizacije so:

• Biološka populacija : organizmi iste vrste, ki živijo v istem določenem območju.
• Biološko skupnost : skupek organizmov različnih vrst ali populacij, ki živijo na določenem območju in interakcijo s hrano ali prehranjevalnih odnosov).
• Ekosistem : najbolj kompleksno raven biološke organizacije, sestavljen iz skupnosti, v zvezi z njeno neživim okoljem - vodo, sončno svetlobo, klimo in drugih dejavnikov -, s katerimi sodeluje.

Trofične ravni

V ekosistemu skupnost in okolje vzpostavljata pretok energije in snovi.

Organizmi ekosistema so razvrščeni glede na "vlogo" ali "funkcijo", ki jo izpolnjujejo znotraj prehrambenih ali trofičnih verig; tako govorimo o trofičnih ravneh proizvajalcev, potrošnikov in razkrojev.

Vsaka od teh trofičnih stopenj je v interakciji s fizikalno-kemijskim okoljem, ki zagotavlja pogoje za življenje in hkrati deluje kot vir in umiva energijo in materijo.

temeljni pojmi

Bruto in neto primarna produktivnost

Najprej moramo opredeliti primarno produktivnost, to je hitrost proizvodnje biomase na enoto površine.

Ponavadi se izrazi v enotah energije (Joules na kvadratni meter na dan) ali v enotah suhe organske snovi (kilogrami na hektar na leto) ali kot ogljik (masa ogljika v kg na kvadratni meter na leto).

Na splošno, ko se sklicujemo na vso energijo, ki jo fiksira fotosinteza, jo običajno imenujemo bruto primarna produktivnost (PPG).

Od tega se delež porabi za dihanje samih avtotrofov (RA) in se izgubi v obliki toplote. Čista primarna proizvodnja (PPN) se pridobi z odštevanjem te količine od PPG (PPN = PPG-RA).

Ta neto primarna proizvodnja (PPN) je tisto, kar je na koncu na voljo za uživanje heterotrofov (to so bakterije, glive in ostale živali, ki jih poznamo).

Sekundarna produktivnost

Sekundarna produktivnost (PS) je opredeljena kot stopnja proizvodnje nove biomase s strani heterotrofnih organizmov. Za razliko od rastlin, heterotrofnih bakterij, gliv in živali, ne morejo iz preprostih molekul narediti zapletenih, energijsko bogatih spojin.

Svojo snov in energijo vedno pridobivajo iz rastlin, kar lahko storijo neposredno z uživanjem rastlinskega materiala ali posredno s hranjenjem z drugimi heterotrofi.

Na ta način rastline ali fotosintetski organizmi na splošno (imenovani tudi proizvajalci) sestavljajo prvo trofično raven v skupnosti; primarni potrošniki (tisti, ki se prehranjujejo s proizvajalci) sestavljajo drugo trofično raven, sekundarni potrošniki (imenovani tudi mesojede) pa tretjo raven.

Učinkovitost prenosa in pot energije

Delež neto primarne proizvodnje, ki teče po vsaki možni poti energije, je na koncu odvisen od učinkovitosti prenosa, torej od načina uporabe energije in prehajanja z ene ravni na drugo. drugo.

Kategorije učinkovitosti prenosa energije

Obstajajo tri kategorije učinkovitosti prenosa energije in s temi dobro opredeljenimi lahko napovedujemo vzorec pretoka energije na trofičnih nivojih. Te kategorije so: učinkovitost porabe (EC), učinkovitost asimilacije (EA) in proizvodna učinkovitost (EP).

Opredelimo zdaj omenjene tri kategorije.

Matematično lahko določimo učinkovitost porabe (EC) na naslednji način:

EC = I _n / P _n-1 × 100

Kjer lahko vidimo, da je EC odstotek celotne razpoložljive produktivnosti (P _n-1 ), ki jo učinkovito zaužije zgornji sosednji trofični del (I _n ).

Na primer, za primarne porabnike v pašnem sistemu je EC odstotek (izražen v enotah energije in na enoto časa) PPN, ki ga porabijo rastlinojede.

Če bi govorili o sekundarnih porabnikih, bi bil to enak odstotku produktivnosti rastlinojedih živali, ki jih porabijo mesojedci. Ostali umrejo, ne da bi jih pojedli in vstopijo v verigo propadanja.

Po drugi strani se učinkovitost asimilacije izrazi na naslednji način:

EA = A _n / I _n × 100

Ponovno se nanašamo na odstotek, tokrat pa na del energije, ki izvira iz hrane in jo porabnik (I _n ) zaužije v trofičnem oddelku, in to asimilira njihov prebavni sistem (A _n ).

Ta energija bo tista, ki je na voljo za rast in izvajanje del. Preostanek (del, ki ni asimiliran) se izgubi z blatom in nato vstopi v trofično raven razkrojev.

Končno je učinkovitost proizvodnje (EP) izražena kot:

kar je tudi odstotek, vendar se v tem primeru sklicujemo na asimilirano energijo (A _n ), ki se na koncu vključi v novo biomaso (P _n ). Ves neprilagojeni energijski ostanek se med dihanjem izgubi v obliki toplote.

Proizvodi, kot so izločki in / ali izločki (bogati z energijo), ki sodelujejo v presnovnih procesih, se lahko štejejo za proizvodnjo, P _n , in so na voljo kot trupla za razgradnike.

Globalna učinkovitost prenosa

Ko smo opredelili te tri pomembne kategorije, se lahko zdaj vprašamo o "globalni učinkovitosti prenosa" z ene trofične na drugo, ki jo preprosto poda produkt prej omenjene učinkovitosti (EC x EA x EP).

Povedano pogovorno, lahko rečemo, da učinkovitost ravni daje tisto, kar je mogoče učinkovito zaužiti, ki se nato asimilira in na koncu vključi v novo biomaso.

Kam gre izgubljena energija?

Produktivnost rastlinojedih je vedno nižja kot pri rastlinah, s katerimi se hranijo. Nato bi se lahko vprašali: kam gre izgubljena energija?

Za odgovor na to vprašanje moramo opozoriti na naslednja dejstva:

1. Zeliščarji ne porabijo vse rastlinske biomase, saj jih večina odmre in vstopi v trofično raven razkrojev (bakterije, glive in preostali detritivores).
2. Niti vsa biomasa, ki jo porabijo rastlinojede živali, niti rastlinojede živali, ki jo pokončno porabijo mesojedci, ni asimilirana in je na voljo za vključitev v biomaso potrošnika; del se izgubi z blatom in tako preide na razkrojevalce.
3. Vsa energija, ki se asimilira, se dejansko pretvori v biomaso, saj se nekaj izgubi kot toplota med dihanjem.

To se zgodi iz dveh osnovnih razlogov: prvič, ker ne obstaja noben postopek pretvorbe energije, ki bi bil stoodstotno učinkovit. To pomeni, da pri pretvorbi vedno obstaja izguba v obliki toplote, ki je popolnoma v skladu z drugim zakonom termodinamike.

Drugič, ker morajo živali opravljati delo, kar zahteva porabo energije, kar posledično pomeni nove izgube v obliki toplote.

Ti vzorci se pojavljajo na vseh trofičnih nivojih, in kot predvideva Drugi zakon termodinamike, se del energije, ki jo poskuša prenašati z ene ravni na drugo, vedno razblini v obliki neuporabne toplote.

Reference

1. Caswell, H. (2005). Prehrambene mreže: od povezljivosti do energetike. (H. Caswell, ur.). Napredek na področju ekoloških raziskav (letnik 36). Elsevier Ltd. pp. 209.
2. Curtis, H. et al. (2008). Biologija. 7. izdaja Buenos Aires-Argentina: Uredništvo Médica Panamericana. pp 1160.
3. Kičing, RL (2000). Prehrambene mreže in kontejnerski habitati: Naravna zgodovina in ekologija fitotelmata. Cambridge University Press. pp 447.
4. Lindemann, RL (1942). Trofično - dinamični vidik ekologije. Ekologija, 23, 399–418.
5. Pascual, M., in Dunne, JA (2006). Ekološke mreže: povezovanje strukture z dinamiko v živilskih mrežah. (M. Pascual in JA Dunne, izd.) Inštitut Santa Fe in Science of Complex. Oxford University Press. pp 405.