Care este legea zecilor ecologici sau 10%?

Legea privind zecimea ecologică, legea ecologică sau 10% ridică modul în care energia călătorește în derivarea sa prin diferite niveluri trofice. De asemenea, se spune adesea că această lege este pur și simplu o consecință directă a celei de a doua Legi a termodinamicii.

Energia ecologică este o parte a ecologiei care are în vedere cuantificarea relațiilor pe care le-am prezentat mai sus. Se consideră că Raymond Lindemann (în special în lucrarea seminală din 1942) a fost cel care a stabilit bazele acestui domeniu de studiu.

Lucrarea sa sa axat pe conceptele rețelei trofice și lanțului și pe cuantificarea eficienței în transferul de energie între diferitele niveluri trofice.

Lindemann pornește de la radiația solară incidentă sau de energie pe care o comunitate o primește prin capturarea făcută de plante prin fotosinteză și continuă să monitorizeze capturarea și utilizarea ulterioară de către erbivore (consumatorii primari), apoi de către carnivorele (consumatorii secundari). ) și în cele din urmă prin descompunere.

Care este legea deceniului ecologic?

În urma activității de pionierat a lui Lindemann, sa presupus că eficiența transferului trofic a fost de aproximativ 10%; de fapt, unii ecologiști au făcut referire la o lege de 10%. Cu toate acestea, de atunci, au fost generate numeroase confuzii cu privire la această problemă.

Desigur, nu există o lege a naturii care să rezulte tocmai prin faptul că o zecime din energia care intră pe un nivel trofic este cea care este transferată la următoarea.

De exemplu, o compilație de studii trofice (în mediul marin și al apei dulci) a relevat că eficiența transferului la nivel trofic a variat între aproximativ 2 și 24%, deși media era de 10, 13%.

Ca regulă generală, aplicabilă atât sistemelor acvatice, cât și celor terestre, se poate spune că productivitatea secundară a herbivorelor este situată de obicei aproximativ, cu un ordin de mărime sub productivitatea primară pe care se bazează.

Aceasta este adesea o relație consecventă care este menținută în toate sistemele de hrănire și care se întâmplă de obicei în structuri de tip piramidal, în care baza este furnizată de plante și pe această bază este bazată mai puțin pe consumatorii primari, pe care se află un alt (încă mai mic) consumator secundar.

Niveluri de organizare

Toate ființele vii necesită materie și energie; pentru a-și construi corpul și energia pentru a-și îndeplini funcțiile vitale. Această cerință nu se limitează la un organism individual, ci se extinde la niveluri mai ridicate de organizare biologică pe care acești indivizi se pot conforma.

Aceste niveluri de organizare sunt:

• O populație biologică : organisme de aceeași specie care trăiesc în aceeași zonă specifică.
• O comunitate biologică : un set de organisme de diferite specii sau populații, care trăiesc într-o anumită zonă și interacționează prin alimente sau relații trofice).
• Un ecosistem : cel mai complex nivel al organizării biologice, constituit de o comunitate legată de mediul abiotic - apa, lumina soarelui, clima și alți factori - cu care interacționează.

Nivelele trofice

Într-un ecosistem comunitatea și mediul stabilesc fluxuri de energie și de materie.

Organismele unui ecosistem sunt grupate în funcție de "rolul" sau "funcția" pe care le îndeplinesc în lanțurile alimentare sau trofice; acesta este modul în care vorbim despre nivelurile trofice ale producătorilor, consumatorilor și descompunătorilor.

La rândul lor, fiecare dintre aceste niveluri trofice interacționează cu mediul fizico-chimic care asigură condițiile pentru viață și, în același timp, acționează ca sursă și chiuvetă de energie și materie.

Concepte fundamentale

Productivitatea primară brută și netă

În primul rând, trebuie să definim productivitatea primară, care este rata la care biomasa este produsă pe unitatea de suprafață.

Acesta este de obicei exprimat în unități de energie (jouli pe metru pătrat pe zi) sau în unități de materie organică uscată (kilograme pe hectar și pe an) sau ca carbon (masa de carbon în kg pe metru pătrat pe an).

În general, când ne referim la toată energia fixată prin fotosinteză, suntem de obicei denumiți productivitatea primară grosieră (PPG).

Din aceasta, o proporție este cheltuită pentru respirația autotrofilor înșiși (RA) și se pierde sub formă de căldură. Producția primară netă (PPN) se obține prin scăderea acestei cantități din PPG (PPN = PPG-RA).

Această producție primară netă (PPN) este ceea ce este în cele din urmă disponibil pentru consum prin heterotrofe (acestea sunt bacterii, fungi și alte animale pe care le cunoaștem).

Productivitate secundară

Productivitatea secundară (PS) este definită ca rata de producție a biomasei noi de către organismele heterotrofice. Spre deosebire de plante, bacterii heterotrofice, ciuperci și animale, ele nu pot face compușii complexi, bogați în energie de care au nevoie, din molecule simple.

Ele își obțin materia și energia întotdeauna de la plante, pe care le pot face direct prin consumul de material vegetal sau indirect prin hrănirea altor heterotrofe.

În acest fel, plantele fotosintetice sau organismele în general (numite și producători), cuprind primul nivel trofic dintr-o comunitate; consumatorii primari (cei care se hrănesc cu producătorii) alcătuiesc al doilea nivel trofic, iar consumatorii secundari (numiți și carnivore) constituie al treilea nivel.

Transferul eficienței și rutelor energetice

Proporțiile producției primare nete care curg de-a lungul fiecărei căi de energie potențiale depind în cele din urmă de eficiența transferului, adică de modul în care se utilizează energia și se deplasează de la un nivel la altul. altele.

Categorii de eficiență a transferului de energie

Există trei categorii de eficiență a transferului de energie și, cu aceste bine definite, putem prezice modelul de flux energetic la nivel trofic. Aceste categorii sunt: ​​eficiența consumului (EC), eficiența asimilării (EA) și eficiența producției (EP).

Să definim acum aceste trei categorii menționate.

Din punct de vedere matematic putem defini eficiența consumului (CE) în felul următor:

EC = I _n / P _n-1 x 100

Unde putem observa că CE este un procent din productivitatea totală disponibilă ( P _n-1 ), care este ingerată efectiv de către compartimentul trofic contient superior ( I _n ).

De exemplu, pentru consumatorii primari din sistemul de pășunat, CE reprezintă procentajul (exprimat în unități de energie și per unitate de timp) al PPN consumat de erbivore.

Dacă ne referim la consumatorii secundari, ar fi echivalent cu procentul de productivitate al erbivorelor consumate de carnivore. Restul moare fără a fi mâncat și intră în lanțul de descompunere.

Pe de altă parte, eficiența asimilării este exprimată după cum urmează:

EA = A _n / I _n × 100

Din nou, ne referim la un procent, dar de data aceasta la partea de energie care vine din alimente, și ingerat într-un compartiment trofic de către un consumator ( I _n ) și care este asimilat de sistemul său digestiv ( A _n ).

Energia menționată va fi disponibilă pentru creșterea și pentru executarea lucrărilor. Restul (partea neasimilată) se pierde cu fecalele și apoi intră în nivelul trofic al descompunătorilor.

În cele din urmă, eficiența producției (PE) este exprimată ca:

EP = P _n / A _n × 100

care este de asemenea un procent, dar în acest caz ne referim la energia asimilată ( A _n ) care sfârșește prin a fi încorporată în biomasa nouă ( P _n ). Toate rămășițele energetice neasimilare sunt pierdute sub formă de căldură în timpul respirației.

Produse cum ar fi secrețiile și / sau excrețiile (bogate în energie), care au participat la procesele metabolice, pot fi considerate ca producție, P _n, și sunt disponibile, ca cadavre, pentru descompunere.

Eficiența transferului global

După ce am definit aceste trei categorii importante, putem să ne întrebăm acum despre "eficiența transferului global" de la un nivel trofic la altul, care este pur și simplu dată de produsul eficienței menționate mai sus ( EC x EA x EP ).

Exprimată în mod colocvial, putem spune că eficiența unui nivel este dată de ceea ce poate fi ingerat în mod eficient, care este apoi asimilat și ajunge să fie încorporat în noua biomasă.

Unde merge energia pierdută?

Productivitatea erbivorelor este întotdeauna mai scăzută decât cea a plantelor din care se hrănesc. Am putea întreba: Unde merge energia pierdută?

Pentru a răspunde la această întrebare, trebuie să atragem atenția asupra următoarelor fapte:

1. Nu întreaga biomasă a plantelor este consumată de erbivore, în măsura în care moare și intră în nivelul trofic al descompunătorilor (bacterii, ciuperci și restul detritivores).
2. Nu toată biomasa consumată de erbivore și nici erbivorele consumate la rândul lor de către carnivore sunt asimilate și sunt disponibile pentru a fi încorporate în biomasa consumatorului; o parte se pierde cu fecalele și astfel trece la descompunere.
3. Nu toată energia care vine să fie asimilată devine de fapt biomasă, deoarece o parte se pierde sub formă de căldură în timpul respirației.

Acest lucru se întâmplă din două motive de bază: În primul rând, datorită faptului că nu există nici un proces de conversie a energiei care să fie 100% eficient. Asta înseamnă că există întotdeauna o pierdere sub forma căldurii în convertire, care este în perfectă concordanță cu a doua lege a termodinamicii.

În al doilea rând, deoarece animalele trebuie să efectueze o muncă, care necesită cheltuieli energetice și, la rândul lor, implică pierderi noi sub formă de căldură.

Aceste modele apar la toate nivelele trofice și, așa cum este prevăzut de a doua lege a termodinamicii, o parte a energiei care este încercată să treacă de la un nivel la altul, se disipă întotdeauna sub formă de căldură care nu este utilizabilă.