2 Modelle des Energieflusses in einem Ökosystem (mit Diagramm) - erklärt!
Der Energiefluss kann anhand zweier Modelle erläutert werden: Einkanal-Energiemodell und Y-förmiges Energiemodell.
1. Einkanal-Energiemodelle:
Das Prinzip der Nahrungskette und das Funktionieren der beiden Gesetze der Thermodynamik kann anhand der in den Abbildungen 1, 3 und 1 dargestellten Energieflussdiagramme besser verdeutlicht werden. 4.
Wie in Abbildung 1.3 gezeigt, bleiben von der insgesamt einfallenden Sonnenstrahlung (118.872 gcal / cm2 / Jahr) 118.761 gcal / cm2 / Jahr ungenutzt, so dass die Bruttoproduktion (Nettoproduktion plus Atmung) nach Autotrophen 111 gcal / cm2 / beträgt. Jahr mit einer Effizienz der Energieerfassung von 0, 1 0 Prozent. Es kann auch bemerkt werden, dass 21 Prozent dieser Energie oder 23 gcal / cm2 / Jahr in Stoffwechselreaktionen von Autotrophen für ihr Wachstum, ihre Entwicklung, ihren Erhalt und ihre Reproduktion verbraucht werden.
Es ist ferner ersichtlich, dass 15 gcal / cm 2 / Jahr von Herbivoren verbraucht werden, die auf Autotrophs grasen oder sich ernähren - dies entspricht 17 Prozent der Nettoautotrophenproduktion.
Die Zersetzung (3 gcal / cm 2 Jahr) macht etwa 3, 4 Prozent der Nettoproduktion aus. Der Rest des Pflanzenmaterials, 70 gcal / cm 2 / Jahr oder 79, 5 Prozent der Nettoproduktion, wird überhaupt nicht genutzt, sondern wird Teil der anfallenden Sedimente. Es ist offensichtlich, dass dann viel mehr Energie für Pflanzenfresser zur Verfügung steht als verbraucht wird.
Es sei auch darauf hingewiesen, dass verschiedene Verlustwege einer Rechnung für die Energieaufnahme der Autotrophen entsprechen, dh der Bruttoproduktion. Insgesamt sind die drei oberen "Schicksale" (Zersetzung, Pflanzenfresser und nicht verwendet) der Nettoproduktion der Gesamtenergie auf der Ebene der Pflanzenfresser gleichwertig, dh 15 gcal · cm 2 / Jahr, 30 Prozent oder 4, 5 gcal / cm 2 / yr wird bei Stoffwechselreaktionen verwendet. So geht durch die Atmung von Pflanzenfressern (30 Prozent) wesentlich mehr Energie verloren als durch Autotrophe (21 Prozent).
Wieder steht den Fleischfressern beträchtliche Energie zur Verfügung, nämlich 10, 5 gcal / cm 2 / Jahr oder 70 Prozent, die nicht vollständig genutzt wird; Tatsächlich gehen nur 3, 0 gcal / cm 2 / Jahr oder 28, 6 Prozent der Nettoproduktion auf die Fleischfresser über. Dies ist eine effizientere Ressourcennutzung, als dies bei der Übertragung von autotrophen Pflanzenfressern der Fall ist.
Auf der Ebene des Fleischfressers werden etwa 60 Prozent der Energieaufnahme der Fleischfresser in Stoffwechselaktivitäten verbraucht und der Rest wird Teil der nicht genutzten Sedimente. nur eine unwesentliche Menge wird jährlich zersetzt. Dieser hohe respiratorische Verlust wird von 30% bei Pflanzenfressern und 21% bei Autotrophen in diesem Ökosystem verglichen.
Aus dem in Abbildung 1.3 dargestellten Energieflussdiagramm werden zwei Dinge klar. Erstens gibt es eine Einbahnstraße, entlang der sich Energie bewegt (unidirektionaler Energiefluss). Die Energie, die von den Autotrophen aufgenommen wird, kehrt nicht zum Sonneneintrag zurück. was zu den Pflanzenfressern übergeht, geht nicht in die Autotrophe über. Da es sich schrittweise durch die verschiedenen trophischen Ebenen bewegt, steht es der vorherigen Ebene nicht mehr zur Verfügung. Aufgrund des Einwegflusses der Energie würde das System zusammenbrechen, wenn die primäre Quelle, die Sonne, abgeschnitten würde.
Zweitens tritt bei jedem trophischen Niveau eine progressive Abnahme des Energieniveaus auf. Dies ist zum großen Teil auf die Energie zurückzuführen, die als Wärme bei Stoffwechselaktivitäten abgeführt wird und hier als Atmung gekoppelt mit ungenutzter Energie gemessen wird. In der Abbildung oben stellen die „Kästchen“ die trophischen Ebenen dar und die „Pfeifen“ zeigen den Energiefluss in die einzelnen Ebenen hinein und aus diesen heraus.
Energiezuflüsse gleichen die Abflüsse aus, wie sie vom ersten Hauptsatz der Thermodynamik gefordert werden, und die Energietransfer geht mit einer Verteilung von Energie in nicht verfügbare Wärme (dh Atmung) einher, wie es durch den zweiten Satz erforderlich ist. Abbildung 1. 4 zeigt ein sehr vereinfachtes Energieflussmodell für drei tropische Ebenen, aus dem ersichtlich wird, dass der Energiefluss auf jeder aufeinanderfolgenden trophischen Ebene vom Erzeuger zu Pflanzenfressern und dann zu Fleischfressern stark reduziert wird.
Bei jedem Energietransfer von einer Ebene zur anderen geht somit ein Großteil der Energie als Wärme oder andere Form verloren. Der Energiefluss wird sukzessive reduziert, unabhängig davon, ob wir ihn als Gesamtfluss (dh Gesamtenergieeintrag und Gesamtassimilation) oder sekundäre Produktions- und Beatmungskomponenten betrachten. So werden von den 3.000 Kcal des gesamten Lichts, das auf die grünen Pflanzen fällt, etwa 50 Prozent (1500 Kcal) absorbiert, von denen nur 1 Prozent (15 Kcal) auf der ersten trophischen Stufe umgewandelt wird.
Die Netto-Primärproduktion beträgt also nur 15 Kcal. Die Sekundärproduktivität (P2 und P3 im Diagramm) liegt bei aufeinanderfolgenden trophischen Mengen der Verbraucher, dh Pflanzenfresser und Fleischfresser, bei etwa 10%, obwohl die Effizienz auf dem Fleischfresserniveau manchmal um 20% höher sein kann (oder P3 = 0, 3 kcal) im Diagramm.
Aus den Abbildungen 1.3 und 1.4 wird deutlich, dass der Energiefluss bei aufeinander folgenden trophischen Niveaus sukzessive abnimmt. Je kürzer die Nahrungskette, desto größer wäre die zur Verfügung stehende Nahrungsenergie, da mit zunehmender Länge der Nahrungskette entsprechend mehr Energieverlust entsteht.
2. Y-förmige Energieflussmodelle:
Das Y-förmige Modell zeigt ferner, dass die beiden Nahrungsketten, nämlich die Nahrungskette des Weidegangs und die Nahrungskette des Detritus, unter natürlichen Bedingungen tatsächlich nicht vollständig voneinander isoliert sind. Die grasende Nahrungskette beginnt mit grüner Pflanzenbasis zu Pflanzenfressern und die Detritus-Nahrungskette beginnt mit toten organischen Stoffen, die von Mikroben beeinflusst werden, und geht dann zu Detritivoren und deren Konsumenten über.
Zum Beispiel werden Leichen von Kleintieren, die früher Teil der Nahrungskette des Weidegangs waren, in die Nahrungskette des Detritus aufgenommen, ebenso wie der Kot von Weidetieren. Funktionell besteht der Unterschied zwischen den beiden in einer zeitlichen Verzögerung zwischen dem direkten Verbrauch lebender Pflanzen und der endgültigen Verwertung toter organischer Substanz. Die Bedeutung der beiden Nahrungsketten kann in verschiedenen Ökosystemen unterschiedlich sein, in einigen Fällen ist die Beweidung wichtiger, in anderen ist der Detritus der Hauptweg.
Der wichtige Punkt im Y-förmigen Modell ist, dass die beiden Nahrungsketten nicht voneinander isoliert sind. Dieses Y-förmige Modell ist realistischer und praktischer als das Einkanalmodell, da
(i) es bestätigt die stratifizierte Struktur von Ökosystemen,
(ii) es trennt die Weide- und Detritus-Ketten (direkter Verbrauch lebender Pflanzen bzw. Verwertung toter organischer Materie) sowohl zeitlich als auch räumlich und
(iii) dass die Mikrokonsumenten (absorbierende Bakterien, Pilze) und die Makrokonsumenten (phagotrophe Tiere) sehr unterschiedlich sind. (EP> Odum. 1983).
Es muss jedoch beachtet werden, dass diese Modelle das grundlegende Muster des Energieflusses im Ökosystem darstellen. In der Praxis sind die Organismen unter natürlichen Bedingungen so miteinander verbunden, dass mehrere Nahrungsketten zu einem komplexen Nahrungsnetz werden. Wir haben bereits auf Nahrungsnetze im Grünland und in Teichökosystemen hingewiesen. Die Komplexität des Nahrungsnetzes hängt von der Länge der Nahrungsketten ab.
In der Natur gibt es also mehrkanalige Energieströme, aber in diesen gehören die Kanäle zu einer der beiden grundlegenden Nahrungsketten, dh sie sind entweder eine Weide- oder eine Detritus-Nahrungskette. Ein ineinandergreifendes Muster solcher mehreren Ketten in Nahrungsmitteln eines Ökosystems würde zu einem Energiefluss mit mehreren Kanälen führen. In der Praxis können wir unter Feldbedingungen Schwierigkeiten haben, die Energetik des Ökosystems zu messen.
