2 Modelli di flusso di energia in un ecosistema (con diagramma) - Spiegato!
Il flusso di energia può essere spiegato mediante due modelli, vale a dire: modello energetico a canale singolo e modello energetico a forma di Y.
1. Modelli energetici a canale singolo:
Il principio delle catene alimentari e il funzionamento delle due leggi della termodinamica possono essere meglio chiariti mediante diagrammi di flusso energetico mostrati nelle figure 1. 3 e 1. 4.
Come mostrato nella Figura 1.3 della radiazione solare totale in arrivo (118.872 gcal / cm2 / anno), 118.761 gcal / cm2 / anno rimangono non utilizzati, e quindi la produzione lorda (produzione netta più respirazione) da parte degli autotrofi è 111 gcal / cm2 / anno con un'efficienza di cattura di energia dello 0, 1 0 per cento. Si può anche notare che il 21% di questa energia o 23 gcal / cm2 / a viene consumato nelle reazioni metaboliche degli autotrofi per la loro crescita, sviluppo, mantenimento e riproduzione.
Si può osservare inoltre che 15 gcal / cm2 / a sono consumati da erbivori che brucano o si nutrono di autotrofi - questo ammonta al 17 per cento della produzione di autotroph netto.
La decomposizione (3 gcal / cm 2 anni) rappresenta circa il 3, 4 percento della produzione netta. Il resto del materiale vegetale, 70 gcal / cm 2 / anno o 79, 5% della produzione netta, non viene utilizzato affatto ma diventa parte dei sedimenti accumulanti. È ovvio, quindi che per gli erbivori è disponibile molta più energia di quella consumata.
Si può anche notare che vari percorsi di perdita sono equivalenti a un conto per la cattura di energia degli autotrofi, cioè la produzione lorda. Inoltre, collettivamente i tre "destini" superiori (decomposizione, erbivoro e non utilizzati) sono equivalenti alla produzione netta, dell'energia totale incorporata a livello degli erbivori, cioè 15 gcal.cm 2 / anno, 30 percento o 4, 5 gcal / cm 2 / anno viene utilizzato nelle reazioni metaboliche. Quindi, c'è molta più energia persa attraverso la respirazione dagli erbivori (30 percento) che dagli autotrofi (21 percento).
Di nuovo c'è una considerevole quantità di energia disponibile per i carnivori, vale a dire 10, 5 gcal / cm 2 / anno o 70%, che non è interamente utilizzata; infatti solo 3, 0 gcal / cm 2 / anno o il 28, 6 per cento della produzione netta passa ai carnivori. Questo è un utilizzo più efficiente delle risorse rispetto a quanto avviene a livello di trasferimento autotropo-erbivoro.
A livello di carnivori, circa il 60% dell'apporto energetico dei carnivori viene consumato nell'attività metabolica e il resto diventa parte dei sedimenti non utilizzati; solo una quantità insignificante è soggetta a decomposizione annuale. Questa elevata perdita respiratoria si confronta con il 30% degli erbivori e il 21% con gli autotrofi di questo ecosistema.
Dal diagramma del flusso di energia mostrato nella Figura 1.3, due cose diventano chiare. In primo luogo, c'è una strada a senso unico lungo la quale si muove l'energia (flusso unidirezionale di energia). L'energia che viene catturata dagli autotrofi non ritorna all'entrata solare; quello che passa agli erbivori non ritorna agli autotrofi. Man mano che si muove progressivamente attraverso i vari livelli trofici, non è più disponibile al livello precedente. Pertanto, a causa del flusso di energia a senso unico, il sistema collasserebbe se la fonte primaria, il sole, fosse interrotta.
In secondo luogo, si verifica una progressiva diminuzione del livello di energia a ciascun livello trofico. Ciò è dovuto in gran parte all'energia dissipata come calore nelle attività metaboliche e misurata qui come respirazione accoppiata, con energia non utilizzata. Nella figura sopra le "caselle" rappresentano i livelli trofici e le "pipe" rappresentano il flusso di energia in entrata e in uscita di ogni livello.
Gli afflussi di energia sono in equilibrio come richiesto dalla prima legge della termodinamica e il trasferimento di energia è accompagnato dalla dispersione di energia in calore non disponibile (ad esempio la respirazione) come richiesto dalla seconda legge. La Figura 1. 4 presenta un modello di flusso di energia molto semplificato di tre livelli tropici, da cui diventa evidente che il flusso di energia viene notevolmente ridotto ad ogni successivo livello trofico dai produttori agli erbivori e poi ai carnivori.
Così ad ogni trasferimento di energia da un livello all'altro, una parte importante dell'energia viene persa sotto forma di calore o altra forma. Vi è una successiva riduzione del flusso di energia, sia che la consideriamo in termini di flusso totale (ovvero input di energia totale e assimilazione totale) o di produzione secondaria e componenti di respirazione. Quindi, delle 3000 Kcal di luce totale che cadono sulle piante verdi, viene assorbito circa il 50% (1500 Kcal), di cui solo l'1% (15 Kcal) viene convertito al primo livello trofico.
Quindi la produzione primaria netta è solo di 15 Kcal. La produttività secondaria (P2 e P3 nel diagramma) tende ad essere circa del 10% nei successivi livelli trofici del consumatore, ad esempio erbivori e carnivori, sebbene l'efficienza possa essere talvolta più elevata, del 20%, a livello di carnivoro come mostrato (o P3 = 0, 3 Kcal) nel diagramma.
Dalle figure 1.3 e 1.4 risulta evidente che vi è una successiva riduzione del flusso di energia a livelli trofici successivi. Di conseguenza, più breve è la catena alimentare, maggiore sarebbe l'energia disponibile per il cibo, poiché con un aumento della lunghezza della catena alimentare vi è una corrispondente maggiore perdita di energia.
2. Modelli di flusso energetico a forma di Y:
Il modello a forma di Y indica inoltre che le due catene alimentari, vale a dire la catena alimentare e la catena alimentare dei detriti, sono infatti, in condizioni naturali, non completamente isolate l'una dall'altra. La catena alimentare del pascolo inizia con la base vegetale verde che va agli erbivori e la catena alimentare dei detriti che inizia con la materia organica morta agita dai microbi, passando quindi ai detritivori e ai loro consumatori.
Per esempio, i cadaveri di piccoli animali che facevano parte della catena alimentare del pascolo sono incorporati nella catena alimentare dei detriti come fanno le feci degli animali da pascolo. Dal punto di vista funzionale, la distinzione tra i due è di sfasamento temporale tra il consumo diretto di piante viventi e l'utilizzo finale di materia organica morta. L'importanza delle due catene alimentari può differire nei diversi ecosistemi, in alcuni il pascolo è più importante, in altri i detriti sono la via principale.
Il punto importante nel modello a forma di Y è che le due catene alimentari non sono isolate l'una dall'altra. Questo modello a forma di Y è un modello di lavoro più realistico e pratico rispetto al modello a canale singolo perché,
(i) conferma la struttura stratificata degli ecosistemi,
(ii) separa le catene di pascolo e detriti (consumo diretto di piante viventi e utilizzo di materia organica morta rispettivamente) nel tempo e nello spazio, e
(iii) che i micro-consumatori (batteri assorbenti, funghi) e i macro-consumatori (animali fagotropici) differiscono notevolmente nelle relazioni tra metabolismo e dimensioni. (EP> Odum. 1983).
Va tuttavia ricordato che questi modelli rappresentano lo schema di base del flusso di energia nell'ecosistema. In pratica, in condizioni naturali, gli organismi sono interconnessi in modo tale che diverse catene alimentari si trasformino in risultati intrecciati in una complessa catena alimentare. Abbiamo già fatto riferimento alle reti alimentari nelle praterie e negli ecosistemi delle paludi. La complessità della rete alimentare dipende dalla lunghezza delle catene alimentari.
In natura, quindi, operano flussi di energia multicanale, ma in questi i canali appartengono a una delle due catene alimentari di base, ovvero una catena alimentare di pascolo o detriti. Il modello ad incastro di tali catene nella rete alimentare di un ecosistema porterebbe a un flusso di energia multicanale. Pertanto, in pratica, in condizioni di campo, potremmo incontrare difficoltà nel misurare l'energia dell'ecosistema.
