- ما هو قانون العشور البيئية؟
- مستويات المنظمة
- المستويات الغذائية
- مفاهيم اساسية
- الإنتاجية الأولية الإجمالية والصافية
- الإنتاجية الثانوية
- كفاءات التحويل ومسارات الطاقة
- فئات كفاءة نقل الطاقة
- كفاءة التحويل العالمية
- أين تذهب الطاقة المفقودة؟
- المراجع
و قانون العشور البيئي ، القانون البيئي أو 10٪ يثير كيفية انتقال الطاقة في الاشتقاق من خلال المستويات الغذائية المختلفة. غالبًا ما يُقال أيضًا أن هذا القانون هو ببساطة نتيجة مباشرة للقانون الثاني للديناميكا الحرارية.
الطاقة البيئية هي جزء من علم البيئة يهتم بتحديد العلاقات التي حددناها أعلاه. يعتبر أن ريموند ليندمان (على وجه التحديد في عمله الأساسي عام 1942) ، هو الذي أسس أسس هذا المجال من الدراسة.
الشكل 1. الشبكة الغذائية. المصدر: بواسطة Thompsma ، من ويكيميديا كومنز
ركز عمله على مفاهيم السلسلة الغذائية والشبكة ، وعلى القياس الكمي للكفاءة في نقل الطاقة بين المستويات الغذائية المختلفة.
يبدأ Lindemann من الإشعاع الشمسي الساقط أو الطاقة التي يتلقاها المجتمع ، من خلال الالتقاط الذي تقوم به النباتات من خلال عملية التمثيل الضوئي ويستمر في مراقبة هذا الالتقاط واستخدامه اللاحق من قبل الحيوانات العاشبة (المستهلكون الأساسيون) ، ثم من قبل الحيوانات آكلة اللحوم (المستهلكون الثانويون)) وأخيرًا بواسطة المُحلِّلات.
ما هو قانون العشور البيئية؟
بعد عمل Lindemann الرائد ، افترض أن كفاءات التحويل الغذائي تبلغ حوالي 10٪ ؛ في الواقع ، أشار بعض علماء البيئة إلى قانون 10٪. ومع ذلك ، منذ ذلك الحين ، نشأ التباس متعدد بشأن هذه المشكلة.
من المؤكد أنه لا يوجد قانون للطبيعة ينتج عنه بالضبط عُشر الطاقة التي تدخل مستوى غذائي واحد يتم نقلها إلى المستوى التالي.
على سبيل المثال ، كشفت مجموعة من الدراسات الغذائية (في بيئات المياه العذبة والبحرية) أن كفاءة التحويل حسب المستوى الغذائي تراوحت بين 2 و 24٪ تقريبًا ، على الرغم من أن المتوسط كان 10.13٪.
كقاعدة عامة ، تنطبق على كل من الأنظمة المائية والبرية ، يمكن القول أن الإنتاجية الثانوية للحيوانات العاشبة عادة ما تكون موجودة تقريبًا ، بترتيب من حيث الحجم أقل من الإنتاجية الأولية التي تعتمد عليها.
غالبًا ما تكون هذه علاقة متسقة يتم الحفاظ عليها في جميع أنظمة البحث عن العلف والتي تميل إلى أن تصبح هياكل من النوع الهرمي ، حيث يتم توفير القاعدة من قبل النباتات وعلى هذه القاعدة يتم إنشاء علاقة أصغر للمستهلكين الأساسيين ، التي يعتمد عليها مستهلكون ثانويون (حتى أصغر).
مستويات المنظمة
كل الكائنات الحية تتطلب مادة وطاقة ؛ مهم لبناء أجسامهم وطاقتهم لأداء وظائفهم الحيوية. لا يقتصر هذا المطلب على كائن حي فردي ، ولكنه يمتد إلى مستويات أعلى من التنظيم البيولوجي التي يمكن أن يتوافق معها هؤلاء الأفراد.
مستويات التنظيم هذه هي:
- A السكان البيولوجي: الكائنات من نفس الأنواع التي تعيش في منطقة محددة نفسها.
- A المجتمع البيولوجي: مجموعة من الكائنات الحية من مختلف الأنواع أو السكان الذين يعيشون في منطقة معينة وتتفاعل من خلال الطعام أو العلاقات الغذائية).
- و النظام البيئي: أكثر تعقيدا مستوى التنظيم البيولوجي، تتكون من المجتمع ذات الصلة لبيئتها غير الحيوية - الماء وضوء الشمس والمناخ وعوامل أخرى - يتفاعل معها.
المستويات الغذائية
في النظام البيئي ، ينشئ المجتمع والبيئة تدفقات من الطاقة والمواد.
يتم تجميع الكائنات الحية في النظام الإيكولوجي وفقًا "للدور" أو "الوظيفة" التي تؤديها ضمن سلاسل الغذاء أو التغذية ؛ هذه هي الطريقة التي نتحدث بها عن المستويات الغذائية للمنتجين والمستهلكين والمحللين.
في المقابل ، يتفاعل كل مستوى من هذه المستويات الغذائية مع البيئة الفيزيائية والكيميائية التي توفر ظروف الحياة ، وفي الوقت نفسه ، تعمل كمصدر ومغسلة للطاقة والمادة.
مفاهيم اساسية
الإنتاجية الأولية الإجمالية والصافية
أولاً ، يجب أن نحدد الإنتاجية الأولية ، وهي المعدل الذي يتم فيه إنتاج الكتلة الحيوية لكل وحدة مساحة.
يتم التعبير عنها عادة بوحدات الطاقة (جول لكل متر مربع في اليوم) ، أو بوحدات المواد العضوية الجافة (كيلوغرام لكل هكتار ولكل سنة) ، أو ككربون (كتلة الكربون بالكيلوغرام لكل متر مربع في السنة).
بشكل عام ، عندما نشير إلى كل الطاقة المثبتة عن طريق التمثيل الضوئي ، فإننا نسميها عادةً إجمالي الإنتاجية الأولية (PPG).
من هذا ، يتم إنفاق نسبة في تنفس ذاتية التغذية (RA) ويتم فقدانها كحرارة. يتم الحصول على صافي الإنتاج الأولي (PPN) عن طريق طرح هذا المبلغ من PPG (PPN = PPG-RA).
هذا الإنتاج الأولي الصافي (PPN) هو ما هو متاح في النهاية للاستهلاك من قبل الكائنات غيرية التغذية (هذه هي البكتيريا والفطريات وبقية الحيوانات التي نعرفها).
الإنتاجية الثانوية
تُعرَّف الإنتاجية الثانوية (PS) بأنها معدل إنتاج الكتلة الحيوية الجديدة بواسطة الكائنات غيرية التغذية. على عكس النباتات والبكتيريا غيرية التغذية والفطريات والحيوانات ، فإنها لا تستطيع صنع المركبات المعقدة والغنية بالطاقة التي يحتاجونها من جزيئات بسيطة.
يحصلون دائمًا على مادتهم وطاقتهم من النباتات ، وهو ما يمكنهم القيام به بشكل مباشر عن طريق استهلاك المواد النباتية أو بشكل غير مباشر عن طريق التغذية على الكائنات غيرية التغذية الأخرى.
وبهذه الطريقة ، تشكل النباتات أو الكائنات الحية الضوئية بشكل عام (وتسمى أيضًا المنتجين) المستوى الغذائي الأول في المجتمع ؛ يشكل المستهلكون الأساسيون (أولئك الذين يتغذون على المنتجين) المستوى الغذائي الثاني ويشكل المستهلكون الثانويون (يُطلق عليهم أيضًا آكلات اللحوم) المستوى الثالث.
كفاءات التحويل ومسارات الطاقة
تعتمد نسب صافي الإنتاج الأولي التي تتدفق على طول كل من مسارات الطاقة الممكنة في النهاية على كفاءات التحويل ، أي على الطريقة التي يتم بها استخدام الطاقة وانتقالها من مستوى إلى آخر. آخر.
فئات كفاءة نقل الطاقة
هناك ثلاث فئات لكفاءة نقل الطاقة ، ومع تحديدها جيدًا ، يمكننا التنبؤ بنمط تدفق الطاقة عند المستويات الغذائية. هذه الفئات هي: كفاءة الاستهلاك (EC) ، كفاءة الاستيعاب (EA) وكفاءة الإنتاج (EP).
دعونا الآن نحدد هذه الفئات الثلاث المذكورة.
رياضيا يمكننا تحديد كفاءة الاستهلاك (EC) على النحو التالي:
EC = I n / P n-1 × 100
حيث يمكننا أن نرى أن EC هي نسبة مئوية من إجمالي الإنتاجية المتاحة (P n-1) التي يتم تناولها بشكل فعال من قبل المقصورة الغذائية المجاورة العلوية (I n).
على سبيل المثال ، بالنسبة للمستهلكين الأساسيين في نظام الرعي ، فإن EC هي النسبة المئوية (معبرًا عنها بوحدات الطاقة ولكل وحدة زمنية) من PPN التي تستهلكها الحيوانات العاشبة.
إذا كنا نشير إلى مستهلكين ثانويين ، فسيكون ذلك معادلاً للنسبة المئوية لإنتاج الحيوانات العاشبة التي تستهلكها الحيوانات آكلة اللحوم. يموت الباقي دون أن يؤكل ويدخل في سلسلة الاضمحلال.
من ناحية أخرى ، يتم التعبير عن كفاءة الاستيعاب على النحو التالي:
EA = A n / I n × 100
مرة أخرى ، نشير إلى النسبة المئوية ، ولكن هذه المرة إلى جزء الطاقة الذي يأتي من الطعام ، والذي يتم تناوله في حجرة غذائية من قبل المستهلك (I n) والذي يتم استيعابه بواسطة جهازه الهضمي (A n).
ستكون هذه الطاقة هي تلك المتاحة للنمو ولتنفيذ العمل. يتم فقد الجزء المتبقي (الجزء غير المندمج) مع البراز ثم يدخل المستوى الغذائي للمحللات.
أخيرًا ، يتم التعبير عن كفاءة الإنتاج (EP) على النحو التالي:
وهي أيضًا نسبة مئوية ، ولكن في هذه الحالة نشير إلى الطاقة المستوعب (A n) التي ينتهي بها الأمر إلى الاندماج في الكتلة الحيوية الجديدة (P n). يتم فقدان كل بقايا الطاقة غير المستهلكة على شكل حرارة أثناء التنفس.
يمكن اعتبار المنتجات مثل الإفرازات و / أو الإفرازات (الغنية بالطاقة) ، التي شاركت في عمليات التمثيل الغذائي ، على أنها إنتاج ، P n ، ومتوفرة ، كجثث ، للمحللات.
كفاءة التحويل العالمية
بعد تحديد هذه الفئات الثلاث المهمة ، يمكننا الآن أن نسأل أنفسنا عن "كفاءة التحويل العالمية" من مستوى غذائي إلى المستوى التالي ، والتي يتم تقديمها ببساطة من خلال منتج الكفاءات المذكورة سابقًا (EC x EA x EP).
بالتعبير العامي ، يمكننا القول أن كفاءة المستوى تُعطى من خلال ما يمكن تناوله بشكل فعال ، والذي يتم استيعابه بعد ذلك وينتهي به الأمر إلى دمجه في الكتلة الحيوية الجديدة.
أين تذهب الطاقة المفقودة؟
دائمًا ما تكون إنتاجية الحيوانات العاشبة أقل من إنتاجية النباتات التي تتغذى عليها. يمكننا بعد ذلك أن نسأل أنفسنا: أين تذهب الطاقة المفقودة؟
للإجابة على هذا السؤال يجب أن نلفت الانتباه إلى الحقائق التالية:
- لا تستهلك الحيوانات العاشبة كل الكتلة الحيوية النباتية ، حيث يموت الكثير منها ويدخل المستوى الغذائي للمحللات (البكتيريا والفطريات وبقية المواد الحارقة).
- لا يتم استيعاب كل الكتلة الحيوية التي تستهلكها الحيوانات العاشبة ، ولا تلك التي تستهلكها الحيوانات العاشبة بدورها من قبل الحيوانات آكلة اللحوم ، ويمكن دمجها في الكتلة الحيوية للمستهلك ؛ يتم فقد جزء مع البراز وبالتالي ينتقل إلى أجهزة التحلل.
- لا يتم تحويل كل الطاقة التي يتم استيعابها فعليًا إلى كتلة حيوية ، حيث يتم فقد بعضها كحرارة أثناء التنفس.
يحدث هذا لسببين أساسيين: أولاً ، بسبب عدم وجود عملية تحويل طاقة فعالة بنسبة 100٪. أي أن هناك دائمًا خسارة في شكل حرارة في التحويل ، وهو ما يتماشى تمامًا مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية.
ثانيًا ، نظرًا لأن الحيوانات تحتاج إلى القيام بعمل ، فإن ذلك يتطلب إنفاقًا للطاقة وهذا بدوره يعني خسائر جديدة في شكل حرارة.
تحدث هذه الأنماط على جميع المستويات الغذائية ، وكما تنبأ القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، فإن جزءًا من الطاقة التي يحاول المرء نقلها من مستوى إلى آخر يتبدد دائمًا في شكل حرارة غير صالحة للاستعمال.
المراجع
- كاسويل ، هـ. (2005). شبكات الغذاء: من الاتصال إلى الطاقة. (هـ. كاسويل ، محرر). التقدم في البحث البيئي (المجلد 36). إلسفير المحدودة ص. 209.
- كورتيس ، هـ وآخرون. (2008). مادة الاحياء. الإصدار السابع. بوينس آيرس - الأرجنتين: افتتاحية Médica Panamericana. ص. 1160.
- كيتشنج ، RL (2000). شبكات الغذاء وموائل الحاويات: التاريخ الطبيعي وبيئة phytotelmata. صحافة جامعة كامبرج. ص. 447.
- ليندمان ، رل (1942). الجانب التغذوي الديناميكي للبيئة. علم البيئة ، 23 ، 399-418.
- باسكوال ، م ، ودن ، جا (2006). الشبكات البيئية: ربط الهيكل بالديناميات في شبكات الغذاء. (M. Pascual & JA Dunne، Eds.) معهد سانتا في دراسات في علوم التعقيد. مطبعة جامعة أكسفورد. ص. 405.