Ökosystemprozesse und Energiefluss

Alle Ökosysteme basieren auf Energie, die von Produzenten aufgenommen und bei der Weitergabe in der Nahrungskette dissipiert wird; die Verfolgung dieses Flusses zeigt, wie viel Leben ein System erhalten kann.

Definition

Ökosystemprozesse und Energiefluss betreffen die Aufnahme, Übertragung und Dissipation von Energie durch die trophische Struktur eines Ökosystems, gesteuert durch die Thermodynamik und quantifiziert durch Produktivität und Effizienz.

Scope

Dieses Thema behandelt die Energetik von Ökosystemen: die Gesetze der Thermodynamik in Bezug auf ökologische Systeme, die Fixierung von Energie durch Autotrophe, ihre Übertragung durch Weide- und Detrituspfade, Assimilation und ökologische Effizienzen sowie die daraus resultierenden Energie- und Biomassepyramiden. Es behandelt stehende Bestände im Vergleich zu Flüssen und die Aufteilung der Energie zwischen Produktion, Respiration und Verlust.

Core questions

• Wie wird Energie in einem Ökosystem aufgenommen und weitergegeben?
• Warum ist die Energieübertragung zwischen trophischen Ebenen ineffizient?
• Wie teilen Weide- und Detrituspfade den Energiefluss auf?
• Was verraten Energie- und Biomassepyramiden über die Ökosystemstruktur?

Key theories

Trophisch-dynamischer Energiefluss

Die von Produzenten fixierte Energie bewegt sich trophische Ebenen hinauf, wobei an jedem Schritt erhebliche Verluste durch Respiration und unvollständigen Konsum entstehen, sodass höheren Konsumenten progressiv weniger Energie zur Verfügung steht.

Ökologische Effizienzen

Die Effizienz, mit der Energie von einer trophischen Ebene zur nächsten umgewandelt wird, kombiniert, wie viel Nahrung konsumiert, assimiliert und in neue Biomasse umgewandelt wird, und liegt typischerweise in der Größenordnung von zehn Prozent.

Mechanisms

Produzenten wandeln Sonnenenergie durch Photosynthese in chemische Energie um, fixieren die Brutto-Primärproduktion, von der sie einen Teil veratmen, um die Netto-Primärproduktion für Konsumenten verfügbar zu machen. Wenn Energie an Herbivoren und Karnivoren weitergegeben wird, reduzieren Konsumptionseffizienz, Assimilationseffizienz und Produktionseffizienz jeweils den verbleibenden Anteil, während unkonsumiertes und ausgeschiedenes Material in den Detrituspfad gelangt, wo Zersetzer einen Großteil davon veratmen. Da der zweite Hauptsatz vorschreibt, dass jede Übertragung Energie als Wärme dissipiert, erfordert das System einen kontinuierlichen externen Energieeintrag und unterstützt eine begrenzte Anzahl trophischer Ebenen.

Clinical relevance

Die Energieflussanalyse dient der Bewertung der Ökosystemproduktivität, der Tragfähigkeit für erntebare Arten und der energetischen Kosten der Nahrungsmittelproduktion. Dies ist ein Bildungskontext, keine Managementvorschrift.

History

Elton führte 1927 die Pyramide der Zahlen ein, und Lindeman formalisierte 1942 den Energiefluss durch trophische Ebenen. Die Odums erweiterten diese Ideen zu quantitativen Ökosystemenergetiken, und große Feldprogramme wie das Internationale Biologische Programm maßen Energiebudgets in verschiedenen Biomen.

Key figures

• Raymond Lindeman
• Charles Elton
• Eugene Odum
• Howard Odum

Seminal works

• lindeman1942
• chapin2011
• begon2006

Frequently asked questions

Warum werden nur etwa zehn Prozent der Energie auf jede trophische Ebene weitergegeben?

Ein Großteil der Energie auf jeder Ebene wird bei der Respiration verbraucht, als Wärme verloren oder nie konsumiert, sodass nur ein kleiner Bruchteil in neue Biomasse umgewandelt wird, die der nächsten Ebene zur Verfügung steht.

Was ist der Unterschied zwischen Brutto- und Netto-Primärproduktion?

Die Brutto-Primärproduktion ist die gesamte von Produzenten fixierte Energie, während die Netto-Primärproduktion das ist, was nach der Eigenatmung der Produzenten übrig bleibt und die Energie darstellt, die den Konsumenten tatsächlich zur Verfügung steht.