Processus écosystémiques et flux d'énergie

Tous les écosystèmes fonctionnent grâce à l'énergie capturée par les producteurs et dissipée à mesure qu'elle remonte la chaîne alimentaire ; le suivi de ce flux révèle la quantité de vie qu'un système peut soutenir.

Definition

Les processus écosystémiques et le flux d'énergie concernent la capture, le transfert et la dissipation de l'énergie à travers la structure trophique d'un écosystème, régis par la thermodynamique et quantifiés par la productivité et l'efficacité.

Scope

Ce sujet couvre l'énergétique des écosystèmes : les lois de la thermodynamique telles qu'elles s'appliquent aux systèmes écologiques, la fixation de l'énergie par les autotrophes, son transfert via les voies de pâturage et détritiques, les efficacités d'assimilation et écologiques, et les pyramides d'énergie et de biomasse qui en résultent. Il aborde les stocks permanents par rapport aux flux et la répartition de l'énergie entre la production, la respiration et les pertes.

Core questions

• Comment l'énergie est-elle capturée et transmise à travers un écosystème ?
• Pourquoi le transfert d'énergie entre les niveaux trophiques est-il inefficace ?
• Comment les voies de pâturage et détritiques répartissent-elles le flux d'énergie ?
• Que révèlent les pyramides d'énergie et de biomasse sur la structure des écosystèmes ?

Key theories

Flux d'énergie tropho-dynamique

L'énergie fixée par les producteurs remonte les niveaux trophiques avec des pertes substantielles dues à la respiration et à une consommation incomplète à chaque étape, de sorte que de moins en moins d'énergie est disponible pour les consommateurs supérieurs.

Efficacités écologiques

L'efficacité avec laquelle l'énergie est convertie d'un niveau trophique au suivant combine la quantité de nourriture consommée, assimilée et transformée en nouvelle biomasse, et est généralement de l'ordre de dix pour cent.

Mechanisms

Les producteurs convertissent l'énergie solaire en énergie chimique par la photosynthèse, fixant la production primaire brute à partir de laquelle ils respirent pour laisser une production primaire nette disponible pour les consommateurs. À mesure que l'énergie passe aux herbivores et aux carnivores, l'efficacité de consommation, l'efficacité d'assimilation et l'efficacité de production réduisent chacune la fraction retenue, tandis que la matière non consommée et égestée entre dans la voie détritique où les décomposeurs en respirent une grande partie. Étant donné que la deuxième loi dicte que chaque transfert dissipe l'énergie sous forme de chaleur, le système nécessite un apport énergétique externe continu et ne supporte qu'un nombre limité de niveaux trophiques.

Clinical relevance

L'analyse du flux d'énergie éclaire l'évaluation de la productivité des écosystèmes, la capacité de charge pour les espèces exploitables et les coûts énergétiques de la production alimentaire. Il s'agit d'un contexte éducatif, et non d'une prescription de gestion.

History

Elton a introduit la pyramide des nombres en 1927, et Lindeman a formalisé le flux d'énergie à travers les niveaux trophiques en 1942. Les Odum ont étendu ces idées à l'énergétique quantitative des écosystèmes, et de vastes programmes de terrain tels que le Programme Biologique International ont mesuré les bilans énergétiques à travers les biomes.

Key figures

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

Seminal works

• lindeman1942
• chapin2011
• begon2006

Frequently asked questions

Pourquoi seulement environ dix pour cent de l'énergie est-elle transmise à chaque niveau trophique ?

Une grande partie de l'énergie à chaque niveau est utilisée pour la respiration, perdue sous forme de chaleur, ou jamais consommée, de sorte que seule une petite fraction est convertie en nouvelle biomasse disponible pour le niveau suivant.

Quelle est la différence entre la production primaire brute et nette ?

La production primaire brute est l'énergie totale fixée par les producteurs, tandis que la production primaire nette est ce qui reste après la respiration propre des producteurs et représente l'énergie réellement disponible pour les consommateurs.