กระบวนการของระบบนิเวศและการไหลของพลังงาน

ระบบนิเวศทั้งหมดขับเคลื่อนด้วยพลังงานที่ถูกจับโดยผู้ผลิตและสลายไปเมื่อมันเคลื่อนผ่านห่วงโซ่อาหาร การติดตามการไหลนี้เผยให้เห็นว่าระบบสามารถรองรับสิ่งมีชีวิตได้มากน้อยเพียงใด

Definition

กระบวนการของระบบนิเวศและการไหลของพลังงานเกี่ยวข้องกับการจับ การถ่ายโอน และการสลายพลังงานผ่านโครงสร้างทางโภชนาการของระบบนิเวศ ซึ่งถูกควบคุมโดยอุณหพลศาสตร์และวัดปริมาณผ่านผลผลิตและประสิทธิภาพ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมพลังงานของระบบนิเวศ: กฎของอุณหพลศาสตร์ที่นำมาใช้กับระบบนิเวศ การตรึงพลังงานโดยสิ่งมีชีวิตที่สร้างอาหารเอง การถ่ายโอนผ่านทางเดินอาหารและการย่อยสลาย ประสิทธิภาพการดูดซึมและประสิทธิภาพทางนิเวศวิทยา และพีระมิดพลังงานและชีวมวลที่เกิดขึ้น โดยจะกล่าวถึงปริมาณที่คงที่เทียบกับการไหล และการแบ่งส่วนพลังงานระหว่างการผลิต การหายใจ และการสูญเสีย

Core questions

• พลังงานถูกจับและส่งผ่านในระบบนิเวศได้อย่างไร?
• เหตุใดการถ่ายโอนพลังงานระหว่างระดับโภชนาการจึงไม่มีประสิทธิภาพ?
• ทางเดินอาหารและการย่อยสลายแบ่งส่วนการไหลของพลังงานอย่างไร?
• พีระมิดพลังงานและชีวมวลเผยให้เห็นอะไรเกี่ยวกับโครงสร้างระบบนิเวศ?

Key theories

การไหลของพลังงานแบบพลวัตทางโภชนาการ

พลังงานที่ถูกตรึงโดยผู้ผลิตจะเคลื่อนขึ้นสู่ระดับโภชนาการพร้อมกับการสูญเสียอย่างมากจากการหายใจและการบริโภคที่ไม่สมบูรณ์ในแต่ละขั้นตอน ดังนั้นพลังงานที่พร้อมสำหรับผู้บริโภคระดับสูงจึงน้อยลงเรื่อยๆ

ประสิทธิภาพทางนิเวศวิทยา

ประสิทธิภาพที่พลังงานถูกเปลี่ยนจากระดับโภชนาการหนึ่งไปยังอีกระดับหนึ่งเป็นการรวมกันของปริมาณอาหารที่ถูกบริโภค ดูดซึม และเปลี่ยนเป็นชีวมวลใหม่ และโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณสิบเปอร์เซ็นต์

Mechanisms

ผู้ผลิตเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมีผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง โดยตรึงผลผลิตปฐมภูมิรวม ซึ่งพวกเขาหายใจเพื่อเหลือผลผลิตปฐมภูมิสุทธิที่พร้อมสำหรับผู้บริโภค เมื่อพลังงานส่งผ่านไปยังสัตว์กินพืชและสัตว์กินเนื้อ ประสิทธิภาพการบริโภค ประสิทธิภาพการดูดซึม และประสิทธิภาพการผลิต แต่ละอย่างจะลดสัดส่วนที่คงอยู่ ในขณะที่วัสดุที่ไม่ถูกบริโภคและถูกขับถ่ายเข้าสู่ทางเดินการย่อยสลาย ซึ่งผู้ย่อยสลายจะหายใจเอาส่วนใหญ่ไป เนื่องจากกฎข้อที่สองระบุว่าการถ่ายโอนแต่ละครั้งจะสลายพลังงานเป็นความร้อน ระบบจึงต้องการการป้อนพลังงานภายนอกอย่างต่อเนื่องและรองรับระดับโภชนาการที่จำกัด

Clinical relevance

การวิเคราะห์การไหลของพลังงานให้ข้อมูลในการประเมินผลผลิตของระบบนิเวศ ขีดความสามารถในการรองรับของชนิดพันธุ์ที่สามารถเก็บเกี่ยวได้ และต้นทุนพลังงานของการผลิตอาหาร นี่คือบริบททางการศึกษา ไม่ใช่ข้อกำหนดในการจัดการ

History

เอลตันได้นำเสนอพีระมิดจำนวนในปี 1927 และลินเดอมันได้กำหนดการไหลของพลังงานผ่านระดับโภชนาการอย่างเป็นทางการในปี 1942 ตระกูลโอดัมได้ขยายแนวคิดเหล่านี้ไปสู่พลังงานเชิงปริมาณของระบบนิเวศ และโครงการภาคสนามขนาดใหญ่ เช่น โครงการชีววิทยานานาชาติ ได้วัดงบประมาณพลังงานในชีวนิเวศต่างๆ

Key figures

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

Seminal works

• lindeman1942
• chapin2011
• begon2006

Frequently asked questions

เหตุใดพลังงานเพียงประมาณสิบเปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่ถูกส่งผ่านขึ้นไปในแต่ละระดับโภชนาการ?

พลังงานส่วนใหญ่ในแต่ละระดับถูกใช้ในการหายใจ สูญเสียไปในรูปของความร้อน หรือไม่เคยถูกบริโภค ดังนั้นมีเพียงส่วนน้อยเท่านั้นที่ถูกเปลี่ยนเป็นชีวมวลใหม่ที่พร้อมสำหรับระดับถัดไป

ความแตกต่างระหว่างผลผลิตปฐมภูมิรวมและผลผลิตปฐมภูมิสุทธิคืออะไร?

ผลผลิตปฐมภูมิรวมคือพลังงานทั้งหมดที่ถูกตรึงโดยผู้ผลิต ในขณะที่ผลผลิตปฐมภูมิสุทธิคือสิ่งที่เหลืออยู่หลังจากการหายใจของผู้ผลิตเอง และเป็นพลังงานที่พร้อมสำหรับผู้บริโภคจริงๆ