Các Quá Trình Hệ Sinh Thái và Dòng Năng Lượng

Tất cả các hệ sinh thái đều vận hành dựa trên năng lượng được các sinh vật sản xuất thu nhận và tiêu tán khi nó đi qua chuỗi thức ăn; việc theo dõi dòng chảy này cho thấy một hệ thống có thể hỗ trợ bao nhiêu sự sống.

Definition

Các quá trình hệ sinh thái và dòng năng lượng liên quan đến việc thu nhận, chuyển giao và tiêu tán năng lượng thông qua cấu trúc dinh dưỡng của một hệ sinh thái, được điều chỉnh bởi nhiệt động lực học và được định lượng thông qua năng suất và hiệu quả.

Scope

Chủ đề này bao gồm năng lượng học của các hệ sinh thái: các định luật nhiệt động lực học khi chúng áp dụng cho các hệ sinh thái, sự cố định năng lượng bởi các sinh vật tự dưỡng, sự chuyển giao của nó thông qua các con đường chăn thả và phân hủy, hiệu quả đồng hóa và sinh thái, và các kim tự tháp năng lượng và sinh khối kết quả. Nó đề cập đến trữ lượng đứng so với dòng chảy và sự phân chia năng lượng giữa sản xuất, hô hấp và mất mát.

Core questions

• Năng lượng được thu nhận và truyền qua một hệ sinh thái như thế nào?
• Tại sao sự truyền năng lượng giữa các bậc dinh dưỡng lại không hiệu quả?
• Các con đường chăn thả và phân hủy phân chia dòng năng lượng như thế nào?
• Kim tự tháp năng lượng và sinh khối tiết lộ điều gì về cấu trúc hệ sinh thái?

Key theories

Dòng năng lượng động lực học dinh dưỡng

Năng lượng được các sinh vật sản xuất cố định di chuyển lên các bậc dinh dưỡng với những tổn thất đáng kể do hô hấp và tiêu thụ không hoàn toàn ở mỗi bước, do đó năng lượng có sẵn cho các sinh vật tiêu thụ bậc cao hơn ngày càng ít đi.

Hiệu quả sinh thái

Hiệu quả mà năng lượng được chuyển đổi từ bậc dinh dưỡng này sang bậc dinh dưỡng tiếp theo kết hợp lượng thức ăn được tiêu thụ, đồng hóa và biến thành sinh khối mới, và thường vào khoảng mười phần trăm.

Mechanisms

Các sinh vật sản xuất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng hóa học thông qua quá trình quang hợp, cố định tổng sản lượng sơ cấp mà từ đó chúng hô hấp để lại sản lượng sơ cấp ròng có sẵn cho các sinh vật tiêu thụ. Khi năng lượng truyền đến các sinh vật ăn cỏ và ăn thịt, hiệu quả tiêu thụ, hiệu quả đồng hóa và hiệu quả sản xuất đều làm giảm phần được giữ lại, trong khi vật chất không được tiêu thụ và thải ra đi vào con đường phân hủy nơi các sinh vật phân hủy hô hấp phần lớn trong số đó. Bởi vì định luật thứ hai quy định rằng mỗi lần chuyển giao đều tiêu tán năng lượng dưới dạng nhiệt, hệ thống yêu cầu đầu vào năng lượng bên ngoài liên tục và hỗ trợ một số lượng giới hạn các bậc dinh dưỡng.

Clinical relevance

Phân tích dòng năng lượng cung cấp thông tin cho việc đánh giá năng suất hệ sinh thái, khả năng chịu tải cho các loài có thể thu hoạch và chi phí năng lượng của sản xuất lương thực. Đây là bối cảnh giáo dục, không phải là chỉ định quản lý.

History

Elton đã giới thiệu kim tự tháp số lượng vào năm 1927, và Lindeman đã chính thức hóa dòng năng lượng qua các bậc dinh dưỡng vào năm 1942. Các nhà khoa học Odum đã mở rộng những ý tưởng này thành năng lượng học hệ sinh thái định lượng, và các chương trình thực địa lớn như Chương trình Sinh học Quốc tế đã đo lường ngân sách năng lượng trên các quần xã sinh vật.

Key figures

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

Seminal works

• lindeman1942
• chapin2011
• begon2006

Frequently asked questions

Tại sao chỉ khoảng mười phần trăm năng lượng được truyền lên mỗi bậc dinh dưỡng?

Phần lớn năng lượng ở mỗi bậc được sử dụng trong hô hấp, mất đi dưới dạng nhiệt, hoặc không bao giờ được tiêu thụ, vì vậy chỉ một phần nhỏ được chuyển đổi thành sinh khối mới có sẵn cho bậc tiếp theo.

Sự khác biệt giữa tổng sản lượng sơ cấp và sản lượng sơ cấp ròng là gì?

Tổng sản lượng sơ cấp là tổng năng lượng được các sinh vật sản xuất cố định, trong khi sản lượng sơ cấp ròng là phần còn lại sau quá trình hô hấp của chính các sinh vật sản xuất và là năng lượng thực sự có sẵn cho các sinh vật tiêu thụ.