- กฎการลดหย่อนทางนิเวศวิทยาคืออะไร?
- ระดับองค์กร
- ระดับชั้นอาหาร
- แนวคิดพื้นฐาน
- ผลผลิตขั้นต้นและสุทธิขั้นต้น
- ผลผลิตรอง
- ถ่ายทอดประสิทธิภาพและวิถีพลังงาน
- หมวดประสิทธิภาพการถ่ายเทพลังงาน
- ประสิทธิภาพการถ่ายโอนทั่วโลก
- พลังงานที่หายไปไปไหน?
- อ้างอิง
กฎส่วนสิบของระบบนิเวศ , กฎหมายระบบนิเวศหรือ10%ทำให้เกิดพลังงานในการเดินทางมาของตนโดยโภชนาการระดับที่แตกต่างกัน มักเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่ากฎนี้เป็นเพียงผลโดยตรงของกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์
พลังงานในระบบนิเวศเป็นส่วนหนึ่งของระบบนิเวศที่เกี่ยวข้องกับการหาปริมาณความสัมพันธ์ที่เราได้ระบุไว้ข้างต้น ถือว่าเรย์มอนด์ลินเดมันน์ (โดยเฉพาะในงานน้ำเชื้อของเขาในปีพ. ศ. 2485) เป็นผู้ที่สร้างรากฐานของพื้นที่การศึกษานี้
รูปที่ 1. Trophic Network ที่มา: โดย Thompsma จาก Wikimedia Commons
งานของเขามุ่งเน้นไปที่แนวคิดของห่วงโซ่อาหารและเว็บและการหาปริมาณของประสิทธิภาพในการถ่ายเทพลังงานระหว่างระดับโภชนาการที่แตกต่างกัน
Lindemann เริ่มต้นจากการแผ่รังสีแสงอาทิตย์หรือพลังงานที่ชุมชนได้รับผ่านการจับโดยพืชผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสงและยังคงตรวจสอบการจับนี้และการใช้งานในภายหลังโดยสัตว์กินพืช (ผู้บริโภคหลัก) จากนั้นโดยสัตว์กินเนื้อ (ผู้บริโภครอง ) และสุดท้ายโดยตัวย่อยสลาย
กฎการลดหย่อนทางนิเวศวิทยาคืออะไร?
หลังจากงานบุกเบิกของลินเดมันน์ประสิทธิภาพการถ่ายทอดทางโภชนาการถือว่าอยู่ที่ประมาณ 10% ในความเป็นจริงนักนิเวศวิทยาบางคนอ้างถึงกฎหมาย 10% อย่างไรก็ตามตั้งแต่นั้นมาก็เกิดความสับสนมากมายเกี่ยวกับปัญหานี้
ไม่มีกฎแห่งธรรมชาติใดที่ส่งผลให้พลังงานหนึ่งในสิบอย่างแม่นยำเข้าสู่ระดับโภชนาการหนึ่งจะถูกถ่ายโอนไปยังระดับต่อไป
ตัวอย่างเช่นการรวบรวมการศึกษาเกี่ยวกับโภชนาการ (ในสภาพแวดล้อมทางทะเลและน้ำจืด) พบว่าประสิทธิภาพการถ่ายโอนตามระดับโภชนาการอยู่ระหว่างประมาณ 2 ถึง 24% แม้ว่าค่าเฉลี่ยจะเท่ากับ 10.13%
ตามกฎทั่วไปสามารถใช้ได้กับทั้งระบบสัตว์น้ำและระบบภาคพื้นดินอาจกล่าวได้ว่าผลผลิตรองโดยสัตว์กินพืชมักจะอยู่โดยประมาณโดยเรียงตามขนาดที่ต่ำกว่าผลผลิตหลักที่เป็นพื้นฐาน
นี่มักจะเป็นความสัมพันธ์ที่สอดคล้องกันซึ่งคงไว้ในระบบการหาอาหารทั้งหมดและมีแนวโน้มที่จะกลายเป็นโครงสร้างประเภทเสี้ยมซึ่งฐานนั้นมาจากพืชและบนฐานนี้จะมีการสร้างฐานที่เล็กกว่าของผู้บริโภคหลัก ซึ่งเป็นฐานของผู้บริโภครองรายอื่น (แม้จะเล็กกว่า)
ระดับองค์กร
สิ่งมีชีวิตทุกชนิดต้องการสสารและพลังงาน มีความสำคัญต่อการสร้างร่างกายและพลังงานเพื่อทำหน้าที่สำคัญของพวกเขา ข้อกำหนดนี้ไม่ จำกัด เฉพาะสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด แต่ครอบคลุมไปถึงองค์กรทางชีววิทยาในระดับที่สูงขึ้นซึ่งบุคคลเหล่านี้สามารถปฏิบัติตามได้
ระดับขององค์กรเหล่านี้ ได้แก่ :
- ประชากรทางชีวภาพ : สิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันที่อาศัยอยู่ในบริเวณเดียวกัน
- ชุมชนทางชีวภาพ : ชุดของสิ่งมีชีวิตสายพันธุ์ที่แตกต่างกันหรือประชากรที่อาศัยอยู่ในบางพื้นที่และโต้ตอบผ่านทางอาหารหรือความสัมพันธ์โภชนา)
- ระบบนิเวศ : ระดับที่ซับซ้อนมากที่สุดขององค์กรทางชีวภาพที่สร้างขึ้นของชุมชนที่เกี่ยวข้องกับสิ่งแวดล้อม abiotic ของ - น้ำแสงแดดสภาพภูมิอากาศและปัจจัยอื่น ๆ - ด้วยความที่มันมีปฏิสัมพันธ์
ระดับชั้นอาหาร
ในระบบนิเวศชุมชนและสิ่งแวดล้อมสร้างกระแสของพลังงานและสสาร
สิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศถูกจัดกลุ่มตาม "บทบาท" หรือ "หน้าที่" ที่พวกมันเติมเต็มภายในห่วงโซ่อาหารหรือโภชนาการ นี่คือวิธีที่เราพูดถึงระดับโภชนาการของผู้ผลิตผู้บริโภคและผู้ย่อยสลาย
ในทางกลับกันแต่ละระดับทางโภชนาการเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมทางเคมีฟิสิกส์ที่เป็นเงื่อนไขสำหรับชีวิตและในขณะเดียวกันก็ทำหน้าที่เป็นแหล่งที่มาและจมลงสำหรับพลังงานและสสาร
แนวคิดพื้นฐาน
ผลผลิตขั้นต้นและสุทธิขั้นต้น
อันดับแรกเราต้องกำหนดผลผลิตหลักซึ่งเป็นอัตราที่ผลิตชีวมวลต่อหน่วยพื้นที่
โดยปกติจะแสดงเป็นหน่วยพลังงาน (จูลต่อตารางเมตรต่อวัน) หรือในหน่วยของสารอินทรีย์แห้ง (กิโลกรัมต่อเฮกตาร์ต่อปี) หรือเป็นคาร์บอน (มวลของคาร์บอนเป็นกิโลกรัมต่อตารางเมตรต่อปี)
โดยทั่วไปเมื่อเรากล่าวถึงพลังงานทั้งหมดที่แก้ไขโดยการสังเคราะห์ด้วยแสงเรามักเรียกว่าผลผลิตขั้นต้นขั้นต้น (PPG)
จากนี้สัดส่วนจะถูกใช้ไปในการหายใจของ autotrophs เอง (RA) และสูญเสียไปในรูปของความร้อน การผลิตขั้นต้นสุทธิ (PPN) ได้มาจากการลบจำนวนนี้ออกจาก PPG (PPN = PPG-RA)
การผลิตขั้นต้นสุทธิ (PPN) นี้เป็นสิ่งที่มีอยู่สำหรับการบริโภคโดย heterotrophs ในที่สุด (ได้แก่ แบคทีเรียเชื้อราและสัตว์อื่น ๆ ที่เรารู้จัก)
ผลผลิตรอง
ผลผลิตทุติยภูมิ (PS) หมายถึงอัตราการผลิตชีวมวลใหม่โดยสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน ไม่เหมือนกับพืชแบคทีเรียต่างชนิดเชื้อราและสัตว์พวกมันไม่สามารถสร้างสารประกอบเชิงซ้อนที่อุดมด้วยพลังงานที่ต้องการจากโมเลกุลธรรมดา ๆ ได้
พวกมันได้รับสสารและพลังงานจากพืชเสมอซึ่งพวกมันสามารถทำได้โดยตรงโดยการบริโภควัสดุจากพืชหรือโดยทางอ้อมโดยการกินพืชที่แตกต่างกัน
ด้วยวิธีนี้พืชหรือสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์ด้วยแสงโดยทั่วไป (เรียกอีกอย่างว่าผู้ผลิต) ประกอบด้วยระดับโภชนาการแรกในชุมชน ผู้บริโภคหลัก (ผู้ที่เลี้ยงผู้ผลิต) ประกอบขึ้นเป็นระดับโภชนาการที่สองและผู้บริโภคระดับรอง (เรียกอีกอย่างว่าสัตว์กินเนื้อ) เป็นระดับที่สาม
ถ่ายทอดประสิทธิภาพและวิถีพลังงาน
สัดส่วนของการผลิตขั้นต้นสุทธิที่ไหลไปตามเส้นทางพลังงานที่เป็นไปได้ในที่สุดขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพในการถ่ายเทนั่นคือวิธีที่พลังงานถูกใช้และส่งผ่านจากระดับหนึ่งไปยังอีกระดับหนึ่ง อื่น ๆ
หมวดประสิทธิภาพการถ่ายเทพลังงาน
ประสิทธิภาพการถ่ายเทพลังงานมีสามประเภทและด้วยการกำหนดไว้อย่างดีเหล่านี้เราสามารถทำนายรูปแบบการไหลของพลังงานในระดับโภชนาการได้ ประเภทเหล่านี้ ได้แก่ : ประสิทธิภาพการบริโภค (EC), ประสิทธิภาพการดูดซึม (EA) และประสิทธิภาพการผลิต (EP)
ให้เรากำหนดสามประเภทที่กล่าวถึงนี้
ในทางคณิตศาสตร์เราสามารถกำหนดประสิทธิภาพการบริโภค (EC) ได้ดังนี้:
EC = ฉันn / P n-1 × 100
ในกรณีที่เราสามารถดูได้ว่า EC คือเปอร์เซ็นต์ของผลผลิตทั้งหมดที่มีอยู่ (P n-1 ) ที่กินเข้าไปอย่างมีประสิทธิภาพโดยช่องโภชนาการที่อยู่ติดกัน (I n )
ตัวอย่างเช่นสำหรับผู้บริโภคหลักในระบบการเลี้ยงปศุสัตว์ EC คือเปอร์เซ็นต์ (แสดงเป็นหน่วยพลังงานและต่อหนึ่งหน่วยเวลา) ของ PPN ที่สัตว์กินพืชกินเข้าไป
หากเราหมายถึงผู้บริโภครองก็จะเทียบเท่ากับเปอร์เซ็นต์ของผลผลิตของสัตว์กินพืชที่สัตว์กินเนื้อบริโภค ส่วนที่เหลือตายโดยไม่ถูกกินและเข้าสู่ห่วงโซ่ที่สลายตัว
ในทางกลับกันประสิทธิภาพการดูดซึมจะแสดงดังนี้:
EA = A n / I n × 100
เราอ้างถึงเปอร์เซ็นต์อีกครั้ง แต่คราวนี้เป็นส่วนของพลังงานที่มาจากอาหารและบริโภคเข้าไปในช่องโภชนาการโดยผู้บริโภค (I n ) และถูกดูดซึมโดยระบบย่อยอาหาร (A n )
พลังงานนี้จะมีไว้สำหรับการเติบโตและสำหรับการทำงาน ส่วนที่เหลือ (ส่วนที่ไม่ได้ดูดซึม) จะสูญหายไปกับอุจจาระจากนั้นเข้าสู่ระดับโภชนาการของผู้ย่อยสลาย
สุดท้ายประสิทธิภาพการผลิต (EP) จะแสดงเป็น:
ซึ่งเป็นเปอร์เซ็นต์เช่นกัน แต่ในกรณีนี้เราอ้างถึงพลังงานที่หลอมรวม (A n ) ที่ถูกรวมเข้ากับมวลชีวภาพใหม่ (P n ) ส่วนที่เหลือของพลังงานที่ไม่ได้ถูกหลอมรวมทั้งหมดจะหายไปในรูปของความร้อนระหว่างการหายใจ
ผลิตภัณฑ์เช่นสารคัดหลั่งและ / หรือสิ่งขับถ่าย (ที่อุดมไปด้วยพลังงาน) ซึ่งมีส่วนร่วมในกระบวนการเผาผลาญถือได้ว่าเป็นการผลิต P nและมีอยู่ในรูปของซากศพสำหรับผู้ย่อยสลาย
ประสิทธิภาพการถ่ายโอนทั่วโลก
เมื่อกำหนดหมวดหมู่ที่สำคัญทั้งสามประเภทนี้แล้วเราสามารถถามตัวเองเกี่ยวกับ "ประสิทธิภาพการถ่ายโอนทั่วโลก" จากระดับโภชนาการหนึ่งไปยังอีกระดับหนึ่งซึ่งได้รับจากผลิตภัณฑ์ของประสิทธิภาพดังกล่าวข้างต้น (EC x EA x EP)
เราสามารถพูดได้ว่าประสิทธิภาพของระดับนั้นได้มาจากสิ่งที่สามารถบริโภคได้อย่างมีประสิทธิภาพซึ่งจะถูกดูดซึมและกลายเป็นมวลชีวภาพใหม่
พลังงานที่หายไปไปไหน?
ผลผลิตของสัตว์กินพืชมักจะต่ำกว่าพืชที่พวกมันกินอยู่เสมอ จากนั้นเราสามารถถามตัวเองว่า: พลังงานที่หายไปไปไหน?
ในการตอบคำถามนี้เราต้องให้ความสนใจกับข้อเท็จจริงต่อไปนี้:
- สัตว์กินพืชไม่ได้ใช้ชีวมวลทั้งหมดเนื่องจากส่วนใหญ่ตายและเข้าสู่ระดับชั้นอาหารของผู้ย่อยสลาย (แบคทีเรียเชื้อราและส่วนที่เหลือของ detritivores)
- ไม่ใช่ว่าชีวมวลทั้งหมดที่สัตว์กินพืชบริโภคหรือของสัตว์กินพืชที่กินโดยสัตว์กินเนื้อจะไม่ถูกดูดซึมและสามารถรวมเข้ากับมวลชีวภาพของผู้บริโภคได้ ส่วนหนึ่งหายไปกับอุจจาระและส่งผ่านไปยังผู้ย่อยสลาย
- ไม่ใช่ว่าพลังงานทั้งหมดที่หลอมรวมจะถูกเปลี่ยนเป็นชีวมวลได้จริงเนื่องจากพลังงานบางส่วนสูญเสียไปเป็นความร้อนระหว่างการหายใจ
สิ่งนี้เกิดขึ้นจากสาเหตุพื้นฐานสองประการ: ประการแรกเนื่องจากไม่มีกระบวนการแปลงพลังงานที่มีประสิทธิภาพ 100% นั่นคือมักจะมีการสูญเสียในรูปของความร้อนในการแปลงซึ่งสอดคล้องกับกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์
ประการที่สองเนื่องจากสัตว์จำเป็นต้องทำงานซึ่งต้องใช้ค่าใช้จ่ายด้านพลังงานและในทางกลับกันก็หมายถึงการสูญเสียใหม่ในรูปของความร้อน
รูปแบบเหล่านี้เกิดขึ้นในทุกระดับชั้นอาหารและตามคำทำนายของกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์พลังงานส่วนหนึ่งที่พยายามถ่ายเทจากระดับหนึ่งไปยังอีกระดับหนึ่งจะกระจายไปในรูปของความร้อนที่ใช้ไม่ได้เสมอ
อ้างอิง
- Caswell, H. (2005). เว็บไซต์อาหาร: จากการเชื่อมต่อไปจนถึงพลังงาน (H. Caswell, Ed.) ความก้าวหน้าในการวิจัยทางนิเวศวิทยา (ฉบับที่ 36) Elsevier Ltd. หน้า 209
- Curtis, H. et al. (2008) ชีววิทยา. ฉบับที่ 7 บัวโนสไอเรส - อาร์เจนตินา: กองบรรณาธิการMédica Panamericana PP 1160
- Kitching, RL (2000). Food Webs and Container Habitats: ประวัติศาสตร์ธรรมชาติและนิเวศวิทยาของ phytotelmata สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ PP 447
- ลินเดมันน์, RL (2485) ด้านโภชนาการ - ลักษณะไดนามิกของนิเวศวิทยา นิเวศวิทยา, 23, 399-418.
- Pascual, M. , และ Dunne, JA (2006). เครือข่ายระบบนิเวศ: การเชื่อมโยงโครงสร้างกับพลวัตในเว็บไซต์อาหาร Pascual & JA Dunne, Eds.) Santa Fe Institute Studies in the Sciences of Complexity. สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด PP 405