2 mô hình dòng năng lượng trong một hệ sinh thái (có sơ đồ) - Giải thích!
Dòng năng lượng có thể được giải thích bằng hai mô hình: mô hình năng lượng kênh đơn và mô hình năng lượng hình chữ Y.
1. Mô hình năng lượng một kênh:
Nguyên lý của chuỗi thức ăn và hoạt động của hai định luật nhiệt động lực học có thể được làm rõ hơn bằng các sơ đồ dòng năng lượng như trong Hình 1. 3 và 1. 4.
Như thể hiện trong hình 1.3 trên tổng số bức xạ mặt trời tới (118.872 gcal / cm2 / năm), 118.761 gcal / cm2 / năm vẫn không được sử dụng, và do đó, tổng sản lượng (sản xuất ròng cộng với hô hấp) bằng tự động là 111 gcal / cm2 / năm với hiệu quả thu năng lượng là 0, 1 0%. Cũng có thể lưu ý rằng 21 phần trăm năng lượng này hoặc 23 gcal / cm2 / năm được tiêu thụ trong các phản ứng trao đổi chất của tự dưỡng cho sự tăng trưởng, phát triển, duy trì và sinh sản của chúng.
Có thể thấy thêm rằng 15 gcal / cm2 / năm được tiêu thụ bởi động vật ăn cỏ gặm cỏ hoặc ăn Autotrophs - con số này chiếm tới 17% sản lượng tự động thuần.
Sự phân hủy (3 gcal / cm 2 năm) chiếm khoảng 3, 4% sản lượng ròng. Phần còn lại của nguyên liệu thực vật, 70 gcal / cm 2 / năm hoặc 79, 5% sản lượng ròng, hoàn toàn không được sử dụng mà trở thành một phần của trầm tích tích lũy. Rõ ràng là sau đó nhiều năng lượng có sẵn cho động vật ăn cỏ hơn là tiêu thụ.
Cũng có thể lưu ý rằng các con đường mất mát khác nhau tương đương với một tài khoản để thu năng lượng của tự động, tức là tổng sản lượng. Ngoài ra, gọi chung là ba 'số phận' (phân hủy, động vật ăn cỏ và không được sử dụng) tương đương với sản xuất ròng, trong tổng năng lượng được kết hợp ở cấp độ động vật ăn cỏ, tức là 15 gcal.cm 2 / năm, 30 phần trăm hoặc 4, 5 gcal / cm 2 / năm được sử dụng trong các phản ứng trao đổi chất. Do đó, có nhiều năng lượng bị mất đáng kể qua hô hấp của động vật ăn cỏ (30 phần trăm) so với tự dưỡng (21 phần trăm).
Một lần nữa, có năng lượng đáng kể có sẵn cho các loài ăn thịt, cụ thể là 10, 5 gcal / cm 2 / năm hoặc 70%, không hoàn toàn được sử dụng; trong thực tế, chỉ có 3.0 gcal / cm 2 / năm hoặc 28, 6% sản lượng ròng chuyển đến các loài ăn thịt. Đây là việc sử dụng tài nguyên hiệu quả hơn so với xảy ra ở cấp độ chuyển động tự nhiên.
Ở cấp độ ăn thịt, khoảng 60 phần trăm năng lượng của động vật ăn thịt được tiêu thụ trong hoạt động trao đổi chất và phần còn lại trở thành một phần của trầm tích không được sử dụng; chỉ một lượng không đáng kể có thể bị phân hủy hàng năm. Mất hô hấp cao này so với 30 phần trăm bởi động vật ăn cỏ và 21 phần trăm bởi tự dưỡng trong hệ sinh thái này.
Từ sơ đồ dòng năng lượng như trong hình 1.3, hai điều trở nên rõ ràng. Thứ nhất, có một con đường một chiều dọc theo đó năng lượng di chuyển (dòng năng lượng một chiều). Năng lượng được thu thập bởi các tự động không trở lại đầu vào năng lượng mặt trời; mà truyền đến động vật ăn cỏ không chuyển trở lại tự động. Khi nó di chuyển dần dần qua các cấp độ danh hiệu khác nhau, nó không còn có sẵn cho cấp độ trước đó. Do đó, do dòng năng lượng một chiều, hệ thống sẽ sụp đổ nếu nguồn chính, mặt trời, bị cắt đứt.
Thứ hai, xảy ra sự giảm dần mức năng lượng ở mỗi cấp độ danh hiệu. Điều này được giải thích chủ yếu bởi năng lượng tiêu tan dưới dạng nhiệt trong các hoạt động trao đổi chất và được đo ở đây là hô hấp kết hợp với năng lượng không được sử dụng. Trong hình trên, các hộp trên mạng, biểu thị các mức cúp và 'ống dẫn' mô tả dòng năng lượng vào và ra của mỗi cấp.
Dòng năng lượng cân bằng chảy ra theo yêu cầu của định luật nhiệt động lực học đầu tiên, và sự truyền năng lượng đi kèm với sự phân tán năng lượng thành nhiệt không có sẵn (tức là hô hấp) theo yêu cầu của định luật thứ hai. Hình 1. 4 trình bày một mô hình dòng năng lượng rất đơn giản của ba cấp độ nhiệt đới, từ đó có thể thấy rõ rằng dòng năng lượng bị giảm đáng kể ở mỗi cấp độ chiến thắng liên tiếp từ nhà sản xuất đến động vật ăn cỏ và sau đó đến động vật ăn thịt.
Do đó, tại mỗi lần truyền năng lượng từ cấp này sang cấp khác, phần lớn năng lượng bị mất dưới dạng nhiệt hoặc dạng khác. Có sự giảm liên tiếp trong dòng năng lượng cho dù chúng ta xem xét nó theo tổng lưu lượng (tức là tổng năng lượng đầu vào và tổng đồng hóa) hoặc các thành phần sản xuất và hô hấp thứ cấp. Do đó, trong số 3.000 Kcal tổng ánh sáng rơi vào cây xanh, khoảng 50% (1500Kcal) được hấp thụ, trong đó chỉ có 1% (15 Kcal) được chuyển đổi ở cấp độ danh hiệu đầu tiên.
Do đó, sản xuất sơ cấp thuần chỉ là 15 Kcal. Năng suất thứ cấp (P2 và P3 trong sơ đồ) có xu hướng khoảng 10% ở các mức tiêu thụ liên tiếp của người tiêu dùng, ví dụ như động vật ăn cỏ và động vật ăn thịt, mặc dù hiệu quả có thể cao hơn, 20%, ở mức độ ăn thịt như được hiển thị (hoặc P3 = 0, 3 Kcal) trong sơ đồ.
Rõ ràng từ Hình 1.3 và 1.4 cho thấy có sự giảm liên tiếp dòng năng lượng ở các cấp độ danh hiệu liên tiếp. Do đó, chuỗi thức ăn càng ngắn, năng lượng thực phẩm sẵn có càng lớn vì sự gia tăng chiều dài của chuỗi thức ăn sẽ làm mất nhiều năng lượng tương ứng.
2. Mô hình dòng năng lượng hình chữ Y:
Mô hình hình chữ Y tiếp tục chỉ ra rằng hai chuỗi thực phẩm là chuỗi thức ăn chăn thả và chuỗi thức ăn mảnh vụn trên thực tế, trong điều kiện tự nhiên, không hoàn toàn cách ly với nhau. Chuỗi thức ăn chăn thả bắt đầu từ cơ sở thực vật xanh đến động vật ăn cỏ và chuỗi thức ăn mảnh vụn bắt đầu bằng chất hữu cơ chết do vi khuẩn, sau đó chuyển đến các loài ăn mảnh vụn và người tiêu dùng của chúng.
Ví dụ, xác chết của động vật nhỏ đã từng là một phần của chuỗi thức ăn chăn thả được đưa vào chuỗi thức ăn mảnh vụn cũng như phân của động vật ăn cỏ. Về mặt chức năng, sự khác biệt giữa hai loại là độ trễ thời gian giữa việc tiêu thụ trực tiếp thực vật sống và sử dụng cuối cùng các chất hữu cơ chết. Tầm quan trọng của hai chuỗi thức ăn có thể khác nhau ở các hệ sinh thái khác nhau, trong một số chăn thả là quan trọng hơn, ở những loài khác, mảnh vụn là con đường chính.
Điểm quan trọng trong mô hình hình chữ Y là hai chuỗi thức ăn không được cách ly với nhau. Mô hình hình chữ Y này là mô hình làm việc thực tế và thực tế hơn mô hình một kênh bởi vì,
(i) nó xác nhận cấu trúc phân tầng của các hệ sinh thái,
(ii) nó phân tách chuỗi chăn thả và mảnh vụn (tiêu thụ trực tiếp thực vật sống và sử dụng chất hữu cơ chết tương ứng) trong cả thời gian và không gian, và
(Iii) rằng người tiêu dùng vi mô (vi khuẩn hấp thụ, nấm) và người tiêu dùng vĩ mô (động vật thực bào) khác nhau rất nhiều quan hệ chuyển hóa kích thước. (EP> Odum. 1983).
Tuy nhiên, phải nhớ rằng những mô hình này mô tả mô hình cơ bản của dòng năng lượng trong hệ sinh thái. Trong thực tế, trong điều kiện tự nhiên, các sinh vật có mối liên hệ với nhau theo cách mà một số chuỗi thức ăn trở thành kết quả đan xen vào một mạng lưới thức ăn phức tạp. Chúng tôi đã đề cập đến mạng lưới thức ăn ở đồng cỏ và trong hệ sinh thái ao. Sự phức tạp của lưới thức ăn phụ thuộc vào độ dài của chuỗi thức ăn.
Do đó, trong tự nhiên, có các luồng năng lượng đa kênh, nhưng trong các kênh này thuộc về một trong hai chuỗi thức ăn cơ bản, nghĩa là sẽ là một chuỗi thức ăn chăn thả hoặc một mảnh vụn. Mô hình đan xen của một số chuỗi như vậy trong lưới thức ăn của một hệ sinh thái sẽ dẫn đến một luồng năng lượng đa kênh. Do đó, trong thực tế, trong điều kiện đồng ruộng, chúng ta có thể gặp khó khăn trong việc đo lường năng lượng của hệ sinh thái.
