تدفق الطاقة (النظام البيئي): التعريف ، العملية والأمثلة (مع الرسم التخطيطي)

المحتوى

• تعريف تدفق الطاقة والمستويات الغذائية
• شروط معرفة لتدفق الطاقة في النظم الإيكولوجية
• عملية تدفق الطاقة
• تدفق الطاقة ليست فعالة بنسبة 100 في المئة
• كيف يؤثر تدفق الطاقة على أهرامات الغذاء والطاقة
• كيف تتدفق الطاقة في النظام البيئي
• مثال النظام البيئي: الغابات المعتدلة
• مثال النظام البيئي: الشعاب المرجانية

ل النظام البيئي يتم تعريفه على أنه مجتمع من الكائنات الحية المختلفة التي تتفاعل مع بعضها البعض وبيئتها في منطقة معينة. وهو يمثل جميع التفاعلات والعلاقات بين الاثنين الأحيائية (المعيشة) و لا حيوي العوامل (غير الحية).

الطاقة هي ما يدفع النظام البيئي إلى الازدهار. وبينما كل شيء يتم حفظ المسألة في النظام البيئي ، طاقة يطفو من خلال نظام بيئي ، وهذا يعني أنه لا يتم حفظه. تدخل الطاقة إلى جميع الأنظمة الإيكولوجية كضوء الشمس وتضيع تدريجياً مع عودة الحرارة إلى البيئة.

ومع ذلك ، قبل أن تتدفق الطاقة من النظام البيئي كحرارة ، فإنها تتدفق بين الكائنات الحية في عملية تسمى تدفق الطاقة. إنه تدفق الطاقة الذي يأتي من الشمس ثم ينتقل من الكائن الحي إلى الكائن الحي الذي هو أساس كل التفاعلات والعلاقات داخل النظام البيئي.

تعريف تدفق الطاقة والمستويات الغذائية

تعريف تدفق الطاقة هو نقل الطاقة من الشمس وحتى كل مستوى لاحق من السلسلة الغذائية في بيئة.

يتم تعيين كل مستوى لتدفق الطاقة على السلسلة الغذائية في النظام البيئي بواسطة مستوى غذائي ، والذي يشير إلى الموقف الذي يشغله كائن حي أو مجموعة معينة من الكائنات على السلسلة الغذائية. بداية السلسلة ، والتي ستكون في أسفل هرم الطاقة ، هي المستوى الغذائي الأول. يشمل المستوى الغذائي الأول المنتجين و autotrophs التي تحول الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية قابلة للاستخدام عن طريق التمثيل الضوئي.

المستوى التالي للأعلى في سلسلة الغذاء / هرم الطاقة سيعتبر المستوى الغذائي الثاني، التي يشغلها عادةً نوع من المستهلك الأساسي مثل العاشبة التي تأكل النباتات أو الطحالب. كل خطوة لاحقة في السلسلة الغذائية تعادل مستوى غذائي جديد.

شروط معرفة لتدفق الطاقة في النظم الإيكولوجية

إلى جانب المستويات الغذائية ، هناك بعض المصطلحات الإضافية التي تحتاج إلى معرفتها لفهم تدفق الطاقة.

الكتلة الحيوية: الكتلة الحيوية هي المواد العضوية أو المواد العضوية. الكتلة الحيوية هي المادة العضوية الفيزيائية التي يتم تخزين الطاقة فيها ، مثل الكتلة التي تشكل النباتات والحيوانات.

إنتاجية: الإنتاجية هي معدل دمج الطاقة في أجسام الكائنات الحية مثل الكتلة الحيوية. يمكنك تحديد الإنتاجية لأي وجميع المستويات الغذائية. فمثلا، ابتدائي الإنتاجية هي إنتاجية المنتجين الأساسيين في النظام البيئي.

إجمالي الإنتاجية الأولية (GPP): GPP هو معدل التقاط الطاقة من الشمس في جزيئات الجلوكوز. إنه يقيس بشكل أساسي مقدار الطاقة الكلية الناتجة عن المنتجين الأساسيين في النظام البيئي.

صافي الإنتاجية الأولية (NPP): يقيس NPP أيضًا مقدار الطاقة الكيميائية التي يولدها المنتجون الأساسيون ، لكنه يأخذ أيضًا في الاعتبار الطاقة المفقودة بسبب احتياجات التمثيل الغذائي من قبل المنتجين أنفسهم. لذلك ، NPP هو معدل التقاط الطاقة من الشمس وتخزينها كمواد حيوية ، وهو مساوٍ لكمية الطاقة المتاحة للكائنات الأخرى في النظام البيئي. NPP هو دائما كمية أقل من GPP.

يختلف NPP حسب النظام البيئي. يعتمد على متغيرات مثل:

عملية تدفق الطاقة

تدخل الطاقة في النظم الإيكولوجية مثل ضوء الشمس وتتحول إلى طاقة كيميائية قابلة للاستخدام من قبل المنتجين مثل النباتات البرية والطحالب والبكتيريا الضوئية. بمجرد أن تدخل هذه الطاقة إلى النظام الإيكولوجي عن طريق التمثيل الضوئي ويتم تحويلها إلى كتلة حيوية من قبل هؤلاء المنتجين ، تتدفق الطاقة عبر السلسلة الغذائية عندما تأكل الكائنات الحية كائنات أخرى.

يستخدم العشب التمثيل الضوئي ، ويأكل خنفساء العشب ، ويأكل الطيور خنفساء وهلم جرا.

تدفق الطاقة ليست فعالة بنسبة 100 في المئة

مع ارتفاع مستويات التغذية والاستمرار على طول السلسلة الغذائية ، لا يكون تدفق الطاقة فعالًا بنسبة 100 في المائة. فقط حوالي 10 في المئة من الطاقة المتاحة تجعلها من مستوى غذائي واحد إلى المستوى الغذائي التالي ، أو من كائن حي إلى آخر. يتم فقدان ما تبقى من هذه الطاقة المتاحة (حوالي 90 في المئة من تلك الطاقة) كحرارة.

تنخفض الإنتاجية الصافية لكل مستوى بعامل 10 مع ارتفاع كل مستوى غذائي.

لماذا ليس هذا النقل 100 ٪ كفاءة؟ هناك ثلاثة أسباب رئيسية:

1. لا يتم استهلاك كل الكائنات الحية من كل مستوى غذائي: فكر في الأمر بهذه الطريقة: تبلغ الإنتاجية الأولية الصافية جميع الطاقة المتاحة للكائنات في نظام بيئي يوفره المنتجون لتلك الكائنات في المستويات الغذائية العليا. ولكي يتدفق كل ذلك الطاقة من هذا المستوى إلى المستوى التالي ، فهذا يعني أن جميع هؤلاء المنتجين سوف يحتاجون إلى استهلاك. كل شفرة من العشب ، كل قطعة مجهرية من الطحالب ، كل ورقة ، كل زهرة وهلم جرا. لا يحدث ذلك ، مما يعني أن بعض تلك الطاقة لا يتدفق من هذا المستوى إلى المستويات الغذائية العليا.

2. لا يمكن نقل جميع الطاقة من مستوى إلى آخر: السبب الثاني وراء عدم كفاءة تدفق الطاقة هو أن بعض الطاقة غير قادرة على النقل وبالتالي تضيع. على سبيل المثال ، لا يمكن للبشر هضم السليلوز. على الرغم من أن السليلوز يحتوي على طاقة ، لا يمكن للناس هضمها والحصول على الطاقة منها ، وفقدانها "كنفايات" (على سبيل المثال ، البراز).

هذا صحيح بالنسبة لجميع الكائنات الحية: هناك بعض الخلايا والأجزاء التي لا يمكن هضمها والتي سوف تفرز كنفايات / تضيع كحرارة. لذلك ، حتى لو كانت الطاقة المتاحة التي تحتوي عليها قطعة من الطعام هي كمية واحدة ، فمن المستحيل على كائن حي أن يأكلها للحصول على كل وحدة من الطاقة المتاحة داخل هذا الغذاء. سوف تضيع دائما بعض هذه الطاقة.

3. الأيض يستخدم الطاقة: أخيرًا ، تستهلك الكائنات الحية الطاقة في عمليات التمثيل الغذائي مثل التنفس الخلوي. يتم استخدام هذه الطاقة ولا يمكن بعد ذلك نقلها إلى المستوى الغذائي التالي.

كيف يؤثر تدفق الطاقة على أهرامات الغذاء والطاقة

يمكن وصف تدفق الطاقة من خلال سلاسل الغذاء على أنه نقل الطاقة من كائن حي إلى آخر ، بدءًا من المنتجين والانتقال إلى أعلى من السلسلة حيث يتم استهلاك الكائنات الحية بواسطة بعضها البعض. هناك طريقة أخرى لعرض هذا النوع من السلسلة أو ببساطة لعرض المستويات الغذائية وهي من خلال أهرامات الغذاء / الطاقة.

لأن تدفق الطاقة غير فعال ، فإن أدنى مستوى في السلسلة الغذائية يكون دائمًا الأكبر من حيث الطاقة والكتلة الحيوية. ولهذا السبب يظهر في قاعدة الهرم ؛ هذا هو المستوى الذي يكون أكبر. أثناء تحريك كل مستوى غذائي لأعلى أو كل مستوى من هرم الطعام ، تنخفض كل من الطاقة والكتلة الحيوية ، وهذا هو السبب في تضييق مستوياتها وتضييقها بصريًا أثناء تحريك الهرم.

فكر في الأمر بهذه الطريقة: ستفقد 90 في المائة من الطاقة المتاحة مع تقدمك في كل مستوى. 10 في المائة فقط من الطاقة تتدفق على طول ، والتي لا يمكن أن تدعم العديد من الكائنات الحية مثل المستوى السابق. ينتج عن ذلك طاقة أقل وكتلة حيوية أقل في كل مستوى.

وهذا ما يفسر سبب وجود عدد أكبر من الكائنات الحية في السلسلة الغذائية (مثل الحشائش والحشرات والأسماك الصغيرة ، على سبيل المثال) وعدد أصغر بكثير من الكائنات الحية في الجزء العلوي من السلسلة الغذائية (مثل الدببة والحيتان والأسود) مثال).

كيف تتدفق الطاقة في النظام البيئي

هيريس سلسلة عامة لكيفية تدفق الطاقة في النظام البيئي:

بدون المنتجين ، لن يكون هناك أي وسيلة لدخول أي كمية من الطاقة إلى النظام الإيكولوجي في شكل صالح للاستخدام. يجب أن تدخل الطاقة باستمرار إلى النظام البيئي عبر أشعة الشمس وأن المنتجين الأساسيين ، وإلا فإن شبكة / سلسلة الغذاء بأكملها في النظام البيئي سوف تنهار وتتوقف عن الوجود.

مثال النظام البيئي: الغابات المعتدلة

تعد النظم البيئية للغابات المعتدلة مثالاً رائعًا لعرض كيفية عمل تدفق الطاقة.

كل شيء يبدأ مع الطاقة الشمسية التي تدخل النظام البيئي. سيتم استخدام ضوء الشمس زائد ثاني أكسيد الكربون من قبل عدد من المنتجين الأساسيين في بيئة الغابات ، بما في ذلك:

بعد ذلك يأتي المستهلكون الأساسيون. في الغابة المعتدلة ، سيشمل ذلك الحيوانات العاشبة مثل الغزلان والحشرات العاشبة المختلفة والسناجب والسنجاب والأرانب وغيرها. هذه الكائنات تأكل المنتجين الأساسيين وتدمج طاقتهم في أجسامهم. تضيع بعض الطاقة كالحرارة والنفايات.

المستهلكون الثانوي والثالث ثم أكل تلك الكائنات الأخرى. في غابة معتدلة ، يشمل هذا حيوانات مثل الراكون والحشرات المفترسة والثعالب والذئاب والذئاب والدببة والطيور الجارحة.

عندما يموت أي من هذه الكائنات ، يقوم المحللون بتكسير أجسام الكائنات الميتة ، وتدفق الطاقة إلى المحلات. في الغابة المعتدلة ، سيشمل ذلك الديدان والفطريات وأنواع مختلفة من البكتيريا.

يمكن إظهار مفهوم "تدفق الطاقة" الهرمي في هذا المثال أيضًا. الطاقة الأكثر المتوفرة والكتلة الحيوية هي في أدنى مستوى من هرم الغذاء / الطاقة: المنتجون في شكل نباتات مزهرة ، أعشاب ، شجيرات وأكثر. المستوى مع أقل طاقة / الكتلة الحيوية هو في الجزء العلوي من الهرم / السلسلة الغذائية في شكل مستهلكين رفيعي المستوى مثل الدببة والذئاب.

مثال النظام البيئي: الشعاب المرجانية

في حين أن النظم الإيكولوجية البحرية مثل الشعاب المرجانية تختلف اختلافًا كبيرًا عن النظم الإيكولوجية الأرضية مثل الغابات المعتدلة ، يمكنك أن ترى كيف يعمل مفهوم تدفق الطاقة بالطريقة نفسها بالضبط.

المنتجون الرئيسيون في بيئة الشعاب المرجانية هم في الغالب العوالق المجهرية ، والكائنات المجهرية الشبيهة بالنباتات الموجودة في الشعاب المرجانية وتطفو بحرية في المياه المحيطة بالشعاب المرجانية. من هناك ، تستهلك العديد من الأسماك والرخويات وغيرها من الكائنات العاشبة ، مثل قنافذ البحر التي تعيش في الشعاب المرجانية ، هؤلاء المنتجين (معظمهم من الطحالب في هذا النظام البيئي) للحصول على الطاقة.

ثم تتدفق الطاقة إلى المستوى الغذائي التالي ، والذي سيكون في هذا النظام البيئي أسماكًا مفترسة أكبر مثل أسماك القرش والباراكودا جنبًا إلى جنب مع ثعبان البحر موراي وسمك النهاش وسمك اللدغة والحبار وغيرها.

توجد التحلل في الشعاب المرجانية أيضًا. بعض الأمثلة تشمل:

يمكنك أيضا رؤية مفهوم الهرم مع هذا النظام البيئي. توجد معظم الطاقة المتاحة والكتلة الحيوية في المستوى الغذائي الأول وأدنى مستوى للهرم الغذائي: المنتجون في شكل الطحالب والكائنات الحية المرجانية. المستوى مع أقل الطاقة والكتلة الحيوية المتراكمة في القمة في شكل مستهلكين رفيعي المستوى مثل أسماك القرش.