• Принос от Boundless
  • Обща микробиология в Boundless

Енергията се губи, когато се прехвърля между трофичните нива; ефективността на този енергиен трансфер се измерва чрез NPE и TLTE.

трофични

  • Илюстрирайте трансфера на енергия между трофичните нива

Ключови точки

  • Енергията намалява, докато се придвижва нагоре по трофичните нива, тъй като енергията се губи като метаболитна топлина, когато организмите от едно трофично ниво се консумират от организмите от следващото ниво.
  • Ефективността на трансфер на трофично ниво (TLTE) измерва количеството енергия, което се прехвърля между трофичните нива.
  • Хранителната верига обикновено може да поддържа не повече от шест енергийни трансфера, преди цялата енергия да бъде изразходвана.
  • Нетната производствена ефективност (NPE) измерва колко ефективно всяко трофично ниво използва и включва енергията от храната си в биомасата, за да подхрани следващото трофично ниво.
  • Ендотермите имат нисък NPE и използват повече енергия за топлина и дишане от ектотермите, така че повечето ендотерми трябва да ядат по-често от ектотермите, за да получат енергията, необходима им за оцеляване.
  • Тъй като говедата и други животни имат ниски NPE, по-скъпо е да се произвежда енергийно съдържание под формата на месо и други животински продукти, отколкото под формата на царевица, соя и други култури.

Основни термини

  • асимилация: биомасата на сегашното трофично ниво след отчитане на загубената енергия поради непълно поглъщане на храна, енергия, използвана за дишане, и енергия, загубена като отпадъци
  • нетна производителност на потребителите: енергийно съдържание, достъпно за организмите от следващото трофично ниво
  • нетна производствена ефективност (NPE): мярка за способността на трофично ниво да преобразува енергията, която получава от предишното трофично ниво, в биомаса
  • ефективност на трансфер на трофично ниво (TLTE): ефективност на енергийния трансфер между две последователни трофични нива

Екологична ефективност: трансферът на енергия между трофичните нива

Големи количества енергия се губят от екосистемата между едно трофично ниво и следващото ниво, тъй като енергията тече от първичните производители през различните трофични нива на консуматори и разложители. Основната причина за тази загуба е вторият закон на термодинамиката, който гласи, че когато енергията се преобразува от една форма в друга, в системата има тенденция към разстройство (ентропия). В биологичните системи това означава, че много енергия се губи като метаболитна топлина, когато организмите от едно трофично ниво се консумират от следващото ниво. Измерването на ефективността на енергийния трансфер между две последователни трофични нива се нарича ефективност на трансфер на трофично ниво (TLTE) и се определя по формулата:

В Silver Springs TLTE между първите две трофични нива е приблизително 14,8%. Ниската ефективност на енергийния трансфер между трофичните нива обикновено е основният фактор, който ограничава дължината на хранителните вериги, наблюдавана в хранителната мрежа. Факт е, че след четири до шест енергийни трансфера не остава достатъчно енергия за поддържане на друго трофично ниво. В хранителната мрежа на екосистемата на езерото Онтарио са настъпили само три енергийни трансфера между основния производител (зелени водорасли) и третичния потребител (или на върха) потребител (сьомга Чинук).

Фигура \ (\ PageIndex \): Хранителна мрежа на езерото Онтарио: Тази хранителна мрежа показва взаимодействието между организмите през трофичните нива в екосистемата на езерото Онтарио. Първичните производители са очертани в зелено, първичните потребители в оранжево, вторичните потребители в синьо и третичните (апекс) потребители в лилаво. Стрелките сочат от организма, който се консумира, към организма, който го консумира. Забележете как някои линии сочат към повече от едно трофично ниво. Например, скаридите опосум ядат както първични производители, така и първични потребители.

Еколозите имат много различни методи за измерване на енергийните трансфери в рамките на екосистемите. Някои трансфери са по-лесни или по-трудни за измерване в зависимост от сложността на екосистемата и достъпа на учените за наблюдение на екосистемата. С други думи, някои екосистеми са по-трудни за изследване от други; понякога трябва да се изчисли количествената оценка на енергийните трансфери.

Нетна производствена ефективност

Друг основен параметър, който е важен при характеризирането на енергийния поток в една екосистема, е нетната производствена ефективност. Нетната производствена ефективност (NPE) позволява на еколозите да определят количествено колко ефективно организмите от определено трофично ниво включват енергията, която получават в биомасата. Изчислява се по следната формула:

Нетната производителност на потребителите е енергийното съдържание, достъпно за организмите от следващото трофично ниво. Асимилацията е биомасата (генерирано енергийно съдържание на единица площ) на настоящото трофично ниво след отчитане на загубената енергия поради непълно поглъщане на храна, енергия, използвана за дишане, и енергия, загубена като отпадъци. Непълното поглъщане се отнася до факта, че някои потребители ядат само част от храната си. Например, когато лъв убие антилопа, той ще изяде всичко, с изключение на кожите и костите. Лъвът липсва богат на енергия костен мозък вътре в костта, така че лъвът не използва всички калории, които плячката му би могла да осигури.

По този начин NPE измерва колко ефективно всяко трофично ниво използва и включва енергията от храната си в биомасата, за да подхрани следващото трофично ниво. По принцип студенокръвните животни (ектотерми), като безгръбначни, риби, земноводни и влечуги, използват по-малко от енергията, която получават за дишане и топлина, отколкото топлокръвните животни (ендотерми), като птици и бозайници. Допълнителната топлина, генерирана в ендотерми, въпреки че е предимство по отношение на активността на тези организми в по-студена среда, е основен недостатък по отношение на NPE. Затова много ендотерми трябва да се хранят по-често от ектотермите, за да получат енергията, необходима им за оцеляване. По принцип NPE за ектотерми е с порядък (10x) по-висок от този за ендотермите. Например, NPE за гъсеница, която яде листа, е измерена на 18 процента, докато NPE за катерица, която яде жълъди, може да бъде само 1,6 процента.

Неефективността на енергопотреблението от топлокръвни животни има широки последици за доставките на храна в света. Общоприето е, че месната промишленост използва големи количества култури за изхранване на добитъка. Тъй като NPE е нисък, голяма част от енергията от храна за животни се губи. Например струва около 0,01 долара за производство на 1000 диетични калории (ккал) царевица или соя, но приблизително 0,19 долара за производство на подобен брой калории, отглеждащи говеда за консумация на говеждо месо. Същото енергийно съдържание на млякото от говеда също е скъпо, приблизително 0,16 долара за 1000 ккал. Голяма част от тази разлика се дължи на ниския NPE на говедата. По този начин в световен мащаб има нарастващо движение за насърчаване на консумацията на немесни и млечни храни, така че да се губи по-малко енергия за хранене на животни за месната индустрия.