Luật thập phân sinh thái hay 10% là gì?

Định luật về thập phân sinh thái, luật sinh thái hoặc 10% làm tăng cách thức năng lượng di chuyển trong sự phát sinh của nó thông qua các cấp độ danh hiệu khác nhau. Người ta cũng thường nói rằng Luật này chỉ đơn giản là hệ quả trực tiếp của Luật Nhiệt động lực học thứ hai.

Năng lượng sinh thái là một phần của hệ sinh thái liên quan đến việc định lượng các mối quan hệ chúng ta đã nêu ở trên. Người ta coi Raymond Lindemann (cụ thể là trong tác phẩm bán kết năm 1942), là người đã thiết lập các cơ sở của lĩnh vực nghiên cứu này.

Công trình của ông tập trung vào các khái niệm về chuỗi và mạng lưới chiến lợi phẩm, và vào việc định lượng hiệu quả trong việc truyền năng lượng giữa các cấp độ danh hiệu khác nhau.

Lindemann bắt đầu từ sự cố bức xạ mặt trời hoặc năng lượng mà cộng đồng nhận được, thông qua việc bắt giữ bởi các nhà máy thông qua quá trình quang hợp và tiếp tục theo dõi sự bắt giữ và sử dụng sau đó của động vật ăn cỏ (người tiêu dùng chính), sau đó bởi động vật ăn thịt (người tiêu dùng thứ cấp). ) và cuối cùng là do dịch ngược.

Luật của thập phân sinh thái là gì?

Sau đó cho công việc tiên phong của Lindemann, người ta cho rằng hiệu suất chuyển giao danh hiệu là khoảng 10%; trên thực tế, một số nhà sinh thái học đã đề cập đến luật 10%. Tuy nhiên, kể từ đó, nhiều nhầm lẫn đã được tạo ra liên quan đến vấn đề này.

Chắc chắn không có quy luật tự nhiên nào dẫn đến kết quả chính xác là một phần mười năng lượng bước vào cấp độ danh hiệu, đó là năng lượng được chuyển sang tiếp theo.

Ví dụ, một bản tổng hợp các nghiên cứu về chiến lợi phẩm (trong môi trường nước biển và nước ngọt) cho thấy hiệu quả chuyển giao theo mức độ chiến lợi phẩm dao động trong khoảng từ 2 đến 24%, mặc dù trung bình là 10, 13%.

Theo nguyên tắc chung, áp dụng cho cả hệ thống thủy sinh và trên cạn, có thể nói rằng năng suất thứ cấp của động vật ăn cỏ thường nằm ở mức xấp xỉ, một mức độ lớn hơn năng suất chính mà nó dựa vào.

Đây thường là một mối quan hệ nhất quán được duy trì trong tất cả các hệ thống tìm kiếm thức ăn và thường xảy ra trong các cấu trúc của loại hình kim tự tháp, trong đó cơ sở được cung cấp bởi các nhà máy và trên cơ sở này, một cơ sở nhỏ hơn dựa trên người tiêu dùng chính, trên đó một người khác (nhỏ hơn) của người tiêu dùng thứ cấp ngồi.

Cấp độ tổ chức

Tất cả chúng sinh đòi hỏi vật chất và năng lượng; vấn đề xây dựng cơ thể và năng lượng của họ để thực hiện các chức năng quan trọng của họ. Yêu cầu này không giới hạn ở một sinh vật riêng lẻ, mà được mở rộng đến các cấp độ tổ chức sinh học cao hơn mà những cá nhân này có thể tuân thủ.

Các cấp độ tổ chức này là:

Một quần thể sinh học : các sinh vật cùng loài sống trong cùng một khu vực cụ thể.
Một cộng đồng sinh học : tập hợp các sinh vật thuộc các loài hoặc quần thể khác nhau, sống trong một khu vực nhất định và tương tác thông qua các mối quan hệ thực phẩm hoặc chiến lợi phẩm).
Một hệ sinh thái : cấp độ tổ chức sinh học phức tạp nhất, được cấu thành bởi một cộng đồng liên quan đến môi trường phi sinh học của nó - nước, ánh sáng mặt trời, khí hậu và các yếu tố khác - mà nó tương tác.

Cấp độ Trophic

Trong một hệ sinh thái, cộng đồng và môi trường thiết lập các dòng năng lượng và vật chất.

Các sinh vật của một hệ sinh thái được nhóm lại theo một "vai trò" hoặc "chức năng" mà chúng thực hiện trong các chuỗi nguyên thủy hoặc danh hiệu; đây là cách chúng ta nói về mức độ chiến thắng của các nhà sản xuất, người tiêu dùng và người dịch ngược.

Đổi lại, mỗi cấp độ trong danh sách này tương tác với môi trường hóa lý cung cấp các điều kiện cho sự sống, đồng thời, đóng vai trò là nguồn và chìm của năng lượng và vật chất.

Khái niệm cơ bản

Năng suất sơ cấp thô và ròng

Đầu tiên chúng ta phải xác định năng suất chính, là tốc độ sinh khối được tạo ra trên một đơn vị diện tích.

Nó thường được biểu thị bằng đơn vị năng lượng (Joules mỗi mét vuông mỗi ngày) hoặc tính theo đơn vị chất hữu cơ khô (kilôgam trên ha và mỗi năm), hoặc dưới dạng carbon (khối lượng carbon tính bằng kg trên mét vuông mỗi năm).

Nói chung, khi chúng ta đề cập đến tất cả năng lượng cố định bằng quang hợp, chúng ta thường gọi đó là năng suất sơ cấp thô (PPG).

Từ đó, một tỷ lệ được dành cho hô hấp của chính các vật tự dưỡng (RA) và bị mất dưới dạng nhiệt. Sản xuất chính sơ cấp (PPN) có được bằng cách trừ số tiền này từ PPG (PPN = PPG-RA).

Sản phẩm chính này (PPN) là thứ cuối cùng có sẵn để tiêu thụ bởi dị dưỡng (đây là vi khuẩn, nấm và các động vật khác mà chúng ta biết).

Năng suất thứ cấp

Năng suất thứ cấp (PS) được định nghĩa là tốc độ sản xuất sinh khối mới của các sinh vật dị dưỡng. Không giống như thực vật, vi khuẩn dị dưỡng, nấm và động vật, chúng không thể tạo ra các hợp chất phức tạp, giàu năng lượng mà chúng cần từ các phân tử đơn giản.

Họ luôn có được vật chất và năng lượng từ thực vật, điều mà họ có thể làm trực tiếp bằng cách tiêu thụ nguyên liệu thực vật hoặc gián tiếp bằng cách ăn các loại dị dưỡng khác.

Theo cách này, thực vật quang hợp hoặc các sinh vật nói chung (còn được gọi là nhà sản xuất), bao gồm cấp độ danh hiệu đầu tiên trong một cộng đồng; người tiêu dùng chính (những người nuôi sống các nhà sản xuất) tạo nên cấp độ thứ ba và người tiêu dùng thứ cấp (còn gọi là động vật ăn thịt) tạo nên cấp độ thứ ba.

Chuyển giao hiệu quả và các tuyến năng lượng

Tỷ lệ sản xuất sơ cấp ròng chảy dọc theo từng con đường năng lượng tiềm năng cuối cùng phụ thuộc vào hiệu suất truyền, nghĩa là, trên cách thức sử dụng năng lượng và chuyển từ cấp này sang cấp khác. cái khác

Các loại hiệu quả truyền năng lượng

Có ba loại hiệu quả truyền năng lượng và, với những định nghĩa rõ ràng này, chúng ta có thể dự đoán mô hình của dòng năng lượng ở các cấp độ danh hiệu. Những loại này là: hiệu quả tiêu thụ (EC), hiệu quả đồng hóa (EA) và hiệu quả sản xuất (EP).

Bây giờ chúng ta hãy định nghĩa ba loại này được đề cập.

Về mặt toán học, chúng ta có thể định nghĩa hiệu quả tiêu thụ (EC) theo cách sau:

EC = I _n / P _n-1 × 100

Ở đó chúng ta có thể thấy rằng CE là một tỷ lệ phần trăm của tổng năng suất khả dụng ( P _n-1 ) được tiêu thụ hiệu quả bởi khoang trophic tiếp giáp phía trên ( I _n ).

Ví dụ, đối với người tiêu dùng chính trong hệ thống chăn thả, EC là tỷ lệ phần trăm (tính bằng đơn vị năng lượng và trên một đơn vị thời gian) của PPN được tiêu thụ bởi động vật ăn cỏ.

Nếu chúng ta đề cập đến người tiêu dùng thứ cấp, nó sẽ tương đương với tỷ lệ phần trăm năng suất của động vật ăn cỏ, được ăn bởi động vật ăn thịt. Phần còn lại chết mà không được ăn và đi vào chuỗi phân hủy.

Mặt khác, hiệu quả của sự đồng hóa được thể hiện như sau:

EA = A _n / I _n × 100

Một lần nữa chúng ta đề cập đến một tỷ lệ phần trăm, nhưng lần này là một phần năng lượng đến từ thức ăn và được người tiêu dùng ( I _n ) ăn vào và được đồng hóa bởi hệ thống tiêu hóa của nó ( A _n ).

Năng lượng cho biết sẽ có sẵn cho tăng trưởng và để thực hiện công việc. Phần còn lại (phần không được khử trùng) bị mất cùng với phân và sau đó đi vào cấp độ chiến thắng của các chất phân hủy.

Cuối cùng, hiệu quả sản xuất (PE) được thể hiện như sau:

EP = P _n / A _n × 100

đó cũng là một tỷ lệ phần trăm, nhưng trong trường hợp này, chúng tôi đề cập đến năng lượng đồng hóa ( A _n ) cuối cùng được kết hợp trong sinh khối mới ( P _n ). Tất cả tàn dư năng lượng không được hấp thụ bị mất dưới dạng nhiệt trong quá trình hô hấp.

Các sản phẩm như dịch tiết và / hoặc bài tiết (giàu năng lượng), đã tham gia vào quá trình trao đổi chất, có thể được coi là sản xuất, P _n, và có sẵn, như xác chết, cho chất phân hủy.

Hiệu quả chuyển nhượng toàn cầu

Đã xác định ba loại quan trọng này, giờ đây chúng ta có thể hỏi về "hiệu quả chuyển giao toàn cầu" từ cấp độ danh hiệu này sang cấp độ tiếp theo, được đưa ra đơn giản bởi sản phẩm của các hiệu quả đã nói ở trên ( EC x EA x EP ).

Thể hiện thông tục, chúng ta có thể nói rằng hiệu quả của một mức được đưa ra bởi những gì có thể được tiêu hóa một cách hiệu quả, sau đó được đồng hóa và cuối cùng được đưa vào sinh khối mới.

Năng lượng bị mất đi đâu?

Năng suất của động vật ăn cỏ luôn thấp hơn so với cây mà chúng ăn. Sau đó chúng ta có thể hỏi: năng lượng bị mất đi đâu?

Để trả lời câu hỏi này, chúng ta phải chú ý đến các sự kiện sau:

Không phải tất cả sinh khối của thực vật được tiêu thụ bởi động vật ăn cỏ, vì phần lớn chúng chết và đi vào mức độ phân hủy của chất phân hủy (vi khuẩn, nấm và phần còn lại của mảnh vụn).
Không phải tất cả sinh khối được tiêu thụ bởi động vật ăn cỏ, cũng không phải sinh vật ăn cỏ được tiêu thụ lần lượt bởi động vật ăn thịt, được đồng hóa và có sẵn để đưa vào sinh khối của người tiêu dùng; một phần bị mất với phân và theo cách này, nó chuyển đến các chất phân hủy.
Không phải tất cả năng lượng được đồng hóa thực sự trở thành sinh khối, vì một phần bị mất dưới dạng nhiệt trong quá trình hô hấp.

Điều này xảy ra vì hai lý do cơ bản: Thứ nhất, do thực tế là không có quá trình chuyển đổi năng lượng nào hiệu quả 100%. Đó là, luôn luôn có một sự mất mát dưới dạng nhiệt trong quá trình chuyển đổi, đó là sự phù hợp hoàn hảo với Định luật Nhiệt động lực học thứ hai.

Thứ hai, vì động vật cần phải thực hiện công việc, đòi hỏi phải tiêu tốn năng lượng và đến lượt nó, lại bao hàm những tổn thất mới dưới dạng nhiệt.

Những mô hình này xảy ra ở tất cả các cấp độ danh hiệu, và theo dự đoán của Định luật Nhiệt động lực học thứ hai, một phần năng lượng được cố gắng truyền từ cấp độ này sang cấp độ khác, luôn tiêu tan dưới dạng nhiệt không thể sử dụng được.