2 نماذج من تدفق الطاقة في النظام البيئي (مع رسم بياني) - أوضح!
يمكن تفسير تدفق الطاقة عن طريق نموذجين هما: نموذج الطاقة وحيد القناة ونموذج الطاقة على شكل Y.
1. نماذج الطاقة ذات القناة الواحدة:
يمكن توضيح مبادئ السلاسل الغذائية وعمل اثنين من قوانين الديناميكا الحرارية بشكل أفضل من خلال مخططات تدفق الطاقة الموضحة في الأشكال 1. 3 و 1. 4.
كما هو مبين في الشكل 1.3 من إجمالي الإشعاع الشمسي الوارد (118،872 gcal / cm2 / yr) ، لا يزال 118،761 gcal / cm2 / yr غير مستخدم ، وبالتالي الإنتاج الإجمالي (صافي الإنتاج زائد التنفس) بواسطة autotrophs هو 111 gcal / cm2 / سنة مع كفاءة التقاط الطاقة من 0.1 في المائة. كما يمكن ملاحظة أن 21٪ من هذه الطاقة أو 23 جرامًا / سم 2 / سنة يتم استهلاكها في التفاعلات الأيضية للأعلاء الذاتي من أجل نموها وتطويرها وصيانتها وإعادة إنتاجها.
ويمكن ملاحظة أن 15 gcal / cm2 / yr تستهلكها العواشب التي ترعى أو تتغذى على Autotrophs - وهذا يعادل 17 في المائة من صافي إنتاج autotroph.
ويمثل التحلل (3 جرام / سم 2 عام ) حوالي 3.4 في المائة من صافي الإنتاج. أما باقي المواد النباتية ، أي 70 جراماً / سم 2 / سنة أو 79.5 في المائة من صافي الإنتاج ، فلا يستخدم على الإطلاق ولكنه يصبح جزءاً من الرواسب المتراكمة. من الواضح ، إذن ، أن الكثير من الطاقة متاحة للحيوانات العشبية مما هو المستهلك.
وقد يلاحظ أيضًا أن مسارات الخسارة المختلفة تعادل حسابًا لالتقاط الطاقة للتغريدات التلقائية ، أي إجمالي الإنتاج. أيضا ، جماعيا "الأقدار" الثلاثة العليا (التحلل ، العاشبة وغير المستخدمة) تعادل الإنتاج الصافي ، من الطاقة الكلية المدمجة في مستوى العواشب ، أي 15 gcal.cm 2 / yr ، 30٪ أو 4.5 gcal / cm 2 يستخدم / yr في التفاعلات الأيضية. وبالتالي ، هناك الكثير من الطاقة المفقودة عن طريق التنفس من قبل العواشب (30 في المئة) من الكائنات ذاتية التغذية (21 في المائة).
مرة أخرى ، هناك طاقة كبيرة متاحة للحيوانات آكلة اللحوم ، وهي 10.5 جرام / سم 2 / سنة أو 70 في المائة ، وهي غير مستخدمة بالكامل ؛ في الواقع ، لا يتجاوز معدل الإنتاج 3 ر 3 جرام / سم 2 / سنة أو 28.6٪ من الإنتاج الصافي إلى الحيوانات آكلة اللحوم. وهذا أكثر كفاءة في استخدام الموارد من حدوثه عند مستوى نقل المصيدة الآتية (autotroph- herbivore).
على مستوى آكلات اللحوم ، يتم استهلاك حوالي 60 في المائة من مدخول الطاقة من آكلات اللحوم في النشاط الأيضي ويصبح الباقي جزءاً من الرواسب غير المستخدمة. فقط كمية ضئيلة غير قابلة للتحلل سنوياً. هذه الخسارة العالية في الجهاز التنفسي تقارن مع 30 في المائة من العواشب و 21 في المائة عن طريق autotrophs في هذا النظام البيئي.
من الرسم البياني لتدفق الطاقة الموضح في الشكل 1.3 ، يصبح شيئين واضحين. أولاً ، هناك شارع باتجاه واحد تتحرك فيه الطاقة (تدفق أحادي الاتجاه للطاقة). الطاقة التي يتم التقاطها بواسطة autotrophs لا يعود إلى مدخلات الطاقة الشمسية ؛ الذي يمر إلى العواشب لا يعود إلى autotrophs. ومع تحركها التدريجي عبر المستويات الغذائية المختلفة ، فإنها لم تعد متاحة للمستوى السابق. وبالتالي بسبب تدفق الطاقة في اتجاه واحد ، فإن النظام سينهار إذا تم قطع المصدر الرئيسي ، الشمس.
وثانيا ، يحدث انخفاض تدريجي في مستوى الطاقة عند كل مستوى غذائي. ويعود ذلك إلى حد كبير إلى الطاقة المشتتة كحرارة في الأنشطة الأيضية وقياسها هنا على أنها ترتبط بالتنفس ، مع طاقة غير مستغلة. في الشكل أعلاه ، تمثل "المربعات" المستويات الغذائية وتصور "الأنابيب" تدفق الطاقة داخل وخارج كل مستوى.
وتدفّق تدفقات الطاقة إلى الخارج التدفقات الخارجة حسب ما يقتضيه القانون الأول للديناميكا الحرارية ، ويرافق نقل الطاقة تشتت الطاقة إلى حرارة غير متوفرة (أي التنفس) حسب ما يقتضيه القانون الثاني. ويقدم الشكل رقم (4) نموذجًا مبسطًا للغاية لتدفق الطاقة من ثلاثة مستويات مدارية ، يتضح من خلالها أن تدفق الطاقة ينخفض بشكل كبير عند كل مستوى غذائي متتابع من المنتجين إلى الحيوانات العاشبة ومن ثم إلى الحيوانات آكلة اللحوم.
وبالتالي في كل عملية نقل للطاقة من مستوى إلى آخر ، يتم فقدان جزء كبير من الطاقة كحرارة أو شكل آخر. هناك انخفاض متتالي في تدفق الطاقة سواء نظرنا إليه من حيث التدفق الكلي (أي إجمالي الطاقة المدخلة والاستيعاب الكلي) أو مكونات الإنتاج والتنفس الثانوية. وهكذا ، من 3000 كالوري من إجمالي الضوء المتساقط على النباتات الخضراء ، يتم امتصاص ما يقرب من 50 في المائة (1500 كيلوكالوري) ، يتم تحويل 1 في المائة منها فقط (15 سعرة حرارية) في المستوى الغذائي الأول.
وبالتالي ، يبلغ صافي الإنتاج الأولي 15 كيلوكالوري فقط. تميل الإنتاجية الثانوية (P2 و P3 في الرسم البياني) إلى أن تكون حوالي 10 في المائة في المستويات الغذائية الاستهلاكية المتعاقبة ، مثل العواشب والحيوانات آكلة اللحوم ، على الرغم من أن الكفاءة قد تكون أعلى في بعض الأحيان ، إذ تبلغ 20 في المائة ، عند مستوى اللقاح كما هو موضح (أو P3 = 0.3 Kcal) في الرسم التخطيطي.
يتضح من الشكلين 1.3 و 1.4 أن هناك انخفاضًا متتاليًا في تدفق الطاقة في مستويات التغذية المتتالية. وبالتالي ، فكلما كانت السلسلة الغذائية أقصر ، كانت الطاقة الغذائية المتاحة أكثر من أي وقت مضى ، مع زيادة في طول السلسلة الغذائية ، هناك مزيد من فقدان الطاقة.
2. نماذج تدفق الطاقة على شكل Y:
ويشير النموذج على شكل حرف Y إلى أن السلسلتين الغذائيتين هما سلسلة الأغذية والمراعي وسلسلة الأغذية في الواقع ، في ظل الظروف الطبيعية ، غير معزولة تمامًا عن بعضها البعض. تبدأ السلسلة الغذائية للمراعي بدايةً بقاعدة نباتية خضراء إلى العواشب وسلسلة الأغذية المخففة التي تبدأ بالمادة العضوية الميتة التي تتصرف بها الميكروبات ، ثم تنتقل إلى المدمرات ومستهلكاتها.
على سبيل المثال ، أصبحت الجثث من الحيوانات الصغيرة التي كانت في يوم من الأيام جزءًا من السلسلة الغذائية للرعي مدمجة في السلسلة الغذائية للمخلفات كما هو الحال مع براز الحيوانات الغذائية. ومن الناحية الوظيفية ، فإن التمييز بين الاثنين هو فارق زمني بين الاستهلاك المباشر للنباتات الحية والاستفادة القصوى من المادة العضوية الميتة. قد تختلف أهمية السلاسل الغذائية في النظم البيئية المختلفة ، في بعض المراعي أكثر أهمية ، في غيرها من المخلفات هو الطريق الرئيسي.
النقطة المهمة في النموذج على شكل Y هي أن السلسلتين الغذائيتين غير معزولة عن بعضهما البعض. هذا النموذج على شكل Y هو نموذج عمل أكثر واقعية وعملية من نموذج القناة الواحدة لأنه ،
(1) أنه يؤكد على هيكل طبقات النظم الإيكولوجية ،
(2) يفصل بين سلاسل الرعي والشتلات (الاستهلاك المباشر من النباتات الحية واستخدام المواد العضوية الميتة على التوالي) في كل من الزمان والمكان ،
(iii) أن المستهلكين الصغريين (البكتيريا الامتصاصية والفطريات) والمستهلكين الكليين (حيوانات phagotrophic) يختلفون بشكل كبير عن علاقات الأيض بالحجم. (EP> Odum. 1983).
ومع ذلك ، يجب أن نتذكر أن هذه النماذج تصور النمط الأساسي لتدفق الطاقة في النظام البيئي. من الناحية العملية ، في ظل الظروف الطبيعية ، تترابط الكائنات الحية بطريقة تؤدي إلى أن تصبح سلاسل الغذاء المتعددة متشابكة النتائج في شبكة غذائية معقدة. لقد أشرنا بالفعل إلى شبكات الغذاء في الأراضي العشبية وفي النظم الإيكولوجية للحوض. يعتمد تعقيد الشبكة الغذائية على طول السلاسل الغذائية.
وبالتالي ، في الطبيعة ، هناك تدفقات طاقة متعددة القنوات ، ولكن في هذه القنوات تنتمي إلى أي من السلسلتين الغذائيتين الأساسيتين ، أي ستكون سلسلة غذائية للرعي أو المخلفات. والنمط المتشابك لهذه السلاسل المتعددة في الشبكة الغذائية لنظام إيكولوجي من شأنه أن يؤدي إلى تدفق متعدد القنوات للطاقة. وبالتالي من الناحية العملية ، في ظل الظروف الميدانية ، قد نواجه صعوبات في قياس نشاط النظام البيئي.
