Informacja

Poziomy troficzne i utrata energii

Poziomy troficzne i utrata energii



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Tylko ogólne pytanie o poziomy troficzne. Tradycyjnie uważa się, że podczas przemieszczania się z poziomu troficznego na poziom troficzny traci się jeden rząd wielkości energii. Jestem tutaj zdezorientowany, ponieważ to wydaje się według mnie zawartość energii niektórych odbiorców pierwotnych jest większa, jeśli nie równa tej samej liczbie producentów. Weź 1 akr dużo trawy vs 1 akr dużo krów; na pewno zawartość kalorii w krowach jest większa niż w trawie, nie? Jedna uncja kawałka wołowiny ma więcej kalorii niż uncja trawy. Mogę sobie wyobrazić, że w przypadku planktonu lub owadów może zawartość energii nie jest tak zachowana, ponieważ mogą przechowywać mniej energii i mniej jeść. Więc moje pytanie brzmi, czy ten spadek o jeden rząd wielkości jest regułą, czy tylko „zasadą praktyczną”, czy też źle wszystko ujęłem.

Dziękuję Ci


46.2B: Wydajność na poziomach troficznych

  • Nadesłane przez Boundless
  • Mikrobiologia ogólna w Boundless

Produktywność, mierzona jako produktywność pierwotna brutto i netto, jest definiowana jako ilość energii zawartej w biomasie.

  • Wyjaśnij pojęcie produkcji podstawowej i rozróżnij produkcję pierwotną brutto i produkcję pierwotną netto

Poziomy troficzne

Pozycje karmienia w łańcuchu pokarmowym lub sieci nazywane są poziomy troficzne. Różne poziomy troficzne są zdefiniowane w Tabela poniżej. Przykłady podano również w tabeli. Wszystkie łańcuchy pokarmowe i sieci mają co najmniej dwa lub trzy poziomy troficzne. Ogólnie istnieją maksymalnie cztery poziomy troficzne.

Poziom troficzny Skąd bierze się jedzenie Przykład
1. poziom troficzny: producent Robi własne jedzenie Rośliny wytwarzają żywność
Drugi poziom troficzny: konsument podstawowy Zużywa producentów Myszy jedzą nasiona roślin
Trzeci poziom troficzny: wtórny konsument Zużywa podstawowych konsumentów Węże jedzą myszy
4. poziom troficzny: trzeciorzędny konsument Zużywa konsumentów wtórnych Jastrzębie jedzą węże

Wielu konsumentów żywi się na więcej niż jednym poziomie troficznym. Na przykład ludzie są głównymi konsumentami jedząc rośliny, takie jak warzywa. Są konsumentami wtórnymi, kiedy jedzą krowy. Są trzeciorzędnymi konsumentami, kiedy jedzą łososia.

Poziomy troficzne i energia

Energia jest przekazywana w łańcuchu pokarmowym lub sieci z niższych do wyższych poziomów troficznych. Jednak generalnie tylko około 10 procent energii na jednym poziomie jest dostępne do następnego poziomu. Jest to reprezentowane przez piramida ekologiczna w Postać poniżej. Co dzieje się z pozostałymi 90 procentami energii? Wykorzystywana jest w procesach metabolicznych lub oddawana do środowiska w postaci ciepła. Ta utrata energii wyjaśnia, dlaczego w łańcuchu pokarmowym lub sieci rzadko występują więcej niż cztery poziomy troficzne. Czasami może istnieć piąty poziom troficzny, ale zwykle nie ma wystarczającej ilości energii, aby wesprzeć dodatkowe poziomy.

Piramida ekologiczna. Piramida ta pokazuje, jak energia i biomasa spadają z niższych do wyższych poziomów troficznych. Załóżmy, że producenci w tej piramidzie mają 1 000 000 kilokalorii energii. Ile energii jest dostępne dla odbiorców pierwotnych?

Piramidy ekologiczne mogą wykazywać spadek energii, biomasy lub liczebności w ekosystemie.

Poziomy troficzne i biomasa

Przy mniejszej ilości energii na wyższych poziomach troficznych zwykle jest również mniej organizmów. Organizmy mają zwykle większe rozmiary na wyższych poziomach troficznych, ale ich mniejsza liczebność skutkuje mniejszą biomasą. Biomasa to całkowita masa organizmów na poziomie troficznym. Spadek biomasy z poziomów niższych do wyższych jest również reprezentowany przez Postać nad.


Dlaczego na wyższych poziomach troficznych łańcucha pokarmowego dochodzi do utraty energii?

Poziom troficzny to jedynie poziom żerowania. Nawracająca utrata energii spowodowana aktywnością metaboliczną ogranicza ilość dostępnej energii na wyższych poziomach troficznych. Zazwyczaj to dostarczanie składników odżywczych do pierwotnych producentów ostatecznie kontroluje funkcjonowanie ekosystemów. Jeśli podaż składników odżywczych rośnie, wynikiem jest wzrost produkcji autotrofów. Wszystkie pozostałe poziomy troficzne zareagują na zwiększoną dostępność pożywienia.


Energia jest tracona na każdym poziomie troficznym, ponieważ poziomy troficzne tracą moc z powodu kilku nieefektywności systemu. Zmniejszając łańcuch pokarmowy, traci się mniej energii i biomasy z jednego poziomu troficznego na drugi. Styl życia na każdym poziomie troficznym w ekosystemie ma specyficzne cechy, które wpływają na efektywność transferu energii.


Przepływ energii: wyższe poziomy troficzne

Większość z was zna już koncepcję poziom troficzny (patrz rysunek 1). Jest to po prostu poziom karmienia, często reprezentowany w łańcuchu pokarmowym lub sieci pokarmowej. Producenci pierwotni obejmują dolny poziom troficzny, następnie konsumenci pierwotni (roślinożercy), następnie konsumenci wtórni (mięsożercy żywiący się roślinożercami) i tak dalej. Kiedy mówimy o przesuwaniu się „w górę” łańcucha pokarmowego, mówimy w przenośni i mamy na myśli, że przechodzimy od roślin do roślinożerców do mięsożerców. Nie uwzględnia to rozkładających się i detrytożerców (organizmów żywiących się martwą materią organiczną), które tworzą własne, bardzo ważne szlaki troficzne.

Transfer energii na wyższe poziomy troficzne

W tym procesie wykonywana jest praca metaboliczna, a energia w wiązaniach chemicznych jest zamieniana na energię cieplną. Gdyby elektrownia jądrowa nie została zużyta, gdzieś by się nagromadziła. Zwykle tak się nie dzieje, ale w okresach ziemskiej historii, takich jak karbon i pensylwania, na bagnach gromadziły się ogromne ilości elektrowni jądrowych przekraczające zużycie. Został zakopany i skompresowany, aby utworzyć złoża węgla i ropy, które dziś wydobywamy. Kiedy spalamy te osady (taka sama reakcja chemiczna jak powyżej, z wyjątkiem tego, że wytwarzana jest większa energia) uwalniamy energię do napędzania maszyn przemysłowych i oczywiście CO2 trafia do atmosfery jako gaz cieplarniany. Taką sytuację mamy dzisiaj, gdzie nadmiar CO2 ze spalania tych złóż (poza nadmiarem elektrowni jądrowych) trafia do atmosfery i narasta z czasem.

  • Tylko ułamek energii dostępnej na jednym poziomie troficznym jest przenoszony na następny poziom troficzny. Ogólna zasada to 10%, ale jest to bardzo przybliżone.
  • Zazwyczaj liczba i biomasa organizmów maleją w miarę wspinania się po łańcuchu pokarmowym.

Przykład: lis i zając


Zając (lub populacja zajęcy) połyka materię roślinną, którą to nazwiemy przyjmowanie pokarmu. Część tego materiału jest przetwarzana przez układ pokarmowy i wykorzystywana do tworzenia nowych komórek lub tkanek, a ta część nazywa się asymilacja. To, czego nie można przyswoić, na przykład może jakieś części łodygi lub korzenia opuszczają ciało zająca i to się nazywa wydalanie. W ten sposób możemy sformułować następującą definicję: Asymilacja = (spożycie - wydalanie). Efektywność tego procesu asymilacji u zwierząt waha się od 15-50%, jeśli pożywieniem jest materiał roślinny, i od 60-90%, jeśli pożywieniem jest materiał zwierzęcy.

Zając zużywa znaczną część przyswojonej energii po prostu będąc zająca – utrzymując wysoką, stałą temperaturę ciała, syntetyzując białka i skacząc. Ta zużyta (utracona) energia jest przypisywana oddychaniu komórkowemu. Pozostała część przeznaczana jest na zwiększenie biomasy zajęcy poprzez wzrost i reprodukcję. Nazywa się przemianą zasymilowanej energii w nową tkankę produkcja wtórna u konsumentów i jest koncepcyjnie taka sama jak produkcja pierwotna lub elektrownia jądrowa. W naszym przykładzie wtórna produkcja zająca to energia dostępna dla lisów, które zjadają zające dla swoich potrzeb. Oczywiście, ze względu na wszystkie koszty energii zajęcy zaangażowanych w normalną aktywność metaboliczną, energia dostępna dla lisów jest znacznie mniejsza niż energia dostępna dla zajęcy.

Tak jak obliczyliśmy wydajność asymilacji powyżej, możemy również obliczyć wydajność produkcji netto dla każdego organizmu. Wydajność ta jest równa produkcji podzielonej przez asymilację dla zwierząt lub NPP podzielonej przez GPP dla roślin. „Produkcja” odnosi się tutaj do wzrostu i reprodukcji. W postaci równania mamy wydajność produkcji netto = (produkcja / asymilacja), lub dla roślin = (NPP / GPP). Wskaźniki te mierzą wydajność, z jaką organizm przetwarza przyswojoną energię na produkcję pierwotną lub wtórną.

Te wydajności różnią się między organizmami, głównie ze względu na bardzo różne wymagania metaboliczne. Na przykład kręgowce zużywają przeciętnie około 98% przyswojonej energii na metabolizm, pozostawiając jedynie 2% na wzrost i reprodukcję. Średnio bezkręgowce używają tylko

80% przyswojonej energii na metabolizm, a tym samym wykazuje większą efektywność produkcji netto (

20%) niż kręgowce. Rośliny charakteryzują się największą wydajnością produkcji netto, która waha się w granicach 30-85%. Powodem, dla którego niektóre organizmy mają tak niską wydajność produkcji netto, jest to, że: homeothermslub zwierzęta, które utrzymują stałą wewnętrzną temperaturę ciała. Wymaga to znacznie więcej energii niż zużywa poikilotermy, które są organizmami, które nie regulują wewnętrznie swojej temperatury.

Tak jak możemy budować nasze zrozumienie systemu od jednostki przez populację do społeczności, możemy teraz badać całe poziomy troficzne, obliczając efektywność ekologiczną. Efektywność ekologiczna definiuje się jako zaopatrzenie w energię dostępne dla poziomu troficznego N + 1, podzielone przez energię zużywaną przez poziom troficzny N. Można o tym pomyśleć jako o wydajności zajęcy w przetwarzaniu roślin na pokarm dla lisów. W postaci równania dla naszego przykładu, efektywność ekologiczna = (produkcja lisa / produkcja zajęcy).

Myślenie o efektywności ekologicznej sprowadza nas z powrotem do naszej pierwszej zasady przekazywania energii przez poziomy troficzne i w górę łańcucha pokarmowego. Ogólnie rzecz biorąc, tylko około 10% energii zużywanej na jednym poziomie jest dostępne dla następnego. Na przykład, jeśli zające zużyły 1000 kcal energii roślinnej, mogą być w stanie wytworzyć tylko 100 kcal nowej tkanki zająca. Aby populacja zajęcy była w stanie stabilnym (ani rosnąca, ani malejąca), coroczne spożycie zajęcy przez lisy powinno w przybliżeniu równać się corocznej produkcji nowej biomasy zajęcy. Lisy zużywają więc około 100 kcal biomasy zajęcy i przetwarzają około 10 kcal na nową biomasę lisa. W rzeczywistości ta efektywność ekologiczna jest dość zmienna, przy czym homeotermy wynoszą średnio 1-5%, a poikilotermy średnio 5-15%. Ogólna utrata energii z niższych do wyższych poziomów troficznych jest ważna przy ustalaniu bezwzględnej liczby poziomów troficznych, które może zawierać każdy ekosystem.

Z tego rozumienia powinno być oczywiste, że masa lisów powinna być mniejsza niż masa zajęcy, a masa zajęcy mniejsza niż masa roślin. Ogólnie jest to prawda i możemy przedstawić tę koncepcję wizualnie, konstruując piramidę biomasy dla dowolnego ekosystemu (patrz rysunek 3).

Rysunek 3. Piramida biomasy przedstawiająca producentów i konsumentów.

Piramidy Biomasy, Energii i Liczb

Moglibyśmy również skonstruować piramida liczb, co jak sama nazwa wskazuje reprezentuje liczbę organizmów na każdym poziomie troficznym (patrz rysunek 4a). W przypadku oceanów, jak pokazano na rysunku 4, poziom dna byłby dość duży ze względu na ogromną liczbę małych glonów. W przypadku innych ekosystemów piramida liczb może być odwrócona: na przykład, jeśli zbiorowisko roślinne lasu składa się tylko z garstki bardzo dużych drzew, a mimo to istnieje wiele milionów owadów, które zjadają materiał roślinny.

Podobnie jak w przypadku odwróconej piramidy liczb, w rzadkich wyjątkach może istnieć odwrócona piramida biomasy, w której biomasa niższego poziomu troficznego jest mniejsza niż biomasa następnego wyższego poziomu troficznego. Oceany są takim wyjątkiem, ponieważ w każdym momencie całkowita ilość biomasy w mikroskopijnych algach jest niewielka. W ten sposób piramida biomasy dla oceanów może wyglądać na odwróconą (patrz rysunek 4b). Powinieneś teraz zapytać "jak to możliwe?" Jeśli ilość energii w biomasie na jednym poziomie wyznacza limit energii w biomasie na kolejnym poziomie, jak to było w przypadku zajęcy i lisów, jak można mieć mniej energii na niższym poziomie troficznym? To dobre pytanie, na które można odpowiedzieć, rozważając, jak omówiliśmy w poprzednim wykładzie, wszystkie ważne aspekty „czasu”. Nawet jeśli biomasa może być mała, SZYBKOŚĆ, z jaką produkowana jest nowa biomasa, może być bardzo duża. Tak więc z biegiem czasu ilość nowej biomasy, która jest produkowana, niezależnie od tego, jaki może być zapas biomasy, jest ważna dla następnego poziomu troficznego.

Możemy to dalej zbadać, konstruując a piramida energii, który pokazuje wskaźniki produkcji, a nie uprawy na pniu. Po wykonaniu figurka oceanu miałaby charakterystyczny kształt piramidy (patrz rysunek 4c). Populacje glonów mogą podwoić się w ciągu kilku dni, podczas gdy zooplankton, który się nimi żywi, rozmnaża się wolniej i może podwoić liczebność w ciągu kilku miesięcy, a ryby żywiące się zooplanktonem mogą rozmnażać się tylko raz w roku. Zatem piramida energii uwzględnia tempo obrotu organizmów, a nigdy nie można odwrócić.

Rysunek 4: Piramidy liczb, biomasy i energii dla oceanów.

Widzimy, że myślenie o piramidach energii i czasie obrotu jest podobne do naszych rozważań o czasie przebywania pierwiastków. Ale tutaj mówimy o czasie przebywania „energii”. czas przebywania energii jest równy energii w biomasie podzielonej przez produktywność netto, rT = (energia w biomasie / produktywność netto). Jeśli policzymy czas przebywania energii u pierwotnych wytwórców różnych ekosystemów, to stwierdzimy, że czas przebywania wynosi od około 20-25 lat dla lasów (zarówno tropikalnych, jak i borealnych), aż do

3-5 lat dla muraw, a w końcu do zaledwie 10-15 dni dla jezior i oceanów. Ta różnica w czasie przebywania między ekosystemami wodnymi i lądowymi znajduje odzwierciedlenie w piramidach biomasy, jak omówiono powyżej, i jest również bardzo ważne, aby rozważyć w analizie, w jaki sposób te różne ekosystemy zareagują na zakłócenie lub jaki schemat można najlepiej wykorzystać do zarządzania zasoby ekosystemu.

Ludzie i zużycie energii

Możemy zacząć od spojrzenia na wejścia i wyjścia:

  1. Ile NPP zużywają ludzie bezpośrednio, jako żywność, paliwo, włókno, drewno. Daje to niskie oszacowanie zawłaszczania elektrowni jądrowych przez ludzi.
  2. Całkowita produktywność ziem w całości przeznaczonych na działalność człowieka. Obejmuje to całkowitą elektrownię jądrową na gruntach uprawnych, a także energię zużywaną na wzniecanie pożarów w celu oczyszczenia terenu. Daje to średnie oszacowanie.
  3. A wysoka ocena uzyskuje się poprzez uwzględnienie utraconej zdolności produkcyjnej wynikającej z przekształcania terenów otwartych w miasta, lasów w pastwiska oraz z powodu pustynnienia i innego nadmiernego użytkowania gruntów. Jest to oszacowanie całkowitego wpływu człowieka na produktywność na lądzie.
    Jednostki: Użyjemy Pg lub Pedagramu materii organicznej (= 10 15 g, = 10 9 ton metrycznych, = 1 „gigatona”) (1 tona metryczna = 1000 kg).


W tabeli 1 przedstawiono szacunki całkowitej liczby elektrowni jądrowych na świecie. Istnieje pewna możliwość, że podziemne elektrownie jądrowe są niedoszacowane, podobnie jak morskie elektrownie jądrowe mogą być niedoszacowane, ponieważ udział najmniejszych komórek planktonu nie jest dobrze poznany. Razem = 224,5 µg
Tabela 1: Powierzchnia według rodzaju pokrycia i sumy
(z Atjay et al. 1979 i De Vooys 1979).

Typ ekosystemu Powierzchnia
(x 10 6 km 2 )
elektrownia jądrowa
(str.)
Las 31 48.7
Lasy, łąki i sawanna 37 52.1
Pustynie 30 3.1
Arktyczno-alpejski 25 2.1
Ziemia uprawna 16 15.0
Obszar ludzki 2 0.4
Inne naziemne
(chapparral, torfowiska, bagna, bagna)
6 10.7
Suma częściowa naziemna 147 132.1
Jeziora i strumienie 2 0.8
Morski 361 91.6
Wodne suma częściowa 363 93.4
Całkowity 510 224.5

1. Niska kalkulacja: (patrz tabela 2)

(a) Materiał roślinny bezpośrednio zużyty = 5 miliardów ludzi X 2500 kcal/osobę/dzień X 0,2 (przeliczając kcal -- materię organiczną) = 0,91 Pg materii organicznej. Jeśli założymy, że 17% tych kalorii pochodzi z produktów zwierzęcych, ludzie bezpośrednio spożywają 0,76 µg materii roślinnej. Szacunkowy plon zbóż i innych roślin uprawnych wynosi 1,15 Pg rocznie. Oznacza to utratę, psucie się lub marnotrawstwo 0,39 µg, czyli 34% całkowitego zbioru.

(b) Konsumpcja przez zwierzęta gospodarskie: szacunki wahają się od 2,8 do 5 µg i wydaje się, że istnieje tu pewna niepewność. Nasze niskie oszacowanie wykorzystuje 2,2 Pg.

(C) Lasy: pozyskiwanie drewna na budowę i włókna jest dobrze znane. Ilość używana do drewna opałowego, zwłaszcza w tropikach, nie jest. Tabela podaje niskie oszacowanie.

(D) Zbiór ryb: 0,075 µg mokrej masy = 0,02 µg suchej masy. Jeśli założymy, że przeciętna ryba to dwa transfery troficzne (przy 10% każdy) powyżej producentów pierwotnych, elektrownia jądrowa do produkcji tych ryb wynosiła 2 µg rocznie.

Łącznie: Ludzie zużywają bezpośrednio 7,2 µg materii organicznej każdego roku. Stanowi to około 3% całkowitej rocznej elektrowni jądrowej biosfery.

2. Obliczenia pośrednie: (patrz Tabela 3)

Do tego niskiego wyliczenia dodajemy ilość elektrowni jądrowych dokooptowanych przez ludzi. To jest:

(a) Cała elektrownia jądrowa na gruntach uprawnych

(b) Wszystkie pastwiska przekształcone z innych typów ekosystemów, elektrownie jądrowe wykorzystywane przez zwierzęta gospodarskie na naturalnych pastwiskach oraz pożary wywołane przez człowieka

(c) Szereg zastosowań gruntów leśnych

(d) Obszary zamieszkane przez ludzi, w tym trawniki, parki, pola golfowe itp.

Łącznie wynosi 42,6 Pg NPP rocznie, czyli 19% światowej NPP.

Tabela 3:Obliczenia pośrednie elektrowni jądrowych dokooptowanych przez ludzi

Źródło elektrownia jądrowa
Dokooptowany
(str.)
Ziemia uprawna 15.0
Pastwisko :
Przekształcone pastwiska
Spożywany na naturalnych pastwiskach
Spalony na naturalnych pastwiskach
Suma częściowa

9.8
0.8
1.0
11.6
Grunty leśne :
Zabity podczas żniw, nieużywany
Zmieniająca uprawa
Wykarczowanie
Wydajność plantacji leśnych
Zbiory leśne
Suma częściowa

1.3
6.1
2.4
1.6
2.2
13.6
Obszary zajmowane przez ludzi 0.4
SUMA CZĘŚCIOWA NAZIEMNYCH 40.6
Ekosystemy wodne 2.0
CAŁKOWITY 42.6
Procent naziemnych dokooptowanych
(40.6/132.1)
30.7
Procent dokooptowania w środowisku wodnym
(2.0/92.4)
2.2

3. Wysoka kalkulacja: (patrz tabela 4)

Do wysokiego szacunku uwzględniamy teraz zarówno elektrownie jądrowe dokooptowane, jak i potencjalną utratę elektrowni jądrowych w wyniku działalności człowieka:

(a) Grunty uprawne będą prawdopodobnie mniej produktywne niż systemy naturalne, które zastępują. Jeśli użyjemy szacunków produkcji z łąk sawannowych, wygląda na to, że produkcja ziemi uprawnej jest mniejsza o 9 Pg.

(b) Przekształcenie lasu w pastwisko: około 7 milionów km2 lasu przekształconego w pastwisko oznacza stratę 1,4 µg.

(C) Nadużycie: Około 35 milionów km2 ziemi stało się bardziej jałowe i mniej produktywne w wyniku nadmiernego użytkowania przez człowieka, a około 15 milionów km2 w poważnym stopniu. Korzystając z szacunków elektrowni jądrowej suchej sawanny, globalna elektrownia jądrowa została zmniejszona o 4,5 Pg.

(D) Konwersja gruntów: Zakładając, że 2 mln km2 gruntów w miastach, autostradach itp. miało produktywność równą produktywności lasów naturalnych, 2,6 Pg elektrowni jądrowej jest utracone.


ten całkowity wysokie oszacowanie to 58,1 Pg NPP wykorzystanej, dokooptowanej lub utraconej. Musimy również dodać potencjalną NPP do światowej szacowanej NPP, zanim obliczymy ułamek zawłaszczony przez ludzi. To daje nam 58,1/149,6, czyli prawie 40% potencjalnej produkcji naziemnej (około 25% produkcji lądowej + wodnej). Zastrzeżenie: te szacunki są oparte na najlepszych dostępnych danych i są przybliżone. Prawdopodobnie podają właściwy rząd wielkości.

Tabela 4: Wysoka kalkulacja NPP dokooptowana przez ludzi.
Uzupełnienia do Tabeli 3 z procesów, które kooptują lub degradują elektrownię jądrową.

Proces Ilość
(str.)
Poprzednia suma naziemna (tabela 3) 40.6
Spadek NPP w rolnictwie 9
Przekształcenie lasu w pastwisko 1.4
Pustynnienie 4.5
Strata na obszarach ludzkich 2.6
Całkowity naziemny 58.1
Procent naziemnych dokooptowanych lub utraconych
(58.1/149.8)
38.8
Procent dokooptowania lądowego i wodnego
lub utracone [60,1/(149,8+92,4)]
24.8

Co możemy wnioskować z powyższej analizy losów produkcji pierwotnej netto w naszym świecie?

(a) Wykorzystanie produktywności morskiej przez ludzi jest stosunkowo niewielkie. Co więcej, chociaż główne stada ryb są intensywnie poławiane, a wiele obszarów przybrzeżnych jest poważnie zanieczyszczonych, wpływ człowieka na morza jest mniejszy niż na lądzie.

(b) Na lądzie jeden gatunek, Homo sapiens, dowodzi około 40% całkowitej lądowej elektrowni jądrowej. To prawdopodobnie nigdy wcześniej nie miało miejsca w historii Ziemi.

(c) Istnieje wiele konsekwencji tej kooptacji elektrowni jądrowej przez ludzi. Konsekwencje obejmują degradację środowiska, wymieranie gatunków i zmianę klimatu.

(d) Ludzka „nośność” na Ziemi jest trudna do oszacowania, ponieważ zależy od zamożności populacji i technologii wspierającej tę populację. Jednak przy obecnym poziomie zamożności i technologii populacja o 50 do 100% większa niż obecnie, zepchnęłaby nasze wykorzystanie lądowych elektrowni jądrowych do znacznie ponad 50% dostępnej produkcji, a co za tym idzie degradacji ekosystemów na Ziemi (np. powietrza i zanieczyszczenie wody) stanowiłoby poważny problem. Dlatego granice niekontrolowanego wzrostu muszą być bardzo bliskie. Zauważ, że im niżej „żywimy się” w łańcuchu troficznym, tym bardziej wydajna staje się sieć życia – jedzenie zwierząt jedzących zwierzęta jedzące rośliny jest bardzo nieefektywnym wykorzystaniem energii słonecznej.

Teraz, gdy dowiedzieliśmy się czegoś o tym, jak składają się ekosystemy i jak materiały i energia przepływają przez ekosystemy, możemy lepiej odpowiedzieć na pytanie „co kontroluje funkcjonowanie ekosystemu”? Istnieją dwie dominujące teorie kontroli ekosystemów. Pierwszy, zwany kontrola oddolna, stwierdza, że ​​to zaopatrzenie w składniki odżywcze dla pierwotnych producentów ostatecznie kontroluje funkcjonowanie ekosystemów. Jeśli podaż składników odżywczych zostanie zwiększona, wynikający z tego wzrost produkcji autotrofów rozprzestrzenia się przez sieć pokarmową, a wszystkie inne poziomy troficzne zareagują na zwiększoną dostępność pożywienia (energia i materiały będą krążyć szybciej).

Druga teoria, zwana sterowanie odgórnestwierdza, że ​​drapieżnictwo i wypas na wyższych poziomach troficznych na niższych poziomach troficznych ostatecznie kontrolują funkcję ekosystemu. Na przykład, jeśli masz wzrost liczby drapieżników, ten wzrost spowoduje mniejszą liczbę pasących się zwierząt, a spadek liczby pasących się spowoduje z kolei większą liczbę producentów podstawowych, ponieważ mniej z nich jest zjadanych przez pasących się. W ten sposób kontrola liczebności populacji i ogólnej wydajności „kaskaduje” od najwyższych poziomów łańcucha pokarmowego do dolnych poziomów troficznych.

Więc która teoria jest poprawna? Cóż, jak to często bywa, gdy istnieje wyraźna dychotomia do wyboru, odpowiedź leży gdzieś pośrodku. Istnieją dowody z wielu badań ekosystemów, że OBYDWA kontrole działają w pewnym stopniu, ale ŻADNA kontrola nie jest kompletna. Na przykład efekt „odgórny” jest często bardzo silny na poziomach troficznych w pobliżu czołowych drapieżników, ale kontrola słabnie, gdy poruszasz się dalej w dół łańcucha pokarmowego. Podobnie, „oddolny” efekt dodawania składników odżywczych zwykle stymuluje produkcję pierwotną, ale stymulacja produkcji wtórnej znajdującej się dalej w łańcuchu pokarmowym jest słabsza lub nie występuje.

W ten sposób stwierdzamy, że oba te elementy sterujące działają w dowolnym systemie w dowolnym momencie i musimy zrozumieć względne znaczenie każdego elementu sterującego, aby pomóc nam przewidzieć, jak ekosystem będzie się zachowywał lub zmieniał w różnych okolicznościach, na przykład w obliczu zmieniającego się klimatu.

Streszczenie

  1. Tylko część energii dostępnej na jednym poziomie troficznym jest przenoszona na następny poziom troficzny, frakcje mogą wahać się między 1-15%, ze średnią wartością 10%.
  2. Zazwyczaj liczba i biomasa organizmów zmniejsza się w miarę wspinania się w łańcuchu pokarmowym.
  3. Możemy skonstruować piramidy biomasy, energii i liczb, aby reprezentować względne rozmiary poziomów troficznych w ekosystemach. Piramidy często mogą być „odwrócone” w wyniku wysokich wskaźników produkcji na niższych poziomach troficznych.
  4. Dieta człowieka pochodzi z materiału roślinnego. Ludzie mogą konsumować, kooptować lub czynić niedostępną aż 40% całkowitej lądowej elektrowni jądrowej Ziemi na żywność, ziemię i inne zastosowania.
  5. Funkcja ekosystemu jest kontrolowana głównie przez dwa procesy, sterowanie „z góry na dół” i „z dołu do góry”.

Przejrzeć

Przegląd głównych terminów i pojęć w tym wykładzie.

    Wessells, N.K. i JL Hopson. 1988. Biologia. Nowy Jork: Random House, rozdz. 44

Wszystkie materiały – Regents of the University of Michigan, chyba że zaznaczono inaczej.


Transfer energii w ziemskich sieciach pokarmowych

Produkcja pierwotna to początek sieci pokarmowej, w której rośliny gromadzą energię i węgiel w systemie poprzez fotosyntezę. Pożywienie, które to generuje, zostanie z kolei skonsumowane przez roślinożerne stworzenia, takie jak ćmy eksploatujące liście.

Tę drugą warstwę każdej sieci pokarmowej można opisać jako produkcję wtórną w ekosystemie. To właśnie ta grupa może być zjadana przez mięsożerców.

Te relacje mogą być reprezentowane w łańcuchu pokarmowym lub sieci. Nie cała energia jest przenoszona z jednego poziomu troficznego na następny. Liczbę organizmów, biomasy i energii na każdym poziomie troficznym można przedstawić w postaci piramidy.

Producenci pierwotni to organizmy, które pobierają energię świetlną lub nieorganiczne substancje chemiczne z zewnętrznych źródeł energii i syntetyzują je w związki organiczne za pomocą fotosyntezy lub chemosyntezy. Podstawowym źródłem energii dla prawie wszystkich ekosystemów na Ziemi jest Słońce. Producenci są zawsze pierwszym poziomem troficznym.

Konsumenci to organizmy, które połykają związki organiczne w celu uzyskania energii. Organizm, który zjada producenta pierwotnego, nazywany jest konsumentem pierwotnym. Organizm, który zjada konsumenta pierwotnego, nazywany jest konsumentem wtórnym. Rzadko w ekosystemie dostępna jest wystarczająca ilość energii lub zmagazynowanej biomasy dla więcej niż czwartorzędowego konsumenta.

Detrytożercy lub rozkładający się żywią się martwą lub rozkładającą się materią organiczną, aby uzyskać energię. Stanowią ważną część każdej sieci pokarmowej, ponieważ uwalniają energię z powrotem do ekosystemu.


Przepływ energii przez ekosystemy

Wszystkie żywe istoty wymagają energii w takiej czy innej formie. Energia jest wymagana przez większość złożonych szlaków metabolicznych (często w postaci adenozynotrójfosforanu, ATP), szczególnie te odpowiedzialne za budowanie dużych cząsteczek z mniejszych związków, a samo życie jest procesem napędzanym energią. Żywe organizmy nie byłyby w stanie złożyć makrocząsteczek (białek, lipidów, kwasów nukleinowych i złożonych węglowodanów) ze swoich podjednostek monomerycznych bez stałego dopływu energii.

Ważne jest, aby zrozumieć, w jaki sposób organizmy pozyskują energię i jak ta energia jest przekazywana z jednego organizmu do drugiego za pośrednictwem sieci pokarmowych i tworzących je łańcuchów pokarmowych. Sieci pokarmowe ilustrują, w jaki sposób energia przepływa kierunkowo przez ekosystemy, w tym jak skutecznie organizmy ją pozyskują, wykorzystują i ile pozostaje do wykorzystania przez inne organizmy w sieci pokarmowej.

Jak organizmy pozyskują energię w sieci pokarmowej?

Energia jest nabywana przez żywe istoty na trzy sposoby: fotosynteza, chemosynteza oraz konsumpcja i trawienie innych żywych lub wcześniej żywych organizmów przez heterotrofy.

Fotosyntetyczny oraz chemosyntetyczny organizmy są zgrupowane w kategorii znanej jako autotrofy: organizmy zdolne do syntezy własnego pożywienia (dokładniej, zdolne do wykorzystywania węgla nieorganicznego jako źródła węgla). Autotrofy fotosyntetyczne (fotoautotrofy) wykorzystują światło słoneczne jako źródło energii, podczas gdy autotrofy chemosyntetyczne (chemoautotrofy) wykorzystują cząsteczki nieorganiczne jako źródło energii. Autotrofy mają kluczowe znaczenie dla wszystkich ekosystemów. Bez tych organizmów energia nie byłaby dostępna dla innych żywych organizmów, a samo życie nie byłoby możliwe.

Fotoautotrofy, takie jak rośliny, glony i bakterie fotosyntetyczne, służą jako źródło energii dla większości ekosystemów na świecie. Te ekosystemy są często opisywane przez pasące się sieci pokarmowe. Fotoautotrofy wykorzystują energię słoneczną słońca, przekształcając ją w energię chemiczną w postaci ATP (i NADP). Energia zmagazynowana w ATP jest wykorzystywana do syntezy złożonych cząsteczek organicznych, takich jak glukoza.

Chemoautotrofy to przede wszystkim bakterie występujące w rzadkich ekosystemach, w których światło słoneczne nie jest dostępne, na przykład w tych związanych z ciemnymi jaskiniami lub kominami hydrotermalnymi na dnie oceanu (ryc. 1). Wiele chemoautotrofów w kominach hydrotermalnych wykorzystuje siarkowodór (H2S), który jest uwalniany z otworów wentylacyjnych jako źródło energii chemicznej. Pozwala to chemoautotrofom syntetyzować złożone cząsteczki organiczne, takie jak glukoza, w celu uzyskania własnej energii, co z kolei dostarcza energię reszcie ekosystemu.

Ryc. 1: Pływające krewetki, kilka przysadzistych homarów i setki małży widoczne są w kominie hydrotermalnym na dnie oceanu. Ponieważ żadne światło słoneczne nie wnika na tę głębokość, ekosystem jest wspierany przez bakterie chemoautotroficzne i materiał organiczny, który opada z powierzchni oceanu. To zdjęcie zostało zrobione w 2006 roku na zatopionym wulkanie NW Eifuku u wybrzeży Japonii przez Narodową Administrację Oceaniczną i Atmosferyczną (NOAA). Szczyt tego niezwykle aktywnego wulkanu leży 1535 m pod powierzchnią. (kredyt: NOAA. “Chemoautotrophs” przez OpenStax jest licencjonowany zgodnie z CC BY 4.0)

Produktywność na poziomach troficznych

Wydajność w obrębie ekosystemu można zdefiniować jako procent energii wchodzącej do ekosystemu włączonej do biomasy na określonym poziomie troficznym. Biomasa to całkowita masa, w jednostce powierzchni w momencie pomiaru, żywych lub wcześniej żywych organizmów na poziomie troficznym. Ekosystemy mają charakterystyczne ilości biomasy na każdym poziomie troficznym. Na przykład w ekosystemie kanału La Manche producenci pierwotni odpowiadają za biomasę 4 g/m 2 (gramy na metr kwadratowy), podczas gdy konsumenci pierwotni wykazują biomasę 21 g/m 2 .

Produktywność pierwotnych producentów jest szczególnie ważna w każdym ekosystemie, ponieważ organizmy te dostarczają energię innym żywym organizmom poprzez fotoautotrofię lub chemoautotrofię. Szybkość, z jaką fotosyntetyczni producenci pierwotni wykorzystują energię słoneczną, nazywa się produktywność pierwotna brutto. Przykład produktywności pierwotnej brutto pokazano na schemacie przepływu energii w ekosystemie wodnym Silver Springs, jak pokazano (Rysunek 2). W tym ekosystemie całkowita energia zgromadzona przez producentów pierwotnych (wydajność pierwotna brutto) wyniosła 20 810 kcal/m 2 /rok.

Ponieważ wszystkie organizmy muszą zużywać część tej energii do własnych funkcji (takich jak oddychanie i wynikająca z tego metaboliczna utrata ciepła), naukowcy często odwołują się do pierwotnej produktywności netto ekosystemu. Podstawowa produktywność netto to energia, która pozostaje w pierwotnych producentach po uwzględnieniu oddychania organizmów i utraty ciepła. Produktywność netto jest wtedy dostępna dla konsumentów pierwotnych na następnym poziomie troficznym. W naszym przykładzie Silver Spring 13187 z 20810 kcal/m2/rok zostało wykorzystanych do oddychania lub zostało utraconych jako ciepło, pozostawiając 7632 kcal/m2/rok energii do wykorzystania przez odbiorców pierwotnych.

Efektywność ekologiczna: transfer energii między poziomami troficznymi

Jak pokazano na rysunku 2, duże ilości energii są tracone z ekosystemu z jednego poziomu troficznego do następnego, gdy energia przepływa od producentów pierwotnych przez różne poziomy troficzne konsumentów i rozkładających się.

Rysunek 2: Ten model koncepcyjny przedstawia przepływ energii przez wiosenny ekosystem w Silver Springs na Florydzie. Zauważ, że energia spada z każdym wzrostem poziomu troficznego. (kredyt: „energia dzięki wiosennemu ekosystemowi” OpenStax jest licencjonowana zgodnie z CC BY 4.0)

Głównym powodem tej straty jest druga zasada termodynamiki, który stwierdza, że ​​za każdym razem, gdy energia jest przekształcana z jednej formy w drugą, istnieje tendencja do nieporządku (entropia) w systemie. W systemach biologicznych oznacza to utratę dużej ilości energii w postaci ciepła metabolicznego, gdy organizmy z jednego poziomu troficznego zużywają kolejny poziom. W przykładzie ekosystemu Silver Springs widzimy, że pierwotni konsumenci wyprodukowali 1103 kcal/m 2 /rok z 7618 kcal/m 2 /rok energii dostępnej im od producentów pierwotnych. Pomiar efektywności transferu energii pomiędzy dwoma kolejnymi poziomami troficznymi nazywa się wydajność transferu poziomu troficznego (TLTE) i jest określone wzorem:

W Silver Springs TLTE między pierwszymi dwoma poziomami troficznymi wynosił około 14,8 procent. Niska wydajność transferu energii między poziomami troficznymi jest zwykle głównym czynnikiem, który ogranicza długość łańcuchów pokarmowych obserwowanych w sieci pokarmowej. Faktem jest, że po czterech do sześciu transferach energii nie ma wystarczającej ilości energii, aby podtrzymać kolejny poziom troficzny. In the Lake Ontario example, only three energy transfers occurred between the primary producer, (green algae), and the apex consumer (Chinook salmon).

Ecologists have many different methods of measuring energy transfers within ecosystems. Some transfers are easier or more difficult to measure depending on the complexity of the ecosystem and how much access scientists have to observe the ecosystem. In other words, some ecosystems are more difficult to study than others, and sometimes the quantification of energy transfers has to be estimated.

Another main parameter that is important in characterizing energy flow within an ecosystem is the net production efficiency. Net production efficiency (NPE) allows ecologists to quantify how efficiently organisms of a particular trophic level incorporate the energy they receive into biomass it is calculated using the following formula:

Net consumer productivity is the energy content available to the organisms of the next trophic level. Assimilation is the biomass (energy content generated per unit area) of the present trophic level after accounting for the energy lost due to incomplete ingestion of food, energy used for respiration, and energy lost as waste. incomplete ingestion refers to the fact that some consumers eat only a part of their food. For example, when a lion kills an antelope, it will eat everything except the hide and bones. The lion is missing the energy-rich bone marrow inside the bone, so the lion does not make use of all the calories its prey could provide.

Thus, NPE measures how efficiently each trophic level uses and incorporates the energy from its food into biomass to fuel the next trophic level. In general, cold-blooded animals (ektotermy), such as invertebrates, fish, amphibians, and reptiles, use less of the energy they obtain for respiration and heat than warm-blooded animals (endotermy), such as birds and mammals. The extra heat generated in endotherms, although an advantage in terms of the activity of these organisms in colder environments, is a major disadvantage in terms of NPE. Therefore, many endotherms have to eat more often than ectotherms to get the energy they need for survival. In general, NPE for ectotherms is an order of magnitude (10x) higher than for endotherms. For example, the NPE for a caterpillar eating leaves has been measured at 18 percent, whereas the NPE for a squirrel eating acorns may be as low as 1.6 percent.

ten inefficiency of energy use by warm-blooded animals has broad implications for the world’s food supply. It is widely accepted that the meat industry uses large amounts of crops to feed livestock, and because the NPE is low, much of the energy from animal feed is lost. For example, it costs about 1¢ to produce 1000 dietary calories (kcal) of corn or soybeans, but approximately .19 to produce a similar number of calories growing cattle for beef consumption. The same energy content of milk from cattle is also costly, at approximately .16 per 1000 kcal. Much of this difference is due to the low NPE of cattle. Thus, there has been a growing movement worldwide to promote the consumption of non-meat and non-dairy foods so that less energy is wasted feeding animals for the meat industry.

Modeling Ecosystems Energy Flow: Ecological Pyramids

The structure of ecosystems can be visualized with ecological pyramids, which were first described by the pioneering studies of Charles Elton in the 1920s. Ecological pyramids show the relative amounts of various parameters (such as the number of organisms, energy, and biomass) across trophic levels.

Pyramids of numbers can be either upright or inverted, depending on the ecosystem. As shown in Figure 3, typical grassland during the summer has a base of many plants and the numbers of organisms decrease at each trophic level. However, during the summer in a temperate forest, the base of the pyramid consists of few trees compared with the number of primary consumers, mostly insects. Because trees are large, they have great photosynthetic capability and dominate other plants in this ecosystem to obtain sunlight. Even in smaller numbers, primary producers in forests are still capable of supporting other trophic levels.

Another way to visualize ecosystem structure is with pyramids of biomass. This pyramid measures the amount of energy converted into living tissue at the different trophic levels. Using the Silver Springs ecosystem example, this data exhibits an upright biomass pyramid (Figure 3), whereas the pyramid from the English Channel example is inverted. The plants (primary producers) of the Silver Springs ecosystem make up a large percentage of the biomass found there. However, the phytoplankton in the English Channel example make up less biomass than the primary consumers, the zooplankton. As with inverted pyramids of numbers, this inverted pyramid is not due to a lack of productivity from the primary producers but results from the high turnover rate of the phytoplankton. The phytoplankton are consumed rapidly by the primary consumers, thus, minimizing their biomass at any particular point in time. However, phytoplankton reproduce quickly, thus they are able to support the rest of the ecosystem.

Pyramid ecosystem modeling can also be used to show energy flow through the trophic levels. Pyramids of energy are always upright, and an ecosystem without sufficient primary productivity cannot be supported. All types of ecological pyramids are useful for characterizing ecosystem structure. However, in the study of energy flow through the ecosystem, pyramids of energy are the most consistent and representative models of ecosystem structure.

Figure 3: Ecological pyramids depict the (a) biomass, (b) number of organisms, and (c) energy in each trophic level. (credit: “Ecological pyramids” by OpenStax is licensed under CC BY 4.0)

Consequences of Food Webs: Biological Magnification

One of the most important environmental consequences of ecosystem dynamics is biomagnification. Biomagnification is the increasing concentration of persistent, toxic substances in organisms at each trophic level, from the primary producers to the apex consumers. Many substances have been shown to bioaccumulate, including classical studies with the pesticide dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT), which was published in the 1960s bestseller, Cicha wiosna, by Rachel Carson. DDT was a commonly used pesticide before its dangers became known. In some aquatic ecosystems, organisms from each trophic level consumed many organisms of the lower level, which caused DDT to increase in birds (apex consumers) that ate fish. Thus, birds accumulated sufficient amounts of DDT to cause fragility in their eggshells. This effect increased egg breakage during nesting and was shown to have adverse effects on these bird populations. The use of DDT was banned in the United States in the 1970s.

Other substances that biomagnify are polychlorinated biphenyls (PCBs), which were used in coolant liquids in the United States until their use was banned in 1979, and heavy metals, such as mercury, lead, and cadmium. These substances were best studied in aquatic ecosystems, where fish species at different trophic levels accumulate toxic substances brought through the ecosystem by the primary producers. As illustrated in a study performed by the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) in the Saginaw Bay of Lake Huron (Figure 4), PCB concentrations increased from the ecosystem’s primary producers (phytoplankton) through the different trophic levels of fish species. The apex consumer (walleye) has more than four times the amount of PCBs compared to phytoplankton. Also, based on results from other studies, birds that eat these fish may have PCB levels at least one order of magnitude higher than those found in the lake fish.

Figure 4: This chart shows the PCB concentrations found at the various trophic levels in the Saginaw Bay ecosystem of Lake Huron. Numbers on the x-axis reflect enrichment with heavy isotopes of nitrogen (15N), which is a marker for increasing trophic level. Notice that the fish in the higher trophic levels accumulate more PCBs than those in lower trophic levels. (credit: Patricia Van Hoof, NOAA, GLERL. “PCB concentrations” by OpenStax is licensed under CC BY 4.0)

Other concerns have been raised by the accumulation of metale ciężkie, such as mercury and cadmium, in certain types of seafood. The United States Environmental Protection Agency (EPA) recommends that pregnant women and young children should not consume any swordfish, shark, king mackerel, or tilefish because of their high mercury content. These individuals are advised to eat fish low in mercury: salmon, tilapia, shrimp, pollock, and catfish. Biomagnification is a good example of how ecosystem dynamics can affect our everyday lives, even influencing the food we eat.

Streszczenie

Organisms in an ecosystem acquire energy in a variety of ways, which is transferred between trophic levels as the energy flows from the bottom to the top of the food web, with energy being lost at each transfer. The efficiency of these transfers is important for understanding the different behaviors and eating habits of warm-blooded versus cold-blooded animals. Modeling of ecosystem energy is best done with ecological pyramids of energy, although other ecological pyramids provide other vital information about ecosystem structure.


Food Chains and Food Webs

A łańcuch pokarmowy is a linear sequence of organisms through which nutrients and energy pass as one organism eats another. The levels in the food chain are producers, primary consumers, higher-level consumers, and finally decomposers. These levels are used to describe ecosystem structure and dynamics. There is a single path through a food chain. Each organism in a food chain occupies a specific trophic level (energy level), its position in the food chain or food web.

Figure 3. These are the trophic levels of a food chain in Lake Ontario at the United States–Canada border. Energy and nutrients flow from photosynthetic green algae at the base to the top of the food chain: the Chinook salmon. (credit: modification of work by National Oceanic and Atmospheric Administration/NOAA)

In many ecosystems, the base, or foundation, of the food chain consists of photosynthetic organisms (plants or phytoplankton), which are called producenci. The organisms that consume the producers are herbivores called pierwotni konsumenci. Secondary consumers are usually carnivores that eat the primary consumers. Trzeciorzędni konsumenci are carnivores that eat other carnivores. Higher-level consumers feed on the next lower trophic levels, and so on, up to the organisms at the top of the food chain. In the Lake Ontario food chain, shown in Figure 3, the Chinook salmon is the apex consumer at the top of this food chain.

One major factor that limits the number of steps in a food chain is energy. Energy is lost at each trophic level and between trophic levels as heat and in the transfer to decomposers (Figure 4 below). Thus, after a limited number of trophic energy transfers, the amount of energy remaining in the food chain may not be great enough to support viable populations at higher trophic levels.

There is a one problem when using food chains to describe most ecosystems. Even when all organisms are grouped into appropriate trophic levels, some of these organisms can feed at more than one trophic level. In addition, species feed on and are eaten by more than one species. In other words, the linear model of ecosystems, the food chain, is a hypothetical and overly simplistic representation of ecosystem structure. A holistic model—which includes all the interactions between different species and their complex interconnected relationships with each other and with the environment—is a more accurate and descriptive model for ecosystems. A sieć żywności is a concept that accounts for the multiple trophic (feeding) interactions between each species (Figure 5 below).

Figure 4. The relative energy in trophic levels in a Silver Springs, Florida, ecosystem is shown. Each trophic level has less energy available, and usually, but not always, supports a smaller mass of organisms at the next level.

Two general types of food webs are often shown interacting within a single ecosystem. A grazing food web has plants or other photosynthetic organisms at its base, followed by herbivores and various carnivores. A detrital food web consists of a base of organisms that feed on decaying organic matter (dead organisms), including rozkładający się (which break down dead and decaying organisms) and detritivores (which consume organic detritus). These organisms are usually bacteria, fungi, and invertebrate animals that recycle organic material back into the biotic part of the ecosystem as they themselves are consumed by other organisms.

Figure 5. This food web shows the interactions between organisms across trophic levels. Arrows point from an organism that is consumed to the organism that consumes it. All the producers and consumers eventually become nourishment for the decomposers (fungi, mold, earthworms, and bacteria in the soil). (credit “fox”: modification of work by Kevin Bacher, NPS credit “owl”: modification of work by John and Karen Hollingsworth, USFWS credit “snake”: modification of work by Steve Jurvetson credit “robin”: modification of work by Alan Vernon credit “frog”: modification of work by Alessandro Catenazzi credit “spider”: modification of work by “Sanba38″/Wikimedia Commons credit “centipede”: modification of work by “Bauerph”/Wikimedia Commons credit “squirrel”: modification of work by Dawn Huczek credit “mouse”: modification of work by NIGMS, NIH credit “sparrow”: modification of work by David Friel credit “beetle”: modification of work by Scott Bauer, USDA Agricultural Research Service credit “mushrooms”: modification of work by Chris Wee credit “mold”: modification of work by Dr. Lucille Georg, CDC credit “earthworm”: modification of work by Rob Hille credit “bacteria”: modification of work by Don Stalons, CDC)


Consequences of Food Webs: Biological Magnification

One of the most important environmental consequences of ecosystem dynamics is biomagnification. Biomagnification is the increasing concentration of persistent, toxic substances in organisms at each trophic level, from the primary producers to the apex consumers. Many substances have been shown to bioaccumulate, including classical studies with the pesticide DichloroDiphenylTrichloroethane (DDT), which was published in the 1960s bestseller, Cicha wiosna, by Rachel Carson. DDT was a commonly used pesticide before its dangers became known. In some aquatic ecosystems, organisms from each trophic level consumed many organisms of the lower level, which caused DDT to increase in birds (apex consumers) that ate fish. Thus, the birds accumulated sufficient amounts of DDT to cause fragility in their eggshells. This effect increased egg breakage during nesting and was shown to have adverse effects on these bird populations. The use of DDT was banned in the United States in the 1970s.

Figure 5. This chart shows the PCB concentrations found at the various trophic levels in the Saginaw Bay ecosystem of Lake Huron. Numbers on the x-axis reflect enrichment with heavy isotopes of nitrogen (15N), which is a marker for increasing trophic level. Notice that the fish in the higher trophic levels accumulate more PCBs than those in lower trophic levels. (credit: Patricia Van Hoof, NOAA, GLERL)

Other substances that biomagnify are polychlorinated biphenyls (PCBs), which were used in coolant liquids in the United States until their use was banned in 1979, and heavy metals, such as mercury, lead, and cadmium. These substances were best studied in aquatic ecosystems, where fish species at different trophic levels accumulate toxic substances brought through the ecosystem by the primary producers. As illustrated in a study performed by the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) in the Saginaw Bay of Lake Huron (Figure 5), PCB concentrations increased from the ecosystem’s primary producers (phytoplankton) through the different trophic levels of fish species. The apex consumer (walleye) has more than four times the amount of PCBs compared to phytoplankton. Also, based on results from other studies, birds that eat these fish may have PCB levels at least one order of magnitude higher than those found in the lake fish.

Other concerns have been raised by the accumulation of heavy metals, such as mercury and cadmium, in certain types of seafood. The United States Environmental Protection Agency (EPA) recommends that pregnant women and young children should not consume any swordfish, shark, king mackerel, or tilefish because of their high mercury content. These individuals are advised to eat fish low in mercury: salmon, tilapia, shrimp, pollock, and catfish. Biomagnification is a good example of how ecosystem dynamics can affect our everyday lives, even influencing the food we eat.


Energy Movement in Ecosystems: Trophic & Energy Pyramid

Pomóż nam naprawić jego uśmiech swoimi starymi esejami. To zajmuje kilka sekund!

-Szukamy poprzednich esejów, laboratoriów i zadań, które zrealizowałeś!

Powiązane posty

Efficiency Energy efficiency is one area that scientists are focusing on to decrease the worlds&hellip

Cells must perform thousands of different chemical reactions in order to survive. These reactions are&hellip

Energy forms are either potential or kinetic. Potential energy comes in forms that are stored&hellip

The graph shows three same structured gradual increases in three different areas- from elements 2&hellip

- As the human population keeps increasing (it’s over 6 billion people right now), we&hellip

Autor: William Anderson (zespół redakcyjny Schoolworkhelper)

Korepetytor i niezależny pisarz. Nauczyciel przedmiotów ścisłych i miłośnik esejów. Ostatnia recenzja artykułu: 2020 | Placówka Św. Rozmaryn © 2010-2021 | Creative Commons 4.0


Obejrzyj wideo: Krav om fluktåpning og rømningshull i teiner (Sierpień 2022).