ما هو قانون العشر البيئي أو 10 ٪؟

قانون العشر البيئي ، القانون البيئي أو 10 ٪ يثير الطريقة التي تنتقل بها الطاقة في الاشتقاق من خلال المستويات الغذائية المختلفة. وكثيرا ما يذكر أن هذا القانون هو ببساطة نتيجة مباشرة للقانون الثاني للديناميكا الحرارية.

الطاقة البيئية هي جزء من البيئة التي تهتم بتحديد العلاقات التي أوضحناها أعلاه. يعتبر أن ريموند ليندمان (على وجه التحديد في عمله الأساسي لعام 1942) ، هو الذي أسس قواعد هذا المجال من الدراسة.

ركز عمله على مفاهيم السلسلة والشبكة الغذائية ، وعلى تقدير الكفاءة في نقل الطاقة بين مختلف المستويات الغذائية.

يبدأ Lindemann من الإشعاع الشمسي أو الطاقة التي يستقبلها المجتمع ، من خلال الالتقاط الذي تقوم به النباتات من خلال عملية التمثيل الضوئي ويستمر في مراقبة الالتقاط واستخدامه لاحقًا من قبل الحيوانات العاشبة (المستهلكون الرئيسيون) ، ثم بواسطة الحيوانات آكلة اللحوم (المستهلكون الثانويون). ) وأخيرا من قبل المتحللين.

ما هو قانون العشر البيئي؟

بعد العمل الرائد لـ Lindemann ، كان من المفترض أن كفاءة النقل الغذائي كانت حوالي 10 ٪. في الواقع ، أشار بعض علماء البيئة إلى قانون 10 ٪. ومع ذلك ، ومنذ ذلك الحين ، تم إنشاء التباسات متعددة بشأن هذه المسألة.

بالتأكيد لا يوجد قانون للطبيعة الذي ينتج بدقة في أن عشر الطاقة التي تدخل في مستوى التغذية ، هو الذي يتم نقله إلى التالي.

على سبيل المثال ، كشفت مجموعة من الدراسات الغذائية (في البيئات البحرية والمياه العذبة) أن كفاءات النقل حسب المستوى التغذوي تراوحت بين 2 و 24٪ تقريبًا ، على الرغم من أن المتوسط ​​كان 10.13٪.

كقاعدة عامة ، تنطبق على كل من النظم المائية والأرضية ، يمكن القول أن الإنتاجية الثانوية من الحيوانات العاشبة عادة ما تكون موجودة تقريبًا ، بترتيب يقل عن الإنتاجية الأولية التي تقوم عليها.

غالبًا ما تكون هذه العلاقة ثابتة في جميع أنظمة البحث عن العلف والتي تحدث عادةً في هياكل من النوع الهرمي ، حيث يتم توفير القاعدة من قبل النباتات وعلى هذا الأساس قاعدة أصغر ، للمستهلكين الأساسيين ، الذي يجلس عليه مستهلكون ثانويون (أصغر).

مستويات التنظيم

جميع الكائنات الحية تتطلب المادة والطاقة. المسألة لبناء أجسادهم والطاقة لأداء وظائفهم الحيوية. لا يقتصر هذا المتطلب على كائن فردي ، ولكنه يمتد إلى مستويات أعلى من التنظيم البيولوجي يمكن لهؤلاء الأفراد مطابقتها.

هذه المستويات من التنظيم هي:

• مجتمع بيولوجي : كائنات من نفس النوع تعيش في نفس المنطقة المحددة.
• مجتمع بيولوجي : مجموعة من الكائنات الحية من أنواع أو مجموعات مختلفة ، تعيش في منطقة معينة وتتفاعل من خلال العلاقات الغذائية أو الغذائية).
• النظام الإيكولوجي : هو المستوى الأكثر تعقيدًا للتنظيم البيولوجي ، والذي يتكون من مجتمع يتعلق ببيئته اللاأحيائية - الماء ، أشعة الشمس ، المناخ وعوامل أخرى - التي يتفاعل معها.

المستويات الغذائية

في النظام البيئي ، يحدد المجتمع والبيئة تدفقات الطاقة والمادة.

يتم تجميع الكائنات في النظام البيئي وفقًا لـ "الدور" أو "الوظيفة" التي تؤديها داخل السلاسل الغذائية أو الغذائية ؛ هكذا نتحدث عن المستويات الغذائية للمنتجين والمستهلكين والمتحللين.

بدوره ، يتفاعل كل واحد من هذه المستويات الغذائية مع البيئة الفيزيائية التي توفر الظروف للحياة ، وفي الوقت نفسه ، تعمل كمصدر ومغسلة للطاقة والمادة.

المفاهيم الأساسية

الإنتاجية الأولية الخشنة والصافية

يجب أولاً تحديد الإنتاجية الأولية ، وهي معدل إنتاج الكتلة الحيوية لكل وحدة مساحة.

وعادة ما يتم التعبير عنها بوحدات الطاقة (جول لكل متر مربع في اليوم) ، أو في وحدات المواد العضوية الجافة (كيلوغرام لكل هكتار وفي السنة) ، أو ككربون (كتلة الكربون بالكيلوغرام لكل متر مربع في السنة).

بشكل عام ، عندما نشير إلى كل الطاقة التي تحددها عملية التمثيل الضوئي ، فإننا نسميها عادة الإنتاجية الأولية الخشنة (PPG).

من هذا ، تنفق نسبة على التنفس من autotrophs أنفسهم (RA) وتضيع في شكل حرارة. يتم الحصول على صافي الإنتاج الأولي (PPN) عن طريق طرح هذا المبلغ من PPG (PPN = PPG-RA).

هذا الإنتاج الأساسي الصافي (PPN) هو ما هو متاح في نهاية المطاف للاستهلاك من قبل المتغايرة (وهذه هي البكتيريا والفطريات وغيرها من الحيوانات التي نعرفها).

الإنتاجية الثانوية

يتم تعريف الإنتاجية الثانوية (PS) على أنها معدل إنتاج الكتلة الحيوية الجديدة بواسطة الكائنات غير المتجانسة. على عكس النباتات والبكتيريا غير المتجانسة والفطريات والحيوانات ، فإنها لا تستطيع صنع المركبات المعقدة الغنية بالطاقة التي تحتاجها من جزيئات بسيطة.

إنهم يحصلون على مادتهم وطاقتهم دائمًا من النباتات ، والتي يمكنهم القيام بها مباشرةً عن طريق استهلاك المواد النباتية أو بشكل غير مباشر عن طريق التغذية على تغاير أخرى.

وبهذه الطريقة ، تشكل النباتات أو الكائنات العضوية التي تحتوي على التمثيل الضوئي بشكل عام (وتسمى أيضًا المنتجين) المستوى الغذائي الأول في مجتمع ما ؛ يشكل المستهلكون الأساسيون (أولئك الذين يتغذون على المنتجين) المستوى الغذائي الثاني بينما يشكل المستهلكون الثانويون (يُطلق عليهم أيضًا اسم آكلات اللحوم) المستوى الثالث.

نقل الكفاءات وطرق الطاقة

تعتمد نسب الإنتاج الأولي الصافي التي تتدفق على طول كل مسار من مسارات الطاقة المحتملة في نهاية المطاف على كفاءة النقل ، أي على الطريقة التي يتم بها استخدام الطاقة وتتحرك من مستوى إلى آخر. البعض.

فئات كفاءة نقل الطاقة

هناك ثلاث فئات من كفاءة نقل الطاقة ، ومن خلال هذه المعرفة بشكل جيد ، يمكننا التنبؤ بنمط تدفق الطاقة على المستويات الغذائية. هذه الفئات هي: كفاءة الاستهلاك (EC) ، وكفاءة الاستيعاب (EA) وكفاءة الإنتاج (EP).

دعونا الآن تحديد هذه الفئات الثلاث المذكورة.

رياضيا يمكننا تحديد كفاءة الاستهلاك (EC) بالطريقة التالية:

EC = I _n / P _n-1 × 100

حيث يمكننا أن نرى أن CE هي نسبة مئوية من إجمالي الإنتاجية المتاحة ( P _n-1 ) التي يتم استيعابها بشكل فعال من قبل المقصورة الغذائية المتجاورة العليا ( I _n ).

على سبيل المثال ، بالنسبة للمستهلكين الأساسيين في نظام الرعي ، فإن EC هي النسبة المئوية (معبراً عنها بوحدات الطاقة ولكل وحدة زمنية) من PPN التي تستهلكها الحيوانات العاشبة.

إذا كنا نشير إلى المستهلكين الثانويين ، فسيكون ذلك معادلاً لنسبة إنتاجية الحيوانات العاشبة ، التي تستهلكها الحيوانات آكلة اللحوم. الباقي يموت دون أن يؤكل ويدخل في سلسلة من التحلل.

من ناحية أخرى ، يتم التعبير عن كفاءة الاستيعاب على النحو التالي:

EA = A _n / I _n × 100

نشير مرة أخرى إلى نسبة مئوية ، لكن هذه المرة جزء من الطاقة القادمة من الطعام ، ويتم تناولها في حجرة غذائية من قبل المستهلك ( I _n ) والتي يتم استيعابها بواسطة الجهاز الهضمي ( A _n ).

ستكون الطاقة المذكورة متاحة للنمو ولتنفيذ العمل. تُفقد البقية (الجزء غير المصقول) مع البراز ثم تدخل إلى المستوى التغذوي للمحللات.

أخيرًا ، يتم التعبير عن كفاءة الإنتاج (PE) على النحو التالي:

EP = P _n / A _n × 100

وهي أيضًا نسبة مئوية ، لكننا في هذه الحالة نشير إلى الطاقة المستوعبة ( A _n ) التي ينتهي بها الأمر إلى الاندماج في الكتلة الحيوية الجديدة ( P _n ). تُفقد جميع بقايا الطاقة غير المصابة في شكل حرارة أثناء التنفس.

يمكن اعتبار المنتجات مثل إفرازات و / أو إفرازات (غنية بالطاقة) ، التي شاركت في عمليات التمثيل الغذائي ، إنتاجًا ، P _n ، ومتاحة ، كجثث ، للمحللات.

كفاءة النقل العالمية

بعد تحديد هذه الفئات الثلاث الهامة ، يمكننا الآن أن نسأل عن "كفاءة النقل العالمية" من مستوى غذائي إلى آخر ، والذي يتم تقديمه ببساطة من خلال منتج الكفاءات المذكورة أعلاه ( EC x EA x EP ).

إذا ما تم التعبير عن العامية ، فيمكننا القول أن كفاءة المستوى يتم توفيرها من خلال ما يمكن استيعابه بشكل فعال ، والذي يتم استيعابه بعد ذلك وينتهي بدمجه في الكتلة الحيوية الجديدة.

أين تذهب الطاقة المفقودة؟

إن إنتاجية الحيوانات العاشبة تكون دائمًا أقل من إنتاجية النباتات التي تتغذى منها. يمكن أن نسأل بعد ذلك: أين تذهب الطاقة المفقودة؟

للإجابة على هذا السؤال ، يجب أن نسترعي الانتباه إلى الحقائق التالية:

1. لا تستهلك الحيوانات العاشبة كل الكتلة الحيوية للنباتات ، حيث يموت الكثير منها ويدخل في المستوى الغذائي لمحللات التحلل (البكتيريا والفطريات وبقية المخلفات).
2. لا يتم استيعاب كل الكتلة الحيوية التي تستهلكها الحيوانات العاشبة ، ولا تلك الخاصة بالحيوانات العاشبة التي تستهلكها الحيوانات آكلة اللحوم بدورها ، وهي متاحة لإدماجها في الكتلة الحيوية للمستهلك ؛ يتم فقد جزء من البراز وبهذه الطريقة ينتقل إلى المتحللات.
3. ليست كل الطاقة التي يتم استيعابها تصبح في الواقع كتلة حيوية ، حيث يتم فقد جزء في شكل حرارة أثناء التنفس.

يحدث هذا لسببين أساسيين: أولاً ، نظرًا لحقيقة عدم وجود عملية تحويل للطاقة تتسم بالكفاءة بنسبة 100٪. أي أن هناك دائمًا خسارة في شكل حرارة في التحويل ، وهو ما يتوافق تمامًا مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية.

ثانياً ، بما أن الحيوانات تحتاج إلى أداء العمل ، الأمر الذي يتطلب إنفاق الطاقة ، وبالتالي ، ينطوي على خسائر جديدة في شكل حرارة.

تحدث هذه الأنماط على جميع المستويات الغذائية ، وكما يتنبأ به القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، فإن جزءًا من الطاقة التي تحاول نقلها من مستوى إلى آخر ، يتبدد دائمًا في شكل حرارة غير قابلة للاستخدام.