Die Bedeutung der Transfereffizienz bei der Bestimmung von Energiepfaden

Zuletzt aktualisiert am Mi, 06 Jan 2021 |Artenreichtum

Die Anteile der Netto-Primärproduktion, die entlang der einzelnen möglichen Energiepfade fließen, hängen von der Transfereffizienz bei der Art und Weise ab, wie Energie verwendet und von einem Schritt zum nächsten weitergegeben wird. Eine Kenntnis der Werte voneinfach drei Kategorien der Übertragungseffizienz sind erforderlich, um das Muster des Energieflusses vorherzusagen. Dies sind Verbrauchseffizienz (CE) Assimilationseffizienz (AE) und Produktionseffizienz (PE).

Die relative Bedeutung von Energiepfaden hängt von drei Übertragungseffizienzen ab:…

Benthische Mikroalgen

Abbildung 17.23 Beziehung zwischen dem Prozentsatz der von Pflanzenfressern verbrauchten Nettoprimärproduktion (NPP) und der Nettoprimärproduktivität. o, Phytoplankton• *, benthische Mikroalgen; □, Makroalgenbetten; ♦, Süßwassermakrophytenwiesen; ■, Seegraswiesen; a, Sümpfe; A, Grasland; o, Mangroven; *, Wälder. (Daten aus einer Reihe von Quellen, zusammengestellt von Cebrian, 1999.)

… verbrauch effizienz,…

Verbrauchseffizienz,

Abbildung 17.23 Beziehung zwischen dem Prozentsatz der von Pflanzenfressern verbrauchten Nettoprimärproduktion (NPP) und der Nettoprimärproduktivität. o, Phytoplankton• *, benthische Mikroalgen; □, Makroalgenbetten; ♦, Süßwassermakrophytenwiesen; ■, Seegraswiesen; a, Sümpfe; A, Grasland; o, Mangroven; *, Wälder. (Daten aus einer Reihe von Quellen, zusammengestellt von Cebrian, 1999.)

In Worten ausgedrückt ist CE der Prozentsatz der auf einer trophischen Ebene (Pn-1) verfügbaren Gesamtproduktivität, der tatsächlich von einem trophischen Kompartiment ‚eine Ebene höher‘ (In) verbraucht (‚aufgenommen‘) wird. Für Primärverbraucher im grazer System ist CE der Prozentsatz der pro Zeiteinheit produzierten Joule als KKW, der in die Eingeweide von Pflanzenfressern gelangt. Bei Sekundärkonsumenten ist dies der Prozentsatz der Pflanzenfresserproduktivität, der von Fleischfressern gefressen wird. Der Rest stirbt, ohne gefressen zu werden, und tritt in die Zersetzerkette ein.

Verschiedene gemeldete Werte für die Verbrauchseffizienz von Pflanzenfressern sind in Abbildung 17.23 dargestellt. Die meisten Schätzungen sind bemerkenswert niedrig und spiegeln in der Regel die Unattraktivität vieler Pflanzenmaterialien aufgrund ihres hohen Anteils an strukturellem Stützgewebe wider, manchmal aber auch als Folge von im Allgemeinen niedrigen Pflanzenfressendichten (aufgrund der Wirkung ihrer natürlichen Feinde). Die Verbraucher von mikroskopisch kleinen Pflanzen (Mikroalgen, die auf Beeten wachsen, oder frei lebendes Phytoplankton) können größere Dichten erreichen, haben weniger strukturelles Gewebe zu bewältigen und machen einen größeren Prozentsatz der Primärproduktion aus. Die Medianwerte für die Verbrauchseffizienz liegen bei weniger als 5% in Wäldern, etwa 25% in Grasland und mehr als 50% in Phytoplankton-dominierten Gemeinschaften. Wir wissen viel weniger über die Verbrauchseffizienz von Fleischfressern, die sich von ihrer Beute ernähren, und alle Schätzungen sind spekulativ. Wirbeltier-Raubtiere können 50-100% der Produktion von

Wirbeltier-Beute verbrauchen, aber vielleicht nur 5% von wirbelloser Beute. Wirbellose Raubtiere verbrauchen vielleicht 25% der verfügbaren Beuteproduktion von Wirbellosen.

… assimilationseffizienz…Assimilationseffizienz ist der Prozentsatz der Nahrungsenergie, die in den Eingeweiden der Verbraucher in einem trophischen Kompartiment (In) aufgenommen wird, das über die Darmwand (A „) assimiliert wird und für den Einbau in das Wachstum oder für die Arbeit zur Verfügung steht. Der Rest geht als Kot verloren und gelangt in die Basis des Zersetzungssystems. Eine ‚Assimilationseffizienz‘ wird viel weniger leicht Mikroorganismen zugeschrieben. Nahrung tritt nicht in eine Invagination der Außenwelt ein, die durch den Körper des Mikroorganismus geht (wie der Darm eines höheren Organismus), und Kot wird nicht produziert. In dem Sinne, dass Bakterien und Pilze typischerweise 100% der toten organischen Substanz, die sie extern verdauen und absorbieren, effektiv assimilieren, wird ihnen oft eine Assimilationseffizienz von 100% nachgesagt.

Die Assimilationseffizienz ist für Pflanzenfresser, Detritivfresser und Mikrofresser typischerweise niedrig (20-50%) und für Fleischfresser hoch (etwa 80%). Im Allgemeinen sind Tiere schlecht ausgerüstet, um mit toter organischer Substanz (hauptsächlich Pflanzenmaterial) und lebender Vegetation umzugehen, zweifellos teilweise aufgrund des sehr weit verbreiteten Auftretens physikalischer und chemischer Pflanzenabwehr, aber hauptsächlich aufgrund des hohen Anteils komplexer Strukturchemikalien wie Cellulose und Lignin in ihrer Zusammensetzung. Wie in Kapitel 11 beschrieben, enthalten viele Tiere jedoch eine symbiotische Darmflora, die Cellulase produziert und die Assimilation organischer Pflanzenstoffe unterstützt. In gewissem Sinne haben diese Tiere ihr eigenes persönliches Zersetzungssystem genutzt. Die Art und Weise, wie Pflanzen ihre Produktion Wurzeln, Holz, Blättern, Samen und Früchten zuordnen, beeinflusst ihre Nützlichkeit für Pflanzenfresser. Samen und Früchte können mit Wirkungsgraden von bis zu 60-70% assimiliert werden und Blätter mit etwa 50% Effizienz, während die Assimilationseffizienz für Holz so niedrig wie 15% sein kann. Das Tierfutter von Fleischfressern (und Detritivoren wie Geiern, die Tierkadaver verzehren) stellt weniger ein Problem für die Verdauung und Assimilation dar.

… und Produktionseffizienz…

Produktionseffizienz, PE = Pn/A“ X 100.

Die Produktionseffizienz ist der Prozentsatz der assimilierten Energie (An), der in neue Biomasse (Pn) eingebaut wird. Der Rest geht vollständig als Atemwärme an die Gemeinschaft verloren. (Energiereiche Sekretions- und Ausscheidungsprodukte, die an Stoffwechselprozessen teilgenommen haben, können als Produktion, Pn, angesehen werden und stehen den Zersetzern wie Leichen zur Verfügung.)

Die Produktionseffizienz variiert hauptsächlich in Abhängigkeit von der taxonomischen Klasse der betreffenden Organismen. Wirbellose haben im Allgemeinen hohe Wirkungsgrade (30-40%), verlieren relativ wenig Energie in der Atmungswärme und wandeln mehr Assimilat in die Produktion um.

Aquatische trophische EbenenAbbildung 17.24 Häufigkeitsverteilung der Transfereffizienz auf trophischer Ebene in 48 trophischen Studien aquatischer Gemeinschaften. Es gibt erhebliche Unterschiede zwischen den Studien und zwischen den trophischen Ebenen. Der Mittelwert beträgt 10,13 % (SE = 0,49). (Nach Pauly & Christensen, 1995. Bei den Wirbeltieren weisen Ektothermen (deren Körpertemperatur je nach Umgebungstemperatur variiert) Zwischenwerte für PE auf (etwa 10%), während Endothermen mit ihrem hohen Energieverbrauch, der mit der Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur verbunden ist, nur 1-2% der assimilierten Energie in Produktion umwandeln. Die Endothermen mit kleinem Körper haben die niedrigsten Wirkungsgrade, während die winzigen Insektenfresser (z. B. Zaunkönige und Spitzmäuse) die niedrigsten Produktionseffizienzen von allen aufweisen. Andererseits neigen Mikroorganismen, einschließlich Protozoen, zu sehr hohen Produktionseffizienzen. Sie haben ein kurzes Leben, eine geringe Größe und einen schnellen Bevölkerungsumsatz. Leider sind die verfügbaren Methoden nicht empfindlich genug, um Populationsänderungen auf zeitlichen und räumlichen Skalen zu erkennen, die für Mikroorganismen, insbesondere im Boden, relevant sind. Im Allgemeinen nimmt die Effizienz der Produktion mit der Größe in Endothermen zu und nimmt in Ektothermen sehr deutlich ab.

trophische Ebene Transfereffizienz, … welche kombinieren zu

TLTE = Pn/Pn-1 X 100. die gesamte trophische Transfereffizienz von einer trophischen Ebene zur nächsten ist einfach CE X AE X PE. In der Zeit nach Lindemanns (1942) Pionierarbeit wurde allgemein angenommen, dass die Effizienz des trophischen Transfers bei etwa 10% lag; Einige Ökologen sprachen sogar von einem 10% -Gesetz. Es gibt jedoch sicherlich kein Naturgesetz, das dazu führt, dass genau ein Zehntel der Energie, die in eine trophische Ebene eintritt, auf die nächste übertragen wird. Eine Zusammenstellung trophischer Studien aus einer Vielzahl von Süßwasser- und Meeresumgebungen ergab beispielsweise, dass die Übertragungseffizienz des trophischen Niveaus zwischen etwa 2 und 24% variierte, obwohl der Mittelwert 10,13% betrug (Abbildung 17.24).

(a) Wald

Atmung \

Weidesystem

Atmung

Zersetzungssystem

Zersetzungssystem

(b) Grünland

Atmung

Atmung

Atmung

(c) Plankton Gemeinschaft

Atmung

Grazer system

Grazer system

Decomposer system

Atmung

Decomposer system

Atmung

(d) Stream Gemeinschaft

Atmung

Aus terrestrischem Einzugsgebiet

Abbildung 17.25 Allgemeine Muster des Energieflusses für: (a) ein Wald, (b) ein Grünland, (c) eine marine Planktongemeinschaft und (d) die Gemeinschaft eines Baches oder kleinen Teiches. Die relativen Größen der Kästen und Pfeile sind proportional zu den relativen Größen der Kompartimente und Strömungen. DOM, tote organische Substanz; KKW, Netto-Primärproduktion.

Lesen Sie hier weiter: Energiefluss durch kontrastierende Gemeinschaften

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