L’importance des efficacités de transfert dans la détermination des voies énergétiques

Dernière mise à jour le Mer, 06 Janv.2021 | Richesse en espèces

Les proportions de la production primaire nette qui s’écoulent le long de chacune des voies énergétiques possibles dépendent des efficacités de transfert dans la façon dont l’énergie est utilisée et transmise d’une étape à l’autre. Une connaissance des valeurs dejuste trois catégories d’efficacité de transfert est tout ce qui est nécessaire pour prédire le modèle de flux d’énergie. Ce sont l’efficacité de consommation (CE) l’efficacité d’assimilation (AE) et l’efficacité de production (PE).

l’importance relative des voies énergétiques dépend de trois efficacités de transfert : …

Microalgues benthiques

Figure 17.23 Relation entre le pourcentage de production primaire nette (BNP) consommé par les herbivores et la productivité primaire nette. o, phytoplancton• *, microalgues benthiques; □, lits de macroalgues; ♦, prairies de macrophytes d’eau douce; ■, prairies d’herbiers marins; a, marais; A, prairies; o, mangroves; *, forêts. (Données provenant de plusieurs sources, compilées par Cebrian, 1999.)

… efficacité de consommation, …

efficacité de la consommation,

Figure 17.23 Relation entre le pourcentage de la production primaire nette (BNP) consommée par les herbivores et la productivité primaire nette. o, phytoplancton• *, microalgues benthiques; □, lits de macroalgues; ♦, prairies de macrophytes d’eau douce; ■, prairies d’herbiers marins; a, marais; A, prairies; o, mangroves; *, forêts. (Données provenant de plusieurs sources, compilées par Cebrian, 1999.)

Répété en mots, CE est le pourcentage de productivité totale disponible à un niveau trophique (Pn-1) qui est réellement consommé (« ingéré ») par un compartiment trophique « un niveau supérieur » (In). Pour les consommateurs primaires dans le système de pâturage, CE est le pourcentage de joules produits par unité de temps en tant que centrale nucléaire qui se fraye un chemin dans les entrailles des herbivores. Dans le cas des consommateurs secondaires, c’est le pourcentage de productivité des herbivores consommés par les carnivores. Le reste meurt sans être mangé et entre dans la chaîne du décomposeur.

Diverses valeurs rapportées pour l’efficacité de consommation des herbivores sont présentées à la figure 17.23. La plupart des estimations sont remarquablement basses, reflétant généralement le manque d’attrait d’une grande partie du matériel végétal en raison de sa forte proportion de tissus de soutien structurel, mais parfois aussi en raison de densités d’herbivores généralement faibles (en raison de l’action de leurs ennemis naturels). Les consommateurs de plantes microscopiques (microalgues poussant sur des lits ou phytoplancton vivant librement) peuvent atteindre de plus grandes densités, avoir moins de tissus structurels à traiter et représenter un pourcentage plus élevé de la production primaire. Les valeurs médianes pour l’efficacité de la consommation sont inférieures à 5% dans les forêts, environ 25% dans les prairies et plus de 50 % dans les communautés dominées par le phytoplancton. Nous en savons beaucoup moins sur l’efficacité de consommation des carnivores se nourrissant de leurs proies, et toute estimation est spéculative. Les prédateurs vertébrés peuvent consommer 50 à 100% de la production de proies vertébrées, mais peut-être seulement 5% de proies invertébrées. Les prédateurs d’invertébrés consomment peut-être 25 % de la production disponible de proies d’invertébrés.

… efficacité d’assimilation…

L’efficacité d’assimilation,

L’efficacité d’assimilation est le pourcentage d’énergie alimentaire prise dans les intestins des consommateurs dans un compartiment trophique (In) qui est assimilé à travers la paroi intestinale (A ») et devient disponible pour être incorporé dans la croissance ou pour faire du travail. Le reste est perdu sous forme de matières fécales et pénètre dans la base du système décomposeur. Une « efficacité d’assimilation » est beaucoup moins facilement attribuée aux micro-organismes. La nourriture n’entre pas dans une invagination du monde extérieur en passant par le corps du microorganisme (comme l’intestin d’un organisme supérieur) et les excréments ne sont pas produits. Dans le sens où les bactéries et les champignons assimilent généralement efficacement 100% de la matière organique morte qu’ils digèrent et absorbent à l’extérieur, on dit souvent qu’ils ont une « efficacité d’assimilation » de 100%.

L’efficacité d’assimilation est généralement faible pour les herbivores, les détritivores et les microbivores (20 à 50 %) et élevée pour les carnivores (environ 80 %). En général, les animaux sont mal équipés pour faire face à la matière organique morte (principalement la matière végétale) et à la végétation vivante, sans doute en partie en raison de la présence très répandue de défenses physiques et chimiques des plantes, mais principalement en raison de la forte proportion de produits chimiques structuraux complexes tels que la cellulose et la lignine dans leur composition. Comme le décrit le chapitre 11, cependant, de nombreux animaux contiennent une microflore intestinale symbiotique qui produit de la cellulase et aide à l’assimilation de la matière organique végétale. Dans un sens, ces animaux ont exploité leur propre système de décomposeur personnel. La façon dont les plantes allouent la production aux racines, au bois, aux feuilles, aux graines et aux fruits influence leur utilité pour les herbivores. Les graines et les fruits peuvent être assimilés avec des rendements aussi élevés que 60-70%, et les feuilles avec une efficacité d’environ 50%, tandis que l’efficacité d’assimilation pour le bois peut être aussi faible que 15%. La nourriture animale des carnivores (et des détritivores tels que les vautours qui consomment des carcasses animales) pose moins de problèmes de digestion et d’assimilation.

… et efficacité de production…

efficacité de la production, PE = Pn/A » X 100.

L’efficacité de production est le pourcentage d’énergie assimilée (An) qui est incorporée dans la nouvelle biomasse (Pn). Le reste est entièrement perdu pour la communauté sous forme de chaleur respiratoire. (Les produits sécréteurs et excréteurs riches en énergie, qui ont participé aux processus métaboliques, peuvent être considérés comme de la production, du Pn, et deviennent disponibles, comme des cadavres, aux décomposeurs.)

L’efficacité de production varie principalement selon la classe taxonomique des organismes concernés. Les invertébrés en général ont des rendements élevés (30-40%), perdent relativement peu d’énergie dans la chaleur respiratoire et convertissent plus d’assimilation à la production.

Niveaux trophiques aquatiquesFigure 17.24 Distribution fréquentielle des efficacités de transfert au niveau trophique dans 48 études trophiques de communautés aquatiques. Il existe des variations considérables entre les études et entre les niveaux trophiques. La moyenne est de 10,13% (SE = 0,49). (D’après Pauly &Christensen, 1995.)

Parmi les vertébrés, les ectothermes (dont la température corporelle varie en fonction de la température ambiante) ont des valeurs intermédiaires de PE (environ 10%), tandis que les endothermes, avec leur dépense énergétique élevée associée au maintien d’une température constante, ne convertissent que 1 à 2% de l’énergie assimilée en production. Les endothermes à petit corps ont les rendements les plus faibles, les insectivores minuscules (par exemple les troglodytes et les musaraignes) ayant les rendements de production les plus faibles de tous. D’autre part, les microorganismes, y compris les protozoaires, ont tendance à avoir une efficacité de production très élevée. Ils ont une vie courte, une petite taille et un renouvellement rapide de la population. Malheureusement, les méthodes disponibles ne sont pas assez sensibles pour détecter les changements de population à des échelles de temps et d’espace pertinentes pour les microorganismes, en particulier dans le sol. En général, l’efficacité de la production augmente avec la taille des endothermes et diminue très nettement chez les ectothermes.

efficacité du transfert au niveau trophique, … qui se combinent pour

TLTE=Pn/Pn – 1 X 100. donner l’efficacité du transfert de niveau trophique

L’efficacité globale du transfert trophique d’un niveau trophique à l’autre est simplement CE X AE X PE. Dans la période qui a suivi les travaux pionniers de Lindemann (1942), on a généralement supposé que l’efficacité du transfert trophique était d’environ 10%; en effet, certains écologistes ont parlé d’une « loi » de 10%. Cependant, il n’y a certainement pas de loi de la nature qui entraîne précisément le transfert d’un dixième de l’énergie qui entre dans un niveau trophique vers le suivant. Par exemple, une compilation d’études trophiques d’un large éventail d’environnements d’eau douce et marins a révélé que l’efficacité du transfert de niveau trophique variait entre environ 2 et 24 %, bien que la moyenne soit de 10,13 % (figure 17.24).

(a) Forêt

Respiration\

Système de pâturage

Respiration

Système décomposeur

Système décomposeur

(b) Prairies

Respiration

Respiration

Respiration

Respiration

Respiration

Respiration

(c)Communauté de plancton

Respiration

Système de grazer

Système de Grazer

Système de décomposeur

Respiration

Système de décomposeur

Respiration

(d)Communauté de flux

Respiration

Du bassin versant terrestre

Figure 17.25 Schémas généraux du flux d’énergie pour: a) une forêt, b) une prairie, c) une communauté de plancton marin et d) la communauté d’un ruisseau ou d’un petit étang. Les tailles relatives des boîtes et des flèches sont proportionnelles aux grandeurs relatives des compartiments et des flux. DOM, matière organique morte; centrale nucléaire, production primaire nette.

Continuez à lire ici: Flux d’énergie à travers des communautés contrastées

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