L’importanza di efficienze di trasferimento nel determinare le vie dell’energia

Ultimo Aggiornamento: Wed, 06 Jan 2021 |Ricchezza di Specie

Le proporzioni di netto la produzione primaria che scorrono lungo le possibili vie dell’energia dipendono efficienze di trasferimento nel modo in cui l’energia viene utilizzata e a passare da una fase a quella successiva. Una conoscenza dei valori di sole tre categorie di efficienza di trasferimento è tutto ciò che è necessario per prevedere il modello di flusso di energia. Questi sono efficienza di consumo (CE) efficienza di assimilazione (AE) ed efficienza di produzione (PE).

l’importanza relativa dei percorsi energetici dipende da tre efficienze di trasferimento:…

Microalghe bentoniche

Figura 17.23 Relazione tra la percentuale di produzione primaria netta (NPP) consumata dagli erbivori e la produttività primaria netta. o, fitoplancton;•, microalghe bentoniche;□, letti macroalgali;♦, prati di macrofiti d’acqua dolce;■, prati di alghe; a, paludi; A, praterie; o, mangrovie;*, foreste. (Dati da una serie di fonti, compilati da Cebrian, 1999.)

… efficienza dei consumi,…

efficienza del consumo,

Figura 17.23 Relazione tra la percentuale di produzione primaria netta (NPP) consumata dagli erbivori e la produttività primaria netta. o, fitoplancton;•, microalghe bentoniche;□, letti macroalgali;♦, prati di macrofiti d’acqua dolce;■, prati di alghe; a, paludi; A, praterie; o, mangrovie;*, foreste. (Dati da una serie di fonti, compilati da Cebrian, 1999.)

Ripetuto a parole, CE è la percentuale di produttività totale disponibile a un livello trofico (Pn-1) che viene effettivamente consumata (“ingerita”) da un compartimento trofico “one level up” (In). Per i consumatori primari nel sistema grazer, CE è la percentuale di joule prodotte per unità di tempo come NPP che trova la sua strada nelle viscere degli erbivori. Nel caso dei consumatori secondari, è la percentuale di produttività degli erbivori mangiata dai carnivori. Il resto muore senza essere mangiato ed entra nella catena del decompositore.

Vari valori riportati per le efficienze di consumo degli erbivori sono mostrati nella Figura 17.23. La maggior parte delle stime sono notevolmente basse, di solito riflettendo la scarsa attrattiva di gran parte del materiale vegetale a causa della sua alta percentuale di tessuto di supporto strutturale, ma a volte anche come conseguenza di densità erbivore generalmente basse (a causa dell’azione dei loro nemici naturali). I consumatori di piante microscopiche (microalghe che crescono su letti o fitoplancton a vita libera) possono raggiungere maggiori densità, avere meno tessuti strutturali da trattare e rappresentare una percentuale maggiore della produzione primaria. I valori medi per l’efficienza del consumo sono inferiori al 5% nelle foreste, circa il 25% nelle praterie e oltre il 50% nelle comunità dominate dal fitoplancton. Sappiamo molto meno sulle efficienze di consumo dei carnivori che si nutrono delle loro prede, e qualsiasi stima è speculativa. I predatori vertebrati possono consumare il 50-100% della produzione da prede vertebrate

ma forse solo il 5% da prede invertebrate. I predatori invertebrati consumano forse il 25% della produzione disponibile di prede invertebrate.

… efficienza di assimilazione…

efficienza di assimilazione,

Efficienza di assimilazione è la percentuale di energia alimentare presa nelle viscere dei consumatori in un compartimento trofico (In) che viene assimilato attraverso la parete intestinale (A”) e diventa disponibile per l’incorporazione nella crescita o per fare lavoro. Il resto viene perso come feci ed entra nella base del sistema decompositore. Una ‘efficienza di assimilazione’ è molto meno facilmente attribuita ai microrganismi. Il cibo non entra in un’invaginazione del mondo esterno che passa attraverso il corpo del microrganismo (come l’intestino di un organismo superiore) e le feci non vengono prodotte. Nel senso che batteri e funghi tipicamente assimilano efficacemente il 100% della materia organica morta che digeriscono esternamente e assorbono, spesso si dice che abbiano un’efficienza di assimilazione del 100%.

Le efficienze di assimilazione sono in genere basse per erbivori, detritivori e microbivori (20-50%) e alte per i carnivori (circa l ‘ 80%). In generale, gli animali sono scarsamente equipaggiati per affrontare la materia organica morta (principalmente materiale vegetale) e la vegetazione vivente, senza dubbio in parte a causa della presenza molto diffusa di difese fisiche e chimiche delle piante, ma principalmente a causa dell’elevata percentuale di sostanze chimiche strutturali complesse come la cellulosa e la lignina nella loro composizione. Come descrive il capitolo 11, tuttavia, molti animali contengono una microflora intestinale simbiotica che produce cellulasi e aiuta nell’assimilazione della materia organica vegetale. In un certo senso, questi animali hanno sfruttato il proprio sistema di decomposizione personale. Il modo in cui le piante assegnano la produzione a radici, legno, foglie, semi e frutti influenza la loro utilità per gli erbivori. Semi e frutti possono essere assimilati con efficienze fino al 60-70% e foglie con circa il 50% di efficienza, mentre l’efficienza di assimilazione per il legno può essere fino al 15%. Il cibo animale dei carnivori (e detritivori come gli avvoltoi che consumano carcasse di animali) pone meno di un problema per la digestione e l’assimilazione.

… ed efficienza di produzione…

efficienza di produzione, PE = Pn/ A ” X 100.

L’efficienza produttiva è la percentuale di energia assimilata (An) che viene incorporata nella nuova biomassa (Pn). Il resto è interamente perso per la comunità come calore respiratorio. (I prodotti secretori ed escretori ricchi di energia, che hanno preso parte ai processi metabolici, possono essere visti come produzione, Pn e diventano disponibili, come i cadaveri, ai decompositori.)

L’efficienza produttiva varia principalmente a seconda della classe tassonomica degli organismi interessati. Gli invertebrati in generale hanno elevate efficienze (30-40%), perdendo relativamente poca energia nel calore respiratorio e convertendo più assimilati alla produzione.

Livelli trofici acquaticiFigura 17.24 Distribuzione di frequenza delle efficienze di trasferimento a livello trofico in 48 studi trofici su comunità acquatiche. Vi è una notevole variazione tra gli studi e tra i livelli trofici. La media è del 10,13% (SE = 0,49). (Dopo Pauly & Christensen, 1995. Tra i vertebrati, le ectoterme (la cui temperatura corporea varia in base alla temperatura ambientale) hanno valori intermedi per PE (intorno al 10%), mentre le endoterme, con il loro elevato dispendio energetico associato al mantenimento di una temperatura costante, convertono solo l ‘ 1-2% dell’energia assimilata in produzione. Gli endotermi dal corpo piccolo hanno le efficienze più basse, con i piccoli insettivori (ad esempio scriccioli e toporagni) che hanno le efficienze di produzione più basse di tutte. D’altra parte, i microrganismi, compresi i protozoi, tendono ad avere efficienze di produzione molto elevate. Hanno vita breve, piccole dimensioni e rapido turnover della popolazione. Sfortunatamente, i metodi disponibili non sono abbastanza sensibili da rilevare i cambiamenti della popolazione su scale di tempo e spazio rilevanti per i microrganismi, specialmente nel suolo. In generale, l’efficienza della produzione aumenta con le dimensioni delle endoterme e diminuisce molto marcatamente negli ectoterme.

trofico livello di trasferimento di efficienza, … che si combinano a

TLTE = Pn / Pn-1 X 100. dare trofico livello di trasferimento efficienza

L’efficienza complessiva di trasferimento trofico da un livello trofico al successivo è semplicemente CE X AE X PE. Nel periodo successivo al lavoro pionieristico di Lindemann (1942), si presumeva generalmente che le efficienze di trasferimento trofico fossero intorno al 10%; in effetti alcuni ecologi si riferivano a una “legge” del 10%. Tuttavia, non esiste certamente una legge di natura che si traduca precisamente in un decimo dell’energia che entra in un livello trofico trasferendosi a quello successivo. Ad esempio, una raccolta di studi trofici da una vasta gamma di ambienti di acqua dolce e marina ha rivelato che le efficienze di trasferimento del livello trofico variavano tra circa il 2 e il 24%, sebbene la media fosse del 10,13% (Figura 17,24).

(a) Bosco

la Respirazione \

Grazer sistema

la Respirazione

Decomposer sistema

Decomposer sistema

(b) Pascoli

la Respirazione

la Respirazione

la Respirazione

la Respirazione

(c) Plancton comunità

la Respirazione

Grazer sistema

Grazer sistema

Decomposer sistema

la Respirazione

Decomposer sistema

la Respirazione

(d) Stream comunità

la Respirazione

terrestri bacino

la Figura 17.25 Generale i modelli di flusso di energia per: a) una foresta, b) una prateria, c) una comunità marina di plancton e d) la comunità di un ruscello o di un piccolo stagno. Le dimensioni relative delle caselle e delle frecce sono proporzionali alle grandezze relative dei compartimenti e dei flussi. DOM, materia organica morta; NPP, produzione primaria netta.

Continua a leggere qui: Flusso di energia attraverso comunità contrastanti

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