Was ist das Gesetz des ökologischen Zehnten oder 10%?

Das Gesetz des ökologischen Zehnten, des ökologischen Gesetzes oder 10% erhöht die Art und Weise, wie Energie bei ihrer Ableitung durch die verschiedenen trophischen Ebenen wandert. Es wird auch oft gesagt, dass dieses Gesetz einfach eine direkte Folge des Zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik ist.

Die ökologische Energie ist ein Teil der Ökologie, die sich mit der Quantifizierung der oben skizzierten Beziehungen befasst. Es wird davon ausgegangen, dass Raymond Lindemann (speziell in seiner wegweisenden Arbeit von 1942) die Grundlagen für diesen Studienbereich geschaffen hat.

Seine Arbeit konzentrierte sich auf die Konzepte der Kette und des trophischen Netzwerks sowie auf die Quantifizierung der Effizienz des Energietransfers zwischen den verschiedenen trophischen Ebenen.

Lindemann geht von der einfallenden Sonnenstrahlung oder Energie aus, die eine Gemeinde durch die Erfassung durch die Pflanzen durch Photosynthese erhält, und überwacht die Erfassung und ihre anschließende Verwendung durch die Pflanzenfresser (Primärverbraucher) und dann durch die Fleischfresser (Sekundärverbraucher). ) und schließlich von Zersetzern.

Was ist das Gesetz des ökologischen Zehnten?

Nach Lindemanns Pionierarbeit wurde angenommen, dass die trophischen Transfereffizienzen bei etwa 10% lagen; Einige Ökologen sprachen sogar von einem 10% -Gesetz. Seitdem sind jedoch zahlreiche Verwirrungen in Bezug auf dieses Problem aufgetreten.

Gewiss gibt es kein Naturgesetz, das genau dazu führt, dass ein Zehntel der Energie, die in eine trophische Ebene gelangt, die ist, die auf die nächste übertragen wird.

Beispielsweise ergab eine Zusammenstellung von Trophäenstudien (in Meeres- und Süßwasserumgebungen), dass die Übertragungseffizienz nach Trophäen zwischen ungefähr 2 und 24% schwankte, obwohl der Durchschnitt 10, 13% betrug.

Als allgemeine Regel gilt, dass sowohl für aquatische als auch für terrestrische Systeme die sekundäre Produktivität von Pflanzenfressern in der Regel ungefähr eine Größenordnung unter der primären Produktivität liegt, auf der sie basiert.

Hierbei handelt es sich häufig um eine konsistente Beziehung, die in allen Futtersystemen aufrechterhalten wird und normalerweise in Strukturen des pyramidenförmigen Typs auftritt, in denen die Basis von den Pflanzen bereitgestellt wird und auf dieser Basis eine kleinere Basis der Primärverbraucher. auf dem ein anderer (noch kleinerer) sekundärer Verbraucher sitzt.

Organisationsebenen

Alle Lebewesen benötigen Materie und Energie; Materie für den Aufbau ihres Körpers und Energie, um ihre lebenswichtigen Funktionen zu erfüllen. Diese Anforderung ist nicht auf einen einzelnen Organismus beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf höhere Ebenen der biologischen Organisation, an die sich diese Personen anpassen können.

Diese Organisationsebenen sind:

• Eine biologische Population : Organismen derselben Art, die in demselben spezifischen Gebiet leben.
• Eine biologische Gemeinschaft : Gruppe von Organismen verschiedener Arten oder Populationen, die in einem bestimmten Gebiet leben und durch Nahrung oder trophische Beziehungen interagieren.
• Ein Ökosystem : Die komplexeste Ebene der biologischen Organisation, die von einer Gemeinschaft gebildet wird, die mit ihrer abiotischen Umgebung - Wasser, Sonnenlicht, Klima und anderen Faktoren - in Wechselwirkung steht.

Trophäenlevel

In einem Ökosystem bauen die Gemeinschaft und die Umwelt Energie- und Materieflüsse auf.

Die Organismen eines Ökosystems sind nach einer "Rolle" oder "Funktion" gruppiert, die sie innerhalb der Nahrungskette oder der trophischen Kette erfüllen. So sprechen wir über die Trophäen von Produzenten, Konsumenten und Zersetzern.

Jede dieser trophischen Ebenen wiederum interagiert mit der physikochemischen Umgebung, die die Lebensbedingungen schafft und gleichzeitig als Quelle und Senke von Energie und Materie fungiert.

Grundlegende Konzepte

Grobe und Netto-Primärproduktivität

Zunächst müssen wir die Primärproduktivität definieren, dh die Geschwindigkeit, mit der Biomasse pro Flächeneinheit erzeugt wird.

Sie wird normalerweise in Energieeinheiten (Joule pro Quadratmeter und Tag) oder in Einheiten organischer Trockensubstanz (Kilogramm pro Hektar und Jahr) oder als Kohlenstoff (Kohlenstoffmasse in kg pro Quadratmeter und Jahr) ausgedrückt.

Wenn wir uns auf die gesamte durch Photosynthese fixierte Energie beziehen, nennen wir dies im Allgemeinen grobe Primärproduktivität (PPG).

Davon wird ein Teil für die Atmung der Autotrophen selbst aufgewendet (RA) und geht in Form von Wärme verloren. Die Nettoprimärproduktion (PPN) ergibt sich durch Subtraktion dieses Betrags vom PPG (PPN = PPG-RA).

Diese Netto-Primärproduktion (PPN) steht letztendlich für den Verzehr durch Heterotrophen zur Verfügung (dies sind Bakterien, Pilze und andere Tiere, die wir kennen).

Sekundäre Produktivität

Die Sekundärproduktivität (PS) ist definiert als die Produktionsrate neuer Biomasse durch heterotrophe Organismen. Anders als Pflanzen, heterotrophe Bakterien, Pilze und Tiere können sie aus einfachen Molekülen nicht die komplexen, energiereichen Verbindungen herstellen, die sie benötigen.

Sie beziehen ihre Materie und Energie immer aus Pflanzen, was sie direkt durch den Verzehr von Pflanzenmaterial oder indirekt durch die Zufuhr anderer Heterotrophen tun können.

Auf diese Weise bilden photosynthetische Pflanzen oder Organismen im Allgemeinen (auch als Produzenten bezeichnet) die erste trophische Ebene in einer Gemeinschaft. Die primären Verbraucher (diejenigen, die sich von den Erzeugern ernähren) bilden die zweite Stufe und die sekundären Verbraucher (auch Fleischfresser genannt) die dritte Stufe.

Wirkungsgrade und Energierouten übertragen

Die Anteile der Nettoprimärproduktion, die auf jedem der potenziellen Energiepfade fließen, hängen letztendlich von der Übertragungseffizienz ab, dh davon, wie Energie verwendet wird und von einer Ebene zur anderen übergeht. eine andere

Energieübertragungs-Effizienzklassen

Es gibt drei Kategorien der Energieübertragungseffizienz. Mit diesen Kategorien können wir das Muster des Energieflusses auf trophischer Ebene vorhersagen. Diese Kategorien sind: die Effizienz des Verbrauchs (EC), die Effizienz der Assimilation (EA) und die Effizienz der Produktion (EP).

Definieren wir nun diese drei genannten Kategorien.

Mathematisch können wir die Verbrauchseffizienz (EC) folgendermaßen definieren:

EC = In / _Pn-1 × 100

Wo wir sehen können, dass der CE ein Prozentsatz der gesamten verfügbaren Produktivität ( P _n-1 ) ist, der effektiv vom oberen zusammenhängenden trophischen Kompartiment ( I _n ) aufgenommen wird.

Beispielsweise ist für Primärverbraucher im Weidesystem die EG der Prozentsatz (ausgedrückt in Energieeinheiten und pro Zeiteinheit) des PPN, der von den Pflanzenfressern verbraucht wird.

Wenn wir uns auf die sekundären Verbraucher beziehen, entspricht dies dem Prozentsatz der Produktivität der Pflanzenfresser, die von den Fleischfressern verzehrt werden. Der Rest stirbt ohne gegessen zu werden und geht in die Kette der Zersetzung.

Andererseits wird die Effizienz der Assimilation wie folgt ausgedrückt:

EA = An / In × 100

Wiederum beziehen wir uns auf einen Prozentsatz, diesmal jedoch auf den Teil der Energie, der aus der Nahrung stammt und von einem Verbraucher in einem trophischen Fach aufgenommen wird ( I _n ) und der von seinem Verdauungssystem aufgenommen wird ( A _n ).

Diese Energie wird für Wachstum und für die Ausführung von Arbeiten zur Verfügung stehen. Der Rest (der nicht assimilierte Teil) geht mit dem Kot verloren und gelangt dann in den trophischen Bereich der Zersetzer.

Schließlich wird die Produktionseffizienz (PE) ausgedrückt als:

EP = _PN / _AN × 100

Dies ist ebenfalls ein Prozentsatz, aber in diesem Fall beziehen wir uns auf die assimilierte Energie ( A _n ), die letztendlich in die neue Biomasse ( P _n ) aufgenommen wird. Alle nicht aufgenommenen energetischen Reste gehen während der Atmung in Form von Wärme verloren.

Produkte wie Sekrete und / oder Ausscheidungen (energiereich), die an Stoffwechselprozessen beteiligt waren, können als Produktion P _{n betrachtet} werden und stehen als Leichen für Zersetzer zur Verfügung.

Globale Transfereffizienz

Nachdem wir diese drei wichtigen Kategorien definiert haben, können wir nun nach der "globalen Transfereffizienz" von einem trophischen Level zum nächsten fragen, die sich einfach aus dem Produkt der oben genannten Effizienzen ergibt ( EC x EA x EP ).

Umgangssprachlich ausgedrückt kann man sagen, dass die Effizienz eines Levels durch das gegeben ist, was effektiv aufgenommen werden kann, das dann assimiliert wird und schließlich in neue Biomasse eingearbeitet wird.

Wohin geht die verlorene Energie?

Die Produktivität von Pflanzenfressern ist immer geringer als die der Pflanzen, von denen sie fressen. Wir könnten dann fragen: Wohin geht die verlorene Energie?

Um diese Frage zu beantworten, müssen wir auf folgende Tatsachen aufmerksam machen:

1. Nicht die gesamte Biomasse der Pflanzen wird von den Pflanzenfressern konsumiert, da ein Großteil davon stirbt und in die trophische Ebene der Zersetzer (Bakterien, Pilze und der Rest der Detritivoren) gelangt.
2. Nicht die gesamte von den Pflanzenfressern verzehrte Biomasse und auch nicht die von den Fleischfressern verzehrte Biomasse ist assimiliert und kann in die Biomasse des Verbrauchers eingearbeitet werden. Ein Teil geht mit dem Kot verloren und gelangt auf diese Weise zu den Zersetzern.
3. Nicht die gesamte Energie, die aufgenommen wird, wird tatsächlich zu Biomasse, da ein Teil in Form von Wärme während der Atmung verloren geht.

Dies geschieht aus zwei Gründen: Erstens aufgrund der Tatsache, dass es keinen zu 100% effizienten Energieumwandlungsprozess gibt. Das heißt, bei der Umwandlung geht immer Wärme verloren, was mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik in perfekter Übereinstimmung steht.

Zweitens, da Tiere Arbeit verrichten müssen, die einen hohen Energieaufwand erfordert und wiederum neue Verluste in Form von Wärme mit sich bringt.

Diese Muster treten auf allen trophischen Ebenen auf, und gemäß dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik wird ein Teil der Energie, die versucht wird, von einer Ebene auf eine andere zu übertragen, immer in Form von nicht nutzbarer Wärme abgebaut.