Ekolojik verimlilik - Ecological efficiency

Ekolojik verimlilik Tanımlar verimlilik hangisiyle enerji birinden transfer edildi tropik seviye bir sonrakine. Bir ekosistemde organizma kaynak edinimi ve asimilasyon ile ilgili bir verimlilik kombinasyonu ile belirlenir.

Enerji transferi

Trofik seviyeler arasındaki enerji aktarımının bir diyagramı

Birincil üretim oluşur ototrofik organizmalar ekosistem. Photoautotrophs gibi damarlı Bitkiler ve yosun Güneşten gelen enerjiyi depolanan enerjiye dönüştürür. karbon bileşikleri. Fotosentez içinde gerçekleştirilir klorofil yeşil bitkiler. Fotosentez yoluyla dönüştürülen enerji, organizmalar daha düşük trofik seviyelerdeki üyeleri tüketirken bir ekosistemin trofik seviyeleri boyunca taşınır.

Birincil üretim brüt ve net birincil üretime bölünebilir. Brüt birincil üretim, bir fotoototrofun güneşten topladığı enerjinin bir ölçüsüdür. Örneğin, içeri giren bir çimen x joule Güneşten gelen enerji. o enerjinin fraksiyonu dönüştürülür glikoz çim bıçağının brüt üretkenliğini yansıtır. Solunumdan sonra kalan enerji net birincil üretim olarak kabul edilir. Genel olarak brüt üretim, solunumdan önce bir organizmanın içerdiği enerjiyi ve solunumdan sonra enerjiyi net üretimi ifade eder. Terimler, hem ototroflarda hem de ototroflarda enerji transferini tanımlamak için kullanılabilir. heterotroflar.

Trofik seviyeler arasındaki enerji transferi genellikle verimsizdir, öyle ki bir trofik seviyedeki net üretim genellikle önceki trofik seviyedeki net üretimin sadece% 10'u kadardır ( Yüzde on yasası ). Yırtıcı olmayan ölüm nedeniyle, egestion, ve hücresel solunum Tüketiciler tarafından üretim için absorbe edilmek yerine önemli miktarda enerji çevreye kaybolmaktadır. Şekil, tipik bir ekosistemdeki enerji kaybının her aşamasından sonra mevcut olan enerji oranını yaklaşık olarak gösterir, ancak bu fraksiyonlar ekosistemden ekosisteme ve trofik seviyeden trofik seviyeye büyük ölçüde farklılık gösterir. Yırtıcı olmayan ölüm, dışkılama ve solunum adımlarının her birinden yarım kat enerji kaybı, birçok canlı sistem için tipiktir. Böylece, bir trofik seviyedeki net üretim ${ displaystyle 1/2 * 1/2 * 1/2 = 1/8}$ veya ondan önceki trofik seviyenin yaklaşık yüzde onu.

Örneğin, 500 birim enerjinin trofik seviye 1 tarafından üretildiğini varsayın. Bunun yarısı yırtıcı olmayan ölüm nedeniyle kaybedilirken, diğer yarısı (250 birim) trofik seviye 2 tarafından yutulur. Alınan miktarın yarısı dışarı atılır. dışkılama yoluyla, diğer yarının (125 birim) organizma tarafından asimile edilmesini sağlar. Son olarak kalan enerjinin yarısı solunum yoluyla kaybedilirken geri kalanı (63 ünite) büyüme ve üreme için kullanılır. Büyüme ve üreme için harcanan bu enerji, trofik seviye 1'in net üretimini oluşturur; ${ displaystyle 500 * 1/2 * 1/2 * 1/2 = 63}$ birimleri.

Ekolojik verimliliği ölçmek

Ekolojik verimlilik, birbiriyle ilişkili birçok verimliliğin birleşimidir. kaynak kullanımı ve kaynakların ne ölçüde dönüştürüldüğü biyokütle.^[1]

• Sömürü verimliliği, Gıda miktarına bölünen Av üretim (${ displaystyle I_ {n} / P_ {n-1}}$)
• Asimilasyon etkinliği miktarı asimilasyon yiyecek miktarına bölünür yeme (${ displaystyle A_ {n} / I_ {n}}$)
• Net Üretim verimliliği, tüketici üretim miktarının asimilasyon miktarına bölümüdür (${ displaystyle P_ {n} / A_ {n}}$)
• Brüt Üretim verimliliği, asimilasyon veriminin net ile çarpılmasıdır. üretim verimliliği, tüketici üretim miktarının alım miktarına bölünmesiyle elde edilene eşittir (${ displaystyle P_ {n} / I_ {n}}$)
• Ekolojik verimlilik, kullanım verimliliği asimilasyon verimliliği ile çarpılan net üretim verimliliği ile çarpılır; bu, tüketici üretim miktarının av üretim miktarına bölünmesiyle elde edilir (${ displaystyle P_ {n} / P_ {n-1}}$)

Teorik olarak, yukarıdaki matematiksel ilişkileri kullanarak ekolojik verimliliği hesaplamak kolaydır. Bununla birlikte, hesaplamaya dahil olan değerlerin doğru ölçümlerini elde etmek genellikle zordur. Örneğin, sindirimi değerlendirmek, bir evde tüketilen brüt gıda miktarı hakkında bilgi sahibi olmayı gerektirir. ekosistem yanı sıra onun kalori içeriği. Böyle bir ölçüm, özellikle ekolojistler ve ölçüm araçları tarafından büyük ölçüde erişilemeyen ekosistemlerle ilgili olarak, eğitimli bir tahminden nadiren daha iyidir. Bir ekosistemin ekolojik verimliliği, sonuç olarak çoğu zaman bir yaklaşık değerden daha iyi değildir. Öte yandan, çoğu ekosistem için bir tahmin yeterli olabilir; burada kesin bir verimlilik ölçüsü elde etmemek, daha çok enerjinin kendi içinde nasıl hareket ettiğine dair genel bir fikir edinmek önemlidir. trofik seviyeler.

Başvurular

Tarımsal ortamlarda maksimize etmek enerji transferi üreticiden (gıda) tüketici (çiftlik hayvanları ) ekonomik faydalar sağlayabilir. Bir alt alanı tarım bilimi ekolojik ve ilgili verimlilikleri izleme ve iyileştirme yöntemlerini araştıran ortaya çıktı.

Sığırlar tarafından enerji kullanımının net verimliliğini karşılaştırırken, tarihsel olarak sığır eti üretimi, benzeri Hereford, tutulanlardan daha iyi performans gösterdi süt üretimi Holstein gibi, beslemeden alınan enerjiyi doku olarak depolanan enerjiye dönüştürmede.^[2] Bu, et sığırlarının süt sığırlarına göre daha fazla vücut yağı depolamasının bir sonucudur, çünkü protein olarak enerji depolaması her iki cins için de aynı seviyedeydi. Bu, kesim için sığır yetiştiriciliğinin süt üretimi için yetiştiriciliğe göre daha verimli bir yem kullanımı olduğu anlamına gelir.

Hayvancılık tarafından enerji kullanımının verimliliğini artırmak mümkün olmakla birlikte, dünya yemeği hayvancılık ve bitkisel tarım arasındaki farkları da dikkate almak sorusu. Kalorik konsantrasyon içinde yağ dokuları bitki dokularındakinden daha yüksektir, yüksek yağlı organizmaların enerjik olarak en yoğunlaşmasına neden olur; bununla birlikte, çiftlik hayvanları için yem yetiştirmek için gereken enerji yalnızca kısmen yağ hücrelerine dönüştürülür. Besleme yemine enerji girdisinin geri kalanı, çiftlik hayvanları tarafından solunur veya dışarı atılır ve insanlar tarafından kullanılamaz.

Toplam 28.400 üzerinden terawatt-saat (96.8×10^¹⁵ BTU ) 1999 yılında ABD'de kullanılan enerjinin% 10,5'i gıda üretiminde kullanıldı,^[3] hem üreticiden hem de birincil tüketiciden gelen gıdanın yüzde hesabı ile trofik seviyeler. Hayvan yetiştiriciliğini bitkilerle karşılaştırırken, enerji verimliliğinin büyüklüğünde açık bir fark vardır. Yetiştirme için gerekli enerjinin kilokalorilerinden üretilen yenilebilir kilokaloriler şunlardır: tavuk için% 18.1, otla beslenen sığır eti için% 6.7, çiftlik somonu için% 5.7 ve karides için% 0.9. Bunun aksine, patatesler% 123 verim, mısır% 250 üretir ve soya, girdi kalorilerinin% 415'ini insanlar tarafından kullanılabilecek kaloriye dönüştürülmesine neden olur.^[4] Verimlilikteki bu eşitsizlik, üretimdeki azalmanın trofik seviyelere yükselmesini yansıtıyor. Bu nedenle, daha düşük trofik seviyelerden bir diyet oluşturmak enerjik olarak daha etkilidir.

Yüzde on yasası

yüzde on kanunu birinden enerji transferi tropik seviye bir sonrakine atfedilebilir Raymond Lindeman (1942),^[5] Lindeman buna "yasa" demese ve% 0,1 ile% 37,5 arasında değişen ekolojik verimlilikler gösterdi. Bu yasaya göre, organik gıda enerjisinin bir trofik seviyeden bir sonraki yüksek seviyeye transferi sırasında, transfer edilen enerjinin sadece yaklaşık yüzde onu et olarak depolanır. Kalan transfer sırasında kaybolur, solunumda bozulur veya eksik olarak kaybolur sindirim yüksek trofik seviyeye göre.

% 10 kanun

Organizmalar tüketildiğinde, gıdalardaki enerjinin% 10'u etlerine sabitlenir ve bir sonraki trofik seviye için kullanılabilir (etoburlar veya omnivorlar ). Bir etobur ya da omnivor o hayvanı tükettiğinde, enerjinin yalnızca% 10'u daha yüksek seviye için etinde sabitlenir.

Örneğin, Güneş 10.000 J enerji açığa çıkarır, ardından bitkiler güneş ışığından yalnızca 100 J enerji alırlar (istisna- Güneşten bitkiler tarafından enerjinin yalnızca% 1'i alınır); daha sonra bir geyik bitkiden 10 J (enerjinin% 10'u) alırdı. Geyiği yiyen bir kurt yalnızca 1 J alır (geyiğin enerjisinin% 10'u). Kurdu yiyen bir insan 0.1J (kurttan enerjinin% 10'u) alır.

Yüzde on yasası, besin zincirlerinin döngüsüne ilişkin temel bir anlayış sağlar. Dahası, yüzde on yasası, birbirini izleyen her trofik seviyede enerji tutmanın verimsizliğini gösterir. Akılcı sonuç, enerji verimliliğinin en iyi şekilde gıdaları mümkün olduğunca ilk enerji kaynağına yakın tedarik ederek korunabileceğidir.

Formül

N (th) seviyesinde enerji

         = (güneş tarafından verilen enerji) / (10) ^ (n + 1), 

ve,

N (th) seviyesinde enerji

         = (bitki tarafından verilen enerji) / (10) ^ (n-1).

{Her iki denklemde de yalnızca bitki enerjisini saymayı unutmayın}

Ayrıca bakınız

• Eko-verimlilik - insan toplumunun ekolojik kaynakları kullandığı ekonomik verimlilik

Referanslar