КУРС НА ЕКОСИСТЕМИ И ОБЩЕСТВЕНА ПОЛИТИКА

ТРОФИЧНИ НИВА И КАЧЕСТВО НА ЕНЕРГИЯТА

нова биомаса

ЦЕЛИ:

  1. Определете и направете диаграма на хранителна верига, като разграничите трофичните нива (йерархични) с помощта на енергийни символи;
  2. Илюстрирайте товароносимостта на системата;
  3. Разграничаване между енергия и eMergy;
  4. Изчислете стойността за трансформация в хранителната верига на растителност;
  5. Сравнете енергията, свързана с модерното производствено общество, със земеделското общество.
В глава 3 е проучена хранителна мрежа. В тази глава ще разгледаме хранителните мрежи като вериги от последователни енергийни трансформации.

За да се изследват енергийните промени, свързани с хранителната мрежа, често е удобно да се реорганизира мрежата в проста хранителна верига. Хранителната верига може да бъде разделена на нива, категоризирани по видовете храни, които организмите консумират. Тези стъпки се извикват трофични нива.

4.1 Количествена хранителна верига.

На всяко следващо ниво в нашата горска хранителна верига около 10% от енергията, налична за това ниво, се превръща в нова биомаса. Този диапазон се отнася и за производителите, които консумират 90% от собственото си производство по време на дишане.

1 000 000 джаули слънчева енергия, които поддържат растителността за една година, се преобразуват в:

10 000 джаули трансформирана енергия (в рамките на фотосинтетичния производител), от които:

1000 джаули е нова биомаса от производителя, която се консумира за производството:

100 джаули нова биомаса от основния потребител, който се консумира за производството:

10 джаули нова биомаса от вторичния потребител, който се консумира за производството:

1 джаул нова биомаса от третичния потребител.

Това може да се обобщи, като се каже, че за производството на 1 джаул третичен потребител (като змия) са необходими 1 000 000 джаула слънце и дъжд.

4.2 Носеща способност.

Товароносимостта на дадена област е количеството на различни видове организми, които могат да живеят в тази зона, без да навредят на основните ресурси. Като цяло, колкото повече енергия тече в дадена област, толкова по-голяма е нейната носеща способност. При по-малко енергия товароносимостта е по-ниска. Например, ако количеството слънчева светлина, попадащо върху растителността, се намали от въздушния прах, товароносимостта на популацията от растителност се намалява. Ресурси като хранителни вещества също допринасят за носимоспособността на населението.

Капацитетът на дадена област за определени организми зависи от това къде се намират в хранителната верига. Като цяло една област може да подкрепи много производители (в най-лявата част на хранителната верига) и малко висококачествени потребители (в най-дясната част). Например ранчото на фигура 4.2 ще отглежда повече трева, отколкото говеда.

Фигура 4.2 Хранителна верига на ферма за добитък, поддържаща хората
а) с трансформиращи енергийни нива;
(б) показване на обратна връзка за услуги.
Значение на използваните букви: Т, зъби; SM, стомах; MU, мускули.

4.3 Качество на захранването.

Считаме енергията вдясно за висококачествена, защото много джаули се използват в левия край на веригата, за да се направят няколко джаула вдясно. Грам змия получава повече енергия за производство, отколкото грам дърво; следователно змията е висококачествена енергия. Качеството на захранването е по-ниско вляво и се увеличава с всяка стъпка по веригата.

4.4 Енергийни взаимоотношения в проста фермерска система.

Представете си малка ферма за добитък: в нея фермерът отглежда трева, пасе говеда и това се използва като единствен източник на храна. Енергията, използвана за поддържане на системата, идва от работата на фермера. Хранителната верига за тази проста фермерска система е представена на фигура 4.2 (а).

Забележете как беше представен добитъкът. Говедата всъщност имат две трофични нива в телата си. Те ядат трева, която преди това се усвоява от микроорганизмите в червата им, след което микроорганизмите и останалата трева се усвояват и усвояват от добитъка. Можем да очакваме говедата да преобразуват около 10% от енергията, която им е на разположение, в нова биомаса, но поради тези два процеса на хранене, говедата превръщат само около 1% от енергията на преминаване в месо и мляко. В тази фермерска система фермерът преобразува 10% от енергията от добитъка в работа, с която поддържа системата.

В примера за растителност (Фигура 4.1) са необходими 1 E6 джаула слънчева енергия, за да се получи 1 джаул змийска активност. В простата фермерска система е необходимо същото количество слънчева енергия, за да се произведат 1 джаул от работата на фермера. С други думи, змията и фермерът работят на сходни нива на качество на енергията. И двамата използват енергията от хранителните си вериги, за да контролират своите системи.

Обратната връзка на фигура 4.2 (б) преминава от ранчо до говеда и от говеда до пасище. Обратната връзка от фермера представлява управлението под формата на развъждане, пастирство и защита на пасищата.

Говедата също контролират пасището, като се хранят с растения. Това поддържа тревата да расте твърдо и предотвратява растежа на храсти и разпространението на дървета. Тази обратна връзка, като тази на насекомите в растителността, изглежда е необходима за оцеляването на всички системи.

Има някои предположения, че много енергия може да бъде спестена чрез премахване на месото от човешката хранителна верига и ядене само на зеленчуци. Когато разглеждаме ситуацията с храните в този свят на гладуващи хора, това е предизвикателно предложение. В тревата има 100 пъти повече енергия, отколкото при добитъка в примера за фермата. Както обаче може да се види във всички хранителни вериги, енергията се концентрира от работата на всяко ниво. За да има балансирана диета, хранейки се само с растения, човешките същества трябва да свършат работата по събиране и концентриране на енергия, която правят животните сега. Отглеждането и прибирането на зърнените култури, зеленчуците и ядките, необходими за здравословното хранене, изисква много голямо количество енергия. Също така, добитъкът може да смила трева, която хората не могат.

В много култури обаче хората ядат повече месо, отколкото им е необходимо. Най-ефективната диета може да бъде предимно вегетарианска, с малък и редовен принос на месо, за да се гарантира балансирано хранене.

4.5 Енергийни взаимоотношения в съвременното общество.

Фигура 4.2 представлява най-ниската енергия в света. Работата на мъжете се подпомага от селска хранителна верига, базирана на трева и говеда. В съвременното индустриално общество мъжете имат по-дълга енергийна верига. Тя сближава повече енергия за всяко човешко същество. Човешката услуга има много по-високо качество на енергията, което прави услугите с високо качество и ефект възможни. Фигура 4.3 показва най-голямата и модерна хранителна верига, която започва със зелени растения, произвеждащи органични вещества; Това се трансформира във въглища и нефт, след това в електричество и гориво (като бензин), поддържайки високо образовано население. Фигура 4.3 показва, че са необходими 20 милиона слънчеви джаула за един джаул от човешка служба, 20 пъти повече, отколкото в обикновения модел на фермата на Фигура 4.2 (а).

4.6 слънчева енергия.

Необходими са много нискокачествена енергия (слънчева), за да се получи висококачествена енергия (изкопаеми горива). Следователно, за да се сравняват различни форми на енергия, трябва да се направи изчисление. Това обикновено се прави с помощта на джаулите слънчева енергия като отправна точка, за да се определи колко джаула слънчева енергия са необходими за производството на друг енергиен източник.

Използваме думата ЕМГЕРИЯ за изразяване на количеството слънчева енергия, използвано за направата на продукт. Това се изразява в eMjoules. Например, ако са необходими 40 000 джаула слънчева светлина, за да се получи 1 джаул въглища, то eMergia джаул въглища е 40 000 eMjoules слънчева.

4.7 Слънчева трансформация.

Слънчевата енергия, необходима за създаване на джаул от някакъв вид енергия, е Слънчева трансформация от този тип енергия . Единиците са: слънчеви eMjoules на джаул (съкратено sej/J). На фигура 4.1 1 000 000 слънчеви джаула генерират 100 джаула от първични потребители. Следователно слънчевата трансформация на първичните консуматори е: Енергията на първичните консуматори е 10 000 пъти по-ценена от слънчевата светлина. Увеличението вдясно води до увеличаване на трансформацията в хранителната верига .

Вижте списъка на трансформацията в таблица 27.1

Въпроси и дейности за глава 4.

1. Дефинирайте следните термини: а) ефективност
б) трофично ниво
в) количествено
г) хлорофил
д) еволюира
е) носеща способност
ж) качество на захранването
з) eMergy
i) eMjoules
й) Трансформация 2. Къде е горската хранителна верига с най-високо качество на енергията? Защо?

3. Обсъдете значението на обратната връзка във Фигура 4.2 (б).

4. Обяснете защо хората са разположени в края на хранителната верига на Фигура 4.2 (б).

5. По отношение на качеството на захранването, как хората в Фигура 4.3 се сравняват с тези във Фигура 4.2 (б)?