Documente online.
Username / Parola inexistente
  Zona de administrare documente. Fisierele tale  
Am uitat parola x Creaza cont nou
  Home Exploreaza
Upload



















































Energetica ecosistemului

Ecologie












ALTE DOCUMENTE

Azotul
POLUAREA ELECTROMAGNETICĂ A MEDIULUI
Poluarea in industria alimentara
FACTORII GENETICI AI CLIMEI
TIPURILE DE CLIMA
Poluarea artificiala si poluarea aerului
Poluantii gazosi
Environmentologia si Ecologia - stiinte aplicate
Structura si subdiviziunile ecologiei
Transporturile si calitatea mediului

Energetica ecosistemului

Modul īn care intra, sunt produse, sunt transferate (circula) si ies din ecosistem materia si energia sunt determinante pentru caracterizarea unui anumit tip de sistem ecologic. Din acest punct de vedere elementele componente ale ecosistemului pot fi reprezentate ca un īntreg si din punct de vedere energetic. Transformarile si modul de repartizare a energiei īn ecosisteme se evidentiaza la nivel molecular si submolecular cāt si la nivel macroscopic.



Nivelul submolecular (electronic) se considera ca este format de straturile electronice ale atomilor, nivel la care are loc transferul cuantelor de energie. Se poate aprecia ca traseul parcurs de energia sub forma fotonilor care sunt fixati de clorofila si transformati īn energie termica reprezinta un "curent" energetic. De aici,  fluxul energetic prin ecosistem poate fi imaginat ca fiind totalitatea curentilor energetici prin care intra, se transforma, acumuleaza si iese energia din ecosistem. Se pot identifica īn acest sens cāteva etape ale fluxului energetic:

·         fixarea energiei fotonilor la nivelul cloroplastelor (celule specializate ale plantelor verzi);

·         īnsusirea cuantelor energetice la nivelul atomilor din componenta clorofilei īn cadrul procesului de asimilatie clorofiliana;

·         transformarea energiei radiante solare īn energie potentiala si calorica;

·         transferul acestei "energii atomice" de la nivelul organismelor heterotrofe catre consumatori;

·         degradarea energiei sub forma energiei termice disipate (caldura).

Nivelul molecular al ecosistemului este cel la care se deruleaza fluxul material, care include producerea, transferul si transformarea materiei organice. Principalele etape ale acestui circuit sunt:

·         productia primara (sinteza substantei organice) īn care rolul principal īl are procesul de fotosinteza clorofiliana;

·         transformarea materiei organice obtinute prin productia primara prin intermediului metabolismului animal;

·         descompunerea sau reducerea substantei organice la elemente minerale prin intermediul diferitelor procese care implica interventia microorganismelor.

Nivelul indivizilor biologici (nivelul "macromolecular") la care se evidentiaza legaturile de factura trofica dintre diferite specii este nivelul cel mai "vizibil" din punct de vedere al transformarilor energetice si din acest motiv este si cel mai frecvent luat īn consideratie īn studiile de energetica a ecosistemelor.

Majoritatea specialistilor sunt de acord ca indiferent la ce scara geografica sunt considerate ecosistemele, ele au īn comun faptul ca fluxul material si energetic prin ecosistem se manifesta īn concordanta cu legile termodinamicii si deci sistemele ecologice pot fi considerate sisteme termodinamice. Aceasta acceptie presupune ca unele organisme din cadrul ecosistemului transforma materia si energia īn scopul utilizarii lor, iar alte organisme utilizeaza energia stocata īn acestea pentru satisfacerea necesitatilor energetice.

Transformarile energetice īn cadrul ecosistemului nu sunt perfect eficiente si ca īn orice alta transformare de acest tip, de fiecare data cānd organismele transforma materia si energia exista si "pierderi energetice".

Principiile termodinamice au fost utilizate de mai mult timp pentru studiul structurii ecosistemelor si modului lor de functionare. Aceste studii au condus la concluzia ca biomasa totala, īn sensul de masa totala a carbonului fixat īn ecosistem, este īn functie de energia totala care intra īn ecosistem, de numarul de transformari la care energia este supusa si de eficienta relativa a transformarilor. Se cunoaste de asemenea ca energia totala care intra īn ecosistem depinde de radiatia solara incidenta (diferita, īn functie de pozitia geografica). Numarul de transformari energetice depinde de numarul de nivele trofice, iar eficienta transformarilor este conditionata de adaptarile populatiilor naturale si necesitatile lor fiziologice.

6.1. Eficienta transformarilor energetice

Prin eficienta energetica a transformarilor ce se produc īn circulatia energiei prin ecosistem se īntelege de obicei raportul dintre un flux energetic ce patrunde la un anumit nivel al lantului trofic si fluxul energetic ce paraseste acel nivel. Īn cazul īn care se doreste utilizarea notiunii de randament al transformarii energiei, īn locul notiunii de eficienta trebuie sa se precizeze fluxul de energie care intervine, precum si cazul pentru care acest randament este calculat: un cuplu prada-pradator, un cuplu de nivele trofice diferite din cadrul unui ecosistem sau un ansamblu de ecosisteme adica pentru un biom.

Aprecierea eficientei cu care energia este transformata la nivelul ecosistemului poate fi realizata īn mai multe moduri, fapt determinat de diversitatea transformarilor la care este supusa materia si energia.



Datorita faptului ca numai o parte din nutrienti si energie este asimilata, iar energia neasimilata se pierde, eficienta utilizarii energiei este data de raportul:

Eficienta utilizarii energiei (EUE) = Energia ingerata / Energia totala

Acest tip de eficienta, denumit si raport de consum are valori mai ridicate īn ecosistemele acvatice, comparativ cu cele terestre. Un exemplu īl reprezinta faptul ca un procent de 80% pāna la 100% din productia neta data de fitoplancton este consumata extrem de rapid de catre zooplancton. Acest fapt reliefeaza īn mod evident relatia dintre raportul de consum si turn-over si confirma regula dupa care consumul determina accelerarea productiei. Teoria sistemelor aplicata īn ecologie a condus la concluzia ca, de regula, orice actiune ce presupune extragerea de biomasa din ecosistem determina o reactie generala care tinde sa compenseze cāt mai rapid biomasa eliminata printr-un nou proces de productie.

Daca ne referim la productia secundara, acest proces presupune un fel de "reīnnoire" a populatiilor. De exemplu, o populatie pasnica supusa unei presiuni permanente din partea pradatorilor specifici poate raspunde acestei actiuni prin reactii adecvate mentinerii populatiei, care presupun cresterea efectivului acesteia prin:

·         cresterea numarului descendentilor;

·         reducerea perioadei de timp dintre doua procese de reproducere succesive;

·         atingerea maturitatii sexuale la o vārsta mai mica.

Desigur pot exista si alte modalitati de manifestare a raspunsului populatiei supuse presiunii consumatorilor, dar efectul este acelasi, īn cele din urma si anume, scaderea vārstei medii a populatiei. Aceasta īnseamna de fapt o crestere a ponderii claselor mici de vārsta din structura populatiei ceea ce se traduce printr-o productivitate crescuta, deoarece exemplarele mai tinere au un ritm de crestere mai ridicat decāt cele cu vārste mai mari.

Biomasa de natura vegetala sau animala are un comportament diferit īn functie de valoarea productivitatii. Īn cazul care productivitatea ecosistemului este redusa, consumul biomasei se realizeaza īntr-o masura mai mica. Daca productivitatea este ridicata, atunci o parte mai importanta din biomasa este consumata, chiar daca, local, valoarea biomasei totale este relativ redusa (figura 24)

.

Fig. 24. Prezentarea schematica a relatiei dintre productivitate (P/B), raport de consum (C/P) si vārsta medie a biomasei (B - biomasa; P - productia neta; C - consumul).

Raportul P/B are si o importanta practica , deoarece se poate determina productia neta īn cazul īn care se cunoaste īn prealabil valoarea medie a biomasei (Cury, 1985). Relatiile dintre productie si captura potentiala este de asemenea interesant pentru elaborarea strategiilor de exploatare durabila a bioresurselor si conservare a stocurilor.

Productia biologica (bioproductia), considerata pentru un interval de timp suficient de mare, consta īn cumularea a doua componente:

·         cresterea īn biomasa a indivizilor care supravietuiesc īn intervalul de timp considerat;

·         cresterea medie īn biomasa a indivizilor care au fost eliminati datorita mortalitatii.

Din punct de vedere practic, calculul productivitatii populatilor naturale este destul de dificil de realizat, deoarece necesita un efort deosebit pentru obtinerea de informatii exacte despre densitatea populatiilor si biomasa acestora, precum si informatii care sa estimeze valoarea mortalitatii si ritmului de crestere.

Daca īn cazul speciilor autotrofe energia totala este determinata īn special de energia solara, īn cazul speciilor heterotrofe energia asimilata este data de productia (biomasa) speciilor consumate. Eficienta asimilatiei este īn primul rānd conditionata de tipul sistemului digestiv al organismelor, de forma sub care energia este ingerata si de disponibilitatea altor nutrienti esentiali. Īn acest sens, eficienta asimilatiei este data de raportul energiilor asimilata si ingerata:

Eficienta asimilatiei (EA) = Energia asimilata / Energia ingerata

Fiind stabilit pentru un anumit nivel al consumului, valoarea raportului care defineste eficienta asimilatiei, poate sa evidentieze diferite tipuri de consumatori. Spre exemplu, diferentiaza consumatorii care ingereaza o cantitate mai mare de biomasa decāt aceea pe care o pot īn realitate digera (consumatori "risipitori"), de consumatorii "eficienti" din acest punct de vedere.

Importanta eficientei asimilatiei īn ecosistemele naturale poate fi reliefata daca se abordeaza eficacitatea pe care o are īn anumite conditii īn procesul de asimilatie zooplanctonul marin. Īn cazul dezvoltarii explozive a fitoplanctonului, zooplanctonul pasnic (fitofag) filtreaza, adica ingera o cantitate mai mare de alge decāt aceea pe care o pot digera, ceea ce īnseamna ca se alimenteaza excedentar. Ca urmare, o cantitate importanta din biomasa ingerata traverseaza sistemul digestiv fara sa fie asimilata.

Produsele de catabolism ale zooplanctonului astfel rezultate (excrementele), care includ alge nedigerate sau numai partial descompuse, cad spre orizonturile acvatice mai profunde, unde aduc un aport suplimentar de materie organica. Uneori, acest material organic rezultat īn urma activitatii zooplanctonului reprezinta o nesperata sursa de hrana pentru biocenozele bentonice īn zonele īn care productia primara este redusa datorita deficitului de lumina sau este chiar absenta. Fenomenul este cunoscut si sub denumirea de ninsoare marina.




S-a estimat ca din cantitatea anuala de 20-350 g carbon/m2 fixata de fitoplanctonul marin prin fotosinteza, aproximativ 10% coboara prin sedimentare la adāncimi de 200 m. Acesta poate fi considerat si un mecanism de autoreglare a ecosistemelor acvatice, deoarece prin consumul excesiv, zooplanctonul limiteaza cresterea peste anumite limite a fitoplanctonului. Se evita īn acest mod epuizarea elementelor nutritive minerale care ar afecta īntregul ecosistem si se asigura astfel un lux de materie si energie īn zonele cu deficit, mai adānci. Acest fenomen explica de ce uneori zonele afotice nu sunt neaparat niste "deserturi acvatice".

Evident, nu īntreaga cantitate de energie asimilata de catre animale este utilizata īn procesele de crestere si reproducere. O parte din aceasta energie se pierde sub forma de caldura iar alta parte este consumata īn diverse procese ca miscarea, digestia si transformarea hranei etc.

De aceea, numai cantitatea de energie care ramāne poate fi transformata īn biomasa, iar eficienta productiei nete este reprezentata de raportul:

Eficienta productiei nete (EPN) = Biomasa / Energia asimilata

Biomasa unei populatii naturale poate fi imaginata ca o cantitate de energie stocata la nivelul populatiei, care poate fi utilizata de alti consumatori. Astfel, din acest punct de vedere, eficienta unui nivel trofic determina totalul energiei disponibile pentru toate nivelele trofice superioare acestuia. Eficienta totala poate fi exprimata prin produsul celorlalte tipuri de eficienta:

Eficienta totala = (EUE) ּ (EA) ּ (EPN) = Biomasa / Energia totala

La fiecare transfer energetic ce se produce, de la un nivel trofic la altul, exista o alta valoare a eficientei. Aceasta este numita eficienta ecologica, a carei valoare rezulta din raportul:

Eficienta ecologica = Biomasa consumatorului / Biomasa prazii (organismelor consumate)

Eficienta ecologica scade pe masura īnaintarii spre nivelele trofice superioare. Valoarea eficientei ecologice determina atāt structura cāt si activitatea ecosistemului. O eficienta ecologica scazuta la nivelele trofice inferioare determina un numar redus de consumatori la nivelele superioare, pāna la cazul extrem al inexistentei consumatorilor secundari īn arealele cele mai putin productive.

Acest raport exprima de fapt randamentul unui transfer trofic (energetic) de la un anumit nivel, la nivelul trofic imediat superior al piramidei energetice si poate fi considerat ca avānd un caracter ecologic mai pronuntat decāt ale celorlalte rapoarte de eficienta energetica.

Considerata global, valoarea eficientei ecologice este relativ redusa, aceasta situāndu-se īn intervalul 6% - 20% si avānd o medie de aproximativ 10%. Valori mai ridicate pot fi reliefate pentru ecosistemele acvatice, mai ales īn cazul celor antropizate. Un exemplu īl poate constitui cresterea intensiva a stiucii (Esox lucius) proces īn care pentru obtinerea unui kg de carene de peste sunt necesare 5 kg de carne. Randamentul acestei "transformari" este deci de 20%, valoare care este dubla comparativ cu media globala a eficientei ecologice.

Īn principiu, valoarea eficientei ecologice depinde de:

·         vārsta organismelor consumatoare, deoarece organismele tinere prezinta ritmuri de crestere a biomasei proprii mult mai rapide decāt exemplarele de vārste mai mari;

·         modul īn care metabolismul fiecarei specii utilizeaza energia; se stie ca un organism homeoterm, de exemplu, are un consum energetic de aproximativ 20 de ori mai mare decāt un animal poichiloterm.

6.2. Fluxul de energie īn ecosistem

Modul īn care se manifesta fluxul de energie (figura 25) īn ecosisteme este diferit īn functie de tipul ecosistemului si de diferitele caracteristici de natura structurala si functionala ale biocenozei si biotopului acestuia.

Indiferent de ecosistem, īnsa, fluxul energetic este guvernat de primele doua principii (legi) ale termodonamicii:

·         primul principiu al termodinamicii stipuleaza ca energie nu este nici creata si nici distrusa, ci īn mod normal aceasta se transforma dintr-un anumit tip de energie īn alt fel de energie; acesta este motivul pentru care, utilizānd metode de masurare adecvate, se poate realiza o estimare din punct de vedere energetic a ecosistemului;

·         al doilea principiu al termodinamicii stabileste ca transformarea energiei nu este un proces cu o eficienta maxima, ci exista o cantitate de energie care se disipeaza sub forma energiei calorice (caldura); de aceea o relativ cantitate redusa de energie trece de la un nivel trofic la altul, deoarece īnsusi transferul presupune unele "pierderi" energetice sau energia nu urmeaza traseul tipic spre descompunatori sau poate fi stocata sub forma de carbon fosil si eliminata astfel din circuit..

Fig. 25. Schema generala a fluxului de energie prin ecosistem.



Cunoasterea fluxului energetic al unui ecosistem are o importanta practica ce rezida īn faptul ca ofera explicatii īn ceea ce priveste modul de realizare a productiei biologice. Se considera ca principalele elemente ce pot caracteriza fluxul de energie la nivelul ecosistemului sunt urmatoarele:

·         valoarea cantitatii de energie care patrunde īn ecosistem sau importul energetic;

·         rata transferului de energie de la un nivel trofic la nivelul trofic urmator;

·         cantitatea si calitatea energiei acumulate sub forma de biomasa;

·         valoarea pierderilor energetice pentru fiecare transformare a energiei;

·         valoarea cantitatii de energie care paraseste ecosistemul sau exportul energetic.

Fluxul de energie se produce dupa niste reguli ce pot fi evidentiate din studiul comparativ al eficientei tranzitiei de energie īn categorii diferite de ecosisteme. Astfel, daca se urmareste fluxul energetic pornind de la producatorii primari, se poate sesiza scaderea productiei nete pe masura parcurgerii traseului spre nivelele trofice superioare.

Valoarea energiei disipate sau consumate prin respiratie creste de asemenea spre nivelele trofice superioare, fapt explicabil prin cresterea nivelului evolutiv al speciilor de la un nivel trofic la altul, ceea ce implica o activitate (miscare) mai intensa si mai diversa si implicit o cantitate mai mare de energie disipata.

Eficienta cu care este utilizata energia continuta īn hrana consumata creste pe masura avansarii energiei spre nivelele trofice superioare. Raportul dintre energia hranei consumate si productia neta la nivelul trofic imediat superior creste odata cu marirea ordinului consumatorilor.

6.3. Energia si fluxul de nutrienti

Exista evident o relatie īntre fluxul de energie īn ecosistem si cantitatea disponibila de substante nutritive, deoarece procesul de asimilatie si conversia energiei depind de o serie de nutrienti. Spre exemplu, absenta azotului īn ecosistemele acvatice limiteaza īn mod semnificativ capacitatea bioproductiva a acestora, iar īn ecositemele terestre absenta sau insuficienta fosforului determina productii limitate. Pentru a īntelege modul īn care se realizeaza productia biologica īn diferite categorii de ecosisteme trebuie sa se cunoasca bine astfel de interactiuni.

Populatiile unui nivel trofic pot determina transferul energetic spre alte nivele trofice chiar si numai prin nutrientii sau compusi ai acestora pe care aceste organisme la acumuleaza. De exemplu, plantele care contin o cantitate mare de carbon organic pot fi considerate ca foarte bune surse energetice, dar daca ele contin o cantitate redusa de azot (necesar īn sinteza proteinelor de natura animala), o mare parte din energia cumulata de plante nu este utilizabila de catre ierbivore. De asemenea plantele pot produce unele substante toxice (un mecanism specific de aparare) care determina o scaderea a gradului de asimilare a acestora de catre animalele fitofage. 

Fluxul de nutrienti poate fi imaginat īn mod similar fluxului energetic. Plantele preiau nutrientii din mediul abiotic (terestru sau acvatic), o parte din substantele nutritive fiind asimilate. Din cantitatea de substante nutritive asimilate, o parte sunt īnglobate īn biomasa plantelor, conducānd la realizarea productiei primare nete, iar o lata parte este utilizata pentru mentinerea (activitatea) plantelor, cu precizarea ca acest consum de nutrienti pentru īntretinere este mul mai redus īn comparatie cu consumul energetic. Marea majoritate a substantelor nutritive sunt stocate īn organismul plantelor sub forma unor componenti ai macromoleculelor sau sub forma ionica. Acestea devin astfel componente ale productiei biologice care sunt astfel accesibile consumatorilor.

Comparativ cu fluxul de energie, fluxul total de nutrienti īn ecosistem este mai putin semnificativ, dar īn timp ce fluxul energetic alimenteaza ecosistemul, nutrientii determina eficienta utilizarii energiei. Atunci cānd se considera o valoare a energiei mult superioara unei cantitati relativ reduse de nutrienti, pierderile de substante nutritive (īn sensul disiparii acestora) devin un factor care trebuie avut īn vedere.

Desi exista putine cai de disipare a nutrientilor, trebuie sa se tina cont de eficientele digestiei si asimilarii. Exista multe exemple de adaptare naturala care determina o crestere a eficientei absorbtiei, digestiei sau asimilatiei care denota cāt de dificila poate fi uneori obtinerea substantelor nutritive.

Plantele trebuie sa se confrunte permanent si direct cu disponibilitatea substantelor biogene din biotopul specific, fiind nevoite īn unele cazuri sa realizeze relatii de natura simbiotica cu bacterii sau ciuperci microscopice ceea ce le faciliteaza accesul la anumite elemente sau substante nutritive.

Populatiile ierbivore, pe lānga faptul ca trebuie sa depaseasca mijloacele de aparare ale plantelor, trebuie sa rezolve si problema digerarii componentelor structurale ale plantelor, fapt care se realizeaza de asemenea prin intermediul unor microorganisme ce se dezvolta īn sistemul lor digestiv. Īn cazul populatiilor carnivore problema are o rezolvare mai rapida, deoarece, īn general carnea este usor digerabila si asimilabila.

Dar fluxul de substante nutritive nu se deruleaza īntr-un singur sens. Plantele utilizeaza nutrientii care īntr-un fel sau altul sunt "pierduti" de alte populatii de plante sau animale. Aceste substante sunt reciclate prin intermediul detritivorilor sau descompunatorilor (organisme reducatoare). Īn lipsa sau deficitul de functionare a oricarei din aceste etape, ciclul nutrientilor se poate deregla cu consecinte importante asupra īntregului ecosistem.

Cantitatea limitata de substante nutritive din unele tipuri de ecosisteme determina cresterea importantei procesului de regenerare a nutrientilor. Limitarea cantitatii de substante biogene disponibile poate avea atāt cauze de natura biotica dar si abiotica. Toate substantele nutritive trebuie sa fie solubile īn apa si dizolvate īnainte ca plantele sa le poata utiliza, dar gradul lor de solubilitate este do obicei redus.

Rezervele de saruri biogene sunt asigurate de soluri, dar diverse conditii fizico-chimice sau biotice pot determina scaderea acestora. Īn ecosistemele acvatice problema solubilitatii reduse a nutrientilor este si mai acuta. La aceasta se adauga uneori si imposibilitatea mobilizarii acestor substante pentru a fi disponibile īn zonele fotice īn care are lor productia primara fotosintetica.












Document Info


Accesari: 3545
Apreciat:

Comenteaza documentul:

Nu esti inregistrat
Trebuie sa fii utilizator inregistrat pentru a putea comenta


Creaza cont nou

A fost util?

Daca documentul a fost util si crezi ca merita
sa adaugi un link catre el la tine in site

Copiaza codul
in pagina web a site-ului tau.




Coduri - Postale, caen, cor

Politica de confidentialitate

Copyright © Contact (SCRIGROUP Int. 2019 )