QUY LUẬT SINH THÁI THẬP PHÂN HAY 10% LÀ GÌ? - SINH HỌC - 2025

Quy luật sinh thái phần mười , quy luật sinh thái hoặc của 10% nâng cao cách năng lượng di chuyển trong nguồn gốc của nó theo các mức độ dinh dưỡng khác nhau. Người ta cũng thường tranh luận rằng Định luật này đơn giản là hệ quả trực tiếp của Định luật Nhiệt động lực học thứ hai.

Năng lượng sinh thái là một phần của sinh thái học có liên quan đến việc định lượng các mối quan hệ mà chúng tôi đã nêu ở trên. Người ta coi Raymond Lindemann (cụ thể là trong tác phẩm năm 1942 của ông), là người đã đặt nền móng cho lĩnh vực nghiên cứu này.

Hình 1. Mạng dinh dưỡng. Nguồn: Thompsma, từ Wikimedia Commons

Công việc của ông tập trung vào các khái niệm về chuỗi và lưới thức ăn cũng như việc định lượng hiệu quả trong việc chuyển giao năng lượng giữa các cấp độ dinh dưỡng khác nhau.

Lindemann bắt đầu từ bức xạ mặt trời tới hoặc năng lượng mà một cộng đồng nhận được, thông qua việc thu nhận thực vật thông qua quang hợp và tiếp tục theo dõi việc bắt giữ nói trên và việc sử dụng tiếp theo của động vật ăn cỏ (sinh vật tiêu thụ chính), sau đó là động vật ăn thịt (sinh vật tiêu thụ thứ cấp ) và cuối cùng là bằng chất phân hủy.

Quy luật sinh thái phần mười là gì?

Sau công trình tiên phong của Lindemann, hiệu quả chuyển giao dinh dưỡng được giả định là khoảng 10%; trên thực tế, một số nhà sinh thái học đã đề cập đến định luật 10%. Tuy nhiên, kể từ đó, nhiều nhầm lẫn đã được tạo ra liên quan đến vấn đề này.

Chắc chắn không có quy luật tự nhiên nào dẫn đến chính xác một phần mười năng lượng đi vào một mức dinh dưỡng sẽ được chuyển sang mức tiếp theo.

Ví dụ, một tổng hợp các nghiên cứu về dinh dưỡng (trong môi trường biển và nước ngọt) cho thấy hiệu quả chuyển giao theo cấp độ dinh dưỡng dao động trong khoảng từ 2 đến 24%, mặc dù trung bình là 10,13%.

Theo nguyên tắc chung, có thể áp dụng cho cả hệ thống dưới nước và trên cạn, có thể nói rằng năng suất thứ cấp của động vật ăn cỏ thường nằm ở vị trí xấp xỉ, một bậc của độ lớn thấp hơn năng suất sơ cấp mà nó dựa trên.

Đây thường là một mối quan hệ nhất quán được duy trì trong tất cả các hệ thống kiếm ăn và có xu hướng trở thành cấu trúc kiểu hình chóp, trong đó phần gốc là do thực vật cung cấp và trên cơ sở này, một phần nhỏ hơn được thiết lập, của những người tiêu thụ chính, dựa vào đó những người tiêu dùng thứ cấp khác (thậm chí nhỏ hơn).

Các cấp tổ chức

Mọi sinh vật đều cần vật chất và năng lượng; quan trọng đối với việc xây dựng cơ thể và năng lượng để thực hiện các chức năng quan trọng của chúng. Yêu cầu này không chỉ giới hạn ở một cá thể sinh vật, mà mở rộng đến các cấp tổ chức sinh học cao hơn mà những cá thể này có thể tuân theo.

Các cấp độ tổ chức này là:

• Một dân số sinh học : sinh vật cùng loài sống trong các khu vực cụ thể như vậy.
• Một quần xã sinh vật : tập hợp các sinh vật thuộc các loài hoặc các quần thể khác nhau sống trong một khu vực nhất định và tương tác với nhau thông qua các mối quan hệ thức ăn hoặc dinh dưỡng).
• Một hệ sinh thái : mức độ phức tạp nhất của tổ chức sinh học, tạo thành một cộng đồng liên quan đến môi trường vô sinh của nó - nước, ánh sáng mặt trời, khí hậu và các yếu tố khác - mà nó tương tác.

Mức độ dinh dưỡng

Trong một hệ sinh thái, cộng đồng và môi trường thiết lập các dòng năng lượng và vật chất.

Các sinh vật của hệ sinh thái được phân nhóm theo "vai trò" hoặc "chức năng" mà chúng thực hiện trong chuỗi thức ăn hoặc sinh vật dinh dưỡng; đây là cách chúng ta nói về mức độ dinh dưỡng của người sản xuất, người tiêu dùng và sinh vật phân hủy.

Đổi lại, mỗi cấp độ dinh dưỡng này tương tác với môi trường lý hóa, cung cấp các điều kiện cho sự sống, đồng thời, hoạt động như một nguồn cung cấp năng lượng và vật chất.

khái niệm cơ bản

Tổng và năng suất chính thuần

Trước tiên, chúng ta phải xác định năng suất sơ cấp, là tốc độ sản xuất sinh khối trên một đơn vị diện tích.

Nó thường được biểu thị bằng đơn vị năng lượng (Joules trên mét vuông mỗi ngày), hoặc đơn vị chất hữu cơ khô (kilôgam trên hecta mỗi năm), hoặc bằng cacbon (khối lượng cacbon tính bằng kg trên mét vuông mỗi năm).

Nói chung, khi chúng ta đề cập đến tất cả năng lượng được cố định bởi quang hợp, chúng ta thường gọi nó là năng suất sơ cấp tổng (PPG).

Trong số này, một phần được dành cho quá trình hô hấp của bản thân sinh vật tự dưỡng (RA) và bị mất đi dưới dạng nhiệt. Sản lượng sơ cấp ròng (PPN) thu được bằng cách trừ số tiền này cho PPG (PPN = PPG-RA).

Sản lượng sơ cấp ròng (PPN) này là những gì cuối cùng có sẵn để tiêu thụ bởi các sinh vật dị dưỡng (chúng là vi khuẩn, nấm và phần còn lại của động vật mà chúng ta biết).

Năng suất thứ cấp

Năng suất thứ cấp (PS) được định nghĩa là tốc độ sản xuất sinh khối mới của các sinh vật dị dưỡng. Không giống như thực vật, vi khuẩn dị dưỡng, nấm và động vật, chúng không thể tạo ra các hợp chất phức tạp, giàu năng lượng mà chúng cần từ các phân tử đơn giản.

Chúng luôn lấy vật chất và năng lượng từ thực vật, chúng có thể trực tiếp tiêu thụ nguyên liệu thực vật hoặc gián tiếp bằng cách ăn các sinh vật dị dưỡng khác.

Theo cách đó, thực vật hoặc sinh vật quang hợp nói chung (còn gọi là sinh vật sản xuất), bao gồm cấp độ dinh dưỡng đầu tiên trong một quần xã; sinh vật tiêu thụ sơ cấp (những người ăn các nhà sản xuất) tạo nên cấp độ dinh dưỡng thứ hai và sinh vật tiêu thụ thứ cấp (còn được gọi là động vật ăn thịt) tạo nên cấp độ thứ ba.

Hiệu quả chuyển giao và con đường năng lượng

Tỷ lệ của sản lượng sơ cấp ròng chảy dọc theo mỗi con đường năng lượng có thể cuối cùng phụ thuộc vào hiệu suất truyền, nghĩa là, cách thức mà năng lượng được sử dụng và chuyển từ mức này sang mức khác. khác.

Các hạng mục hiệu quả truyền năng lượng

Có ba loại hiệu quả truyền năng lượng và với những điều này được xác định rõ ràng, chúng ta có thể dự đoán mô hình dòng năng lượng ở các mức độ dinh dưỡng. Các danh mục này là: hiệu quả tiêu thụ (EC), hiệu quả đồng hóa (EA) và hiệu quả sản xuất (EP).

Bây giờ chúng ta hãy xác định ba loại được đề cập.

Về mặt toán học, chúng ta có thể xác định hiệu suất tiêu thụ (EC) như sau:

EC = I _n / P _n-1 × 100

Ở đó chúng ta có thể thấy rằng EC là tỷ lệ phần trăm của tổng năng suất hiện có (P _n-1 ) được hấp thụ một cách hiệu quả bởi ngăn dinh dưỡng tiếp giáp phía trên (I _n ).

Ví dụ, đối với sinh vật tiêu thụ chính trong hệ thống chăn thả, EC là phần trăm (được biểu thị bằng đơn vị năng lượng và trên một đơn vị thời gian) của PPN được tiêu thụ bởi động vật ăn cỏ.

Nếu chúng ta đề cập đến người tiêu thụ thứ cấp, thì nó sẽ tương đương với tỷ lệ phần trăm năng suất của động vật ăn cỏ, được tiêu thụ bởi động vật ăn thịt. Phần còn lại chết mà không bị ăn thịt và đi vào chuỗi phân hủy.

Mặt khác, hiệu quả đồng hóa được thể hiện như sau:

EA = A _n / I _n × 100

Một lần nữa chúng ta đề cập đến tỷ lệ phần trăm, nhưng lần này là phần năng lượng đến từ thức ăn, và được người tiêu dùng (I _n ) tiêu hóa trong ngăn dinh dưỡng và được hệ tiêu hóa của họ đồng hóa (A _n ).

Năng lượng này sẽ sẵn có để phát triển và thực hiện công việc. Phần còn lại (phần không được đồng hóa) bị mất theo phân và sau đó đi vào vùng dinh dưỡng của các sinh vật phân hủy.

Cuối cùng, hiệu quả sản xuất (EP) được biểu thị bằng:

cũng là một tỷ lệ phần trăm, nhưng trong trường hợp này, chúng ta đề cập đến năng lượng được đồng hóa (A _n ) cuối cùng được kết hợp vào sinh khối mới (P _n ). Tất cả năng lượng còn lại chưa được phân tích sẽ bị mất đi dưới dạng nhiệt trong quá trình hô hấp.

Các sản phẩm như chất tiết và / hoặc chất bài tiết (giàu năng lượng), đã tham gia vào quá trình trao đổi chất, có thể được coi là sản xuất, P _n , và sẵn có, như xác chết, cho các chất phân hủy.

Hiệu quả chuyển giao toàn cầu

Sau khi xác định ba loại quan trọng này, bây giờ chúng ta có thể tự hỏi về "hiệu quả chuyển giao toàn cầu" từ cấp độ dinh dưỡng này sang cấp độ dinh dưỡng tiếp theo, chỉ đơn giản là do sản phẩm của các hiệu quả đã đề cập trước đó (EC x EA x EP).

Được diễn đạt một cách thông tục, chúng ta có thể nói rằng hiệu quả của một cấp độ được cung cấp bởi những gì có thể được tiêu thụ một cách hiệu quả, sau đó được đồng hóa và kết hợp với sinh khối mới.

Năng lượng mất đi sẽ đi đâu?

Năng suất của động vật ăn cỏ luôn thấp hơn năng suất của thực vật mà chúng ăn. Sau đó chúng ta có thể tự hỏi: Năng lượng đã mất sẽ đi đâu?

Để trả lời câu hỏi này, chúng ta phải chú ý đến những sự kiện sau:

1. Không phải tất cả sinh khối thực vật đều được tiêu thụ bởi động vật ăn cỏ, vì phần lớn sinh khối bị chết và đi vào vùng dinh dưỡng của sinh vật phân hủy (vi khuẩn, nấm và phần còn lại của động vật ăn cỏ).
2. Không phải tất cả sinh khối được tiêu thụ bởi động vật ăn cỏ, cũng như sinh khối của động vật ăn cỏ được tiêu thụ lần lượt bởi động vật ăn thịt, đều được đồng hóa và có sẵn để đưa vào sinh khối của người tiêu dùng; một phần bị mất cùng với phân và do đó được chuyển đến các chất phân hủy.
3. Không phải tất cả năng lượng được đồng hóa đều thực sự được chuyển hóa thành sinh khối, vì một số năng lượng bị mất đi dưới dạng nhiệt trong quá trình hô hấp.

Điều này xảy ra vì hai lý do cơ bản: Thứ nhất, do thực tế là không có quá trình chuyển đổi năng lượng nào hiệu quả 100%. Nghĩa là, luôn có sự mất mát dưới dạng nhiệt trong quá trình chuyển đổi, điều này hoàn toàn phù hợp với Định luật thứ hai của Nhiệt động lực học.

Thứ hai, vì động vật cần phải làm việc, đòi hỏi năng lượng tiêu hao và điều này lại ám chỉ những tổn thất mới dưới dạng nhiệt.

Những hình thái này xảy ra ở tất cả các cấp nhiệt đới, và theo dự đoán của Định luật Nhiệt động lực học thứ hai, một phần năng lượng mà người ta cố gắng truyền từ cấp này sang cấp khác luôn bị tiêu tán dưới dạng nhiệt không thể sử dụng được.

Người giới thiệu

1. Caswell, H. (2005). Trang web thực phẩm: Từ kết nối đến năng lượng. (H. Caswell, Ed.). Những tiến bộ trong nghiên cứu sinh thái (Tập 36). Elsevier Ltd. pp. 209.
2. Curtis, H. và cộng sự. (2008). Sinh học. Phiên bản thứ 7. Buenos Aires-Argentina: Biên tập Médica Panamericana. pp. 1160.
3. Kitching, RL (2000). Trang web thực phẩm và môi trường sống trong vật chứa: Lịch sử tự nhiên và sinh thái của phytotelmata. Nhà xuất bản Đại học Cambridge. pp. 447.
4. Lindemann, RL (1942). Khía cạnh nhiệt đới - động của sinh thái. Sinh thái học, 23, 399-418.
5. Pascual, M. và Dunne, JA (2006). Mạng sinh thái: Liên kết cấu trúc với động lực học trong trang web thực phẩm. (M. Pascual & JA Dunne, Eds.) Viện Nghiên cứu của Viện Santa Fe trong Khoa học về Sự phức tạp. Nhà xuất bản Đại học Oxford. pp. 405.