Qual è la legge della decima ecologica o del 10%?

La legge della decima ecologica, della legge ecologica o del 10% aumenta il modo in cui l'energia viaggia nella sua derivazione attraverso i diversi livelli trofici. Spesso si afferma anche che questa legge è semplicemente una conseguenza diretta della seconda legge della termodinamica.

L'energia ecologica è una parte dell'ecologia che si occupa della quantificazione delle relazioni che abbiamo delineato sopra. Si ritiene che Raymond Lindemann (in particolare nel suo lavoro seminale del 1942), fu quello che stabilì le basi di quest'area di studio.

Il suo lavoro si è concentrato sui concetti di catena e rete trofica e sulla quantificazione dell'efficienza nel trasferimento di energia tra i diversi livelli trofici.

Lindemann parte dalla radiazione solare incidente o energia che riceve una comunità, attraverso la cattura fatta dalle piante attraverso la fotosintesi e continua a monitorare la cattura e il suo uso successivo da parte degli erbivori (consumatori primari), poi dai carnivori (consumatori secondari). ) e infine da decompositori.

Qual è la legge della decima ecologica?

In seguito al lavoro pionieristico di Lindemann, si è ipotizzato che le efficienze di trasferimento trofico fossero dell'ordine del 10%; in effetti, alcuni ecologisti si riferivano a una legge del 10%. Tuttavia, da allora, sono state generate più confusioni riguardo a questo problema.

Certamente non esiste una legge della natura che si concretizzi precisamente nel fatto che un decimo dell'energia che entra in un livello trofico è ciò che viene trasferito al successivo.

Ad esempio, una raccolta di studi trofici (in ambienti marini e d'acqua dolce) ha rivelato che l'efficienza di trasferimento per livello trofico varia tra circa il 2 e il 24%, anche se la media era del 10, 13%.

Come regola generale, applicabile sia ai sistemi acquatici che a quelli terrestri, si può affermare che la produttività secondaria degli erbivori è di solito localizzata approssimativamente, un ordine di grandezza inferiore alla produttività primaria su cui si basa.

Questa è spesso una relazione coerente che viene mantenuta in tutti i sistemi di foraggiamento e che di solito avviene nelle strutture di tipo piramidale, in cui la base è fornita dalle piante e su questa base si basa una più piccola, dei consumatori primari, su cui si trova un altro (più piccolo ancora) dei consumatori secondari.

Livelli di organizzazione

Tutti gli esseri viventi richiedono materia ed energia; importa per la costruzione dei loro corpi ed energia per svolgere le loro funzioni vitali. Questo requisito non è limitato a un singolo organismo, ma è esteso a livelli più alti di organizzazione biologica che questi individui possono conformare.

Questi livelli di organizzazione sono:

• Una popolazione biologica : organismi della stessa specie che vivono nella stessa area specifica.
• Una comunità biologica : insieme di organismi di diverse specie o popolazioni, che vivono in una determinata area e interagiscono attraverso il cibo o le relazioni trofiche).
• Un ecosistema : il livello più complesso di organizzazione biologica, costituito da una comunità legata al suo ambiente abiotico - acqua, luce solare, clima e altri fattori - con cui interagisce.

Livelli trofici

In un ecosistema la comunità e l'ambiente stabiliscono flussi di energia e materia.

Gli organismi di un ecosistema sono raggruppati in base a un "ruolo" o "funzione" che soddisfano all'interno delle catene alimentari o trofiche; questo è il modo in cui parliamo dei livelli trofici di produttori, consumatori e decompositori.

A loro volta, ognuno di questi livelli trofici interagisce con l'ambiente fisico-chimico che fornisce le condizioni per la vita e, allo stesso tempo, agisce come fonte e spreco di energia e materia.

Concetti fondamentali

Produttività primaria grossolana e netta

Per prima cosa dobbiamo definire la produttività primaria, che è la velocità con cui viene prodotta la biomassa per unità di superficie.

Di solito è espresso in unità di energia (Joule per metro quadrato al giorno), o in unità di sostanza organica secca (chilogrammi per ettaro e per anno), o come carbonio (massa di carbonio in kg per metro quadrato all'anno).

Generalmente, quando ci riferiamo a tutta l'energia fissata dalla fotosintesi, solitamente la chiamiamo produttività primaria grossolana (PPG).

Da questo, una parte viene spesa per la respirazione degli stessi autotrofi (RA) e si perde sotto forma di calore. La produzione primaria netta (PPN) è ottenuta sottraendo questa quantità dal PPG (PPN = PPG-RA).

Questa produzione primaria netta (PPN) è ciò che è alla fine disponibile per il consumo da parte degli eterotrofi (questi sono batteri, funghi e altri animali che conosciamo).

Produttività secondaria

La produttività secondaria (PS) è definita come il tasso di produzione di nuova biomassa da parte di organismi eterotrofi. A differenza delle piante, dei batteri eterotrofi, dei funghi e degli animali, non possono produrre composti complessi ricchi di energia di cui hanno bisogno da molecole semplici.

Ottengono la loro materia e energia sempre dalle piante, che possono fare direttamente consumando materiale vegetale o indirettamente nutrendosi di altri eterotrofi.

È in questo modo che le piante fotosintetiche o gli organismi in generale (chiamati anche produttori), comprendono il primo livello trofico in una comunità; i consumatori primari (quelli che si cibano dei produttori) costituiscono il secondo livello trofico e i consumatori secondari (detti anche carnivori) costituiscono il terzo livello.

Trasferire efficienze e percorsi energetici

Le proporzioni della produzione primaria netta che fluiscono lungo ciascuno dei potenziali percorsi energetici dipendono in ultima analisi dall'efficienza del trasferimento, cioè dal modo in cui l'energia viene utilizzata e passa da un livello all'altro. altro.

Categorie di efficienza del trasferimento di energia

Esistono tre categorie di efficienza del trasferimento di energia e, con queste ben definite, possiamo prevedere il modello del flusso di energia ai livelli trofici. Queste categorie sono: l'efficienza del consumo (EC), l'efficienza dell'assimilazione (EA) e l'efficienza della produzione (EP).

Definiamo ora queste tre categorie menzionate.

Matematicamente possiamo definire l'efficienza del consumo (EC) nel modo seguente:

EC = I _n / P _n-1 × 100

Dove possiamo vedere che il CE è una percentuale della produttività totale disponibile ( P _n-1 ) che è effettivamente assorbita dal compartimento trofico adiacente contiguo ( I _n ).

Ad esempio, per i consumatori primari nel sistema di pascolo, la CE è la percentuale (espressa in unità di energia e per unità di tempo) del PPN che viene consumata dagli erbivori.

Se ci riferissimo ai consumatori secondari, sarebbe equivalente alla percentuale di produttività degli erbivori, consumata dai carnivori. Il resto muore senza essere mangiato ed entra nella catena di decomposizione.

D'altra parte, l'efficienza dell'assimilazione è espressa come segue:

EA = A _n / I _n × 100

Ancora una volta ci riferiamo a una percentuale, ma questa volta alla parte dell'energia proveniente dal cibo, e ingerita in un compartimento trofico da un consumatore ( I _n ) e che viene assimilata dal suo apparato digerente ( A _n ).

Detta energia sarà disponibile per la crescita e per l'esecuzione del lavoro. Il resto (la parte non assimilata) viene perso con le feci e quindi entra nel livello trofico dei decompositori.

Infine, l'efficienza produttiva (PE) è espressa come:

EP = P _n / A _n × 100

che è anche una percentuale, ma in questo caso ci riferiamo all'energia assimilata ( A _n ) che finisce per essere incorporata nella nuova biomassa ( P _n ). Tutti i residui energetici non assimilati vengono persi sotto forma di calore durante la respirazione.

Prodotti come secrezioni e / o escrezioni (ricchi di energia), che hanno partecipato a processi metabolici, possono essere considerati come produzione, P _n, e sono disponibili, come cadaveri, per i decompositori.

Efficienza di trasferimento globale

Dopo aver definito queste tre importanti categorie, possiamo ora chiedere "l'efficienza di trasferimento globale" da un livello trofico all'altro, che è semplicemente data dal prodotto delle efficienze di cui sopra ( CE x EA x EP ).

Espresse colloquialmente, possiamo dire che l'efficienza di un livello è data da ciò che può essere ingerito in modo efficace, che viene poi assimilato e finisce per essere incorporato nella nuova biomassa.

Dove va l'energia perduta?

La produttività degli erbivori è sempre inferiore a quella delle piante da cui si nutrono. Potremmo quindi chiedere: dove va l'energia perduta?

Per rispondere a questa domanda dobbiamo attirare l'attenzione sui seguenti fatti:

1. Non tutta la biomassa delle piante viene consumata dagli erbivori, poiché molti di essi muoiono e penetrano nel livello trofico dei decompositori (batteri, funghi e il resto dei detritivori).
2. Non tutta la biomassa consumata dagli erbivori, né quella degli erbivori consumati a turno dai carnivori, viene assimilata ed è disponibile per essere incorporata nella biomassa del consumatore; una parte viene persa con le feci e in questo modo passa ai decompositori.
3. Non tutta l'energia che viene assimilata diventa effettivamente biomassa, poiché una parte viene persa sotto forma di calore durante la respirazione.

Ciò avviene per due motivi fondamentali: in primo luogo, poiché non esiste un processo di conversione dell'energia efficiente al 100%. Cioè, c'è sempre una perdita nella forma di calore nella conversione, che è in perfetta consonanza con la Seconda Legge della Termodinamica.

In secondo luogo, dal momento che gli animali devono svolgere attività lavorative, il che richiede un dispendio energetico e, a sua volta, implica nuove perdite sotto forma di calore.

Questi schemi si verificano a tutti i livelli trofici e, come previsto dalla Seconda Legge della Termodinamica, parte dell'energia che viene provata a trasferire da un livello a un altro, si dissipa sempre sotto forma di calore non utilizzabile.