Information

Varför är biomassakvoten mellan konsument och producent högre i haven?

Varför är biomassakvoten mellan konsument och producent högre i haven?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Enligt Bar-on et al. (2018) (se figur 2), är den markbundna konsument/producentens biomassakvot 20/450 medan den marina konsument/producentens biomassakvot är 5/1 (i Gton kol).

Varför är förhållandet konsument/producent mycket högre i haven?

Är det kanske för att marina djur är effektivare? Eller är marklevande växtbiomassa underutnyttjad av ytdjur?

Bar-On, Y.M., Phillips, R. och Milo, R., 2018. Biomassafördelningen på jorden. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(25), s.6506-6511.


Tidningen du citerade föreslår en förklaring:

Sådana inverterade biomassafördelningar kan uppstå när primärproducenter har en snabb omsättning av biomassa [i storleksordningen dagar (34)], medan konsumentbiomassa omsätts mycket långsammare [några år när det gäller mesopelagisk fisk (35)]. Konsumenternas stående lager är alltså större, även om producenternas produktivitet nödvändigtvis är högre. Tidigare rapporter har observerat inverterade biomassapyramider i lokala marina miljöer (36, 37). En ytterligare studie noterade ett inverterat förhållande mellan konsument och producent för den globala planktonbiomassan (16).

För att förklara/förtydliga detta lite ytterligare: det finns två huvudprocesser som påverkar förhållandet konsument/producent. En, som du har identifierat, är effektivitet (hur mycket av biomassan som överförs från en trofisk nivå till nästa). Den andra är omsättningshastighet (hastighet med vilken biomassa lämnar en trofisk nivå), vilket är det ömsesidiga av uppehållstid (den genomsnittliga tid som en enhet biomassa tillbringar på en trofisk nivå innan den övergår till en annan trofisk nivå/fack).

Vid jämvikt är biomassan i en trofisk nivå lika med (inflöde/omsättningshastighet) eller (inflöde $ gånger $ uppehållstid). Om konsumenter på en viss nivå konsumerar ett ton biomassa per månad (antag 100 % effektivitet för närvarande) och uppehållstiden är 6 månader, stående lager eller mängden biomassa på den nivån kommer att vara 6 ton. Med några av siffrorna från stycket ovan: anta att uppehållstiden för växtplankton är 4 dagar medan för konsumenter är 400 dagar. Om konsumenterna har en effektivitet på 10 % för att ta upp växtplanktonbiomassa, kommer konsumentbiomassan att vara $(400~ extrm{days}/4~ extrm{days}) imes 10\% = 10$ gånger högre än växtplanktonbiomassan.


Växtplankton lever i ungefär en vecka och förnyas, det vill säga Cocolithophoridae som klonar sig själv var 6:e ​​dag.

Jordbunden biomassa lever i cirka 10 år. dvs träd

Därför finns det ett högre förhållande mellan fototrofisk/producerande biomassa på land.

referens:

Det fanns 45 miljarder ton nytt växtplankton varje år, 45 gånger mer än deras egen massa vid en given tidpunkt. Växtplanktonet skulle därför ha behövt föröka sig helt, i genomsnitt, 45 gånger per år, eller ungefär en gång i veckan. Däremot har världens landväxter en total biomassa på 500 miljarder ton, mycket av det trä. Samma beräkningar visade att världens landväxter reproducerar sig helt en gång vart tionde år.


46.2B: Produktivitet inom trofiska nivåer

  • Bidragit av Boundless
  • Allmän mikrobiologi på Boundless

Produktivitet, mätt med brutto- och nettoprimärproduktivitet, definieras som den mängd energi som ingår i en biomassa.

  • Förklara begreppet primärproduktion och särskilj mellan bruttoprimärproduktion och nettoprimärproduktion

Åtkomstalternativ

Få full journalåtkomst i 1 år

Alla priser är NETTOpriser.
Moms tillkommer senare i kassan.
Skatteberäkningen kommer att slutföras i kassan.

Få tidsbegränsad eller fullständig artikelåtkomst på ReadCube.

Alla priser är NETTOpriser.


Exempel på marina ekosystem

Det finns många typer av marina ekosystem. Dessa inkluderar korallrev , tidvattenpooler, polarhaven, avgrunden och andra.

Korallrev.

Fotosyntetiska alger är producenterna i korallrevssamhällen. Korallreven representerar ett av de mest mångsidiga marina samhällena – i själva verket finns en fjärdedel av alla marina arter i eller nära korallrev.

Fotosyntetiska alger i korallrev har ett mutualistiskt förhållande till koraller, det vill säga en nära förening som gynnar båda medlemmarna. Algerna ligger skyddade i korallernas kalciumkarbonatskal och ger näring till korallerna i utbyte. Olika ryggradslösa djur livnär sig på alger och äts i sin tur av revfiskar, som äts av större fiskarter.

Tidvattenpooler.

Tidvattenpoolekosystem är sådana som växelvis är nedsänkta av vatten (vid högvatten) och exponeras för luft (vid lågvatten). De flesta arter som finns i tidvattenpooler är unika för livsmiljön och kan överleva i både våta och torra förhållanden. Tidepool näringsväv, som de flesta marina näringsvävar, är baserade på alger. Konsumentarter inkluderar musslor, sniglar, småfiskar och havsanemoner. Ofta är topprovdjuren i tidvattenpooler sjöstjärnor.

Polarhaven.

I polära livsmiljöer, som haven runt Antarktis och Arktis, utgör fotosyntetiska alger också basen i näringskedjan. Alger äts av räkliknande kräftdjur som kallas krill, som i sin tur fungerar som föda för så olika arter som pingviner och bardvalar. Pingviner äts av sälar, och pingviner och sälar äts av vissa valar, särskilt späckhuggare, som är de översta rovdjuren i systemet.

Kelpskogar.

Kelpskogar är marina ekosystem som kännetecknas av gigantiska arter av flytande fotosyntetiska alger som kallas kelp. Kelp kan nå längder på upp till 80 meter (cirka 262 fot). Ett antal kräftdjur livnär sig på kelp, liksom sjöborrar. Dessa äts av större organismer, såsom havsutter.

Avgrunden.

Den djupaste delen av havet, avgrunden, sträcker sig till så stora djup som 6 000 meter (cirka 19 685 fot eller 3,7 miles). Dessa djuphavsmiljöer kännetecknas av kalla temperaturer och brist på ljus. Följaktligen existerar inga fotosyntetisatorer, även om en mångfald av detritivorer livnär sig på dött organiskt material som flyter ner ovanifrån. Det finns också många rovdjur och parasitisk arter.

Varmvatten ventilation.

Hydrotermiska ventiler är sprickor eller öppningar i havsbotten där svavelväte, metaller i lösning och andra kemiska föreningar flyr ut i havsvattnet. * Vissa specialiserade kemosyntetiska bakterier lever i dessa heta områden och producerar organiskt material från svavelväte. De utgör basen för ovanliga näringsnät i denna specialiserade livsmiljö.

Kemosyntetiska bakterier äts av specialiserade ventilmaskar, musslor och musslor, som i sin tur ger mat åt bläckfiskar och andra arter. Den hydrotermiska ventilkrabban är överst i näringskedjan i ventilmiljöer. * Dessa unika djuphavsekosystem är mer olika än de flesta djuphavsmiljöer.


Ekosystem (med diagram)

Läs den här artikeln för att lära dig om ekosystemet:- Läs den här artikeln för att lära dig om:- 1. Definition av ekosystem 2. Klassificering av ekosystem 3. Komponenter i ekosystem 4. Struktur av ett ekosystem 5. Funktioner 6. Typer.

Definition av ekosystem:

Termen ekologi (grekiska Oikos-hus, logos-studie) myntades av den tyske biologen Ernst Haeckel 1869.

Ekologi handlar om studiet av interaktioner mellan levande organismer och deras fysiska miljö.

Nu definieras ekologi som studiet av ekosystem. Termen ekosystem föreslogs av A.C. Tansley 1935 där eko antyder miljön och systemet betecknar ett interagerande, ömsesidigt beroende, integrerat komplex.

Ekosystem kan definieras som det system som är ett resultat av integrationen av alla levande och icke-levande faktorer i miljön. Således varje strukturell och funktionell enhet av biosfären där organismerna interagerar med den fysiska miljön så att ett flöde av energi leder till tydligt definierad trofisk struktur, biotisk mångfald och materialcykel (dvs utbyte av material mellan levande och icke-levande komponenter) inom systemet är känt som ett ekologiskt system eller ekosystem.

Jorden är ett gigantiskt ekosystem där abiotiska och biotiska komponenter ständigt verkar och reagerar med varandra vilket medför strukturella och funktionella förändringar i den. Denna enorma ekosystem-biosfär är uppdelad i enheter av mindre ekosystem som terrestra och akvatiska ekosystem.

Dessa system kan fritt utbyta energi och materia utifrån – ett öppet ekosystem eller kan vara isolerade utifrån – ett slutet ekosystem.

Ett ekosystem är normalt ett öppet system med ett kontinuerligt men varierande inflöde och förlust av material och energi. Det är en grundläggande, funktionell enhet utan gränser.

Således representerar ett ekosystem den högsta nivån av ekologisk integration som är energibaserad och denna funktionella enhet är kapabel till energiomvandling, ackumulering och cirkulation. Dess huvudsakliga funktion i ekologisk mening är att betona obligatoriska relationer, ömsesidigt beroende och tillfälliga relationer.

Klassificering av ekosystem

1. Naturliga ekosystem (självdrift):

Dessa system fungerar av sig själva under naturliga förhållanden utan någon större inblandning av människan.

Dessa är vidare uppdelade i följande ekosystem:

(i) Terrestra ekosystem inkluderar skogar, gräsmarker och öknar etc.

(ii) Akvatiska ekosystem kan ytterligare särskiljas som

(a) Färskvatten som kan vara lotiskt (rinnande vatten som källor, bäckar eller floder) eller lentiskt (stående vatten som sjöar, dammar, pooler, diken, pölar, träsk etc.).

(b) Marint vatten som hav (djupa kroppar) eller hav eller flodmynningar (grunda sådana).

2. Konstgjorda (manskapade) ekosystem:

Dessa upprätthålls artificiellt av människan där, genom tillförsel av energi och planerade manipulationer, den naturliga balansen störs regelbundet. Grödor, urbana, industriella, rymden och kontroll av biotiska samhällen såväl som den fysikalisk-kemiska miljön är konstgjorda ekosystem.

3. Space Ecosystem är också erkänt som ett av ekosystemen och spelar en mycket viktig roll i mänskligt liv.

De gemensamma egenskaperna för alla ekosystem — terrestra, akvatiska och jordbruksmässiga är interaktionerna mellan de autotrofa och heterotrofa komponenterna.

Komponenter i ekosystemet:

Ett ekosystem har två huvudkomponenter - biotiska och abiotiska.

(A) Biotiska (levande) komponenter:

Växter, djur och mikroorganismer med olika näringsbeteende utgör de biotiska komponenterna i ett ekosystem.

1. Producenter (eller Autotrophs-Självnärande):

Producenterna är huvudsakligen klorofyllbärande gröna växter (fotoautotrofer) som kan syntetisera sin mat i närvaro av solljus med användning av CO2 och vatten genom fotosyntesprocessen. Eftersom växter omvandlar solenergi till kemisk energi så måste de bättre kallas omvandlare eller omvandlare. Kemosyntetiska organismer eller kemo-autotrofer kan också syntetisera en del organiskt material genom oxidation av vissa kemikalier i frånvaro av solljus.

2. Konsumenter (eller heterotrofer eller fagotrofer):

Konsumenterna konsumerar den materia som byggts upp av producenterna. De använder, ordnar om och bryter ner komplexa material.

[Notera: Den huvudsakliga autotrofa ämnesomsättningen sker i det övre gröna bältets skikt där solenergi är tillgänglig medan den intensiva heterotrofa ämnesomsättningen sker i det nedre bruna bältet där organiskt material ackumuleras i jord och sediment.]

Konsumenter är av följande typer:

De livnär sig direkt på producenter och är därför kända som primärkonsumenter, t.ex. kaniner, rådjur, nötkreatur, insekter etc. Elton (1927) kallade växtätare som nyckelindustridjur eftersom de omvandlar växter till animaliska material.

(ii) Köttätare (köttätare):

De livnär sig på andra konsumenter. Om de livnär sig på växtätare kallas de sekundära konsumenter (t.ex. groda, fåglar, katter) och om de jagar andra köttätare (orm, påfågel) kallas de tertiära köttätare/konsumenter. Lejon, tiger etc. som inte kan rovdjur kallas topp köttätare eftersom de intar topposition i näringskedjan.

De livnär sig både på växter och djur, t.ex. råtta, räv, fåglar och människor.

(iv) Detritivorer (Detritusmatare eller saprotrofer):

De livnär sig på delvis nedbrutet material som termiter, myror, krabbor, daggmaskar etc.

3. Nedbrytare (eller mikrokonsumenter):

Nedbrytare är saprofytiska (osmotrofer) mikroorganismer som bakterier, aktinomyceter och svampar. De får sin näring genom att bryta ner komplexa organiska föreningar och släppa ut oorganiska näringsämnen i miljön, vilket gör dem tillgängliga igen för producenter.

De biotiska komponenterna i vilket ekosystem som helst kan ses som naturens funktionella rike, eftersom de är baserade på typen av näring och den energikälla som används. Hela jorden betraktas som ett ekosystem som kallas biosfär eller ekosfär.

(B) Abiotiska (icke-levande) komponenter:

Strukturellt abiotiska komponenter inkluderar:

1. Klimatregim:

Nederbörd, temperatur, solljus, solflödesintensitet, vind etc. har en stark inverkan på ekosystemet.

2. Oorganiska ämnen:

Dessa är C, N, H, O, P, S involverade i materialcykler. Mängden av dessa ämnen som finns i ett ekosystem kallas stående tillstånd eller stående kvalitet.

3. Organiska ämnen:

Kolhydrater, proteiner, lipider och humusämnen kopplar samman de abiotiska komponenterna med de biotiska komponenterna. Alla biotiska och abiotiska komponenter i ett ekosystem påverkas av varandra och är sammanlänkade genom energiflöde och materiens kretslopp.

Ett ekosystems struktur:

Ett ekosystems struktur kännetecknas av sammansättningen och organisationen av biotiska samhällen och abiotiska komponenter.

De viktigaste strukturella egenskaperna hos ett ekosystem är:

1. Artsammansättning:

Varje ekosystem har sin egen typ av artsammansättning som skiljer sig från andra ekosystem.

2. Stratifiering:

Organismerna i varje ekosystem bildar ett eller flera lager eller skikt som vart och ett omfattar populationen av en viss art. I vissa ekosystem som tropiska regnskogar bildar kronan av träd, buskar och markvegetation olika skikt och upptas av olika arter. Å andra sidan visar ökenekosystemet ett lågt diskontinuerligt örtlager bestående av omfattande kala jordfläckar.

3. Mängden och fördelningen av icke-levande material såsom näringsämnen och vatten etc.

4. Omfånget eller gradienten av existensvillkor som temperatur och ljus etc.

Ett ekosystems funktioner:

Varje ekosystem fungerar under naturliga förhållanden på ett känsligt balanserat och systematiskt kontrollerat sätt. Funktionellt är de biotiska och abiotiska komponenterna i ekosystemet så sammanvävda i naturens väv att deras separation från varandra är praktiskt taget mycket svårt.

Producenterna, gröna växter, fixerar strålningsenergi och med hjälp av mineraler (C, H, O, N, P, K, Ca, Mg, Zn, Fe etc.) hämtade från marken och luftmiljön (näringspool) de bygga upp komplext organiskt material (kolhydrater, fetter, proteiner, nukleinsyror etc.). Växtätare livnär sig på växter och tjänar i sin tur som föda för köttätare. Nedbrytare bryter ner komplexa organiska material till enkla oorganiska produkter som kan användas av producenterna.

De två ekologiska processerna energiflöde och kretslopp av näringsämnen, som involverar interaktion mellan den fysikalisk-kemiska miljön och de biotiska samhällena, utgör hjärtat av ekosystemdynamiken (Fig. 1).

De viktigaste funktionella egenskaperna hos ett ekosystem är följande:

A. Trofisk struktur:

Den trofiska strukturen i ett ekosystem är ett slags producent-konsument arrangemang och deras interaktion med befolkningens storlek. Varje matnivå är känd som trofisk nivå och mängden levande materia på varje trofisk nivå vid en given tidpunkt kallas stående gröda eller stående biomassa. I ekosystemet är olika trofiska nivåer sammankopplade genom näringskedjan.

Överföringen av matenergi från producenterna, genom en serie organismer (växtätare till köttätare till nedbrytare) med upprepad ätning och att ätas, är känd som näringskedjan. Alla organismer, levande eller döda, är potentiell mat för vissa andra organismer, därför finns det inget slöseri med ett naturligt ekosystems funktion.

Några exempel på enkel näringskedja är:

Den utgår från gröna växter (primärproducenter), går till betande växtätare och kulminerar till köttätare (Fig. 2). Kedjan beror alltså på autotrofisk energifångst och förflyttning av denna infångade energi till köttätare. Exempel utgör sekvens av

(b) Detritus livsmedelskedja:

Det utgår från dött organiskt material och passerar genom mikroorganismer till detritivorer (organismer som livnär sig på detritus), deras rovdjur och nedbrytare. Ekosystemen som uppvisar detritus näringskedja är mindre beroende av direkt solenergi. Dessa beror främst på inflödet av organiskt material som produceras i ett annat ekosystem. En sådan typ av näringskedja verkar i det sönderfallande ackumulerade skräpet i en tempererad skog.

Ett bra exempel på detritus näringskedja (fig. 3) ses i en mangrove (flodmynning). Mangrovebladsfragment som påverkas av saprotrofer (svampar, bakterier), koloniserade av alger, äts av detrituskonsumenter (krabbor, räkor, nematoder, blötdjur etc.). Dessa äts i sin tur av elritsa och små köttätande fiskar som fungerar som föda för stora viltfiskar och fåglar.

Sålunda hämtar den betesfödokedja sin energi från växter medan i detritus näringskedjan erhålls energi i första hand från växtbiomassa, sekundärt från mikrobiell biomassa och tertiär från köttätare. Båda näringskedjorna förekommer tillsammans i naturliga ekosystem men betesfödokedjan dominerar vanligtvis.

(ii) Livsmedelsnätssammankopplande mönster av organismer:

Näringskedjor i ekosystem visar sig sällan fungera i isolerade linjära sekvenser. Snarare är de sammankopplade med flera länkar som bildar ett komplext nätverk av sammankopplade mönster som kallas näringsväv. Således är näringsväv ett nätverk av näringskedjor där olika typer av organismer är sammankopplade med varandra på olika trofiska nivåer så att det finns ett antal alternativ för att äta och ätas på varje trofisk nivå.

Ett exempel på näringsväv illustreras av det unika antarktiska ekosystemet (Fig. 4). Det representerar det totala ekosystemet inklusive Antarktiska havet och det kontinentala landet. Marken visar inga högre livsformer av växter. De enda arterna är de av några alger, lavar och mossor. Djuren inkluderar snösvala och pingviner som är beroende av den akvatiska näringskedjan. I en tropisk region, å andra sidan, har ekosystemen en rik artdiversitet och därför är näringsvävarna mycket mer komplexa.

Varför har naturen utvecklat näringsnät i ekosystemet istället för enkla linjära näringskedjor? Detta beror på att näringsnäten ger större stabilitet till ekosystemet. I en linjär näringskedja, om en art dör ut så påverkas arten i de efterföljande trofiska nivåerna också.Tänk bara på de enkla näringskedjorna i Arctic Tundras ekosystem.

Om populationen av renar eller caribou faller på grund av viss stress, kommer det att lämna små alternativ för människan eller vargen att föda från ekosystemet. Hade det funnits mer biologisk mångfald hade det lett till att ett komplext näringsnät ger ekosystemet mer stabilitet. I ett näringsnät finns det ett antal alternativ tillgängliga för varje trofisk nivå.

Så om en art påverkas, förändrar det inte andra trofiska nivåer så allvarligt. Till exempel, i betesfödokedjan på en gräsmark, i frånvaro av kanin, kan gräs ätas av mus, som i sin tur kan ätas av hök eller orm (Fig 5.)

Förutom de som visas i fig. 5 kan det också finnas vissa andra konsumenter som gamar, räv och människor i gräsmarker, och i så fall kan näringsväven vara ännu mer komplex än vad som visas här. Faktum är att riktiga näringsnät vanligtvis har hundratals arter sammanlänkade beroende på deras matvanor.

Komplexiteten hos varje näringsväv beror på mångfalden av organismer i systemet.

Det skulle följaktligen bero på:

1. Längden på näringskedjan:

Mer olika organismer i matvanor, längre skulle näringskedjan vara.

2. Alternativ på olika nivåer av konsumenter i kedjan:

Fler alternativ, mer skulle vara det sammankopplade mönstret.

Betydelsen av livsmedelskedjor och livsmedelsnät:

1. Näringskedjor och näringsnät spelar en mycket viktig roll i ekosystemet eftersom de viktigaste funktionerna i energiflödet och näringskretsloppen sker genom dem.

2. Näringskedjor hjälper till att upprätthålla och reglera den ekologiska balansen.

3. Livsmedelskedjor uppvisar en unik egenskap av biologisk förstoring av flera bekämpningsmedel och tungmetaller som är icke biologiskt nedbrytbara i naturen. Sådana kemikalier ökar i koncentration vid varje trofisk nivå.

B. Ekologiska pyramider:

Grafisk representation av trofisk struktur och funktioner i ett ekosystem, som börjar med producenter vid basen och på varandra följande trofiska nivåer (växtätare -> köttätare) som bildar toppen är känd som ekologisk pyramid. Dessa utarbetades först av den brittiske ekologen Charles Elton (1927) och är därför också kända som Eltonion-pyramider.

Ekologiska pyramider är av tre typer:

Det representerar antalet individuella organismer på varje trofisk nivå. Det kan finnas en upprätt eller omvänd pyramid av siffror beroende på typen av ekosystem och näringskedja som visas i Fig. 6. Ett gräsmarksekosystem [Fig. 6(a)] och ett dammekosystem [Fig. 6(b)] visar en upprättstående pyramid av siffror. I gräsmark är producenterna (gräsen) mycket stora till antalet och bildar en bred bas.

De primära konsumenterna (växtätare som kanin, möss), sekundära konsumenter (ormar, ödlor etc.) och tertiära konsumenter (hökar eller andra fåglar) minskar gradvis i antal, varför pyramidens spets blir smalare och bildar en upprätt pyramid. Liknande är fallet med damm ekosystem. Här är producenterna, främst växtplanktoner som alger och bakterier, maximala till antalet. Köttätarna (små fiskar, skalbaggar etc.) och topp köttätare (stora fiskar) minskar i antal vid högre trofiska nivåer och bildar en upprättstående pyramid av siffror.

I ett skogsekosystem är producenterna stora träd som är mindre till antalet och därmed bildar en smal bas. Ett stort antal växtätare inklusive fåglar, insekter och flera djurarter livnär sig på träd och bildar en mycket bred mellannivå. De sekundära konsumenterna som räv, ormar, ödlor etc. är färre i antal än växtätare medan topp köttätare som lejon, tiger fortfarande är färre till antalet. Så pyramiden är spindelformad, d.v.s. smal på båda sidor och bredare i mitten [Fig. 6(c)].

Parasitisk näringskedja visar en omvänd pyramid av siffror. Producenterna som några stora träd hyser fruktätande fåglar som fungerar som växtätare som är större i antal. Ett mycket högre antal löss, insekter etc. växer som ektoparasiter på dessa fåglar medan ett ännu större antal hyperparasiter såsom insekter, loppor och mikrober livnär sig på dem, vilket gör en omvänd pyramid [Fig. 6(d)],

Observera att siffrornas pyramid inte återspeglar en sann bild av näringskedjan eftersom de inte är särskilt funktionella. De indikerar inte de relativa effekterna av organismernas geometri, näringskedja och storleksfaktorer. De varierar med olika samhällen med olika typer av näringskedjor i samma miljö.

Dessa är jämförelsevis mer fundamentala eftersom de istället för geometrisk faktor visar kvantitativt samband mellan de stående grödorna. Pyramid av biomassa är baserad på den totala biomassan (torrsubstans per ytenhet) på varje trofisk nivå i en näringskedja. I en skog är pyramiden av biomassa upprätt i motsats till dess siffror.

Detta beror på att producenterna (träden) ackumulerar en enorm biomassa medan konsumenternas totala biomassa som livnär sig på dem minskar vid högre trofiska nivåer, vilket resulterar i bred bas och avsmalnande topp [Fig. 7(a)], I ett dammekosystem är den totala biomassan för producenter (fytoplanktoner) mycket mindre jämfört med växtätare (zooplankton, insekter), köttätare (små fiskar) eller tertiära köttätare (stor fisk). Således antar pyramiden en inverterad form med smal bas och bred spets [Fig. 7(b)].

Energipyramid är baserad på mängden energi som fångas per tidsenhet och yta i olika trofiska nivåer i en näringskedja. Den ger den bästa representationen av de trofiska förhållandena och är alltid upprätt (Fig. 8). Energiinnehållet uttrycks i allmänhet som kJ/m 2 /år. På varje trofisk nivå sker en kraftig nedgång i energi (cirka 90 % i form av värme och andning) när vi går från producenter till topp köttätare. Således passerar endast 10% av energin vidare på varje nästa högre nivå och bildar en upprättstående pyramid.

C. Energiflöde i ett ekosystem:

Ekosystemets funktion beror på energiflödet genom materia. Den viktigaste egenskapen hos energiflöde är att det är enkelriktat eller envägsflöde. Energin som fångas upp av autotrofer går inte tillbaka till solenergi.

Till skillnad från näringsämnen (som C, N, P) som rör sig på ett cykliskt sätt och återanvänds av producenterna efter att ha strömmat genom näringskedjan, återanvänds inte energi i näringskedjan. Även energiflödet följer termodynamikens två lagar.

Termodynamikens första lag säger att energi varken kan skapas eller förstöras utan den kan omvandlas från en form till en annan. Solenergin som fångas upp av de gröna växterna (producenterna) omvandlas till biokemisk energi från växter och senare till konsumenternas.

Termodynamikens andra lag anger att varje omvandling eller överföring av energi åtföljs av dess spridning. När energi flödar genom näringskedjan sker försvinnande av energi på varje trofisk nivå. Förlusten av energi sker genom andning eller andra metaboliska aktiviteter. På varje trofisk nivå sker cirka 90 % energiförlust och energin som överförs från en trofisk nivå till den andra är endast 10 %.

Typer av Viktiga ekosystem:

Olika typer av ekosystem fungerar som självförsörjande interagerande system i biosfären. De har, mer eller mindre, liknande grundläggande plan för sin bruttostruktur och funktion, men de skiljer sig åt med avseende på deras artsammansättning och produktionshastigheter etc.

1. Landbaserat ekosystem:

Land (terrestra) ekosystem beror till stor del på klimatet och marken. Högre växter (fröväxter) och djur (ryggradsdjur, insekter, mikroorganismer) dominerar på land. De stora marksamhällena består av örtartade växter, buskar, gräs, träd förutom många insekter, leddjur, fåglar etc. Skogens ekosystem reglerar utbytet av atmosfäriska gaser och spårämnen.

2. Sötvattenekosystem:

Sötvattenförekomster (sjöar, dammar, floder, källor) är rika på näringsämnen (nitrater, fosfater) och ger goda livsmiljöer för djurplankton, växtplankton, vattenväxter och fiskar.

3. Marint ekosystem:

Hav upptar 70 % av jordens yta och erbjuder livsmiljö för många växter (främst alger), djur som djurplankton, fiskar, reptiler, fåglar och däggdjur (valar och sälar). De fungerar som sänka för en stor mängd avrinning och avfall från land. Marint vatten har en hög salthalt och dålig fertilitet på grund av brist på nitrater och fosfater jämfört med sötvatten.

4. Ekosystem för våtmark:

Våtmarker är övergångsmarker mellan terrestra och akvatiska ekosystem där vattnet står på 3 till 300 cm. Dessa inkluderar värdefulla naturliga ekosystem som hyser en mängd olika växter, djur, fiskar och mikroorganismer. För närvarande är de i fara på grund av ökande urbanisering som i fallet med östra delen av Kolkata.

5. Mangrover (skogar mellan land och hav):

Mangrover är viktiga skogar i tidvattenzoner eller ekvatorial- och tropiska kuster. Sunderbans i det Gangetiska mynningsdeltat nära Bengaliska viken erbjuder värdefulla mangrover med flera växtarter och vilda djur inklusive Royal Bengal Tiger.


Diskussion

Enkla modeller baserade på ett fåtal etablerade ekologiska principer och med minimala parameterkrav ger insikt i potentiella osäkerheter i konsumentbiomassauppskattningar som inte kan hanteras med mer komplexa modeller, särskilt när de har många avstämda parametrar. Även om dessa enkla modeller inte inkluderar vissa strukturer eller processer som kan vara viktiga prediktorer för biomassafördelningar, särskilt på mindre skalor, grundas de underliggande motiveringarna för strukturerna för båda modellerna i empiriska och teoretiska studier av storleksbaserade processer i marina system som visa hur kroppsstorlek, energiupptagning och överföring och effekterna av temperatur står för mycket av variationen i struktur och funktion hos många typer av samhällen [21, 26, 28, 29, 43, 48, 63, 64]. Dessa enkla tillvägagångssätt ersätter inte sofistikerade och parameterhungriga modeller för att uppskatta populationsbiomassa, näringsvävsprocesser eller fiskeeffekter i mindre skalor (t.ex. [10, 34–36, 65, 66]). Men de ger rättvis behandling av storskaliga systemjämförelser som inkluderar områden där den data som behövs för att strukturera och parametrisera mer komplexa modeller är sparsam och att uppnå bättre förståelse av osäkerheter är mest pressande vilket gör att globala frågor kan hanteras på global skala.

Osäkerheter i TE, och i mindre utsträckning PPMR, står för det mesta av osäkerheten i konsumenternas biomassauppskattningar. Befintliga känslighetsanalyser har visat konsekvenserna av en felaktig uppskattning av TE [11, 14] men baserat på nya datasammanställningar [8, 16] var vår uppskattning av den totala TE som användes i tidigare globala produktionsmodeller [11] nära den nedre gränsen för möjliga värden och resulterade således i en genomsnittlig uppskattning av konsumentbiomassa nära den nedre gränsen för de nuvarande osäkerhetsintervallen. Två andra uppskattningar av biomassa för konsumenter [1, 12] faller inom våra osäkerhetsintervall, men den senaste biomassauppskattningen på 167 gm -2 [13] för marina konsumenter på 10 −5 till 10 6 g kroppsmassa var drygt 4 gånger högre än vår medianuppskattning på 38,6 gm -2 (1,4 × 10 10 ton totalt) och 40 gm -2 högre än den 95:e percentilen av vår fördelning av uppskattningar (127 gm -2). En färsk uppskattning av akustisk biomassa för mesopelagiska fiskar i området från 40°N till 40°S ledde också till höga medianuppskattningar av biomassa på 11 till 15 miljarder ton. Medföljande modelluppskattningar baserade på TE på 5–20 % och 70–90 % av primärproduktionen som går in i livsmedelskedjan resulterade i biomassauppskattningar på 2,3 till 71,2 miljarder ton för mesopelagiska fiskar [14]. För havets yta från 40°N till 40°S förutspår vår makroekologiska modell medianbiomassan för alla konsumenter (som antas inkludera mesopelagiska fiskar) på 1,4 miljarder ton med en 95:e percentil på 8,1 miljarder ton, så även efter att ha tagit hänsyn till osäkerhet vår medianuppskattning är lägre än deras minimiuppskattning och vår övre uppskattning under deras median. Kombinationen av breda osäkerheter i våra uppskattningar och divergerande värden som produceras av olika modeller och tillvägagångssätt har betydande implikationer vid uppskattning av marina konsumenters roll i biogeokemiska kretslopp och stödja fiske eller rovdjur. De huvudsakliga skillnaderna mellan tillvägagångssätten verkar vara kopplade till behandlingen av energiöverföring i det första steget i näringskedjan. Trots osäkerhet kopplad till alla antagna processer kommer ett starkare fokus på att förstå och representera processer på låg trofisk nivå att behövas för att hjälpa till att förena de divergerande biomassauppskattningarna. Till exempel, om det antas att nästan 75 % av primärproduktionen betas i tropiska vatten och bruttotillväxteffektiviteten når 30 % [67] så är den resulterande TE på 22,5 % nära de övre värdena som rapporterats i sammanställningar av TE som används för att uppskatta osäkerhet [8, 16]. Det finns också hänsynen till att mesopelagiska fiskar har exceptionellt hög proximal lipidkoncentration [68] och relativt låga metaboliska krav per massenhet [69], med följden att vår modell som antar genomsnittligt energibehov tenderar att underskatta sin massa samtidigt som den överskattar massan av pelagiska arter med högre energibehov.

Parametriseringarna av den makroekologiska modellen stöddes rimligen av TE- och PPMR-uppskattningar som sammanställts under de senaste 5 åren [8, 16, 48]. Men majoriteten av TE-uppskattningar kommer från samma typer av modeller [8, 16] och ansträngningar att samla in och sammanställa uppskattningar från andra källor skulle ge ett värdefullt bekräftelse eller utmaning för vårt tillvägagångssätt. För realiserad PPMR kvarstår inkonsekvenser mellan uppskattningar från olika källor och i bevisen för samband mellan PPMR och konsumentstorlek. Befintliga PPMR-uppskattningar baserade på stabila isotopmetoder [46, 70] kan ge nästan fullständig täckning av alla konsumenter i givna kroppsmassaintervall, men intervallen har varit smala (typiskt 3–4 storleksordningar) i förhållande till hela storleksintervallet av konsumenter (12+ storleksordningar). Dietstudier ger data för större delen av hela storleksintervallet [26], men ger ofullständig täckning av individer i ett givet kroppsmassaintervall och ger bara en ögonblicksbild av kosten (snarare än stabila isotopmetoder, som tidsintegrerar information om sammansättningen av assimilerad kost).

Befintliga PPMR-uppskattningar baserade på stabila isotoper tyder på att PPMR inte beror på konsumenternas kroppsmassa men de absoluta uppskattningarna av PPMR är ganska varierande. Det senaste förslaget att kvävestabil isotopfraktionering är kopplad till bytesdjur δ 15 N [71], antingen direkt eller indirekt, har lett till att dessa uppgifter har granskats på nytt [72]. Om fraktionering ändras med byte δ 15 N sedan tyder preliminära analyser på att PPMR kan vara mer konsekvent i olika näringsvävar än vad som tidigare antagits med variation i PPMR mellan studier som faller från cirka 80 gånger till 6 gånger och ett intervall i absolut PPMR på 49 till 316 [72]. Dessa absoluta värden faller mellan den 5:e och 50:e percentilen av värden simulerade i denna studie, men vi valde också att ta hänsyn till den högre PPMR som registrerats i koststudier när vi uppskattade variationen i PPMR.

Dietstudier, i motsats till de stabila isotopstudierna, tyder på att PPMR ökar med konsumentmassan och till och med den 95:e percentilen i simuleringar är låg i förhållande till dietbaserade uppskattningar av PPMR för individer >10 kg kroppsvikt [48]. Om denna ökning är verklig, så är det kanske inte förvånande att det inte antogs eller detekterades med stabila isotopmetoder när avvikelserna från linjäritet är relativt subtila över smala storleksintervall och därmed potentialen att detektera dessa avvikelser statistiskt skulle vara låg [48] . Den makroekologiska modellstrukturen möjliggör att styrkan i det omvända förhållandet mellan TE och realiserad PPMR (S10 Fig) kan ökas om framtida analyser av data stödjer detta. Det är en avvägning som skulle leda till mer överensstämmelse mellan storleksspektrumsluttningar [48]. Vi drar slutsatsen att befintliga studier av TE och PPMR inte leder till konsekventa resultat och en prioritet för framtida arbete bör vara att förfina uppskattningar av TE och PPMR och förstå interaktioner och kopplingar till miljön. Detta skulle bidra till stora minskningar av osäkerheten i biomassaförutsägelser vid tillämpning av den makroekologiska modellen. Till och med i den storleks- och egenskapsbaserade modellen [32, 33] och andra modeller av denna typ där TE är ett resultat från processerna som bidrar med energiöverföring, finns det få data och många osäkerheter kring de metoder som behövs för att modellera processerna av bytesträff och fångst. Dessa processer inkluderar sannolikheten för att möta bytesdjur och sannolikheten för att fånga bytesdjur som en funktion av bytesstorlek och överflöd.

Konsumenternas biomassa som förutspås av de storleksbaserade modellerna kommer att omfatta djurplankton, fiskar, bläckfiskar, marina däggdjur och andra grupper. Trots trevande utforskning av tillvägagångssätt som kan göra det möjligt att särskilja fisk [11, 54] försökte vi inte sådan separation i denna studie och fokuserade på konsumenter som grupp. Det är dock troligt att medianbiomassan för fiskar och bläckfiskar överstiger 1,6 miljarder ton (uppskattningen av konsumentbiomassa för individer på 100g till 10 kg, med 5:e och 95:e percentilerna på 0,1 och 8,9 miljarder ton) givet att fisk dominerar biomassan i detta storleksintervall och kan ha hög relativ förekomst i andra storleksklasser.

Förutspått median maximalt hållbart utbyte av flera arter (MMSY) för medelstora (maximal kroppsvikt 1–10 kg) respektive stora arter (> 10 kg) varierade från 50 till 65 miljoner ton och 19 till 26 miljoner ton baserat på olika redskapsselektivitet. MMSY för fiskar av alla storlekar berodde i första hand på i vilken utsträckning små fiskar antogs vara utvalda. Med tanke på den begränsade inriktningen på små fiskar utanför några få LME där de är mycket aggregerade, så tyder modellerna på att fisket sannolikt inte har minskat konsumentbiomassan med > 1/3 globalt, även om detta motsäger utarmningen av enskilda bestånd som inte beaktas i denna analys och den mycket större utarmningen av medelstora och stora konsumenter. Om separeringen av dödligheten var svag fiskades medelstora och stora konsumenter långt utöver deras MMSY när MMSY uppnåddes för samhället. Den markanta utarmningen av konsumenter med kroppsmassa >1 kg kommer att leda till en gemenskap med snabbare omsättningstider och mer varierande dynamik.

När mindre individer inte är hårt utvalda (scenario D), var median global MMSY närmare rapporterade landningar och utkast (med antagande om 106 miljoner ton år -1 för 2010–2012, innefattande 80 miljoner ton rapporterade landningar [73], 18,5 miljoner ton olagliga eller oredovisade landningar (medianuppskattning från [74]) och 8 % utkast [75], även om 106 miljoner ton år -1 bör behandlas som en minimiuppskattning med tanke på ytterligare oredovisade landningar från många kustfiske, t.ex. [76]). Fyrdubblingen av förutspådd MMSY när mindre individer (< 20 cm från arter med maximal massa < 1 kg) målsöks och när urvalet på större arter är mer generaliserat visar hur starkt t inriktning på små individer och arter påverkar fiskepotentialen.Även om förutsägelser tyder på att en övergång till att rikta in sig på mindre individer av arter med mindre maximal kroppsstorlek kan markant öka hållbara globala skördar, skulle denna avkastning inte vara tillgänglig i de flesta regioner i praktiken. Orsakerna inkluderar (i) tekniska, ekonomiska, samhälleliga och politiska hinder för att utnyttja glest utspridda men kollektivt rikliga resurser (t.ex. mesopelagiska fiskar, krill), (ii) de markanta effekterna av miljövariationer på många små arter, och (iii) hindren för uppnå oberoende kontroll av fiskedödligheten på individer av olika storlekar och arter, vilket annars skulle ge högre avkastning samtidigt som man undviker populationskollaps av större och känsligare arter.

Presentationerna av globala avkastningskurvor och biomassaförändringar som svar på fiske är nya, men summasvar i alla LME- och FAO-områden. Så i scenarier där små arter är inriktade på LME och inte i FAO-områdena, maskerar den globala bilden utarmningen av små arter i LME. Dessa hypotetiska jämförande scenarier är lämpliga för att jämföra potentiell avkastning mellan områden, men kommer sannolikt inte att ge tillförlitliga förutsägelser om realiserade avkastningar inom områden. Detta beror på att det kommer att finnas betydande variationer i storleksselektivitet och fiskeintensitet mellan LME- och FAO-områden, som drivs av sociala och kulturella preferenser, marknadens krav, kapacitet eller önskemål om selektivt fiske samt skillnader i tillgång, fiskekontroll och efterlevnad.

Vi försöker inte göra en systematisk jämförelse med fångster på LME- och FAO-områdesskala eftersom våra resultat är avsedda att stödja jämförelser av potentiell avkastning mellan områden baserat på konsekventa fiskescenarier och inte är skräddarsydda för regionspecifik fiskedödlighet eller selektivitet. Data om dödlighet och selektivitet kommer i alla fall inte att finnas tillgängliga för de flesta områden. Men för vissa uppväxande regioner (t.ex. Humboldt) noterar vi att vår uppskattning av potentiell avkastning är lägre än rapporterade landningar. Detta kan återspegla egenskaperna hos näringskedjorna i uppströmmar och den effektiva ökningen av TE för hela näringskedjan som är ett resultat av den avsevärda plasticiteten hos små pelagiska fiskar för att välja byte från ett brett spektrum av storleksklasser och trofiska nivåer, inklusive primärproducenter, som deras tillgänglighet varierar [77]. På kustkanterna av hav med låg växtplanktonproduktion är vår förutspådda avkastning också lägre än rapporterade landningar (t.ex. Medelhavet). Detta återspeglar sannolikt den intensiva inriktningen av små arter och individer av verkligt fiske i vissa av dessa områden. Den återspeglar också underskattningar av fångstpotentialen i kustzonen, eftersom modellen inte tar hänsyn till primärproduktion av andra grupper än växtplankton (t.ex. sjögräs, makroalger). Denna produktion kan bidra med 10 % till den globala marina primärproduktionen, men står för en större andel av primärproduktionen nära kusterna [24]. I de flesta andra områden, särskilt offshore, är våra avkastningsprognoser högre än fångsterna, vilket sannolikt återspeglar att utvecklingen av fisket efter små arter främst är begränsad till ett fåtal områden där foderfiskar bildar täta stim. Mer spridda små arter är sällan måltavla.

Även om vårt tillvägagångssätt adresserar parameterosäkerhet måste andra varningar beaktas när vi tolkar våra resultat. Kortfattat är indata från GCM osäkra och det finns skillnader mellan och inom GCM och havsfärgsuppskattningar av temperatur och primärproduktion. Till exempel visade en granskning av havsfärguppskattningar av primärproduktion variation på upp till 83 % mellan primärproduktionsuppskattningar för enskilda havsbassänger och ännu högre variation i Arktis, södra oceanen och Medelhavet (t.ex. [23]). I vissa slutna hav och kustområden (t.ex. Östersjön, Medelhavet) är GCM-uppskattningarna av primärproduktion mycket lägre än de som baseras på fjärranalys och andra datakällor. Således skulle högre uppskattningar av biomassa, produktion och potentiell avkastning för dessa hav och regioner erhållas med alternativa primära produktionsinsatser. Vår analys av osäkerheten tog inte upp osäkerheten i primärproduktionens insatsvaror. I regioner där stabila uppskattningar av konsumentbiomassa inte uppnåddes med den storleks- och egenskapsbaserade modellen, förutspådde GCM att primärproduktionen var lägre (S2-tabell) än den uppskattade primärproduktionen från fjärranalys och andra datakällor. Explorativa analyser visade att stabilitet kunde uppnås om primärproduktionen ökade. Vi valde dock att modellera alla regioner med samma GCM-indata i denna analys, snarare än att göra justeringar baserat på regional information. I framtiden skulle det vara värt besväret att upprepa våra tillvägagångssätt med hjälp av flera GCM- och havsfärgsuppskattningar av primärproduktion, såväl som regionala data från andra källor, för att bedöma variationen i biomassauppskattningar som blir resultatet. Vidare, och som redan nämnts i relation till potentiell fiskeavkastning, ger en modell som drivs av pelagisk primärproduktion minimiuppskattningar av konsumenternas biomassa och produktion eftersom den ignorerar primärproduktion av mikrofytobentos, korallrevsalger, makroalger, sjögräs, kärrväxter och mangroveväxter. Denna primärproduktion kan stödja korta och effektiva näringskedjor som direkt bete av gräsalger på korallrev.

Yttemperaturer användes som proxy för termisk upplevelse hos konsumenter men fördelning av biomassa i förhållande till temperatur varierar i rum och tid. Vårt antagande leder till överskattningar av individuell produktion och dödlighet och underskattningar av biomassa, eftersom ytvatten nästan alltid är varmare än de djupare vattnen. Även om biomassan i djuphavet är en mycket liten andel av den i pelagiska vatten och på hyllor, kommer medeltemperaturen som upplevs av rikliga grupper såsom mesopelagiska fiskar att minska genom att de använder svalare vatten under hela eller delar av dygnscykeln. En framtida förfining av vårt tillvägagångssätt skulle vara att ta hänsyn till, eller försöka förutsäga, fördelningen av biomassa i vattenmassan och koppla denna till temperatur på djupet. Vår modell innehåller inte rörelse och därför kommer de finskaliga rumsliga fördelningarna av produktionen att bli allt mer felaktiga för konsumenter med större kroppsmassa [78].

I det verkliga havet skulle marina däggdjur bidra väsentligt till biomassa i de största storleksklasserna. Biomassan från marina däggdjur som stöds av en given primärproduktionshastighet kommer att överskattas i vårt modelleringsramverk eftersom deras metaboliska hastigheter kommer att vara högre än hastigheter som förutspås utifrån vattentemperaturen. Denna överskattning av biomassa kommer att motverkas av en underskattning av biomassa som är ett resultat av de höga nivåerna av produktion på låga trofiska nivåer som dessa djur ofta kommer åt genom att utfodra vid kraftigt förhöjda PPMR. Dessa frågor är inte lätta att hantera i detta förenklade storleksbaserade modelleringsramverk. Om de skulle inkorporeras i storleksbaserade modeller skulle deras inkorporering bättre stödjas i storleks- och artbaserade regionala modeller som gör det möjligt att definiera separata utfodrings- och tillväxtparametrar och gör det möjligt för stora rekryter att komma in i storleksspektrumet (t.ex. 34]). Dessa modeller skulle vara mer lämpliga för att uppskatta mängden och fördelningen av grupper av ekologiskt, bevarande- och fiskeintresse.

Vår analys av effekterna av fisket tog endast hänsyn till osäkerhet i outnyttjad biomassa och inte för strukturell eller parameterosäkerhet i den storleks- och egenskapsbaserade modellen. Det skulle vara önskvärt att ta itu med det senare, eftersom inte ens i denna eleganta och relativt enkla modell flera parametrar kan uppskattas direkt och osäkerhet för närvarande inte kan kvantifieras. Detta är en erkänd utmaning när man bedömer osäkerhet i en rad samhälls- och ekosystemmodeller [79, 80].

I den storleks- och egenskapsbaserade modellen gjorde vi några ändringar från tidigare parameteriseringar [33] för att säkerställa beständighet för alla arter när modellen kördes utan fiske i alla miljöer och för att ge rimliga hastigheter och banor för individ- och populationstillväxt för alla observerade kombinationer av temperatur och primärproduktion ([33], S1 Tabell). I vissa fall ledde dessa ändringar till parametervärden som tog dem utanför intervall som sannolikt stöds av data (t.ex. källor som citeras i [33]), särskilt vid låga temperaturer. Detta motiverar ytterligare utredning och kan vara kopplat till ofullständig specifikation av temperatureffekter och alltför förenklade funktionsformer (t.ex. ekologiska anpassningar till miljön som inte fångas upp i modellen).

Andra osäkerheter som vi inte beaktade inkluderar förändringar i eufotiskt djup som drivs av suspenderade partiklar, särskilt i kustområden (även om vår användning av blandade skiktdjup snarare än eufotiska djup i blandade och grumliga kustområden kommer att bidra till att förbättra detta), och osäkerheter i värden av konstanter såsom remineraliseringskoefficienten och kol till våtviktsomvandlingar. Dessa kommer alla att lägga till ytterligare osäkerhet men förväntas ha en liten effekt på biomassa och produktion i förhållande till osäkerhet som drivs av TE och PPMR. Vårt tillvägagångssätt för att hantera osäkerhet genererar också förutsägelser i utdelningarnas svansar som kan diskonteras av andra skäl. Till exempel avvisade vi inte storleksspektrumsluttningar som låg utanför empiriska intervall eller uppskattningar av produktion som var mindre än eller lika med fångster. Sådana begränsningar och förbättringar skulle kunna övervägas och inkluderas i framtiden.

Det kanske mest anmärkningsvärda fyndet som framkommit från förutsägelser om konsumtionsöverflöd i de globala haven är insikten det ger om den relativa bristen på makroskopiskt djurliv. Vår medianuppskattning av biomassa i våtvikt för konsumenter >1g kroppsmassa (tabell 4) motsvarar 4,9 × 10 9 km 3 djurvävnad (om vi gör det förenklade antagandet att konsumenttätheten är densamma som havsvatten). Denna volym är mindre än den i en sötvattensjö som Loch Ness (7,4 km 3 ), den största och förmodligen den mest kända av sötvattensjöarna i Storbritannien. Om man tar volymen av de globala haven som 1335 miljoner km 3 [81], antyder den uppskattade volymen av konsumenter >1g kroppsmassa att endast en del av volymen på 274 miljoner är levande makroskopisk djurvävnad. Beläggningstätheten i intensivt vattenbruk, som en tillgänglig jämförelse, skulle vanligtvis överstiga 1 del av 100 i volym av fisk. Även om vi tar det övre osäkerhetsintervallet för biomassauppskattningen för konsumenter >10 −5 g kroppsmassa (4,6 × 10 10 ton) som extrem, är endast en del av cirka 30 miljoner i volym levande djurvävnad. Den till synes höga densiteten av marint liv som ses i yt- och kustvatten och ofta besökta hotspots för överflöd ger sannolikt många i samhället en felaktig bild av överflödet av makroskopiska marina djur även om dessa djur fortfarande bidrar väsentligt till vissa biogeokemiska kretslopp och till global livsmedelssäkerhet .

Sammantaget hjälper våra analyser till att förena några av de befintliga globala biomassauppskattningarna och lyfta fram prioriteringar för framtida analyser av processerna som kopplar samman primärproduktion och konsumentproduktion. Om modellen är tillräckligt realistisk för att vi ska kunna dra slutsatser om sambanden mellan primärproduktion och potentiell fiskeavkastning, stöder den tidigare slutsatser om att ansträngningar att koppla samman primärproduktion och fångster på global skala sannolikt inte kommer att bli framgångsrika, på grund av skillnader i energiöverföring processer i basen av näringskedjan [23]. Våra resultat ger också en uppsättning baslinjer för att bedöma mänsklig påverkan och förutsäga marina djurs bidrag till biogeokemiska processer. Eftersom vår modell antar att samma struktur och parametrisering kan användas i alla regioner, kommer den sannolikt att fungera som en användbar nollmodell för jämförelse med mer komplexa regionala modeller


Varför är biomassakvoten mellan konsument och producent högre i haven? - Biologi

Ekologins principer

320 Harned Hall

Föreläsning 18 Ekosystem

Översikt - Länk till Kursens mål

  • Inkludera de abiotiska faktorerna som påverkar hela samhället som lever i en definierbar miljö
    • Lägg märke till att här hänvisar community till alla arter i miljön, inte bara en undergrupp av liknande arter (som fågelsamhället eller betessamhället)
    • I praktiken är gränser för ekosystem ofta svåra att definiera
        • Vissa kanter är svåra att upptäcka (vi kommer att ta itu med detta i nästa föreläsning)
        • Vissa arter rör sig mellan livsmiljöer och länkar samman ekosystem
        • Trofisk struktur (behandlas i gemenskapsföreläsning)
        • Energiöverföring mellan arter och trofiska nivåer
        • Materialkretslopp (näringsåtervinning) mellan arter och trofiska nivåer
        • Biomassa
        • Total stående gröda av någon art eller trofisk nivå
          • stående gröda är inte detsamma som produktivitet, den nya biomassan som läggs till ett system under en given tid, och stora stående grödor kan förknippas med antingen hög eller låg produktivitet
          • Produktivitet på trofisk nivå (första nivån är primär produktivitet)
          • Korrelerar inte alltid med biomassa, eftersom liten biomassa fortfarande kan ge stora flöden om individer är produktiva
          • Omsättning är förhållandet mellan den totala mängden närvarande och input/output-hastigheten
          • Lågt förhållande innebär att näringsämnen inte finns i systemet eller på trofisk nivå länge
          • Högt förhållande innebär att näringsämnen finns i system eller på trofisk nivå under långa perioder
          • Förhållandet ger Uppehållstid
            • Om mängden som är närvarande är i någon masskvantitet (säg, kilogram eller ton eller gram) och hastigheten är i massa per tidsenhet (säg gram per timme eller ton per dag) så är en dimensionell analys av förhållandet t.ex.
              • kilogram/(kilogram/dag) - kilogrammen avbryts och den slutliga dimensionen är dagar
              • 450 kg kol/(0,5 kg kol/dag) = 900 dagar = Uppehållstid för kol i systemet

              Några fysiska begränsningar för flöde (20.1)

              • Termodynamikens första lag
                • Begränsar systemet till en fullständig redovisning av allt material och energi som kommer in i eller lämnar systemet
                  • Om systemet är i jämvikt så är nettoinmatning = nettoeffekt
                  • Föreningar som kommer in i systemet förblir i systemet tills de eller föreningar gjorda av dem lämnar systemet
                    • Denna regel gäller för de material som vi avsiktligt eller oavsiktligt lägger till system, såsom näringsämnen i vårt hushållsavfall eller biocider brukade kontrollera målorganismer
                    • Begränsar systemet till en nettoförlust (av värmeenergi) när energi överförs mellan olika komponenter i systemet
                      • 10 % Tumregel är att endast 10 % av energin som lämnar en trofisk nivå överförs till nästa nivå och 90 % går förlorad som värme
                      • Begränsar systemet till en nettoökning i entropi om inte tillräckligt med energi kommer in i systemet för att motverka tendensen för entropin att öka

                      Primärproduktion (20.2)

                      • Primärproduktion av Terrestra ekosystem mäts ofta i torrvikt (inget vatten ingår) av producentvävnad som lagts till systemet
                        • Detta beräknas ofta som systemets stående skörd i slutet av växtsäsongen minus systemets stående skörd och början av växtsäsongen
                          • Stående gröda är precis vad det verkar vara, den totala biomassan som finns någon gång i tiden
                          • Man kan omvandla mellan biomassa och energi genom kalorimetri
                            • Beräknar energi i ett material genom att bränna det och mäta temperaturförändringen i apparaten (vanligtvis en som kallas en bomb kalorimeter )
                            • O 2 nivåer mäts i början och slutet av exponeringen av flaskor för förhållanden (ljus, temperatur) av intresse och O 2 produktion eller konsumtion är skillnaden mellan det slutliga och initiala O 2 koncentrationer
                            • Ljusflaska representerar NPP som O 2 produceras av fotosyntes reduceras med den mängd som konsumeras av andning
                            • Mörk flaska representerar O 2 konsumeras av andning eftersom ingen fotosyntes kan ske
                            • GPP = totalt O 2 tillverkad i lätt flaska - O 2 konsumeras i mörk flaska (kom ihåg att konsumtionen är en negativ mängd, så vi subtraherar en negativ här och GPP kommer att vara större än NPP)
                            • Primärproduktivitet och stående gröda (total biomassa) är inte alltid positivt korrelerade
                              • Rev - mest produktiva men har en liten stående skörd eftersom omsättningen är så hög
                              • Stående skörd av marin producenter är mycket mindre än det terrestra systemet producenter med liknande produktivitet, även om det marina systemet stöder massor av växtätare och köttätare
                                • Detta innebär att omsättning är mycket större i marina system
                                • GPP-effektiviteten är aldrig högre än 4 %
                                • NPP-verkningsgraden är vanligtvis 1 % eller mindre

                                Begränsningar för primärproduktion (20.3, 20.4, 20.5 och 20.6)

                                • Terrestra ekosystem
                                  • Generellt sett ökar nettoprimärproduktionen för terrestra ekosystem med ökande:
                                    • fukttillgänglighet mätt genom evapotranspiration
                                    • växtsäsongens längd
                                    • temperatur mätt som årsmedeltemperatur
                                    • begränsa tillgången på mineralnäringsämnen (oftast lösligt organiskt kväve [NO 3 , NH 4 ])
                                    • Akvatiska ekosystems nettoprimärproduktion påverkas av
                                      • Vattendjup
                                        • fotoinhibering sker nära ytan
                                        • PAR-absorption av vattnet och av lösta ämnen och suspenderade partiklar innebär att det finns ett djup där PAR reduceras till den nivå som upprätthåller precis tillräckligt med fotosyntes för att kompensera för den andning som behövs för basal metabolism, så NPP är noll (detta är Kompensationsdjup )
                                        • Ljus tränger mindre in i grumligt vatten
                                        • Viktigt för sötvattensystem (omsättning leder till att epilimnion laddas upp med näringsämnen)
                                        • Även om djuphavet har konstant 4&°C temperatur, är yttemperaturerna (och fotosynteszonen) mycket närmare lufttemperaturen och kommer att variera med säsongen i tempererade hav
                                        • Kväve (NO 3 , NH 4 )
                                          • Mycket viktigt i öppet hav
                                          • Viktigt i sötvattensystem
                                          • Eutrofiering av sjöar uppstod genom tillsats av fosfat-rengöringsmedel
                                              • Processen att öka koncentrationen av näringsämnen tills ovanliga fotosyntetisatorer (ofta cyanobakterier) gör vattnet grumligt och ofta minskar syrekoncentrationen
                                              • Behövs för att göra många av de elektronaccepterande medlemmarna i elektrontransportkedjor

                                              Fråga: När CO2 byggs upp i atmosfären förutspår vissa att vissa torra terrestra ekosystem kommer att bli mer produktiva och att det kommer att bli små vinster i vattensystem. Vad är ansvarigt för detta? Jag ska ge dig en ledtråd - det är inte CO2-koncentrationen, utan något som påverkas av den.

                                              Sekundär produktion (20.7, 20.8, 20.9, 20.10, 20.11)

                                              • Biomassa som produceras av producenter (primärproduktion) kan bara flyttas till två andra komponenter
                                                • Detritus matare
                                                  • Majoriteten av växt-/algbiomassan dör och äts av detritivorer
                                                  • Viktigt för växter och alger, eftersom de äter levande material
                                                    • Vikten av denna väg är att storleken på växtätaresamhället kan påverka storleken på primärproducentsamhället
                                                    • detritivorer får bara det som dör och kan inte påverka graden av att dö, så de kan inte ha samma reglerande effekt på primärproducentgemenskapen som växtätare kan
                                                    • Grov assimilering (= Förtäring eller mängden växt-/algmaterial som äts) reduceras med mängden energi (och de föreningar som behövs för att tillföra den) som används för att underhålla växtätaren/detritivoren
                                                      • Grov assimilering = Assimilering + Avfall (avföring)
                                                        • Grov assimilering och assimilering skiljer sig åt genom att endast den del av intaget material som passerar matsmältningsväggen är assimilering
                                                        • Hos endotermiska ryggradsdjur är underhåll lättast att mäta som basal ämnesomsättning
                                                        • Nettoproduktionen mäts som biomassaökning, vilket kan vara antingen
                                                            • Tillväxt av individer
                                                            • Tillskott av nya individer
                                                            • detta är ett mått på hur mycket av det assimilerade materialet eller energin som används för produktion (och inte förloras till underhåll)
                                                            • högre för ektotermer än för endotermer eftersom den basala ämnesomsättningen är lägre vid ektotermer och tar en mindre bit av de assimilerade materialen
                                                            • denna effektivitet mäter andelen tillgänglig produktivitet som äts upp av nästa trofiska nivå
                                                            • förhållandet mellan assimilering mellan trofiska nivåer
                                                            • Underhåll ingår i både nämnaren och täljaren, och kommer att ta bort om det är samma proportion för varje trofisk nivå
                                                            • Ett alternativ till Consumption Efficiency för att jämföra olika nivåer av en trofisk pyramid
                                                            • Terrestra ekosystem
                                                              • Ofta nära 10% för alla utom nedbrytare
                                                              • Nedbrytare får det som växtätare och köttätare inte får
                                                              • Det totala energiflödet påverkas inte särskilt mycket av köttätare (som producerar 10 % av 10 %, eller endast 1 % av primärproduktionen)
                                                              • Högre än för markbundna system, vilket leder till snabb omsättning av biomassa
                                                              • Ofta så hög som 40 % för vattenlevande växtätare
                                                              • Ofta så hög som 80 % för vattenlevande köttätare

                                                              Cykling av näringsämnen (21.1)

                                                              • Kom ihåg att inmatningen av material till ett system kommer att vara lika med output
                                                                • Omogna, tidiga successionssystem kan ackumulera material
                                                                • Jordbrukssystem förlorar mer än årliga naturliga insatser kan ersätta, och kan förlora material (när ingen gödsling äger rum)
                                                                • Om du följer näringsämnena kommer de att cirkulera inom systemet, ett fenomen som kallas Cykling av näringsämnen , en form av återvinning
                                                                • Nytt material kommer
                                                                • Systemet läcker alltid, så material lämnar systemet (oavsett hur långsamt)
                                                                • lagra näringsämnena i stammen (stammen) eller under jorden (i rötter eller knölar)
                                                                • De minsta rötterna är också tillfälliga och växer igen varje år (kallade fina rötter) och näringsämnen omflyttas också från dem

                                                                Sönderfall (21.2)

                                                                • Sönderfall är den fullständiga nedbrytningen av organiska molekyler till oorganiska molekyler
                                                                  • Nedbrytning är rollen för Detritivore Community
                                                                  • Det mesta av den verkliga kemiska nedbrytningen, i både akvatiska och terrestra system, görs av bakterier och svampar, som utsöndrar enzymer i marken eller vattnet som kan katalysera nedbrytningen
                                                                  • Den övergripande processen kräver ett stort samhälle av mikrober, inte bara en art eller ens ett fåtal arter
                                                                    • Hyfalsvampar är väl lämpade här
                                                                    • Alla svampar är heterotrofer och de med hyfväxt kan tränga in i nya livsmiljöer när de förbrukar den nuvarande livsmiljöns resurser
                                                                    • De första substraten som ska konsumeras är proteiner, nukleinsyror, lättsmälta lipider och mono/oligosackarider (glukos, disackarider, etc.)
                                                                    • De andra substraten som ska konsumeras är cellulosa- och hemicellulosakomponenterna i växtcellväggar samt mindre smältbara lipider
                                                                    • De sista materialen som ska konsumeras är Ligniner
                                                                      • Ligniner är en klass av molekyler med många variationer men alla är folyfenoliska föreningar (en serie fenolringar bundna på olika sätt)
                                                                        • Ligniner tvärbinder cellulosafibrer för att härda träig vävnad
                                                                        • Nedbrytning av ligniner ger lite nettoenergi och görs endast av Basidiomycete-svampar (inga bakterier!)
                                                                        • Det finns inget lignin
                                                                        • Vissa mikroalger har mineralcellväggar (kisel)
                                                                        • Cellulosa är en viktig komponent i vissa algväggar men andra fibrösa kolhydrater (mannaner, xylaner, alginsyror) är vanliga
                                                                        • En användbar grupp av fibrösa algkolhydrater är Sulfonerade polysackarider från röda alger
                                                                          • Dessa är kedjor av galaktos med suphonatgrupper fästa och är en mångsidig uppsättning som inkluderar
                                                                            • Karragenan - ett gelningsmedel i tandkräm, skokräm, schampo och många livsmedel (såser, patéer och många glassar - om din shake eller glass inte smälter till total soppa - du har karragenan
                                                                            • Agar och Agaros - geler med egenskapen att smälta vid mycket högre temperaturer än gelningstemperaturen, agar är en blandning av polysackarider och agaros renas till endast en polysackarid
                                                                            • Ökar med kvalitet av skräp
                                                                              • Högt kväve/lågt lignin är hög kvalitet
                                                                              • Låg kväve/hög lignin är låg kvalitet
                                                                              • Vattensjuka jordar är Anoxisk och nedbrytningen av cellulosa och ligniner är mycket långsam
                                                                              • Höga NPP-hastigheter beror på hög näringstillgång, vilket också innebär att tillväxthastigheten för de mikrobiella nedbrytarna är hög
                                                                              • Mineralisering är processen att omvandla organiskt bundna N, P och metalljoner till oorganiska (vanligtvis lösliga) former
                                                                                • Mineralisering sker när avfallsprodukter produceras från mikrobiell nedbrytning
                                                                                • Deras löslighet gör dem sårbara för Lakning från jorden
                                                                                • Växter immobiliserar näringsämnen när de absorberar dem och använder dem för att syntetisera ny biomassa
                                                                                • Mikrobiella nedbrytare kommer också att immobilisera näringsämnen när de producerar ny biomassa
                                                                                • Nedbrytning är en jordprocess – ytterligare en anledning att studera jordar och en annan anledning till att jordar är så komplexa
                                                                                • Involverar (för våra syften) två storleksbaserade djurgrupper:
                                                                                  • Makrofauna - ryggradslösa detritivorer (insekter [springsvansar, larver av många insektsgrupper, termiter, mörtar och andra], kräftdjur [isopoder och, i vissa situationer, amfipoder], kvalster, daggmaskar, sniglar, sniglar och tusenfotingar
                                                                                    • Makrofauna har en viktig roll i nedbrytningen av detrituspartiklar till mindre och mindre partiklar så att detrituset kan angripas av svampar och bakterier
                                                                                    • Kom ihåg att nedbrytningsvägen stöder mer än en trofisk nivå eftersom nedbrytare har rovdjur och parasiter
                                                                                    • Mikrofauna - bakterier, protister, små nematoder
                                                                                    • De makrofauna av sötvattensystemet liknar de som finns i jordar förutom att det inte finns några tusenfotingar
                                                                                      • I marina system finns det inga insekter, anneliderna är polychaetes, inte oligochaetes (daggmaskar), och många fler kräftdjur finns närvarande
                                                                                      • Dessa suspenderade partiklar kallas POM ( Organiska partiklar ) och kan vara så små att de i princip är suspenderade på obestämd tid (som en lösning)
                                                                                      • I terrestra system är det inte så, eftersom växter har rötter i jorden, platsen för nedbrytning
                                                                                      • I akvatiska system kanske mineraliseringen av näringsämnen inte kommer till råvarorna omedelbart
                                                                                        • Se diskussionen om vattenpelarens zonering (i både sjöar och hav) i föreläsning 4
                                                                                        • Näringsämnen blandas bara in i den fotografiska zonen när termoklin (eller haloklin) bryts ner och Omsättning av vattenförekomsten kan förekomma
                                                                                        • Näringsämnen i bäckar och floder rör sig nedströms i en konceptuell spiral av mineralisering, sedan nedströms, upptag, sedan nedströms, mineralisering igen, sedan.
                                                                                        • Där vindar trycker bort vatten från kontinenter ersätts vattnet av vatten som kommer upp från djupare lager
                                                                                        • Upwelling resulterar i ökad primär produktivitet, vilket innebär ökad sekundär produktivitet (fisk, i oceaniska system!)
                                                                                          • El Niño (ENSO) händer när vindarna sviker utanför Sydamerikas västkust, ytvattnet inte skjuts västerut och uppströmmande stall.
                                                                                          • Primär och sekundär produktivitet kraschar - en katastrof för ekonomier som är beroende av detta fiske

                                                                                          Biogeokemiska kretslopp

                                                                                          • Näringskretslopp är de mest noggrant modellerade ekologiska processerna, även kallade Biogeokemiska kretslopp , och är materialens vägar när de kommer in i ett ekosystem, passerar genom olika komponenter i ekosystemet och slutligen lämnar ekosystemet
                                                                                            • Lokala modeller - tillämpas på ett ekosystem
                                                                                            • Globala modeller - gäller biosfären
                                                                                            • Biosfär - hela jorden är ett enda ekosystem
                                                                                            • Fluxhastigheter är flödeshastigheterna från pool till pool
                                                                                            • Vittring av sten
                                                                                            • Nederbörd (lokala system)
                                                                                            • Grundvattenflöde (lokala system)
                                                                                            • Atmosfär (lokala system)
                                                                                            • Kan ofta vara källor också
                                                                                            • Lägg märke till att atmosfären kan vara en pool i en global cykel, men en källa i en lokal cykel
                                                                                            • Absorption av gaser
                                                                                            • Förvittring
                                                                                            • Torrfall - avsättning av partiklar med vind
                                                                                            • Våtfall - regn
                                                                                            • Gasutsläpp (CO 2 , H 2 S, N 2 )
                                                                                            • Organiskt skräp förlorat från systemet (in i en sjö eller bäck eller vindblåsta material)
                                                                                            • Lakning
                                                                                            • Skördar

                                                                                            Globala kolcykeln

                                                                                            • Havet anses allmänt vara i jämvikt med atmosfären, så att en förändring i den ena oundvikligen kommer att leda till en förändring i den andra
                                                                                            • Eftersom kol är det primära elementet som är fixerat i biosyntes, är kolkretslopp och energiflöden positivt kopplade

                                                                                            Global fosforcykel

                                                                                            • Det finns ingen atmosfärisk pool för P
                                                                                            • P vid ytan är alltid en del av en fosfatjon
                                                                                              • P i , P o , P sid (Oorganisk, organisk och partikelformig fosfor)
                                                                                              • Beteckningen kommer inte från någon förändring av fosfatjonen
                                                                                                • P i syftar på fosfat i bergarter eller löst i vatten
                                                                                                • P o hänvisar till fosfat som är en del av en organism eller som finns i detritus
                                                                                                • P sid är fosfat som är en del av en partikel som kan blåsas av vinden och kan bli en del av torrfall
                                                                                                • vittring av vissa stenar (vanligtvis kalciumhaltiga stenar)
                                                                                                • våtfall och torrfallsdeposition (terrestra och akvatiska)
                                                                                                • Flodflöde (in i sjöar och marina system)
                                                                                                • Flodflöde (terrestra system)
                                                                                                • sedimentavsättning (vattensystem)
                                                                                                • vind
                                                                                                • Skörd av grödor

                                                                                                Global kvävecykel

                                                                                                Observera att mikroorganismernas roll är nyckeln

                                                                                                • Fixering - en del kväve "fixeras" (förändras till en kemisk form användbar i levande system) av blixten och en del fixeras genom bakteriell verkan (inklusive de blågröna algerna, cyanobakterierna)
                                                                                                • nodulation ett sätt att öka fixeringshastigheten i jordar
                                                                                                • Denitrifikation av andra bakterier som använder NH 3 som energikälla och släpper ut N2 tillbaka till atmosfären

                                                                                                Biomassa, Energiflöde, Näringsflöde, Omsättning, Uppehållstid , Primärproduktion, torrvikt, Stående gröda, kalorimetri, bombkalorimeter, Bruttoprimärproduktion, Nettoprimärproduktion, Nettoförändring i biomassa, Produktionseffektivitet, Kompensationsdjup, Eutrofiering, Sekundärproduktion , Bruttoassimilering (= Förtäring), Assimilering, Sekundär nettoproduktion, basal metabolisk hastighet Assimileringseffektivitet, Sekundär produktionseffektivitet, Konsumtionseffektivitet, Lindeman Effektivitet, Näringskretslopp, Nedbrytning, Detritivore Community, Lignin, Anoxisk, Mineralisering, Immobilisering, Macro Mikrofauna, POM (Particulate Organic Matter), Näringsspiralbildning, Upwelling, Biogeokemisk cykel, Lokal modell, Global modell, Biosfär, Näringspool, Fluxhastighet, Källa, Sink, Fixering, Denitrifiering, P i , P o , P sid (Oorganisk, organisk och partikelformig fosfor)


                                                                                                Varför är biomassakvoten mellan konsument och producent högre i haven? - Biologi

                                                                                                Har du någonsin undrat varför vi inte verkar kunna mata världens hungriga? Det är en komplex fråga, men det kan förvåna dig att lära dig att det inte beror på att det inte finns tillräckligt med mat. Den nuvarande jordbrukskapaciteten, baserad på nuvarande teknologi, finns för att mata så många som 10 miljarder människor. Jordens befolkning är "bara" cirka 7 miljarder. Den stora frågan är egentligen: Om vi ​​vill mata alla, vad skulle alla behöva äta? För att svara på den frågan laddar du ner det här excel-kalkylbladet och testar att koppla in några siffror.

                                                                                                Exempel: Ett tunnland av en spannmålsgröda kunde användas för att mata boskap och sedan kunde boskapen användas för att mata människor. Om 50 % av energin går förlorad till boskapen kan du mata dubbelt så många människor om du matar dem med spannmålen direkt. Ett annat sätt att se på det är att det bara skulle behövas en halv tunnland mark för att mata folket med spannmål, men ett helt tunnland om man matar spannmålen till boskapen och boskapen till folket. En vanlig praxis för att odla boskap snabbare är att mata dem malt animaliskt protein. Det betyder att när vi äter köttet från kon är vi på tertiär nivå eller högre. Förlusten av energi mellan trofiska nivåer kan också vara ännu högre. Nyligen genomförda studier tyder bara på det

                                                                                                10% av energin omvandlas till biomassa från en trofisk nivå till nästa!

                                                                                                Livsmedelskedjan: Svaret har att göra med trofiska nivåer. Som du säkert vet är organismerna i näringskedjans bas fotosyntetiska växter på land och växtplankton (alger) i haven. Dessa organismer kallas producenterna, och de får sin energi direkt från solljus och oorganiska näringsämnen. De organismer som äter producenterna är de primära konsumenterna. De tenderar att vara små i storleken och det finns många av dem. De primära konsumenterna är växtätare (vegetarianer). De organismer som äter de primära konsumenterna är köttätare (köttätare) och kallas för sekundära konsumenter. Sekundärkonsumenterna tenderar att vara större och färre till antalet. Detta fortsätter, ända upp till toppen av näringskedjan. Cirka 50 % av energin (möjligen så mycket som 90 %) i maten går förlorad på varje trofisk nivå när en organism äts, så det är mindre effektivt att vara en högre ordningskonsument än en primärkonsument. Därför är energiöverföringen från en trofisk nivå till nästa, uppåt i näringskedjan, som en pyramid bredare vid basen och smalare upptill. På grund av denna ineffektivitet finns det bara tillräckligt med mat för ett fåtal toppkonsumenter, men det finns massor av mat för växtätare längre ner i näringskedjan. Det finns färre konsumenter än producenter.

                                                                                                Mark- och vattenenergipyramider


                                                                                                Trofisk nivå Ökenbiome Gräsmarksbiome Pond Biome Ocean Biome
                                                                                                Producent (fotosyntetisk) Kaktus Gräs Alger Växtplankton
                                                                                                Primärkonsument (växtätare) Fjäril gräshoppa Insektslarv Zooplankton
                                                                                                Sekundär konsument (köttätare) Ödla Mus Elritsa Fisk
                                                                                                Tertiär konsument (köttätare) Orm Orm Groda Täta
                                                                                                Kvartär konsument (köttätare) Roadrunner Hök tvättbjörn Haj

                                                                                                Matnät: På varje trofisk nivå kan det finnas många fler arter än vad som anges i tabellen ovan. Matnät kan vara mycket komplexa. Mattillgången kan variera efter säsong eller tid på dygnet. En organism som en mus kan spela två roller, äter insekter ibland (gör den till en sekundär konsument), men äter också direkt på växter (gör den till en primär konsument). Ett näringsnät av vem äter vem i den sydvästra amerikanska ökenbiomen kan se ut ungefär så här:

                                                                                                Keystone arter: I vissa näringsnät finns det en kritisk "keystone-art" som hela systemet är beroende av. På samma sätt som en båge kollapsar när slutstenen tas bort, kan en hel näringskedja kollapsa om det sker en nedgång i en slutstensart. Ofta är keystone-arten ett rovdjur som håller växtätarna i schack och hindrar dem från att överkonsumera växterna, vilket leder till en massiv dör. När vi tar bort topprovdjur som grizzlybjörnar, späckhuggarvalar eller vargar, till exempel, finns det bevis för att det inte bara påverkar bytesarten utan även den fysiska miljön.

                                                                                                Apex Predators: Dessa arter är överst i näringskedjan och de friska vuxna har inga naturliga rovdjur. Unga och gamla kan i vissa fall vara offer, men de faller vanligtvis under för sjukdomar, hunger, effekterna av åldrande eller någon kombination av dem. De lider också av konkurrens med människor, som ofta eliminerar topprovdjuren för att få exklusiv tillgång till bytesarten, eller genom förstörelse av livsmiljöer, vilket är en indirekt form av konkurrens.

                                                                                                Nedbrytare: När organismer dör äts de ibland upp av asätare men de återstående vävnaderna bryts ner av svampar och bakterier. På så sätt återförs de näringsämnen som var en del av kroppen till botten av den trofiska pyramiden.

                                                                                                Bioackumulering: Förutom att det är mindre energieffektivt har det sina risker att äta högre upp i näringskedjan. Bekämpningsmedel och tungmetaller som kvicksilver, arsenik och bly tenderar att konsumeras i små mängder av de primära konsumenterna. Dessa toxiner lagras i djurets fetter. När detta djur äts av en sekundär konsument, blir dessa toxiner mer koncentrerade eftersom sekundära konsumenter äter massor av primärkonsumenter och ofta lever längre också. Svärdfisk och tonfisk är nära toppen av den akvatiska näringskedjan och när vi äter dem konsumerar vi alla gifter som de har samlat på sig under en livstid. Av denna anledning avråds gravida kvinnor från att äta dessa livsmedel. Lös följande problem matematiskt.

                                                                                                1. Givet: 10 miljarder människor kan få en grundläggande vegetarisk kost som är näringsmässigt komplett. Hur många människor skulle vi kunna mata enligt amerikansk standard - en tertiär konsumtionsnivå (3:e ordningens konsumenter?). 50 % av energin går förlorad vid varje högre nivå.

                                                                                                2. Om det finns 250 miljoner människor i USA, de flesta som äter på tertiär (3:e) konsumtionsnivå, hur många människor skulle vi kunna mata på primärnivå?

                                                                                                3. Vissa djur som hajar är femte ordningens konsumenter! Hajar äter tonfisk som äter makrill som äter sill som äter copepoder som äter kiselalger. Om vi ​​skulle göra det rimliga antagandet att vart och ett av dessa djur äter 2 av sina byten varje dag, hur många organismer dog för att mata hajen på en dag?


                                                                                                Mr G’s miljösystem

                                                                                                Under succession tenderar brutto primärproduktivitet att öka genom pionjärstadiet och de tidiga skogbevuxna stadierna och minskar sedan när klimaxgemenskapen når mognad. Denna produktivitetsökning är kopplad till tillväxt och biomassa.

                                                                                                Tidiga serala stadier kännetecknas vanligtvis av snabb tillväxt och biomassaansamling av biomassa - gräs, örter och små buskar. Bruttoprimärproduktiviteten är låg men nettoprimärproduktiviteten tenderar att utgöra en stor andel av GPP eftersom med lite biomassa i de tidiga serala stadierna är andningen låg. När samhället utvecklas mot skogsmark och biomassa ökar så ökar produktiviteten. Men kärnkraftverk som andel av GPP kan falla när andningshastigheten ökar med mer biomassa.

                                                                                                Studier har visat att stående gröda (biomassa) i följd av lövskog når en topp inom de första århundradena. Efter etableringen av moget klimax tenderar skogarnas biomassa att falla när trädens ålder växer långsammare och ett förlängt tak tränger ut marktäckare. Äldre träd blir också mindre fotosyntetiskt effektiva och mer kärnkraftverk allokeras till ingen fotosyntetisk strukturell biomassa såsom rotsystem.

                                                                                                Biomassaackumulering och successiv fas:

                                                                                                Låg GPP men NPP med hög andel

                                                                                                Lite ökning av biomassa

                                                                                                Bruttoproduktivitet hög ökad fotosyntes

                                                                                                Ökar i biomassa när växtformer blir större

                                                                                                Träd når sin maximala storlek

                                                                                                Förhållandet mellan NPP och R är ungefär lika

                                                                                                Biologisk mångfald

                                                                                                Tidiga stadier av succession tenderar att präglas av få arter inom samhället. När samhället passerar genom efterföljande serala stadier ökar antalet arter som hittas. Mycket få pionjärarter ersätts någonsin totalt när successionen fortsätter. Resultatet är ökad mångfald – fler arter. Denna ökning tenderar att fortsätta tills en balans uppnås mellan möjligheterna för nya arter att etablera sig, befintliga arter att utöka sitt utbredningsområde och lokal utrotning. Bevis efter utbrottet av vulkanen Mount St Helens 1980 har gett ekologer ett naturligt laboratorium för att studera succession. Under de första 10 åren efter utbrottet ökade arternas mångfald dramatiskt men efter 20 år skedde mycket liten ytterligare ökning av mångfalden 1

                                                                                                Störning
                                                                                                Tidiga idéer om succession antydde att Climax-gemenskapen i vilket område som helst nästan var självförevigande. Detta är orealistiskt eftersom samhällen i större eller mindre utsträckning påverkas av perioder av störningar. Även i stora skogar åldras träd så småningom, dör och ramlar omkull och lämnar en lucka. Andra samhällen påverkas av översvämningar, brand, jordskalv jordbävningar, orkaner etc. Alla dessa har en effekt av att göra luckor tillgängliga som kan koloniseras av pionjärarter inom det omgivande samhället. Detta ökar både produktiviteten och mångfalden i samhället.


                                                                                                Kapitel 54 - Ekosystem

                                                                                                • Ekosystemekologer ser på ekosystem som transformatorer av energi och bearbetare av materia.
                                                                                                • Vi kan följa omvandlingen av energi genom att gruppera arterna i ett samhälle i trofiska nivåer av utfodringsförhållanden.

                                                                                                Ekosystem lyder fysiska lagar.

                                                                                                • Lagen om energibevarande säger att energi inte kan skapas eller förstöras utan bara omvandlas.
                                                                                                  • Växter och andra fotosyntetiska organismer omvandlar solenergi till kemisk energi, men den totala mängden energi förändras inte.
                                                                                                  • Den totala mängden energi som lagras i organiska molekyler plus de mängder som reflekteras och försvinner som värme måste vara lika med den totala solenergin som fångas upp av anläggningen.
                                                                                                  • Vi kan mäta effektiviteten av ekologiska energiomvandlingar.
                                                                                                  • En kol- eller kväveatom rör sig från en trofisk nivå till en annan och så småningom till nedbrytarna och tillbaka igen.

                                                                                                  Trofiska samband bestämmer vägarna för energiflöde och kemisk kretslopp i ekosystem.

                                                                                                  • Autotrofer, de primära producenterna av ekosystemet, stöder i slutändan alla andra organismer.
                                                                                                    • De flesta autotrofer är fotosyntetiska växter, alger eller bakterier som använder ljusenergi för att syntetisera sockerarter och andra organiska föreningar.
                                                                                                    • Kemosyntetiska prokaryoter är de primära producenterna i hydrotermiska öppningar i djuphavet.
                                                                                                    • Växtätare som äter primärproducenter kallas primärkonsumenter.
                                                                                                    • Köttätare som äter växtätare kallas sekundära konsumenter.
                                                                                                    • Köttätare som äter sekundära producenter kallas tertiära konsumenter.
                                                                                                    • De får energi från detritus, icke-levande organiskt material som rester av döda organismer, avföring, nedfallna löv och trä.
                                                                                                    • Detritivorer spelar en viktig roll i materialcykling.

                                                                                                    Nedbrytning förbinder alla trofiska nivåer.

                                                                                                    • De organismer som livnär sig som detritivorer utgör en viktig länk mellan primärproducenterna och konsumenterna i ett ekosystem.
                                                                                                    • Detritivorer spelar en viktig roll för att göra kemiska grundämnen tillgängliga för producenter.
                                                                                                      • Detritivorer bryter ner organiskt material och överför kemiska element i oorganiska former till abiotiska reservoarer som jord, vatten och luft.

                                                                                                      Koncept 54.2 Fysikaliska och kemiska faktorer begränsar primärproduktionen i ekosystemen

                                                                                                        Mängden ljusenergi som omvandlas till kemisk energi av ett ekosystems autotrofer under en given tidsperiod är ett ekosystems primärproduktion.

                                                                                                      Ett ekosystems energibudget beror på primärproduktion.

                                                                                                      • De flesta primärproducenter använder ljusenergi för att syntetisera organiska molekyler, som kan brytas ned för att producera ATP.
                                                                                                      • Mängden fotosyntetisk produktion sätter utgiftsgränsen för hela ekosystemet.
                                                                                                      • En global energibudget kan analyseras.
                                                                                                        • Varje dag bombarderas jorden av cirka 1023 joule solstrålning.
                                                                                                          • Intensiteten hos solenergin som träffar jorden varierar med latitud, där tropikerna får den största insatsen.
                                                                                                          • Det mesta av denna strålning sprids, absorberas eller reflekteras av atmosfären.
                                                                                                          • Mycket av solstrålningen som når jordens yta landar på bar mark eller vattenmassor som antingen absorberar eller reflekterar energin.
                                                                                                          • Endast en liten del träffar faktiskt alger, fotosyntetiska prokaryoter eller växter, och endast en del av dessa har våglängder som är lämpliga för fotosyntes.
                                                                                                          • Av det synliga ljuset som når fotosyntetiska organismer omvandlas endast cirka 1 % till kemisk energi.
                                                                                                          • Detta är mängden ljusenergi som omvandlas till kemisk energi per tidsenhet.
                                                                                                            NPP = GPP - R
                                                                                                          • Detta bör inte förväxlas med den totala biomassan av fotosyntetiska autotrofer som finns under en given tid, vilket kallas den stående grödan.
                                                                                                          • Primärproduktion är mängden ny biomassa som tillförs under en given tidsperiod.
                                                                                                          • Även om en skog har en stor stående tvärbiomassa, kan dess primärproduktion faktiskt vara mindre än vissa gräsmarker, som inte samlar växtlighet eftersom djuren konsumerar växterna snabbt.
                                                                                                          • Tropiska regnskogar är bland de mest produktiva terrestra ekosystemen.
                                                                                                          • Flodmynningar och korallrev är också mycket produktiva, men de täcker bara ett litet område jämfört med det som täcks av tropiska regnskogar.
                                                                                                          • Det öppna havet har en relativt låg produktion per ytenhet men bidrar med mer netto primärproduktion än något annat enskilt ekosystem på grund av sin mycket stora storlek.

                                                                                                          I akvatiska ekosystem begränsar ljus och näringsämnen primärproduktionen.

                                                                                                          • Ljus är en nyckelvariabel som styr primärproduktionen i haven, eftersom solstrålning bara kan tränga in till ett visst djup som kallas den fotografiska zonen.
                                                                                                            • Den första metern vatten absorberar mer än hälften av solstrålningen.
                                                                                                            • Det finns ingen sådan gradient.
                                                                                                            • Det finns delar av havet i tropikerna och subtroperna som uppvisar låg primärproduktion, medan vissa havsregioner på hög latitud är relativt produktiva.
                                                                                                            • I det öppna havet är halterna av kväve och fosfor mycket låga i den fotografiska zonen men högre på djupare vatten där ljus inte tränger in.
                                                                                                            • Denna kunskap kan användas för att förhindra algblomning genom att begränsa föroreningar som gödslar växtplankton.
                                                                                                            • Till exempel har Sargassohavet en mycket låg densitet av växtplankton.
                                                                                                            • Näringsanrikningsexperiment visade att järntillgången begränsar primärproduktionen i detta område.
                                                                                                            • En massiv växtplanktonblomning inträffade, med en 27-faldig ökning av klorofyllkoncentrationen i vattenprover från testplatser.
                                                                                                            • Vindblåst damm från land levererar järn till havet, och relativt lite damm når centrala Stilla havet och Atlanten.
                                                                                                            • Järn --> cyanobakterier --> kvävefixering--> växtplanktonproduktion
                                                                                                            • Dessa områden har exceptionellt hög primärproduktion, vilket stöder hypotesen att näringstillgången avgör marin primärproduktion.
                                                                                                            • Uppströmsområden är utmärkta fiskeplatser.
                                                                                                            • Denna process kallas övergödning och har ett brett spektrum av ekologiska effekter, inklusive förlust av de flesta fiskarter.
                                                                                                            • Hans forskning ledde till användningen av fosfatfria tvättmedel och andra vattenkvalitetsreformer.

                                                                                                            I terrestra ekosystem är temperatur och fukt de nyckelfaktorer som begränsar primärproduktionen.

                                                                                                            • Tropiska regnskogar, med sina varma, våta förhållanden, är de mest produktiva av alla terrestra ekosystem.
                                                                                                            • Däremot är lågproduktiva ekosystem i allmänhet torra (öknar) eller torra och kalla (arktisk tundra).
                                                                                                            • Mellan dessa ytterligheter ligger tempererade skogs- och gräsmarksekosystem med måttligt klimat och medelhög produktivitet.
                                                                                                            • Dessa kontraster i klimatet kan representeras av ett mått som kallas faktisk evapotranspiration, vilket är den mängd vatten som årligen transpireras av växter och avdunstar från ett landskap.
                                                                                                              • Faktisk evapotranspiration ökar med nederbörd och med mängden solenergi som är tillgänglig för att driva avdunstning och transpiration.
                                                                                                              • Jordbrukare kan maximera skörden med rätt balans av näringsämnen för den lokala jorden och typen av gröda.

                                                                                                              Koncept 54.3 Energiöverföring mellan trofiska nivåer är vanligtvis mindre än 20 % effektiv

                                                                                                              • Mängden kemisk energi i konsumenternas mat som omvandlas till egen ny biomassa under en given tidsperiod kallas för sekundärproduktionen av ett ekosystem.
                                                                                                              • Vi kan mäta effektiviteten hos djur som energitransformatorer med hjälp av följande ekvation:
                                                                                                                • produktionseffektivitet = sekundär nettoproduktion / assimilering av primärproduktion
                                                                                                                • Detta skiljer sig mellan organismer.
                                                                                                                  • Fåglar och däggdjur har generellt låg produktionseffektivitet på mellan 1 % och 3 % eftersom de använder så mycket energi för att hålla en konstant kroppstemperatur.
                                                                                                                  • Fiskar har en produktionseffektivitet på cirka 10 %.
                                                                                                                  • Insekter är ännu mer effektiva, med produktionseffektivitet på i genomsnitt 40 %.
                                                                                                                  • Trofisk effektivitet måste alltid vara mindre än produktionseffektivitet eftersom de inte bara tar hänsyn till energin som förloras genom andning och som finns i avföring, utan även energin i organiskt material vid lägre trofiska nivåer som inte förbrukas.
                                                                                                                  • Trofisk effektivitet varierar vanligtvis från 5 % till 20 %.
                                                                                                                  • Med andra ord, 80–95 % av den energi som finns tillgänglig på en trofisk nivå överförs inte till nästa.
                                                                                                                  • Om 10 % av energin överförs från primärproducenter till primärkonsumenter, och 10 % av den energin överförs till sekundära konsumenter, så är endast 1 % av nettoprimärproduktionen tillgänglig för sekundära konsumenter.
                                                                                                                  • Storleken på varje block i pyramiden är proportionell mot den nya produktionen av varje trofisk nivå, uttryckt i energienheter.
                                                                                                                  • De flesta biomassapyramider minskar kraftigt från primärproducenter till köttätare på toppnivå eftersom energiöverföringar är så ineffektiva.
                                                                                                                  • I vissa akvatiska ekosystem är pyramiden inverterad och primärkonsumenter väger tyngre än producenter.
                                                                                                                  • Sådana inverterade biomassapyramider uppstår eftersom producenterna – växtplankton – växer, reproducerar sig och konsumeras av djurplankton så snabbt att de aldrig utvecklar en stor stående gröda.
                                                                                                                  • De har kort omsättningstid, vilket innebär att de har en liten stående grödabiomassa jämfört med sin produktion.
                                                                                                                    • omsättningstid = stående gröda biomassa (mg/m2) / produktion (mg/m2/dag)
                                                                                                                    • Med vissa undantag är rovdjur vanligtvis större än bytet de äter.
                                                                                                                    • Rovdjur på toppnivå tenderar att vara ganska stora djur.
                                                                                                                    • Som ett resultat är den begränsade biomassan i toppen av en ekologisk pyramid koncentrerad till ett litet antal stora individer.
                                                                                                                    • Att äta kött är ett ineffektivt sätt att utnyttja fotosyntetisk produktion.
                                                                                                                    • Jordbruket över hela världen skulle kunna föda många fler människor om alla människor matades som primära konsumenter och bara äter växtmaterial.

                                                                                                                    Växtätare konsumerar en liten andel av vegetationen: den gröna världshypotesen.

                                                                                                                    • Enligt den gröna världens hypotes konsumerar växtätare relativt lite växtbiomassa eftersom de hålls i schack av en mängd olika faktorer, inklusive rovdjur, parasiter och sjukdomar.
                                                                                                                    • Hur grön är vår värld?
                                                                                                                      • 83 × 1010 metriska ton kol lagras i växtbiomassan i terrestra ekosystem.
                                                                                                                      • Växtätare konsumerar årligen mindre än 17 % av den totala primärproduktionen.
                                                                                                                      • Växter har försvar mot växtätare.
                                                                                                                      • Näringsämnen, inte energiförsörjning, begränsar vanligtvis växtätare.
                                                                                                                        • Djur behöver vissa näringsämnen som växter tenderar att tillföra i relativt små mängder.
                                                                                                                        • Tillväxt och reproduktion av många växtätare begränsas av tillgången på viktiga näringsämnen.
                                                                                                                        • Temperatur och fukt kan begränsa bärförmågan för växtätare under den nivå som skulle ta bort vegetationen.
                                                                                                                        • Territoriellt beteende och konkurrensbeteenden kan minska växtätares befolkningstäthet.
                                                                                                                        • Parasiter, rovdjur och sjukdomar begränsar tillväxten av växtätande populationer.
                                                                                                                        • Detta gäller top-down-modellen för samhällsstruktur.

                                                                                                                        Koncept 54.4 Biologiska och geokemiska processer flyttar näringsämnen mellan organiska och oorganiska delar av ekosystemet

                                                                                                                        • Kemiska grundämnen är tillgängliga för ekosystem endast i begränsade mängder.
                                                                                                                          • Livet på jorden är beroende av återvinning av viktiga kemiska grundämnen.
                                                                                                                          • Gasformiga former av kol, syre, svavel och kväve förekommer i atmosfären, och cyklerna för dessa grundämnen är globala.
                                                                                                                          • Grundämnen som är mindre rörliga i miljön, såsom fosfor, kalium, kalcium och spårämnen, cirkulerar i allmänhet i en mer lokal skala på kort sikt.
                                                                                                                            • Jord är den huvudsakliga abiotiska reservoaren för dessa grundämnen.
                                                                                                                            • Varje reservoar definieras av två egenskaper: om den innehåller organiska eller oorganiska material och om materialen är direkt tillgängliga för användning av organismer eller inte.
                                                                                                                            • Ekologer studerar kemisk kretslopp genom att lägga till små mängder radioaktiva isotoper till de grundämnen de spårar.

                                                                                                                            Det finns ett antal viktiga biogeokemiska kretslopp.

                                                                                                                            Vattnets kretslopp

                                                                                                                            • Biologisk betydelse
                                                                                                                              • Vatten är viktigt för alla organismer och dess tillgänglighet påverkar hastigheten i ekosystemprocesser.
                                                                                                                              • Flytande vatten är den primära formen i vilken vatten används.
                                                                                                                              • Havet innehåller 97 % av vattnet i biosfären.
                                                                                                                              • 2 % är bunden som is och 1 % är i sjöar, floder och grundvatten.
                                                                                                                              • En försumbar mängd finns i atmosfären.
                                                                                                                              • De huvudsakliga processerna som driver vattnets kretslopp är avdunstning av flytande vatten genom solenergi, kondensering av vattenånga till moln och nederbörd.
                                                                                                                              • Transpiration av landväxter flyttar betydande mängder vatten.
                                                                                                                              • Yt- och grundvattenflödet återför vatten till haven.

                                                                                                                              Kolets kretslopp

                                                                                                                              • Biologisk betydelse
                                                                                                                                • Organiska molekyler har ett kolramverk.
                                                                                                                                • Autotrofer omvandlar koldioxid till organiska molekyler som används av heterotrofer.
                                                                                                                                • De viktigaste reservoarerna av kol inkluderar fossila bränslen, jordar, akvatiska sediment, haven, växt- och djurbiomassa och atmosfären (CO2).
                                                                                                                                • Fotosyntes av växter och växtplankton fixerar atmosfärisk CO2.
                                                                                                                                • CO2 tillförs atmosfären genom cellulär andning hos producenter och konsumenter.
                                                                                                                                • Vulkaner och förbränning av fossila bränslen tillför CO2 till atmosfären.

                                                                                                                                Kvävets kretslopp

                                                                                                                                • Biologisk betydelse
                                                                                                                                  • Kväve är en komponent av aminosyror, proteiner och nukleinsyror.
                                                                                                                                  • Det kan vara ett begränsande växtnäringsämne.
                                                                                                                                  • Växter och alger kan använda ammonium (NH4+) eller nitrat (NO3?).
                                                                                                                                  • Olika bakterier kan också använda NH4+, NO3? eller NO2.
                                                                                                                                  • Djur kan endast använda organiska former av kväve.
                                                                                                                                  • Den huvudsakliga reservoaren av kväve är atmosfären, som är 80 % kvävgas (N2).
                                                                                                                                  • Kväve är också bundet i jordar och sediment från sjöar, floder och hav.
                                                                                                                                  • En del kväve löses i ytvatten och grundvatten.
                                                                                                                                  • Kväve lagras i levande biomassa.
                                                                                                                                  • Kväve kommer in i ekosystemen främst genom bakteriell kvävefixering.
                                                                                                                                    • En del kväve fixeras genom blixtnedslag och industriell gödselproduktion.

                                                                                                                                    Fosforcykeln

                                                                                                                                    • Biologisk betydelse
                                                                                                                                      • Fosfor är en komponent i nukleinsyror, fosfolipider och ATP och andra energilagrande molekyler.
                                                                                                                                      • Det är en mineralbeståndsdel av ben och tänder.
                                                                                                                                      • Den enda biologiskt viktiga oorganiska formen av fosfor är fosfat (PO43?), som växter absorberar och använder för att syntetisera organiska föreningar.
                                                                                                                                      • Den största reservoaren av fosfor är sedimentära bergarter av marint ursprung.
                                                                                                                                      • Det finns också stora mängder fosfor i jordar, löst i haven och i organismer.
                                                                                                                                      • Vittring av stenar tillför gradvis fosfat till jorden.
                                                                                                                                      • En del fosfat läcker ut i grundvatten och ytvatten och går till havet.
                                                                                                                                      • Fosfat kan tas upp av producenter och ingå i organiskt material.
                                                                                                                                      • Det återförs till mark eller vatten genom nedbrytning av biomassa eller utsöndring av konsumenter.

                                                                                                                                      Nedbrytningshastigheter bestämmer till stor del hastigheten för näringsämnescykler.

                                                                                                                                      • Hastigheterna med vilka näringsämnen cirkulerar i olika ekosystem är extremt varierande som ett resultat av varierande nedbrytningshastigheter.
                                                                                                                                        • Nedbrytningen tar i genomsnitt fyra till sex år i tempererade skogar, medan i en tropisk regnskog bryts det mesta organiskt material ned på några månader till några år.
                                                                                                                                        • Skillnaden är till stor del ett resultat av varmare temperaturer och rikligare nederbörd i tropiska regnskogar.
                                                                                                                                        • 75 % av näringsämnena i ekosystemet finns i trädens vedartade stammar.
                                                                                                                                        • 10 % av näringsämnena är koncentrerade i jorden.
                                                                                                                                        • Men alger och vattenväxter tillgodogör sig vanligtvis näring direkt från vattnet.
                                                                                                                                        • Vattensediment kan utgöra en näringssänka.

                                                                                                                                        Näringskretslopp är starkt reglerat av vegetation.

                                                                                                                                        • Långsiktig ekologisk forskning (LTER) övervakar ekosystemens dynamik över långa tidsperioder.
                                                                                                                                          • Hubbard Brook Experimental Forest har studerats sedan 1963.
                                                                                                                                          • Studieplatsen är en lövskog med flera dalar, var och en dränerad av en liten bäck som är en biflod till Hubbard Brook.
                                                                                                                                          • Allt det ursprungliga växtmaterialet lämnades på plats för att sönderdela.
                                                                                                                                          • Koncentrationen av Ca2+ i bäcken ökade fyrfaldigt, medan koncentrationen av K+ ökade med en faktor 15.
                                                                                                                                          • Nitratförlusten ökade med en faktor 60.

                                                                                                                                          Koncept 54.5 Den mänskliga befolkningen stör kemiska kretslopp i hela biosfären

                                                                                                                                            Mänskliga aktiviteter och teknologier har stört den trofiska strukturen, energiflödet och kemiska kretsloppen i ekosystem över hela världen.

                                                                                                                                          Den mänskliga befolkningen flyttar näringsämnen från en del av biosfären till en annan.

                                                                                                                                          • Mänsklig aktivitet inkräktar på näringsämnenas kretslopp.
                                                                                                                                            • Näringsämnen från jordbruksjorden kan rinna av i vattendrag och sjöar, tömma näringsämnen i ett område, orsaka överskott i ett annat och störa kemiska kretslopp på båda ställena.
                                                                                                                                            • Människor lägger också till helt nya material - många giftiga - till ekosystemen.
                                                                                                                                            • Efter ett tag kan det naturliga förrådet av näringsämnen bli uttömt.
                                                                                                                                            • Jorden kan inte användas för att odla grödor utan näringstillskott.
                                                                                                                                            • Plöjning och blandning av jorden ökar nedbrytningshastigheten av organiskt material, vilket frigör användbart kväve som sedan avlägsnas från ekosystemet när grödor skördas.
                                                                                                                                            • Detta kan öka mängden kväveoxider i atmosfären och bidra till atmosfärisk uppvärmning, utarmning av ozon och eventuellt sur nederbörd.
                                                                                                                                            • Kvävehaltiga mineraler i jorden som överstiger den kritiska belastningen läcker så småningom ut i grundvattnet eller rinner ut i sötvatten och marina ekosystem, förorenar vattenförsörjningen, kväver vattendrag och dödar fisk.
                                                                                                                                            • I en oligotrofisk sjö är primärproduktiviteten relativt låg eftersom de mineralnäringsämnen som växtplankton kräver är knappa.
                                                                                                                                            • Den totala produktiviteten är högre i eutrofa sjöar.
                                                                                                                                            • Avloppsvatten och fabriksavfall och avrinning av animaliskt avfall från betesmarker och lagergårdar har överbelastat många sötvattenströmmar och sjöar med kväve.
                                                                                                                                            • Detta resulterar i en explosiv ökning av densiteten av fotosyntetiska organismer, frigörs från näringsbegränsningar.
                                                                                                                                            • Grunda områden blir kvävda av ogräs och alger.
                                                                                                                                            • När fotosyntetiska organismer dör och organiskt material ansamlas på sjöns botten, använder detritivorer allt tillgängligt syre i de djupare vattnen.
                                                                                                                                            • Detta kan eliminera fiskarter.

                                                                                                                                            Förbränning av fossila bränslen är den främsta orsaken till sur nederbörd.

                                                                                                                                            • Förbränning av fossila bränslen frigör oxider av svavel och kväve som reagerar med vatten i atmosfären och producerar svavelsyra och salpetersyra.
                                                                                                                                            • Dessa syror faller tillbaka till jorden som sur nederbörd – regn, snö, snöslask eller dimma med ett pH lägre än 5,6.
                                                                                                                                            • Sur nederbörd är ett regionalt eller globalt problem, snarare än ett lokalt.
                                                                                                                                              • De höga avgasstaplarna byggda för smältverk och genereringsplaner exporterar problemet långt medvind.
                                                                                                                                              • Med sänkt pH läcker kalcium och andra näringsämnen från jorden.
                                                                                                                                              • De resulterande näringsbristerna påverkar växternas hälsa och begränsar deras tillväxt.
                                                                                                                                              • Sjöar som ligger under granitberggrunden har dålig buffringsförmåga på grund av låga bikarbonathalter.
                                                                                                                                              • Fiskpopulationer har minskat i många sjöar i Norge, Sverige och Kanada när pH-nivåerna sjunker.
                                                                                                                                                • Sjööring är keystone rovdjur i många kanadensiska sjöar.
                                                                                                                                                • När de ersätts av syratoleranta arter förändras dynamiken i näringsnäten i sjöarna dramatiskt.
                                                                                                                                                • Vattenkemin i många bäckar och sötvattensjöar förbättras sakta som ett resultat.
                                                                                                                                                • Ekologer uppskattar att det kommer att ta ytterligare 10 till 20 år för dessa ekosystem att återhämta sig, även om utsläppen fortsätter att minska.

                                                                                                                                                Toxiner kan koncentreras i på varandra följande trofiska nivåer av näringsnät.

                                                                                                                                                • Människor introducerar många giftiga kemikalier i ekosystemen.
                                                                                                                                                  • Dessa ämnen intas och metaboliseras av organismer och kan ackumuleras i djurens fettvävnader.
                                                                                                                                                  • Dessa toxiner blir mer koncentrerade i på varandra följande trofiska nivåer i en näringsväv, en process som kallas biologisk förstoring.
                                                                                                                                                    • Förstoring uppstår eftersom biomassan vid en given trofisk nivå produceras från en mycket större biomassa som intas från nivån under.
                                                                                                                                                    • Sålunda tenderar köttätare på toppnivå att vara de organismer som drabbas hårdast av giftiga föreningar i miljön.
                                                                                                                                                    • Till exempel drevs kvicksilver ut rutinmässigt i floder och hav i en olöslig form.
                                                                                                                                                    • Bakterier i bottenleran omvandlade den till metylkvicksilver, en extremt giftig löslig förening som ackumulerades i vävnader hos organismer, inklusive människor som fiskade i förorenat vatten.

                                                                                                                                                    Mänskliga aktiviteter kan orsaka klimatförändringar genom att öka koldioxiden i atmosfären.

                                                                                                                                                    • Sedan den industriella revolutionen har koncentrationen av CO2 i atmosfären ökat kraftigt till följd av förbränning av fossila bränslen och trä som avlägsnats genom avskogning.
                                                                                                                                                      • Den genomsnittliga CO2-koncentrationen i miljön var 274 ppm före 1850.
                                                                                                                                                      • Mätningarna 1958 visade 316 ppm och har ökat till 370 ppm idag.
                                                                                                                                                      • Till exempel kan majs ersättas på gårdar med vete och sojabönor.
                                                                                                                                                      • FACTS-1-studien testar hur förhöjd CO2 påverkar trädtillväxt, kolkoncentration i jordar, insektspopulationer, markfuktighet, underliggande växttillväxt och andra faktorer under en tioårsperiod.
                                                                                                                                                      • När ljusenergi träffar jorden reflekteras mycket av den från ytan.
                                                                                                                                                        • CO2 gör att jorden håller kvar en del av den energi som vanligtvis skulle fly ut från atmosfären.
                                                                                                                                                          • Detta fenomen kallas växthuseffekten.
                                                                                                                                                          • Om det inte vore för denna effekt skulle den genomsnittliga lufttemperaturen på jorden vara ?18°C.
                                                                                                                                                          • Ett antal studier förutspår att i slutet av 2000-talet kommer atmosfärens CO2-koncentration att ha fördubblats och den globala medeltemperaturen kommer att stiga med 2°C.
                                                                                                                                                          • Om ökade temperaturer fick polarisarna att smälta skulle havsnivån stiga med uppskattningsvis 100 m, vilket översvämmar kustområden 150 km inåt landet från nuvarande kustlinjer.
                                                                                                                                                          • En uppvärmningstrend skulle också förändra den geografiska fördelningen av nederbörd, vilket gör stora amerikanska jordbruksområden mycket torrare.

                                                                                                                                                          Mänskliga aktiviteter bryter ner atmosfärens ozon.

                                                                                                                                                          • Livet på jorden skyddas från de skadliga effekterna av ultraviolett strålning (UV) av ett lager av O3, eller ozon, som finns i den nedre stratosfären.
                                                                                                                                                          • Studier tyder på att ozonskiktet gradvis har "tunnat ut" sedan 1975.
                                                                                                                                                          • Förstörelsen av ozon beror troligen på ackumulering av CFC, eller klorfluorkolväten – kemikalier som används i kylning, som drivmedel i aerosolburkar och för vissa tillverkningsprocesser.
                                                                                                                                                            • Nedbrytningsprodukterna från dessa kemikalier stiger till stratosfären, där kloret de innehåller reagerar med ozon för att reducera det till O2.
                                                                                                                                                              • Efterföljande reaktioner frigör klor, vilket gör att det kan reagera med andra ozonmolekyler i en katalytisk kedjereaktion.
                                                                                                                                                              • På medelbreddgrader har ozonhalterna minskat med 2–10 % under de senaste 20 åren.
                                                                                                                                                              • Vissa forskare förväntar sig ökningar av hudcancer och grå starr, såväl som oförutsägbara effekter på grödor och naturliga samhällen.
                                                                                                                                                              • Även om alla klorfluorkolväten skulle vara förbjudna globalt idag, kommer klormolekyler som redan finns i atmosfären att fortsätta att minska ozonnivåerna i minst ett sekel.

                                                                                                                                                              Föreläsningsöversikt för Campbell/Reece Biology, 7:e upplagan, © Pearson Education, Inc. 54-9


                                                                                                                                                              Titta på videon: energiflöde cirkulerande ämnen (Juli 2022).


Kommentarer:

  1. Banner

    Wonderful, useful phrase

  2. Khayyat

    Jag tror att du begår ett fel. Jag kan försvara positionen. Skriv till mig i PM, vi kommer att prata.



Skriv ett meddelande