Circulatia energiei si materiei in ecosisteme

CIRCULATIA ENERGIEI SI MATERIEI IN ECOSISTEME

Orice ecosistem indeplineste doua functii: cea de circulatie a energiei si cea de circulatie a materiei. Fluxul de energie si materie reprezinta trecerea energiei si materiei sub forma de hrana, din mediul abiotic in corpul plantelor si animalelor aflate pe diverse nivele trofice. Aportul continuu de energie si hrana asigura mentinerea vietii pe Pamant.

Functia energetica este principala functie a oricarui sistem ecologic prin care se asigura si se mentine structura si functionalitatea ecosistemelor.

Fluxul de energie in ecosisteme

Principala sursa de energie intr-un ecosistem o reprezinta energia solara (cca.99%) si energia rezultata din diverse reactii chimice (cca.1%). In toate ecosistemele energia circula sub forma energiei chimice inglobate in substantele organice din biomasa vegetala si animala.

Orice ecosistem primeste si consuma energie. Activitatea energetica a ecosistemelor este coordonata de cele doua principii de baza ale termodinamicii:

1. principul conservarii energiei (energia nu este nici creata nici distrusa, ci doar transformata);

2. principiul degradarii energiei (nu toata energia primita se foloseste in mod util, o parte este transformata ireversibil in caldura).

Conform acestor legi, energia se transforma continuu in ecosistem fara a fi creata sau distrusa vreodata. Fiecare transformare de energie este insotita de o degradare a sa, de la forma concentrata (ex. Energia chimica potentiala) la forma dispersata, nedisponibila (ex. caldura elaborata de organisme). Nici o transformare de energie nu se realizeaza cu o eficienta de 100%.

Principala sursa de energie pentru ecosistemele naturale si artificiale este energia solara, alcatuita dintr-un ansamblu de radiatii cu diferite lungimi de unda (vizibile - energia luminoasa si invizibile: ultraviolete, infrarosii, raze X).

La suprafata pamantului ajunge doar 48% din totalul energiei solare, restul de 52% fiind absorbita de atmosfera (de stratul de ozon, vaporii de apa si particulele de praf din atmosfera). Apa, solul si vegetatia absorb 20% din energia solara incidenta, restul energiei fiind reflectata de pe pamant in atmosfera.

Plantele folosesc energia solara pentru producerea de substante organice si pentru mentinerea functiilor vitale. Frunzele plantelor nu folosesc intreaga cantitate de lumina a razelor solare care cad pe ele, pentru ca o parte din radiatiile solare sunt reflectate in spatiu, de pe suprafata frunzelor. Alta parte din radiatii trec prin frunze si numai o mica parte (cca. 1-5%) este absorbita si utilizata.

Din aceasta energie absorbita, o mare parte este transformata in caldura si se pierde prin iradiere, iar o alta parte este utilizata in procesul de transpiratie. Numai o mica parte din energia solara este folosita in fotosinteza pentru productia primara.

Prin aceasta, plantele verzi asigura unica posibilitate terestra de stocare si transformare a energiei solare in energie chimica acumulata in structura substantelor organice fotosintetizate.

Fotosinteza este un proces natural prin care plantele si unele microorganisme fotosintetizatoare utilizeaza energia solara exogena pentru biosinteza materiei organice proprii. Fenomenul este realizat pe baza pigmentului clorofilian din citoplasma celulei vegetale care, in prezenta luminii, declanseaza descompunerea apei in oxigen, protoni si electroni.

Energia rezultata din fotoliza apei (captata de electroni si protoni) este transformata in energie chimica potentiala si este stocata la nivelul compusilor energetici ATP (adenozin-trifosfat). Acesti compusi furnizeaza energia necesara pentru biosinteza substantelor organice proprii regnului vegetal. In urma procesului de fotosinteza plantele elibereaza pe seama dioxidului de carbon preluat din aer, oxigenul atat de necesar respiratiei tuturor organismelor din regnul animal, vegetal, si chiar microbian (bacteriile aerobe).

Cantitatea de energie asimilata prin fotosinteza plantelor dintr-un ecosistem se numeste productie primara bruta (PPB). Ea se exprima in g /m /an, mg/l/an sau kg/ha/an. Din aceasta o parte se pierde fiind utilizata in metabolism, respiratie, miscare si mentinerea unei temperaturi constante in corpul animalelor (evapo-transpiratie). Ceea ce ramane reprezinta energia utilizata de plante pentru producerea de substante organice, ce intra in structura biomasei. Ea se numeste productia primara neta (PPN). Diferenta dintre PPB si PPN reprezinta consumul plantelor pentru propriile procese metabolice.

Prin urmare, energia care intra intr-un ecosistem circula intr-un flux discontinuu prin intermediul hranei care leaga toate populatiile de organisme (autotrofe si heterotrofe) intre ele prin lanturile alimentare (relatii trofice) si le ordoneaza pe anumite nivele ale piramidei trofice, dupa rangul dependentei de productia primara a plantelor verzi.

Substanta organica produsa de plante este folosita de catre animalele fitofage care constituie hrana pentru consumatorii primari si secundari. In acest fel energia primara stocata la nivelul masei vegetale este transferata si transformata, in intregul lant trofic, sub forma energie secundare din biomasa consumatorilor.

La fitofagi eficienta asimilarii energiei din hrana este mai mica decat la zoofagi, deoarece biomasa vegetala are un continut energetic mult mai redus, fiind mult mai bogata in celuloza care se digera cu cheltuiala energetica mult mai mare.

La carnivore rata de utilizare a energiei din hrana consumata este mult mai eficienta pentru ca valoarea nutritiva a hranei din carne este mult mai mare, iar digestia se realizeaza cu o cantitate mai redusa de energie.

Procesele de transformare a energiei dintr-o retea trofica se fac cu mari pierderi. In acest sens cercetarile lui Odum (1959) cu privire la lantul trofic: lucerna-vitel-copil, au demonstrat ca din cei 1000 kcal/zi/m de lucerna, doar 10 kcal/zi/m sunt asimilate in biomasa ierbivorelor si doar 1 kcal/zi/m ajung in biomasa copilului.

Prin urmare, relatiile trofice dintre populatiile unei biocenoze se pot analiza sub forma transferului energetic.