Alan: Ekoloji · Düzey: İleri IBO
Enerji akışı ile madde döngüsü
Ekosistemlerde birincil üreticiler ışık veya kimyasal enerji kaynaklarından organik madde üretir. Brüt birincil üretim GPP, üreticilerin sabitlediği toplam karbon/enerjiyle; net birincil üretim NPP=GPP−R_ototrof ile ilişkilidir. NPP heterotroflar ve detrital yol için kullanılabilir organik üretimin bir ölçüsüdür. Bir organizmanın biyokütlesi, üretkenlik hızıyla aynı değildir: büyük biyokütle düşük dönüşüm hızı gösterebilir. Bir trofik düzeyin üretiminin yalnız bir bölümü bir üst düzeyin üretimine dönüşür. Solunumla açığa çıkan enerji çevreye ısı olarak yayılır. Tüketilmeyen veya sindirilmeyen organik maddedeki enerji ise detrital besin ağına aktarılabilir. %10 aktarım bazı besin ağlarını örnekleyen yaklaşık bir değerdir.
Karbon, azot ve fosfor biyosferde farklı havuzlar arasında dolaşır. Azot fiksasyonu N₂'yi biyolojik kullanılabilir hâle getirirken, nitrifikasyon amonyumu nitrit ve nitrata; denitrifikasyon bazı koşullarda nitratı gaz hâlindeki azot türlerine dönüştürebilir. Bu süreçler birçok farklı mikroorganizma ve çevresel koşulla ilişkilidir. Oksijen seviyesi, redoks durumu ve substrat erişimi süreçlerin yönünü etkiler. Gübreleme sonrası sucul sistemlerde alg artışı ve sonradan ayrıştırıcı solunumu nedeniyle oksijen düşmesi görülebilir; fakat tek bir büyüme gözlemiyle belirli nutrientin sınırlayıcı olduğu kanıtlanmaz.
Nicel karbon bütçesi
Bir çayırda GPP=1600 g C m⁻² yıl⁻¹, üretici solunumu=900 g C m⁻² yıl⁻¹ ise NPP=700 g C m⁻² yıl⁻¹. Bunun 180 g C'si otçullar tarafından tüketiliyorsa tüketim/NPP oranı 180/700≈%25,7'dir; bu oran birincil tüketicilerin büyüme verimi değildir. İki trofik düzey arasındaki üretim aktarım verimi, tüketicinin net üretiminin üreticinin net birincil üretimine oranıdır. Tüketicinin ne kadar besin aldığı, bu oranı tek başına vermez.
Çözümlü problem
Bir üretici trofik düzeyden 5000 kJ enerji alan otçulun, bu enerjinin 1200 kJ'sini asimile ettiği ve 900 kJ'sini solunumda kullandığı ölçülüyor. Otçulun net üretimi kaç kJ'dür?
A) 100 B) 300 C) 900 D) 1200 E) 3800
Yanıt B. Asimile edilen 1200−solunum 900=300 kJ (diğer kayıplar yok varsayımıyla). Tüketim 5000 kJ olduğuna göre asimilasyon verimi %24, net üretim/tüketim %6'dır.
Kaynak yönlendirmesi: OpenStax Biology 2e, 46.1–46.3.
İleri uygulama · Enerji verimi hesabında yanlış payda seçimi
Bir heterotrof için tüketim, asimilasyon, solunum ve üretim birbirinden ayrıdır. Asimilasyon verimi asimilasyon/tüketim; net büyüme verimi üretim/asimilasyon; tüketilen besinin net üretime dönüşme oranı üretim/tüketim olarak yazılır. İki trofik düzey arasındaki üretim aktarım verimi ise üst düzeyin üretiminin alt düzeyin üretimine oranıdır. Farklı yayınlarda 'verim' kelimesi için farklı tanımlar kullanıldığından paydayı açık yazmak gerekir. Detrital besin zincirleri, tüketilmeyen üretici biyokütlesinin ayrıştırıcılar üzerinden enerji akışına katılmasını sağlar.
İkinci analitik soru: Tüketim 6000, asimilasyon 1800 ve solunum 1350 kJ ise üretim 450 kJ'dür. Asimilasyon verimi %30, asimile edilenin üretime ayrılan payı %25, tüketimin üretime dönüşen payı %7,5. Bu oranlardan hiçbiri tek başına tüm ekosistemin enerji aktarım katsayısı değildir.