Aliran tenaga dalam ekosistem

Di mana ia berlaku

Aliran tenaga berlaku sepanjang setiap rantai makanan dan jaring makanan, bermula dengan cahaya matahari dan melalui setiap aras trofik secara bergilir: pengeluar, pengguna primer, pengguna sekunder, dan seterusnya.

Titik masuknya ialah kloroplas pengeluar, tumbuhan hijau, alga atau bakteria berfotosintesis, di mana tenaga cahaya ditukarkan kepada tenaga kimia dalam glukosa. Dari situ tenaga dipindahkan dari satu organisma ke organisma lain apabila satu memakan yang lain: di sawah padi, pokok padi → belalang → katak → ular; di kolam, fitoplankton → zooplankton → ikan kecil → burung pucung.

Satu cabang berasingan melalui pengurai, iaitu bakteria dan kulat, yang memperoleh tenaga daripada organisma mati dan bahan buangan pada setiap aras trofik. Apa pun laluannya, setiap organisma membebaskan sebahagian besar tenaga yang diterimanya sebagai haba melalui respirasi, dan haba itu meninggalkan ekosistem untuk selama-lamanya.

Bahan masuk dan hasil

• Bahan masuk: tenaga cahaya daripada matahari, yang hanya sebahagian kecil ditangkap oleh pengeluar, kebanyakan cahaya matahari dipantulkan, menembusi daun atau jatuh ke tanah kosong dan air.
• Bahan masuk pada setiap aras pengguna: tenaga kimia dalam makanan yang dimakan, diukur sebagai tenaga per unit luas per tahun (contohnya kJ m⁻² tahun⁻¹) dalam gambar rajah aliran tenaga.
• Hasil: tenaga tersimpan dalam biojisim baharu pada setiap aras, iaitu satu-satunya bahagian yang tersedia untuk aras trofik seterusnya.
• Hasil: haba yang dibebaskan semasa respirasi pada setiap aras, yang tidak boleh ditangkap semula oleh mana-mana organisma.
• Hasil: tenaga dalam najis, air kencing dan sisa mati, yang dipindahkan kepada pengurai dan bukan kepada pengguna seterusnya.
• Hasil bersih: aliran sehala, tenaga masuk sebagai cahaya, dipindahkan sepanjang rantai, dan keluar sebagai haba, jadi ekosistem memerlukan bekalan cahaya matahari yang berterusan.

Langkah-langkahnya

1. Cahaya matahari sampai kepada pengeluar; hanya sebahagian kecil diserap oleh klorofil dan ditetapkan melalui fotosintesis menjadi glukosa, yang kemudian dibina menjadi biojisim tumbuhan.
2. Pengeluar menggunakan sebahagian tenaga kimia itu untuk respirasinya sendiri, membebaskan haba; bakinya disimpan sebagai tisu baharu, daun, batang, akar, biji benih.
3. Pengguna primer (herbivor) memakan pengeluar, mengambil tenaga yang tersimpan dalam tisu yang dimakannya; bahagian yang tidak dimakan, seperti akar, kekal pada pengeluar.
4. Sebahagian makanan tidak dapat dicerna dan keluar daripada herbivor sebagai najis; tenaga dalam bahan buangan bernitrogen hilang dalam air kencing.
5. Herbivor berespirasi, menggunakan tenaga untuk pergerakan, kehangatan dan penyelenggaraan serta membebaskannya sebagai haba; hanya bakinya membina biojisim herbivor.
6. Pengguna sekunder (karnivor) memakan herbivor dan mengulangi corak kehilangan yang sama; pengguna tertier kemudian mungkin memakan karnivor itu.
7. Pada setiap pemindahan hanya kira-kira 10% tenaga dalam satu aras disimpan sebagai biojisim pada aras seterusnya, jadi tenaga yang tersedia mengecil dengan cepat sepanjang rantai.
8. Pengurai menguraikan najis dan organisma mati daripada setiap aras, membebaskan baki tenaga tersimpan sebagai haba sambil mengembalikan nutrien ke tanah.

Mengapa ia penting dan bagaimana ia dikawal

Oleh sebab begitu banyak tenaga hilang pada setiap aras trofik, rantai makanan jarang mempunyai lebih daripada empat atau lima aras, kerana tidak cukup tenaga tinggal untuk menyokong satu lagi aras pengguna. Inilah juga sebabnya piramid tenaga, tidak seperti piramid bilangan, sentiasa tegak, dengan setiap aras memegang kurang tenaga daripada aras di bawahnya.

Jumlah tenaga yang sampai ke setiap aras ditentukan oleh kadar fotosintesis pengeluar, yang bergantung pada keamatan cahaya, suhu, air dan karbon dioksida, serta oleh kecekapan setiap pemindahan. Pengguna berdarah panas kehilangan bahagian tenaga yang lebih besar sebagai haba berbanding yang berdarah sejuk, jadi rantai yang berakhir dengan mamalia menampung populasi akhir yang lebih kecil daripada rantai yang berakhir dengan reptilia bersaiz sama.

Oleh sebab kehilangan berganda pada setiap langkah, biojisim dan bilangan organisma biasanya menurun dari pengeluar ke pengguna tertinggi, dan karnivor tertinggi dalam sesuatu habitat sentiasa jarang berbanding tumbuhan yang akhirnya memberinya makan.

Aliran tenaga berbeza daripada kitaran bahan. Karbon, nitrogen dan air dikitar semula antara organisma dan persekitaran tanpa henti, tetapi tenaga tidak: sebaik sahaja dibebaskan sebagai haba, ia tidak boleh digunakan lagi oleh mana-mana organisma.

Inilah sebab kedua-dua topik ini diperiksa bersama, soalan tentang kitar karbon sering meminta anda menerangkan mengapa karbon berkitar tetapi tenaga mengalir. Ia juga menerangkan satu prinsip praktikal: menanam tanaman untuk dimakan terus oleh manusia memberi makan jauh lebih ramai orang daripada tanah yang sama berbanding memberi tanaman itu kepada ternakan dahulu, kerana satu aras trofik kehilangan dihapuskan.

Piramid bilangan, biojisim dan tenaga

Bagaimana ia diperiksa

Anda mungkin diminta menerangkan mengapa hanya sebahagian kecil peratusan tenaga dipindahkan ke aras trofik seterusnya, menerangkan mengapa rantai makanan biasanya pendek, atau mentafsir atau melukis piramid tenaga.

Soalan berstruktur yang lazim memberi kandungan tenaga setiap aras dalam rantai makanan, contohnya pengeluar 20 000 kJ m⁻² tahun⁻¹ dan pengguna primer 2 000 kJ m⁻² tahun⁻¹, dan meminta anda mengira peratus yang dipindahkan, menamakan ke mana tenaga yang hilang itu pergi dan menerangkan mengapa rantai berhenti selepas aras tertentu. Jawapan pengiraan perlu menunjukkan jalan kerja: tenaga pada aras lebih tinggi dibahagi dengan tenaga pada aras lebih rendah, didarab dengan 100.

Item berasaskan data mungkin memberi piramid bilangan bagi pokok oak, ulat beluncas dan burung dan bertanya mengapa ia songsang, atau meminta anda melukis piramid tenaga mengikut skala. Soalan esei sering mengaitkan aliran tenaga dengan pengeluaran makanan, bertanya mengapa diet vegetarian atau penternakan ikan menggunakan tenaga dengan lebih cekap.

Salah faham biasa

Soalan contoh gaya peperiksaan

Soalan. Dalam ekosistem padang rumput, tenaga yang ditetapkan oleh rumput ialah 30 000 kJ m⁻² tahun⁻¹. Belalang yang memakan rumput menyimpan 3 300 kJ m⁻² tahun⁻¹ sebagai biojisim baharu, dan cicak yang memakan belalang menyimpan 280 kJ m⁻² tahun⁻¹.

(a) Hitung peratus tenaga yang dipindahkan daripada rumput kepada belalang. (b) Terangkan tiga cara tenaga hilang antara belalang dan cicak.

(c) Cadangkan mengapa tiada aras trofik keempat dalam ekosistem ini. (d) Nyatakan jenis piramid ekologi yang sentiasa tegak bagi rantai makanan ini, dan beri sebabnya.

Jawapan model. (a) 3 300 ÷ 30 000 × 100 = 11% (jalan kerja ditunjukkan). (b) Tenaga hilang sebagai haba yang dibebaskan semasa respirasi oleh belalang; tenaga kekal dalam bahagian belalang yang tidak dimakan atau dalam bahan yang tidak dapat dicerna oleh cicak, yang keluar sebagai najis; tenaga hilang dalam hasil perkumuhan seperti bahan buangan bernitrogen; tenaga yang digunakan untuk pergerakan juga diterima.

(c) Hanya 280 kJ m⁻² tahun⁻¹ sampai kepada cicak, dan kira-kira 10% daripadanya, lebih kurang 28 kJ m⁻² tahun⁻¹, akan tersedia untuk pengguna seterusnya, iaitu tenaga yang terlalu sedikit untuk menampung populasi yang berdaya maju bagi pemangsa yang lebih besar. (d) Piramid tenaga, kerana tenaga hilang pada setiap pemindahan, jadi setiap aras sentiasa mengandungi kurang tenaga daripada aras di bawahnya; ia diukur sepanjang setahun, jadi tidak dipengaruhi oleh saiz atau bilangan organisma.

Sumber:SRC-DSKP-EN

Soalan lazim