Piramidele trofice și transferul energiei

Într-un lanț trofic, plantele pot fi mâncate de ierbivore, iar acestea de prădători. Energia pornește, pentru majoritatea ecosistemelor, de la lumina folosită de producători. Când un animal mănâncă o plantă, doar o parte din energia din hrană ajunge în corpul lui. O parte este folosită pentru mișcare și pentru funcțiile vieții, iar multă energie se pierde sub formă de căldură.

O piramidă trofică a energiei arată câtă energie este disponibilă la fiecare nivel: producătorii sunt la bază, consumatorii de ordinul întâi deasupra lor, apoi ceilalți consumatori. Treapta de sus este întotdeauna mai îngustă: la fiecare transfer rămâne mai puțină energie pentru nivelul următor. Nu înseamnă că energia a „dispărut”; ea se transformă și o parte se răspândește ca căldură.

Există și piramide care arată numărul de indivizi sau cantitatea de materie vie. Ele răspund la alte întrebări, astfel că nu trebuie să le citești ca pe o piramidă a energiei. Un copac poate susține multe insecte: numărul indivizilor de la bază poate fi mic, dar aceasta nu inversează fluxul energiei. Pentru o schemă corectă, scrie pe fiecare treaptă ce măsori: energie, masă biologică sau număr de organisme.

Fluxul energiei este unidirecțional: intră în ecosistem prin producători, trece între nivelurile trofice și se disipează treptat ca energie termică. Productivitatea primară netă este energia fixată de producători rămasă după respirația lor și disponibilă pentru creștere și, eventual, pentru consumatori. Eficiența transferului diferă între ecosisteme; regula aproximativă de 10% nu este o lege universală. Piramida energiei se exprimă pe unitate de suprafață și timp și nu se confundă cu biomasa măsurată la un moment dat.

Piramida energiei reprezintă energia disponibilă pe unitate de suprafață și timp la fiecare nivel trofic; ea nu se inversează niciodată, deoarece transferurile au pierderi. Dacă producătorii fixează 10 000 kJ, consumatorii primari primesc doar o fracțiune. Piramidele de număr sau de biomasă se pot inversa în unele ecosisteme, dar nu schimbă sensul fluxului energetic.

Se construiesc trei tipuri de piramide. Piramida numerelor arată numărul de indivizi pe nivel; poate fi inversată, de exemplu un copac susține mii de insecte. Piramida biomasei arată masa de materie vie pe unitatea de suprafață (g/m²); în ocean este inversată la un moment dat, fiindcă fitoplanctonul are biomasă mică, dar se reînnoiește foarte rapid. Piramida energiei nu se inversează niciodată. Mărimile folosite sunt: productivitatea primară brută (PPB), energia totală fixată prin fotosinteză, și productivitatea primară netă (PPN), $PPN=PPB-R$, unde $R$ este energia consumată de producători în respirație. Eficiența transferului dintre două niveluri este $\eta =\frac{E_{n+1}}{E_n}\cdot 100$.

Exemplu rezolvat 1: eficiența transferului. Într-un ecosistem de pajiște, producătorii înmagazinează 20 000 kJ/m²/an, ierbivorele 2 000, carnivorele de ordinul I 180 și carnivorele de ordinul II 14.

1. Producători → ierbivore: $\frac{2000}{20000}\cdot 100=10\%$.
2. Ierbivore → carnivore I: $\frac{180}{2000}\cdot 100=9\%$.
3. Carnivore I → carnivore II: $\frac{14}{180}\cdot 100\approx 7,8\%$.
4. Concluzie: eficiența diferă de la un nivel la altul, iar valoarea de 10% este o aproximație medie. Cu fiecare treaptă mai puțină energie ajunge la nivelul următor, de aceea numărul verigilor din lanț este mic.

Exemplu rezolvat 2: PPN și piramida inversată. Producătorii unui lac fixează $PPB=12000$ kJ/m²/an și consumă prin respirație $R=4000$ kJ/m²/an: $PPN=12000-4000=8000$ kJ/m²/an. Biomasa fitoplanctonului este 4 g/m², iar a zooplanctonului 21 g/m²; piramida biomasei este inversată, deoarece fitoplanctonul se înmulțește de multe ori pe zi și hrana trece repede la nivelul următor. Piramida energiei, calculată pe an, rămâne dreaptă: zooplanctonul primește mai puțină energie decât fixează fitoplanctonul.

Ținând seama de aceste pierderi, numărul nivelurilor trofice este limitat la patru sau cinci. Din energia pierdută, o parte este căldură degajată prin respirație, iar o parte rămâne în resturi necomestibile (oase, păr, lemn), care ajung la descompunători. De aceea omul, ca consumator primar (cereale, legume), are la dispoziție mai multă energie din aceeași suprafață decât ca consumator secundar (carne).

Greșeli frecvente

• Greșit: Piramida energiei arată câți indivizi sunt la fiecare nivel.
  Corect: Ea arată energia disponibilă, nu numărul organismelor.
• Greșit: La fiecare nivel se transferă exact 10% din energie.
  Corect: Proporția variază; 10% este doar o aproximație didactică.
• Greșit: Dacă piramida biomasei este inversată, înseamnă că energia crește de la un nivel la altul.
  Corect: Piramida energiei, calculată pe unitate de timp, nu se inversează niciodată; inversarea biomasei apare când producătorii se reînnoiesc rapid.

Înainte și după