생태효율

Ecological efficiency

생태학적 효율성에너지가 한 영양 수준에서 다음 영양 수준으로 전달되는 효율을 설명한다. 그것은 생태계의 유기적 자원 획득과 동화에 관련된 효율성의 조합에 의해 결정된다.

에너지 전달

영양 수준 간의 에너지 전달 다이어그램

1차 생산생태계자폐성 유기체에서 일어난다. 혈관 식물조류와 같은 광자체들은 태양으로부터 에너지를 탄소 화합물로 저장된 에너지로 변환시킨다. 녹색 식물의 엽록소에서는 광합성이 이루어진다. 광합성을 통해 변환된 에너지는 생물들이 낮은 영양수준의 구성원을 소비하기 때문에 생태계의 영양수준을 통해 전달된다.

1차 생산은 총 1차 생산과 순 1차 생산으로 나눌 수 있다. 1차 총생산은 광자극이 태양으로부터 수확하는 에너지의 척도다. 예를 들어, 태양으로부터 x줄의 에너지를 흡수하는 풀잎을 예로 들어보자. 포도당으로 변환되는 에너지의 분수는 풀잎의 총생산성을 반영한다. 호흡 후 남은 에너지는 순 1차 생산으로 간주된다. 일반적으로 총생산은 호흡 전 유기체 내에 포함된 에너지를 말하며 호흡 후 에너지를 순생성한다. 이 용어는 자가영양과 이성영양 양쪽에서 에너지 전달을 설명하는 데 사용될 수 있다.

영양 수준 사이의 에너지 전달은 일반적으로 비효율적이며, 따라서 한 영양 수준에서 순 생산은 일반적으로 선행 영양 수준(10% 법칙)에서 순 생산량의 10%에 불과하다. 비증식사, 에스테리온, 세포호흡 등으로 인해 소비자가 생산을 위해 흡수하는 대신 환경에 상당한 양의 에너지가 손실된다. 이러한 분수는 생태계에 따라 생태계에 따라 그리고 영양 수준에서 영양 수준에 따라 크게 다르지만, 이 수치는 일반적인 생태계에서 에너지 손실의 각 단계 후에 사용할 수 있는 에너지 비율에 근접한 것이다. 비처방적 죽음, 배변, 호흡의 각 단계로부터 1/2의 인자에 의한 에너지 손실은 많은 생명체들의 전형이다. 따라서 한 수준에서 / 2 / 1/ = 1/ 12*1/ 또는 그 이전의 영양 수준보다 약 10%이다.

예를 들어, 영양 수준 1에 의해 500단위의 에너지가 생성된다고 가정합시다. 그 중 절반은 비보충적 사망으로, 나머지 절반(250대)은 영양 수준 2에 의해 섭취된다. 섭취된 양의 절반은 배변을 통해 배출되고 나머지 절반(125단위)은 유기체에 의해 동화된다. 마지막으로 남은 에너지의 절반은 호흡으로 잃고 나머지(63단위)는 성장과 번식에 사용된다. 성장과 번식에 소비되는 이 에너지는 영양 수준 의 순생산에 해당하며, 이는 1/ 1/ = 1/2* 해당한다.

생태적 효율을 계량화

생태적 효율성은 자원 활용과 자원이 바이오매스로 전환되는 정도를 설명하는 여러 관련 효율성의 조합이다.[1]

  • 착취 효율성은 섭취한 식품의 양을 먹이 생산량으로 값이다( / - 1 }).
  • 동화효율은 동화효율을 식품 섭취량으로 나눈 값이다/
  • 순생산효율(Net Production Efficiency)은 소비자생산량을 동화량( / A 으로 나눈 값이다
  • 총생산효율(Gross Production Efficiency)은 순생산효율에 곱한 동화효율로, 소비생산량을 섭취량으로 나눈 것과 / {\n
  • 생태적 효율성은 착취 효율성에 순생산 효율을 곱한 것으로 소비자 생산량을 먹잇감 으로 나눈 값( / - 1 과 같다

이론적으로는 위의 수학적 관계를 이용하여 생태적 효율을 계산하기 쉽다. 그러나 계산에 포함된 값의 정확한 측정을 얻는 것은 종종 어렵다. 예를 들어 섭취를 평가하려면 칼로리 함량뿐만 아니라 생태계에서 소비되는 식품의 총량에 대한 지식이 필요하다. 특히 생태학자와 측정 도구에 거의 접근할 수 없는 생태계와 관련하여 이러한 측정은 교육된 추정치보다 나은 경우가 거의 없다. 생태계의 생태적 효율성은 종종 근사치보다 나을 것이 없다. 반면에, 근사치는 대부분의 생태계에 충분할 수 있는데, 여기서 효율의 정확한 척도를 얻는 것이 아니라, 에너지가 영양 수준을 통해 어떻게 움직이고 있는지에 대한 일반적인 생각을 얻는 것이 중요하다.

적용들

농업 환경에서는 생산자(식품)에서 소비자(축산)로의 에너지 전달을 극대화하면 경제적 이익을 얻을 수 있다. 생태학적 및 관련 효율성의 모니터링 및 개선 방법을 탐구하는 농업 과학의 하위 분야가 등장했다.

소의 에너지 이용 순효율을 비교했을 때, Hereford와 같이 역사적으로 쇠고기 생산을 위해 보관된 품종은 사료에서 저장된 에너지로 에너지를 조직으로 전환하는데 있어서 홀슈타인과 같은 유제품 생산을 위해 보관된 품종을 능가했다.[2] 이는 젖소보다 체지방이 많은 소가 단백질과 같은 에너지 저장량이 두 품종 모두 같은 수준이었기 때문이다. 이는 도축용 소를 기르는 것이 우유 생산용 가축보다 사료를 더 효율적으로 사용하는 것임을 시사한다.

가축에 의한 에너지 사용의 효율성을 향상시키는 것은 가능하지만, 동물 사육과 식물 농업의 차이도 고려하는 것이 세계 식량 문제에 있어 필수적이다. 지방조직칼로리 농도는 식물조직보다 높아 고지방 유기체가 가장 정력적으로 농축되지만 가축용 사료 재배에 필요한 에너지는 부분적으로만 지방세포로 전환된다. 사료를 재배하는 데 투입되는 나머지 에너지는 가축에 의해 재생되거나 배출되어 인간이 사용할 수 없다.

1999년 미국에서 사용된 총 28,400테라와트시(96.8×10^15 BTU)의 에너지 중 10.5%가 식품 생산에 사용되었으며,[3] 생산자와 1차 소비자 영양 수준 모두에서 식품을 차지하는 비율이 높았다. 동물의 경작과 식물의 경작을 비교하면 에너지 효율의 규모에 분명한 차이가 있다. 경작에 필요한 에너지의 킬로칼로리에서 생산되는 식용 킬로칼로리는 닭 18.1%, 풀을 먹인 쇠고기 6.7%, 연어 양식 5.7%, 새우 0.9% 등이다. 이와는 대조적으로 감자는 123%, 옥수수는 250%, 콩은 415%의 투입 칼로리가 인간이 활용할 수 있는 칼로리로 전환된다.[4] 이러한 효율성의 차이는 영양수준의 상승으로 인한 생산감소를 반영한다. 따라서 영양가 낮은 수준에서 식단을 형성하는 것이 더 에너지 효율적이다.

십 퍼센트 법칙

비록 린드만이 '법'이라고 부르지 않고 0.1%에서 37.5%에 이르는 생태적 효율을 인용하였지만,[5]영양 수준에서 다음 영양 수준으로의 에너지 전달의 10% 법칙레이먼드 린드먼(1942)에 기인할 수 있다. 이 법에 따르면 유기농 식품에너지를 한 영양 수준에서 차상위 수준으로 이전하는 동안 전달된 에너지의 10% 정도만 육체로 저장된다. 나머지는 이송 중에 분실되거나 호흡 중에 분해되거나 영양 수준이 높아 불완전한 소화로 사라진다.

1할법

유기체를 섭취할 때, 음식에서 약 10%의 에너지가 그들의 살에 고정되고 다음 영양 수준(탄수화물 또는 잡식성 동물)에 이용 가능하다. 육식동물이나 잡식동물이 차례로 그 동물을 소비할 때, 약 10%의 에너지만이 더 높은 수준을 위해 그 살에 고정된다.

예를 들어, 태양은 10,000J의 에너지를 방출하고, 식물은 단지 100J의 에너지를 태양으로부터 흡수한다(예외 - 오직 1%의 에너지는 태양으로부터 식물이 차지함). 그 후 사슴은 식물로부터 10J (에너지 10%)를 가져간다. 사슴을 먹는 늑대는 1J(사슴으로부터 에너지의 10%)만 섭취할 것이다. 인간이 늑대를 먹는 것은 0.1J(늑대로부터 에너지의 10%)를 섭취하는 것 등이었다.

10퍼센트의 법은 먹이사슬의 순환에 대한 기본적인 이해를 제공한다. 게다가, 10%의 법칙은 각각의 연속적인 영양 수준에서 에너지 포획의 비효율성을 보여준다. 합리적인 결론은 음식을 가능한 한 초기 에너지원에 가깝게 공급함으로써 에너지 효율이 가장 잘 보존된다는 것이다.

공식

n(th) 수준에서의 에너지 = (태양이 주는 에너지)/(10)^(n+1)  

그리고

n(th) 수준의 에너지 = (식물이 주는 에너지)/(10)^(n-1) 

참고 항목

  • 환경효율성 - 인간사회가 생태자원을 이용하는 경제적 효율성

참조

  1. ^ [1]
  2. ^ W.N. 에너지 효율성의 소고기와 유제품 조련사의 개릿. 동물학 저널.1971. 32:451-456
  3. ^ 미국 에너지부, 2004: 연간 에너지 리뷰 2003. DOE/EIA-0384(2003) 의원, 에너지 정보국, 390pp
  4. ^ 에셀과 기돈과 마틴, 파멜라 A. 다이어트, 에너지, 지구 온난화. 지구 상호작용. 2005. 10: 1- 17
  5. ^ Lindeman, RL (1942). "The trophic-dynamic aspect of ecology". Ecology. 23: 399–418. doi:10.2307/1930126.