Енергетичний баланс (екологія) - біологія
Молекулярний компас для вирівнювання клітин
Від чого листя старіє восени
Демократичність грифа-цесарки
Середовище Екембо: Люди також жили на відкритих ландшафтах
| Генетика | Сільське, лісове та тваринництво
Сорт пшениці був створений шляхом схрещування дикорослих трав
| Генетика | Сільське, лісове та тваринництво
Ячмінь Пангеном: Віха на шляху до склозаводу
Подовжене життя при зменшенні споживання їжі
Без тваринного методу передбачається токсичність наночастинок
Міграція клітин: нещодавно виявлена функція відомого білка
Енергетичний баланс (екологія)
Енергетичний баланс, також Енергетичний баланс (англ. енергетичний бюджет), це термін, що використовується в екології та екофізіології для опису балансового аналізу та представлення безперервних перетворень енергії. Тому це також галузь біоенергетики.
Енергетичний баланс та енергетичний потік
Енергетичний баланс можна виміряти для окремого організму або популяції. У той час як у зелених рослин енергія, необхідна для метаболізму та росту, поглинається у вигляді енергії випромінювання, у тварин вона отримується як органічно пов’язана енергія під час їжі. В обох випадках енергія виділяється через ріст, виробництво нащадків, секреторні функції та інші процеси, що вимагають енергії.
Передача енергії, що зберігається в організмах в екосистемі, по харчовому ланцюгу або всередині харчової мережі називається Потік енергії призначений.
Концептуальний підхід
Енергетичні баланси визначаються для певних періодів часу, напр. Б. на секунду, день або рік або навіть протягом усього життя особини. Замість енергетичного балансу слід бути правильнішим Поточний рахунок говорити (потужність = одиниця енергії за одиницю часу). Однак термін "баланс потужності" в цьому контексті не закріпився, ймовірно, щоб уникнути плутанини з аналогічними термінами, що використовуються в енергетичних технологіях та економіці.
Використовувані енергетичні одиниці - це одиниці фізичної енергії (або роботи) або сили, наприклад B. [J] (Джоуль) або [кДж] для енергетичного балансу та z. B. [Дж/с] (= Вт) або [кДж/д] для балансів потужності (також звані ставками).
Спрощений баланс енергії або потужності для людини і тварини можна представити наступним чином:
- C = A + E
- A = P + R
- C = швидкість споживання (= швидкість прийому всередину, норма їжі)
- A = швидкість асиміляції (= швидкість всмоктування в кишковій системі)
- P = швидкість вироблення (= швидкість росту тканин і швидкість вироблення яєць або ембріонів)
- R = частота дихання (= частота дихання)
- E = швидкість викиду (= швидкість дефекації та швидкість виведення)
Залежно від групи тварин, можуть бути й інші вимірювані змінні, такі як вміст енергії, що виділяється в навколишнє середовище, що втрачається внаслідок линьки (наприклад, у комах та змій). У багатьох тварин дефекацію та виведення неможливо легко диференціювати шляхом вимірювання, оскільки ці два компоненти виділяються змішаними (птахи, комахи).
Методи вимірювання та обсяг вибірки
На практиці енергетичні одиниці часто не вимірюються безпосередньо, а більш легко визначаються такі змінні, як свіжа маса (= свіжа маса, волога вага), суха маса, беззольна суха маса та маса органічно пов'язаного вуглецю. Зокрема, маса органічного вуглецю в харчових продуктах, тканинах або продуктах виведення, яку можна легко виміряти за допомогою апарата згоряння (калориметра) або реакції хімічного окислення, добре корелює з вмістом енергії у зразку, про який йде мова, так що він є відповідною кількістю представляє. Частоту дихання зазвичай оцінюють на основі споживаного кисню або виробленого вуглекислого газу. Вимірювання на тваринах і рослинах проводяться експериментально або в поєднанні аналізів експериментально-польового аналізу.
Приклад: Людина споживає з їжею енергію 8000 - 10000 кДж на день, яка, однак, може сильно коливатися. У наведених вище формулах це відповідає швидкості споживання C. Це забезпечує метаболічну потужність 100 Вт. Це значення може тимчасово значно збільшитися, наприклад, до понад 200 Вт при ходьбі на середній швидкості або під час їзди на легкому автомобілі і короткочасно до понад 1000 Вт при максимальному фізичному навантаженні [1 ]. Ця велика кількість енергії витрачається у вигляді механічної роботи, що виконується скелетними м’язами, м’язами кровообігу та дихальними рухами, а також за рахунок клітинних витрат на осморегуляцію та процеси молекулярного транспорту. Під час усіх цих видів діяльності теплова енергія автоматично виділяється, що є побічним ефектом від усіх процесів зміни енергії. Сума виробленої механічної, клітинної та теплової енергії методично реєструється як енергія дихання R; розподіл окремих енергетичних компонентів часто буває важким.
Екологічне значення
Вимірювання енергетичних балансів дозволяє фундаментально зрозуміти енергетичні потоки в екосистемі, а отже, і зрозуміти її енергетичний та матеріальний баланс. Крім того, в контексті поведінкової та еволюційної біології, енергетичні баланси складають важливу основу для формування теорій, оскільки кожен організм може витратити своє споживання енергії або на збільшення, або на розмноження, або на рух тощо за рахунок інших енергозатратних видів діяльності. Тут в процесі еволюції склалися різні стратегії: хижі ссавці та птахи споживають відносно велику кількість енергії для своєї здобичі, тоді як крокодили справляються з принципом приховування з порівняно меншою енергією і, отже, можуть переносити довші періоди голоду.
Висновки про енергетичні баланси та їх оптимізацію також становлять теоретичну основу для розрахунку виробництва в сільському господарстві, тваринництві та аквакультурі. Вони також становлять важливу основу для розрахунку земних матеріальних балансів. Наприклад, велика рогата худоба віддає близько 6% енергії, яка потрапляє через їжу (близько 300 літрів на день), у вигляді метану через повітря, яким вони дихають, що не тільки впливає на енергетичний баланс цих жуйних тварин, але також впливає на парниковий ефект землі.
Енергетичний баланс цілих екосистем називається потоком енергії і обчислюється. Енергетичні баланси та енергетичні потоки тісно пов’язані з матеріальними балансами (див. Також обмін матеріалами та енергією).