Quelle est la loi de la dîme écologique ou 10%?

La loi de la dîme écologique, la loi écologique ou 10% augmente la façon dont l’énergie se déplace dans sa dérivation à travers les différents niveaux trophiques. Il est aussi souvent dit que cette loi est simplement une conséquence directe de la deuxième loi de la thermodynamique.

L'énergie écologique fait partie de l'écologie et se préoccupe de quantifier les relations que nous avons décrites ci-dessus. On considère que Raymond Lindemann (en particulier dans son ouvrage fondateur de 1942) est celui qui a jeté les bases de ce domaine d’étude.

Ses travaux ont porté sur les concepts de chaîne et de réseau trophique, ainsi que sur la quantification de l'efficacité du transfert d'énergie entre les différents niveaux trophiques.

Lindemann part du rayonnement solaire incident ou de l’énergie reçue par une communauté, grâce à la capture effectuée par les plantes grâce à la photosynthèse, puis continue à surveiller la capture et son utilisation ultérieure par les herbivores (consommateurs primaires), puis par les carnivores (consommateurs secondaires). ) et enfin par des décomposeurs.

Quelle est la loi de la dîme écologique?

À la suite des travaux pionniers de Lindemann, il a été supposé que l'efficacité du transfert trophique était d'environ 10%; en fait, certains écologistes ont fait référence à une loi de 10%. Cependant, depuis lors, de multiples confusions ont été générées concernant ce problème.

Certes, il n'y a pas de loi de la nature qui résulte précisément en ce qu'un dixième de l'énergie entrant dans un niveau trophique est celle qui est transférée au suivant.

Par exemple, une compilation d'études trophiques (en milieu marin et en eau douce) a révélé que l'efficacité de transfert par niveau trophique variait entre 2 et 24%, bien que la moyenne soit de 10, 13%.

En règle générale, applicable aux systèmes aquatiques et terrestres, on peut dire que la productivité secondaire des herbivores est généralement située approximativement, un ordre de grandeur inférieur à la productivité primaire sur laquelle ils reposent.

Il s'agit souvent d'une relation cohérente qui est maintenue dans tous les systèmes d'alimentation et qui se produit généralement dans des structures de type pyramidal, dans lesquelles la base est fournie par les plantes et sur cette base, une base plus petite des consommateurs primaires, sur lequel un autre (encore plus petit) des consommateurs secondaires est assis.

Niveaux d'organisation

Tous les êtres vivants ont besoin de matière et d'énergie; matière pour la construction de leur corps et de l'énergie pour remplir leurs fonctions vitales. Cette exigence ne se limite pas à un organisme individuel, mais s'étend aux niveaux plus élevés d'organisation biologique auxquels ces individus peuvent se conformer.

Ces niveaux d'organisation sont:

• Une population biologique : organismes de la même espèce vivant dans la même zone spécifique.
• Une communauté biologique : ensemble d'organismes appartenant à différentes espèces ou populations qui vivent dans une zone donnée et interagissent par le biais de relations alimentaires ou trophiques).
• Un écosystème : le niveau d'organisation biologique le plus complexe, constitué d'une communauté liée à son environnement abiotique - eau, lumière du soleil, climat et autres facteurs - avec lequel il interagit.

Niveaux trophiques

Dans un écosystème, la communauté et l'environnement établissent des flux d'énergie et de matière.

Les organismes d’un écosystème sont regroupés selon un "rôle" ou une "fonction" qu’ils remplissent dans la chaîne alimentaire ou trophique; C'est ainsi que nous parlons des niveaux trophiques des producteurs, des consommateurs et des décomposeurs.

A leur tour, chacun de ces niveaux trophiques interagit avec l'environnement physico-chimique qui fournit les conditions de la vie et, en même temps, agit comme source et puits d'énergie et de matière.

Concepts fondamentaux

Productivité primaire brute et nette

Nous devons d’abord définir la productivité primaire, qui correspond au taux de production de biomasse par unité de surface.

Il est généralement exprimé en unités d'énergie (joules par mètre carré et par jour), en unités de matière organique sèche (kilogrammes par hectare et par an) ou en carbone (masse de carbone en kg par mètre carré et par an).

Généralement, lorsque nous nous référons à toute l’énergie fixée par la photosynthèse, nous appelons cela la productivité primaire grossière (PPG).

À partir de là, une partie est consacrée à la respiration des autotrophes eux-mêmes (PR) et est perdue sous forme de chaleur. La production primaire nette (PPN) est obtenue en soustrayant ce montant du PPG (PPN = PPG-RA).

Cette production primaire nette (PPN) est ce qui est finalement disponible pour la consommation par les hétérotrophes (ce sont des bactéries, des champignons et d’autres animaux que nous connaissons).

Productivité secondaire

La productivité secondaire (PS) est définie comme le taux de production de nouvelle biomasse par des organismes hétérotrophes. Contrairement aux plantes, aux bactéries hétérotrophes, aux champignons et aux animaux, ils ne peuvent pas fabriquer les composés complexes et riches en énergie dont ils ont besoin à partir de molécules simples.

Ils obtiennent toujours leur matière et leur énergie des plantes, ce qu’ils peuvent faire directement en consommant du matériel végétal ou indirectement en se nourrissant d’autres hétérotrophes.

C’est ainsi que les plantes ou organismes photosynthétiques en général (également appelés producteurs) constituent le premier niveau trophique d’une communauté; les consommateurs primaires (ceux qui se nourrissent des producteurs) constituent le deuxième niveau trophique et les consommateurs secondaires (également appelés carnivores) constituent le troisième niveau.

Efficacité de transfert et voies énergétiques

Les proportions de la production primaire nette qui circulent dans chacune des voies d’énergie potentielles dépendent en fin de compte des rendements de transfert, c’est-à-dire de la manière dont l’énergie est utilisée et qui se déplace d’un niveau à l’autre. un autre

Catégories d'efficacité de transfert d'énergie

Il existe trois catégories d’efficacité du transfert d’énergie et, bien définies, nous pouvons prédire la structure du flux d’énergie aux niveaux trophiques. Ces catégories sont: l'efficacité de la consommation (EC), l'efficacité de l'assimilation (EA) et l'efficacité de la production (EP).

Définissons maintenant ces trois catégories mentionnées.

Mathématiquement, nous pouvons définir l'efficacité de consommation (EC) de la manière suivante:

EC = I _n / P _n-1 × 100

Nous pouvons voir que le CE est un pourcentage de la productivité totale disponible ( P _n-1 ) effectivement ingérée par le compartiment trophique supérieur contigu ( I _n ).

Par exemple, pour les consommateurs primaires du système de pâturage, la CE est le pourcentage (exprimé en unités d'énergie et par unité de temps) du PPN consommé par les herbivores.

Si nous parlions des consommateurs secondaires, cela équivaudrait au pourcentage de productivité des herbivores consommés par les carnivores. Le reste meurt sans être mangé et entre dans la chaîne de décomposition.

Par contre, l'efficacité de l'assimilation est exprimée comme suit:

EA = An _n I × 100

Nous nous référons à nouveau à un pourcentage, mais cette fois à la partie de l’énergie provenant de la nourriture, ingérée dans un compartiment trophique par un consommateur ( I _n ) et assimilée par son système digestif ( A _n ).

Cette énergie sera disponible pour la croissance et l'exécution des travaux. Le reste (la partie non assimilée) est perdu avec les matières fécales et entre ensuite dans le niveau trophique des décomposeurs.

Enfin, l'efficacité de production (PE) est exprimée par:

EP = P _n / A _n × 100

qui est aussi un pourcentage, mais dans ce cas, nous nous référons à l’énergie assimilée ( A _n ) qui finit par être incorporée à la nouvelle biomasse ( P _n ). Tous les restes énergétiques non assimilés sont perdus sous forme de chaleur pendant la respiration.

Des produits tels que les sécrétions et / ou les excrétions (riches en énergie), ayant participé aux processus métaboliques, peuvent être considérés comme de la production, P _n, et sont disponibles, en tant que cadavres, pour les décomposeurs.

Efficacité du transfert global

Après avoir défini ces trois catégories importantes, nous pouvons maintenant poser des questions sur "l'efficacité du transfert global" d'un niveau trophique à l'autre, simplement donnée par le produit des efficiences susmentionnées ( EC x EA x EP ).

En termes familiers, on peut dire que l'efficacité d'un niveau est donnée par ce qui peut être ingéré efficacement, qui est ensuite assimilé et finit par être incorporé dans une nouvelle biomasse.

Où va l'énergie perdue?

La productivité des herbivores est toujours inférieure à celle des plantes dont ils se nourrissent. Nous pourrions alors demander: Où va l'énergie perdue?

Pour répondre à cette question, nous devons attirer l’attention sur les faits suivants:

1. Les herbivores ne consomment pas toute la biomasse des plantes, une grande partie de celle-ci meurt et pénètre dans le niveau trophique des décomposeurs (bactéries, champignons et le reste des détritivores).
2. Toute la biomasse consommée par les herbivores, ni celle des herbivores consommés à leur tour par les carnivores, n'est assimilée et peut être incorporée à la biomasse du consommateur; une partie est perdue avec les matières fécales et passe ainsi aux décomposeurs.
3. Toute l'énergie qui vient à être assimilée ne devient pas réellement de la biomasse, car une partie est perdue sous forme de chaleur pendant la respiration.

Cela se produit pour deux raisons fondamentales: premièrement, en raison du fait qu'il n'y a pas de processus de conversion d'énergie efficace à 100%. C'est-à-dire qu'il y a toujours une perte de chaleur dans la conversion, ce qui correspond parfaitement à la deuxième loi de la thermodynamique.

Deuxièmement, étant donné que les animaux doivent effectuer un travail, ce qui nécessite une dépense d'énergie et implique, à son tour, de nouvelles pertes sous forme de chaleur.

Ces modèles se produisent à tous les niveaux trophiques et, comme le prévoit la deuxième loi de la thermodynamique, une partie de l’énergie que l’on essaie de transférer d’un niveau à l’autre se dissipe toujours sous forme de chaleur inutilisable.