La loi de la dîme écologique, loi écologique ou alors dix% augmente la manière dont l'énergie se déplace dans sa dérivation à travers les différents niveaux trophiques. Il est également souvent soutenu que cette loi est simplement une conséquence directe de la deuxième loi de la thermodynamique.
L'énergie écologique fait partie de l'écologie qui 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 alimentaire et de toile, et 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 qu'une communauté reçoit, par la capture réalisée par les plantes par photosynthèse et continue de surveiller cette capture et son utilisation ultérieure par les herbivores (consommateurs primaires), puis par les carnivores (consommateurs secondaires) et enfin par décomposeurs.
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À la suite des travaux de pionnier de Lindemann, les efficacités de transfert trophique ont été supposées être d'environ 10%; en fait, certains écologistes ont évoqué une loi de 10%. Cependant, depuis lors, de multiples confusions ont été générées concernant ce problème..
Il n'y a certainement aucune loi de la nature qui aboutit à ce qu'un dixième de l'énergie entrant dans un niveau trophique soit transféré au suivant..
Par exemple, une compilation d'études trophiques (dans des environnements marins et d'eau douce) a révélé que les efficacités de transfert par niveau trophique variaient entre environ 2 et 24%, bien que la moyenne était de 10,13%..
En règle générale, applicable à la fois aux systèmes aquatiques et terrestres, on peut dire que la productivité secondaire des herbivores se situe généralement à peu près, un ordre de grandeur en dessous de la productivité primaire sur laquelle elle est basée..
Il s'agit souvent d'une relation cohérente qui est maintenue dans tous les systèmes d'alimentation et qui tend à devenir des structures de type pyramidal, dans lesquelles la base est fournie par les plantes et sur cette base une plus petite est basée, des consommateurs primaires, sur laquelle une autre des consommateurs secondaires (encore plus petits).
Tous les êtres vivants ont besoin de matière et d'énergie; matière pour la construction de leur corps et l'énergie pour mener à bien leurs fonctions vitales. Cette exigence n'est pas limitée à un organisme individuel, mais elle est étendue à des niveaux supérieurs d'organisation biologique auxquels ces individus peuvent se conformer..
Ces niveaux d'organisation sont:
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 au sein des chaînes trophiques ou alimentaires; c'est ainsi que l'on parle des niveaux trophiques des producteurs, des consommateurs et des décomposeurs.
À 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 une source et un puits d'énergie et de matière..
Premièrement, nous devons définir la productivité primaire, c'est-à-dire la vitesse à laquelle la biomasse est produite par unité de surface..
Il est généralement exprimé en unités d'énergie (Joules par mètre carré par jour), ou en unités de matière organique sèche (kilogrammes par hectare et par an), ou en carbone (masse de carbone en kg par mètre carré par an).
En général, lorsque nous nous référons à toute l'énergie fixée par la photosynthèse, nous l'appelons généralement productivité primaire brute (PPG).
Sur ce montant, une partie est consacrée à la respiration des mêmes autotrophes (RA) et se perd sous forme de chaleur. La production primaire nette (PPN) est obtenue en soustrayant cette quantité 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 le reste des animaux que nous connaissons).
La productivité secondaire (PS) est définie comme le taux de nouvelle production de 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 tirent 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.
Les proportions de production primaire nette qui circulent le long de chacune des voies énergétiques possibles dépendent en fin de compte des efficacités de transfert, c'est-à-dire de la manière dont l'énergie est utilisée et transmise d'un niveau à un autre..
Il existe trois catégories d'efficacité de transfert d'énergie et, avec celles-ci bien définies, nous pouvons prédire le modèle de flux d'énergie aux niveaux trophiques. Ces catégories sont: efficacité de consommation (EC), efficacité d'assimilation (EA) et efficacité de production (EP).
Définissons maintenant ces trois catégories mentionnées.
Mathématiquement, nous pouvons définir l'efficacité de consommation (EC) comme suit:
CE =jen/Pn-1 × 100
Où nous pouvons voir que l'EC est un pourcentage de la productivité totale disponible (Pn-1) qui est effectivement ingéré par le compartiment trophique contigu supérieur (jen).
Par exemple, pour les consommateurs primaires du système de pâturage, EC est le pourcentage (exprimé en unités d'énergie et par unité de temps) de PPN qui est consommé par les herbivores.
Si nous parlions de consommateurs secondaires, alors cela équivaudrait au pourcentage de productivité des herbivores, consommés par les carnivores. Les autres meurent inutilisés et entrent dans la chaîne de désintégration.
En revanche, l'efficacité d'assimilation s'exprime comme suit:
EA =Àn/jen × 100
Encore une fois, nous nous référons à un pourcentage, mais cette fois à la partie de l'énergie provenant de l'aliment, et ingérée dans un compartiment trophique par un consommateur (jen) et qui est assimilé par votre système digestif (Àn).
Cette énergie sera celle disponible pour la croissance et pour l'exécution des travaux. Le reste (la partie non assimilée) est perdu avec les matières fécales puis entre dans le niveau trophique des décomposeurs.
Enfin, l'efficacité de production (EP) s'exprime comme suit:
EP = Pn/Àn × 100
qui est aussi un pourcentage, mais dans ce cas on se réfère à l'énergie assimilée (Àn) qui finit par être incorporée dans une nouvelle biomasse (Pn). Tout le reste d'énergie non assimilée est perdu sous forme de chaleur pendant la respiration.
Les produits tels que les sécrétions et / ou excrétions (riches en énergie), qui ont participé à des processus métaboliques, peuvent être considérés comme de la production, Pn, et sont disponibles, comme des cadavres, pour les décomposeurs.
Après avoir défini ces trois catégories importantes, nous pouvons maintenant nous interroger sur «l'efficacité globale du transfert» d'un niveau trophique à l'autre, qui est simplement donnée par le produit des efficacités précitées (CE x EA x EP).
Exprimé familièrement, on peut dire que l'efficacité d'un niveau est donnée par ce qui peut être effectivement ingéré, qui est ensuite assimilé et finit par être incorporé dans une nouvelle biomasse.
La productivité des herbivores est toujours inférieure à celle des plantes dont ils se nourrissent. On pourrait alors se demander: Où va l'énergie gaspillée?
Pour répondre à cette question, nous devons attirer l'attention sur les faits suivants:
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%. Autrement dit, il y a toujours une perte sous forme de chaleur dans la conversion, ce qui est en parfait accord avec la deuxième loi de la thermodynamique..
Deuxièmement, puisque les animaux ont besoin de travailler, ce qui nécessite une dépense énergétique et, à son tour, implique de nouvelles pertes sous forme de chaleur..
Ces schémas se produisent à tous les niveaux trophiques, et comme le prédit la deuxième loi de la thermodynamique, une partie de l'énergie que l'on tente de transférer d'un niveau à un autre est toujours dissipée sous forme de chaleur inutilisable..
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