Energiefluss im Ökosystem-Simulation

Über dieses Experiment

Verfolge die in Produzenten, Pflanzenfressern, Fleischfressern und Spitzenkonsumenten gespeicherte Energie. Ändere ihre anfänglichen Energiespeicher und Übertragungseffizienzen, schalte die Primärproduktion ab und erfasse jeden Eintrag und Abgang.

Lernziele

Unterscheide zwischen gespeicherter Energie und der Rate des Energietransfers.
Erkläre, warum nur ein Teil eines Energieabgangs in die nächste trophische Ebene gelangt.
Überprüfe das vollständige Energiebudget vor und nach dem Ende des Energieeintrags.

Anleitung

1Simuliere zehn Tage mit Primärproduktion und untersuche jede trophische Ebene.
2Wähle eine Konsumentenbasis aus und ändere ihre eingehende Übertragungseffizienz.
3Beende jetzt die Primärproduktion und verfolge die bereits vorhandene Energie durch die Nahrungskette.
4Erfasse die verfolgten Energiespeicher und Verluste, um ihre Summe mit der anfänglichen Energie plus dem Energieeintrag abzugleichen.

Das Modell

E ˙_{0} = G (t) - k_{0} E_{0}

Die Primärproduktion speist den Produzentenspeicher.

E ˙_{i} = η_{i - 1} k_{i - 1} E_{i - 1} - k_{i} E_{i}

Konsumenten erhalten nur einen Anteil des Umsatzes der jeweils vorherigen Ebene.

i \sum E_{i} + L = i \sum E_{i} (0) + \int_{0}^{t} G (u) d u

Die erfasste Energie plus die kumulierten Abflüsse entspricht der anfänglichen Energie plus dem Primäreintrag.

Annahmen

Energiespeicher sind kontinuierliche Energievorräte pro Flächeneinheit, keine Organismenzahlen. Solange die Primärproduktion aktiv ist, gelangt sie mit einer festen Rate in den Energiespeicher der Produzenten.
Die Umsatzkoeffizienten für Produzenten bis hin zu Spitzenkonsumenten betragen 0,20, 0,15, 0,10 und 0,08 pro Tag. Es handelt sich um illustrative Konstanten.
Ein ausgewählter Anteil jedes Abflusses auf einer niedrigeren Ebene gelangt auf die nächste Ebene. Der Rest fließt in einen Speicher für kumulierte Verluste, ebenso wie der gesamte Umsatz der Spitzenkonsumenten.
Zu den Verlusten zählen Wärme und nicht erfasste organische Abfälle; das Modell bildet die Wiederverwertung durch Destruenten nicht ab. Die Propagation mittels positiver Matrixexponentialfunktion erhält nichtnegative Speicherbestände und die vollständige Bilanz.
Die Balkenhöhen sind logarithmisch dargestellt. Wird ein geplanter Produktionsstopp verändert, werden unterschiedliche Verläufe verglichen; wenn die Produktion jetzt endet, bleibt die gesamte bereits aufgenommene Energie erhalten.

Im Unterricht ausprobieren

Q1Kann der Speicher eines Konsumenten kurzzeitig anwachsen, nachdem die Primärproduktion eingestellt wurde?
Q2Warum unterscheidet sich ein Verhältnis gespeicherter Energie von einer Transfereffizienz?

Häufig gestellte Fragen

Beträgt die Transfereffizienz immer zehn Prozent?

Nein. Zehn Prozent ist die anfängliche illustrative Einstellung. Die Effizienz jedes eingehenden Verbrauchers kann unabhängig geändert werden.

Enthält der Verlustspeicher ausschließlich Wärme?

Nein. Er umfasst auch Material und chemische Energie, die die erfasste Nahrungskette verlassen und die dieses vereinfachte Modell nicht recycelt.