BILANS ENERGETYCZNY. Wykorzystanie energii. Przepływ energii. Barbara Pietrzak, Ekologia 2018, Wydział Biologii UW

Transkrypt

1 BILANS ENERGETYCZNY Wykorzystanie energii OSOBNIK Przepływ energii EKOSYSTEM Część I Część II Barbara Pietrzak, Ekologia 2018, Wydział Biologii UW

2 I. prawo termodynamiki Energia nie może powstawać z niczego Źródła energii: - promieniowanie świetlne - zredukowane wiązania chemiczne - nieorganiczne - organiczne organizmy zależne od wydajności procesów anabolicznych innych organizmów II. prawo termodynamiki Podczas przemian pewna ilość energii jest tracona

3 H 2 O Aktywność biologiczna ostatecznie zależy od otrzymanej energii słonecznej, jednak nie sama energia słoneczna określa produkcję pierwotną N P energia + H 2 O + CO 2 C 6 H 12 O 6 + O 2

4 Produkcja roślinożerców jest o około rząd wielkości mniejsza od produkcji, na której bazuje Dlaczego produkcja roślinożerców jest zawsze mniejsza od produkcji roślin, którymi się żywią? 1. Nie cała zasymilowana energia jest przekształcana w biomasę 2. Nie cała biomasa roślin jest konsumowana przez roślinożerców 3. Nie cała skonsumowana biomasa roślin jest asymilowana DOM heat

5 KONSUMPCJA ASYMILACJA RESPIRACJA PRODUKCJA Weiner 1992

6 Wydajność przemian Asymilacja: roślinożercy (+) 20-60% mięsożercy 80-95% Produkcja P Produkcja (wzrost): bezkręgowce 30-40% kręgowce zmiennocieplne 10-30% stałocieplne 1-2% Fekalia i Uryna FU A Respiracja R Konsumpcja: I. 5-50% II. kr kr % kr bzkr 5% bzkr bzkr 25% C Nieskonsumowane

7 Część I Bilans energetyczny organizmu człowieka 1. Dzienne zapotrzebowanie energetyczne 2. Dieta realizująca zapotrzebowanie

8 Dzienne zapotrzebowanie energetyczne TEE = BMR x PAL TEE Total Energy Expenditure całkowity wydatek energetyczny (kcal/dzień) BMR Basal Metabolic Rate metabolizm podstawowy ( kcal/dzień) PAL Physical Activity Level poziom aktywności fizycznej (1,4 2,4 BMR)

9 Dzienne zapotrzebowanie energetyczne W masa ciała (kg) H wzrost (m) ciężarne: +283 karmiące: +675

10 Dzienne zapotrzebowanie energetyczne Rodzaj aktywności Spędzony czas (godz.) Wydatek energetyczny (PAR) Czas x wydatek energetyczny Średni poziom aktywności (PAL) spanie jedzenie i picie 3 1,6 4,8 chodzenie z 15 kg plecakiem 10 3,5 35 suma 24-50,8 2,1

11 Oszacowanie powierzchni dostarczającej spożywanej energii produkt roczna konsumpcja (kcal) wydajność produkcji (kcal/ha) powierzchnia produkująca (ha) Część II Bilans energetyczny populacji ludzkiej suma -

12 Wydajność transferów energii: ~ 5-22 %

13 G D G D NPP produkcja pierwotna netto DOM martwa materia organiczna G łańcuch spasania (grazers) D łańcuch destruentów NPP DOM NPP DOM las step G D G D Przepływ energii przez ekosystemy NPP DOM NPP DOM jezioro

14 konsumenci destruenci producenci martwa materia organiczna

15 Rolnictwo jest kierowaniem przepływami energii System użytkowania ziemie Łowiectwo i zbieractwo Rolnictwo rewolucja neolityczna Rolnictwo rewolucja przemysłowa Rolnictwo zielona rewolucja Okres Zależności środowiskowe Zależności energetyczne > lat temu < lat temu ~1759 ~1940 Zdobywanie pokarmu z ekosystemów naturalnych Kształtowanie ekosystemów przez uprawę i hodowlę Zastosowanie energii paliw kopalnych w celu zwiększenia produkcji Genetyczna modyfikacja organizmów Pozyskiwanie energii naturalnymi drogami jej przepływu Kierowanie przepływu energii użytecznymi kanałami Import energii spoza granic ekosystemu, uruchomienie nowych źródeł energii Kierowanie przepływem energii na niższych poziomach organizacji

16 Maps of the human appropriation of net primary production (HANPP), excluding human-induced fires. Global average ~25% Europe 43% HANPP Haberl et al. PNAS 2007;104:

17 We show that hunter-gatherers occurred at densities lower than the average for a mammal of our size. Most modern humans, in contrast, concentrate in large cities at densities up to four orders of magnitude greater than huntergatherers, yet consume up to two orders of magnitude more energy per capita.

18

19

20 Produkcja log(nakłady energetyczne)

21 36% of the calories produced by the world s crops are being used for animal feed, only 12% of those feed calories ultimately contribute to the human diet (as meat and other animal products). Calorie delivery fraction per hectare. The proportions of produced calories that are delivered as food are shown. Calorie delivery and losses from major crops. Calories delivered are shown in green (this includes plant and animal calories) and calories that are lost to meat and dairy conversion as well as biofuels and other uses are shown in red.

22

23