生態系のエネルギー流と生態ピラミッド
生態系では太陽エネルギーが生産者から消費者・分解者へ流れます。エネルギーの流れと物質循環の仕組みを理解しましょう。
基本知識
生態系の構成要素: 生産者(植物・光合成)・一次消費者(植物食)・二次・三次消費者(肉食)・分解者(細菌・菌類が遺体・排泄物を無機物に)。
エネルギーの流れ: 各栄養段階で受け取ったエネルギーのうち次の段階へ渡せるのは10〜20%(残りは呼吸・遺体・糞尿として失われる)。エネルギーは循環せず最終的に熱として散逸する。
生態ピラミッド: エネルギーピラミッド=常に正三角形(逆転しない)。個体数ピラミッド・バイオマスピラミッドは条件によって逆転あり。
物質循環: 炭素循環=CO₂(大気)→光合成→有機炭素→呼吸・分解→CO₂。窒素循環=N₂→窒素固定(根粒菌・アゾトバクター・シアノバクテリア)→NH₄⁺→硝化(亜硝酸菌→硝酸菌)→NO₃⁻→吸収→有機物→分解→NH₄⁺→脱窒→N₂。
例題
生産者が固定したエネルギー10,000 kJ/m²、エネルギー効率一律10%のとき、一次・二次・三次消費者が受け取るエネルギーをそれぞれ計算しなさい。
解答: 一次消費者: 10,000 × 0.10 = 1,000 kJ/m²。二次消費者: 1,000 × 0.10 = 100 kJ/m²。三次消費者: 100 × 0.10 = 10 kJ/m²。上位栄養段階ほど利用可能エネルギーは急減する。
生産者が固定したエネルギー10,000 kJ/m²、エネルギー効率一律10%のとき、一次・二次・三次消費者が受け取るエネルギーをそれぞれ計算しなさい。
解答: 一次消費者: 10,000 × 0.10 = 1,000 kJ/m²。二次消費者: 1,000 × 0.10 = 100 kJ/m²。三次消費者: 100 × 0.10 = 10 kJ/m²。上位栄養段階ほど利用可能エネルギーは急減する。
ポイント
- エネルギー効率=10〜20%(栄養段階ごとに損失)
- エネルギーピラミッドは常に正三角形
- エネルギーは循環せず一方向に流れ最終的に熱散逸
- 炭素は大気CO₂と生物体の間を循環
- 窒素固定=N₂→NH₄⁺(根粒菌・アゾトバクター)
- 硝化=NH₄⁺→NO₂⁻(亜硝酸菌)→NO₃⁻(硝酸菌)
- 分解者=細菌・菌類が有機物を無機物に戻す
注意点
① エネルギーは循環しない、物質(炭素・窒素など)は循環する。この違いが重要。② エネルギーピラミッドは逆転しないが、個体数・バイオマスピラミッドは条件によって逆転する。③ 窒素固定は根粒菌(マメ科植物の根に共生)のほか、アゾトバクター・シアノバクテリアも行う。
練習
- 生態系において常に正三角形(逆転しない)生態ピラミッドはどれか。
- 窒素固定を行う生物を2種以上挙げなさい。
- エネルギー効率が10%の場合、生産者から三次消費者へ達するエネルギーの割合は何%か。