De energiepiramide en de 10%-regel

Van de 20 819 kcal die de planten van Silver Springs per vierkante meter in een jaar maakten, kwam 21 kcal, ongeveer 0.1%, bij de toproofdieren aan.

Het meeste van de energie wordt niet doorgegeven

Als een konijn gras eet, zet het niet elke calorie om in konijn. Een deel van het gras wordt nooit verteerd en verlaat het lichaam als uitwerpselen. Veel van wat wel wordt verteerd, wordt verbrand om het konijn in leven, warm en in beweging te houden, en die energie eindigt als warmte. Alleen wat overblijft, gaat naar nieuw weefsel, en alleen nieuw weefsel kan de vos voeden. OpenStax koppelt dit verlies aan de tweede hoofdwet van de thermodynamica: elke keer dat energie van vorm verandert, wordt een deel warmte die levende wezens niet opnieuw kunnen gebruiken.

National Geographic Education vat dit samen als de 10%-regel: gemiddeld wordt maar ongeveer 10% van de energie op het ene trofische niveau aan het volgende doorgegeven. Begin met 10 000 kcal in de planten en de herbivoren krijgen ongeveer 1000, de carnivoren 100 en de toppredatoren 10. Elke stap is tien keer kleiner. Daarom wordt het diagram als piramide getekend, breed onderaan en smal bovenaan.

Gemeten getallen: Silver Springs

Halverwege de twintigste eeuw mat Howard T. Odum de energiestroom door Silver Springs, een door bronnen gevoede rivier in Florida. OpenStax geeft de jaarlijkse productie per niveau: 20 819 kcal per vierkante meter voor de producenten, 3368 voor de primaire consumenten, 383 voor de secundaire consumenten en 21 voor de tertiaire consumenten. Reken de stappen uit en je krijgt ongeveer 16.2%, 11.4% en 5.5%. De echte wereld volgt geen nette 10%, maar de vorm is dezelfde: elk niveau bevat een klein deel van het niveau eronder.

OpenStax definieert ook het overdrachtsrendement van een trofisch niveau: de productie op het ene niveau gedeeld door de productie op het niveau eronder, maal 100. Voor de eerste stap in Silver Springs noemt het 1103 van 7618 kcal, ongeveer 14.48%. Verschillende boeken hanteren een iets andere boekhouding, dus het loont om te controleren uit welke getallen een verhouding is opgebouwd.

Waarom voedselketens kort zijn

Omdat er bij elke stap zo weinig energie overblijft, merkt OpenStax op dat er na vier tot zes overdrachten te weinig over is om nog een niveau te dragen. Er bestaat geen roofdier dat alleen van arenden leeft. Warmbloedige dieren maken het verlies erger. Een rups die bladeren eet, zet ongeveer 18% van de energie die ze opneemt om in haar eigen lichaam, terwijl een eekhoorn die eikels eet misschien maar 1.6% haalt, omdat zoveel naar lichaamswarmte gaat.

Piramides die omkeren

Ecologen tekenen drie soorten piramide. Een getallenpiramide telt individuen; in een gematigd bos in de zomer ondersteunen een paar bomen veel insecten, dus de onderkant is smal. Een biomassapiramide weegt levende materie; in het Kanaal weegt het fytoplankton 4 g per vierkante meter en het zoöplankton dat ervan eet 21 g, omdat het plankton bijna net zo snel wordt opgegeten als het groeit. Een energiepiramide meet stroom in de tijd en staat altijd rechtop, omdat geen niveau meer energie kan doorgeven dan het ontving.