La ricerca ha dimostrato che i produttori primari fissano il carbonio a tassi simili tra gli ecosistemi. Una volta che il carbonio è stato introdotto in un sistema come fonte vitale di energia, i meccanismi che governano il flusso di energia verso livelli trofici più elevati variano tra gli ecosistemi. Tra gli ecosistemi acquatici e terrestri, sono stati identificati modelli che possono spiegare questa variazione e sono stati divisi in due principali percorsi di controllo: dall’alto verso il basso e dal basso verso l’alto., I meccanismi che agiscono all’interno di ciascun percorso regolano in ultima analisi la struttura del livello trofico e della comunità all’interno di un ecosistema a vari livelli. I controlli bottom-up comportano meccanismi basati sulla qualità e sulla disponibilità delle risorse, che controllano la produttività primaria e il successivo flusso di energia e biomassa a livelli trofici più elevati. I controlli dall’alto verso il basso comportano meccanismi basati sul consumo da parte dei consumatori. Questi meccanismi controllano il tasso di trasferimento di energia da un livello trofico ad un altro come erbivori o predatori si nutrono di livelli trofici inferiori.,
Ecosistemi acquatici vs terrestri
Molte variazioni nel flusso di energia si trovano all’interno di ogni tipo di ecosistema, creando una sfida nell’identificare le variazioni tra i tipi di ecosistemi. In senso generale, il flusso di energia è una funzione della produttività primaria con temperatura, disponibilità di acqua e disponibilità di luce. Ad esempio, tra gli ecosistemi acquatici, tassi di produzione più elevati si trovano solitamente nei grandi fiumi e nei laghi poco profondi rispetto ai laghi profondi e ai corsi d’acqua limpidi., Tra gli ecosistemi terrestri, le paludi, le paludi e le foreste pluviali tropicali hanno i tassi di produzione primaria più alti, mentre gli ecosistemi della tundra e delle alpi hanno i tassi di produzione primaria più bassi. Le relazioni tra produzione primaria e condizioni ambientali hanno contribuito a tenere conto delle variazioni all’interno dei tipi di ecosistemi, consentendo agli ecologisti di dimostrare che l’energia scorre in modo più efficiente attraverso gli ecosistemi acquatici rispetto agli ecosistemi terrestri a causa dei vari controlli bottom-up e top-down in gioco.,
Bottom-upEdit
La forza dei controlli bottom-up sul flusso energetico è determinata dalla qualità nutrizionale, dalle dimensioni e dai tassi di crescita dei produttori primari in un ecosistema. Il materiale fotosintetico è tipicamente ricco di azoto (N) e fosforo (P) e integra l’elevata domanda di erbivori per N e P in tutti gli ecosistemi. La produzione primaria acquatica è dominata da un piccolo fitoplancton unicellulare composto principalmente da materiale fotosintetico, che fornisce una fonte efficiente di questi nutrienti per gli erbivori., Al contrario, le piante terrestri multicellulari contengono molte grandi strutture di cellulosa di supporto ad alto tenore di carbonio e basso valore nutritivo. A causa di questa differenza strutturale, i produttori primari acquatici hanno meno biomassa per tessuto fotosintetico immagazzinato all’interno dell’ecosistema acquatico rispetto alle foreste e alle praterie degli ecosistemi terrestri. Questa bassa biomassa rispetto al materiale fotosintetico negli ecosistemi acquatici, consente un tasso di turnover più efficiente rispetto agli ecosistemi terrestri., Poiché il fitoplancton viene consumato dagli erbivori, i loro tassi di crescita e riproduzione migliorati sostituiscono sufficientemente la biomassa persa e, in combinazione con la loro qualità densa di nutrienti, supportano una maggiore produzione secondaria.
Altri fattori che incidono sulla produzione primaria includono gli input di N e P, che si verificano in misura maggiore negli ecosistemi acquatici. Questi nutrienti sono importanti per stimolare la crescita delle piante e, una volta passati a livelli trofici più elevati, stimolano la biomassa e il tasso di crescita dei consumatori. Se uno di questi nutrienti scarseggiano, possono limitare la produzione primaria complessiva., All’interno dei laghi, P tende ad essere il più grande nutriente limitante mentre sia N che P limitano la produzione primaria nei fiumi. A causa di questi effetti limitanti, gli input di nutrienti possono potenzialmente alleviare le limitazioni sulla produzione primaria netta di un ecosistema acquatico. Il materiale alloctono lavato in un ecosistema acquatico introduce N e P così come l’energia sotto forma di molecole di carbonio che vengono prontamente assorbite dai produttori primari. Maggiori input e maggiore concentrazione di nutrienti supportano maggiori tassi netti di produzione primaria, che a loro volta supportano una maggiore produzione secondaria.,
Top-downEdit
I meccanismi top-down esercitano un maggiore controllo sui produttori primari acquatici a causa del rotolo di consumatori all’interno di una rete alimentare acquatica. Tra i consumatori, gli erbivori possono mediare gli impatti delle cascate trofiche collegando il flusso di energia dai produttori primari ai predatori a livelli trofici più elevati. Attraverso gli ecosistemi, esiste un’associazione coerente tra la crescita degli erbivori e la qualità nutrizionale del produttore. Tuttavia, negli ecosistemi acquatici, i produttori primari sono consumati dagli erbivori ad un tasso quattro volte superiore rispetto agli ecosistemi terrestri., Sebbene questo argomento sia molto dibattuto, i ricercatori hanno attribuito la distinzione nel controllo degli erbivori a diverse teorie, tra cui i rapporti tra produttore e consumatore e la selettività degli erbivori.
Una rete alimentare d’acqua dolce che dimostra le differenze di dimensioni tra ogni livello trofico. I produttori primari tendono ad essere piccole cellule algali. Gli erbivori tendono ad essere piccoli macro-invertebrati. I predatori tendono ad essere pesci più grandi.,
La modellazione dei controlli top-down sui produttori primari suggerisce che il massimo controllo sul flusso di energia si verifica quando il rapporto tra consumatore e produttore primario è il più alto. La distribuzione dimensionale degli organismi trovati all’interno di un singolo livello trofico nei sistemi acquatici è molto più ristretta di quella dei sistemi terrestri., Sulla terra, la dimensione del consumatore varia da più piccola della pianta che consuma, come un insetto, a significativamente più grande, come un ungulato, mentre nei sistemi acquatici, la dimensione del corpo del consumatore all’interno di un livello trofico varia molto meno ed è fortemente correlata alla posizione trofica. Di conseguenza, la differenza di dimensioni tra produttori e consumatori è costantemente maggiore negli ambienti acquatici che sulla terra, con conseguente maggiore controllo degli erbivori sui produttori primari acquatici.
Gli erbivori possono potenzialmente controllare il destino della materia organica mentre viene pedalata attraverso la rete alimentare.,ref name = “Schmitz_2008″/> Gli erbivori tendono a selezionare piante nutrienti evitando piante con meccanismi di difesa strutturale. Come le strutture di supporto, le strutture di difesa sono composte da cellulosa povera di nutrienti e ad alto tenore di carbonio. L’accesso a fonti di cibo nutriente migliora il metabolismo degli erbivori e le richieste energetiche, portando a una maggiore rimozione dei produttori primari. Negli ecosistemi acquatici, il fitoplancton è altamente nutriente e generalmente manca di meccanismi di difesa., Ciò si traduce in un maggiore controllo dall’alto verso il basso perché la materia vegetale consumata viene rapidamente rilasciata nel sistema come rifiuti organici labili. Negli ecosistemi terrestri, i produttori primari sono meno densi dal punto di vista nutrizionale e hanno maggiori probabilità di contenere strutture di difesa. Poiché gli erbivori preferiscono piante nutrizionalmente dense ed evitano piante o parti di piante con strutture di difesa, una maggiore quantità di materia vegetale viene lasciata non consumata all’interno dell’ecosistema. Evitare erbivori di materia vegetale di bassa qualità può essere il motivo per cui i sistemi terrestri mostrano un controllo dall’alto verso il basso più debole sul flusso di energia.