Aliran Energi dapat dijelaskan melalui dua model yaitu: model energi saluran tunggal dan model energi berbentuk Y.
1. Model Energi Saluran Tunggal:
Prinsip rantai makanan dan cara kerja kedua hukum termodinamika dapat dijelaskan dengan lebih baik melalui diagram aliran energi yang ditunjukkan pada Gambar 1.3 dan 1.4.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.3 dari total radiasi matahari yang masuk (118.872 gkal/cm2/tahun), 118.761 gkal/cm2/tahun tetap tidak digunakan, sehingga produksi bruto (produksi bersih ditambah respirasi) oleh autotrof adalah 111 gkal/cm2/ tahun dengan efisiensi penangkapan energi sebesar 0,1 0 persen. Dapat juga dicatat bahwa 21 persen energi ini atau 23 gkal/cm2/tahun dikonsumsi dalam reaksi metabolisme autotrof untuk pertumbuhan, perkembangan, pemeliharaan, dan reproduksinya.
Dapat dilihat lebih lanjut bahwa 15 gkal/cm2/tahun dikonsumsi oleh herbivora yang merumput atau memakan Autotrof-ini berjumlah 17 persen dari produksi autotrof bersih.
Dekomposisi (3 gcal/cm 2 thn) menyumbang sekitar 3,4 persen dari produksi bersih. Sisa bahan tanaman, 70 gkal/cm2 / tahun atau 79,5 persen dari produksi bersih, tidak dimanfaatkan sama sekali tetapi menjadi bagian dari sedimen yang terakumulasi. Jelas, lebih banyak energi yang tersedia untuk herbivora daripada yang dikonsumsi.
Hal ini juga dapat dicatat bahwa berbagai jalur kerugian setara dengan perhitungan penangkapan energi autotrof yaitu produksi kotor. Juga, secara kolektif tiga ‘takdir’ atas (dekomposisi, herbivora dan tidak dimanfaatkan) setara dengan produksi bersih, dari total energi yang digabungkan pada tingkat herbivora, yaitu 15 gkal.cm 2 /tahun, 30 persen atau 4,5 gkal/cm 2 / tahun digunakan dalam reaksi metabolisme. Jadi, ada jauh lebih banyak energi yang hilang melalui respirasi oleh herbivora (30 persen) daripada autotrof (21 persen).
Sekali lagi tersedia energi yang cukup besar untuk karnivora, yaitu 10,5 gkal/cm2 / tahun atau 70 persen, yang tidak digunakan seluruhnya; kenyataannya hanya 3,0 gkal /cm2 /tahun atau 28,6 persen dari produksi bersih masuk ke karnivora. Ini adalah pemanfaatan sumber daya yang lebih efisien daripada yang terjadi pada tingkat transfer autotrof-herbivora.
Pada tingkat karnivora sekitar 60 persen asupan energi karnivora dikonsumsi dalam aktivitas metabolisme dan sisanya menjadi bagian dari sedimen yang tidak termanfaatkan; hanya sejumlah kecil yang mengalami dekomposisi setiap tahun. Kehilangan pernapasan yang tinggi ini dibandingkan dengan 30 persen oleh herbivora dan 21 persen oleh autotrof dalam ekosistem ini.
Dari diagram aliran energi yang ditunjukkan pada Gambar 1.3, dua hal menjadi jelas. Pertama, ada jalan satu arah di mana energi bergerak (aliran energi searah). Energi yang ditangkap oleh autotrof tidak kembali ke masukan matahari; yang lolos ke herbivora tidak lolos kembali ke autotrof. Saat bergerak secara progresif melalui berbagai tingkat trofik, ia tidak lagi tersedia untuk tingkat sebelumnya. Jadi karena aliran energi satu arah, sistem akan runtuh jika sumber utamanya, matahari, terputus.
Kedua, terjadi penurunan tingkat energi yang progresif pada setiap tingkat trofik. Hal ini sebagian besar disebabkan oleh energi yang dihamburkan sebagai panas dalam aktivitas metabolisme dan diukur di sini sebagai gabungan respirasi, dengan energi yang tidak digunakan. Pada Gambar di atas “kotak” mewakili tingkat trofik dan ‘pipa’ menggambarkan aliran energi masuk dan keluar dari setiap tingkat.
Energi masuk menyeimbangkan aliran keluar seperti yang dipersyaratkan oleh hukum pertama termodinamika, dan transfer energi disertai dengan dispersi energi menjadi panas yang tidak tersedia (yaitu respirasi) seperti yang dipersyaratkan oleh hukum kedua. Gambar 1.4 menyajikan model aliran energi yang sangat disederhanakan dari tiga tingkat tropik, yang darinya menjadi jelas bahwa aliran energi sangat berkurang pada setiap tingkat trofik berturut-turut dari produsen ke herbivora dan kemudian ke karnivora.
Jadi pada setiap perpindahan energi dari satu tingkat ke tingkat lainnya, sebagian besar energi hilang sebagai panas atau bentuk lainnya. Ada pengurangan berturut-turut dalam aliran energi apakah kita menganggapnya sebagai aliran total (yaitu input energi total dan asimilasi total) atau produksi sekunder dan komponen respirasi. Jadi, dari 3.000 Kkal total cahaya yang jatuh ke tanaman hijau, sekitar 50 persen (1500 Kkal) diserap, yang hanya 1 persen (15 Kkal) yang diubah pada tingkat trofik pertama.
Jadi produksi primer bersih hanya 15 Kcal. Produktivitas sekunder (P2 dan P3 dalam diagram) cenderung menjadi sekitar 10 persen pada tingkat trofik konsumen berturut-turut yaitu herbivora dan karnivora, meskipun efisiensi terkadang lebih tinggi, 20 persen, pada tingkat karnivora seperti yang ditunjukkan (atau P3= 0,3 Kkal) dalam diagram.
Terlihat jelas dari Gambar 1.3 dan 1.4 bahwa ada penurunan aliran energi secara berturut-turut pada tingkat trofik yang berurutan. Dengan demikian, semakin pendek rantai makanan, semakin besar energi makanan yang tersedia karena dengan bertambahnya panjang rantai makanan, akan ada lebih banyak energi yang hilang.
2. Model Aliran Energi berbentuk Y:
Model berbentuk Y selanjutnya menunjukkan bahwa dua rantai makanan yaitu rantai makanan penggembalaan dan rantai makanan detritus sebenarnya, dalam kondisi alami, tidak sepenuhnya terisolasi satu sama lain. Rantai makanan penggembalaan dimulai dengan basis tanaman hijau menuju ke herbivora dan rantai makanan detritus dimulai dengan bahan organik mati yang dilakukan oleh mikroba, kemudian diteruskan ke detritivora dan konsumennya.
Misalnya, bangkai hewan kecil yang pernah menjadi bagian dari rantai makanan penggembalaan menjadi tergabung dalam rantai makanan detritus seperti halnya kotoran hewan makanan penggembalaan. Secara fungsional, perbedaan antara keduanya terletak pada jeda waktu antara konsumsi langsung tumbuhan hidup dan pemanfaatan akhir bahan organik mati. Pentingnya dua rantai makanan mungkin berbeda dalam ekosistem yang berbeda, di beberapa penggembalaan lebih penting, di lain detritus adalah jalur utama.
Poin penting dalam model berbentuk Y adalah bahwa kedua rantai makanan tidak terisolasi satu sama lain. Model berbentuk Y ini lebih realistis dan praktis model kerjanya daripada model saluran tunggal karena,
(i) menegaskan struktur stratifikasi ekosistem,
(ii) memisahkan rantai penggembalaan dan detritus (masing-masing konsumsi langsung tanaman hidup dan pemanfaatan bahan organik mati) dalam ruang dan waktu, dan
(iii) bahwa mikro-konsumen (bakteri penyerap, jamur) dan makro-konsumen (hewan fagotrofik) memiliki hubungan ukuran-metabolisme yang sangat berbeda. (EP> Odum.1983).
Namun harus diingat bahwa model ini menggambarkan pola dasar aliran energi dalam ekosistem. Dalam praktiknya, dalam kondisi alami, organisme saling terkait sedemikian rupa sehingga beberapa rantai makanan menjadi saling bertautan, menghasilkan jaring makanan yang kompleks. Kami telah merujuk jaring makanan di padang rumput dan di ekosistem tambak. Kompleksitas jaring makanan tergantung pada panjang rantai makanan.
Jadi di alam ada aliran energi multi-saluran, tetapi di sini saluran-saluran ini milik salah satu dari dua rantai makanan dasar, yaitu rantai penggembalaan atau rantai makanan detritus. Pola saling mengunci dari beberapa rantai dalam jaring makanan suatu ekosistem akan menyebabkan aliran energi multi-saluran. Jadi dalam prakteknya, dalam kondisi lapangan, kita mungkin menghadapi kesulitan dalam mengukur energi ekosistem.