Objectives
I. Human Use of Sun’s Energy for Food
    Relevant Ecological Concepts
    Challenges + Approaches to Feed 7-10 billion
    Consequences of Moving Down Food Chain
    Comparison of Diets across Earth II.  Human
II. Human Use of Sun’s Energy for Fuel
    Relevant Ecological Concepts
    Past formation of Fossil Fuels
    Present-day Use of Non-renewable Fossil
         Fuels
    Present-day Need for Renewable Fuels
Humans + Food Energy - Relates to:
   A.  Population size +  carrying capacity
                   “         need (‘demand’ for animal food
   B.  Primary and secondary productivity
   C.  Trophic level of consumption
   D.  Ecological efficiency
   E.  Land use + landscape/conservation ecology
EP15050
Global variation in estimated NPP -Humans consume 40% of global NPP!!
Challenges for future:
Less water for irrigation
Increasing temperatures -> drought
Loss of land to non-farm uses
Increased fuel costs
Increased fertilizer costs
Fewer new technologies on horizon
Plan B Lester D. Brown Earth Policy Institute
How to feed 7-10 billion well!1.  Improve land (plant) productivity
A. Increase multi-cropping
B. Improve water-use efficiency +
            plant less water-demanding crops
C. Move down food chain - less water to
            produce animal feed
D. Raise cost of water
E. Put local people in charge to manage resources
2. Produce animal protein more      efficiently.
A. 38% of grain used as animal feed in world
B. variation in efficiency in convert grain to protein
           beef = low     aquaculture herb. fish = high
C. variation among countries in type of meat eaten
           China = # 1 = pork; 2nd in world = chickens;
           fish on rise, too
D. most soybeans used as grain for animal food;
        has improved efficiency greatly
3.New animal protein production systems
A. Milk in India: feed animals with roughage
B. Use crop residues (straw/corn stalk) for cows
C. China aquaculture: 4 fish at different trophic
           levels
Why does human population size depend onour trophic level? 
Figure 2
4.  Move down food chain
A. How many people can earth support -
             depends upon our trophic level
   Country      kg grain/person /yr   billions supported
   USA
   Italy
   India (almost all to humans)
B. Of our 800 kg grain,
     ?   eaten as grain; ? to feed animals
C. Complete table below:
 
Cultural Evolution of Diet
A.  Diets include carbos + protein
B.  Must have amino acid complementarity ->
             can get all required AAs from plants
      e.g. L.A.:  Beans + rice (corn)
             Asia: Soybeans + rice
             Middle East:  Chickpeas + wheat/millet
         What do all three have in common to get
                a lot of N?
Government Policies Under Debate
A.  Plant corn for food or fuel?
B.  Farm bill with farm subsidies
The Hungry Planet    Peter Menzel
       ItemRange
$ spent on food
Calories in diet
Sugar used
Obsesity level
Meat consumption
Calculate your daily required calories
A.  Height (in)
B.  Activity level
C.  BMI (body mass index)
        18.5 (small boned)
        24.99 (large boned)
        25-29.99 = overweight
        >30         = obese
        (60% of US = overweight or obese)
D. Weight (lb)
E.  Calories if 30 yr
        (add 7 female or 10 male for each year below 30)
F.  Calories for my age __________
I.Human Use of Energy for Fuel:relevant ecolgoical concepts:
 Sun: origin of (almost) all energy that humans
             use
Ecosystem = energy-transforming machine
Photosynthesis:  sun energy transferred to
             chemical bond energy
Respiration: release (and transfer) of chemical
             bond energy; generation of ATP + heat
       Aerobic
       Anaerobic: less release of energy
Incomplete decomposition: accumulate biomass
          and energy
PAST SCENARIO:Accumulation of chemical bondenergy from past photosynthesis
A.  Production > Decomposition
B.  Death, then into decomposer food web
C.  Bury by sediments; anaerobic -->
           decomposition slowed and incomplete
D. Organic matter (biomass) transformed
           to fossil fuels
Chemical Fossil Fuels from GeologicComposting!
Physical Transformation of OrganicMatter
When?  Carboniferous - 3-400,000,000 yrs ago
Where?
Ocean:
    Algae (diatoms)
    Sedimentation
    Pressure/heat
   (Crude) oil + natural gas (hydrocarbons)
Where?   Land
Woody plants in swamps
    Biogas via anaerobic respiration by bacteria
Incomplete decomposition; much energy
        remains
Peat (a fuel)
Sedimentation; weight squeezed out water
Pressure + heat transformed
    wood fragments --> thermogenic natural gas
    leaves + wood --> oil + coal
       If anaerobic -- S in coal
Trapped by overlying sediments
Retrieval by drilling/strip mining
coal
Major coal deposits in USA -
    red = high in S
Chemical transformation of organicplant matter
Lipids, proteins, carbos, lignin, cellulose
Kerogens (complex heavy hydrocarbons)
Heat -->
Lighter hydrocarbons by breaking bonds of
        kerogens
PRESENT: break fossilized chemicalbonds
Uses:
    Drive ‘machines’
    Heat
    Electricity
Which fuels used for which use?
    Relation of oil to gasoline
    Relation to electricity
Sources
    Relative cleanliness
 
 
What’s in a barrelof oil?
How is electricity made and used?
Speed of Depletion of Non-renewableEnergy Sources
How old are the sources?
When were they discovered + put to use?
What % have we used?
What is projected time of depletion?
"There are currently 98 oil producingcountries in the world, of which 64 arethought to have passed their geologically-imposed production peak, and of those 60are in terminal production decline."
Renewable alternative fuels - relate tosun’s energy
Solar
Wind
Biofuels (see PPT on 203 website)
     Seed (e.g. corn) -> ethanol
     Vegetable oil (from seed) -> biodiesel
     Crop residues (e.g corn stalks) +
     Non-crop cellulose
           (e.g. switch grass + Miscanthus) -> ethanol
EBI: Energy Biosciences Institute        UI + U Cal-Berkeley