Hoofdstuk 55
§1: Waar komen de energie en bouwstenen van voor een ecosysteem vandaan?
Onder een ecosysteem worden alle organismen gerekend die in een bepaald gebied
leven, samen met de abiotische factoren die de organismen beïnvloeden. Dit zijn dus
meestal 1 of meer levensgemeenschappen en de omgeving om hun heen. Hiernaast zijn
verschillende organisatieniveaus van klein (a) naar groot (d) weergegeven.
Een ecosysteem heeft twee belangrijke opkomende eigenschappen: Energiestroom en
chemische kringloop. Energie komt bij de meeste ecosystemen binnen als zonlicht.
Deze zonlicht wordt door autotrofen omgezet in chemische energie. Autotrofen zijn dus individuen die aan
fotosynthese of chemosynthetische kunnen doen (meestal planten). Deze energie wordt doorgegeven aan
heterotrofen in de samenstelling van voedsel en afgevoerd als warmte. Er worden dus anorganische stoffen
omgezet in organische stoffen. Een ecosysteem vereist een continue instroom van energie van een externe
bron (meestal de zon). De stroom van energie gaat in één richting door ecosystemen, terwijl chemicaliën
(chemische energie) erin kunnen
circuleren.
In tegenstelling tot energie worden
chemische elementen dus continu
gerecycled binnen het ecosysteem.
Bijvoorbeeld een koolstofatoom in CO2
kan uit de bodem worden vrijgemaakt
door een decomposer, door een
grasspriet worden opgenomen d.m.v.
fotosynthese en vervolgens door een
grazend dier worden geconsumeerd en
vervolgens weer in de bodem terecht
komen als uitwerpselen.
Materie kan, net als energie, niet zomaar worden gecreëerd of vernietigd. Op deze regel baseert de wet van
behoud van massa. In een constant ecosysteem is de massa die in het ecosysteem voorkomt constant. Er komt
niks bij en gaat niks weg.
Elementen binnen ecosystemen kunnen ook nog verloren gaan of gewonnen worden. Bijvoorbeeld als ze
worden meegevoerd met water of iets. Ecosystemen zijn dus open systemen die energie en massa opnemen
en warmte en afvalproducten afgeven.
Ecologen sorteren soorten in een ecosysteem in trofische niveaus op basis van voedselrelaties. Het trofische
niveau dat uiteindelijk alle andere ondersteunt (de eerste die dus bruikbare energie kan opleveren), bestaat uit
autotrofen, ook wel de primaire producenten van het ecosysteem genoemd. Organismen op trofische niveaus
boven de primaire producenten zijn heterotrofen (consumenten), die voor hun energiebron direct of indirect
afhankelijk zijn van de output van primaire producenten.
Herbivoren (planteneters), zijn primaire consumenten. Carnivoren die herbivoren eten zijn secundaire
consumenten en carnivoren die andere carnivoren eten zijn tertiaire consumenten.
Autotroof = zelfvoorzienend voor het verkrijgen van bruikbare energie (d.m.v. fotosynthese/chemosynthese).
Heterotroof = afhankelijk van voedsel (dus andere organismen) voor het verkrijgen van bruikbare energie.
Een andere groep heterotrofen zijn de decomposers/reducenten, dit zijn consumenten die hun energie halen
uit afval. Deze eten detritus, dit is niet-levend organisch materiaal, wat bijvoorbeeld afkomstig is van dode
organismen.
Hoewel sommige dieren zich voeden met afval, zijn de belangrijkste afbrekers prokaryoten en schimmels. Deze
organismen scheiden enzymen uit die organisch materiaal verteren, waarna ze afbraakproducten kunnen
opnemen.
Veel decomposers worden weer opgegeten door secundaire en tertiaire consumenten (bijv. een regenworm
wordt door een vogel opgegeten).
, §2: Hoeveel kan een ecosysteem produceren?
In de meeste ecosystemen is de hoeveelheid lichtenergie die gedurende een bepaalde periode door autotrofen
wordt omgezet in chemische energie de primaire productie van het ecosysteem. Deze chemische energie
wordt via voedselwebben doorgegeven aan consumenten. Je kunt dus wel zeggen dat de totale hoeveelheid
fotosynthetische productie de limiet voor het energieverbruik van het hele ecosysteem bepaald.
Er kan niet zomaar energie bijkomen, hetzelfde als dat er niet zomaar materiaal bij of weg kan worden
getoverd. Dit wordt de wet van behoud van energie genoemd. Slechts een klein deel van het zonlicht dat het
aardoppervlak bereikt, wordt ook echt gebruikt voor fotosynthese (dus omgezet naar bruikbare energie). Veel
van de straling treft materialen die niet fotosynthetiseren, zoals ijs en aarde.
De totale primaire productie in een ecosysteem staat bekend als de bruto primaire productie (GPP) van dat dat
ecosysteem, dus de hoeveelheid energie van licht (of chemicaliën in chemoautotrofesystemen) die per
tijdseenheid wordt omgezet in de chemische energie van organische moleculen.
Niet alle chemische energie (bruikbare energie) die wordt geproduceerd, wordt opgeslagen als organisch
materiaal. Dat komt omdat de planten natuurlijk zelf ook energie verbruiken bij stofwisselingsprocessen etc.
Hierbij kom je uit op de Netto primaire productie (NPP).
Dit is dus de bruto primaire productie minus de energie die wordt gebruikt door de primaire producent
(autotroof), voor hun eigen stofwisseling.
Oftewel: NPP = GPP – R(van de plant).
NPP is ongeveer de helft van het GPP, de plant gebruikt dus de helft van de geproduceerde energie en de rest
slaat hij op en wordt mogelijk doorgegeven aan de volgende schakel (consumenten).
De NPP van een ecosysteem moet niet verward met de totale biomassa van aanwezige fotosynthetische
autotrofen. De netto primaire productie is de hoeveelheid nieuwe biomassa die in een bepaalde periode wordt
toegevoegd. Hoewel de totale biomassa van een bos groot is, kan de NPP in werkelijkheid kleiner zijn dan die
van sommige graslanden. Graslanden stapelen niet zoveel biomassa op als bossen, omdat dieren de planten
snel consumeren en omdat grassen en kruiden sneller vergaan dan bomen. Er komt bij grasland dus veel
nieuwe biomassa bij (NPP), terwijl het totale biomassa bij het bos juist hoger is.
De netto ecosysteem productie (NEP) is een maat voor de biomassa accumulatie door producenten en
consumenten gedurende die tijd. NEP wordt gedefinieerd als bruto primaire productie minus de totale
stofwisseling van alle organismen in het systeem (R T).
Oftewel: NEP = GPP = RT.
Door naar de waarde te kijken, kunnen ecologen zien of een ecosysteem in de loop van de tijd koolstof wint of
verliest. Een bos kan een positieve NPP hebben, maar toch koolstof verliezen als heterotrofen het sneller als
CO2 afgeven dan primaire producenten het opnemen om weer om te zetten.
De meest gebruikelijke manier om NEP te schatten, is door de netto stroom van CO2 of O2 die het ecosysteem
binnenkomt of verlaat te meten. Als er meer CO2 binnenkomt dan eruit gaat, slaat het systeem koolstof op.
Omdat de afgifte van O2 direct gekoppeld is aan fotosynthese, slaat een systeem dat O2 afgeeft ook koolstof
op.
Wanneer NEP > (groter is dan) 0, wint het ecosysteem meer koolstof dan het verliest, ecosystemen slaan dan
koolstof op en er wordt dan gepraat over een koolstofput. Wanneer NEP < 0, verliest het ecosysteem meer
koolstof dan het wint, ecosystemen worden dan een koolstofbron genoemd. Hierbij komt meer koolstof vrij
dan dat het ecosysteem opneemt (gebeurt nu met versterk broeikaseffect).
Er zijn een aantal factoren die belangrijk zijn voor het produceren van
chemische energie (d.m.v. fotosynthese).
Zonnestraling stimuleert fotosynthese, wanneer er geen zonlicht is,
kan de plant geen fotosynthese uitvoeren.
Nutriënten (voedingsstoffen) beperken de primaire productie ook
ernstig. Een beperkende voedingsstof is het element dat moet
worden toegevoegd om de productie van energie te verhogen. Onder
water is er vaak te weinig stikstof en fosfor om optimaal fotosynthese
uit te voeren.
Wanneer er veel voedsel aanwezig is voor autotrofen in het water,
vindt er een proces plaats dat eutrofiëring wordt genoemd. Dit vindt
plaats bij voedselrijke wateren die daardoor vol komen te zitten met
algen of plankton. Deze algen nemen al de nutriënten in waardoor er
voor andere soorten te weinig voeding is en de biodiversiteit in dat
