Ecosysteem: structuur en onderdelen
Een ecosysteem is een stuk natuur waar levende wezens en hun omgeving samenwerken als één geheel. Het kan groot zijn (een bos, de zee) of klein (een vijver, een aquarium). Een akker of een aquarium is een door mensen gemaakt ecosysteem.
Onderdelen
- Abiotisch (niet-levend): zonlicht, temperatuur, water, bodem, lucht, mineralen.
- Biotisch (levend): producenten (groene planten, fytoplankton), consumenten (planteneters en vleeseters) en reducenten (bacteriën, schimmels).
Structuur
Structuur betekent welke soorten er zijn en hoe ze geordend zijn. De soortensamenstelling is de lijst van soorten. Gelaagdheid (stratificatie) is de verticale laagindeling: in een bos bomen bovenaan, dan struiken, dan kruiden en gras. Elke laag krijgt een andere hoeveelheid licht.
Vier functies
Elk ecosysteem doet vier dingen: productiviteit, afbraak, energiestroom en kringloop van voedingsstoffen.
Vijver: een eenvoudig voorbeeld
Abiotisch: water, opgeloste mineralen, zonlicht. Producenten: fytoplankton, algen, drijvende en wortelende planten. Consumenten: zoöplankton, kleine vissen, grote vissen. Reducenten: bacteriën en schimmels op de bodem.
Productiviteit: GPP en NPP
Primaire productie is de hoeveelheid biomassa (organisch materiaal) die planten per oppervlakte in een bepaalde tijd maken. Het tempo waarin dat gebeurt is de productiviteit, geschreven als g m⁻² yr⁻¹ of kcal m⁻² yr⁻¹.
- Bruto primaire productiviteit (GPP): het totale tempo waarin organisch materiaal door fotosynthese wordt gemaakt.
- Ademhaling (R): het deel van de GPP dat de planten zelf gebruiken.
- Netto primaire productiviteit (NPP): wat overblijft voor dieren en reducenten: NPP = GPP − R.
- Secundaire productiviteit: het tempo waarin consumenten nieuw organisch materiaal opbouwen.
Productiviteit hangt af van de plantensoort, zonlicht, temperatuur, water en voedingsstoffen. De hele aarde maakt ongeveer 170 miljard ton (droog gewicht) organisch materiaal per jaar. De oceanen bedekken ongeveer 70% van het oppervlak, maar leveren slechts ongeveer 55 miljard ton, omdat diep zeewater weinig licht en weinig voedingsstoffen heeft.
Afbraak: vijf stappen
Reducenten breken ingewikkeld dood materiaal (detritus: dode bladeren, schors, bloemen, dode dieren, mest) af tot eenvoudige anorganische stoffen zoals CO₂, water en voedingsstoffen.
- Fragmentatie: detritivoren zoals regenwormen breken detritus in kleine stukjes.
- Uitspoeling (leaching): in water oplosbare voedingsstoffen zakken de bodem in en blijven als zouten achter.
- Katabolisme: enzymen van bacteriën en schimmels breken detritus af tot eenvoudigere anorganische stoffen.
- Humificatie: er ontstaat een donkere, sponsachtige stof die humus heet. Microben kunnen er moeilijk bij, het breekt heel langzaam af en het is een voorraad voedingsstoffen.
- Mineralisatie: humus wordt langzaam door microben afgebroken en geeft anorganische voedingsstoffen vrij.
Wat de snelheid bepaalt
Snel als de detritus rijk is aan stikstof en suikers en als het warm en vochtig is. Langzaam als er veel lignine en chitine in zit en als het koud, droog of zuurstofloos (anaëroob) is. Afbraak heeft zuurstof nodig.
Energiestroom
De zon is de enige energiebron voor bijna alle ecosystemen (hydrothermale bronnen in de diepzee zijn een uitzondering). Minder dan 50% van het zonlicht is fotosynthetisch actieve straling (PAR) en planten vangen slechts ongeveer 2–10% van de PAR. Dat kleine deel drijft de hele levende wereld aan.
Energie stroomt één kant op: zon → producenten → consumenten. Ze wordt nooit hergebruikt. Bij elke overdracht gaat veel energie als warmte verloren, zoals de tweede wet van de thermodynamica zegt.
Voedselketens en trofische niveaus
- Graasketen (GFC): begint met groene planten: gras → geit → mens.
- Detritusketen (DFC): begint met dood materiaal: detritus → reducenten (schimmels, bacteriën) → detritivoren. In een ecosysteem op land stroomt veel meer energie door de DFC dan door de GFC.
- Ketens samen vormen een voedselweb.
- Trofische niveaus: producenten (1e), planteneters / primaire consumenten (2e), vleeseters / secundaire consumenten (3e), tertiaire consumenten (4e).
- Standing crop: de massa levend materiaal op een trofisch niveau op één moment.
10-procentregel
Slechts ongeveer 10% van de energie op één niveau gaat naar het volgende (Lindeman). Dus 10.000 J in planten → 1.000 J in planteneters → 100 J → 10 J. Daarom hebben voedselketens zelden meer dan 4–5 niveaus.
Ecologische piramides: aantal, biomassa, energie
Teken de producenten als basis en elk hoger trofisch niveau erbovenop. De piramide kan aantal, biomassa (droog gewicht) of energie laten zien.
- Aantalpiramide: een grasland is rechtop (veel grasplanten, minder sprinkhanen, minder kikkers). Eén grote boom met veel insecten en vogels geeft een omgekeerde of spoelvormige vorm.
- Biomassapiramide: op land meestal rechtop. In zee is hij omgekeerd: de massa fytoplankton op één moment is klein omdat het snel groeit en snel wordt opgegeten, terwijl de massa vis groter is.
- Energiepiramide: altijd rechtop, want bij elke stap gaat energie verloren en een niveau kan nooit meer energie hebben dan het niveau dat het voedt.
Beperkingen van piramides
Ze negeren dat één soort op twee niveaus tegelijk kan zitten, ze gaan uit van simpele voedselketens (de natuur heeft webben) en ze laten saprofyten (reducenten) weg terwijl die erg belangrijk zijn.
Wat het examen vraagt
Veelgestelde vragen: geef de definitie van GPP en NPP en schrijf NPP = GPP − R; noem en leg de stappen van afbraak uit met de factoren; leg uit waarom de energiepiramide altijd rechtop is; geef een voorbeeld van een omgekeerde aantal- of biomassapiramide; bereken de energie op een hoger niveau met de 10%-regel; vergelijk graasketen en detritusketen. Rekenvragen zijn kort maar geven makkelijke punten: schrijf altijd eerst de formule op.
Belangrijke formules en begrippen
- [object Object]
- [object Object]
- [object Object]
- [object Object]
- [object Object]
- [object Object]
Uitgewerkte voorbeelden
1. Een veld heeft GPP = 20.000 kcal m⁻² yr⁻¹ en planten gebruiken 4.000 kcal m⁻² yr⁻¹ voor ademhaling. Bereken de NPP.
NPP = GPP − R = 20.000 − 4.000 = 16.000 kcal m⁻² yr⁻¹.
2. Een meer heeft NPP = 6.000 en R = 2.000 kcal m⁻² yr⁻¹. Bereken de GPP.
GPP = NPP + R = 6.000 + 2.000 = 8.000 kcal m⁻² yr⁻¹.
3. Planten vangen 50.000 J. Hoeveel bereikt volgens de 10%-regel een secundaire consument?
Primaire consument: 10% van 50.000 = 5.000 J. Secundaire consument: 10% van 5.000 = 500 J.
4. Een slang (tertiaire consument) krijgt 25 J. Hoeveel energie zat er in de producenten?
Reken terug: × 10 bij elke stap. Secundair: 250 J, primair: 2.500 J, producenten: 25.000 J.
5. Een bos ontvangt 1.000.000 J PAR en de GPP slaat 20.000 J op. Bereken de fotosynthese-efficiëntie.
Efficiëntie = 20.000 ÷ 1.000.000 × 100 = 2%. Dit valt binnen het gebruikelijke bereik van 2–10%.
6. Planteneters in een weide bevatten 1.500 kJ en de vleeseters die ze eten bevatten 120 kJ. Bereken de ecologische efficiëntie en vergelijk met de 10%-regel.
Efficiëntie = 120 ÷ 1.500 × 100 = 8%. Dat is iets minder dan 10%, wat normaal is: die 10% is slechts een gemiddelde.
7. De GPP van een gewas is 30.000 kcal m⁻² yr⁻¹ en de ademhaling is 30% van de GPP. Koeien eten 10% van de NPP. Hoeveel energie nemen de koeien op?
R = 0.3 × 30.000 = 9.000. NPP = 30.000 − 9.000 = 21.000. Koeien: 10% van 21.000 = 2.100 kcal m⁻² yr⁻¹.
8. Waarom heeft een voedselketen zelden meer dan vijf niveaus? Laat het met getallen zien, beginnend bij 100.000 J.
100.000 → 10.000 → 1.000 → 100 → 10 → 1 J. Op het zesde niveau is nog maar 1 J over, veel te weinig voor een populatie dieren.
9. Welke piramide is in elk geval omgekeerd? (a) aantalpiramide van een banyanboom met insecten, (b) biomassapiramide in zee, (c) energiepiramide in een vijver.
(a) Omgekeerd (één boom, veel insecten). (b) Omgekeerd (kleine massa fytoplankton, grotere massa vis). (c) Nooit omgekeerd: de energiepiramide is altijd rechtop.
Veelgemaakte fouten
- NPP = GPP + R schrijven. Ademhaling is een verlies, dus NPP = GPP − R.
- Zeggen dat energie in een ecosysteem wordt hergebruikt. Voedingsstoffen gaan in kringloop; energie stroomt maar één kant op en verdwijnt als warmte.
- Denken dat de biomassapiramide altijd rechtop is. In zee is hij omgekeerd.
- Humificatie (humus ontstaat) verwarren met mineralisatie (humus wordt afgebroken en geeft mineralen vrij).