Wat is een ecosysteem?
Een ecosysteem is een stukje natuur waarin levende wezens op elkaar inwerken en op de levenloze dingen om hen heen. Een bos, een vijver, een meer, een grasland en een woestijn zijn natuurlijke ecosystemen. Een tuin, een akker en een aquarium zijn kunstmatige (door mensen gemaakte) ecosystemen, omdat mensen ze plannen en verzorgen.
Biotische en abiotische onderdelen
Biotische onderdelen zijn de levende delen: planten, dieren, schimmels en bacteriën. Abiotische onderdelen zijn de levenloze delen: zonlicht, temperatuur, water, lucht, bodem en mineralen. Je kunt geen van beide weghalen zonder dat het andere verandert. Haal het zonlicht weg en planten sterven; haal de planten weg en dieren verhongeren.
Producenten, consumenten en reducenten
Producenten zijn groene planten en sommige bacteriën (zoals blauwwieren) die voedsel maken door fotosynthese. Ze heten autotrofen.
Consumenten kunnen geen voedsel maken, dus eten ze andere wezens. Ze worden verdeeld in herbivoren (planteneters, bijv. geit), carnivoren (vleeseters, bijv. leeuw), omnivoren (eten beide, bijv. kraai, mensen) en parasieten (leven op een gastheer, bijv. luizen).
Reducenten zijn bacteriën en schimmels die dode planten en dieren afbreken tot eenvoudige stoffen. Zo komen mineralen terug in de bodem en kunnen producenten ze opnieuw gebruiken. Zonder reducenten zou dood materiaal zich opstapelen en zouden de voedingsstoffen in de bodem opraken.
Voedselketens, voedselwebben en trofische niveaus
Een voedselketen is een reeks levende wezens waarin elk wezen het vorige opeet. Voorbeeld: gras → sprinkhaan → kikker → slang → adelaar. In water: algen → kleine vis → grote vis → reiger.
Elke stap in een voedselketen is een trofisch niveau: T1 = producenten, T2 = primaire consumenten (planteneters), T3 = secundaire consumenten, T4 = tertiaire consumenten.
In de natuur eten de meeste dieren meer dan één soort voedsel en hebben ze meer dan één vijand. Daarom vormen veel ketens samen een netwerk dat een voedselweb heet. Een voedselweb maakt een ecosysteem stabieler: als één voedselbron schaars wordt, kunnen dieren overstappen op een andere.
Energiestroom en de 10%-regel
Groene planten vangen maar ongeveer 1% van het zonlicht op dat op hun bladeren valt. Als een planteneter een plant eet, krijgt hij maar zo'n 10% van de energie die in die plant zit opgeslagen. De rest gebruikt de plant zelf voor haar levensprocessen, gaat verloren als warmte of zit in delen die niet worden opgegeten of verteerd. Dit is de 10-procentregel (van Lindeman).
Waarom de energiestroom één kant op gaat (eenrichtingsverkeer)
Energie gaat van de zon → producenten → planteneters → vleeseters. Ze komt nooit terug: energie die als warmte verloren is, kunnen planten niet opnieuw gebruiken. Daarom is de energiestroom eenrichtingsverkeer. Mineralen gaan juist steeds rond, met hulp van reducenten.
Waarom voedselketens maar 3 tot 4 niveaus hebben
Bij elke stap daalt de energie tot een tiende. Op het vierde of vijfde niveau is er zo weinig energie over dat er geen populatie van kan leven. Daarom zijn er maar weinig toproofdieren, en daarom verspilt een vegetarisch dieet (eten op niveau 2) minder zonne-energie.
Biomagnificatie
Bestrijdingsmiddelen zoals DDT worden op gewassen gespoten. Een deel spoelt de bodem en het water in en komt in planten terecht. Deze stoffen worden niet afgebroken en het lichaam scheidt ze niet uit; ze worden opgeslagen in vet. Een dier dat veel planten eet, verzamelt al hun gif. Het volgende dier eet veel van die dieren, enzovoort.
Zo gaat de hoeveelheid van de stof per kg lichaamsgewicht omhoog op elk trofisch niveau. Dit is biomagnificatie. Toppredatoren, ook mensen, krijgen de hoogste dosis. Daarom kunnen graan, groenten, vis en zelfs melk sporen van bestrijdingsmiddelen bevatten.
Belangrijke formules en begrippen
- Energie op het volgende niveau = 10% van de energie op dit niveau = E ÷ 10
- Energie op niveau n = E₁ × (0.1)ⁿ⁻¹ (E₁ = energie in de producenten)
- Energie op een lager niveau = energie op het hogere niveau × 10 (als je naar beneden gaat)
- Trofische niveaus: T1 producenten → T2 planteneters → T3 vleeseters → T4 toproofdieren
- Energiestroom: één richting (zon → producenten → consumenten → verloren als warmte). Voedingsstoffen: kringloop.
- Biomagnificatie: de concentratie van een stof neemt toe naarmate je hoger in de trofische niveaus komt
Uitgewerkte voorbeelden
1. Noem twee biotische en twee abiotische onderdelen van een vijver.
Biotisch: waterplanten (waterpest, algen), vissen, kikkers, bacteriën. Abiotisch: water, zonlicht, opgeloste zuurstof, de bodem onderin, temperatuur.
2. In een voedselketen hebben de producenten 20,000 J energie. Hoeveel energie bereikt de secundaire consument?
Producent → primaire consument: 20,000 × 10% = 2,000 J. Primaire → secundaire consument: 2,000 × 10% = 200 J. Antwoord: 200 J.
3. Een havik (4e trofische niveau) krijgt 5 J energie. Hoeveel energie zat er in de producenten van zijn keten?
Elk niveau naar beneden vermenigvuldig je met 10. Niveau 3: 50 J, niveau 2: 500 J, niveau 1: 5,000 J. De producenten hadden 5,000 J.
4. In de keten gras → hert → tijger heeft het gras 1,00,000 kJ. Hoeveel energie krijgt de tijger, en welk deel van de energie van het gras is dat?
Hert: 1,00,000 × 0.1 = 10,000 kJ. Tijger: 10,000 × 0.1 = 1,000 kJ. Deel = 1,000 / 1,00,000 = 1/100 = 1%.
5. Waarom heeft een mens die vis uit een met DDT vervuild meer eet, meer DDT in zich dan de vis?
DDT wordt niet afgebroken en blijft in het lichaamsvet. De mens eet na verloop van tijd veel vissen, dus al hun DDT hoopt zich op in de mens. Omdat de mens op een hoger trofisch niveau zit, krijgt hij de hoogste concentratie: biomagnificatie.
6. Waarom is een voedselweb stabieler dan één enkele voedselketen?
In een web heeft elk dier meerdere voedselkeuzes. Als één prooidier zeldzaam wordt, eet het roofdier een ander, zodat het ecosysteem niet instort.
Veelgemaakte fouten
- De pijlen de verkeerde kant op tekenen. De pijl wijst naar de eter: gras → hert betekent dat het hert het gras eet (energie stroomt mee met de pijl).
- Zeggen dat 10% van de energie op elk niveau verloren gaat. Het is juist andersom: ongeveer 90% gaat verloren en maar 10% gaat door.
- Denken dat reducenten een trofisch niveau in de keten zijn. Ze werken op dood materiaal van elk niveau en worden apart getekend.
- De twee trends door elkaar halen: energie NEEMT AF naarmate je hoger in de keten komt, maar de concentratie bestrijdingsmiddel NEEMT TOE.