Samenvatting · Biologie · vwo 6 Ecologie

Ecologie: kernbegrippen en verbanden

1. Ecosysteem, levensgemeenschap en abiotische factoren

Een ecosysteem bestaat uit alle organismen in een gebied én de abiotische factoren die daarop invloed hebben. Organismen vormen samen de levensgemeenschap. Voorbeelden van abiotische factoren zijn:

• lichtintensiteit;
• temperatuur;
• waterbeschikbaarheid;
• zuurstofgehalte;
• pH;
• zoutconcentratie;
• bodemstructuur;
• hoeveelheid mineralen en nutriënten.

De plaats waar een soort onder bepaalde omstandigheden kan leven en zich kan voortplanten, heet zijn ecologische nis. De potentiële ecologische nis is het gebied of de omstandigheden waarin een soort zich in theorie blijvend zou kunnen vestigen. In werkelijkheid kan de soort door concurrentie, gebrek aan verspreiding of predatie een kleiner deel bezetten.

De mate waarin een plantensoort zich werkelijk heeft gevestigd in de potentiële ecologische nis heet de bezettingsgraad.

2. Producenten, consumenten en reducenten

Organismen hebben verschillende functies in een ecosysteem.

Producenten zijn meestal planten, algen en cyanobacteriën. Zij zijn foto-autotroof: zij gebruiken lichtenergie voor de vorming van organische stoffen uit onder andere koolstofdioxide en water.

Sommige bacteriën zijn chemo-autotroof. Zij halen energie uit de omzetting van anorganische stoffen. Met die energie maken zij organische stoffen uit anorganische stoffen, bijvoorbeeld uit CO₂ en H₂O.

Consumenten zijn onder andere dieren. Een herbivoor eet producenten; een carnivoor eet dieren. Een omnivoor eet zowel plantaardig als dierlijk voedsel.

Reducenten zijn vooral bacteriën en schimmels. Zij breken dode organismen, uitwerpselen en ander organisch afval af. Daardoor komen mineralen weer beschikbaar voor producenten. Reducenten zijn dus essentieel voor de kringloop van stoffen.

3. Voedselketens, voedselwebben en trofische niveaus

Een voedselketen geeft weer wie door wie wordt gegeten. Een pijl loopt van voedsel naar eter: de pijl geeft de richting van biomassa en energie aan.

Een voorbeeld van een voedselketen is:

planten → planteneter → predator

In een ecosysteem zijn voedselketens met elkaar verbonden. Samen vormen zij een voedselweb. Een soort kan in een voedselweb tot meerdere trofische niveaus behoren, omdat hij verschillende soorten voedsel kan eten.

Bij iedere overgang in de voedselketen gaat veel energie verloren, vooral als warmte door dissimilatie. Daarom is er op hogere trofische niveaus meestal minder biomassa beschikbaar. Voedsel van een lager trofisch niveau gebruiken is vaak duurzamer, omdat dan minder biomassa verloren gaat.

4. Primaire productie en koolstofkringloop

De bruto primaire productie (BPP) is de totale hoeveelheid organische stof die producenten door fotosynthese vormen.

Een deel van deze organische stof gebruiken producenten zelf voor dissimilatie. Wat daarna overblijft als nieuwe biomassa, heet de netto primaire productie (NPP):

De NPP is beschikbaar als voedsel voor consumenten en reducenten.

Planten nemen tijdens fotosynthese CO₂ op. Bij dissimilatie door planten, dieren en reducenten komt CO₂ vrij. Ook bij verbranding van biomassa komt CO₂ vrij.

Biomassa kan tijdelijk koolstof opslaan. Als een bos groeit, neemt de totale biomassa toe. Er wordt dan netto koolstof vastgelegd en dus netto CO₂ opgenomen. Tijdens herstel na verstoring kan de CO₂-opname relatief groot zijn, omdat er veel nieuwe plantengroei plaatsvindt.

Een proces is CO₂-neutraal wanneer de CO₂ die vrijkomt kort daarvoor uit de atmosfeer is opgenomen, bijvoorbeeld door fotosynthese in biomassa.

5. Kringlopen van stikstof en fosfor

Stikstofkringloop

Stikstof is nodig voor onder andere aminozuren, eiwitten en nucleïnezuren. Planten nemen stikstof vooral op als nitraat of ammonium.

Belangrijke processen zijn:

• Nitrosomonas zet ammonium om in nitriet.
• Nitrobacter zet nitriet om in nitraat.

Bij zuurstofarm water wordt nitrificatie geremd, omdat nitrificerende bacteriën aeroob zijn. Denitrificatie kan dan juist toenemen. Daardoor blijft het nitraatgehalte laag en kan relatief meer ammonium aanwezig zijn.

Fosforkringloop

Fosfor is onder andere nodig voor ATP, DNA, RNA en fosfolipiden. Planten nemen fosfor op als fosfaat. Dieren krijgen fosfor binnen via voedsel.

Fosfaat kan door uitwerpselen, dode organismen en afbraak door reducenten terugkomen in bodem of water. Anders dan stikstof heeft fosfor geen belangrijke gasfase in de atmosfeer. Fosfaat kan zich ophopen in sediment en gesteente.

6. Vermesting en eutrofiëring

Vermesting is de verrijking van bodem of water met nutriënten, vooral stikstofverbindingen en fosfaten. In water heet dit vaak eutrofiëring.

Op voedselarme zandgrond leven planten die aangepast zijn aan weinig beschikbare mineralen. Door vermesting groeien snelgroeiende soorten beter. Deze soorten kunnen planten van voedselarme grond wegconcurreren. De tolerantiegrenzen voor voedselrijkdom van gespecialiseerde soorten kunnen ook worden overschreden.

Door verandering van de vegetatie verandert ook de levensgemeenschap. Dieren die afhankelijk zijn van planten van voedselarme bodems kunnen minder voedsel, schuilplaatsen of nestgelegenheid vinden. Daardoor neemt hun overlevingskans af.

Gevolgen van eutrofiëring in water

Ook ’s nachts kan het zuurstofgehalte sterk dalen, omdat algen dan geen fotosynthese uitvoeren maar wel dissimileren.

7. Verzuring, mineralen en uitspoeling

Verzuring ontstaat wanneer de pH van bodem of water daalt. Dit kan onder andere gebeuren door stikstofoxiden en ammoniakverbindingen uit de lucht. Verzuring beïnvloedt de beschikbaarheid van mineralen en kan schadelijk zijn voor planten en bodemorganismen.

De strooisellaag bevat organische stof, zoals bladeren, takken, dode organismen en humus. Organische stof kan mineralen vasthouden. Wanneer de hoeveelheid organische stof sterk afneemt, worden mineralen minder goed vastgehouden en kunnen zij gemakkelijker uitspoelen naar diepere bodemlagen of het grondwater.

Uitspoeling is het wegvoeren van opgeloste stoffen met water. Vooral nitraat spoelt gemakkelijk uit, omdat het goed oplosbaar is.

8. Successie en beheermaatregelen

Successie is de geleidelijke verandering van de soorten in een ecosysteem. In het begin vestigen zich vaak soorten die snel groeien en zich goed verspreiden. Later kunnen soorten verschijnen die beter concurreren onder stabielere omstandigheden.

Als successie doorgaat, kunnen open vegetaties verdwijnen. Met beheer kun je een gewenst vegetatietype behouden.

Beheermaatregelen kunnen successie, vermesting en verzuring beïnvloeden:

• maaien;
• afvoeren van maaisel;
• begrazing;
• plaggen;
• gecontroleerd afbranden;
• aanpassen van waterstand of kwel;
• beperken van nutriëntenaanvoer.

Maaibeheer

Maaien heeft verschillende gevolgen, afhankelijk van moment, frequentie en afvoer van maaisel.

• Door maaien en afvoeren van maaisel worden mineralen uit het gebied verwijderd. Dit leidt tot verschraling.
• Bij verschraling krijgen soorten van voedselarme omstandigheden meer kans.
• Als maaisel blijft liggen, komen nutriënten bij afbraak weer vrij. Dit kan eutrofiëring bevorderen.
• Maaien vóór de zaadvorming van eenjarige planten kan voorkomen dat deze soorten zich voortplanten.
• Weinig maaien kan leiden tot hogere vegetatie, meer schaduw en een ander microklimaat. Daardoor kunnen andere plantensoorten gaan domineren.

Brand als beheermaatregel

Een brand kan tijdelijk organisch materiaal en strooisel verminderen. Mineralen kunnen hierbij vrijkomen. De afname van organische stof kan leiden tot meer uitspoeling van mineralen.

Na een brand kan nieuwe vegetatie ontstaan. Bladeren, dode plantendelen en halfverbrande resten kunnen weer in de strooisellaag terechtkomen. Daardoor neemt de hoeveelheid organische stof na verloop van tijd opnieuw toe.

Gecontroleerd afbranden kan verzuring tijdelijk terugdringen, maar is niet altijd een blijvende oplossing tegen vermesting. Nieuwe aanvoer van stikstofverbindingen uit landbouw, verkeer of industrie kan opnieuw tot vermesting leiden.

9. Biodiversiteit, gradiënten en verspreiding

Biodiversiteit is de verscheidenheid aan leven. Dit omvat genetische variatie, soortenrijkdom en variatie aan ecosystemen.

Een gradiënt-ecosysteem bevat een geleidelijke overgang in abiotische omstandigheden, bijvoorbeeld van nat naar droog, van zuur naar basisch of van voedselarm naar voedselrijk. Langs zo’n gradiënt kunnen verschillende soorten dicht bij elkaar geschikte leefgebieden vinden.

Een vegetatietype kan als brongebied fungeren voor soorten die elders verdwenen zijn. Soorten kunnen daar in kleine aantallen blijven bestaan, bijvoorbeeld als zaden in de bodem of als kleine populaties. Wanneer de abiotische omstandigheden weer geschikt worden, kunnen zij zich opnieuw vestigen.

De bezettingsgraad wordt onder andere beïnvloed door:

• dispersiecapaciteit;
• levensduur van de plant;
• levensduur van zaden;
• concurrentie;
• beschikbaarheid van geschikte leefgebieden.

Zaden met een lange levensduur kunnen in een zaadbank lange tijd in de bodem aanwezig blijven. Zij kunnen ontkiemen wanneer de omstandigheden gunstig worden. Soorten met een beperkte dispersiecapaciteit kunnen geïsoleerde geschikte gebieden moeilijk bereiken en zijn daardoor extra afhankelijk van behoud van bestaande populaties.

10. Populaties, draagkracht en regulatie

Een populatie bestaat uit alle individuen van dezelfde soort in een bepaald gebied.

De draagkracht is het maximale aantal individuen van een soort dat een gebied langdurig kan onderhouden. De draagkracht wordt bepaald door onder andere voedsel, ruimte, predatie, ziekte en klimaat.

Bij gunstige omstandigheden kan een populatie eerst snel groeien volgens een J-curve. Wanneer hulpbronnen beperkend worden, neemt de groei af. De populatie kan dan rond de draagkracht schommelen.

Predatoren kunnen prooidierpopulaties reguleren. Zij eten vaak relatief gemakkelijk vangbare, zwakke, zieke of jonge dieren. Daardoor kunnen zij invloed hebben op de gezondheid en leeftijdsopbouw van een populatie. Kadavers en resten van prooidieren blijven bovendien beschikbaar voor aaseters en reducenten, waardoor stoffen in het ecosysteem blijven circuleren.

11. Exoten en bioaccumulatie

Een exoot is een soort die oorspronkelijk niet in een gebied voorkomt en daar door menselijk handelen terechtkomt. Een exoot kan ecologische problemen veroorzaken:

• concurrentie met inheemse soorten;
• predatie op soorten die weinig verdediging hebben;
• verspreiding van ziekteverwekkers;
• verstoring van voedselwebben;
• sterke toename door gebrek aan natuurlijke vijanden.

Giftige stoffen kunnen zich ophopen in organismen. Als een organisme voedsel eet dat een giftige stof bevat, kan die stof in het lichaam worden opgeslagen. Dit heet bioaccumulatie. In hogere trofische niveaus kan de concentratie verder toenemen, doordat predatoren veel prooidieren eten. Dit heet biomagnificatie.

Daarom kunnen dieren die een giftige alg of cyanobacterie niet rechtstreeks eten, toch hoge concentraties van een toxine bevatten via hun voedsel.