5. 4. Ökoszisztéma

Anyagforgalom

• Ökoszisztéma: ökológiai rendszer, nem szerveződési szint
  • Ökológiai jelenségek értelmezése, vizsgálata céljából létrehozott rendszermodell
  • Ökoszisztéma lehet: társulás, biomok, egész bioszféra, egy tó vagy akvárium életközössége
  • Társulás és az élőhely együttese, rendszere
  • Jellemzői
    • Élőlények és élettelen környezetük teljes kapcsolatrendszere
    • Nyílt rendszer, energiaáramlás és anyagforgalom jellemzi
    • Táplálékhálózatok rendszere, bio-geo-kémiai ciklusok
    • Bizonyos mértékű önszabályozásra képes
    • Fenntartja viszonylagos stabilitását, belső dinamikus egyensúlyi állapotát
• Ökoszisztémák összetevői:
  • Élettelen anyagok
    • Víz
    • Szén-dioxid
    • Nitrogén
    • Foszfor
    • Különböző sók, stb
  • Termelők v. producens szervezetek: szervetlen anyagokból szerves vegyületeket állítanak elő (autotrófok)
    • Túlnyomó többsége zöld növény
  • Lebontók v. reducensek (főleg baktériumok, gombák): az elhalt szervezetek összetett szerves anyagait bontják le (heterotrófok)
  • Fogyasztók v. konzumensek (heterotrófok)

• Életközösségek anyagforgalma és energiaáramlása
  • Az ökoszisztéma elemeinek kapcsolata hozza létre:
    • A napenergia megkötését és áramlását
    • Táplálékláncokat
    • Bio-geo-kémiai ciklusokat
  • Energiaáramlás:
    • Nyílt anyagi rendszer: a fennmaradásukhoz és működésükhöz szükséges energiát kívülről kapják (napenergia)
    • Energia: a populációk élettevékenységeinek fenntartásához szükséges
    • 1. autotróf, termelő szervezetek hozzák be a biocönózisokba à saját testanyagaik energiadús szerves vegyületeit építik fel
      • Fotoszintetikus hatékonyság: a felépített szerves vegyületek energiatartalma és a besugárzott energia hányadosa
      • Átlagosan alig 0,5%
    • 2. a termelő szervezetek szerves anyagai energiaforrásul szolgálnak a fogyasztók számára
      • Az energia három útra terelődhet:
        • 2.1. beépül a fogyasztó testébe, testtömeg (~15%)
        • 2.2. elhasználódik, eloxidálódik, az energia munkavégzésre fordítódik (hőtermelés) (~35%)
        • 2.3. ürülékkel vagy más salakanyaggal együtt szerves vegyületként távozik a szervezetből (~50%)

• Az egyes szinteken energiaveszteséggel kell számolni
  • • • A társulásba beépülő majd szintről szintre szerves anyagként áramló energia mind kevesebb lesz
      • Pl:
        • 10.000 kg növényi planktonból
        • 1000 kg állati planktonból
        • 100 kg apróhal tömegből
        • 10 kg ragadozóhal testtömegből
        • 1 kb emberi testtömeg gyarapodás

• Az energia mindig
  • • • • Kémiai energia formájában áramlik a táplálkozási szinteken és
        • Hőenergia formájában hagyja el a rendszert
      • Előbb vagy utóbb a szerves anyagok elbomlanak és visszaalakulnak szerves anyagokká
  • Anyagforgalom: az energiaáramlás az anyagáramlástól elválaszthatatlan
    • Az anyagok újra és újra felhasználódnak ßà az energia viszont csak egyszer haladhat át a rendszeren
    • Körfolyamat:
      • Az élettelen környezet elemeit autotrófok veszik fel szervetlen anyagok formájában
      • Szerves anyagokká alakítják és beépítik a testükbe
      • A szerves anyagokat minden táplálkozási szint egyedei lebontják és visszaalakítják szervetlen anyagokká
      • Az elpusztult élőlények megmaradt szerves anyagait a lebontók alakítják vissza szervetlen anyagokká

Tápláléklánc

Táplálékhálózat

• Ökoszisztéma egyes tagjainak kölcsönhatásai
  • Táplálékláncok: egymással szoros kapcsolatban álló populációk, minden láncszeme az előtte levőből táplálkozik és egyben táplálékul szolgál az utána következő láncszem fajainak
    • 1. szint: autotrófok, termelő / producens szervezetek
      • Fotoszintézissel v. kemoszintézissel szervetlen tápanyagokból (víz és CO2) szerves anyagokat képesek előállítani
      • Energiát építenek be szerves vegyületeikbe
      • A fogyasztó szervezetek hasonló szervesanyag-előállításra nem képes
    • 2. szint: növényevő állatok, elsődleges fogyasztók
    • 3. szint: ragadozó állatok, másodlagos ill. harmadlagos fogyasztók
      • Csúcsragadozó: az adott társulásban nincs természetes ellensége
    • 4. szint: reducensek, lebontók: az elhalt szerves anyagok lebontása
      • A különböző anyagok, elemek visszakerülnek szervetlen formáikba
  • Táplálékhálózat
    • Az egyes populációk többféle tápláléklánc része
    • Egymással összekapcsolt táplálékláncok rendszere
    • Egy meghatározott szervezet egynél több táplálkozási szinten is fogyaszthatja táplálékát
    • Minél bonyolultabb egy hálózat, annál stabilabb a társulás
    • Anyagáramlás egyirányú, vissza nem fordítható folyamat
• Peszticidek és mérgek felhalmozódása a táplálékláncban
  • Peszticidek = növényvédőszerek: olyan hatóanyagok, melyek a kártevő élőlényeket (gombák, gyomok, állati kártevők) távol tartják, terméketlenné teszik ill. elpusztítják
  • Helytelen alkalmazása:
    • Környezeti probléma, a táplálékláncba kerülve felhalmozódnak
    • A hasznos élőlényeket is elpusztítják
    • A legtöbb kártevőnél rezisztenciát alakít ki
  • Peszticid eső: a légáramlatok a peszticideket szállítják, majd az esővel, hóval a talajra kerülnek
  • Emberek egészségére gyakorolt hatása:
    • Rövid-távú hatás: heveny mérgezések
    • Hosszú-távú hatás: rákos megbetegedések, születési hibák, immunológiai problémák, Parkinson-kór, más krónikus elváltozások

A szén körforgása

A víz körforgása

A nitrogén körforgása

• Szén körforgásának fontosabb lépései
  • Minden szerves vegyület alapváza
  • Levegőből CO2-ként -> növényekbe
  • CO2 + H2O -> szerves anyagok, ezek
    • A növények felszabadítják a CO2-t légzésük során
    • Avar, majd humusz lesz (elpusztult növényi részek)
      • Sokáig kötött formában van jelen
    • Továbbkerül a növényt elfogyasztó állatba, majd ragadozóba
  • Előbb-utóbb valamely szervezet légzése során elbontja és CO2-ként megint a levegőbe kerül
  • Kőolaj-, földgáz-, kőszénkészletek: földtörténeti időkben oxigénmentes környezetben keletkeztek leülepedett szerves anyagokból
    • Hosszabb ideig kikerülhet a szén a körforgásból
    • Fosszilis energiahordozók
    • Elégetésével a CO2 visszakerül a légkörbe
  • Karbonátos kőzetek képződése (CaCO3): a tengerek jelentős mennyiségű CO2-t nyelnek el
  • Vulkáni tevékenység: jelentős mennyiségű CO2-t juttat a legkörbe
• Oxigén körforgásának fontosabb lépései
  • Víz: a földi élet alapja, a Föld 71%-át borítja, jelentősége
    • Élőhely
    • Klimatikus tényező
    • Tápanyag
    • Reakciópartner
    • Jó poláris oldószer
    • Reakcióközeg
  • A növények által felvett víz:
    • Elpárologtatás
    • Fotoszintézis: hidrogénre és oxigénre bontják (szénhidrogénképződés)
      • -> hidrogén beépül a szerves vegyületekbe
      • -> oxigén elemi formában a légkörbe kerül
    • Légköri oxigén: az élőszervezetek a biológiai oxidációban használják fel
    • Biológiai oxidáció során a szerves vegyületek H-tartalmát ismét vízzé alakítják
  • Élőlények vízfelvétele:
    • Sós vagy édesvizekből
    • Talajból
    • A levegő páratartalmából
  • A víz körforgása:
    • Csapadék formájában a földfelszínre jut
    • Elpárolgással újra a levegőbe jut vagy
    • A növényekbe kerül, amik elpárologtatják vagy
    • A folyókon keresztül kerül a tengerekbe
  • Autotrófok és heterotrófok szerepe
    • Fototrófok: a szükséges energiát a Nap sugárzó energiájából nyerik
    • Keomautotróf: szervetlen vegyületek átalakítása során keletkező kémiai energiát hasznosítják
• A nitrogén körforgása
  • Nitrogén: fehérjék, nukleinsavak alkotóeleme
  • Elemi nitrogén: csak baktériumok ill. egyes gombák képesek közvetlenül a levegőből felhasználni
  • Nitrogénkötő baktériumok: a pillangósvirágú növények gyökérgümőiben szimbiózis
    • A talajban élő szaprofita módon élő aerob baktériumok
    • A légköri nitrogént ammóniává alakítják és szerves vegyületeikbe építik be
  • Az ammóniát a gazdanövény felhasználja ill. a talajba kerül
  • Nitrifikáló bakériumok: ammóniát nitritté ill. nitráttá oxidálják
  • Növények oldatok formájában felveszik
  • A heterotróf szervezetekhez a növények elfogyasztásával kerül
  • Lebontó baktériumok: az elpusztult élőlényekből ammóniát állítanak elő
  • Denitrifikáló baktériumok: a nitrát-ionokból ismét elemi nitrogén képződik, a levegőbe kerül
    • Káros a talaj nitrogéntartalmának szempontjából
    • A talaj szellőztetésével lehet ellenük védekezni

Energiaáramlás

• Produkció: az ökológiai rendszerekben végbemenő szervesanyagtermelés és átalakítás
  • Primer produkció: autotrófok / növények, fotoszintézissel történő szervesanyag-előállítása
  • Szekunder produkció: heterotrófok / konzumensek és reducensek által átalakított szerves anyag
  • A biológiai produkcióban termelődő szerves anyag sorsa:
    • Egy része a szervezetekben végbemenő folyamatok révén elbomlik, energiaszolgáltató az életműködésekhez
    • Másik része az élőlényben felhalmozódik, beépül

• Biomassza: a biológiai produkció hozza létre     
  • Az adott területen, adott időpontban megtalálható, élőlényekben előforduló szerves anyagok összes tömege
  • Tömege mérhető: egy adott területegységre, meghatározott időre vonatkoztatva adják meg
    • g/dm3/év
    • g/m2/év
    • kg/ha/év
  • energiatartalomban is kiszámítható: a biomassza értékét és biológiai produkciót energiatartalomban is meg lehet adni
  • A szintek biomasszája a csúcsragadozók felé csökken (a táplálékpiramisnak megfelelően)
  • Az egyensúlyban lévő társulás összes biomasszája közel állandó
  • Szukcesszió folyamatában a biomassza és biológiai produkció nő
  • Legnagyobb biomassza a földön: esőerdők

• Ökológiai piramisok, folyamatábrák
  • Táplálékpiramisok: az egymásután következő szintek csökkenő tömege, ill. egyedszáma alapján
• Az anyag- és energiaáramlás mennyiségi viszonyai az ökoszisztémákban
  • Az egyedek száma és össztömege a termelői szinten a legnagyobb
  • A csúcsragadozók szintjén a legkisebb
  • A parazitalánc kivétel: a parazita szervezetek összegyedszáma meghaladhatja a tápláléklánc elején lévő fogyasztó szervezetek számát

A biológiai sokféleség

• Genetikai diverzitás (allél-összetétel változatossága): az egyes fajok genetikai variációkészlete, genetikai sokféleség
  • nem csak az egyedek különböznek egymástól, de ezek populációi is
  • a populációk és a faj alatti taxonok határvonala elmosódott
  • génbankok
  • Jelentőség: egy nagyobb genetikai változatossággal rendelkező faj sokkal nagyobb eséllyel képes alkalmazkodni az állandóan változó környezeti viszonyokhoz
• Faji diverzitás (fajok száma és egyedszám-arányai)
  • A fajok száma és fajösszetétel minősége, a jelenlévő fajok tömegessége
  • Őshonos, tájidegen fajok aránya, jelenléte
  • Adott esetben más rendszertani egységek (nemzettségek, családok) sokféleségének vizsgálata is szükséges lehet

• Ökológiai diverzitás (az ökológiai funkciók változatossága)
  • A közösséget felépítő populációk száma, tömegaránya, térbeli mintázatai, funkcionális kapcsolatrendszerei
  • Nehezen tanulmányozható szint
  • A természetvédelmi gyakorlatban ritkán használják
• Miért fontos mindhárom szinten a sokféleség védelme
  • Filozófiai szempont: a biodiverzitás csökkentésével az emberiség az „élet könyvtárát” égeti el
  • Rioi egyezmény (1992)

Exkurs: Biomok

• Biom: a társulások zonálisan (éghajlati öveknek megfelelően) elhelyezkedő, egész kontinensekre kiterjedő nagy egységei
  • Az Egyenlítőtől a sarkokig fokozatosan csökken a sugárzás ereje
  • Éghajlati övek:
    • Trópusi: Ráktérítő és Baktérítő között
    • Mérsékelt: északi sarkkör és Ráktérítő, ill. Baktérítő és déli sarkkör
    • Hideg: északi sarkkörtől északra ill. a déli sarkkörtől délre
  • Csapadék: évi mennyisége az Egyenlítőtől a sarkok felé csökken (befolyásolja a terület elhelyezkedése is!)

Biomok összefoglaló táblázatHerunterladen