Ökoszisztéma
az ökoszisztémákat mind külső, mind belső tényezők szabályozzák. Külső tényezők, más néven állami tényezők szabályozzák az ökoszisztéma általános szerkezetét, valamint azt, hogy a dolgok hogyan működnek benne, de magukat az ökoszisztéma nem befolyásolja. Ezek közül a legfontosabb az éghajlat. Az éghajlat határozza meg azt a biomét, amelybe az ökoszisztéma be van ágyazva. A csapadékminták és a szezonális hőmérsékletek befolyásolják a fotoszintézist, és ezáltal meghatározzák az ökoszisztéma számára elérhető víz és energia mennyiségét.
az alapanyag meghatározza a talaj természetét egy ökoszisztémában, és befolyásolja az ásványi tápanyagok ellátását. A topográfia az ökoszisztéma folyamatait is szabályozza azáltal, hogy befolyásolja a mikroklímát, a talajfejlődést és a víz mozgását egy rendszeren keresztül. Például, ökoszisztémák is egészen más, ha található egy kis depresszió a táj, szemben egy jelen egy szomszédos meredek domboldalon.
Az ökoszisztéma működésében fontos szerepet játszó egyéb külső tényezők közé tartozik az idő és a potenciális bióta. Hasonlóképpen, az olyan organizmusok halmaza, amelyek potenciálisan jelen lehetnek egy területen, szintén jelentősen befolyásolhatja az ökoszisztémákat. A világ különböző részein található hasonló környezetekben élő ökoszisztémák nagyon másképp végezhetik a dolgokat, egyszerűen azért, mert különböző fajok vannak jelen. A nem őshonos fajok bevezetése jelentős változásokat okozhat az ökoszisztéma működésében.
a külső tényezőktől eltérően az ökoszisztémák belső tényezői nemcsak az ökoszisztéma folyamatait irányítják, hanem azok is irányítják őket. Következésképpen gyakran visszacsatolási hurkoknak vannak kitéve. Míg az erőforrás-bemeneteket általában külső folyamatok, például az éghajlat és az alapanyag vezérlik, ezen erőforrások rendelkezésre állását az ökoszisztémán belül olyan belső tényezők szabályozzák, mint a bomlás, a gyökérverseny vagy az árnyékolás. Más tényezők, mint a zavar, az öröklés vagy a jelenlévő Fajok típusai szintén belső tényezők.
elsődleges termelés
az elsődleges termelés szervetlen szénforrásokból származó szerves anyag előállítása. Ez elsősorban fotoszintézis útján történik. Az ezzel a folyamattal létrehozott energia támogatja a földi életet, míg a szén az élő és halott biomassza, a talajszén és a fosszilis tüzelőanyagok szerves anyagának nagy részét teszi ki. A szénciklust is hajtja, amely az üvegházhatáson keresztül befolyásolja a globális éghajlatot.
a fotoszintézis folyamatán keresztül a növények energiát nyernek a fényből, és szén-dioxidot és vizet kombinálnak a szénhidrátok és az oxigén előállításához. Az ökoszisztémában lévő összes növény által végzett fotoszintézist bruttó elsődleges termelésnek (GPP) nevezik. A GPP körülbelül felét növényi légzésben fogyasztják. A fennmaradó részt, a GPP azon részét, amelyet a légzés nem használ fel, nettó elsődleges termelésnek (NPP) nevezik. A teljes fotoszintézist számos környezeti tényező korlátozza. Ezek közé tartozik a rendelkezésre álló fény mennyisége, a növény levélterületének mennyisége, hogy rögzítse a fényt (más növények árnyékolása a fotoszintézis fő korlátozása), amelynek mértéke a szén-dioxid a kloroplasztokhoz szállítható a fotoszintézis támogatása érdekében, a víz rendelkezésre állása, valamint a fotoszintézis elvégzéséhez megfelelő hőmérsékletek rendelkezésre állása.
energiaáramlás
Energia -, illetve szén-dioxid-be ökoszisztémák a fotoszintézis révén, beépítik élő szövet, át más szervezeteknek, hogy a takarmány az élő vagy holt növényi anyag, s végül megjelent a légzés.
a növényi szövetekbe beépített szén-és energia (nettó elsődleges termelés) vagy az állatok elfogyasztják, amíg a növény él, vagy nem fogyasztják el, amikor a növényi szövet elpusztul, és detritussá válik. A szárazföldi ökoszisztémákban a nettó elsődleges termelés nagyjából 90% – át bontók bontják le. A maradékot vagy élő állatok fogyasztják, és belépnek a növényi alapú trofikus rendszerbe, vagy elfogyasztják, miután meghalt, és belépnek a detritus-alapú trofikus rendszerbe.
a vízi rendszerekben a növényevők által fogyasztott növényi biomassza aránya sokkal nagyobb higher.In a trofikus rendszerek fotoszintetikus organizmusok az elsődleges termelők. A szöveteket fogyasztó szervezeteket elsődleges fogyasztóknak vagy másodlagos termelőknek—növényevőknek nevezik. A mikrobákkal (baktériumokkal és gombákkal) táplálkozó organizmusokat mikrobivoráknak nevezik. Az elsődleges fogyasztókat—húsevőket-tápláló állatok másodlagos fogyasztók. Ezek mindegyike trofikus szintet jelent.
a fogyasztás sorrendje-a növénytől a növényevőig, a húsevőig-élelmiszerláncot képez. A valódi rendszerek ennél sokkal összetettebbek—az organizmusok általában több táplálékból táplálkoznak, és egynél több trofikus szinten is táplálkozhatnak. Ragadozók lehet, hogy elfog valami ragadozó, amely része egy növényi alapú táplálkozási rendszer, mások, amelyek egy részét a törmelék-alapú táplálkozási rendszer (egy madár, amely táplálja mind a növényevő ö giliszták, ami fogyasztanak törmelék). A valódi rendszerek, ezekkel a bonyolultságokkal, élelmiszerláncokat alkotnak, nem pedig élelmiszerláncokat. Az élelmiszerlánc általában öt fogyasztási szintből áll, amelyek a termelők, az elsődleges fogyasztók, a másodlagos fogyasztók, a harmadlagos fogyasztók és a bontók.
bomlás
A szén-valamint a tápanyagok halott szerves anyag bontásban, egy csoport folyamatok ismert bomlási. Ez olyan tápanyagokat szabadít fel, amelyeket ezután újra fel lehet használni növényi és mikrobiális termelésre, és szén-dioxidot visz vissza a légkörbe (vagy vízbe), ahol fotoszintézishez használható. Bomlás hiányában az elhalt szerves anyag felhalmozódna egy ökoszisztémában, a tápanyagok és a légköri szén-dioxid pedig kimerülne. A szárazföldi nettó elsődleges termelés mintegy 90%-a közvetlenül az üzemből bomlik le.
a bomlási folyamatok három kategóriába sorolhatók: kimosódás, töredezettség és az elhalt anyag kémiai megváltozása. Ahogy a víz áthalad az elhalt szerves anyagon, feloldódik és magával viszi a vízben oldódó komponenseket. Ezeket a talajban élő szervezetek veszik fel, ásványi talajjal reagálnak, vagy az ökoszisztéma határain túl szállítják (és elveszettnek tekintik). Az újonnan lehullott levelek és az újonnan elhullott állatok magas koncentrációjú vízben oldódó komponensekkel rendelkeznek, és cukrokat, aminosavakat és ásványi tápanyagokat is tartalmaznak. A kimosódás nedves környezetben sokkal fontosabb, száraz környezetben pedig sokkal kevésbé fontos.
A fragmentációs folyamatok a szerves anyagot kisebb darabokra törik, Új felületeket téve ki a mikrobák kolonizációjára. A frissen fészerezett levélszemét a kutikula vagy a kéreg külső rétege miatt elérhetetlen lehet, a sejt tartalmát pedig sejtfal védi. Az újonnan elhullott állatokat exoskeleton fedheti le. A fragmentációs folyamatok, amelyek áttörik ezeket a védőrétegeket, felgyorsítják a mikrobiális bomlás sebességét. Az állatok széttöredezik a detritust, miközben élelmet vadásznak, csakúgy, mint a bélben való áthaladás. Fagyasztva olvadás ciklusok és ciklusok nedvesítő és szárító is fragmentum halott anyag.
az elhalt szerves anyag kémiai átalakulása elsősorban bakteriális és gombás hatásokkal érhető el. A gombás hyphae enzimeket termel, amelyek áttörhetik az elhalt növényi anyagot körülvevő kemény külső struktúrákat. Olyan enzimeket is termelnek, amelyek lebontják a lignint, ami lehetővé teszi számukra mind a sejttartalomhoz, mind a lignin nitrogénjéhez való hozzáférést. A gombák kötőjel-hálózatukon keresztül képesek szenet és nitrogént szállítani, így a baktériumokkal ellentétben nem kizárólag a helyben rendelkezésre álló erőforrásoktól függenek.
a bomlási arány az ökoszisztémák között változik. A bomlás sebességét három tényező határozza meg: a fizikai környezet (hőmérséklet, nedvesség és a talaj tulajdonságai), a bomlók számára rendelkezésre álló halott anyag mennyisége és minősége, valamint maga a mikrobiális közösség jellege. A hőmérséklet szabályozza a mikrobiális légzés sebességét; minél magasabb a hőmérséklet, annál gyorsabb a mikrobiális bomlás. Hatással van a talaj nedvességtartalmára is, ami lassítja a mikrobiális növekedést és csökkenti a kimosódást. A fagyasztási-olvadási ciklusok szintén befolyásolják a bomlást—a fagyási hőmérséklet megöli a talaj mikroorganizmusait, ami lehetővé teszi a kimosódást, hogy fontosabb szerepet játsszon a tápanyagok mozgatásában. Ez különösen fontos lehet, mivel a talaj tavasszal megolvad, ami tápanyag-impulzust hoz létre, amely elérhetővé válik.
a bomlási sebesség nagyon nedves vagy nagyon száraz körülmények között alacsony. A bomlási Arány nedves, nedves körülmények között a legmagasabb, megfelelő oxigénszint mellett. A nedves talajok általában oxigénhiányossá válnak (ez különösen igaz a vizes élőhelyekre), ami lassítja a mikrobiális növekedést. Száraz talajokon a bomlás is lelassul, de a baktériumok tovább nőnek (bár lassabb ütemben), még akkor is, ha a talajok túl szárazak ahhoz, hogy támogassák a növény növekedését.
tápanyag-kerékpározás
Ökoszisztémák folyamatosan exchange energia -, illetve szén-dioxid -, a tágabb környezetre. Az ásványi tápanyagokat viszont többnyire a növények, az állatok, a mikrobák és a talaj között terítik oda-vissza. A legtöbb nitrogén biológiai nitrogén rögzítéssel lép be az ökoszisztémákba, Csapadék, por, gázok vagy műtrágya formájában kerül elhelyezésre.
mivel a legtöbb szárazföldi ökoszisztéma nitrogén-korlátozott, a nitrogén kerékpározás fontos kontroll az ökoszisztéma termelésében.
a modern időkig a nitrogén rögzítés volt az ökoszisztémák fő nitrogénforrása. A nitrogén-rögzítő baktériumok szimbiotikusan élnek a növényekkel, vagy szabadon élnek a talajban. Az energiaköltség magas azoknak a növényeknek, amelyek támogatják a nitrogénmegkötő szimbiontákat-akár a bruttó elsődleges termelés 25%—át ellenőrzött körülmények között mérve. A hüvelyes növénycsalád számos tagja támogatja a nitrogén-rögzítő szimbiontákat. Néhány cianobaktérium nitrogén rögzítésre is képes. Ezek fototrófok, amelyek fotoszintézist végeznek. A többi nitrogénmegkötő baktériumhoz hasonlóan szabadon élhetnek, vagy szimbiotikus kapcsolatban állhatnak a növényekkel. Más nitrogénforrások közé tartozik a fosszilis tüzelőanyagok elégetésével előállított savlerakódás, az ammóniagáz, amely elpárolog a mezőgazdasági területekről, amelyekre műtrágyákat alkalmaztak, és a por. Az antropogén nitrogén bemenetek az ökoszisztémák összes nitrogénáramának mintegy 80% – át teszik ki.
amikor a növényi szöveteket kiöntik vagy megeszik, az említett szövetekben lévő nitrogén az állatok és a mikrobák számára elérhetővé válik. A mikrobiális bomlás nitrogénvegyületeket bocsát ki az elhalt szerves anyagokból a talajban, ahol növények, gombák és baktériumok versengenek érte. Egyes talajbaktériumok szerves nitrogéntartalmú vegyületeket használnak szénforrásként, és ammóniumionokat bocsátanak ki a talajba. Ezt a folyamatot nitrogén mineralizációnak nevezik. Mások az ammóniumot nitrit-és nitrátionokká alakítják át, amit nitrifikációnak neveznek. A nitrifikáció során nitrogén-monoxid és dinitrogén-oxid is keletkezik. Nitrogénben gazdag és oxigénszegény körülmények között a nitrátokat és a nitriteket nitrogéngázzá alakítják át, ezt a folyamatot nevezik denitrifikációnak.
egyéb fontos tápanyagok: foszfor, kén, kalcium, kálium, magnézium és mangán. A foszfor időjárással lép be az ökoszisztémákba. Ahogy az ökoszisztémák öregednek, ez a kínálat csökken, így a foszfor-korlátozás gyakoribb az idősebb tájakban (különösen a trópusokon). A kalciumot és a ként időjárással is előállítják, de a savas lerakódás számos ökoszisztémában fontos kénforrás. Bár a magnéziumot és a mangánt időjárással állítják elő, a talaj szerves anyagai és az élő sejtek közötti cserék az ökoszisztéma fluxusainak jelentős részét teszik ki. A kálium elsősorban az élő sejtek és a talaj szerves anyagai között szakad meg.
függvény és biodiverzitás
a biodiverzitás fontos szerepet játszik az ökoszisztéma működésében. Ennek oka az, hogy az ökoszisztéma folyamatait az ökoszisztémában lévő fajok száma, az egyes fajok pontos jellege, valamint az e fajokon belüli organizmusok relatív bősége vezérli. Az ökoszisztéma-folyamatok széles körű általánosítások, amelyek valójában az egyes szervezetek cselekvésein keresztül zajlanak. Az organizmusok természete—a fajok, a funkcionális csoportok és a trofikus szintek, amelyekhez tartoznak-meghatározza, hogy ezek az egyének milyen tevékenységeket képesek végrehajtani, valamint a relatív hatékonyságot, amellyel ezt megteszik.
az ökológiai elmélet azt sugallja, hogy az együttéléshez a fajoknak bizonyos mértékű korlátozó hasonlósággal kell rendelkezniük—valamilyen alapvető módon különbözniük kell egymástól, különben az egyik faj versenyszerűen kizárja a másikat. Ennek ellenére a további fajok kumulatív hatása az ökoszisztémában nem lineáris—a további fajok növelhetik például a nitrogén visszatartást, de a fajok bizonyos gazdagságán túl további fajoknak kevés additív hatása lehet.
azon fajok hozzáadása (vagy elvesztése), amelyek ökológiailag hasonlóak az ökoszisztémában már jelen lévő fajokhoz, általában csak kis hatással van az ökoszisztéma működésére. Az ökológiailag különálló fajok viszont sokkal nagyobb hatással bírnak. Hasonlóképpen, a domináns fajok nagy hatással vannak az ökoszisztéma működésére, míg a ritka fajok általában kis hatással vannak. A Keystone fajok általában hatással vannak az ökoszisztéma működésére, amely aránytalan az ökoszisztéma bőségéhez képest. Hasonlóképpen, az ökoszisztéma-mérnök minden olyan szervezet, amely létrehoz, jelentősen módosítja, fenntartja vagy elpusztítja az élőhelyet.
Dynamics
Az ökoszisztémák dinamikus entitások. Időszakos zavaroknak vannak kitéve, amelyek a múltbeli zavarokból való kilábalás folyamatában vannak. Amikor perturbáció következik be, az ökoszisztéma úgy reagál, hogy távolodik a kezdeti állapotától. Az ökoszisztéma azon tendenciáját, hogy a zavar ellenére egyensúlyi állapotához közel maradjon, ellenállásának nevezik. Másrészt azt a sebességet, amellyel a zavarás után visszatér a kezdeti állapotába, rugalmasságának nevezik. Az idő szerepet játszik a csupasz kőzetből származó talaj fejlesztésében, valamint a közösség helyreállításában a zavaroktól.
egyik évről a másikra az ökoszisztémák biotikus és abiotikus környezetük változásait tapasztalják. A szárazság, a szokásosnál hidegebb tél és a kártevők kitörése mind rövid távú változékonyságot jelent a környezeti körülmények között. Az állatpopulációk évről évre változnak, az erőforrásokban gazdag időszakokban felhalmozódnak, és összeomlanak, mivel túllépik az élelmiszer-ellátásukat. Ezek a változások a nettó elsődleges termelési bomlási sebesség és más ökoszisztéma-folyamatok változásában játszanak szerepet. A hosszabb távú változások az ökoszisztéma folyamatait is alakítják—Észak-Amerika keleti erdői továbbra is a 200 évvel ezelőtt megszűnt termesztési örökségeket mutatják, míg a kelet-szibériai tavak metántermelését a pleisztocén alatt felhalmozódott szerves anyag szabályozza.
A zavar fontos szerepet játszik az ökológiai folyamatokban is. F. Stuart Chapin és a társszerzők a zavarokat “viszonylag diszkrét eseményként definiálják az időben és térben, amely megváltoztatja a populációk, közösségek és ökoszisztémák szerkezetét, és megváltoztatja az erőforrások rendelkezésre állását vagy a fizikai környezetet”. Ez kiterjedhet a faesésektől és a rovarkitörésektől a hurrikánokig és a tűzvészektől a vulkánkitörésekig. Az ilyen zavarok nagy változásokat okozhatnak a növényi, állati és mikroba populációkban, valamint a talaj szerves anyagtartalmában. A zavarokat az öröklés követi, “az ökoszisztéma szerkezetének és működésének irányított változása, amely az erőforrás-ellátás biotikusan vezérelt változásaiból ered.”
a zavar gyakorisága és súlyossága határozza meg, hogyan befolyásolja az ökoszisztéma működését. A vulkánkitöréshez vagy a glaciális előrehaladáshoz hasonló nagy zavar a növények, állatok vagy szerves anyagok hiánya miatt hátrahagyott talajokat. Az ilyen zavarokat tapasztaló ökoszisztémák elsődleges öröklésen mennek keresztül. Az olyan kevésbé súlyos zavarok, mint az erdőtüzek, a hurrikánok vagy a termesztés, másodlagos öröklést és gyorsabb gyógyulást eredményeznek. A súlyosabb zavar és a gyakoribb zavar hosszabb gyógyulási időt eredményez.
Leave a Reply