Ekosystem
ekosystem styrs både av externa och interna faktorer. Externa faktorer, även kallade Statliga faktorer, styr den övergripande strukturen i ett ekosystem och hur saker fungerar inom det, men påverkas inte själva av ekosystemet. Det viktigaste av dessa är klimatet. Klimatet bestämmer biomen där ekosystemet är inbäddat. Regnmönster och säsongstemperaturer påverkar fotosyntesen och bestämmer därmed mängden vatten och energi som är tillgänglig för ekosystemet.
Modermaterial bestämmer jordens natur i ett ekosystem och påverkar tillförseln av mineralnäringsämnen. Topografi styr också ekosystemprocesser genom att påverka saker som mikroklimat, markutveckling och rörelse av vatten genom ett system. Till exempel kan ekosystem vara helt annorlunda om de ligger i en liten depression på landskapet, jämfört med en som finns på en intilliggande brant sluttning.
andra externa faktorer som spelar en viktig roll i ekosystemets funktion inkluderar tid och potentiell biota. På samma sätt kan uppsättningen organismer som potentiellt kan vara närvarande i ett område också påverka ekosystemen avsevärt. Ekosystem i liknande miljöer som finns i olika delar av världen kan sluta göra saker väldigt annorlunda helt enkelt för att de har olika pooler av arter närvarande. Införandet av icke-inhemska arter kan orsaka betydande förändringar i ekosystemfunktionen.
till skillnad från externa faktorer kontrollerar interna faktorer i ekosystem inte bara ekosystemprocesser utan styrs också av dem. Följaktligen är de ofta föremål för återkopplingsslingor. Medan resursinsatserna i allmänhet styrs av externa processer som klimat och modermaterial, kontrolleras tillgängligheten av dessa resurser inom ekosystemet av interna faktorer som sönderdelning, rotkonkurrens eller skuggning. Andra faktorer som störning, succession eller de typer av arter som finns är också interna faktorer.
primärproduktion
primärproduktion är produktion av organiskt material från oorganiska kolkällor. Detta sker främst genom fotosyntes. Den energi som införlivas genom denna process stöder livet på jorden, medan kolet utgör mycket av det organiska materialet i levande och död biomassa, jordkol och fossila bränslen. Det driver också kolcykeln, vilket påverkar det globala klimatet via växthuseffekten.
genom fotosyntesprocessen fångar växter energi från ljus och använder den för att kombinera koldioxid och vatten för att producera kolhydrater och syre. Fotosyntesen som utförs av alla växter i ett ekosystem kallas gross primary production (GPP). Ungefär hälften av GPP konsumeras i växtandning. Resten, den del av GPP som inte används av andning, är känd som net primary production (NPP). Total fotosyntes begränsas av en rad miljöfaktorer. Dessa inkluderar mängden ljus tillgängligt, mängden bladområde som en växt måste fånga ljus (skuggning av andra växter är en stor begränsning av fotosyntes), hastighet med vilken koldioxid kan tillföras kloroplasterna för att stödja fotosyntes, tillgången på vatten och tillgången på lämpliga temperaturer för att utföra fotosyntes.
energiflöde
energi och kol kommer in i ekosystemen genom fotosyntes, införlivas i levande vävnad, överförs till andra organismer som matar på levande och döda växtmaterial och så småningom frigörs genom andning.
kolet och energin som ingår i växtvävnader (netto primärproduktion) konsumeras antingen av djur medan växten lever, eller det förblir oätat när växtvävnaden dör och blir detritus. I markbundna ekosystem bryts ungefär 90% av primärproduktionen netto ned av sönderdelare. Resten konsumeras antingen av djur medan de fortfarande lever och går in i det växtbaserade trofiska systemet, eller det konsumeras efter att det har dött och går in i det detritusbaserade trofiska systemet.
i vattensystem är andelen växtbiomassa som konsumeras av växtätare mycket higher.In trofiska system fotosyntetiska organismer är de primära producenterna. De organismer som konsumerar sina vävnader kallas primära konsumenter eller sekundära producenter—växtätare. Organismer som matar på mikrober (bakterier och svampar) kallas mikrobivorer. Djur som matar på primära konsumenter-köttätare-är sekundära konsumenter. Var och en av dessa utgör en trofisk nivå.konsumtionssekvensen—från växt till växtätare, till köttätare-bildar en livsmedelskedja. Verkliga system är mycket mer komplexa än detta-organismer kommer i allmänhet att mata på mer än en form av mat och kan mata på mer än en trofisk nivå. Köttätare kan fånga några byten som är en del av ett växtbaserat trofiskt system och andra som ingår i ett detritusbaserat trofiskt system (en fågel som matar både på växtätande gräshoppor och daggmaskar, som konsumerar detritus). Verkliga system, med alla dessa komplexiteter, bildar matbanor snarare än livsmedelskedjor. Livsmedelskedjan består vanligtvis av fem konsumtionsnivåer som är producenter, primära konsumenter, sekundära konsumenter, tertiära konsumenter och sönderdelare.
nedbrytning
kolet och näringsämnena i dött organiskt material bryts ned av en grupp processer som kallas sönderdelning. Detta frigör näringsämnen som sedan kan återanvändas för växt-och mikrobiell produktion och returnerar koldioxid till atmosfären (eller vattnet) där den kan användas för fotosyntes. I avsaknad av sönderdelning skulle det döda organiska materialet ackumuleras i ett ekosystem, och näringsämnen och atmosfärisk koldioxid skulle tömmas. Cirka 90% av den markbundna primärproduktionen går direkt från anläggning till sönderdelare.
nedbrytningsprocesser kan delas in i tre kategorier—utlakning, fragmentering och kemisk förändring av dött material. När vatten rör sig genom dött organiskt material löses det upp och bär med sig de vattenlösliga komponenterna. Dessa tas sedan upp av organismer i jorden, reagerar med mineraljord eller transporteras bortom ekosystemets gränser (och anses vara förlorade för det). Nyligen skjul blad och nyligen döda djur har höga koncentrationer av vattenlösliga komponenter och inkluderar sockerarter, aminosyror och mineral näringsämnen. Utlakning är viktigare i våta miljöer och mycket mindre viktigt i torra.Fragmenteringsprocesser bryter organiskt material i mindre bitar och exponerar nya ytor för kolonisering av mikrober. Färskt lövskräp kan vara otillgängligt på grund av ett yttre lager av nagelband eller bark, och cellinnehållet skyddas av en cellvägg. Nyligen döda djur kan täckas av ett exoskelett. Fragmenteringsprocesser, som bryter igenom dessa skyddande skikt, accelererar hastigheten för mikrobiell sönderdelning. Djur fragmenterar detritus när de jagar efter mat, liksom passage genom tarmen. Frys-tina cykler och cykler av vätning och torkning fragmenterar också dött material.
den kemiska förändringen av det döda organiska materialet uppnås främst genom bakteriell och svampverkan. Svamphyfer producerar enzymer som kan bryta igenom de tuffa yttre strukturerna som omger dött växtmaterial. De producerar också enzymer som bryter ner lignin, vilket ger dem tillgång till både cellinnehåll och kväve i lignin. Svampar kan överföra kol och kväve genom sina hyphalnätverk och är således, till skillnad från bakterier, inte enbart beroende av lokalt tillgängliga resurser.
Nedbrytningshastigheter varierar mellan ekosystem. Nedbrytningshastigheten styrs av tre uppsättningar faktorer—den fysiska miljön (temperatur, fukt och markegenskaper), kvantiteten och kvaliteten på det döda materialet som är tillgängligt för sönderdelare och naturen hos det mikrobiella samhället självt. Temperaturen styr hastigheten för mikrobiell andning; ju högre temperatur, desto snabbare sker mikrobiell sönderdelning. Det påverkar också markfuktigheten, vilket saktar mikrobiell tillväxt och minskar utlakning. Frys-tina cykler påverkar också sönderdelning-frysningstemperaturer dödar jordmikroorganismer, vilket gör att utlakning kan spela en viktigare roll för att flytta näringsämnen runt. Detta kan vara särskilt viktigt eftersom jorden tinas på våren, vilket skapar en puls av näringsämnen som blir tillgängliga.
nedbrytningshastigheten är låg under mycket våta eller mycket torra förhållanden. Nedbrytningshastigheten är högst i våta, fuktiga förhållanden med tillräckliga nivåer av syre. Våta jordar tenderar att bli brist på syre (detta gäller särskilt i våtmarker), vilket saktar mikrobiell tillväxt. I torra jordar saktar nedbrytningen också, men bakterier fortsätter att växa (om än i långsammare takt) även efter att jorden blir för torr för att stödja växttillväxten.
näringscykling
ekosystem utbyter kontinuerligt energi och kol med den bredare miljön. Mineralnäringsämnen å andra sidan cyklas mestadels fram och tillbaka mellan växter, djur, mikrober och jorden. De flesta kväve kommer in i ekosystemen genom biologisk kvävefixering, deponeras genom Nederbörd, damm, gaser eller appliceras som gödningsmedel.eftersom de flesta markbundna ekosystem är kvävebegränsade är kvävecykling en viktig kontroll på ekosystemproduktionen.
fram till modern tid var kvävefixering den viktigaste kvävekällan för ekosystem. Kvävefixerande bakterier lever antingen symbiotiskt med växter eller lever fritt i jorden. Den energiska kostnaden är hög för växter som stöder kvävefixerande symbionter-så mycket som 25% av primärproduktionen vid mätning under kontrollerade förhållanden. Många medlemmar av baljväxtfamiljen stöder kvävefixerande symbionter. Vissa cyanobakterier kan också kvävefixering. Dessa är fototrofer, som utför fotosyntes. Liksom andra kvävefixerande bakterier kan de antingen vara fritt levande eller ha symbiotiska relationer med växter. Andra kvävekällor inkluderar syraavsättning som produceras genom förbränning av fossila bränslen, ammoniakgas som avdunstar från jordbruksfält som har applicerats gödselmedel på dem och damm. Antropogena kväveingångar står för cirka 80% av alla kväveflöden i ekosystem.
När växtvävnader kastas eller äts blir kvävet i dessa vävnader tillgängligt för djur och mikrober. Mikrobiell nedbrytning frigör kväveföreningar från dött organiskt material i jorden, där växter, svampar och bakterier tävlar om det. Vissa jordbakterier använder organiska kväveinnehållande föreningar som en källa till kol och frigör ammoniumjoner i jorden. Denna process kallas kvävemineralisering. Andra omvandlar ammonium till nitrit-och nitratjoner, en process som kallas nitrifikation. Kväveoxid och kväveoxid produceras också under nitrifikation. Under kväverika och syrefattiga förhållanden omvandlas nitrater och nitriter till kvävgas, en process som kallas denitrifikation.
andra viktiga näringsämnen inkluderar fosfor, svavel, kalcium, kalium, magnesium och mangan. Fosfor kommer in i ekosystemen genom förväxling. När ekosystemen åldras minskar utbudet, vilket gör fosforbegränsningen vanligare i äldre landskap (särskilt i tropikerna). Kalcium och svavel produceras också genom förväxling, men syraavsättning är en viktig källa till svavel i många ekosystem. Även om magnesium och mangan produceras genom förväxling, utbyte mellan jord organiskt material och levande celler står för en betydande del av ekosystemflöden. Kalium cyklas främst mellan levande celler och organiskt material i jorden.
funktion och biologisk mångfald
biologisk mångfald spelar en viktig roll i ekosystemets funktion. Anledningen till detta är att ekosystemprocesser drivs av antalet arter i ett ekosystem, den exakta naturen hos varje enskild art och det relativa överflödet av organismer inom dessa arter. Ekosystemprocesser är breda generaliseringar som faktiskt sker genom enskilda organismers handlingar. Organismernas natur—arten, funktionella grupper och trofiska nivåer som de tillhör-dikterar vilka slags handlingar dessa individer kan utföra och den relativa effektivitet som de gör det med.
ekologisk teori föreslår att för att kunna samexistera måste arter ha en viss nivå av begränsande likhet—de måste skilja sig från varandra på något grundläggande sätt, annars skulle en art konkurrenskraftigt utesluta den andra. Trots detta är den kumulativa effekten av ytterligare arter i ett ekosystem inte linjär—ytterligare arter kan till exempel öka kväveretentionen, men utöver en viss nivå av artrikhet kan ytterligare arter ha liten additiv effekt.
tillägget (eller förlusten) av arter som är ekologiskt lik de som redan finns i ett ekosystem tenderar bara att ha en liten effekt på ekosystemfunktionen. Ekologiskt distinkta arter har å andra sidan en mycket större effekt. På samma sätt har dominerande arter en stor effekt på ekosystemfunktionen, medan sällsynta arter tenderar att ha en liten effekt. Keystone arter tenderar att ha en effekt på ekosystemfunktionen som är oproportionerlig mot deras överflöd i ett ekosystem. På samma sätt är en ekosystemingenjör varje organism som skapar, väsentligt modifierar, underhåller eller förstör en livsmiljö.
Dynamics
ekosystem är dynamiska enheter. De är föremål för periodiska störningar och håller på att återhämta sig från någon tidigare störning. När en störning inträffar svarar ett ekosystem genom att flytta sig från sitt ursprungliga tillstånd. Tendensen hos ett ekosystem att förbli nära sitt jämviktstillstånd, trots den störningen, kallas dess motstånd. Å andra sidan kallas hastigheten med vilken den återgår till sitt ursprungliga tillstånd efter störning dess motståndskraft. Tiden spelar en roll i utvecklingen av jord från Bar sten och återhämtningen av ett samhälle från störningar.
från ett år till ett annat upplever ekosystemen variation i sina biotiska och abiotiska miljöer. En torka, en kallare än vanligt vinter och ett skadedjursutbrott är alla kortsiktiga variationer i miljöförhållandena. Djurpopulationer varierar från år till år, byggs upp under resursrika perioder och kraschar när de överskrider sin matförsörjning. Dessa förändringar spelar ut i förändringar i primärproduktionens nedbrytningshastigheter och andra ekosystemprocesser. Långsiktiga förändringar formar också ekosystemprocesser-skogarna i östra Nordamerika visar fortfarande arv av odling som upphörde för 200 år sedan, medan metanproduktionen i östra Sibiriska sjöar styrs av organiskt material som ackumulerats under pleistocen.
störning spelar också en viktig roll i ekologiska processer. F. Stuart Chapin och medförfattare definierar störningar som”en relativt diskret händelse i tid och rum som förändrar strukturen hos befolkningar, samhällen och ekosystem och orsakar förändringar i resurstillgänglighet eller den fysiska miljön”. Detta kan sträcka sig från trädfall och insektsutbrott till orkaner och bränder till vulkanutbrott. Sådana störningar kan orsaka stora förändringar i växt -, djur-och mikrobepopulationer samt markens organiska materialinnehåll. Störningar följs av succession, en ” riktningsförändring i ekosystemens struktur och funktion till följd av biotiskt drivna förändringar i resursförsörjningen.”
frekvensen och svårighetsgraden av störningar bestämmer hur det påverkar ekosystemfunktionen. En stor störning som ett vulkanutbrott eller glacial framsteg och reträtt lämnar bakom jordar som saknar växter, djur eller organiskt material. Ekosystem som upplever sådana störningar genomgår primär följd. En mindre allvarlig störning som skogsbränder, orkaner eller odling resulterar i sekundär följd och en snabbare återhämtning. Allvarligare störningar och mer frekventa störningar resulterar i längre återhämtningstider.
Leave a Reply