Økosystemprosesser

Question 1

Energiens første stopp er primærprodusentene

Answer 1

Energiens første stopp er primærprodusentene

• Autotrofe organismer (grønne planter, bakterier, alger) omdanner uorganiske forbindelser til organiske ved hjelp av sollys gjennomfotosyntesen:

6CO2 + 12H2O + sollys → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

• Brutto primærproduksjon (‘Gross Primary Production (GPP)’)
  
  • Den totale fotosynteseproduksjonen (total assimilering av energi)
• Netto primærproduksjon (‘Net Primary Production
  
  • (NPP)’)NPP = GPP – respirasjon (celleånding)
  • Energi som kan observeres og overføres til høyere trofisk nivå

Question 2

Produktivitet er mål på netto primærproduksjon

Answer 2

• Hastigheten organisk materiale produseres gjennom fotosyntesen
• Måles i biomasse (g/m2/år)
• Alle grønne planter er resultat av primærproduksjon
• Nedbør og temperatur er faktorer som styrer primærproduksjonen

Question 3

Temperatur + fuktighet + næring er avgjørende for produktiviteten

Answer 3

Temperatur + fuktighet + næring er avgjørende for produktiviteten

• Temperatur + lengde på vekstsesong
• Fuktighet/regn + sesongvariasjoner
  
  • Aktuell evapotranspirasjon (AET) (fordamping + transpirasjon)
• Næringstilgang
  
  • Planter tar opp uorganiske næringsstoffer via røttene (N, P, mineraler)
• biomasse øker med varme og næring, alpin og arktisk tundra blir grønnere

Question 4

Primærproduksjon varierer over tid

Answer 4

Primærproduksjon varierer over tid

• Årstider
• Regntid og tørketid
• Forstyrrelser
  
  • Brann, insektangrep, stormfall, beiting
• Unge skoger har høy primærproduksjon
• Gamle skoger har minkende produksjon
  
  • Mer energi til vedlikehold istedenfor økt mengde av biomasse

Question 5

Ulike skoger (karbon-lagring)

Answer 5

• Creosote busk (ørken)
  
  • 50 g karbon per m² per år
• Alpin tundra
  
  • 200 g karbon pr m² per år
• Boreal furuskog
  
  • 700 g karbon per m² per år

Question 6

Primærproduksjon i havet

Answer 6

Primærproduksjon i havet

• Global primærproduksjon og breddegrad
• Høy produktivitet på grunt vann og nær land
• Konsentrasjon av organisk karbon bestemmes ikke bare av produktiviteten
  
  • Organisk karbon kan bli produsert i økosystemet (=autochthonous) eller bli tilført (=allochthonous)
  • En stor andel av den organisk karbon som flytter seg gjennom næringskjeden i akvatiske økosystem kan være tilført

Question 7

Solenergiens neste stopp: heterotrofe organismer

Answer 7

• Organismer som får sin energi fra å konsumere andre organismer
  
  • Planteetere
  • Rovdyr
  • Nedbrytere

Question 8

Sekundær produksjon

Answer 8

Energi fra primærprodusentene brukes til:

• Stoffskifte (varme)
• Matinntak
• Muskelarbeid
• Vedlikehold
• Avfallsprodukter
• Etc……

Energi som er igjen til vekst og reproduksjon hos heterotrofe organismer = sekundær produksjon

• Gram per areal per tidsenhet

Question 9

Energitap i næringskjeder

Answer 9

• Ca 10 % av energien som er lagret (biomasse) i et trofisk nivå føres videre til det neste
• Minkendebiomasse oppover i trofiske nivå

Question 10

Bottom-up regulering og top-down (kaskadeeffekter)

Answer 10

Bottom-up regulering

• Høy primærproduksjon gir høy sekundærproduksjon

Top-down

• Predatorer (og parasitter/sykdommer) regulerer populasjonen av plantetere og sørger derfor for mer planter.

Question 11

Hva er en nedbryter?

Answer 11

• Bryter ned kjemiske bindinger i organiske forbindelser (frigir energi)
  
  • spiser, fordøyer, fragmenter, skiller ut avfallsstoff, endrer kjemiske strukturer etc.
  • Uorganiske forbindelser dannes fra organiske
• Alle heterotrofe organismer er en form for nedbrytere
• Egentlige nedbrytere: organismer som lever av dødt eller delvis nedbrutt organisk materiale

Question 12

Mikrobielle nedbrytere

Answer 12

• Bakterier bryter i hovedsak ned rester av dyr
• Sopper bryter i hovedsak ned planterester
• Bakterier og sopp skiller ut enzymer som starter nedbrytning og næring blir tilgjengelig for andre arter -> suksesjon!
  
  • Trebukker i furu ville brukt 40-80 år på å utvikle seg fra larve til voksen om de ikke fikk hjelp av sopp (normal utvikling tar maks 3 år)

Question 13

Økosystemer har to hovedtyper næringskjeder

Answer 13

• Beite-næringskjeden
• > Starter med primærprodusenter
• Nedbryter næringskjeden
• > Starter med dødt organisk materiale

Question 14

Detrivorer

Answer 14

Detrivorer bryter ned planter, dyr og ekskrementer

• ‘Detrivor’ = organisme som ikke er bakterie ellersopp og som lever av dødt organisk materiale
• Mikroflora og fauna (< 100 μm)
  
  • protozoer og nematoder/rundormer
• Mesofauna (100 μm - 2mm)
  
  • midd og spretthaler
• Makro- (2-20mm) og megafauna (>20 mm)
  
  • Land: skolopendere, meitemark, snegler, insekter, skrukketroll
  • Vann: muslinger, akvatiske krepsdyr

Suksesjon av arter: bearbeiding og nedbryting fra en art gjør næring tilgjengelig for andre arter

Question 15

Insekter er livsviktige (møkk)

Answer 15

• 1788: kuer innført til Australia
• Australske møkkbiller kunne ikke bryte ned møkka….
• En ku => 9 tonn møkk/år (5 tennisbaner)
• Hard skorpe på møkk hindrer spiring av gress => 2000 km2 beitemark forsvant årlig + fluer et stort problem
• Fra slutten av 60-tallet til midten av 90-tallet: innført 53 billearter til Australia, 23 av disse har etablert seg

Question 16

Sirkulering av næringsstoffer

Answer 16

• Næringen i organisk materiale utgjør en stor del av et økosystems totale næringsbank
• Næringen i dødt organisk materiale blir frigjort av nedbrytere (mineralisering) og kan deretter på nytt opptas av levende planter

Question 17

Mineralisering og Immobilisering

Answer 17

Mineralisering

• Nedbrytere omdanner nitrogen og andre organiske forbindelser til uorganiske forbindelser (mineraler)

Immobilisering

• Nedbrytere tar opp uorganisk nitrogen til vekst og reproduksjon
• Netto mineralisering = mineralisering – immobilisering => overskudd gjødsler jorda

Question 18

Boral og tropisk skog

Answer 18

Boreal skog

• Langsom omsetning av dødt organisk materiale og langsomt næringsopptak
• Mest næring i jordsmonnet (humuslag)

Tropisk skog

• • Rask omsetning næringsopptak
• • Mest næring i plantene

Question 19

Omfordeling av næring

Answer 19

• Før bladet visner trekker planten ut næring og vann
• opptil 70 % av N kan tilbakeføres til treet
  
  • Klorofyllproduksjonen avtar, fargepigmenter blir synlige (tanniner, karotenoider, anthophyller)

Question 20

Kvaliteten på dødt organisk materiale varierer

Answer 20

Kvaliteten på dødt organisk materiale varierer

• De fleste blader har et N innhold på mellom 0,5 og 1,5%
• Jo høyre N innhold jo bedre kvalitet har bladene for nedbryterne
• Nitrogeninnhold i nedbrytere er mye høyere enn i plantemateriale
  
  • C:N ratio i løv: 50:1 – 100:1
  • C:N ratio i bakerier og sopp: 10:1 – 15:1
• I vekstsonen til planterøtter (‘the rhizophere’) skilles det utkarbohydrater til å stimulere mikrobiell nedbrytning -> Økt predasjon som frigir nitrogen til plantene.

Question 21

Bladkvalitet

Answer 21

Bladkvalitet

• Karbonforbindelser:
  
  • Glukose
  • Cellulose
  • Lignin
• Glukosebrytesnedraskt, cellulose er tar litt lengre tid, mens lignin er vanskelig å bryte ned
• Sammensetningenbestemmer hvor raskt et blad nedbrytes

Question 22

Suksesjon i nedbrytningen

Answer 22

• Suksesjon av nedbrytere i plantemateriale
• Hvordan et tre dør er viktig for suksesjon (stormfall, bever, biller, sopp, brann)
• Nedbrytning påvirkes av jordforhold, pH, og hvilke nedbrytere som er tilstede

Question 23

Abiotiske faktorer påvirker økosystemet

Answer 23

• Til nå fokusert på de biologiske prosessene og intern sirkulering i økosystemet
• Abiotiske ytre forhold påvirker økosystemene• Kjemiske reaksjoner finner også sted i de
• abiotiske delene av et økosystem- Atmosfære, vann, jord og fjell

Question 24

Det er to hovedtyper biokjemiske sykluser

Answer 24

To hovedtyper biokjemiske sykluser

Gass og sedimenter er kilder til næring i økosystemene

Gasser

• Næring finnes i atmosfæren og de store havene.
• Nitrogen, oksygen og karbon

Sedimenter

• Næring finnes i jord, stein og sediment
• Stein forvitrer og det dannes næringssalter– Vulkaner
• Transporteres av vann

Kalsium og fosfor

Question 25

Import av næringsstoffer

Answer 25

• Gjennom forvitring
• Gjennom nedfall
  
  • Tørravsetninger:
    
    • luftbårne støvpartikler spredt med vinden
  • Våtavsetninger (eks. N2, SO2 og NOx)

Question 26

Regn

Answer 26

• Mellom 70 og 90% av regnvannet som faller over en skog kommer ned til bakken
• Vanndråpene akkumulerer næringsstoffer fra blader, nåler og trestammer og er derfor rikere på næringssalter (eks. kalsium, natrium og kalium) enn da de traff kronedekket

Question 27

Sur nedbør

Answer 27

• Svoveldioksid (SO2) finnes naturlig i atmosfæren
• Brenning av fossilt brensel øker mengde SO2
• Dreper mikroorganismer, mindre nedbrytning, mindre tilgjengelig næring
• Kalking av vassdrag

Question 28

Mindre forsuring i vassdrag

Answer 28

• Sur nedbør førte til stor reduksjon av biologisk mangfold i vann og vassdrag. Minst 25 laksebestander døde ut på Sørlandet
• Laksebestandene i 12 vassdrag er reddet av kalking og det er reetablert laksebestander i ti elver hvor laksen ble borte
• Ca. 7 % av arealet i Norge i dag har innsjøer som er betydelig påvirket av forsuring.

Question 29

Eksport av næringsstoffer

Answer 29

• Karbon forsvinner gjennom respirasjon (CO2)
• Nedbrytning omgjør en del av næringen fra organiske forbindelser til gass
• Utvasking av uorganisk materiale
• Organisk materiale kan flyttes, f.eks. via vann
• Herbivorer eksporterer (og importerer) mye næring mellom økosystemer
• Tidligere var gjødsel fra husdyrene like viktig som melken

Question 30

Karbonkretsløpet

Answer 30

Gjennom fotosyntese hos produsentene blir karbondioksid tatt opp i næringskjedene. Det blir frigjort ved celleånding hos alle levende organismer og ved forbrenning av fossile brennstoffer.

1. I fotosyntesen bruker produsentene CO2 til å danne glukose. Overskuddet omdannes til andre organiske stoffer produsentene trenger for eksempel karbohydrater, fett og proteiner.
2. Konsumentene spiser produsentene og karbon overføres til neste trofiske nivå. I celleåndingen rytes glukose ned og CO2 frigis.
3. Døde organismer brytes ned av nedbrytere som frigir CO2.
4. Noe organisk materiale brytes ikke ned pga mangel på oksygen=ingen celleånding. Karbonet lagres da som olje og gass.
5. Brenning av fossile brennstoffer frigir karbonforbindelsene til atmosfæren som CO2.

Question 31

Nitrogenkretsløpet

Answer 31

De fleste planter og dyr kan kun ta opp nitrogen i form av ammoniumioner (NH4+) eller nitrationer(NO3-).

Nitrogenfiksering:

1. Lynnedslag eller nitrogenfikserende bakterier i symbiose med blant annet frittlevende bakterier omdanner N2 fra lufta til ammoniakk(NH3). Løses i vann til ammoniumioner(NH4+).
2. Produsenter inntar ammoniumioner(NH4+) som brukes til oppbygning av proteiner og nukleinsyrer i planten. Planten spises av konsumenter, slik at nitrogenforbindelsene overføres fra ledd til ledd i næringskjedene.
3. Nitrogen i avfallsstoffer brytes ned av nedbrytere som bakterier, sopp og blågrønnbakterier til aminosyrer og videre til ammoniakk (NH3) og ammoniumioner(NH4+)
4. Nitrifiserende bakterier lever kjemoautotroft. Noen oksiderer ammoniumioner (NH4+) til nitrattioner (NO2-) og andre oksiderer nitrattioner til nitrationer (NO3-)
5. Organismer i vann fikserer og omdanner nitrogen. Eget kretsløp der arkeer gjør nitrogenet tilgjengelig igjen. NH4+ omdannes til NO3- som kan taes opp av planteplankton.
6. Denitrifiseringsbakterier omdanner nitrationer tilbake til atmosfærisk nitrogen, N2. Nitrogenkretsløpet er fullført