Ekosysteemin rakenne
Miten ekosysteemi toimii?
Alussa on tuottajat. Ne ovat omavaraisia, eli ne saavat energiansa joko auringonvalosta fotosynteesillä tai hapettamalla epäorgaanisia yhdisteitä kemosynteesillä. Tuottajat sitovat energiansa siis glukoosiksi.
Ravintoketjua pitkin mentäessä seuraavana tulee kuluttajat. Kuluttajat käyttävät energianlähteenään siis tuottajien sitomaa energiaa. Ne voidaan jakaa kolmeen osaan: ensimmäisen asteen kuluttajat ovat kasvinsyöjiä, toisen asteen kuluttajat petoja (jotka syövät kasvinsyöjiä) ja kolmannen asteen kuluttajat huippupetoja (jotka syövät petoja).
Lopuksi aineiden kierron kannalta ehkä olennaisin ryhmä on hajottajat. Ne saa energiansa hajottamalla kuolleiden eliöiden yhdisteitä, jota kutsutaan detritukseksi. Näin ollen ne palauttavat eliöihin varastoituneet epäorgaaniset yhdisteet takaisin kiertoon.
Hiilen kierto
Kuten sanottua, aineet kiertävät jatkuvasti luonnossa. Niin pitääkin tapahtua, sillä uutta ainetta ei kiertoon yleensä tule. Yksi esimerkki tällaisesta kierrosta on hiilen kierto:
Yksinkertaisimmillaan hiili kiertää ilmassa, jota hengitämme. Soluhengityksen tuloksena hengitämme ulos hiilidioksidia. Tämä hiilidioksidi tulee käyttöön kasveilla, jotka yhteyttävät, ja ne muuttavat sen takaisin hapeksi.
Ravintoketjut ja ekologiset pyramidit
Ravintoketjun tasoja kutsutaan trofiatasoiksi. Tasot ovat seuraavat:
- Tuottajat
- Kasvinsyöjät ja tuottajien hajottajat
- Pedot ja kasvinsyöjien hajottajat
- Huippupedot ja lihansyöjien hajottajat
Kun saman ekosysteemin kaikki ravintoketjut yhdistetään, saadaan ravintoverkko. Mitä monipuolisempi ja monimutkaisempi se on, sitä vakaampi ekosysteemi on. Yhden lajin katoaminen kun ei välttämättä romahduttaisi koko ekosysteemiä.
Se kuitenkin riippuu siitä, mikä laji häviää. Jotkin lajit ovat ns. avainlajeja, joista monet muut lajit ovat riippuvaisia. Suomen metsäekosysteemeissä avainlajeja on mm. kekomuurahaiset ja Itämeren ekosysteemissä sinisimpukka.
Ekologisella pyramidilla havainnnollistetaan eri trofiatasojen suhdetta toisiinsa. Esimerkiksi biomassapyramidi näyttää, että tuottajilla on selvästi eniten biomassaa, ja se vähenee trofiatasoja ylöspäin mentäessä. Onhan se loogista, että kasvinsyöjiä on vähemmän kuin kasveja jne.
Energian virtaus
Yhdenlaisesta ekologisesta pyramidista, energiapyramidista nähdään, että energian määrä vähenee aina trofiatasoja ylöspäin mentäessä. Tämä johtuu siitä, että kaikki eliöt käyttävät energiaa omiin elintoimintoihinsa, eikä siksi voi “antaa eteenpäin” kaikkea itse saamaansa energiaa. Tätä kutsutaan energian ohivirtaukseksi.
Kasvien energian käyttöä voidaan havainnollistaa muutamalla käsitteellä:
- perustuotanto on tuottajien valmistama biomassa
- nettoperustuotanto on se osa perustuotannosta, jota kasvi ei käytä omiin elintoimintoihinnsa
- bruttoperustuotanto on nettoperustuotanto + kasvin elintoimintoihin käyttämä biomassa (eli perustuotanto ja bruttoperustuotanto tarkoittavat samaa asiaa)
Kuluttajien nettoperustuotanto on nimeltään jatkotuotanto. Maaekosysteemeissä jatkotuotannon tehokkuus on noin 10%, eli 90% energiasta kuluu energian ohivirtaukseen, eikä ole seuraavan trofiatason käytettävissä.
Sukkessio
Ekosysteemeissä tapahtuu jatkuvasti muutoksia. Esimerkiksi metsäekosysteemissä metsäpalo voi tuhota metsän kokonaan tai tulivuoren purkaus voi muuttaa ympäristötekijöitä.
Ekosysteemin lajikoostumuksen muuttumista kutsutaan sukkessioksi. Se voidaan jakaa primääri- ja sekundäärisukkessioon. Primäärisukkessio tapahtuu alueella, jossa ei ole aiemmin ollut eliöitä, esimerkiksi äskeittäin syntyneet saaret ja maannousemapaikat. Sekundäärisukkessiossa aiemmin paikalla ollut ekosysteemi on kokenut jonkin häiriön, kuten luonnonkatastrofin, joka on tuhonnut suuren osan aiemmasta ekosysteemistä.
Metsän sekundäärisukkessiosta voidaan erottaa kuusi vaiheetta:
- alkupiste on tila, jossa ekosysteemi on tuhoutunut, ja sukkessio voi alkaa
- heinikkovaiheessa nopeasti leviävät pioneerilajit, kuten maitohorsma ja heinät ovat vallanneet alueen.
- Pensaikkovaiheessa alueelle levinneistä puiden siemenistä itäneet taimet ovat kasvaneet jo jonkin verran, vallaten alaa heinäkasveilta ja maitohorsmilta
- Sekametsävaihe on eliölajistoltaan rikkain vaihe
- Havumetsävaiheessa havupuut alkavat saada yliotteen lehtipuista
- Aarnio- eli kliimaksivaihe on metsän vakain vaihe, jossa muutoksia ei juuri tapahdu