Vrij complex deeltje, maar het leert je dat je best vlees beperkt of probeert vegetarisch te leven... en dat je over vis beter twee keer nadenkt... Energie - plus thermodynamica, entropie, opwarming, grizzly's en tropische regenwouden - bondig maar gebald!

1. DEEL 3
ENERGIE-UITWISSELINGEN
IN EEN ECOSYSTEEM
1

2. Aantal organismen in een
ecosysteem…
• … is afhankelijk van de inbreng
van energie in het ecosysteem
• … is afhankelijk van de
hoeveelheid neerslag in het
ecosyteem, met inbegrip dat veel
neerslag onmogelijk is bij
beperkte zonneënergie
• … is afhankelijk van de snelheid
waarmee bepaalde verbindingen
uitgewisseld worden
• Elke plaats op aarde ontvangt
dezelfde hoeveelheid zonlicht,
maar niet dezelfde hoeveelheid
energie of ‘hitte’
• Ecosysteem Antarctica
2

3. De kringloop van elementen
• N-cyclus
• C, H, O, N, P, S, …
kunnen herhaaldelijk
uitgewisseld worden
tussen levende
wezens en de
levensloze stof
• D.w.z. dat de atomen
herbruikt worden
voor de opbouw van
organische materie
• ‘Energy flows,
elements cycle’
3

4. Energie volgens één richting in
de voedselketen
• Energie van de zon wordt
vastgelegd door autotrofe
fotosynthese…
• … en vloeit dan per trofisch
niveau over in herbivoren,
primaire en secundaire
carnivoren
• Dood weefsel en afval
geproduceerd op ieder niveau
wordt gebruikt door
reducenten: aaseters,
detritivoren, fungi, bacteriën,…
• Bij iedere stap gaat het
grootste deel van de energie
verloren
4

5. Klassieke voedselketens versus
detritusvoedselketens
• Gewoonlijk denken we aan voedselketens als
‘grazende’ of klassieke voedselketens zoals
hiernaast afgebeeld
• Logisch, volgens de klassieke voedselketens
wordt plantaardig weefsel direct
geconsumeerd door herbivoren
• Een groot deel van de energie is echter
afkomstig van organische verbindingen uit
dode materie, door bacteriële foto- en
chemosynthese,…
• Voorbeelden van detritusvoedselketens vindt
men in bosgronden, riviertjes in bosrijk
gebied, oceaanbodems, moerassen,…
• Zo is het begrip voedselketen achterhaald,
en spreekt men beter van een veelheid aan
schakels in een gecompliceerd voedselweb
5

6. Klassieke voedselketens versus
detritusvoedselketens
6

7. Exuberante groei versus fragiliteit
• Het belang van organisch materiaal wordt perfect geïllustreerd
door de weelderige groei van de tropische regenwouden
• 2/3 van de bodems bestaat er uit tropische rode en gele aarde,
typisch zuur en nutriëntarm
• Ca en K lekken bij hevige regen uit de bodem, Fe en Al vormt
onoplosbare verbindingen met fosfaatverbindingen
• Nutriënten en C zijn gevangen in levend weefsel, humus is schaars
• Na enkele jaren moeten boeren kunstmest gebruiken voor een 7
lage opbrengst gezonde gewassen of veevoeder

8. Energie-efficiëntie op trofisch niveau
volgens de klassieke voedselketen
• Energie ademhaling:
33kJ/100kJ
• Energie-efficiëntie is de
energie-opbrengst aan
weefsel in verhouding met
de energie-investering
• In dit geval 4%
• Het is meer efficiёnt om
granen te eten i.p.v. er het
vee met te voeden
• De energie in het vlees heeft
immers al verscheidene
trofische niveaus gepasseerd
8

9. 7x meer land nodig voor een vleesdieet
t.o.v. een plantaardig dieet
9

10. Energie-overdracht tussen
verschillende voedingsniveaus
• Efficiëntie fotosynthese is
laag: 2% van invallende
lichtenergie wordt
geabsorbeerd door de plant
• Bij elke volgende stap komt
10% van de energie in de
herbivoor of carnivoor terecht
• Dit laat toe de hoeveelheid
energie te berekenen welke in
de secundaire carnivoor
terechtkomt, uitgaande van
een stralingsenergie van 6000
kJ geabsorbeerd door planten
(per vierkante meter per dag)
10

11. Antwoord: bereken de
energietransfer in elke stap
• Netto-productie door de
plant: 120 kJ
• Nettowinst in herbivoren:
12 kJ
• Nettowinst in C1: 1,2 kJ
• Nettowinst in C2: 0,12kJ
• Besluit: gezien dit groot
energieverlies is het aantal
stappen in de voedselketen
beperkt (max. 3-4), en is
het aantal topcarnivoren
klein in bepaald
ecosysteem
11

12. Andere voorstelling -
let op het verschil!
12

13. Biomassapiramides per trofisch niveau
• Terrestrische ecosystemen zijn
qua biomassa opgebouwd
volgens een normale
piramidevorm
• De grootste massa op aarde is
geconcentreerd in de
producenten nl. de planten
• De 2e grootste hoeveelheid
biomassa is vertegenwoordigd
door aaseters en reducenten
zoals bacteriën, fungi en
termieten
• De bovenliggende niveau’s
kennen een 1/10 reductie van
biomassa, met topcarnivoren
bovenaan die logisch gezien de
kleinste biomassa uitmaken 13

14. Biomassapiramides per trofisch niveau
• Biomassapiramides in zee
kennen evenwel een
omgekeerde piramidevorm
• Fotosynthetische algen en
bacteriën vangen de
zonneënergie, welke volgens de
10%-regel wordt afgeroomd per
verhoging van trofisch niveau
• Evenwel is hun totale massa
veel kleiner dan deze van de
organismen die ze consumeren
• Planktonische algen leggen veel
meer zonneënergie vast als
landplanten en groeien,
reproduceren en sterven in
verhouding sneller
14

15. Biomassapiramides per trofisch niveau
• Kleine kreeftachtigen zoals
zoöplanktonische Copepoda en
andere kreeftachtigen
consumeren de algen
• Ze oogsten grote hoeveelheden
zonder de fotosynthetische
reserves van het water uit te
putten
• Deze worden op hun beurt
gegeten door invertebraten en
kleine visjes, welke vervolgens
op het menu staan van grotere
vissen en mariene zoogdieren…
• … op hun beurt bejaagd door bv.
Carcharodon carcharias (Witte
haai) of andere langlevende
topcarnivoren 15

16. Biomassapiramides per trofisch niveau
• Carcharodon carcharias (Witte haai), Neptune Islands,
Zuid-Australië – IUCN-status: kwetsbaar
• De inversie van de oceanische biomassapiramide is de reden
waarom de waters van de open zee helder zijn en je met een
goede observatie wel een occasionele vis bespeurt, maar niet
de algen waarvan alle zeedieren uiteindelijk afhankelijk zijn
16

17. Aquacultuur
• Waterbewoners hebben als voordeel
dat ze weinig energie moeten
investeren in de ondersteuning van
hun lichaam, maar het kunnen
aanwenden voor groei
• Vissen zijn poikilotherm, dus
verbruiken praktisch geen energie
om zich warm te houden
• Daphnia, kan in aquacultuur 10x
meer opbrengen als soja op
eenzelfde oppervlakte
• Meer dan 90% van de visvangst
bestaat uit de jacht op wilde soorten
in hun natuurlijk biotoop
Treiltechnieken doden sponzen, • Boomkorvisserij en treilen zijn
koralen,… op de oceaanbodem conventionele methoden, die de
Boven: een nooit getreilde bodem, biodiversiteit van zeebodems ernstig
onder: een treilspoor bij Maine verstoren
17

18. Fishing down the food web
• De accumulatie van biomassa in de top van de voedselketen,
maakt van vissen als tonijn (Thunnus sp.), zalm (Salmo sp.),…
begeerde voedselbronnen
• Overbevissing maakt blauwvintonijn (Thunnus thynnus)
zeldzaam, de roze zalm (Oncorhynchus gorbuscha) is bijna
uitgestorven door zeeluisinfecties die de jonge zalmen aan
stukken rijt als ze de Canadese zalmkwekerijen voorbijtrekken
18

19. Fishing down the food web
• Zo is de mortaliteit van de roze zalm
meer dan 80% aan de Pacifische
Canadese kust wegens infectie van
juveniele zalmen door de kleine
kreeftachtige zeeluizen
Lepeophtheirus salmonis
• De zalmen brengen nutriënten naar
de kustecosystemen, waar ze een
sleutelrol spelen in de overleving van
grizzlyberen (Ursus arctos
horribilis), orca’s, wolven, otters, … en
zelfs van de witte spar (Picea glauca)
door de stikstof van zalmkadavers
achtergelaten door grizzly’s
• In Canada’s Fraser River daalde het
wilde zalmbestand van over de 10
miljoen tot minder dan 2 miljoen
tijdens de zalmtrek 19

20. Rapoports regel (1975)
• Reis je zuidwaarts van N.- naar Z.-
Amerika, zal het verspreidingsgebied
van individuele soorten verkleinen bij
het naderen tot de evenaar
• In gematigde en arctische regio’s
moeten organismen zich aanpassen
aan variërende fysische en biologische
omgevingen bv. via winterslaap,
vruchtzetting, omschakelen naar
winterharde prooi, migratie,...
• Door aangepast te zijn aan meer
lokale omgevingsvariabelen, bezetten
ze ook grotere arealen
• Mecistogaster sp. reuzejuffer van
Centraal-Amerika, specialist in het
plukken van spinnen uit hun web,
concurreren generalisten weg
20

21. In de evolutie van biodiversiteit betekent
een kleinere omvang meer soorten
• Hogere energie, grotere
biomassaproductie, het
vernauwen van
verspreidingsgebieden in een
minder variërende
omgeving...
• ...verhogen de biodiversiteit
in de tropen
• Stabiele klimaten met milde
seizoensverschillen laten
verschillende organismen toe
• Macrocheles rettenmeyeri komt te specialiseren op fracties
enkel voor als vervanging van de van de omgeving
tarsus van mieren • Geen niche blijft ongevuld
• Bloedzuigend laten ze zich als • Hoe kleiner organismen, hoe
klauw gebruiken, zonder het beter ze in staat zijn de
comfort van de mier te benadelen omgeving op te delen in
kleinere niches
21

22. Het tellen van biodiversiteit(sverlies)
• Geelgors (Emberiza citrinella),
zwarte vanilleorchis
(Gymnadenia nigra)
• De relatie tussen het aantal soorten
in en de oppervlakte van een
habitat kan worden uitgedrukt
volgens S = CAz
• S is het aantal soorten, C een
constante per eenheid van
oppervlakte en z – als constante
van belang – is soortafhankelijk
• z is afhankelijk van het habitat en
vooral van de mogelijkheid tot
verspreiding
• De z-waarde is tussen 0,15 en 0,35
met de laagste waarden voor
soorten met een vlotte verspreiding
bv. vogels, hoogste voor bv.
landslakken, orchideeën 22

23. Het tellen van biodiversiteit(sverlies)
• Een hoge z-waarde betekent
dat de soort waarschijnlijk
verdwijnt als de oppervlakte
van het habitat verkleint
• Als richtlijn kan je stellen dat
als A vermindert met 10%, het
aantal soorten tot de helft kan
dalen (bij z = 0,30)
• De soorten-oppervlakte-relatie
is een direct gevolg van de 2e
wet van de thermodynamica die
de entropieverhoging en het
• Het Amazoneregenwoud is fenomeen van de
niet alleen bedreigd door onomkeerbaarheid van
ontbossing, maar ook door natuurlijke processen verwoordt
droogte en opwarming
• Bij ‘business as usual’ zou
50% van de jungle
verdwenen zijn tegen 2050 23

24. Het tellen van biodiversiteit(sverlies)
• In de jaren ‘90 verloren de
tropische regenwouden
gecombineerd ± 1,8%/jaar
• Bij een typische z-waarde van
0,30 zou ieder jaar daarbij
0,54 % van het aantal
soorten er verdwenen zijn
• De helft van het overblijvend
• Afname van soortenrijkdom
tropisch regenwoud op aarde
van endemische gewervelden
op land bij toenemende
zou binnen 30 jaar verdwijnen
temperaturen bij een ± 1,8%/jaar-evolutie,
wat zou inhouden dat het
• Tropisch regenwoud,
soortenverlies, afhankelijk
Queensland, Australië
van de z-waarde, tussen de
10 en 22 % gelegen is
24

25. De mensheid eigent zich 20 tot
40% toe van de zonneënergie…
• …opgeslagen in organische, plantaardige materie
• Deze aanslag op de bronnen van de planeet reduceert
drastisch de overlevingskansen van alle soorten
• Vooraleer de mens ten toneel verscheen, verdween ongeveer
1 soort per miljoen per jaar; menselijke activiteit verhoogt
extinctie met een factor 1.000 tot 10.000 voor de tropische
regenwouden door dit bestendig verlies aan oppervlakte 25

26. Referenties
• Dia 2: http://www.ciesin.org/docs/011-558/fig4-3.gif
http://www.globalchange.umich.edu/globalchange1/current/lectures/kling/ecosystem/ecosystem.html
• Dia 3: http://www.britannica.com/eb/art-6/The-nitrogen-cycle
• Dia 4, 8 en 9:
http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/biology/livingthingsenvironment/2energyandnutrienttransferrev3.shtml
http://www.globalchange.umich.edu/globalchange1/current/lectures/kling/ecosystem/ecosystem.html
• Dia 5, 6: http://www.globalchange.umich.edu/globalchange1/current/lectures/kling/ecosystem/ecosystem.html
http://www.absoluteastronomy.com/topics/Soil_food_web
• Dia 7: https://sites.google.com/site/envscirubin/Home/study-guide
• Dia 10: http://en.wikipedia.org/wiki/File:FoodWeb.jpg
• Dia 11: http://www.tutorvista.com/content/science/science-ii/environment/food-chain.php#
• Dia 12: http://home.hiroshima-u.ac.jp/er/EV_S.html
• Dia 13 – 15: http://www.tutorvista.com/content/biology/biology-iv/ecosystem/biomass-pyramid.php#
• Dia 16: http://nl.wikipedia.org/wiki/Witte_haai http://pinterest.com/pin/244883298459264762/
• Dia 17: http://archives.starbulletin.com/2008/02/25/news/story01.html
• Dia 18: http://en.wikipedia.org/wiki/Pink_salmon http://oceana.org/en/our-work/promote-responsible-
fishing/predators-prey/learn-act/infographic-fishing-down-the-food-chain
• Dia 19: http://en.wikipedia.org/wiki/Salmon_run http://en.wikipedia.org/wiki/Aquaculture_of_salmon
http://www.environmentalgraffiti.com/animals/news-bear-vs-salmon http://digitaljournal.com/article/280039
http://www.greatbeartours.com/ecotourism.htm http://phys.org/news116777260.html
• Dia 20: http://www.pbase.com/terrythormin/image/94218572
26

27. Referenties
• Dia 21: http://kabinetofcuriosities.blogspot.com/2010/01/tarsi-replacing-mite.html
• Dia 22: http://en.wikipedia.org/wiki/Species-area_curve
http://www.hidephotography.com/getpage.php?pg=search&sr=Emberiza%20citrinella
http://nl.wikipedia.org/wiki/Gymnadenia_nigra http://www.panoramio.com/photo/65487265
• Dia 23: http://en.wikipedia.org/wiki/Second_law_of_thermodynamics http://en.wikipedia.org/wiki/Species-
area_curve http://www.futuretimeline.net/subject/energy-environment.htm
• Dia 24: http://en.wikipedia.org/wiki/Species-area_curve
http://www.environment.gov.au/soe/2006/publications/drs/indicator/105/index.html
• Dia 25: http://windcurrents.nrgsystems.com/wp-content/uploads/2011/04/mountaintopremoval.jpg
27

28. Literatuurlijst
• Billen J. – 1994
Morfologie en Systematiek van de Invertebrata
• Blamey M. & Grey-Wilson C. - 1989
De Geïllustreerde Flora
Thieme – Baarn
• Buchsbaum R. – 1962
De Ongewervelde Dieren
Het Spectrum – Antwerpen
• Fitter R. & Fitter A. – 1974
Tirions Nieuwe Bloemengids
Elsevier – Amsterdam
• Heimans E., Heinsius H.W., Thysse J.P. – 1947
Geïllustreerde Flora Van Nederland
W. Versluys N.V. – Amsterdam - Antwerpen
28

29. Literatuurlijst
• Heywood V.H. – 1993
Flowering Plants Of The World
Oxford University Press – New York
• Hillenius D. - 1967
De Vreemde Eilandbewoner
N.V. De Arbeidspers – Amsterdam
• Keizer G.J. – 1997
Paddestoelen Encyclopedie
Rebo Productions, Lisse
• Kohlhaupt Paula – 1971
Wilde orchideeën
W.J. Thieme & Cie - Zutphen
Rebo Productions – Lisse
• Perl P. – 1979
Varens
De Lantaarn – Amsterdam
29

30. Literatuurlijst
• Peterson R., Mountfort G. & Hollom P.A.D. – 1983
Petersons Vogelgids
Tirion, Elsevier - Amsterdam
• Raven & Johnson – 1992
Biology
Mosby-Yearbook – Missouri
• Rozema J. & Verhoef H.A. – 1997
Leerboek Toegepaste Ecologie
VU-Uitgeverij – Amsterdam
• Van Assche J. – 1989
Inleiding Tot De Plantenecologie
Katholieke Universiteit Leuven – Leuven
• Van Veen M. & Zeegers Th. – 1988
Insecten Basis Boek
Jeugdbondsuitgeverij – Utrecht
30

31. Literatuurlijst
• Weier T. Elliot, Stocking C.R., Barbour M.G. & Rost T.L. – 1982
Botany – An Introduction To Plant Botany
John Wiley & Sons - California
• Wilson E.O. – 1992
The Diversity Of Life
Allen Lane The Penguin Press – Harmondsworth, Middlesex
• Wynhoff I., Van Der Made J., Van Swaay C. – 1990
Dagvlinders Van De Benelux
De Vlinderstichting - Utrecht
31