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Warum ist das Biomasseverhältnis Verbraucher/Produzent in den Ozeanen höher?

Warum ist das Biomasseverhältnis Verbraucher/Produzent in den Ozeanen höher?



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Gemäß Bar-on et al. (2018) (siehe Abbildung 2), beträgt das Verhältnis von terrestrischer Verbraucher/Erzeuger-Biomasse 20/450, während das Verhältnis von mariner Verbraucher/Erzeuger-Biomasse 5/1 (in Gt Kohlenstoff) beträgt.

Warum ist das Verhältnis Verbraucher/Produzent in den Ozeanen viel höher?

Liegt es vielleicht daran, dass Meerestiere effizienter sind? Oder wird die Biomasse von Landpflanzen von Oberflächentieren zu wenig genutzt?

Bar-On, Y.M., Phillips, R. und Milo, R., 2018. Die Biomasseverteilung auf der Erde. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(25), S.6506-6511.


Das von Ihnen zitierte Papier schlägt eine Erklärung vor:

Solche invertierten Biomasseverteilungen können auftreten, wenn Primärproduzenten einen schnellen Biomasseumsatz haben [in der Größenordnung von Tagen (34)], während Verbraucherbiomasse viel langsamer umläuft [einige Jahre im Fall von mesopelagischen Fischen (35)]. Somit ist der Bestand an Verbrauchern größer, obwohl die Produktivität der Produzenten notwendigerweise höher ist. Frühere Berichte haben invertierte Biomassepyramiden in lokalen Meeresumgebungen beobachtet (36, 37). In einer weiteren Studie wurde ein umgekehrtes Verbraucher/Produzenten-Verhältnis für die globale Planktonbiomasse festgestellt (16).

Um dies noch etwas weiter zu erklären/verdeutlichen: Es gibt zwei Hauptprozesse, die sich auf das Verhältnis Verbraucher/Hersteller auswirken. Einer, den Sie identifiziert haben, ist Effizienz (wie viel der Biomasse von einer trophischen Ebene zur nächsten übertragen wird). Der Andere ist Fluktuationsrate (Rate, mit der Biomasse eine trophische Ebene verlässt), die der Kehrwert der Verweilzeit (die durchschnittliche Zeitdauer, die eine Biomasseeinheit in einer trophischen Ebene verbringt, bevor sie in eine andere trophische Ebene/ein anderes Kompartiment übergeht).

Im Gleichgewicht ist die Biomasse auf einer trophischen Ebene gleich (Zufluss/Umsatzrate) oder (Zufluss $mal$ Aufenthaltsdauer). Wenn Verbraucher auf einem bestimmten Niveau eine Tonne Biomasse pro Monat verbrauchen (vorerst 100 % Wirkungsgrad annehmen) und die Verweilzeit 6 Monate beträgt, stehendes Lager oder die Menge an Biomasse auf diesem Niveau wird 6 Tonnen betragen. Nehmen wir einige der Zahlen aus dem obigen Absatz: Angenommen, die Verweildauer von Phytoplankton beträgt 4 Tage, während die der Verbraucher 400 Tage beträgt. Wenn die Verbraucher einen Wirkungsgrad von 10 % für die Aufnahme von Phytoplankton-Biomasse haben, beträgt die Verbraucherbiomasse $(400~ extrm{Tage}/4~ extrm{Tage}) mal 10\% = 10$ mal höher als die Phytoplanktonbiomasse.


Phytoplankton lebt etwa eine Woche und wird erneuert, d. h. Cocolithophoridae, die sich alle 6 Tage selbst klont.

Terrestrische Biomasse lebt etwa 10 Jahre. d.h. Bäume

Daher gibt es an Land ein höheres Verhältnis von phototropher/Produzentenbiomasse.

Hinweis:

Es gab jedes Jahr 45 Milliarden Tonnen neues Phytoplankton, 45 Mal mehr als ihre eigene Masse zu einem bestimmten Zeitpunkt. Das Phytoplankton hätte sich also im Durchschnitt 45 Mal im Jahr oder etwa einmal pro Woche vollständig reproduzieren müssen. Im Gegensatz dazu haben die Landpflanzen der Welt eine Gesamtbiomasse von 500 Milliarden Tonnen, ein Großteil davon Holz. Dieselben Berechnungen zeigten, dass sich die Landpflanzen der Welt alle zehn Jahre vollständig reproduzieren.


46.2B: Produktivität innerhalb trophischer Ebenen

  • Beigetragen von Boundless
  • Allgemeine Mikrobiologie bei Boundless

Produktivität, gemessen an Brutto- und Nettoprimärproduktivität, ist definiert als die Energiemenge, die in eine Biomasse eingebaut wird.

  • Erklären Sie das Konzept der Primärproduktion und unterscheiden Sie zwischen Bruttoprimärproduktion und Nettoprimärproduktion

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Beispiele für marine Ökosysteme

Es gibt zahlreiche Arten von Meeresökosystemen. Diese beinhalten Korallenriffe , Gezeitentümpel, Polarmeere, der Abgrund und andere.

Korallenriffe.

Photosynthetische Algen sind die Produzenten in Korallenriffgemeinschaften. Die Korallenriffe stellen eine der vielfältigsten Meeresgemeinschaften dar – tatsächlich findet man ein Viertel aller Meeresarten in oder in der Nähe von Korallenriffen.

Photosynthetische Algen in Korallenriffen haben eine wechselseitige Beziehung zu Korallen, d. h. eine enge Verbindung, von der beide Mitglieder profitieren. Die Algen sind in den Kalziumkarbonatschalen der Korallen geschützt und versorgen die Korallen im Austausch mit Nährstoffen. Diverse Wirbellose ernähren sich von Algen und werden wiederum von Rifffischen gefressen, die von größeren Fischarten gefressen werden.

Gezeitenbecken.

Tidepool-Ökosysteme sind solche, die abwechselnd von Wasser (bei Flut) und der Luft (bei Ebbe) ausgesetzt sind. Die meisten Arten, die in Gezeitenbecken vorkommen, sind in ihrem Lebensraum einzigartig und können sowohl unter nassen als auch unter trockenen Bedingungen überleben. Tidepool-Nahrungsnetze basieren, wie die meisten marinen Nahrungsnetze, auf Algen. Zu den Verbraucherarten gehören Muscheln, Schnecken, kleine Fische und Seeanemonen. Oft sind die Top-Raubtiere in Gezeitentümpeln Seesterne.

Polare Ozeane.

Auch in polaren Lebensräumen, wie den Ozeanen um die Antarktis und der Arktis, bilden photosynthetische Algen die Grundlage der Nahrungskette. Algen werden von garnelenartigen Krustentieren namens Krill gefressen, die wiederum als Nahrung für so unterschiedliche Arten wie Pinguine und Bartenwale dienen. Pinguine werden von Robben gefressen, und Pinguine und Robben werden von einigen Walen gefressen, insbesondere von Killerwalen, die die obersten Raubtiere im System sind.

Kelp-Wälder.

Kelpwälder sind marine Ökosysteme, die durch riesige Arten von schwimmenden photosynthetischen Algen namens Kelp gekennzeichnet sind. Kelp kann eine Länge von bis zu 80 Metern erreichen. Eine Reihe von Krebstieren ernähren sich von Seetang, ebenso wie Seeigel. Diese werden von größeren Organismen wie Seeottern gefressen.

Der Abgrund.

Der tiefste Teil des Ozeans, der Abgrund, erstreckt sich bis zu einer Tiefe von 6.000 Metern (etwa 19.685 Fuß oder 3,7 Meilen). Diese Tiefseeumgebungen sind durch kalte Temperaturen und Lichtmangel gekennzeichnet. Folglich gibt es keine Photosynthesegeräte, obwohl sich eine Vielzahl von Detritivoren von toter organischer Substanz ernähren, die von oben herabschwebt. Es gibt auch zahlreiche räuberische und parasitär Spezies.

Hydrothermale Quellen.

Hydrothermale Quellen sind Risse oder Öffnungen im Meeresboden, durch die Schwefelwasserstoff, gelöste Metalle und andere chemische Verbindungen in das Meerwasser gelangen. * Bestimmte spezialisierte chemosynthetische Bakterien leben in diesen heißen Gebieten und produzieren organisches Material aus Schwefelwasserstoff. Sie bilden die Basis für ungewöhnliche Nahrungsnetze in diesem spezialisierten Lebensraum.

Chemosynthetische Bakterien werden von spezialisierten Schlotwürmern, Muscheln und Muscheln gefressen, die wiederum Nahrung für Kraken und andere Arten bieten. Die hydrothermale Schlotkrabbe steht in Schlotumgebungen an der Spitze der Nahrungskette. * Diese einzigartigen Tiefseeökosysteme sind vielfältiger als die meisten Tiefseeumgebungen.


Ökosystem (mit Diagramm)

Lesen Sie diesen Artikel, um mehr über das Ökosystem zu erfahren:- Lesen Sie diesen Artikel, um mehr über:- 1. Definition des Ökosystems 2. Klassifizierung des Ökosystems 3. Komponenten des Ökosystems 4. Struktur eines Ökosystems 5. Funktionen 6. Typen zu erfahren.

Definition von Ökosystem:

Der Begriff Ökologie (griechisch Oikos-Haus, Logos-Studie) wurde 1869 vom deutschen Biologen Ernst Haeckel geprägt.

Die Ökologie beschäftigt sich mit der Erforschung der Wechselwirkungen zwischen lebenden Organismen und ihrer physischen Umgebung.

Heute wird Ökologie als das Studium von Ökosystemen definiert. Der Begriff Ökosystem wurde 1935 von A.C. Tansley vorgeschlagen, wobei Öko die Umwelt impliziert und System einen interagierenden, voneinander abhängigen, integrierten Komplex bezeichnet.

Ökosystem kann als das System definiert werden, das sich aus der Integration aller lebenden und nicht lebenden Faktoren der Umwelt ergibt. Somit ist jede strukturelle und funktionelle Einheit der Biosphäre, in der die Organismen mit der physikalischen Umwelt interagieren, so dass ein Energiefluss zu einer klar definierten trophischen Struktur, biotischen Vielfalt und Stoffkreislauf (dh Stoffaustausch zwischen lebenden und nicht lebenden Komponenten) innerhalb der System wird als ökologisches System oder Ökosystem bezeichnet.

Die Erde ist ein riesiges Ökosystem, in dem abiotische und biotische Komponenten ständig agieren und miteinander reagieren, was zu strukturellen und funktionellen Veränderungen führt. Diese riesige Ökosystem-Biosphäre ist in Einheiten kleinerer Ökosysteme wie terrestrische und aquatische Ökosysteme unterteilt.

Diese Systeme können Energie und Materie von außen frei austauschen – ein offenes Ökosystem oder von außen isoliert – ein geschlossenes Ökosystem.

Ein Ökosystem ist normalerweise ein offenes System mit einem kontinuierlichen, aber variablen Zufluss und Verlust von Material und Energie. Es ist eine grundlegende, funktionale Einheit ohne Grenzen.

Somit stellt ein Ökosystem die höchste ökologische Integrationsstufe dar, die auf Energie basiert, und diese Funktionseinheit ist in der Lage, Energie umzuwandeln, zu akkumulieren und zu zirkulieren. Seine Hauptfunktion im ökologischen Sinne besteht darin, verbindliche Beziehungen, Interdependenz und lockere Beziehungen hervorzuheben.

Klassifizierung von Ökosystemen

1. Natürliche Ökosysteme (selbsttätig):

Diese Systeme funktionieren von selbst unter natürlichen Bedingungen ohne größere Eingriffe durch den Menschen.

Diese werden weiter in folgende Ökosysteme unterteilt:

(i) Das terrestrische Ökosystem umfasst Wälder, Grasland und Wüsten usw.

(ii) Aquatische Ökosysteme können weiter unterschieden werden als

(a) Süßwasser, das lotisch (fließendes Wasser in Form von Quellen, Bächen oder Flüssen) oder lentisches Wasser (stehendes Wasser wie Seen, Teiche, Tümpel, Gräben, Pfützen, Sümpfe usw.) sein kann.

(b) Meerwasser wie Ozeane (tiefe Körper) oder Meere oder Flussmündungen (flache).

2. Künstliche (von Menschenhand geschaffene) Ökosysteme:

Diese werden vom Menschen künstlich aufrechterhalten, wo durch Energiezufuhr und geplante Manipulationen regelmäßig das natürliche Gleichgewicht gestört wird. Kulturpflanzen, städtische, industrielle, räumliche und kontrollierte Lebensgemeinschaften sowie die physikalisch-chemische Umwelt sind von Menschenhand geschaffene Ökosysteme.

3. Das Weltraum-Ökosystem wird auch als eines der Ökosysteme anerkannt und spielt eine sehr wichtige Rolle im menschlichen Leben.

Die gemeinsamen Merkmale aller Ökosysteme – terrestrisch, aquatisch und landwirtschaftlich – sind die Interaktionen der autotrophen und heterotrophen Komponenten.

Komponenten des Ökosystems:

Ein Ökosystem besteht aus zwei Hauptkomponenten – biotisch und abiotisch.

(A) Biotische (lebende) Komponenten:

Pflanzen, Tiere und Mikroorganismen mit unterschiedlichem Ernährungsverhalten bilden die biotischen Bestandteile eines Ökosystems.

1. Produzenten (oder Autotrophs-Selbsternährung):

Produzenten sind hauptsächlich Chlorophyll tragende Grünpflanzen (Photoautotrophe), die ihre Nahrung in Gegenwart von Sonnenlicht unter Verwendung von CO . synthetisieren können2 und Wasser durch den Prozess der Photosynthese. Da Pflanzen Sonnenenergie in chemische Energie umwandeln, müssen sie besser Wandler oder Wandler genannt werden. Chemosynthetische Organismen oder Chemo-Autotrophe können auch einige organische Stoffe durch die Oxidation bestimmter Chemikalien in Abwesenheit von Sonnenlicht synthetisieren.

2. Verbraucher (oder Heterotrophe oder Phagotrophe):

Verbraucher konsumieren die von den Produzenten aufgebaute Materie. Sie nutzen, ordnen und zersetzen komplexe Materialien.

[Anmerkung: Der hauptsächliche autotrophe Metabolismus findet in der oberen Grüngürtelschicht statt, wo Sonnenenergie verfügbar ist, während der intensive heterotrophe Metabolismus im unteren Braungürtel stattfindet, wo sich organisches Material in Boden und Sedimenten ansammelt.]

Verbraucher sind von den folgenden Typen:

Sie ernähren sich direkt von Produzenten und sind daher als Primärverbraucher bekannt, z. B. Kaninchen, Hirsche, Rinder, Insekten usw. Elton (1927) bezeichnete Pflanzenfresser als wichtige Industrietiere, da sie Pflanzen in tierische Materialien umwandeln.

(ii) Fleischfresser (Fleischfresser):

Sie ernähren sich von anderen Verbrauchern. Wenn sie sich von Pflanzenfressern ernähren, werden sie als Sekundärkonsumenten (z. Löwen, Tiger usw., die nicht beutet werden können, werden als Spitzenfleischfresser bezeichnet, da sie eine Spitzenposition in der Nahrungskette einnehmen.

Sie ernähren sich sowohl von Pflanzen als auch von Tieren, z. B. Ratten, Füchsen, Vögeln und Menschen.

(NS) Detritivoren (Detritusfresser oder Saprotrophe):

Sie ernähren sich von teilweise zersetztem Material wie Termiten, Ameisen, Krabben, Regenwürmern usw.

3. Zersetzer (oder Mikroverbraucher):

Zersetzer sind saprophytische (osmotrophe) Mikroorganismen wie Bakterien, Actinomyceten und Pilze. Sie beziehen ihre Nahrung, indem sie komplexe organische Verbindungen abbauen und anorganische Nährstoffe an die Umwelt abgeben, um sie den Produzenten wieder zur Verfügung zu stellen.

Die biotischen Komponenten eines Ökosystems können als das funktionale Reich der Natur betrachtet werden, da sie sich nach der Art der Ernährung und der verwendeten Energiequelle richten. Die gesamte Erde wird als Ökosystem betrachtet, das als Biosphäre oder Ökosphäre bezeichnet wird.

(B) Abiotische (nicht lebende) Komponenten:

Strukturell abiotische Komponenten umfassen:

1. Klimaregime:

Niederschlag, Temperatur, Sonneneinstrahlung, Intensität des Sonnenflusses, Wind usw. haben einen starken Einfluss auf das Ökosystem.

2. Anorganische Stoffe:

Dies sind C, N, H, O, P, S, die an Stoffkreisläufen beteiligt sind. Die Menge dieser Stoffe, die in einem Ökosystem vorhanden sind, wird als Standzustand oder Standqualität bezeichnet.

3. Organische Substanzen:

Kohlenhydrate, Proteine, Lipide und Huminstoffe verbinden die abiotischen Komponenten mit den biotischen Komponenten. Alle biotischen und abiotischen Komponenten eines Ökosystems werden voneinander beeinflusst und durch Energiefluss und Stoffkreislauf miteinander verbunden.

Struktur eines Ökosystems:

Die Struktur eines Ökosystems ist durch die Zusammensetzung und Organisation von Lebensgemeinschaften und abiotischen Komponenten gekennzeichnet.

Die wichtigsten strukturellen Merkmale eines Ökosystems sind:

1. Artenzusammensetzung:

Jedes Ökosystem hat seine eigene Artenzusammensetzung, die sich von anderen Ökosystemen unterscheidet.

2. Schichtung:

Die Organismen in jedem Ökosystem bilden eine oder mehrere Schichten oder Schichten, die jeweils die Population einer bestimmten Artenart umfassen. In einigen Ökosystemen wie tropischen Regenwäldern bilden Baumkronen, Büsche und Bodenvegetation unterschiedliche Schichten und werden von verschiedenen Arten bewohnt. Auf der anderen Seite weist das Wüstenökosystem eine niedrige diskontinuierliche Kräuterschicht auf, die aus ausgedehnten kahlen Bodenflächen besteht.

3. Die Menge und Verteilung nicht lebender Materialien wie Nährstoffe und Wasser etc.

4. Der Bereich oder der Gradient der Existenzbedingungen wie Temperatur und Licht usw.

Funktionen eines Ökosystems:

Jedes Ökosystem funktioniert unter natürlichen Bedingungen in einer fein ausbalancierten und systematisch kontrollierten Weise. Funktionell sind die biotischen und abiotischen Komponenten des Ökosystems so in das Gefüge der Natur verwoben, dass ihre Trennung praktisch sehr schwierig ist.

Die Produzenten, grüne Pflanzen, fixieren Strahlungsenergie und mit Hilfe von Mineralien (C, H, O, N, P, K, Ca, Mg, Zn, Fe etc.) aus dem Boden und der Luftumgebung (Nährstoffpool) sie bauen komplexe organische Stoffe auf (Kohlenhydrate, Fette, Proteine, Nukleinsäuren etc.). Pflanzenfresser ernähren sich von Pflanzen und dienen ihrerseits als Nahrung für Fleischfresser. Zersetzer zerlegen komplexe organische Materialien in einfache anorganische Produkte, die von den Herstellern verwendet werden können.

Das Herzstück der Ökosystemdynamik bilden die beiden ökologischen Prozesse Energiefluss und Nährstoffkreislauf, die eine Interaktion zwischen der physikalisch-chemischen Umwelt und den Lebensgemeinschaften beinhalten (Abb. 1).

Die wichtigsten funktionalen Merkmale eines Ökosystems sind wie folgt:

A. Trophische Struktur:

Die trophische Struktur eines Ökosystems ist eine Art Produzenten-Konsumenten-Arrangement und deren Wechselwirkung mit der Populationsgröße. Jede Nahrungsebene wird als trophische Ebene bezeichnet und die Menge an lebender Materie auf jeder trophischen Ebene zu einem bestimmten Zeitpunkt wird als stehende Ernte oder stehende Biomasse bezeichnet. Im Ökosystem sind verschiedene trophische Ebenen durch die Nahrungskette verbunden.

Die Übertragung von Nahrungsenergie von den Erzeugern durch eine Reihe von Organismen (Pflanzenfresser zu Fleischfressern zu Zersetzern) mit wiederholtem Essen und Verzehren wird als Nahrungskette bezeichnet. Alle Organismen, lebend oder tot, sind potenzielle Nahrung für einige andere Organismen, daher gibt es keine Verschwendung in der Funktion eines natürlichen Ökosystems.

Einige Beispiele für einfache Nahrungsketten sind:

Es beginnt bei Grünpflanzen (Primärproduzenten), geht über grasende Pflanzenfresser und gipfelt in Fleischfressern (Abb. 2). Die Kette hängt somit von der autotrophen Energieaufnahme und der Weiterleitung dieser aufgenommenen Energie an die Fleischfresser ab. Beispiele bilden eine Folge von

(b) Detritus-Nahrungskette:

Es beginnt mit toter organischer Substanz und gelangt über Mikroorganismen zu Detritivoren (Organismen, die sich von Detritus ernähren), deren Räuber und Zersetzer. Die Ökosysteme mit Detritus-Nahrungskette sind weniger abhängig von direkter Sonnenenergie. Diese hängen hauptsächlich vom Zufluss organischer Stoffe ab, die in einem anderen Ökosystem produziert werden. Diese Art von Nahrungskette funktioniert im zersetzenden angesammelten Müll in einem gemäßigten Wald.

Ein gutes Beispiel für die Nahrungskette von Detritus (Abb. 3) ist in einer Mangrove (Ästuar) zu sehen. Von Saprotrophen (Pilzen, Bakterien) befallene Mangrovenblattfragmente, die von Algen besiedelt sind, werden von Detritusfressern (Krabben, Garnelen, Nematoden, Weichtiere etc.) gefressen. Diese werden wiederum von Elritzen und kleinen fleischfressenden Fischen gefressen, die als Nahrung für große Edelfische und Vögel dienen.

So bezieht die grasende Nahrungskette ihre Energie aus Pflanzen, während die Energie der Detritus-Nahrungskette hauptsächlich aus pflanzlicher Biomasse, sekundär aus mikrobieller Biomasse und tertiär aus Fleischfressern gewonnen wird. Beide Nahrungsketten kommen in natürlichen Ökosystemen zusammen vor, aber die Nahrungskette der Beweidung überwiegt normalerweise.

(ii) Nahrungsnetz-ineinandergreifendes Muster von Organismen:

Nahrungsketten in Ökosystemen funktionieren selten in isolierter linearer Abfolge. Vielmehr sind sie durch mehrere Verbindungen miteinander verbunden, die ein komplexes Netzwerk aus ineinandergreifenden Mustern bilden, das als Nahrungsnetz bezeichnet wird. Somit ist das Nahrungsnetz ein Netzwerk von Nahrungsketten, in dem verschiedene Arten von Organismen auf verschiedenen trophischen Ebenen miteinander verbunden sind, sodass es auf jeder trophischen Ebene eine Reihe von Möglichkeiten gibt, zu essen und gefressen zu werden.

Ein Beispiel für ein Nahrungsnetz ist das einzigartige antarktische Ökosystem (Abb. 4). Es repräsentiert das gesamte Ökosystem einschließlich des antarktischen Meeres und des kontinentalen Landes. Das Land zeigt keine höheren Lebensformen von Pflanzen. Die einzigen Arten sind die einiger Algen, Flechten und Moose. Zu den Tieren gehören Schneesturmvögel und Pinguine, die auf die aquatische Nahrungskette angewiesen sind. In einer tropischen Region hingegen weisen die Ökosysteme eine reiche Artenvielfalt auf und daher sind die Nahrungsnetze viel komplexer.

Warum hat die Natur Nahrungsnetze im Ökosystem entwickelt, anstatt einfache lineare Nahrungsketten? Dies liegt daran, dass Nahrungsnetze dem Ökosystem eine größere Stabilität verleihen. Wenn in einer linearen Nahrungskette eine Art ausstirbt, sind auch die Arten in den nachfolgenden trophischen Ebenen betroffen.Denken Sie nur an die einfachen Nahrungsketten des Ökosystems der arktischen Tundra.

Wenn die Rentier- oder Karibupopulation aufgrund von Stress sinkt, bleibt dem Menschen oder Wolf kaum eine Möglichkeit, sich vom Ökosystem zu ernähren. Hätte es mehr Biodiversität gegeben, hätte dies zu einem komplexen Nahrungsnetz geführt, das dem Ökosystem mehr Stabilität verleiht. In einem Nahrungsnetz stehen für jede trophische Ebene eine Reihe von Optionen zur Verfügung.

Wenn also eine Art betroffen ist, verändert dies andere trophische Ebenen nicht so stark. Zum Beispiel kann in der Nahrungskette eines Graslandes Gras in Abwesenheit von Kaninchen von Mäusen gefressen werden, die wiederum von Habichten oder Schlangen gefressen werden können (Abb. 5.)

Außer den in Abb. 5 gezeigten können auch einige andere Verbraucher wie Geier, Füchse und Menschen im Grasland vorhanden sein, und wenn ja, kann das Nahrungsnetz noch komplexer sein als hier gezeigt. Tatsächlich haben echte Nahrungsnetze normalerweise Hunderte von Arten, die entsprechend ihrer Ernährungsgewohnheiten miteinander verbunden sind.

Die Komplexität jedes Nahrungsnetzes hängt von der Vielfalt der Organismen im System ab.

Es wäre dementsprechend abhängig von:

1. Länge der Nahrungskette:

Je vielfältiger die Organismen in den Ernährungsgewohnheiten sind, desto länger wäre die Nahrungskette.

2. Alternativen auf verschiedenen Ebenen der Verbraucher in der Kette:

Mehr die Alternativen, mehr wäre das ineinandergreifende Muster.

Bedeutung von Nahrungsketten und Nahrungsnetzen:

1. Nahrungsketten und Nahrungsnetze spielen im Ökosystem eine sehr wichtige Rolle, da über sie die wichtigsten Funktionen des Energieflusses und der Nährstoffkreisläufe erfolgen.

2. Nahrungsketten helfen, das ökologische Gleichgewicht zu erhalten und zu regulieren.

3. Nahrungsketten weisen eine einzigartige Eigenschaft der biologischen Vergrößerung mehrerer Pestizide und Schwermetalle auf, die von Natur aus nicht biologisch abbaubar sind. Die Konzentration solcher Chemikalien nimmt bei jeder nachfolgenden trophischen Ebene zu.

B. Ökologische Pyramiden:

Die grafische Darstellung der trophischen Struktur und Funktionen eines Ökosystems, beginnend mit Produzenten auf der Basis und aufeinanderfolgenden trophischen Ebenen (Pflanzenfresser - > Fleischfresser), die die Spitze bilden, wird als ökologische Pyramide bezeichnet. Diese wurden zuerst vom britischen Ökologen Charles Elton (1927) entwickelt und werden daher auch als Eltonion-Pyramiden bezeichnet.

Es gibt drei Arten von ökologischen Pyramiden:

Es repräsentiert die Anzahl der einzelnen Organismen auf jeder trophischen Ebene. Abhängig von der Art des Ökosystems und der Nahrungskette kann es eine aufrechte oder umgekehrte Zahlenpyramide geben, wie in Abb. 6 gezeigt. Ein Grünland-Ökosystem [Abb. 6(a)] und ein Teichökosystem [Abb. 6(b)] zeigt eine aufrechte Zahlenpyramide. Im Grünland sind die Erzeuger (Gräser) sehr zahlreich und bilden eine breite Basis.

Die Zahl der Primärkonsumenten (Pflanzenfresser wie Kaninchen, Mäuse), Sekundärkonsumenten (Schlangen, Eidechsen usw.) und Tertiärkonsumenten (Falken oder andere Vögel) nimmt allmählich ab, daher wird die Pyramidenspitze schmaler und bildet eine aufrechte Pyramide. Ähnlich ist es beim Teichökosystem. Hier sind die Produzenten, hauptsächlich Phytoplankton wie Algen und Bakterien, am höchsten. Die Fleischfresser (kleine Fische, Käfer usw.) und die Spitzenraubtiere (große Fische) nehmen auf höheren trophischen Ebenen an Zahl ab und bilden eine aufrechte Zahlenpyramide.

In einem Waldökosystem sind die Produzenten große Bäume, die weniger zahlreich sind und daher eine schmale Basis bilden. Eine große Anzahl von Pflanzenfressern, darunter Vögel, Insekten und verschiedene Tierarten, ernähren sich von Bäumen und bilden eine sehr breite mittlere Ebene. Die Sekundärkonsumenten wie Füchse, Schlangen, Eidechsen usw. sind weniger zahlreich als Pflanzenfresser, während Spitzenraubtiere wie Löwe, Tiger noch weniger zahlreich sind. Die Pyramide ist also spindelförmig, also beidseitig schmal und in der Mitte breiter [Abb. 6(c)].

Die parasitäre Nahrungskette zeigt eine umgekehrte Zahlenpyramide. Die Produzenten beherbergen wie einige große Bäume fruchtfressende Vögel, die als Pflanzenfresser fungieren, die in der Zahl größer sind. Läuse, Käfer etc. wachsen auf diesen Vögeln als Ektoparasiten, während sich noch mehr Hyperparasiten wie Käfer, Flöhe und Mikroben von ihnen ernähren und so eine umgekehrte Pyramide bilden [Abb. 6(d)],

Beachten Sie, dass die Zahlenpyramiden kein wahres Bild der Nahrungskette wiedergeben, da sie nicht sehr funktional sind. Sie geben keine Hinweise auf die relativen Auswirkungen der Geometrie, Nahrungskette und Größenfaktoren der Organismen. Sie variieren je nach Gemeinschaft mit unterschiedlichen Arten von Nahrungsketten in derselben Umgebung.

Diese sind vergleichsweise fundamentaler, da sie anstelle des geometrischen Faktors die quantitative Beziehung der stehenden Pflanzen zeigen. Die Biomassepyramide basiert auf der Gesamtbiomasse (Trockenmasse pro Flächeneinheit) auf jeder trophischen Ebene in einer Nahrungskette. Im Wald steht die Biomassepyramide im Gegensatz zur Zahlenpyramide aufrecht.

Dies liegt daran, dass die Erzeuger (Bäume) eine riesige Biomasse ansammeln, während die Gesamtbiomasse der Verbraucher, die sich von ihnen ernähren, bei höheren trophischen Ebenen abnimmt, was zu einer breiten Basis und einer schmaleren Spitze führt [Abb. 7(a)], In einem Teichökosystem ist die Gesamtbiomasse der Produzenten (Phytoplankton) im Vergleich zu Pflanzenfressern (Zooplankton, Insekten), Fleischfressern (kleine Fische) oder tertiären Fleischfressern (große Fische) viel geringer. So nimmt die Pyramide eine umgekehrte Form mit schmaler Basis und breiter Spitze an [Abb. 7(b)].

Die Energiepyramide basiert auf der Energiemenge, die pro Zeiteinheit und Fläche in verschiedenen trophischen Ebenen einer Nahrungskette eingeschlossen ist. Sie stellt die trophischen Beziehungen am besten dar und steht immer aufrecht (Abb. 8). Der Energiegehalt wird im Allgemeinen in kJ/m 2 /Jahr angegeben. Auf jeder nachfolgenden trophischen Ebene nimmt die Energie (ca. 90% in Form von Wärme und Atmung) stark ab, da wir uns von Erzeugern zu Spitzenfleischfressern bewegen. Somit wird auf jeder nächsthöheren Ebene nur 10 % der Energie weitergegeben und bildet eine aufrechte Pyramide.

C. Energiefluss in einem Ökosystem:

Die Funktion des Ökosystems hängt vom Energiefluss durch die Materie ab. Das wichtigste Merkmal des Energieflusses ist, dass er in eine Richtung oder in eine Richtung fließt. Die von Autotrophen eingefangene Energie wird nicht auf Sonnenenergie zurückgeführt.

Im Gegensatz zu Nährstoffen (wie C, N, P), die sich zyklisch bewegen und von den Produzenten nach dem Durchlaufen der Nahrungskette wiederverwendet werden, wird Energie in der Nahrungskette nicht wiederverwendet. Auch der Energiefluss folgt den beiden Gesetzen der Thermodynamik.

Erster Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass Energie weder erzeugt noch zerstört werden kann, sondern von einer Form in eine andere umgewandelt werden kann. Die von den grünen Pflanzen (Produzenten) eingefangene Sonnenenergie wird in biochemische Energie der Pflanzen und später in die der Verbraucher umgewandelt.

Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass jede Energieumwandlung oder -übertragung von ihrer Zerstreuung begleitet wird. Wenn Energie durch die Nahrungskette fließt, findet auf jeder trophischen Ebene eine Energiedissipation statt. Der Energieverlust erfolgt durch Atmung oder andere Stoffwechselaktivitäten. Auf jeder trophischen Ebene gibt es ungefähr 90% Energieverlust und die Energie, die von einer trophischen Ebene auf die andere übertragen wird, beträgt nur 10%.

Arten von Wichtige Ökosysteme:

Verschiedene Arten von Ökosystemen agieren als autarke Interaktionssysteme in der Biosphäre. Sie haben mehr oder weniger einen ähnlichen Grundplan ihrer groben Struktur und Funktion, unterscheiden sich jedoch in Bezug auf ihre Artenzusammensetzung und Produktionsraten usw.

1. Landbasiertes Ökosystem:

Land-(terrestrisches) Ökosystem hängt stark vom Klima und vom Boden ab. An Land dominieren höhere Pflanzen (Samenpflanzen) und Tiere (Wirbeltiere, Insekten, Mikroorganismen). Die wichtigsten terrestrischen Lebensgemeinschaften bestehen aus krautigen Pflanzen, Sträuchern, Gräsern, Bäumen sowie zahlreichen Insekten, Gliederfüßern, Vögeln usw. Das Waldökosystem reguliert den Austausch von atmosphärischen Gasen und Spurenelementen.

2. Süßwasser-Ökosystem:

Süßgewässer (Seen, Teiche, Flüsse, Quellen) sind reich an Nährstoffen (Nitrate, Phosphate) und bieten guten Lebensraum für Zooplankton, Phytoplankton, Wasserpflanzen und Fische.

3. Meeresökosystem:

Ozeane nehmen 70 % der Erdoberfläche ein und bieten zahlreichen Pflanzen (hauptsächlich Algen), Tieren wie Zooplankton, Fischen, Reptilien, Vögeln und Säugetieren (Wale und Robben) Lebensraum. Sie dienen als Senke für eine große Menge an Landabflüssen und Abfällen. Meerwasser hat einen hohen Salzgehalt und eine schlechte Fruchtbarkeit aufgrund des Mangels an Nitraten und Phosphaten im Vergleich zu Süßwasser.

4. Feuchtgebiet-Ökosystem:

Feuchtgebiete sind Übergangsgebiete zwischen terrestrischen und aquatischen Ökosystemen, in denen das Wasser 3 bis 300 cm hoch ist. Dazu gehören wertvolle natürliche Ökosysteme, die eine Vielzahl von Pflanzen, Tieren, Fischen und Mikroorganismen beherbergen. Gegenwärtig sind sie durch die zunehmende Urbanisierung wie im Fall des östlichen Teils von Kalkutta gefährdet.

5. Mangroven (Wälder zwischen Land und Meer):

Mangroven sind wichtige Wälder in Gezeitenzonen oder äquatorialen und tropischen Küsten. Sunderbans im Mündungsdelta des Ganges in der Nähe des Golfs von Bengalen bieten wertvolle Mangroven mit mehreren Pflanzenarten und Wildtieren, darunter Royal Bengal Tiger.


Diskussion

Einfache Modelle, die auf wenigen etablierten ökologischen Prinzipien basieren und minimale Parameteranforderungen erfordern, geben Einblick in potenzielle Unsicherheiten bei Schätzungen der Verbraucherbiomasse, die mit komplexeren Modellen nicht adressiert werden können, insbesondere wenn sie viele abgestimmte Parameter aufweisen. Während diese einfachen Modelle einige Strukturen oder Prozesse nicht enthalten, die wichtige Prädiktoren für Biomasseverteilungen sein können, insbesondere auf kleineren Skalen, basieren die zugrunde liegenden Rechtfertigungen für die Strukturen beider Modelle auf empirischen und theoretischen Untersuchungen größenbasierter Prozesse in marinen Systemen, die zeigen, wie Körpergröße, Energieaufnahme und -übertragung sowie die Auswirkungen der Temperatur einen Großteil der Variationen in Struktur und Funktion vieler Arten von Gemeinschaften ausmachen [21, 26, 28, 29, 43, 48, 63, 64]. Diese einfachen Ansätze ersetzen nicht ausgeklügelte und parameterhungrige Modelle zur Schätzung von Populationsbiomasse, Nahrungsnetzprozessen oder Auswirkungen auf die Fischerei auf kleinerem Maßstab (z. B. [10, 34–36, 65, 66]). Sie bieten jedoch eine gerechte Behandlung für groß angelegte Systemvergleiche, die Bereiche umfassen, in denen die Daten, die zur Strukturierung und Parametrisierung komplexerer Modelle erforderlich sind, spärlich sind und ein besseres Verständnis von Unsicherheiten am dringendsten ist, damit globale Fragen auf globaler Ebene angegangen werden können.

Unsicherheiten bei TE und in geringerem Maße PPMR machen den größten Teil der Unsicherheit bei den Schätzungen der Verbraucherbiomasse aus. Vorhandene Sensitivitätsanalysen haben die Folgen einer ungenauen Schätzung von TE gezeigt [11, 14] aber basierend auf neueren Datensammlungen [8, 16] lag unsere Schätzung der in früheren globalen Produktionsmodellen verwendeten Gesamt-TE [11] nahe der unteren Grenze möglicher Werte und führte somit zu einer mittleren Schätzung der Verbraucherbiomasse nahe der unteren Grenze der aktuellen Unsicherheitsintervalle. Zwei andere Schätzungen der Verbraucherbiomasse [1, 12] fallen in unsere Unsicherheitsintervalle, aber die jüngste Schätzung der Biomasse von 167 gm -2 [13] für Meeresverbraucher von 10 -5 bis 10 6 g Körpermasse war etwas mehr als viermal höher als unsere Medianschätzung von 38,6 gm –2 (1,4 × 10 10 Tonnen insgesamt) und 40 gm –2 höher als das 95. Perzentil unserer Schätzungsverteilung (127 gm –2 ). Eine kürzlich durchgeführte Schätzung der akustischen Biomasse für mesopelagische Fische im Bereich von 40°N bis 40°S führte ebenfalls zu hohen mittleren Biomasseschätzungen von 11 bis 15 Milliarden Tonnen. Begleitende Modellschätzungen auf der Grundlage von TE von 5–20 % und 70–90 % der Primärproduktion, die in die Nahrungskette gelangen, führten zu Biomasseschätzungen von 2,3 bis 71,2 Milliarden Tonnen für mesopelagische Fische [14]. Für den Meeresbereich von 40°N bis 40°S prognostiziert unser makroökologisches Modell für alle Verbraucher (angenommen mesopelagische Fische) eine mittlere Biomasse von 1,4 Milliarden Tonnen mit einem 95. Perzentil von 8,1 Milliarden Tonnen, also auch nach Berücksichtigung von Ungewissheit, dass unsere Medianschätzung niedriger ist als ihre minimale Schätzung und unsere obere Schätzung unter ihrem Median liegt. Die Kombination aus großen Unsicherheiten in unseren Schätzungen und abweichenden Werten verschiedener Modelle und Ansätze hat erhebliche Auswirkungen auf die Einschätzung der Rolle der Meereskonsumenten in biogeochemischen Kreisläufen und die Unterstützung von Fischereien oder Raubtieren. Die Hauptunterschiede zwischen den Ansätzen scheinen mit der Behandlung der Energieübertragung im ersten Schritt in der Nahrungskette zusammenzuhängen. Ungeachtet der Unsicherheit, die mit einem angenommenen Prozess verbunden ist, ist ein stärkerer Fokus auf das Verständnis und die Darstellung von Prozessen auf niedriger trophischer Ebene erforderlich, um die abweichenden Biomasseschätzungen in Einklang zu bringen. Wenn beispielsweise angenommen wird, dass fast 75 % der Primärproduktion in tropischen Gewässern beweidet werden und die Bruttowachstumseffizienz 30 % erreicht [67], dann liegt die resultierende TE von 22,5 % nahe an den oberen Werten, die in den zur Schätzung verwendeten TE-Zusammenstellungen angegeben sind Unsicherheit [8, 16]. Es gibt auch die Überlegung, dass mesopelagische Fische eine außergewöhnlich hohe proximale Lipidkonzentration [68] und einen relativ niedrigen metabolischen Bedarf pro Masseneinheit [69] haben, mit der Konsequenz, dass unser Modell, das einen durchschnittlichen Energiebedarf annimmt, dazu neigt, ihre Masse zu unterschätzen, während die Masse von pelagische Arten mit höherem Energiebedarf.

Die Parametrisierungen des makroökologischen Modells wurden durch TE- und PPMR-Schätzungen der letzten 5 Jahre angemessen gestützt [8, 16, 48]. Die Mehrheit der TE-Schätzungen stammt jedoch aus denselben Modelltypen [8, 16] und Bemühungen, Schätzungen aus anderen Quellen zu sammeln und zusammenzustellen, würden unseren Ansatz wertvoll bestätigen oder in Frage stellen. Für realisierte PPMR bestehen weiterhin Inkonsistenzen zwischen Schätzungen aus verschiedenen Quellen und in der Evidenz für Beziehungen zwischen PPMR und Verbrauchergröße. Bestehende PPMR-Schätzungen auf der Grundlage stabiler Isotopenmethoden [46, 70] können eine nahezu vollständige Abdeckung aller Verbraucher in bestimmten Körpergewichtsbereichen liefern, aber die Bereiche waren eng (typischerweise 3–4 Größenordnungen) in Bezug auf den gesamten Größenbereich von Verbraucher (12+ Größenordnungen). Ernährungsstudien liefern Daten für den größten Teil des gesamten Größenbereichs [26], liefern jedoch eine unvollständige Erfassung von Individuen in einem bestimmten Körpermassebereich und liefern nur eine Momentaufnahme der Ernährung (anstelle von stabilen Isotopenmethoden, die Informationen über die Zusammensetzung von assimilierte Ernährung).

Bestehende PPMR-Schätzungen auf der Grundlage stabiler Isotope deuten darauf hin, dass PPMR nicht von der Körpermasse des Verbrauchers abhängt, aber die absoluten Schätzungen von PPMR sind ziemlich variabel. Der jüngste Vorschlag, dass die Stickstoff-Isotopenfraktionierung mit Beute verbunden ist δ 15 n [71] hat direkt oder indirekt zu einer erneuten Überprüfung dieser Daten geführt [72]. Wenn sich die Fraktionierung mit der Beute ändert δ 15 n dann deuten vorläufige Analysen darauf hin, dass die PPMR in verschiedenen Nahrungsnetzen konsistenter sein könnte als zuvor angenommen, wobei die Variation der PPMR zwischen den Studien vom etwa 80-fachen auf das 6-Fache und einem absoluten PPMR-Bereich von 49 bis 316 sinkt [72]. Diese absoluten Werte liegen zwischen dem 5. und 50. Perzentil der in der vorliegenden Studie simulierten Werte, aber wir haben uns auch entschieden, den höheren PPMR, der in Ernährungsstudien gemessen wurde, bei der Schätzung der Variation des PPMR zu berücksichtigen.

Ernährungsstudien legen im Gegensatz zu den stabilen Isotopenstudien nahe, dass PPMR mit der Masse des Verbrauchers zunimmt und sogar das 95. Perzentil in Simulationen im Vergleich zu ernährungsbasierten Schätzungen von PPMR für Personen mit einem Körpergewicht von >10 kg Körpermasse niedrig ist [48]. Wenn dieser Anstieg real ist, ist es vielleicht nicht überraschend, dass er nicht mit stabilen Isotopenansätzen angenommen oder nachgewiesen wurde, wenn die Abweichungen von der Linearität über enge Größenbereiche relativ gering sind und daher das Potenzial, diese Abweichungen statistisch zu erkennen, gering wäre [48] . Die makroökologische Modellstruktur ermöglicht es, die Stärke der inversen Beziehung zwischen TE und realisierter PPMR (S10 Abb) zu erhöhen, wenn zukünftige Datenanalysen dies unterstützen. Es ist ein Kompromiss, der zu mehr Konsistenz zwischen den Steigungen des Größenspektrums führen würde [48]. Wir kommen zu dem Schluss, dass bestehende Studien zu TE und PPMR nicht zu konsistenten Ergebnissen führen und eine Priorität für zukünftige Arbeiten darin bestehen sollte, Schätzungen von TE und PPMR zu verfeinern und Wechselwirkungen und Verbindungen zur Umwelt zu verstehen. Dies würde zu einer großen Verringerung der Unsicherheit bei Biomassevorhersagen bei der Anwendung des makroökologischen Modells beitragen. Selbst in dem größen- und merkmalsbasierten Modell [32, 33] und anderen Modellen dieser Art, bei denen TE ein Ergebnis ist, das sich aus den Prozessen ergibt, die zur Energieübertragung beitragen, gibt es nur wenige Daten und viele Unsicherheiten bezüglich der Ansätze, die zur Modellierung der Prozesse erforderlich sind von Beutebegegnung und Gefangennahme. Diese Prozesse umfassen die Wahrscheinlichkeit, auf Beute zu stoßen, und die Wahrscheinlichkeit des Beutefangs als Funktion der Beutegröße und -häufigkeit.

Die von den größenbasierten Modellen vorhergesagte Biomasse der Verbraucher umfasst Zooplankton, Fische, Tintenfische, Meeressäuger und andere Gruppen. Trotz der vorläufigen Untersuchung von Ansätzen, die eine Unterscheidung von Fischen ermöglichen könnten [11, 54] haben wir in dieser Studie keine solche Trennung versucht und uns auf die Verbraucher als Gruppe konzentriert. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass die mittlere Biomasse von Fischen und Tintenfischen 1,6 Milliarden Tonnen überschreitet (die Schätzung der Verbraucherbiomasse für Individuen von 100 g bis 10 kg, mit 5. und 95. Perzentil von 0,1 und 8,9 Milliarden Tonnen), da Fische die Biomasse dominieren in diesem Größenbereich und können in anderen Größenklassen eine hohe relative Häufigkeit aufweisen.

Der prognostizierte mediane maximale nachhaltige Mehrartenertrag (MMSY) für mittelgroße (maximale Körpermasse 1–10 kg) und große Arten (> 10 kg) reichte von 50 bis 65 Millionen Tonnen bzw. 19 bis 26 Millionen Tonnen basierend auf unterschiedlicher Selektivität des Fanggeräts. MMSY für Fische aller Größen hing in erster Linie davon ab, inwieweit davon ausgegangen wurde, dass kleine Fische ausgewählt wurden. Angesichts der begrenzten Ausrichtung auf kleine Fische außerhalb einiger weniger LME, wo sie stark aggregiert sind, legen die Modelle nahe, dass die Fischerei die Verbraucherbiomasse weltweit wahrscheinlich nicht um > 1/3 reduziert hat, obwohl dies die Erschöpfung einzelner Bestände widerlegt, die nicht als dieser Analyse und der viel größeren Erschöpfung der mittleren und großen Verbraucher. Wenn die Trennung der Sterblichkeitsraten schwach war, wurden mittlere und große Verbraucher weit über ihren MMSY hinaus gefischt, als der MMSY für die Gemeinschaft erreicht wurde. Die deutliche Erschöpfung der Konsumenten mit Körpermasse >1 kg führt zu einer Community mit schnelleren Umsatzzeiten und variabler Dynamik.

Wenn kleinere Individuen nicht stark selektiert werden (Szenario D), lag der mittlere globale MMSY näher an den gemeldeten Anlandungen und Rückwürfen (unter der Annahme von 106 Mio nicht gemeldete Anlandungen (Medianschätzung aus [74]) und 8 % Rückwürfe [75], obwohl 106 Millionen Tonnen pro Jahr -1 angesichts zusätzlicher nicht gemeldeter Anlandungen aus vielen Küstenfischereien, zB [76], als Mindestschätzung betrachtet werden sollten. Die Vervierfachung des vorhergesagten MMSY, wenn kleinere Individuen (< 20 cm von Arten mit maximaler Masse < 1 kg entfernt) gezielt werden und wenn die Selektion auf größere Arten verallgemeinert wird, zeigt, wie stark die Ausrichtung auf kleine Individuen und Arten das Fischereipotenzial beeinflusst.Obwohl Vorhersagen nahelegen, dass eine Verlagerung hin zu kleineren Individuen von Arten mit geringerer maximaler Körpergröße die nachhaltigen globalen Erträge deutlich steigern könnte, wäre dieser Ertrag in den meisten Regionen in der Praxis nicht zugänglich. Gründe hierfür sind (i) technische, wirtschaftliche, gesellschaftliche und politische Hindernisse für die Ausbeutung spärlich verteilter, aber kollektiv reichlich vorhandener Ressourcen (z Erzielung einer unabhängigen Kontrolle der fischereilichen Sterblichkeit bei Individuen unterschiedlicher Größe und Art, die ansonsten höhere Erträge liefern und gleichzeitig den Zusammenbruch der Population größerer und empfindlicherer Arten verhindern würde.

Die Darstellungen der globalen Ertragskurven und Biomasseveränderungen als Reaktion auf die Fischerei sind neu, summieren sich jedoch auf alle LME- und FAO-Gebiete. In Szenarien, in denen kleine Arten in der LME und nicht in den FAO-Gebieten angegriffen werden, verdeckt das globale Bild die Erschöpfung kleiner Arten in der LME. Diese hypothetischen Vergleichsszenarien eignen sich zum Vergleich potenzieller Erträge zwischen Flächen, liefern jedoch wahrscheinlich keine zuverlässigen Vorhersagen der realisierten Erträge innerhalb von Flächen. Dies liegt daran, dass die Größenselektivität und die Fangintensität zwischen LME- und FAO-Gebieten erheblich schwanken werden, bedingt durch soziale und kulturelle Präferenzen, Marktnachfrage, Kapazität oder Wunsch nach selektiver Fischerei sowie Unterschiede beim Zugang, der Fischereikontrolle und der Durchsetzung.

Wir versuchen keinen systematischen Vergleich mit Fängen auf der LME- und FAO-Gebietsskala, da unsere Ergebnisse Vergleiche des potenziellen Ertrags zwischen Gebieten auf der Grundlage konsistenter Fischereiszenarien unterstützen sollen und nicht auf die regionenspezifische fischereiliche Sterblichkeit oder Selektivität zugeschnitten sind. Daten zu Mortalität und Selektivität werden für die meisten Gebiete ohnehin nicht verfügbar sein. Für einige Auftriebsregionen (z. B. Humboldt) stellen wir jedoch fest, dass unsere Schätzung des potenziellen Ertrags niedriger ist als die gemeldeten Anlandungen. Dies kann die Eigenschaften von Nahrungsketten bei Auftrieben und die effektive Zunahme von TE für die gesamte Nahrungskette widerspiegeln, die aus der beträchtlichen Plastizität kleiner pelagischer Fische resultiert, Beute aus einer Vielzahl von Größenklassen und trophischen Ebenen auszuwählen, einschließlich Primärproduzenten, sowie ihre Verfügbarkeit variiert [77]. An den Küstenrändern von Meeren mit geringer Phytoplanktonproduktion liegt unser prognostizierter Ertrag ebenfalls unter den gemeldeten Anlandungen (z. B. Mittelmeer). Dies spiegelt wahrscheinlich die intensive Befischung kleiner Arten und Individuen durch die echte Fischerei in einigen dieser Gebiete wider. Es spiegelt auch Unterschätzungen des Fangpotenzials in der Küstenzone wider, da das Modell die Primärproduktion von anderen Gruppen als Phytoplankton (z. B. Seegras, Makroalgen) nicht berücksichtigt. Diese Produktion kann 10 % zur globalen marinen Primärproduktion beitragen, macht jedoch einen größeren Anteil der Primärproduktion in Küstennähe aus [24]. In den meisten anderen Gebieten, insbesondere vor der Küste, sind unsere Ertragsprognosen höher als die Fänge, was wahrscheinlich widerspiegelt, dass die Entwicklung der Fischerei auf kleine Arten hauptsächlich auf einige Gebiete beschränkt ist, in denen Futterfische dichte Schwärme bilden. Weiter verbreitete kleine Arten werden selten angegriffen.

Obwohl unser Ansatz Parameterunsicherheiten berücksichtigt, müssen bei der Interpretation unserer Ergebnisse andere Vorbehalte berücksichtigt werden. Kurz gesagt, die Eingaben aus dem GCM sind unsicher, und es gibt Unterschiede zwischen und innerhalb des GCM und den Schätzungen der Meeresfarbe von Temperatur und Primärproduktion. Beispielsweise zeigte eine Überprüfung der Schätzungen der Meeresfarbe der Primärproduktion eine Abweichung von bis zu 83 % zwischen den Schätzungen der Primärproduktion für einzelne Meeresbecken und noch größeren Abweichungen in der Arktis, dem Südlichen Ozean und dem Mittelmeer (z. B. [23]). In einigen geschlossenen Meeren und Küstenregionen (z. B. Ostsee, Mittelmeer) sind die GCM-Schätzungen der Primärproduktion viel niedriger als diejenigen, die auf Fernerkundung und anderen Datenquellen basieren. Somit würden mit alternativen Primärproduktionsinputs höhere Schätzungen von Biomasse, Produktion und potenziellem Ertrag für diese Meere und Regionen erhalten. Unsere Unsicherheitsanalyse befasste sich nicht mit der Unsicherheit bei den Primärproduktionsinputs. In Regionen, in denen mit dem größen- und merkmalsbasierten Modell keine stabilen Schätzungen der Verbraucherbiomasse erzielt wurden, prognostizierte die GCM, dass die Primärproduktion niedriger war (S2-Tabelle) als die aus Fernerkundung und anderen Datenquellen geschätzte Primärproduktion. Explorative Analysen zeigten, dass Stabilität erreicht werden kann, wenn die Primärproduktion erhöht wird. Wir haben uns jedoch entschieden, in dieser Analyse alle Regionen mit den gleichen GCM-Inputs zu modellieren, anstatt Anpassungen basierend auf regionalen Informationen vorzunehmen. In Zukunft wäre es lohnenswert, unsere Ansätze zu wiederholen, indem mehrere GCM- und Ozeanfarbenschätzungen der Primärproduktion sowie regionale Daten aus anderen Quellen verwendet werden, um die Variation der daraus resultierenden Biomasseschätzungen zu bewerten. Darüber hinaus, und wie bereits in Bezug auf potenzielle Fischereierträge erwähnt, liefert ein von der pelagischen Primärproduktion angetriebenes Modell minimale Schätzungen der Verbraucherbiomasse und -produktion, da es die Primärproduktion von Mikrophytobenthos, Korallenriffalgen, Makroalgen, Seegräsern, Sumpfpflanzen und Mangroven ignoriert. Diese Primärproduktion kann kurze und effiziente Nahrungsketten wie die direkte Beweidung von Rasenalgen an Korallenriffen unterstützen.

Oberflächentemperaturen wurden als Proxy für die thermische Erfahrung der Verbraucher verwendet, aber die Verteilung der Biomasse in Bezug auf die Temperatur variiert in Raum und Zeit. Unsere Annahme führt zu Überschätzungen der individuellen Produktion und Sterblichkeit und zu Unterschätzungen der Biomasse, da Oberflächengewässer fast immer wärmer sind als die tieferen Gewässer. Obwohl die Biomasse in der Tiefsee nur einen sehr geringen Anteil an der in pelagischen Gewässern und auf Schelf hat, wird die mittlere Temperatur, die häufig vorkommende Gruppen wie die mesopelagischen Fische erfahren, durch die Nutzung kühlerer Gewässer für den gesamten oder einen Teil des Tageszyklus reduziert. Eine zukünftige Verfeinerung unseres Ansatzes wäre, die Verteilung von Biomasse in der Wassersäule zu berücksichtigen oder vorherzusagen und diese mit der Temperatur in der Tiefe zu verknüpfen. Unser Modell berücksichtigt keine Bewegung und daher werden die feinskaligen räumlichen Verteilungen der Produktion für Verbraucher mit größerer Körpermasse immer ungenauer [78].

Im realen Ozean würden Meeressäuger in den größten Größenklassen wesentlich zur Biomasse beitragen. Die Biomasse von Meeressäugern, die von einer gegebenen Primärproduktionsrate unterstützt wird, wird in unserem Modellierungsrahmen überschätzt, da ihre Stoffwechselraten höher sein werden als die von der Wassertemperatur vorhergesagten Raten. Dieser Überschätzung der Biomasse steht eine Unterschätzung der Biomasse gegenüber, die sich aus dem hohen Niveau der Produktion auf niedrigem trophischem Niveau ergibt, auf das diese Tiere oft durch Fütterung mit stark erhöhten PPMR zugreifen. Diese Probleme werden in diesem vereinfachten größenbasierten Modellierungsrahmen nicht ohne weiteres angegangen. Wenn sie in größenbasierte Modelle integriert würden, würde ihre Einbindung in größen- und artenbasierte regionale Modelle besser unterstützt, die es ermöglichen, separate Fütterungs- und Wachstumsparameter zu definieren und großen Rekruten den Zugang zum Größenspektrum zu ermöglichen (z. 34]). Diese Modelle wären besser geeignet, um die Häufigkeit und Verteilung von Gruppen von ökologischem Interesse, Naturschutz und Fischerei abzuschätzen.

Unsere Analyse der Auswirkungen des Fischfangs berücksichtigte nur die Unsicherheit der ungenutzten Biomasse und nicht die strukturelle oder Parameterunsicherheit im größen- und merkmalsbasierten Modell. Letzteres wäre wünschenswert, da auch in diesem eleganten und relativ einfachen Modell mehrere Parameter nicht direkt abgeschätzt und Unsicherheiten derzeit nicht quantifiziert werden können. Dies ist eine anerkannte Herausforderung bei der Bewertung von Unsicherheit in einer Reihe von Gemeinschafts- und Ökosystemmodellen [79, 80].

Im größen- und merkmalsbasierten Modell haben wir einige Änderungen gegenüber früheren Parametrisierungen vorgenommen [33], um die Persistenz aller Arten zu gewährleisten, wenn das Modell in allen Umgebungen ohne Fischfang betrieben wurde, und um plausible Raten und Trajektorien des Individual- und Populationswachstums für alle beobachteten zu liefern Kombinationen von Temperatur und Primärproduktion ([33], S1-Tabelle). In einigen Fällen führten diese Änderungen zu Parameterwerten, die sie außerhalb von Bereichen führten, die wahrscheinlich durch Daten unterstützt werden (z. B. in [33] zitierte Quellen), insbesondere bei niedrigen Temperaturen. Dies erfordert weitere Untersuchungen und kann mit einer unvollständigen Spezifikation von Temperatureffekten und zu stark vereinfachten Funktionsformen (z. B. ökologische Anpassungen an die Umgebung, die nicht im Modell erfasst werden) zusammenhängen.

Andere Unsicherheiten, die wir nicht berücksichtigt haben, sind Änderungen der euphotischen Tiefe, die durch Schwebstaub verursacht werden, insbesondere in Küstenregionen (obwohl in gemischten und trüben Küstenregionen unsere Verwendung der Mischschichttiefe anstelle der euphotischen Tiefe dazu beitragen wird, dies zu verbessern) und Unsicherheiten bei den Werten von Konstanten wie dem Remineralisierungskoeffizienten und der Umwandlung von Kohlenstoff in Nassgewicht. All dies wird zusätzliche Unsicherheit schaffen, aber es wird erwartet, dass sie sich im Verhältnis zu der durch TE und PPMR bedingten Unsicherheit geringfügig auf Biomasse und Produktion auswirkt. Unser Ansatz zum Umgang mit Unsicherheit generiert auch Vorhersagen in den Ausläufern der Verteilungen, die aus anderen Gründen diskontiert werden könnten. Beispielsweise lehnten wir Größenspektrumssteigungen, die außerhalb empirischer Bereiche lagen, oder Produktionsschätzungen, die kleiner oder gleich den Fängen waren, nicht ab. Solche Einschränkungen und Verfeinerungen könnten in Betracht gezogen und in Zukunft einbezogen werden.

Die vielleicht bemerkenswerteste Erkenntnis, die aus den Vorhersagen der Verbraucherhäufigkeit in den Weltmeeren hervorgegangen ist, ist der Einblick in die relative Knappheit makroskopischer Tierarten. Unsere Schätzung der mittleren Nassgewichtsbiomasse für Verbraucher >1g Körpermasse (Tabelle 4) entspricht 4,9 × 10 9 km 3 tierischem Gewebe (wenn wir vereinfachend davon ausgehen, dass die Verbraucherdichte der von Meerwasser entspricht). Dieses Volumen ist kleiner als das eines Süßwassersees wie Loch Ness (7,4 km 3 ), dem größten und wahrscheinlich bekanntesten Süßwasserseen im Vereinigten Königreich. Nimmt man das Volumen der Weltmeere auf 1335 Millionen km 3 [81], so bedeutet das geschätzte Volumen der Verbraucher >1g Körpermasse, dass nur ein Volumenteil von 274 Millionen lebendes makroskopisches tierisches Gewebe ist. Die Besatzdichte in intensiver Aquakultur würde als ein zugänglicher Vergleich in der Regel 1 von 100 Fischvolumen überschreiten. Selbst wenn wir das obere Unsicherheitsintervall für die Biomasseschätzung für Verbraucher >10 −5 g Körpermasse (4,6 × 10 10 Tonnen) als Extremwert nehmen, ist nur ein Teil von ca. 30 Millionen Volumenteilen lebendes tierisches Gewebe. So erwecken die anscheinend hohe Dichte an Meereslebewesen in Oberflächen- und Küstengewässern und häufig besuchte Abundanz-Hotspots vielen in der Gesellschaft einen falschen Eindruck von der Fülle makroskopischer Meerestiere, obwohl diese Tiere immer noch erheblich zu einigen biogeochemischen Kreisläufen und zur globalen Ernährungssicherheit beitragen .

Insgesamt tragen unsere Analysen dazu bei, einige der bestehenden globalen Biomasseschätzungen in Einklang zu bringen und zeigen Prioritäten für zukünftige Analysen der Prozesse auf, die Primärproduktion und Konsumproduktion verbinden. Wenn das Modell realistisch genug ist, um Rückschlüsse auf die Zusammenhänge zwischen Primärproduktion und potenziellem Fischereiertrag zu ziehen, unterstützt es frühere Schlussfolgerungen, dass Bemühungen um eine Verknüpfung von Primärproduktion und Fängen auf globaler Ebene aufgrund von Unterschieden in der Energieübertragung unwahrscheinlich sind Prozesse an der Basis der Nahrungskette [23]. Unsere Ergebnisse liefern auch eine Reihe von Grundlagen für die Bewertung menschlicher Auswirkungen und die Vorhersage des Beitrags von Meerestieren zu biogeochemischen Prozessen. Da unser Modell davon ausgeht, dass in allen Regionen die gleiche Struktur und Parametrisierung übernommen werden kann, wird es wahrscheinlich als nützliches Nullmodell für den Vergleich mit komplexeren regionalen Modellen dienen


Warum ist das Biomasseverhältnis Verbraucher/Produzent in den Ozeanen höher? - Biologie

Prinzipien der Ökologie

320 Gespannte Halle

Vorlesung 18 Ökosysteme

Übersicht - Link zu Kursziele

  • Beziehen Sie die abiotischen Faktoren mit ein, die die gesamte Gemeinschaft beeinflussen, die in einer definierbaren Umgebung lebt
    • Beachten Sie, dass sich hier Community bezieht auf alle Arten in der Umwelt, nicht nur eine Untergruppe ähnlicher Arten (wie die Vogelgemeinschaft oder die Weidegemeinschaft)
    • In der Praxis sind die Grenzen von Ökosystemen oft schwer zu definieren
        • Manche Kanten sind schwer zu erkennen (wir werden uns in der nächsten Vorlesung damit beschäftigen)
        • Einige Arten bewegen sich zwischen Lebensräumen und verbinden Ökosysteme
        • Trophische Struktur (in der Gemeinschaftsvorlesung behandelt)
        • Energietransfer zwischen Arten und trophischen Ebenen
        • Stoffkreislauf (Nährstoffrecycling) zwischen Arten und trophischen Ebenen
        • Biomasse
        • Gesamt stehende Ernte jeder Art oder trophischen Ebene
          • stehender Bestand ist nicht gleichbedeutend mit Produktivität, die neue Biomasse, die einem System in einer bestimmten Zeit hinzugefügt wird, und große stehende Kulturen können entweder mit hoher oder niedriger Produktivität in Verbindung gebracht werden
          • Produktivität auf trophischer Ebene (erste Ebene ist die primäre Produktivität)
          • Korreliert nicht immer mit Biomasse, da kleine Biomasse immer noch große Ströme erzeugen kann, wenn Individuen produktiv sind
          • Umsatz ist das Verhältnis der vorhandenen Gesamtmenge zur Input-/Outputrate
          • Ein niedriges Verhältnis bedeutet, dass die Nährstoffe nicht lange im System oder auf trophischer Ebene verbleiben
          • Ein hohes Verhältnis bedeutet, dass die Nährstoffe über lange Zeiträume im System oder auf trophischer Ebene verbleiben
          • Das Verhältnis gibt die Aufenthaltszeit
            • Wenn die vorhandene Menge in einer bestimmten Massenmenge (z. B. Kilogramm oder Tonnen oder Gramm) vorliegt und die Rate in Masse pro Zeiteinheit (z. B. Gramm pro Stunde oder Tonnen pro Tag) angegeben ist, dann ist eine Dimensionsanalyse des Verhältnisses beispielsweise
              • Kilogramm/(Kilogramm/Tag) - die Kilogramm stempeln und das Endmaß ist Tage
              • 450 Kilogramm Kohlenstoff/(0,5 Kilogramm Kohlenstoff/Tag) = 900 Tage = Verweilzeit für Kohlenstoff im System

              Einige physikalische Einschränkungen des Flows (20.1)

              • Erster Hauptsatz der Thermodynamik
                • Beschränkt das System auf eine vollständige Erfassung aller Materialien und Energie, die in das System ein- oder austreten
                  • Befindet sich das System im Gleichgewicht, dann Nettoinput = Nettooutput
                  • Verbindungen, die in das System gelangen, bleiben im System, bis sie oder daraus hergestellte Verbindungen das System verlassen
                    • Diese Regel gilt für Materialien, die wir absichtlich oder unabsichtlich unseren Systemen hinzufügen, wie beispielsweise Nährstoffe in unserem Hausmüll oder Biozide gewöhnt an Bekämpfung von Zielorganismen
                    • Beschränkt das System auf einen Nettoverlust (von Wärmeenergie), wenn Energie zwischen verschiedenen Komponenten des Systems übertragen wird
                      • 10% Als Faustregel gilt, dass nur 10% der Energie, die eine trophische Ebene verlässt, auf die nächste Ebene übertragen wird und 90% als Wärme verloren geht
                      • Beschränkt das System auf eine Nettozunahme der Entropie, es sei denn, es gelangt genügend Energie in das System, um der Tendenz zur Zunahme der Entropie entgegenzuwirken

                      Primärproduktion (20.2)

                      • Primärproduktion von Terrestrische Ökosysteme wird oft gemessen in Trockengewicht (kein Wasser enthalten) des dem System hinzugefügten Herstellergewebes
                        • Dies wird oft als stehende Ernte des Systems am Ende der Vegetationsperiode minus der stehenden Ernte des Systems zu Beginn der Vegetationsperiode berechnet
                          • Stehende Ernte scheint genau das zu sein, die gesamte Biomasse, die zu einem bestimmten Zeitpunkt vorhanden ist
                          • Man kann zwischen Biomasse und Energie umwandeln durch Kalorimetrie
                            • Berechnet die Energie in einem Material, indem es es verbrennt und die Temperaturänderung in der Apparatur (normalerweise als a . bezeichnet) misst Bombenkalorimeter )
                            • Ö 2 Die Konzentrationen werden zu Beginn und am Ende der Exposition der Flaschen gegenüber den interessierenden Bedingungen (Licht, Temperatur) und O . gemessen 2 Produktion oder Verbrauch ist die Differenz zwischen dem endgültigen und dem ursprünglichen O 2 Konzentrationen
                            • Helle Flasche repräsentiert NPP als O 2 Die durch die Photosynthese produzierte Menge wird um die Menge reduziert, die durch die Atmung verbraucht wird
                            • Dunkle Flasche steht für O 2 durch die Atmung verbraucht, da keine Photosynthese stattfinden kann
                            • GPP = Gesamt-O 2 produziert in heller Flasche - O 2 in dunkler Flasche konsumiert (denken Sie daran, dass der Verbrauch ein negativer Betrag ist, daher ziehen wir hier einen negativen Betrag ab und das GPP ist größer als das NPP)
                            • Primärproduktivität und stehende Ernte (Gesamtbiomasse) sind nicht immer positiv korreliert
                              • Riffe - am produktivsten, haben aber eine winzige stehende Ernte, weil der Umsatz so hoch ist
                              • Stehende Ernte von Marine Hersteller ist viel kleiner als das terrestrische System Hersteller mit ähnlicher Produktivität, obwohl das Meeressystem viele Pflanzenfresser und Fleischfresser unterstützt
                                • Dies bedeutet, dass Umsatz ist in marinen Systemen viel größer
                                • Die GPP-Effizienz ist nie höher als 4%
                                • Die Effizienz von KKW beträgt normalerweise 1% oder weniger

                                Grenzen der Primärproduktion (20,3, 20,4, 20,5 und 20,6)

                                • Terrestrische Ökosysteme
                                  • Im Allgemeinen nimmt die Nettoprimärproduktion des terrestrischen Ökosystems mit zunehmendem Anteil zu:
                                    • Feuchtigkeitsverfügbarkeit gemessen durch Verdunstung
                                    • Länge der Vegetationsperiode
                                    • Temperatur gemessen als mittlere Jahrestemperatur
                                    • Einschränkung der Verfügbarkeit von Mineralstoffen (meistens löslicher organischer Stickstoff [NO 3 , NH 4 ])
                                    • Die Nettoprimärproduktion des aquatischen Ökosystems wird beeinflusst durch
                                      • Wassertiefe
                                        • Photoinhibition tritt nahe der Oberfläche auf
                                        • Die PAR-Absorption durch das Wasser und durch gelöste Stoffe und Schwebstoffe bedeutet, dass es eine Tiefe gibt, in der PAR auf ein Niveau reduziert wird, das gerade genug Photosynthese aufrechterhält, um die für den Grundstoffwechsel erforderliche Atmung auszugleichen Kompensationstiefe )
                                        • Licht dringt weniger in trübes Wasser ein
                                        • Wichtig für Süßwassersysteme (Umsatz führt zur Aufladung des Epilimnions mit Nährstoffen)
                                        • Obwohl die Tiefsee eine konstante Temperatur von 4 °C hat, liegen die Oberflächentemperaturen (und die Photosynthesezone) viel näher an der Lufttemperatur und werden in gemäßigten Ozeanen mit der Jahreszeit variieren
                                        • Stickstoff (NO 3 , NH 4 )
                                          • Sehr wichtig im offenen Ozean
                                          • Wichtig in Süßwassersystemen
                                          • Eutrophierung der Seen durch Zugabe von Phosphat-Reinigungsmitteln entstanden
                                              • Prozess der Erhöhung der Nährstoffkonzentration, bis ungewöhnliche Photosynthesegeräte (häufig Cyanobakterien) das Wasser trüben und oft die Sauerstoffkonzentration verringern
                                              • Wird benötigt, um viele der elektronenaufnehmenden Mitglieder von Elektronentransportketten herzustellen

                                              Frage: Wenn sich CO2 in der Atmosphäre ansammelt, sagen einige voraus, dass einige trockene terrestrische Ökosysteme produktiver werden und dass es in aquatischen Systemen nur geringe Fortschritte geben wird. Was ist dafür verantwortlich? Ich gebe Ihnen einen Hinweis - es ist nicht die CO2-Konzentration, sondern etwas davon beeinflusst.

                                              Sekundärproduktion (20.7, 20.8, 20.9, 20.10, 20.11)

                                              • Von Produzenten produzierte Biomasse (Primärproduktion) kann nur in zwei andere Komponenten wandern
                                                • Detritus-Feeder
                                                  • Die Mehrheit der Pflanzen-/Algenbiomasse stirbt und wird von Detritivoren gefressen
                                                  • Wichtig für Pflanzen und Algen, da sie lebendes Material fressen
                                                    • Die Bedeutung dieses Pfades besteht darin, dass die Größe der Pflanzenfressergemeinschaft die Größe der Primärproduzentengemeinschaft beeinflussen kann
                                                    • Detritivoren bekommen nur das, was stirbt, und können die Sterberate nicht beeinflussen, sodass sie nicht die gleiche regulatorische Wirkung auf die Primärproduzentengemeinschaft haben können wie Pflanzenfresser
                                                    • Bruttoassimilation (= Einnahme oder die Menge des verzehrten Pflanzen-/Algenmaterials) wird um die Energiemenge (und die zu ihrer Versorgung benötigten Verbindungen) reduziert, die verwendet wird, um den Pflanzenfresser/Detritivoren zu erhalten
                                                      • Bruttoassimilation = Assimilation + Abfall (Kot)
                                                        • Bruttoassimilation und Assimilation unterscheiden sich darin, dass nur der Teil der aufgenommenen Stoffe, der die Wand des Verdauungstrakts durchquert, Assimilation ist
                                                        • Bei endothermen Wirbeltieren ist die Wartung am einfachsten zu messen, da die Grundumsatz
                                                        • Die Nettoproduktion wird als Biomassezunahme gemessen, die entweder der
                                                            • Wachstum der Individuen
                                                            • Aufnahme neuer Personen
                                                            • Dies ist ein Maß dafür, wie viel des aufgenommenen Materials oder der aufgenommenen Energie für die Produktion verwendet wird (und nicht für die Wartung verloren geht).
                                                            • bei Ektothermen höher als bei Endothermen, da der Grundumsatz bei Ektothermen niedriger ist und einen geringeren Biss aus den assimilierten Materialien nimmt
                                                            • Diese Effizienz misst den Anteil der verfügbaren Produktivität, der von der nächsten trophischen Ebene gefressen wird
                                                            • das Verhältnis der Assimilation zwischen den trophischen Ebenen
                                                            • Die Wartung ist sowohl im Nenner als auch im Zähler enthalten und wird annulliert, wenn es für jede Trophäenstufe gleich ist
                                                            • Eine Alternative zur Verbrauchseffizienz zum Vergleich verschiedener Ebenen einer trophischen Pyramide
                                                            • Terrestrische Ökosysteme
                                                              • Oft fast 10 % für alle außer Zersetzer
                                                              • Zersetzer bekommen, was Pflanzen- und Fleischfresser nicht bekommen
                                                              • Gesamtenergiefluss durch Fleischfresser kaum beeinflusst (die 10 % von 10 % oder nur 1 % der Primärproduktion produzieren)
                                                              • Höher als bei terrestrischen Systemen, was zu einem schnellen Umsatz der Biomasse führt
                                                              • Bei Wasserpflanzenfressern oft bis zu 40 %
                                                              • Bei Wasserraubtieren oft bis zu 80 %

                                                              Nährstoffkreislauf (21.1)

                                                              • Denken Sie daran, dass der Materialeinsatz in ein System gleich dem Output ist
                                                                • Unreife, frühe Nachfolgesysteme können Materialien ansammeln
                                                                • Landwirtschaftliche Systeme verlieren mehr, als jährliche natürliche Inputs ersetzen können, und können Material verlieren (wenn keine Düngung stattfindet)
                                                                • Wenn Sie den Nährstoffen folgen, zirkulieren sie im System, ein Phänomen namens Nährstoffkreislauf , eine Form des Recyclings
                                                                • Neue Materialien kommen
                                                                • System leckt immer, sodass Materialien das System verlassen (egal wie langsam)
                                                                • speichern die Nährstoffe im Stängel (Stamm) oder unter der Erde (in Wurzeln oder Knollen)
                                                                • Auch die kleinsten Wurzeln sind temporär und wachsen jedes Jahr nach (genannt Feinwurzeln) und Nährstoffe werden auch von ihnen zurückverlagert

                                                                Zersetzung (21.2)

                                                                • Zersetzung ist der vollständige Abbau organischer Moleküle in anorganische Moleküle
                                                                  • Zersetzung ist die Rolle der Detritivore-Community
                                                                  • Der größte Teil des eigentlichen chemischen Abbaus, sowohl in aquatischen als auch terrestrischen Systemen, erfolgt durch Bakterien und Pilze, die Enzyme in den Boden oder ins Wasser absondern, die den Abbau katalysieren können
                                                                  • Der Gesamtprozess erfordert eine große Gemeinschaft von Mikroben, nicht nur eine oder nur wenige Arten
                                                                    • Hyphenpilze sind hier gut geeignet
                                                                    • Alle Pilze sind heterotroph und diejenigen mit Hyphenwachstum können in neue Lebensräume eindringen, da sie die Ressourcen des gegenwärtigen Lebensraums erschöpfen
                                                                    • Die ersten aufgenommenen Substrate sind Proteine, Nukleinsäuren, leicht verdauliche Lipide und Mono-/Oligosaccharide (Glukose, Disaccharide usw.)
                                                                    • Die zweiten zu konsumierenden Substrate sind die Zellulose- und Hemizellulosebestandteile der pflanzlichen Zellwände sowie weniger verdauliche Lipide
                                                                    • Die letzten Materialien, die verbraucht werden, sind die Lignine
                                                                      • Lignine sind eine Klasse von Molekülen mit vielen Variationen, aber alle sind pholyphenolische Verbindungen (eine Reihe von Phenolringen, die auf verschiedene Weise verbunden sind).
                                                                        • Lignine vernetzen Zellulosefasern, um holziges Gewebe zu härten
                                                                        • Der Abbau von Ligninen liefert wenig Nettoenergie und wird nur von Basidiomyceten-Pilzen durchgeführt (keine Bakterien!)
                                                                        • Es gibt kein Lignin
                                                                        • Einige Mikroalgen haben mineralische Zellwände (Silizium)
                                                                        • Zellulose ist ein Hauptbestandteil einiger Algenwände, aber andere faserige Kohlenhydrate (Mannane, Xylane, Alginsäuren) sind üblich
                                                                        • Eine nützliche Gruppe von faserigen Algenkohlenhydraten sind die Sulfonierte Polysaccharide aus Rotalgen
                                                                          • Dies sind Galactoseketten mit angehängten Suphonatgruppen und sind ein vielfältiges Set, das einschließt
                                                                            • Carrageenan - ein Geliermittel in Zahnpasta, Schuhcreme, Shampoo und vielen Nahrungsmitteln (Saucen, Pasteten und viele Eiscremes)
                                                                            • Agar und Agarose - geliert mit der Eigenschaft, bei viel höheren Temperaturen als der Geliertemperatur zu schmelzen, Agar ist eine Mischung aus Polysacchariden und Agarose wird zu nur einem Polysaccharid gereinigt
                                                                            • Erhöht mit Qualität von Wurf
                                                                              • Hoher Stickstoffgehalt/niedriger Ligningehalt ist von hoher Qualität
                                                                              • Niedriger Stickstoffgehalt / hoher Ligningehalt ist von geringer Qualität
                                                                              • Durchnässte Böden sind Anoxisch und der Abbau von Cellulose und Ligninen ist sehr langsam
                                                                              • Hohe NPP-Raten resultieren aus einer hohen Nährstoffverfügbarkeit, was auch dazu führt, dass die Wachstumsrate der mikrobiellen Zersetzer hoch ist
                                                                              • Mineralisierung ist der Prozess der Umwandlung von organisch gebundenen N-, P- und Metallionen in anorganische (normalerweise lösliche) Formen
                                                                                • Mineralisierung tritt auf, wenn Abfallprodukte durch mikrobielle Zersetzung entstehen
                                                                                • Ihre Löslichkeit macht sie anfällig für Auslaugen aus dem Boden
                                                                                • Pflanzen immobilisieren Nährstoffe, wenn sie diese aufnehmen und verwenden sie, um neue Biomasse zu synthetisieren
                                                                                • Mikrobielle Zersetzer immobilisieren auch Nährstoffe, wenn sie neue Biomasse produzieren
                                                                                • Zersetzung ist ein Bodenprozess – ein weiterer Grund, Böden zu studieren und ein weiterer Grund, warum Böden so komplex sind
                                                                                • Beinhaltet (für unsere Zwecke) zwei größenbasierte Tiergruppen:
                                                                                  • Makrofauna - wirbellose Detritivoren (Insekten [Springschwänze, Larven vieler Insektengruppen, Termiten, Schaben und andere], Krebstiere [Isopoden und in einigen Situationen Flohkrebse], Milben, Regenwürmer, Schnecken, Nacktschnecken und Tausendfüßler
                                                                                    • Die Makrofauna spielt eine wichtige Rolle beim Abbau von Detrituspartikeln in immer kleinere Partikel, damit der Detritus von Pilzen und Bakterien angegriffen werden kann
                                                                                    • Denken Sie daran, dass der Zersetzungsweg mehr als eine trophische Ebene unterstützt, da Zersetzer Raubtiere und Parasiten haben
                                                                                    • Mikrofauna - Bakterien, Protisten, kleine Nematoden
                                                                                    • Die Makrofauna des Süßwassersystems ähnelt denen in Böden, außer dass es keine Tausendfüßler gibt
                                                                                      • In marinen Systemen gibt es keine Insekten, die Anneliden sind Polychaeten, keine Oligochaeten (Regenwürmer), und es gibt viel mehr Krebstiere
                                                                                      • Diese Schwebeteilchen heißen POM ( Partikelförmige organische Materie ) und können so klein sein, dass sie im Wesentlichen auf unbestimmte Zeit ausgesetzt sind (wie eine Lösung)
                                                                                      • In terrestrischen Systemen ist dies nicht der Fall, da Pflanzen Wurzeln im Boden haben, dem Ort der Zersetzung
                                                                                      • Daher kann in aquatischen Systemen die Mineralisierung von Nährstoffen möglicherweise nicht sofort zu den Primärprodukten gelangen
                                                                                        • Siehe die Diskussion über die Zonierung der Wassersäule (sowohl in Seen als auch in Ozeanen) in Vorlesung 4
                                                                                        • Nährstoffe werden nur in die photische Zone eingemischt, wenn die Thermokline (oder Halokline) abgebaut wird und Umsatz des Gewässers auftreten können
                                                                                        • Nährstoffe in Bächen und Flüssen bewegen sich in einer konzeptionellen Spirale der Mineralisierung stromabwärts, dann stromabwärts, Aufnahme, dann stromabwärts, wieder Mineralisierung, dann.
                                                                                        • Wo Winde Wasser von Kontinenten wegdrücken, wird das Wasser durch Wasser ersetzt, das aus tieferen Schichten aufsteigt
                                                                                        • Auftrieb führt zu erhöhter Primärproduktivität, d. h. erhöhter Sekundärproduktivität (Fische, in ozeanischen Systemen!)
                                                                                          • El Nintildeo (ENSO) tritt auf, wenn die Winde vor der Westküste Südamerikas ausfallen, das Oberflächenwasser nicht nach Westen gedrückt wird und der Auftrieb zum Stillstand kommt.
                                                                                          • Einbrüche der Primär- und Sekundärproduktivität – eine Katastrophe für Volkswirtschaften, die von dieser Fischerei abhängig sind

                                                                                          Biogeochemische Kreisläufe

                                                                                          • Nährstoffkreisläufe sind die am gründlichsten modellierten ökologischen Prozesse, auch genannt Biogeochemische Kreisläufe , und sind die Pfade von Materialien, die in ein Ökosystem eintreten, verschiedene Komponenten des Ökosystems durchlaufen und schließlich das Ökosystem verlassen
                                                                                            • Lokale Modelle - auf ein Ökosystem anwenden
                                                                                            • Globale Modelle - auf die Biosphäre anwenden
                                                                                            • Biosphäre -- die ganze Erde ist ein einziges Ökosystem
                                                                                            • Flussraten sind die Durchflussraten von Pool zu Pool
                                                                                            • Verwitterung von Gestein
                                                                                            • Niederschlag (lokale Systeme)
                                                                                            • Grundwasserfluss (lokale Systeme)
                                                                                            • Atmosphäre (lokale Systeme)
                                                                                            • Können oft auch Quellen sein
                                                                                            • Beachten Sie, dass die Atmosphäre ein Pool in einem globalen Zyklus sein kann, aber eine Quelle in einem lokalen Zyklus
                                                                                            • Aufnahme von Gasen
                                                                                            • Verwitterung
                                                                                            • Trockenfall - Ablagerung von Partikeln durch Wind
                                                                                            • Niederschlag - Regen
                                                                                            • Gasfreisetzungen (CO 2 , H 2 S, N 2 )
                                                                                            • Organischer Detritus geht aus dem System verloren (in einen See oder Bach oder vom Wind verwehtes Material)
                                                                                            • Auslaugen
                                                                                            • Ernten

                                                                                            Globaler Kohlenstoffkreislauf

                                                                                            • Der Ozean wird im Allgemeinen als im Gleichgewicht mit der Atmosphäre betrachtet, so dass eine Veränderung des einen unweigerlich zu einer Veränderung des anderen führt
                                                                                            • Da Kohlenstoff das primäre Element der Biosynthese ist, sind Kohlenstoffkreisläufe und Energieflüsse positiv verknüpft

                                                                                            Globaler Phosphorkreislauf

                                                                                            • Es gibt keinen atmosphärischen Pool für P
                                                                                            • P an der Oberfläche ist immer Teil eines Phosphations
                                                                                              • P ich , P Ö , P P (Anorganischer, organischer und partikulärer Phosphor)
                                                                                              • Die Bezeichnung kommt nicht von einer Veränderung des Phosphations
                                                                                                • P ich bezieht sich auf Phosphat in Gesteinen oder gelöst in Wasser
                                                                                                • P Ö bezieht sich auf Phosphat, das Teil eines Organismus ist oder in Detritus vorkommt
                                                                                                • P P ist Phosphat, das Teil eines Partikels ist, das vom Wind verweht werden kann und Teil des Trockenfalls werden kann
                                                                                                • Verwitterung einiger Gesteine ​​(meist kalziumhaltige Gesteine)
                                                                                                • Nassfall- und Trockenfallablagerung (terrestrisch und aquatisch)
                                                                                                • Flussfluss (in See- und Meeressysteme)
                                                                                                • Flussfluss (terrestrische Systeme)
                                                                                                • Sedimentablagerung (aquatische Systeme)
                                                                                                • Wind
                                                                                                • Ernte von Pflanzen

                                                                                                Globaler Stickstoffkreislauf

                                                                                                Beachten Sie, dass die Rolle der Mikroorganismen entscheidend ist

                                                                                                • Fixierung - ein Teil des Stickstoffs wird durch Blitze "fixiert" (in eine für lebende Systeme nützliche chemische Form umgewandelt) und ein Teil wird durch Bakterien (einschließlich Blaualgen, Cyanobakterien) fixiert.
                                                                                                • Nodulation ein Mittel zur Erhöhung der Fixierungsrate in Böden
                                                                                                • Denitrifikation durch andere Bakterien, die NH . verwenden 3 als Energiequelle und geben N2 wieder in die Atmosphäre ab

                                                                                                Biomasse, Energiefluss, Nährstofffluss, Umsatz, Verweilzeit, Primärproduktion, Trockengewicht, Standing Crop, Kalorimetrie, Bombenkalorimeter, Bruttoprimärproduktion, Nettoprimärproduktion, Nettoveränderung der Biomasse, Produktionseffizienz, Kompensationstiefe, Eutrophierung, Sekundärproduktion , Bruttoassimilation (= Aufnahme), Assimilation, Netto-Sekundärproduktion, Grundumsatz Assimilationseffizienz, Sekundärproduktionseffizienz, Verbrauchseffizienz, Lindeman-Effizienz, Nährstoffkreislauf, Abbau, Detritivorengemeinschaft, Lignin, Anoxisch, Mineralisierung, Immobilisierung, Nettomineralisierung, Makrofauna, Mikrofauna, POM (Particulate Organic Matter), Nutrient Spiraling, Upwelling, Biogeochemischer Kreislauf, Lokales Modell, Globales Modell, Biosphäre, Nährstoffpool, Flussrate, Quelle, Senke, Fixierung, Denitrifikation, P ich , P Ö , P P (Anorganischer, organischer und partikulärer Phosphor)


                                                                                                Warum ist das Biomasseverhältnis Verbraucher/Produzent in den Ozeanen höher? - Biologie

                                                                                                Haben Sie sich jemals gefragt, warum wir die Hungrigen der Welt nicht ernähren können? Es ist ein komplexes Thema, aber es mag Sie überraschen zu erfahren, dass es nicht daran liegt, dass die gegenwärtige landwirtschaftliche Kapazität, basierend auf der aktuellen Technologie, nicht genügend Nahrungsmittel hat, um bis zu 10 Milliarden Menschen zu ernähren. Die Erdbevölkerung beträgt „nur“ etwa 7 Milliarden. Die große Frage ist wirklich: Wenn wir alle ernähren wollen, was müssten alle essen? Um diese Frage zu beantworten, laden Sie diese Excel-Tabelle herunter und versuchen Sie, einige Zahlen einzugeben.

                                                                                                Beispiel: Ein Morgen einer Getreideernte könnte verwendet werden, um Vieh zu füttern, und dann könnte das Vieh verwendet werden, um Menschen zu ernähren. Wenn 50% der Energie an die Rinder verloren geht, könnten Sie doppelt so viele Menschen ernähren, wenn Sie ihnen das Getreide direkt füttern. Eine andere Sichtweise ist, dass man nur einen halben Morgen Land braucht, um die Menschen mit Getreide zu ernähren, aber einen ganzen Morgen, wenn Sie das Getreide an das Vieh und das Vieh an die Menschen verfüttern. Eine gängige Praxis, um Rinder schneller zu züchten, besteht darin, sie mit gemahlenem tierischem Protein zu füttern. Das heißt, wenn wir das Fleisch von der Kuh essen, befinden wir uns auf dem Tertiärniveau oder höher. Der Energieverlust zwischen den trophischen Ebenen kann auch noch höher sein. Aktuelle Studien legen nahe, dass nur

                                                                                                10 % der Energie werden von einer trophischen Ebene zur nächsten in Biomasse umgewandelt!

                                                                                                Die Nahrungskette: Die Antwort hat mit trophischen Ebenen zu tun. Wie Sie wahrscheinlich wissen, sind die Organismen an der Basis der Nahrungskette photosynthetische Pflanzen an Land und Phytoplankton (Algen) in den Ozeanen. Diese Organismen werden als Produzenten bezeichnet und beziehen ihre Energie direkt aus Sonnenlicht und anorganischen Nährstoffen. Die Organismen, die die Produzenten fressen, sind die Hauptkonsumenten. Sie sind in der Regel klein und es gibt viele von ihnen. Die Hauptkonsumenten sind Pflanzenfresser (Vegetarier). Die Organismen, die die Primärkonsumenten fressen, sind Fleischfresser (Fleischfresser) und werden Sekundärkonsumenten genannt. Die Sekundärverbraucher sind in der Regel größer und zahlenmäßig geringer. Das geht weiter bis an die Spitze der Nahrungskette. Ungefähr 50 % der Energie (möglicherweise bis zu 90 %) in Lebensmitteln gehen auf jeder trophischen Ebene verloren, wenn ein Organismus gegessen wird, so dass es weniger effizient ist, ein Verbraucher höherer Ordnung zu sein als ein Primärverbraucher. Daher ist die Energieübertragung von einer trophischen Ebene zur nächsten, die Nahrungskette hinauf, wie eine Pyramide, die an der Basis breiter und an der Spitze schmaler ist. Aufgrund dieser Ineffizienz gibt es nur für wenige Spitzenkonsumenten genug Nahrung, aber für Pflanzenfresser, die weiter unten in der Nahrungskette stehen, gibt es viel Nahrung. Es gibt weniger Konsumenten als Produzenten.

                                                                                                Land- und Wasserenergiepyramiden


                                                                                                Trophäenlevel Wüstenbiom Grünlandbiom Teichbiom Ozean Biom
                                                                                                Produzent (Photosynthese) Kaktus Gras Algen Phytoplankton
                                                                                                Primärverbraucher (Pflanzenfresser) Schmetterling Heuschrecke Insektenlarven Zooplankton
                                                                                                Sekundärverbraucher (Fleischfresser) Eidechse Maus Elritze Fisch
                                                                                                Tertiärkonsument (Fleischfresser) Schlange Schlange Frosch Siegel
                                                                                                Quartärer Konsument (Carnivore) Roadrunner Falke Waschbär Hai

                                                                                                Nahrungsnetz: Auf jeder trophischen Ebene kann es viel mehr Arten geben, als in der obigen Tabelle angegeben. Nahrungsnetze können sehr komplex sein. Die Verfügbarkeit von Lebensmitteln kann saisonal oder tageszeitabhängig variieren. Ein Organismus wie eine Maus könnte zwei Rollen spielen, indem er gelegentlich Insekten isst (was ihn zu einem Sekundärkonsumenten macht), aber auch direkt von Pflanzen isst (was ihn zu einem Primärkonsumenten macht). Ein Nahrungsnetz von wer isst wen im südwestlichen amerikanischen Wüstenbiom könnte so aussehen:

                                                                                                Schlüsselarten: In einigen Nahrungsnetzen gibt es eine kritische „Schlüsselart“, von der das gesamte System abhängt. So wie ein Bogen beim Entfernen des Schlusssteins zusammenbricht, kann eine ganze Nahrungskette zusammenbrechen, wenn eine Schlusssteinart zurückgeht. Oft ist die Keystone-Art ein Raubtier, das die Pflanzenfresser in Schach hält und sie daran hindert, die Pflanzen zu überfressen, was zu einem massiven Absterben führt. Wenn wir zum Beispiel Spitzenprädatoren wie Grizzlybären, Orcawale oder Wölfe entfernen, gibt es Hinweise darauf, dass dies nicht nur die Beutetiere, sondern sogar die physische Umgebung betrifft.

                                                                                                Apex-Raubtiere: Diese Arten stehen an der Spitze der Nahrungskette und die gesunden Erwachsenen haben keine natürlichen Feinde. Junge und Alte können in einigen Fällen gejagt werden, aber typischerweise erliegen sie Krankheiten, Hunger, den Auswirkungen des Alterns oder einer Kombination davon. Sie leiden auch unter der Konkurrenz mit dem Menschen, der oft die Spitzenprädatoren eliminiert, um exklusiven Zugang zu den Beutearten zu haben, oder durch die Zerstörung von Lebensräumen, die eine indirekte Form der Konkurrenz ist.

                                                                                                Zersetzer: Wenn Organismen sterben, werden sie manchmal von Aasfressern gefressen, aber das verbleibende Gewebe wird von Pilzen und Bakterien abgebaut. Auf diese Weise werden die Nährstoffe, die Teil des Körpers waren, an den Boden der trophischen Pyramide zurückgeführt.

                                                                                                Bioakkumulation: Abgesehen davon, dass es weniger energieeffizient ist, birgt das Essen in der Nahrungskette weiter oben seine Risiken. Pestizide und Schwermetalle wie Quecksilber, Arsen und Blei werden von den Primärkonsumenten in der Regel in geringen Mengen konsumiert. Diese Giftstoffe werden in den Fetten des Tieres gespeichert. Wenn dieses Tier von einem Sekundärkonsumenten gefressen wird, werden diese Toxine konzentrierter, da Sekundärkonsumenten viele Primärkonsumenten essen und oft auch länger leben. Schwertfisch und Thunfisch stehen an der Spitze der Nahrungskette im Wasser, und wenn wir sie essen, verbrauchen wir alle Giftstoffe, die sie sich im Laufe des Lebens angesammelt haben. Aus diesem Grund wird Schwangeren vom Verzehr dieser Lebensmittel abgeraten. Lösen Sie die folgenden Probleme mathematisch.

                                                                                                1. Gegeben: 10 Milliarden Menschen können mit einer ernährungsphysiologisch vollständigen Grundernährung ernährt werden. Wie viele Menschen könnten wir nach amerikanischem Standard ernähren – einem tertiären Konsumniveau (Verbraucher dritter Ordnung?). Mit jeder höheren Stufe gehen 50% der Energie verloren.

                                                                                                2. Wenn es 250 Millionen Menschen in den Vereinigten Staaten gibt, von denen die meisten auf der Tertiärstufe (3.) konsumieren, wie viele Menschen könnten wir dann auf der Primarstufe ernähren?

                                                                                                3. Einige Tiere wie Haie sind Verbraucher 5. Ordnung! Haie fressen Thunfisch, die Makrelen fressen, die Hering fressen, die Copepoden fressen, die Kieselalgen fressen. Wenn wir die vernünftige Annahme machen würden, dass jedes dieser Tiere jeden Tag 2 seiner Beute frisst, wie viele Organismen starben dann, um den Hai an einem Tag zu füttern?


                                                                                                Mr. G’s Umweltsysteme

                                                                                                Während der Sukzession nimmt die Bruttoprimärproduktivität tendenziell durch die Pionier- und frühen Waldstadien zu und nimmt dann ab, wenn die Klimax-Gemeinschaft die Reife erreicht. Diese Produktivitätssteigerung ist mit Wachstum und Biomasse verbunden.

                                                                                                Frühe Serenstadien sind normalerweise durch schnelles Wachstum und Ansammlung von Biomasse gekennzeichnet - Gräser, Kräuter und kleine Sträucher. Die Bruttoprimärproduktivität ist niedrig, aber die Nettoprimärproduktivität macht tendenziell einen großen Anteil am GPP aus, da die Atmung bei geringer Biomasse in den frühen seralen Stadien gering ist. Wenn sich die Gemeinde in Richtung Wald und Biomasse entwickelt, steigt auch die Produktivität. Der Anteil von NPP am GPP kann jedoch sinken, wenn die Atmungsraten mit mehr Biomasse steigen.

                                                                                                Studien haben gezeigt, dass stehende Kulturpflanzen (Biomasse) in Folge von Laubwäldern innerhalb der ersten Jahrhunderte ihren Höhepunkt erreichen. Nach der Etablierung eines reifen Klimax neigt die Waldbiomasse dazu, zu sinken, da das Altern der Bäume verlangsamt und ein ausgedehnter Baldachin die Bodenbedeckung verdrängt. Auch ältere Bäume werden weniger photosynthetisch effizient und mehr NPP wird keiner photosynthetischen strukturellen Biomasse wie Wurzelsystemen zugeordnet.

                                                                                                Biomasseakkumulation und Nachfolgephase:

                                                                                                Niedriges GPP, aber hoher prozentualer NPP

                                                                                                Geringe Zunahme der Biomasse

                                                                                                Bruttoproduktivität hoch erhöhte Photosynthese

                                                                                                Zunahme der Biomasse, wenn die Pflanzenformen größer werden

                                                                                                Baum erreicht seine maximale Größe

                                                                                                Verhältnis von NPP zu R ist ungefähr gleich

                                                                                                Biodiversität

                                                                                                Frühe Sukzessionsstadien sind in der Regel von wenigen Arten innerhalb der Gemeinschaft geprägt. Wenn die Gemeinschaft nachfolgende serale Stadien durchläuft, nimmt die Zahl der gefundenen Arten zu. Nur sehr wenige Pionierarten werden im Laufe der Sukzession jemals vollständig ersetzt. Das Ergebnis ist eine zunehmende Vielfalt – mehr Arten. Diese Zunahme setzt sich tendenziell fort, bis ein Gleichgewicht zwischen den Möglichkeiten der Etablierung neuer Arten, der Erweiterung ihres Verbreitungsgebiets vorhandener Arten und dem lokalen Aussterben erreicht ist. Beweise nach dem Ausbruch des Vulkans Mount St. Helens im Jahr 1980 haben Ökologen ein natürliches Labor zur Untersuchung der Sukzession zur Verfügung gestellt. In den ersten 10 Jahren nach der Eruption nahm die Artenvielfalt dramatisch zu, aber nach 20 Jahren trat nur eine sehr geringe zusätzliche Zunahme der Vielfalt auf 1

                                                                                                Störung
                                                                                                Frühe Vorstellungen über die Nachfolge deuteten darauf hin, dass die Climax-Gemeinschaft in jedem Gebiet sich fast von selbst fortsetzte. Dies ist unrealistisch, da Gemeinden mehr oder weniger von Störungen betroffen sind. Selbst in großen Wäldern altern Bäume, sterben ab und fallen um und hinterlassen eine Lücke. Andere Gemeinden sind von Überschwemmungen, Bränden, Erdrutschen, Erdbeben, Hurrikanen usw. betroffen. All dies führt dazu, dass Lücken verfügbar gemacht werden, die von Pionierarten innerhalb der umliegenden Gemeinde besiedelt werden können. Dies trägt sowohl zur Produktivität als auch zur Vielfalt der Gemeinschaft bei.


                                                                                                Kapitel 54 - Ökosysteme

                                                                                                • Ökosystemökologen betrachten Ökosysteme als Energiewandler und Stoffverarbeiter.
                                                                                                • Wir können die Umwandlung von Energie verfolgen, indem wir die Arten in einer Gemeinschaft in trophische Ebenen von Nahrungsbeziehungen gruppieren.

                                                                                                Ökosysteme gehorchen physikalischen Gesetzen.

                                                                                                • Der Energieerhaltungssatz besagt, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur umgewandelt werden kann.
                                                                                                  • Pflanzen und andere photosynthetische Organismen wandeln Sonnenenergie in chemische Energie um, aber die Gesamtenergiemenge ändert sich nicht.
                                                                                                  • Die Gesamtenergiemenge, die in organischen Molekülen gespeichert ist, zuzüglich der reflektierten und als Wärme abgegebenen Energie muss der gesamten von der Pflanze abgefangenen Sonnenenergie entsprechen.
                                                                                                  • Wir können die Effizienz ökologischer Energieumwandlungen messen.
                                                                                                  • Ein Kohlenstoff- oder Stickstoffatom bewegt sich von einer trophischen Ebene zur anderen und schließlich zu den Zersetzern und wieder zurück.

                                                                                                  Trophische Beziehungen bestimmen die Wege des Energieflusses und des chemischen Kreislaufs in Ökosystemen.

                                                                                                  • Autotrophe, die Primärproduzenten des Ökosystems, unterstützen letztendlich alle anderen Organismen.
                                                                                                    • Die meisten Autotrophen sind photosynthetische Pflanzen, Algen oder Bakterien, die Lichtenergie verwenden, um Zucker und andere organische Verbindungen zu synthetisieren.
                                                                                                    • Chemosynthetische Prokaryoten sind die Hauptproduzenten in hydrothermalen Quellen der Tiefsee.
                                                                                                    • Pflanzenfresser, die Primärproduzenten fressen, werden als Primärkonsumenten bezeichnet.
                                                                                                    • Fleischfresser, die Pflanzenfresser fressen, werden als Sekundärkonsumenten bezeichnet.
                                                                                                    • Fleischfresser, die Sekundärproduzenten fressen, werden als Tertiärkonsumenten bezeichnet.
                                                                                                    • Sie erhalten Energie aus Detritus, nicht lebendem organischem Material wie den Überresten toter Organismen, Fäkalien, Laub und Holz.
                                                                                                    • Detritivoren spielen eine wichtige Rolle im Materialkreislauf.

                                                                                                    Die Zerlegung verbindet alle trophischen Ebenen.

                                                                                                    • Die Organismen, die sich als Detritivoren ernähren, bilden in einem Ökosystem eine wichtige Verbindung zwischen den Primärproduzenten und den Verbrauchern.
                                                                                                    • Detritivoren spielen eine wichtige Rolle bei der Bereitstellung chemischer Elemente für Produzenten.
                                                                                                      • Detritivoren zersetzen organisches Material und übertragen chemische Elemente in anorganischer Form in abiotische Reservoirs wie Boden, Wasser und Luft.

                                                                                                      Konzept 54.2 Physikalische und chemische Faktoren begrenzen die Primärproduktion in Ökosystemen

                                                                                                        Die Menge an Lichtenergie, die von den Autotrophen eines Ökosystems in einem bestimmten Zeitraum in chemische Energie umgewandelt wird, ist die Primärproduktion eines Ökosystems.

                                                                                                      Der Energiehaushalt eines Ökosystems hängt von der Primärproduktion ab.

                                                                                                      • Die meisten Primärproduzenten verwenden Lichtenergie, um organische Moleküle zu synthetisieren, die abgebaut werden können, um ATP zu produzieren.
                                                                                                      • Die Menge der photosynthetischen Produktion legt die Ausgabengrenze des gesamten Ökosystems fest.
                                                                                                      • Ein globales Energiebudget kann analysiert werden.
                                                                                                        • Jeden Tag wird die Erde von etwa 1023 Joule Sonnenstrahlung bombardiert.
                                                                                                          • Die Intensität der auf die Erde auftreffenden Sonnenenergie variiert mit dem Breitengrad, wobei die Tropen den größten Beitrag erhalten.
                                                                                                          • Der größte Teil dieser Strahlung wird von der Atmosphäre gestreut, absorbiert oder reflektiert.
                                                                                                          • Ein Großteil der Sonnenstrahlung, die die Erdoberfläche erreicht, landet auf nacktem Boden oder auf Gewässern, die die Energie entweder absorbieren oder reflektieren.
                                                                                                          • Nur ein kleiner Teil trifft tatsächlich auf Algen, photosynthetische Prokaryonten oder Pflanzen, und nur ein Teil davon hat Wellenlängen, die für die Photosynthese geeignet sind.
                                                                                                          • Von dem sichtbaren Licht, das photosynthetische Organismen erreicht, wird nur etwa 1 % in chemische Energie umgewandelt.
                                                                                                          • Dies ist die Menge an Lichtenergie, die pro Zeiteinheit in chemische Energie umgewandelt wird.
                                                                                                            NPP = GPP - R
                                                                                                          • Dies sollte nicht mit der Gesamtbiomasse von photosynthetischen Autotrophen verwechselt werden, die in einer bestimmten Zeit vorhanden sind, die als stehende Kultur bezeichnet wird.
                                                                                                          • Die Primärproduktion ist die Menge an neuer Biomasse, die in einem bestimmten Zeitraum hinzugefügt wird.
                                                                                                          • Obwohl ein Wald eine große stehende Kreuzbiomasse aufweist, kann seine Primärproduktion tatsächlich geringer sein als die einiger Grasländer, die keine Vegetation anhäufen, da Tiere die Pflanzen schnell verzehren.
                                                                                                          • Tropische Regenwälder gehören zu den produktivsten terrestrischen Ökosystemen.
                                                                                                          • Ästuare und Korallenriffe sind ebenfalls sehr produktiv, aber sie bedecken nur eine kleine Fläche im Vergleich zu der von tropischen Regenwäldern.
                                                                                                          • Der offene Ozean hat eine relativ geringe Produktion pro Flächeneinheit, trägt jedoch aufgrund seiner sehr großen Größe mehr Nettoprimärproduktion bei als jedes andere einzelne Ökosystem.

                                                                                                          In aquatischen Ökosystemen begrenzen Licht und Nährstoffe die Primärproduktion.

                                                                                                          • Licht ist eine Schlüsselvariable, die die Primärproduktion in den Ozeanen steuert, da die Sonnenstrahlung nur bis zu einer bestimmten Tiefe, der sogenannten photischen Zone, eindringen kann.
                                                                                                            • Der erste Meter Wasser absorbiert mehr als die Hälfte der Sonnenstrahlung.
                                                                                                            • Es gibt keinen solchen Gradienten.
                                                                                                            • Es gibt Teile des Ozeans in den Tropen und Subtropen, die eine geringe Primärproduktion aufweisen, während einige Ozeanregionen in hohen Breiten relativ produktiv sind.
                                                                                                            • Im offenen Ozean sind die Stickstoff- und Phosphorwerte in der photischen Zone sehr niedrig, aber in tieferen Gewässern, in die kein Licht eindringt, höher.
                                                                                                            • Dieses Wissen kann verwendet werden, um Algenblüten zu verhindern, indem die Verschmutzung begrenzt wird, die Phytoplankton düngt.
                                                                                                            • Die Sargassosee hat beispielsweise eine sehr geringe Dichte an Phytoplankton.
                                                                                                            • Nährstoffanreicherungsexperimente zeigten, dass die Verfügbarkeit von Eisen die Primärproduktion in diesem Gebiet einschränkt.
                                                                                                            • Es kam zu einer massiven Phytoplanktonblüte mit einem 27-fachen Anstieg der Chlorophyllkonzentration in Wasserproben von Teststandorten.
                                                                                                            • Vom Land verwehter Staub liefert Eisen an den Ozean, und relativ wenig Staub erreicht den zentralen Pazifik und den Atlantischen Ozean.
                                                                                                            • Eisen --> Cyanobakterien --> Stickstofffixierung --> Phytoplanktonproduktion
                                                                                                            • Diese Gebiete weisen eine außergewöhnlich hohe Primärproduktion auf, was die Hypothese stützt, dass die Nährstoffverfügbarkeit die marine Primärproduktion bestimmt.
                                                                                                            • Auftriebsgebiete sind die besten Angelplätze.
                                                                                                            • Dieser Prozess wird als Eutrophierung bezeichnet und hat vielfältige ökologische Auswirkungen, darunter den Verlust der meisten Fischarten.
                                                                                                            • Seine Forschungen führten zur Verwendung von phosphatfreien Waschmitteln und anderen Reformen der Wasserqualität.

                                                                                                            In terrestrischen Ökosystemen sind Temperatur und Feuchtigkeit die Schlüsselfaktoren, die die Primärproduktion begrenzen.

                                                                                                            • Tropische Regenwälder sind mit ihren warmen, feuchten Bedingungen das produktivste aller terrestrischen Ökosysteme.
                                                                                                            • Im Gegensatz dazu sind Ökosysteme mit geringer Produktivität im Allgemeinen trocken (Wüsten) oder trocken und kalt (arktische Tundra).
                                                                                                            • Zwischen diesen Extremen liegen gemäßigte Wald- und Graslandökosysteme mit gemäßigtem Klima und mittlerer Produktivität.
                                                                                                            • Diese klimatischen Kontraste können durch ein Maß dargestellt werden, das als tatsächliche Verdunstung bezeichnet wird, das ist die Wassermenge, die jährlich von Pflanzen verdunstet und von einer Landschaft verdunstet wird.
                                                                                                              • Die tatsächliche Verdunstung steigt mit dem Niederschlag und mit der Menge an Sonnenenergie, die zur Verfügung steht, um Verdunstung und Transpiration anzutreiben.
                                                                                                              • Landwirte können ihre Ernteerträge mit dem richtigen Nährstoffgleichgewicht für den lokalen Boden und die Art der Kulturpflanzen maximieren.

                                                                                                              Konzept 54.3 Die Energieübertragung zwischen den trophischen Ebenen ist normalerweise weniger als 20 % effizient

                                                                                                              • Die Menge an chemischer Energie in der Nahrung der Verbraucher, die während eines bestimmten Zeitraums in ihre eigene neue Biomasse umgewandelt wird, wird als Sekundärproduktion eines Ökosystems bezeichnet.
                                                                                                              • Wir können die Effizienz von Tieren als Energiewandler mit der folgenden Gleichung messen:
                                                                                                                • Produktionseffizienz = Netto-Sekundärproduktion / Assimilation der Primärproduktion
                                                                                                                • Dies ist bei Organismen unterschiedlich.
                                                                                                                  • Vögel und Säugetiere haben im Allgemeinen eine geringe Produktionseffizienz zwischen 1% und 3%, da sie so viel Energie verbrauchen, um eine konstante Körpertemperatur aufrechtzuerhalten.
                                                                                                                  • Fische haben Produktionseffizienzen von etwa 10 %.
                                                                                                                  • Insekten sind sogar noch effizienter, mit einer Produktionseffizienz von durchschnittlich 40 %.
                                                                                                                  • Die trophischen Effizienzen müssen immer geringer sein als die Produktionseffizienzen, da sie nicht nur die durch die Atmung verlorene und im Kot enthaltene Energie berücksichtigen, sondern auch die Energie in organischem Material auf niedrigeren trophischen Ebenen, die nicht verbraucht wird.
                                                                                                                  • Die trophische Effizienz liegt normalerweise im Bereich von 5 bis 20 %.
                                                                                                                  • Mit anderen Worten, 80–95 % der Energie, die auf einer trophischen Ebene verfügbar ist, wird nicht auf die nächste übertragen.
                                                                                                                  • Wenn 10 % der Energie von Primärerzeugern an Primärverbraucher und 10 % dieser Energie an Sekundärverbraucher übertragen werden, steht nur 1 % der Nettoprimärproduktion für Sekundärverbraucher zur Verfügung.
                                                                                                                  • Die Größe jedes Blocks in der Pyramide ist proportional zur neuen Produktion jeder trophischen Ebene, ausgedrückt in Energieeinheiten.
                                                                                                                  • Die meisten Biomassepyramiden verengen sich stark von Primärproduzenten zu Fleischfressern der Spitzenklasse, weil die Energieübertragung so ineffizient ist.
                                                                                                                  • In einigen aquatischen Ökosystemen ist die Pyramide umgekehrt und die Primärverbraucher überwiegen die Produzenten.
                                                                                                                  • Solche umgekehrten Biomassepyramiden entstehen, weil die Produzenten – Phytoplankton – so schnell wachsen, sich vermehren und von Zooplankton verzehrt werden, dass sie nie eine große stehende Ernte entwickeln.
                                                                                                                  • Sie haben eine kurze Umsatzzeit, was bedeutet, dass sie im Vergleich zu ihrer Produktion eine geringe stehende Erntebiomasse aufweisen.
                                                                                                                    • Umschlagzeit = Biomasse der stehenden Ernte (mg/m2) / Produktion (mg/m2/Tag)
                                                                                                                    • Mit einigen Ausnahmen sind Raubtiere normalerweise größer als die Beute, die sie fressen.
                                                                                                                    • Raubtiere der Spitzenklasse sind in der Regel ziemlich große Tiere.
                                                                                                                    • Dadurch konzentriert sich die begrenzte Biomasse an der Spitze einer ökologischen Pyramide auf wenige große Individuen.
                                                                                                                    • Der Verzehr von Fleisch ist eine ineffiziente Art, die photosynthetische Produktion anzuzapfen.
                                                                                                                    • Die weltweite Landwirtschaft könnte viel mehr Menschen ernähren, wenn sich alle Menschen als Hauptkonsumenten ernähren und nur pflanzliches Material essen.

                                                                                                                    Pflanzenfresser verbrauchen einen kleinen Prozentsatz der Vegetation: die Hypothese der grünen Welt.

                                                                                                                    • Nach der Green-World-Hypothese verbrauchen Pflanzenfresser relativ wenig Pflanzenbiomasse, weil sie durch eine Vielzahl von Faktoren, darunter Raubtiere, Parasiten und Krankheiten, in Schach gehalten werden.
                                                                                                                    • Wie grün ist unsere Welt?
                                                                                                                      • 83 × 1010 Tonnen Kohlenstoff sind in der pflanzlichen Biomasse terrestrischer Ökosysteme gespeichert.
                                                                                                                      • Pflanzenfresser verbrauchen jährlich weniger als 17% der gesamten Nettoprimärproduktion.
                                                                                                                      • Pflanzen haben Abwehrkräfte gegen Pflanzenfresser.
                                                                                                                      • Nährstoffe, nicht die Energieversorgung, schränken Pflanzenfresser normalerweise ein.
                                                                                                                        • Tiere benötigen bestimmte Nährstoffe, die Pflanzen in relativ geringen Mengen liefern.
                                                                                                                        • Wachstum und Fortpflanzung vieler Pflanzenfresser sind durch die Verfügbarkeit essentieller Nährstoffe eingeschränkt.
                                                                                                                        • Temperatur und Feuchtigkeit können die Transportkapazitäten für Pflanzenfresser unter das Niveau beschränken, das die Vegetation abstreifen würde.
                                                                                                                        • Territoriales Verhalten und Konkurrenzverhalten können die Populationsdichte von Pflanzenfressern verringern.
                                                                                                                        • Parasiten, Raubtiere und Krankheiten begrenzen das Wachstum von Pflanzenfressern.
                                                                                                                        • Dies gilt für das Top-Down-Modell der Gemeinschaftsstruktur.

                                                                                                                        Konzept 54.4 Biologische und geochemische Prozesse bewegen Nährstoffe zwischen organischen und anorganischen Teilen des Ökosystems

                                                                                                                        • Chemische Elemente stehen Ökosystemen nur in begrenzten Mengen zur Verfügung.
                                                                                                                          • Das Leben auf der Erde hängt vom Recycling wesentlicher chemischer Elemente ab.
                                                                                                                          • Gasförmige Formen von Kohlenstoff, Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff kommen in der Atmosphäre vor, und Kreisläufe dieser Elemente sind global.
                                                                                                                          • Elemente, die in der Umwelt weniger mobil sind, wie Phosphor, Kalium, Kalzium und Spurenelemente, zirkulieren im Allgemeinen kurzfristig in einem stärker lokalisierten Maßstab.
                                                                                                                            • Der Boden ist das wichtigste abiotische Reservoir für diese Elemente.
                                                                                                                            • Jedes Reservoir wird durch zwei Merkmale definiert: ob es organische oder anorganische Materialien enthält und ob die Materialien direkt für die Verwendung durch Organismen verfügbar sind oder nicht.
                                                                                                                            • Ökologen untersuchen den chemischen Kreislauf, indem sie den von ihnen verfolgten Elementen winzige Mengen radioaktiver Isotope hinzufügen.

                                                                                                                            Es gibt eine Reihe wichtiger biogeochemischer Kreisläufe.

                                                                                                                            Der Wasserkreislauf

                                                                                                                            • Biologische Bedeutung
                                                                                                                              • Wasser ist für alle Organismen lebensnotwendig und seine Verfügbarkeit beeinflusst die Geschwindigkeit von Ökosystemprozessen.
                                                                                                                              • Flüssiges Wasser ist die primäre Form, in der Wasser verwendet wird.
                                                                                                                              • Die Ozeane enthalten 97 % des Wassers der Biosphäre.
                                                                                                                              • 2 % sind als Eis gebunden und 1 % in Seen, Flüssen und Grundwasser.
                                                                                                                              • Eine vernachlässigbare Menge befindet sich in der Atmosphäre.
                                                                                                                              • Die Hauptprozesse, die den Wasserkreislauf antreiben, sind die Verdunstung von flüssigem Wasser durch Sonnenenergie, die Kondensation von Wasserdampf zu Wolken und Niederschlag.
                                                                                                                              • Durch die Transpiration von Landpflanzen werden erhebliche Wassermengen bewegt.
                                                                                                                              • Oberflächen- und Grundwasserströmungen führen Wasser in die Ozeane zurück.

                                                                                                                              Der Kohlenstoffkreislauf

                                                                                                                              • Biologische Bedeutung
                                                                                                                                • Organische Moleküle haben ein Kohlenstoffgerüst.
                                                                                                                                • Autotrophe wandeln Kohlendioxid in organische Moleküle um, die von Heterotrophen verwendet werden.
                                                                                                                                • Zu den wichtigsten Kohlenstoffspeichern zählen fossile Brennstoffe, Böden, aquatische Sedimente, die Ozeane, pflanzliche und tierische Biomasse sowie die Atmosphäre (CO2).
                                                                                                                                • Die Photosynthese von Pflanzen und Phytoplankton fixiert atmosphärisches CO2.
                                                                                                                                • CO2 wird der Atmosphäre durch die Zellatmung von Erzeugern und Verbrauchern zugeführt.
                                                                                                                                • Vulkane und die Verbrennung fossiler Brennstoffe fügen der Atmosphäre CO2 hinzu.

                                                                                                                                Der Stickstoffkreislauf

                                                                                                                                • Biologische Bedeutung
                                                                                                                                  • Stickstoff ist ein Bestandteil von Aminosäuren, Proteinen und Nukleinsäuren.
                                                                                                                                  • Es kann ein limitierender Pflanzennährstoff sein.
                                                                                                                                  • Pflanzen und Algen können Ammonium (NH4+) oder Nitrat (NO3?) verwenden.
                                                                                                                                  • Verschiedene Bakterien können auch NH4+, NO3? oder NO2 verwenden.
                                                                                                                                  • Tiere können nur organische Formen von Stickstoff verwenden.
                                                                                                                                  • Das wichtigste Stickstoffreservoir ist die Atmosphäre, die zu 80 % aus Stickstoffgas (N2) besteht.
                                                                                                                                  • Stickstoff ist auch in Böden und Sedimenten von Seen, Flüssen und Ozeanen gebunden.
                                                                                                                                  • Ein Teil des Stickstoffs ist in Oberflächenwasser und Grundwasser gelöst.
                                                                                                                                  • Stickstoff wird in lebender Biomasse gespeichert.
                                                                                                                                  • Stickstoff gelangt hauptsächlich durch bakterielle Stickstofffixierung in Ökosysteme.
                                                                                                                                    • Ein Teil des Stickstoffs wird durch Blitzeinschlag und industrielle Düngemittelproduktion fixiert.

                                                                                                                                    Der Phosphorkreislauf

                                                                                                                                    • Biologische Bedeutung
                                                                                                                                      • Phosphor ist ein Bestandteil von Nukleinsäuren, Phospholipiden und ATP und anderen energiespeichernden Molekülen.
                                                                                                                                      • Es ist ein mineralischer Bestandteil von Knochen und Zähnen.
                                                                                                                                      • Die einzige biologisch wichtige anorganische Form von Phosphor ist Phosphat (PO43?), das Pflanzen aufnehmen und zur Synthese organischer Verbindungen verwenden.
                                                                                                                                      • Das wichtigste Phosphorreservoir sind Sedimentgesteine ​​marinen Ursprungs.
                                                                                                                                      • Auch in Böden, gelöst in den Ozeanen und in Organismen gibt es große Mengen an Phosphor.
                                                                                                                                      • Durch die Verwitterung von Gesteinen wird dem Boden allmählich Phosphat hinzugefügt.
                                                                                                                                      • Ein Teil des Phosphats gelangt in Grund- und Oberflächenwasser und gelangt ins Meer.
                                                                                                                                      • Phosphat kann von den Herstellern aufgenommen und in organisches Material eingebaut werden.
                                                                                                                                      • Es wird durch den Abbau von Biomasse oder die Ausscheidung von Verbrauchern in den Boden oder ins Wasser zurückgeführt.

                                                                                                                                      Die Abbauraten bestimmen weitgehend die Raten des Nährstoffkreislaufs.

                                                                                                                                      • Die Geschwindigkeiten, mit denen Nährstoffe in verschiedenen Ökosystemen zirkulieren, sind aufgrund unterschiedlicher Zersetzungsgeschwindigkeiten äußerst variabel.
                                                                                                                                        • Die Zersetzung dauert in gemäßigten Wäldern durchschnittlich vier bis sechs Jahre, während sich in einem tropischen Regenwald das meiste organische Material in wenigen Monaten bis einigen Jahren zersetzt.
                                                                                                                                        • Der Unterschied ist hauptsächlich auf wärmere Temperaturen und reichlichere Niederschläge in den tropischen Regenwäldern zurückzuführen.
                                                                                                                                        • 75% der Nährstoffe im Ökosystem sind in den verholzten Stämmen von Bäumen enthalten.
                                                                                                                                        • 10 % der Nährstoffe sind im Boden konzentriert.
                                                                                                                                        • Allerdings nehmen Algen und Wasserpflanzen Nährstoffe meist direkt aus dem Wasser auf.
                                                                                                                                        • Aquatische Sedimente können eine Nährstoffsenke darstellen.

                                                                                                                                        Der Nährstoffkreislauf wird stark durch die Vegetation reguliert.

                                                                                                                                        • Die ökologische Langzeitforschung (LTER) beobachtet die Dynamik von Ökosystemen über lange Zeiträume.
                                                                                                                                          • Der Hubbard Brook Experimental Forest wird seit 1963 untersucht.
                                                                                                                                          • Das Untersuchungsgebiet ist ein Laubwald mit mehreren Tälern, die jeweils von einem kleinen Bach entwässert werden, der ein Nebenfluss des Hubbard Brook ist.
                                                                                                                                          • Das gesamte ursprüngliche Pflanzenmaterial wurde an Ort und Stelle gelassen, um sich zu zersetzen.
                                                                                                                                          • Die Konzentration von Ca2+ im Bach vervierfachte sich, während die Konzentration von K+ um den Faktor 15 anstieg.
                                                                                                                                          • Der Nitratverlust wurde um den Faktor 60 erhöht.

                                                                                                                                          Konzept 54.5 Die menschliche Bevölkerung unterbricht chemische Kreisläufe in der gesamten Biosphäre

                                                                                                                                            Menschliche Aktivitäten und Technologien haben die trophische Struktur, den Energiefluss und den chemischen Kreislauf von Ökosystemen weltweit gestört.

                                                                                                                                          Die menschliche Bevölkerung transportiert Nährstoffe von einem Teil der Biosphäre in einen anderen.

                                                                                                                                          • Menschliche Aktivität greift in Nährstoffkreisläufe ein.
                                                                                                                                            • Nährstoffe aus landwirtschaftlichen Böden können in Bäche und Seen abfließen, Nährstoffe in einem Bereich abbauen, in einem anderen Überschuss verursachen und an beiden Orten chemische Kreisläufe stören.
                                                                                                                                            • Der Mensch fügt den Ökosystemen auch völlig neue Materialien hinzu – viele davon giftig.
                                                                                                                                            • Nach einiger Zeit kann der natürliche Nährstoffspeicher erschöpft sein.
                                                                                                                                            • Der Boden kann ohne Nährstoffergänzung nicht für den Anbau von Pflanzen verwendet werden.
                                                                                                                                            • Das Pflügen und Mischen des Bodens erhöht die Zersetzungsrate der organischen Substanz, wodurch nutzbarer Stickstoff freigesetzt wird, der dann bei der Ernte aus dem Ökosystem entfernt wird.
                                                                                                                                            • Dies kann die Menge an Stickoxiden in der Atmosphäre erhöhen und zur Erwärmung der Atmosphäre, zum Abbau von Ozon und möglicherweise zu saurem Niederschlag beitragen.
                                                                                                                                            • Stickstoffhaltige Mineralien im Boden, die die kritische Belastung überschreiten, gelangen schließlich ins Grundwasser oder gelangen in Süßwasser- und Meeresökosysteme, kontaminieren die Wasserversorgung, ersticken Wasserwege und töten Fische.
                                                                                                                                            • In einem oligotrophen See ist die Primärproduktivität relativ gering, da die von Phytoplankton benötigten Mineralnährstoffe knapp sind.
                                                                                                                                            • Die Gesamtproduktivität ist in eutrophen Seen höher.
                                                                                                                                            • Abwasser und Fabrikabfälle sowie der Abfluss tierischer Abfälle von Weiden und Viehhöfen haben viele Süßwasserbäche und Seen mit Stickstoff überlastet.
                                                                                                                                            • Dies führt zu einer explosionsartigen Zunahme der Dichte der photosynthetischen Organismen, die von der Nährstofflimitierung befreit sind.
                                                                                                                                            • Flache Bereiche werden mit Unkraut und Algen verstopft.
                                                                                                                                            • Da photosynthetische Organismen sterben und sich organisches Material am Seegrund ansammelt, nutzen Detritivoren den gesamten verfügbaren Sauerstoff in den tieferen Gewässern.
                                                                                                                                            • Dadurch können Fischarten eliminiert werden.

                                                                                                                                            Die Verbrennung fossiler Brennstoffe ist die Hauptursache für Säureausfällungen.

                                                                                                                                            • Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe werden Schwefel- und Stickstoffoxide freigesetzt, die mit Wasser in der Atmosphäre zu Schwefel- und Salpetersäure reagieren.
                                                                                                                                            • Diese Säuren fallen als saurer Niederschlag auf die Erde zurück – Regen, Schnee, Graupel oder Nebel mit einem pH-Wert unter 5,6.
                                                                                                                                            • Saure Niederschläge sind eher ein regionales oder globales Problem als ein lokales.
                                                                                                                                              • Die hohen Abgaskamine, die für Hütten und Kraftwerke gebaut wurden, exportieren das Problem weit in Windrichtung.
                                                                                                                                              • Bei verringertem pH-Wert werden Kalzium und andere Nährstoffe aus dem Boden ausgewaschen.
                                                                                                                                              • Die daraus resultierenden Nährstoffmängel beeinträchtigen die Gesundheit der Pflanzen und schränken ihr Wachstum ein.
                                                                                                                                              • Seen, die von Granitgestein unterlagert sind, haben aufgrund des niedrigen Bikarbonatgehalts eine schlechte Pufferkapazität.
                                                                                                                                              • In vielen Seen in Norwegen, Schweden und Kanada sind die Fischbestände mit sinkenden pH-Werten zurückgegangen.
                                                                                                                                                • Seeforellen sind in vielen kanadischen Seen wichtige Raubtiere.
                                                                                                                                                • Wenn sie durch säuretolerante Arten ersetzt werden, ändert sich die Dynamik der Nahrungsnetze in den Seen dramatisch.
                                                                                                                                                • Dadurch verbessert sich die Wasserchemie vieler Bäche und Süßwasserseen langsam.
                                                                                                                                                • Ökologen schätzen, dass es noch 10 bis 20 Jahre dauern wird, bis sich diese Ökosysteme erholen, selbst wenn die Emissionen weiter sinken.

                                                                                                                                                Toxine können sich in aufeinanderfolgenden trophischen Ebenen von Nahrungsnetzen anreichern.

                                                                                                                                                • Der Mensch bringt viele giftige Chemikalien in Ökosysteme ein.
                                                                                                                                                  • Diese Stoffe werden von Organismen aufgenommen und verstoffwechselt und können sich im Fettgewebe von Tieren anreichern.
                                                                                                                                                  • Diese Toxine werden in aufeinanderfolgenden trophischen Ebenen eines Nahrungsnetzes konzentrierter, ein Prozess, der als biologische Vergrößerung bezeichnet wird.
                                                                                                                                                    • Die Vergrößerung tritt auf, weil die Biomasse auf einer bestimmten trophischen Ebene aus einer viel größeren Biomasse produziert wird, die von der darunter liegenden Ebene aufgenommen wird.
                                                                                                                                                    • Daher sind Fleischfresser der Spitzenklasse die Organismen, die am stärksten von giftigen Verbindungen in der Umwelt betroffen sind.
                                                                                                                                                    • Quecksilber wurde beispielsweise routinemäßig in unlöslicher Form in Flüsse und Ozeane ausgestoßen.
                                                                                                                                                    • Bakterien im Bodenschlamm wandelten es in Methylquecksilber um, eine extrem giftige lösliche Verbindung, die sich im Gewebe von Organismen ansammelte, einschließlich Menschen, die in kontaminierten Gewässern fischten.

                                                                                                                                                    Menschliche Aktivitäten können den Klimawandel verursachen, indem sie das atmosphärische Kohlendioxid erhöhen.

                                                                                                                                                    • Seit der industriellen Revolution ist die CO2-Konzentration in der Atmosphäre durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe und durch Abholzung von Wäldern stark angestiegen.
                                                                                                                                                      • Die durchschnittliche CO2-Konzentration in der Umwelt betrug vor 1850 274 ​​ppm.
                                                                                                                                                      • Messungen im Jahr 1958 ergaben 316 ppm und sind heute auf 370 ppm angestiegen.
                                                                                                                                                      • Mais kann beispielsweise auf Farmen durch Weizen und Sojabohnen ersetzt werden.
                                                                                                                                                      • Die FACTS-1-Studie testet, wie erhöhtes CO2 das Baumwachstum, die Kohlenstoffkonzentration in Böden, die Insektenpopulation, die Bodenfeuchtigkeit, das Unterwuchspflanzenwachstum und andere Faktoren über einen Zeitraum von zehn Jahren beeinflusst.
                                                                                                                                                      • Wenn Lichtenergie auf die Erde trifft, wird ein Großteil davon von der Oberfläche reflektiert.
                                                                                                                                                        • CO2 bewirkt, dass die Erde einen Teil der Energie speichert, die normalerweise der Atmosphäre entweichen würde.
                                                                                                                                                          • Dieses Phänomen wird Treibhauseffekt genannt.
                                                                                                                                                          • Ohne diesen Effekt würde die durchschnittliche Lufttemperatur auf der Erde -18 °C betragen.
                                                                                                                                                          • Eine Reihe von Studien prognostiziert, dass sich die atmosphärische CO2-Konzentration bis zum Ende des 21.
                                                                                                                                                          • Wenn erhöhte Temperaturen zum Abschmelzen der polaren Eiskappen führen würden, würde der Meeresspiegel um schätzungsweise 100 m ansteigen und Küstengebiete 150 km landeinwärts von der heutigen Küstenlinie überfluten.
                                                                                                                                                          • Ein Erwärmungstrend würde auch die geografische Verteilung der Niederschläge verändern und die großen landwirtschaftlichen Gebiete der USA viel trockener machen.

                                                                                                                                                          Menschliche Aktivitäten bauen das atmosphärische Ozon ab.

                                                                                                                                                          • Das Leben auf der Erde wird durch eine O3- oder Ozonschicht, die sich in der unteren Stratosphäre befindet, vor den schädlichen Auswirkungen der ultravioletten Strahlung (UV) geschützt.
                                                                                                                                                          • Studien deuten darauf hin, dass die Ozonschicht seit 1975 allmählich „dünner“ wird.
                                                                                                                                                          • Die Zerstörung von Ozon ist wahrscheinlich auf die Ansammlung von FCKW oder Fluorchlorkohlenwasserstoffen zurückzuführen – Chemikalien, die in der Kühlung, als Treibmittel in Aerosoldosen und für bestimmte Herstellungsprozesse verwendet werden.
                                                                                                                                                            • Die Abbauprodukte dieser Chemikalien steigen in die Stratosphäre auf, wo das enthaltene Chlor mit Ozon reagiert und es zu O2 reduziert.
                                                                                                                                                              • Nachfolgende Reaktionen setzen das Chlor frei, sodass es in einer katalytischen Kettenreaktion mit anderen Ozonmolekülen reagieren kann.
                                                                                                                                                              • In den mittleren Breiten sind die Ozonwerte in den letzten 20 Jahren um 2–10 % zurückgegangen.
                                                                                                                                                              • Einige Wissenschaftler erwarten eine Zunahme von Hautkrebs und grauem Star sowie unvorhersehbare Auswirkungen auf Nutzpflanzen und natürliche Gemeinschaften.
                                                                                                                                                              • Selbst wenn alle Fluorchlorkohlenwasserstoffe heute weltweit verboten wären, werden die bereits in der Atmosphäre vorhandenen Chlormoleküle die Ozonwerte noch mindestens ein Jahrhundert lang senken.

                                                                                                                                                              Vortragsübersicht für Campbell/Reece Biology, 7. Auflage, © Pearson Education, Inc. 54-9


                                                                                                                                                              Schau das Video: Plastikmüll - So versinkt die Welt im Plastik (August 2022).