Ekosistem ve Madde Döngüleri

Ekosistemin Bileşenleri

• Cansız (abiyotik) faktörler: Işık, sıcaklık, su, toprak, mineraller, pH, iklim. Tolerans sınırları (Shelford) ve minimum yasası (Liebig): Büyüme, ihtiyaç duyulan ve en az bulunan faktörle sınırlanır.
• Canlı (biyotik) faktörler: Üreticiler (ototroflar): Fotosentez ya da kemosentez yapan canlılar. Tüketiciler (heterotroflar): Birincil (otçul), ikincil ve üçüncül tüketiciler (etçil), hepçiller. Ayrıştırıcılar: Bakteri ve mantarlar; ölü organik maddeleri inorganik maddelere dönüştürerek madde döngüsünü sürdürür. Detritivorlar (toprak solucanı) da ölü organik madde tüketir.

Enerji Akışı

• Enerji ekosisteme Güneş ışığıyla girer, üreticiler tarafından kimyasal enerjiye dönüştürülür ve besin zinciri boyunca tek yönlü akar; sonunda ısı olarak ekosistemden ayrılır. Enerji döngüsel değildir; madde döngüseldir.
• Besin zinciri ve besin ağı: Besin zincirleri birbirine bağlanarak besin ağını oluşturur; besin ağı karmaşık olan ekosistem daha kararlıdır.
• %10 kuralı (Lindeman): Bir beslenme düzeyinden diğerine enerjinin ortalama yalnız %10'u aktarılır; geri kalanı solunum (ısı), hareket ve sindirilemeyen kısımlar olarak kaybolur. Bu nedenle besin zincirleri genellikle 4-5 basamaktan uzun olmaz.
• Ekolojik piramitler: Enerji piramidi (her zaman düz), biyokütle piramidi (genellikle düz; denizlerde fitoplanktonlar nedeniyle ters olabilir), sayı piramidi (ters olabilir; bir ağaç üzerinde çok sayıda böcek).
• Biyolojik birikim (biyomagnifikasyon): Parçalanamayan zehirli maddeler (DDT, cıva, ağır metaller) besin zincirinin üst basamaklarında giderek daha yüksek derişimde birikir; en çok son tüketiciler etkilenir.
• Birincil üretim: Brüt birincil üretim (fotosentezle bağlanan toplam enerji), net birincil üretim (brüt − üreticinin solunumu). En verimli ekosistemler tropikal yağmur ormanları, haliçler ve mercan resifleridir.

Madde Döngüleri

• Su döngüsü: Buharlaşma, terleme (bitkiler), yoğunlaşma, yağış, yüzey akışı, yer altı suyuna sızma.
• Karbon döngüsü: Fotosentezle atmosferdeki CO₂ organik maddeye bağlanır; solunum, ayrıştırma ve yanma ile CO₂ atmosfere döner. Fosil yakıtlar ve kireç taşı uzun süreli karbon depolarıdır. Fosil yakıt kullanımı ve ormansızlaşma atmosferdeki CO₂'yi artırarak sera etkisini ve küresel iklim değişikliğini güçlendirir.
• Azot döngüsü: Atmosferdeki N₂ canlıların çoğu tarafından doğrudan kullanılamaz.
  • Azot bağlama (fiksasyon): Rhizobium (baklagil kök nodüllerinde), serbest yaşayan Azotobacter, siyanobakteriler; ayrıca yıldırım ve endüstriyel Haber-Bosch yöntemi. N₂ → NH₃.
  • Amonifikasyon: Ayrıştırıcılar organik azotu NH₃/NH₄⁺'e dönüştürür.
  • Nitrifikasyon: Nitrosomonas (NH₄⁺ → NO₂⁻) ve Nitrobacter (NO₂⁻ → NO₃⁻); kemosentetik bakteriler. Bitkiler azotu çoğunlukla nitrat olarak alır.
  • Denitrifikasyon: Oksijensiz ortamda bakterilerin nitratı N₂'ye dönüştürmesi.
• Fosfor döngüsü: Atmosfer aşaması yoktur; kayaçların aşınmasıyla fosfat toprağa ve suya geçer; DNA, ATP ve fosfolipitlerde bulunur. Gübrelerdeki fazla fosfat ve nitrat sulara karışınca ötrofikasyon (alg patlaması, oksijen azalması, balık ölümleri) olur.

Biyomlar

Tundra, tayga (iğne yapraklı orman), ılıman yaprak döken orman, tropikal yağmur ormanı (en yüksek biyolojik çeşitlilik), çayır ve bozkır, savan, çöl, Akdeniz makisi (çalı); sucul ekosistemler (tatlı su, haliç, deniz, mercan resifleri). Biyomların dağılışını belirleyen başlıca faktörler sıcaklık ve yağıştır.