Ugrás a tartalomhoz

Növénytan

Az ökoszisztéma

Az ökoszisztéma

Az ökoszisztéma valamely ökológiai objektum /szuprain- dividuális szerveződési szint/ rendszerként értelmezett absztrakciója. Emiatt az ökoszisztémába nem lehet belépni és abban közlekedni sem lehet. A társulást pl. ökoszisztémaként úgy vizsgáljuk, hogy abból mint funkcionális egységből kiemelünk egy dinamikus aspektust - az anyag-, az energia- vagy az információforgalmat - és azt rendszermodellként írjuk le, ábrázoljuk, illetve használjuk. Az ökoszisztémában, mint rendszermodellben, a mérnökök által alkotott rendszerektől eltérően az élőlények populációi a közöttük kialakult kapcsolatok révén önszabályozó működést valósítanak meg. Ennek a rendszernek a jellemzőit és állapotváltozásait az ökológiai tényezők (pl. fény, víz, hő, tápanyagok, konkurenciaviszonyok, tolerancia) erősen befolyásolják. Az ökoszisztéma tehát ökológiailag meghatározott, összetett, heterogén, bizonyos fokú stabilitással és ellenállóképességgel rendelkező rendszer, amit három jellemző tulajdonság - a tömeg, az energia- és az információ-tartalom - alakulásával jellemezhetünk. Négy legfontosabb alkotója az alábbi:

Erdő anyagforgalmának ökoszisztéma-modellje (A:talaj; B:kimosódás; C:gyepszint; D:állati fogyasztás; E:avar; F:eső; G:fatörzs; H:faágak; I:levelek; J:eső általi kimosás;K: lebontás)
Erdő anyagforgalmának ökoszisztéma-modellje (A:talaj; B:kimosódás; C:gyepszint; D:állati fogyasztás; E:avar; F:eső; G:fatörzs; H:faágak; I:levelek; J:eső általi kimosás;K: lebontás)

- az élettelen anyagok, pl. víz, tápanyagok, szén-dioxid;

- a termelő (producens vagy konstruktív) szervezetek /autotróf növények/,[1812] amelyek szervetlen anyagokból szerves vegyületeket állítanak elő;

- a fogyasztó vagy raktározó (konzumens vagy akkumulatív) szervezetek (főként állatok), amelyek közvetlenül vagy közvetve a termelő szervezetek által előállított szerves anyagokat fogyasztják, és

- a lebontó (reducens vagy dekomponáló) szervezetek - főként baktériumok és gombák -, amelyek az elhalt szervezetek szerves vegyületeit szervetlenekké alakítják (mineralizálják).

Az ökoszisztémában a folyamatok a táplálkozási (trofikus) szintek közreműködésével valósulnak meg. Ezek az alábbiak:

1. a zöld növények, amelyek táplálékul szolgálnak a növényevő állatoknak;

2. a növényevő állatok, amelyekkel a ragadozók táplálkoznak;

3. a ragadozók;

4. a lebontók, amelyek az összes többi trofikus szint elpusztult szervezetével táplálkoznak.

Az energia a trofikus szinteken áthalad, nem végez körforgást. A tápanyagok ezzel szemben - az ún. biogeokémiai ciklusokban[1813] - állandó körforgásban vesznek részt. Az energiaáramlás mindig a tápanyagok áramlása révén valósul meg. Az ökoszisztéma szervezeteinek létfeltételeit alapvetően a környezet rájuk ható fizikai és kémiai tényezői határozzák meg; az adott feltételek között életképes szervezetek közül azonban több kiszorul a versengés (kompetíció) következtében. A populációk méretüket önszabályozás révén a rendelkezésre álló tápanyag- és energiaforráshoz igazítják, aminek révén egy állapottartó (homeosztatikus) helyzetet érnek el. Viszonylag állandó környezeti feltételek mellett az ökoszisztéma a szukcesszió révén fokozatosan "érettebb" állapotúvá változik, amelynek jellemzője, hogy az előző állapotokhoz képest nagyobb a faj-egyed diverzitása[1814] és a stabilitása, és rendszeresebb az anyag-, valamint energiaforgalma.

Az ökoszisztémát a Nap fényenergiája működteti. A rendszer meghatározó szervezetei a napfény energiáját megkötő zöld növények. Az ökoszisztéma legfontosabb folyamatai az anyag- és az energiaáramlás. A rendszert alrendszerek alkotják, amelyek egyenként is vizsgálhatók. A különböző alrendszerek állapota, működése egymást befolyásolja. A hatásokra az egész rendszer másképp reagál, mint az alrendszerei. Az anyagkörforgalomban a legfontosabbak a szén, a nitrogén, az oxigén, a foszfor és a víz ciklusai. Az ökoszisztéma fontos jellemzője, hogy milyen sebességű az anyagok importja, exportja, és milyen hosszú azok tárolási ideje az egész rendszerben, illetve annak alrendszereiben. Az anyagforgalom jellemzője a kicserélődési arány (turnover rate), amely azt fejezi ki, hogy a rendszer (alrendszer) valamely anyagmennyisége milyen sebességgel adja át a helyét egy másiknak.

A szén körforgása a természetben
A szén körforgása a természetben

A nitrogén körforgása a természetben
A nitrogén körforgása a természetben

A víz körforgása
A víz körforgása

A rendszerszemléletű ökológia a rendszerelemzés matematikai módszereit veszi igénybe az ökoszisztémák anyag-, energia- és információforgalmának vizsgálatára. A rendszerként értelmezett, lehatárolt objektumot a rendszerelemző strukturális és funkcionális elemekre (kompartmentekre, ilyenek pl. a trofikus csoportok) bontja, és ezek adott körülmények közötti állapotjellemzőit -¨pl. biomassza,[1815] elem-, energia- vagy információtartalom - meghatározza. A kompartmentek közötti be- és kimenetek (input, output) számszerűsítését követi a matematikai analízis, amelynek során a rendszer különböző időpontokban jellemző állapotait vagy azok változását matematikai modellek felhasználásával számítógépen elemzik. Ezek a modellek determinisztikus jellegűek,[1816] szimulációra[1817] és előrejelzésre adnak lehetőséget. Segítségükkel adott kezdeti állapotokból és a várható állapotváltozásokból következtetni lehet arra, hogy milyen lesz az állapot bizonyos idő elteltével, mikor ér el a rendszer egy meghatározott állapotot, illetve a körülmények változtatása (szimuláció) várhatólag milyen változásokat eredményez. A determinisztikus jellegű vizsgálatok mellett a sztochasztikus modellek[1818] alkalmazása is rendkívül fontos az ökoszisztéma-kutatásban.



[1812] Autotrófok mindazok a szervezetek, amelyek szervetlen anyagokból szerves anyagokat állítanak elő.

[1813] Biogeokémiai ciklus a kémiai anyagok körforgása, amelynek során azok az élettelen környezetből az élőlényekbe, majd az élőlényekből vissza az élettelen környezetbe jutnak.

[1814] Fajgazdagság alatt egy terület (vízben, levegőben, talajban stb. egy adott térfogat) fajainak számát értjük. A faj-egyed diverzitás rendszerint egy matematikai képlet (pl. Shannon-Wiener index, Simpson-index) segítségével nemcsak a fajszámot, hanem az egyedek fajok közötti megoszlását is figyelembe veszi.

[1815] Biomassza a bioszféra egy adott területén vagy térfogatában lévő élőlények adott időpontban mérhető össztömege.

[1816] A determinisztikus modell olyan folyamatmodell, amelyben a folyamat kimenetele adott körülmények között egyértelműen meghatározott.

[1817] A szimuláció nagyon bonyolult rendszerek folyamatainak modellezésére használt  - rendszerint számítógépes - eljárás. Segítségével a változók és a paraméterek tetszés szerinti megváltoztatásával számba lehet venni, hogy a rendszer a legkülönbözőbb körülmények között hogyan alakul.

[1818] A sztochasztikus modell olyan folyamatmodell, amelyben a folyamat alakulását előre nem látható, véletlen hatások befolyásolják. A populáció- és a társulásdinamikai folyamatok rendszerint sztochasztikusak. A sztochasztikus folyamatok szimulációjakor a valószínűségi változók értékeit ún. sztochasztikus szimulációval (Monte-Carlo-módszer) generálják, és sok futtatás eredményének eloszlásából vonnak le következtetéseket.