Szerző: Höhn Mária
A növényi populáció közösségeire rászerveződve az állatok populációi és más lebontó szervezetek a környezeti elemekkel együttesen ökoszisztémákat építenek fel.
Az ökoszisztéma ily módon élő (populációk) és élettelen (környezeti elemek) komponensekből épül fel és egy olyan tér-idő egység, amelyben a komponensek között anyagforgalom és energiaáramlás zajlik. Az ökoszisztémák a bioszféra működési egységei. Minden földi élőlény valamely ökoszisztéma része, és abban meghatározott helyet foglal el, azaz valamelyik szinthez kapcsolódik. Fontos hangsúlyozni, hogy az ökoszisztéma nem egy külön szerveződési szint, hanem a populáció feletti szintek rendszerszemléletű tárgyalása (azaz egyféle ökológiai modellrendszer), amelynek segítségével a populációk egymás között illetve a környezettel fennálló kölcsönhatásai vizsgálhatók. (1. Ábra)
1. Ábra: Az ökoszisztéma vázlatos ábrája
Az ökoszisztéma működése
- Az ökoszisztéma szintjei között anyagforgalom – körforgás – zajlik. A szinteket ezért trofikus szinteknek is hívjuk. Az anyagforgalom a biogén elemek ciklusával írható le, mely a legfontosabb mutatók egyike. Egy ökoszisztéma jellemezhető például a C, N, O, H2O körfogásával és számos mineralogén ciklussal is. Utóbbiak azok az elemek, melyek körforgásuk során legalább egyszer kikerülve az anyagforgalomból, üledékekben tárolódnak illetve onnan aktiválódnak. Ilyenek például a P, S, Mg, Ca. Az egyik legfontosabb biogén elem a nitrogén körforgásának szerteágazó útját a 2. ábra mutatja be.
2. Ábra: A nitrogén körforgása az ökoszisztémában (Mátyás Cs. nyomán)
Az anyagforgalom szempontjából jellemző ökológiai funkciók különböztethetők meg az ökoszisztémákon belül. Az anyag szempontjából nyílt rendszer „bejáratai” a termelő szervezetek, amelyek szervetlen vegyületekből képesek – autotróf anyagcseréjük révén – elsődlegesen előállítani a rendszer szerves anyagait. A kész (élő) szervesanyag áramlása az ökoszisztémában a heterotróf, fogyasztó szervezetek révén valósul meg. Az elhalt szervesanyag hasznosítói a lebontók, amelyek tevékenysége révén akár szervetlenné válva az anyag teljesen kikerülhet a körforgásból (mineralizáció). Fontos megjegyezni, hogy az anyag hasznosítása a rendszerben állandó veszteséggel történik (légzési veszteség, emésztetlen táplálék, elvándorló élőlények stb.).
- Az energiaáramlás - egyirányú – a külső forrástól elindulva az energia szintek között egyirányban áramlik. A termodinamika tételei itt is messzemenően érvényesek, az energia nem tűnik el csak átalakul, valamint az energia áramlása közben veszteség képződik, amely hő formájában távozik.
- Az anyag körforgalma és az energia áramlás a tápláléklánc révén valósul meg. Ezek maximálisan 4-6 komponensből, láncszemből tevődnek össze. Az ennél nagyobb komponens szám már nem működik eléggé gazdaságosan.
Tápláléklánc lehet specifikus, amikor minden láncszembe egy meghatározott populáció lép be. Táplálék hálózatról beszélünk akkor, ha a láncszemek mindegyikébe véletlenszerűen is bekapcsolódhatnak populációk, és a láncszemek igen változatos hálózata alakulhat ki (3. Ábra).
3. Ábra: Táplálékláncok és hálózatok különböző típusai
Az ökoszisztémák jellemzése kapcsán olyan mutatók alkalmazhatók, amelyek az ökoszisztéma állapotára adnak információt.
Ilyenek:
- A produkció (egységre eső biomassza produktum):
Az autotróf szervezetek által szervetlen összetevőkből felépített szervesanyagot primér produkciónak hívjuk. Erre épül az ökoszisztéma minden további komponense. A primér produkciót értékesítő, azt átalakító fogyasztók által létrehozott szervesanyag a szekundér produktum. A táplálékláncon áthaladva az anyag egy része elvész és természetszerűleg energiaveszteség lép fel. Az elsődleges fogyasztók a primér produkcióból származó energia mindössze 10%-hoz férnek hozzá, amásodlagos fogyasztók 1%-hoz, míg a harmadlagos fogyasztók kevesebb mint 1 %-hoz.
Egy adott időpontban, az ökoszisztémában meghatározható ún. biomassza az élő szervezetek testébe beépült össz-szervesanyag tömeget jelenti. Ez az érték vonatkoztatható egyedre, populációra, biocönőzisra vagy akár egész biomra is. A primér produkcióból származó növényi szervesanyagot fitomasszának nevezzük. A biomassza mennyiségét bármely ökoszisztémában a létrehozott szervesanyag és a lebomlásban elhasználódott (légzés során elégetett) szervesanyag egyenlege adja. A produkciót az időegység alatt képződött biomassza mennyiségével is leírhatjuk.
Ezért további mutatók lehetnek fontos információszolgáltatók az ökoszisztéma számára mint:
- Az egységnyi felületre eső fotoszintézis ráta, vagy a légzési hányados.
- A detritus (hulladék) mennyisége és felhalmozódásának mértéke.
Az ökoszisztémát jól jellemzik továbbá a komponensei, így a fajdiverzitás és funkcionális csoportok mérete, aránya. Ha az ökoszisztémák egyensúlya megbomlik paraméterei szignifikánsan megváltoznak, és jelzik a változást.
Az ökoszisztéma feltételek a földtörténet során már több mint 3 milliárd éve kialakultak, és a rendszerek működése akadálytalan volt. Egykoron csak természetes ökoszisztémák léteztek, melyek összetételükben változtak ugyan, de szerkezetükben ugyanúgy maradtak fönn.
Az utóbbi 5000 év során a földi ökoszisztémákban drasztikus változások léptek fel, ami az emberi civilizáció kialakulásával függ össze. A civilizált ember kilépett az ökoszisztéma kötelékéből, és a rendszereket kívülről alakította, formálta át. Az ún. antropogén korban a természetes ökoszisztémák folyamatosan fogyatkoznak és megjelentek a mesterséges és rom ökoszisztémák. Két utóbbi egymástól abban különbözik, hogy a mesterséges ökoszisztémák bár bolygatottak, egyensúlyi helyzetüket fenn tudják még tartani. A romökoszisztémák azok, melyek fenntartása és működtetése csak hathatós emberi tevékenység mellett valósul meg. Ilyenek például a kultúr ökoszisztémák, mint a szántók és parlagok, zöldterületek (1. táblázat).
A mesterséges rendszerek túlsúlya mára az egész Földön rendkívüli módon megnövekedett. A jégmentes szárazulatok több mint 50%-a mára már bolygatott. Magyarország területének 85%-át mesterséges rendszerek uralják.
Tudni kell azt is, hogy az urbán ökoszisztémák ahol az emberiség több mint fele koncentrálódik a szárazföldnek csak 7% -át borítják.
Ma már az ember által nem bolygatott, természetes ökoszisztémákban is érvényesülnek negatív hatások, ilyen a légköri CO2 koncentrációjának növekedése vagy a gyakori savas esők, az ózonpajzs megritkulása.
1. Táblázat: A természetes és kultúr-ökoszisztéma jellemzőinek összehasonlítása (Vida 2004)
természetes |
kultúr |
|
fajszám |
magas |
többnyire alacsony (monokultúra) |
genetikai diverzitás |
általában magas |
alacsony |
biomassza |
nagy mennyiségű |
kevesebb (kicsi) |
energiaforrás |
napfény |
napfény + (művelés adalék) |
anyagforgalom |
kiegyensúlyozott, zárt ciklusokban |
nem kiegyensúlyozott: humuszfogyás, kimosódás, terményelhordás … |
szerves anyag átalakulás |
az autotrófia fontosabb, fotoszintézis útján |
hangsúlyosabb lehet a heterotrófia |
szerveződés |
evolúciós információ alapján |
emberi tudás révén |
Az emberi élet, létünk alapfeltétele az, hogy a minket körülvevő ökoszisztémák hatékonyan működjenek és hasznos működésük, produkciójuk eredményeképpen a létrejött javakhoz megfelelő mértékben hozzájussunk. Az ún. ökoszisztéma szolgáltatásokból megfelelő módon csak akkor részesülhetünk, ha a rendszerek működése zavartalan. A produkció mértéktelen felhasználása, az ökoszisztémák kizsigerelése az összeomláshoz vezethet. Erre ma már számos példa ismert. Tájak, ember által egykoron sűrűn lakott vidékek váltak néptelenné az ökoszisztéma összeomlása és az élőhelyek leromlása miatt.
Napjainkban ezért egyre gyakrabban használt ökoszisztéma mutató az ökológiai lábnyom, amellyel jól számszerűsíthető, hogy az emberek életmódja mekkora hatással van a természeti rendszerekre.
pl. egy földlakó ökológiai lábnyoma kb. 2,3 hektár, ezzel szemben minden emberre csupán 1,9 hektár terület jutna.
Az ökológiai szolgáltatások ésszerű felhasználása ezért mindannyiunk érdeke. Technológiai megoldásokkal ugyanis nem enyhíthető a kieső szolgáltatások által fellépő hiány. Sajnos, ezen felismerés napjainkban kezd tudatosulni és még mindig nem tudjuk kellőképpen kezelni a negatív hatásokat. A civilizált ember azzal, hogy kilépett az ökoszisztémák szoros kötelékéből, és kívülről próbálta azt átalakítani, miközben a produkciót mértéktelenül használta fel, egyértelműen negatív változásokat indított el. Az emberi hatás okozta káros következmények degradációt idéztek elő.
Az ember okozta degradáció következményei:
Ma már a bioszféra válságáról beszélünk, mert az erőforrások eltűnőben, kimerülőben vannak, a hulladék felhalmozódás átlépte a tárolási kapacitásokat és a lakókörnyezetek egy része már élhetetlenné vált! Szemléletváltással azonban az ökoszisztémák életben tarthatók és megismerésük, megfelelő kezelésük a fenntarthatóságot eredményezheti az ember számára.
Cain, M., Bowman, V.D., Hacker, S.D. 2011. Ecology. (2nd ed). Sinauer Associates Inc.
Mátyás Cs. 1997: Erdészeti Ökológia. Mezőgazda kiadó, Budapest.
Pásztor E., Oborny B. (szerk.) 2007: Ökológia. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest.
Székely Pál (1983): Ökológia. Kislexikon. Natura.
Simon T. (szerk.) (2001): Növényföldrajz, Társulástan és Ökológia. Tankönyvkiadó, Budapest.
Turcsányi G. (szerk.) 1998: Mezőgazdasági növénytan. Mezőgazdasági Szaktudás Kiadó, Budapest. 2. kiadás
Vida G. 2004. Helyünk a bioszférában. Neumann Kht. Budapest
Az "Angol és magyar nyelvű, digitális tananyagok fejlesztése a BCE kertészettudományi kar kertészmérnök és multiple degree hallgatói számára" pályázat a TÁMOP-4.1.2.A/1-11/1-2011-0028 pályázati projektek támogatásával készült.