Ecosystemen

1. Ecologie in een notendop

Het is onmogelijk om het over biodiversiteit te hebben zonder het belang van de interacties tussen levende wezens en hun omgeving aan te kaarten. De ecologie bestudeert deze complexe wisselwerking tussen levende organismen, bodem, atmosfeer en water, zowel op het niveau van het individu, de populatie, de levensgemeenschap, het ecosysteem, het bioom als de biosfeer. Op die manier levert de ecologie een holistisch beeld van de biodiversiteit.

a. Het leven op aarde in stukjes

Al het leven op aarde komt voor in de biosfeer, een relatief dunne en onregelmatige laag die zich uitstrekt over 29% land- en 71% zeeoppervlakte. Aangezien de meeste organismen rechtstreeks of onrechtstreeks afhangen van zonlicht, komen de meeste soorten voor in dat deel van de biosfeer dat door de zon wordt bereikt: al het land, en de bovenste 100-tal meter van meren en oceanen.

Op basis van hydrogeologische en klimatologische eigenschappen worden binnen de biosfeer verschillende terrestrische, zoetwater- en mariene biomen onderscheiden (zie figuur). Hoewel de soortensamenstelling er erg verschillend kan zijn, functioneren de ecosystemen binnen een bepaald bioom gelijkaardig. Zo zullen verschillende tropische bossen steeds bepaalde eigenschappen in nutriëntencycli en biomassa gemeenschappelijk hebben, waarin ze verschillen met de andere biomen. Daarom worden biomen ook wel gedefinieerd als een ‘geheel van ecosystemen’.

Het ecosysteem zelf is een dynamisch geheel van planten, dieren, zwammen en micro-organismen en hun niet-levende omgeving, die op een bepaalde plaats een functionele eenheid vormen. Het bestaat dus enerzijds uit een levensgemeenschap: alle organismen die binnen een bepaald gebied met elkaar interageren. De fysische omgeving waarin deze gemeenschap leeft wordt een biotoop genoemd. Binnen de levensgemeenschap vormen alle individuen van dezelfde soort een populatie.

Binnen een biotoop heeft elke soort of populatie dan weer zijn eigen specifieke woongebied of habitat: een leefomgeving waarin een bepaalde soort voedsel, water, beschutting en ruimte vindt, aangepast aan haar behoeften. In de ecologie wordt tenslotte ook gesproken van niches. Een niche is geen plaats, maar wel een specifieke functie die een soort in een ecosysteem vervuld. In hetzelfde biotoop kunnen geen twee soorten samenleven met precies dezelfde niche.

b. Ecosystemen: bondige beschrijving

Het ecosysteem is een dynamisch geheel van planten, dieren, zwammen en micro-organismen en hun niet-levende omgeving, die op een bepaalde plaats een functionele eenheid vormen. Het ecosysteem bestaat dus uit twee elementen:

• een biotoop (een omgeving met fysische en chemische kenmerken), en
• een levensgemeenschap (een geheel van organismen van dezelfde en verschillende soorten die erin leven).

In een ecosysteem spelen dus zowel levende (biotische) als niet-levende (abiotische) componenten een rol. Abiotische kenmerken als temperatuur, lichtsterkte, vochtigheidsgraad, bodemgesteldheid en de samenstelling van de lucht vormen de basis van het ecosysteem. Ze bepalen in sterke mate het vegetatietype, en op die manier ook de dieren die er voorkomen. De biotische factoren zijn de invloeden die uitgaan van levende organismen, zoals de dichtheid van de plantengroei, de hoeveelheid beschikbaar voedsel en de aanwezigheid van predatoren en parasieten.

Biotische en abiotische factoren zijn dicht met elkaar verweven, en oefenen onderling een belangrijke invloed uit. De dichtheid van de plantengroei in een bos of een poel bepaalt bijvoorbeeld mee de lichtsterkte en de temperatuur. Planteneters hebben een invloed op de dichtheid en de aard van de plantengroei, en hun aantal wordt dan weer onder controle gehouden door predatoren. Een ecosysteem bestaat dus enkel dankzij een intensieve wisselwerking tussen alle componenten, en het wegnemen of toevoegen van een component kan verstrekkende gevolgen hebben.

Ecosystemen zijn er in allerlei maten en vormen; het hangt er maar vanaf wat je precies bestudeert. Zo kan een ecosysteem een kleine ruimte omvatten (haag, poel) of heel wat groter zijn (Zoniënwoud). De Noordzee, een koraalrif, een woestijn, een boom met haar inwoners, een mierenhoop of een druppel water: het zijn allemaal voorbeelden van ecosystemen.

De belangrijkste ecosystemen in België zijn de loof- en naaldbossen, gras- en weilanden, heiden en duinen, vennen en moerassen, meren en rivieren en het Noordzee-ecosysteem.

c. Leven in de brouwerij

Alle leven op aarde is afhankelijk van de omzetting van zonne-energie tot chemische energie doormiddel van fotosynthese. Deze omzetting gebeurt door producenten: groene planten, die anorganische stoffen omzetten tot organisch materiaal en zuurstof. Planten voorzien zo in hun eigen voedsel; ze worden daarom autotroof genoemd.

Alle andere levende organismen zijn voor hun voedsel afhankelijk van planten. Ze hebben organische stoffen (m.a.w. planten of andere dieren) nodig om te overleven; ze worden daarom heterotroof genoemd. Heterotrofe organismen die zich uitsluitend voeden met planten worden planteneters of herbivoren genoemd. Vleeseters of carnivoren leven van herbivoren of van andere carnivoren. Alleseters of omnivoren eten zowel plantaardig als dierlijk materiaal. Organismen die leven van dood materiaal worden afvaleters of detrivoren genoemd.

De opeenvolging van ‘eten en gegeten worden’ van verschillende organismen wordt de voedselketen genoemd. Voedselketens staan binnen een ecosysteem met elkaar in verbinding, en vormen samen een voedselweb.

Op basis van hun plaats in de voedselketen worden organismen binnen een ecosysteem ondergebracht in een trofisch niveau. De producenten staan aan de basis van de trofische structuur. Zij worden gegeten door herbivoren, die ‘consumenten van de eerste orde’ worden genoemd. Op het derde niveau staan de ‘consumenten van de tweede orde’: de vleeseters die zich voeden met herbivoren. De volgende niveaus worden ingenomen door de predatoren van vleeseters. Alleseters zijn steeds consumenten, maar kunnen afhankelijk van de omstandigheden op verschillende niveaus van de trofische structuur worden geplaatst. Een voedselketen bestaat meestal uit niet meer dan drie of vier niveaus.

Wanneer producenten of consumenten sterven, wordt het dode materiaal dat achterblijft ontbonden tot anorganisch materiaal door ontbinders of reducenten. Deze organismen (vooral bacteriën en zwammen) zorgen zo voor de recyclage van nutriënten (mineralisatie). Dit is onontbeerlijk voor de cyclus van nutriënten of voedingstoffen als koolstof, stikstof, fosfor en zwavel. Er is op aarde maar een beperkte voorraad voedingsstoffen aanwezig, en de reducenten zorgen ervoor dat deze opnieuw beschikbaar zijn voor opname door planten.

d. De mens in de voedselketen

Als toppredator en omnivoor is de mens alomtegenwoordig in zowat alle voedselketens op aarde. Maar we zijn niet enkel voor ons voedsel afhankelijk van de ecologische processen die zich binnen de ecosystemen afspelen. Ook de productie van zuurstof, medicijnen en bouwmaterialen, de zuivering van water, de bestuiving van gewassen, de regulering van het klimaat en nog vele andere ecosysteemdiensten dankt de mens aan de werking van ecosystemen.

We hebben er dus alle baat bij dat ecosystemen zo min mogelijk worden verstoord. De zoektocht van de almaar groeiende wereldbevolking naar levensnoodzakelijke of verrijkende producten zorgt er echter voor dat de biodiversiteit wordt aangetast, en die invloeden dringen door tot in alle niveaus van de rijkdom aan ecosystemen.

> Zie het hoofdstuk ‘Biodiversiteit geeft je (een) leven’ voor meer informatie over ecosysteemdiensten

2. Ecosystemen en het verlies van biodiversiteit

 De aanwezigheid van producten als zuiver water, zuurstof, voedsel en brandstoffen zijn zo voor de hand liggend, dat we er doorgaans niet bij stil staan waar ze vandaan komen. Het is moeilijk in te beelden dat de mens zo’n fundamentele ecosysteemdiensten zou kunnen vernietigen. Toch zijn heel wat ecosystemen (en daarmee ook de diensten die ze leveren) ernstig bedreigd door de manier waarop de exponentieel groeiende menselijke bevolking aan haar steeds toenemende behoeften wil voldoen. De bedreigingen zijn zo talrijk en divers, dat ecosystemen niet meer in staat zijn hun dynamisch evenwicht te herstellen.

a. Evenwichtig, maar dynamisch

Ecosystemen blijven niet onveranderd in tijd en ruimte. Het zijn systemen die voortdurend evolueren. Elk organisme speelt een welbepaalde rol: planten produceren organische stoffen en zuurstof, worden gegeten door planteneters, die op hun beurt ten prooi vallen van predatoren, enz. Al deze interacties compenseren elkaar, waardoor een biologisch dynamisch evenwicht wordt bereikt.

De dynamiek van een ecosysteem kan je bijvoorbeeld perfect bekijken aan de hand van de successie van een stukje Belgische natuur. Als deze ongestoord haar gang kan gaan, zal er bijna altijd een bosgemeenschap ontstaan. Tijdens de verschillende fases van deze ontwikkeling evolueert de levensgemeenschap mee, waarbij de relaties tussen levende organismen onderling en met hun omgeving steeds tot een nieuw biologisch evenwicht komen. De veranderingen tijdens zo’n successie verlopen heel geleidelijk en over vele jaren. De veranderingen die menselijke activiteiten aanbrengen zijn van een heel andere aard: vaak zijn zo acuut en ingrijpend, dat ze het ecosysteem uit evenwicht kunnen brengen.

b. Stabiel, maar met grenzen

Je kan een ecosysteem bekijken als het menselijk lichaam. Het is een complex functionerend geheel met tamelijk veel flexibiliteit. Net zoals een lichaam kneuzingen, tijdelijk bloedverlies of een infectie kan overwinnen, kan een ecosysteem zich herstellen na een orkaan, een extreme droogte of een invasie van een vreemde soort. Net zoals een lichaam kan blijven functioneren met slechts één arm of wanneer het wordt opgesloten, kan een ecosysteem een bepaalde mate van exploitatie of vervuiling aan. Maar als een bepaalde grens wordt overschreden, is herstel plots niet meer zo evident.

Maar waar ligt deze grens? Over het algemeen geldt: hoe groter de biodiversiteit, hoe meer veranderingen een ecosysteem kan verdragen. Uit wetenschappelijke studies blijkt dat een hogere genetische en soortdiversiteit onder andere leidt tot een grotere productiviteit van plantengemeenschappen, het vasthouden van meer voedingsstoffen in een ecosysteem, een grotere weerstand tegen invasie en tegen ziekten, en een sneller herstel van het evenwicht in een ecosysteem na een verstoring. De biologische diversiteit is dus een redelijk goede maat om de elasticiteit en stabiliteit van een ecosysteem uit te drukken.

Vergelijk bijvoorbeeld de ecosystemen op de volgende twee foto’s: een bloemenwei en een grasveld. Het is duidelijk dat in de bloemenwei meer soorten planten leven, en meer plaats en voedsel biedt voor andere organismen. De biodiversiteit is er dus hoger, zowel van dier- als van plantensoorten. Is de stabiliteit van het ecosysteem dan ook hoger? Wel, beeld je in wat er gebeurt als je in beide foto’s de belangrijkste plantensoort weg zou nemen. Het grasveld zou volledig worden ondermijnt, terwijl de bloemenwei soortenrijk blijft.

Het is om deze reden dat ecosystemen als de poolgebieden erg gevoelig zijn voor veranderingen. De omgevingsomstandigheden vereisen een hoge specialisatie, en de weinige soorten die hier kunnen overleven vormen een erg kwetsbaar ecosysteem.

c. Hoe worden ecosystemen verstoord?

Dat het omkappen van een bos of het dempen van een meer een vernietigende impact heeft op het volledige ecosysteem is evident. Maar ook veranderingen die schijnbaar op kleine schaal een invloed hebben, kunnen onverwachts een keten van reacties veroorzaken en verstrekkende gevolgen voor het ecosysteem hebben. Voor de vijf grootste bedreigingen voor de biodiversiteit geven we hier kort de impact op het niveau van ecosystemen weer.

Vernietiging en versnippering van habitats

Je kan er niet om heen: als een habitat of biotoop wordt vernietigd, sneuvelt het ecosysteem dat er bestond onherroepelijk. Maar ook de versnippering van een leefgebied knaagt meedogenloos aan een ecosysteem en haar levensgemeenschap. Niet alleen hebben soorten minder voedsel en nestplaatsen te beschikking; ook wordt de afstand naar andere geschikte leefgebieden groter. De leefbare populaties zijn er erg klein, en daarom gevoeliger voor toevallige gebeurtenissen (bijvoorbeeld droogte, overstroming, ziekte...). Vooral soorten met een beperkt verspreidingsvermogen of die een groot leefgebied nodig hebben, zijn hier de dupe van. > Case study rond versnippering: Bijen

Klimaatverandering

De effecten die de verandering van het klimaat op de abiotische factoren van een ecosysteem heeft, worden rechtstreeks doorgerekend aan de soorten die er leven. Maar niet alle soorten binnen een ecosysteem reageren op dezelfde manier, wat de relaties binnen de levensgemeenschappen op de helling zet. Ook de stijgende hoeveelheid invasieve soorten, die hun verspreiding aanpassen aan de veranderende temperaturen, knagen aan de stabiliteit van ecosystemen. > Case study rond klimaatverandering: De bonte vliegenvanger

 Overexploitatie

Ecosystemen vormen een dynamisch geheel, dat gebaseerd is op een intensieve wisselwerking tussen biotische en abiotische componenten. Dankzij de ecologische processen die er plaats vinden, vindt de mens er onder andere voedsel, grondstoffen, zuurstof en zuiver water. Wanneer een ecosysteem echter te intensief wordt gebruikt, worden de bouwstenen ervan systematisch weggenomen. Zo zorgt een landbouw gebaseerd op monocultuur (wanneer op hetzelfde stuk grond steeds hetzelfde gewas wordt verbouwd) ervoor dat de grond wordt uitgeput en de nutriëntencyclus wordt verstoord. Bij overbevissing verdwijnen vooral de toppredatoren uit de voedselketen, met gevolgen voor de volledige voedselketen. De ecologische gevolgen zijn niet te voorspellen, maar zeker is dat het ecosysteem op een bepaald punt niet langer in staat zal zijn het natuurlijk evenwicht te herstellen. > Case study rond overexploitatie: Noordzee

Invasieve soorten

Invasieve soorten kunnen de structuur en soortensamenstelling van een ecosysteem grondig veranderen, door met de inheemse soorten te concurreren voor voedsel, leefruimte en nestplaats. De invasie van deze exoten kan een kettingreactie veroorzaken, waarvan de resultaten moeilijk voorspelbaar zijn. Vooral wanneer meerdere invasieve soorten hun intrek in een ecosysteem nemen, kunnen de gecumuleerde effecten het volledige ecosysteem ontwrichten. > Case study over invasieve soorten: De grote waternavel

Vervuiling, vermesting en verzuring

Heel wat voorbeelden tonen de negatieve effecten van vervuiling en vermesting op de werking van ecosystemen. Milieuvervuilende stoffen als pesticiden die in één schakel worden opgenomen, verspreiden zich snel door de hele keten en hopen op in de hoogste trofische niveaus (bioaccumulatie). Door de aanrijking van de bodem met nutriënten (stikstof, fosfor, kalium) verandert de kringloop van water en voedingsstoffen, wat de ecologische processen binnen ecosystemen uit balans brengt. Verschillende ecosystemen zijn extreem gevoelig aan verzuring, zoals bossen, heiden, graslanden en watergebieden. > Case study rond vervuiling en vermesting: De slechtvalk

d. Een plus een is drie

e. De ecosysteem-aanpak

Ecosysteemdiensten als de nutriëntencyclus, de zuivering van water, de bestuiving van gewassen en de productie van zuurstof, voedsel en grondstoffen zijn het resultaat van de ecologische processen die zich afspelen binnen ecosystemen. De kwaliteit en kwantiteit van de diensten zijn afhankelijk van de stabiliteit van het ecosysteem, dat in sterk verband staat met de genetische en soortvariatie binnen de levensgemeenschap. Het huidige verlies van de biodiversiteit heeft dus een onvermijdelijke impact op de ecosysteemdiensten.

In 2001 lanceerden de Verenigde Naties de ‘Millennium Ecosystem Assessment’ (MA), een wereldwijde studie met als doel de veranderingen van ecosystemen en hun diensten in kaart te brengen, en de gevolgen hiervan voor het menselijk welzijn te beoordelen. Daaruit blijkt dat, gedurende de voorbije 50 jaar, de mens de ecosystemen sneller en diepgaander heeft veranderd dan ooit tevoren in de menselijke geschiedenis. De verstoring heeft zo’n grote proporties aangenomen, dat dit ongetwijfeld gevolgen met zich mee zal brengen voor toekomstige generaties.

Het MA benadrukt wel dat er, mits de nodige veranderingen in beleid en beheer, mogelijkheden zijn om de verdere degradatie van ecosystemen tegen te gaan. Daarbij is een holistische aanpak noodzakelijk, met het oog op de bescherming van het volledige ecosysteem en een duurzaam en eerlijk gebruik van de ecosysteemdiensten. Bij deze ‘ecosysteem-aanpak’ wordt de impact van menselijke activiteiten op elke component van het ecosysteem nagegaan, en wordt rekening gehouden met de onvoorspelbaarheid en dynamiek van ecosystemen.