Kategorier dette opslag er registreret under:
DatoOpdatering
Indhold
Diskussionsforum
Send
Originalopslag fra pax Leksikon (1978-82)
Læst af: 83.186
: :
Økologi

Det græske ord «oikos», som betyder husholdning, er ophav til både «økologi» og «økonomi». Ordet «logos» betyder indsigt, forståelse, mens «nomos» betyder ledelse, forvaltning. De to ord står dermed både for forskellige videnskaber og for en forskellig etisk/filosofisk opfattelse af mennesket og naturen. Økonomien stiller mennesket over naturen, økologien placerer mennesket som en del af naturen, samtidig med at det har indsigt i den store sammenhæng. Økologien er læren om samspillet mellem organismerne og med det fysisk-kemiske miljø de lever i.

I forhold til andre biologiske videnskaber kan økologien indplaceres i en «lagkagemodel», hvor de horisontale lag er morfologi, fysiologi, genetik og økologi, mens kagestykkerne er bakteriologi, ornitologi, mykologi og entomologi. Morfologi er læren om ydre opbygning og struktur; fysiologi er læren om livsprocesserne; genetik er arvelæren; bakteriologi er læren om bakterierne som systematisk gruppe; ornitologi er læren om fuglene; mykologi er læren om bakterierne og entomologi er læren om insekterne.

Set i forhold til videnskaber - også udenfor biologien - kan man sige, at økologien i streng forstand rummer kemi, biologi, geologi, geografi og meteorologi. Under økologi i bred forstand - økopolitik - rummer den også etnografi, sociologi, historie og samfundsvidenskab, økonomi og politik. Dette giver et billede af, hvorledes økologien i bred forstand griber ind i andre videnskaber, i politisk teori og praksis. Økologien er en syntetisk eller samlende videnskab, som inddrager elementer fra mange fagområder til et samlet hele.

Samspillet i naturen foregår på forskellige niveauer. Normalt går vi ud fra enkeltorganismer som de mindste dele. Alle organismer af samme art kaldes en «population», flere populationer lever sammen i et «samfund» og forskellige samfund indenfor et afgrænset geografisk område udgør et «økosystem». Fællesnævneren for alle økosystemer på jorden er «biosfæren» - dvs. alt levende på jord og den sammenhæng det indgår i.

Groft sagt kan vi inddele populationerne i et økosystem efter den funktion de har. Den grundlæggende inddeling sker i tre grupper: Producenter, konsumenter og nedbrydere. Producenterne er de grønne planter, som udfører fotosyntese. Vi kan også kalde dem autotrofe - «selvnærende» - organismer.

Figur 1. Fødekæde. Energi- og kulstofgennemgang.

Skoven som økosystem

Lad os tage en norsk birkeskov som eksempel, som vi finder den i bjergbæltet i Sydnorge og helt ned til havet i nord og vest: Produktionen udføres af birketræerne i trælaget, buskene i busklaget, lyng eller urter i jordlaget. Også mosen og lavet i bunden yder sin del. Birkemåleren og andre insektlarver lever af birkelavet. Elge og harer tager deres del både af småskoven og urtedækket.

Mus og lemminger søger føde i jord- og bundlaget, i konkurrence med insekter og larver. Fra tid til anden kommer menneskets husdyr og tager rigeligt for sig: Køer, svin, geder og rensdyr. Alle disse er planteædere (herbivores), og de er konsumenter af første orden i fødekæden.

Birkefinke og bogfinke æder sammen med en række andre småfugle larverne. Ugler, rovfuglene og ræven forsyner sig med gnaverne. De er konsumenter af anden orden eller rovdyr (carnivores). Høgen og falken tager småfugle, ørnene kan tage ræve. De er tredje led i fødekæden. I havet kan der være flere led. Træ og buske fælder løv om efteråret, og græs og planter visner. Syge og døde træstammer gennembores af insekter og bakterier. Dyrene efterlader sig ekskrementer, enkelte dør en naturlig død og rådner. Alt dette hører ind under begrebet «affald».

En række organismer står klar til at tage sig af affaldet. De udgør i grunden en selvstændig kæde af konsumenter. Vi kalder dem nedbrydere (dekomponenter, saprofytter). I en birkeskov vil første trin i nedbryderkæden være bakterier. De små nedbrydere bliver bytte for større organismer. Bakterierne er føde for sprethaler, som er en primitiv insekttype. Kongroer et sprethaler, og spidsmus æder kongroer. Selv om mange dyr - især insekterne - er specialister, er grænserne mellem fødekæderne alligevel aldrig helt fastlagt. Den plads hver art indtager i systemet, er alligevel overvejende fastlagt. Dette «område» kalder vi gerne artens økologiske niche.

En videnskabsmand har sagt: «Artens biotop kan sammenlignes med en adresse, mens den økologiske niche er erhvervet». En birkemåler har birkeskoven som biotop og ernæringen fra bladene som niche. En biotop som har en stor mangfoldighed af nicher, har stor stabilitet. Sådanne samfund kalder vi gerne klimakssamfund. I områder med ekstrem kulde eller tørke kan klimakssamfundet have få nicher, men da er det også et sårbart samfund.

Hvis et område i klimakstilstand gennemgår drastiske indgreb, kan en stor mængde arter/nicher forsvinde. Det er dette der er tilfældet ved skovbrande og andre naturkatastrofer. Også opdyrkning fører i princippet til det samme: Antallet af arter bliver lille, nogle få dominerer. Samfundet er ude af ligevægt og vil stadig ændre sig, ofte fra det ene år til det næste. Vi kalder dette en «succession». Et tragisk men meget illustrerende eksempel på succession er, når et husmandsbrug bliver nedlagt. Første år er kartoffelmarken fuld af etårige planter, næste år trænger de flerårige ind. Efterhånden dominerer hårdføre græsser og planter, forskellige buske begynder at spire. Buskene følges af birken, og i vest og nord er denne ofte klimaks, mens klimaks østpå og i Trøndelag er granskov.

Figur 2. Fødekæde i en birkeskov.

Cirkulation i økosystemet

Processerne i et afbalanceret og stabilt økosystem er overvejende cirkulære. Det vil sige, at de forskellige stoffer passerer flere tilstande for til slut at nå tilbage til udgangspunktet. Energien cirkulerer ikke, og havner i princippet som spredt og utilgængelig energi - høj entropi - i atmosfæren. Til sidst ender solenergien derfor som varmeforurening i biosfæren.

Når vi alligevel kan se bort fra energiens lineære og dermed «farlige» gennemstrømning, skyldes det, at jorden har balance mellem indstråling og udstråling af energi. Men dette er en tilstand, som er relativt ny i jordens historie, og denne balance er blevet afløst af perioder med ubalance - perioder med istid afløst af millioner af år med tropisk klima helt op til Svalbard.

Carbon (C) findes i atmosfæren som uorganisk, energifattigt carbondioxid (CO2). Gennemsnitlig rummer luften ca. 0,03 % CO2, og procenten er stigende, fordi mennesket til stadighed frigør oplagret kulstof gennem anvendelsen af fossilt brændsel - kul og olie. I en vis udstrækning kan to faktorer dæmpe denne stigning: 1. Når CO2-trykket stiger, optager vandet mere af gassen. De store verdenshave er derfor en slags «buffer». 2. Når CO2-trykket stiger, vil fotosyntesen stige, og mere CO2 bliver forbrugt.

Alligevel forhindrer disse to absorptionsmekanismer ikke at hindre en svag stigning i CO2 i luften. Dette kan føre til temperaturstigninger på jorden - «drivhuseffekten» - og i sidste instans smelte isdækket ved polerne, oversvømme alle lave - og frugtbare - områder på jorden og drukne alle større byer. Alt det kulstof som i dag findes i atmosfæren, vil teoretisk kunne cirkulere gennem vegetationen indenfor et tidsrum på 300 år.

Nitrogen (N) indgår sammen med C, H og O i alle proteiner. Også i arvestoffer, enzymer og andre livsvigtige stoffer indgår der nitrogen (kvælstof). I grunden er det paradoksalt, at nitrogen oftest er vanskelig tilgængelig for levende organismer, for i atmosfæren er der uendelige mængder af nitrogengas, N2. Men kunsten at assimilere N, er kun kendt af få organismer i gruppen Procaryota - dvs. blandt bakterier og blågrønne alger. Alle andre organismer må skaffe sig nitrogen i andre former, og som oftest i form af nitrat (NO3÷) Ammoniak (NH3) kan kun anvendes i mindre mængder og af få planter. (se figur 3.)

Figur 3. Nitrogenbalancen i økosystemet.

I aminosyrerne - som er enkeltbestanddelene i proteinet - forekommer nitrogen som bundne NH2-grupper. Når disse frigøres er det i form af ammoniak. Processen er anaerob - kan foregå uden tilførsel af fri ilt - og hører ind under gæring. Ammoniak er relativt energirig. I jord findes der bakterier, som kan udnytte energireserven ved at oxydere NH3 til NO2 (nitrit). Nye bakterier oxyderer nitrit til nitrat. Begge processer hører ind under kemosyntese.

Så langt går alt i kredsløb, som det skal. Men i naturen findes der også mekanismer til fiksering af N2 fra luften. Bakterier og blågrønne alger er allerede nævnt. På rismarkerne i Asien er N-fikseringen så vigtig, at vi kan påstå, at de blågrønne alger er indirekte årsag til den høje befolkningskoncentrationen der. Blågrønalger på de oversvømmede rismarker optager N2, og når de dør og rådner, bliver de til sidst til NO3÷, som risen kan optage. Dermed spares en masse gødning, og man opnår relativt store afgrøder uden tilskud af fabriksproduceret nitrat.

I naturen kan nitrogen blive bundet gennem elektriske udladninger og vulkanudbrud. Det moderne transportsystem, især privatbilen, producerer betydelige mængder af nitrat. Men i vor tid er det selvsagt kunstgødningen, som betyder mest. Vældige mængder N, bliver hvert år bundet gennem industrielle processer og ført ud på den opdyrkede jord. I disse processer indgår der store mængder olie. I Norsk Hydros første tid var produktionen baseret på elektrisk kraft, i en proces som på mange måder var en efterligning af N2-bindingen under tordenvejr.

I naturen eksisterer der også et naturligt «lækagesystem» for nitrogen fra jord tilbage til luften. En gruppe bakterier omformer nitrat (NO3÷), til frit N2. Jo større tilførslen til kredsløbet bliver udefra, jo større aktivitet vil disse denitrifikationsbakterier få. Tilført nitratgødning vil derimod svække de bakterier, som binder N2 fra luften. Dette mindsker effekten af gødskningen, og hvis gødskningen indstilles, tager det lang tid før de nitrogenbindende organismer får genoprettet produktionen.

Dagens landbrug anvender så store nitratmængder, at bortførslen af afgrøderne samt denitrifikation ikke er i stand til at fjerne alt. Det der bliver til overs, trænger ned i grundvandet og vandløbene, hvor det i stigende grad ødelægger drikkevandet og vandmiljøet generelt.

Fosfor (P) er en vigtig del af arvestofferne og enzymerne i vor krop. Det er bundet i form af fosfatgrupper (PO4). Også i skeletterne hos mange dyr er der bundet fosfatgrupper som uorganisk salt.

Fosfor findes i de fleste bjergarter i større eller mindre mængder. Jord og bjerge som har været havbund er specielt fosfatrige, men også nogle vulkanske bjergarter rummer relativt store mængder fosfor. Fosfatmangel forekommer specielt i udvasket sand og grus samt kvartsrige bjerge.

Det meste af fosforet går i kredsløb ligesom nitrogenet. Men en del vil altid rende bort. I hele jordens historie er fosfatet langsomt blevet vasket ud af landjorden og ud i havet. Godt nok forsyner søfuglene sig med den fosfatrige grøde i havet, og efterlader deres visitkort på land i tykke lag af guano. Men det meste havner alligevel til slut på bunden. Der bliver det, indtil en landhævning fører det tilbage til den levende natur.

Kalium (K) regulerer væskebalancen i organismerne. Ligesom fosforet findes det i bjergarter i større eller mindre mængde, og det bliver let vasket ud og havner i havet.

N, K og P er de såkaldte makronæringsstoffer i jorden, og de behøves i store mængder. De andre stoffer behøves i ganske små mængder og kaldes mikronæringsstoffer. Selv om de behøves i små mængder - ned til ganske få gram per arealenhed - så har det alligevel ganske store konsekvenser hvis der er for lidt af dem. Mange steder er der fra naturens hånd for lidt af et eller flere mikronæringsstoffer. Desuden kan der opstå mangel på bor, molybdæn, mangan og kobber. Manglen på bor er specielt almindelig. Dette fører bl.a. til, at planterne dør og rodfrugter rådner indeni. Det sker uanset hvor meget nitrogen, kalium og fosfat der tilføres.

Figur 4. Enkel næringspyramide.

Dette viser os en vigtig økologisk lov, minimumsloven (Liebigs lov): Det næringsstof som forekommer i relativt mindst mængde, er bestemmende for produktionen. Populært sagt svarer dette til det gamle ordsprog: «En kæde er ikke stærkere end den svageste led i kæden». Loven bliver også ofte afbildet som en tønde med forskellige længde af stave. Den korteste stav bestemmer, hvor meget vand der kan være i tønden.

Selv om der altid må være mindre mængder kobber i jorden, for at planter skal kunne trives, kommer der hurtigt ørkendannelse, dersom kobbermængden bliver for stor. Sådanne «tungmetalørkner» findes f.eks. i Folldal og nogle steder i Nordnorge.

Det er normalt  lige skadeligt, at der er for meget af et stof, som at der er for lidt af det. Men en sted mellem «for lidt» og «for meget» findes der altid en mængde, som lige akkurat passer. Denne kalder vi «optimum». Vi får altså en optimumslov som siger, at planterne vokser bedst når flest mulige økofaktorer er optimale. Minimums- og optimumsloven gælder ikke kun for stof, men for økofaktorer i det hele taget - f.eks. temperatur, vand, lys, jordtilstand.

Vådmarker

Vi tidligere behandlet skoven som økosystem. Men de økosystemer der er knyttede til vand er også vigtige. Specielt vådmarkerne kan være rige på afgrøder. Opfattelsen var tidligere, var at sumpe var unyttig og uproduktiv mark, som burde drænes, så snart der var råd til det. I dag ved vi, at afkastet ved fotosyntesen oftest er lige så stor i sumpområder som på engene.. Og vådmarkerne betyder liv eller død for store dele af fuglelivet. Dræning af sumpområder har samtidig ofte ført til, at området hverken er blevet brugbar som dyrkningsjord eller som fuglebiotop.

Havet som økosystem

To tredjedele af jordoverfladen er dækket hav, og eftersom mange havområder er rige på mineraler, kan produktionen være stor. Men det viser sig også, at store områder i verdenshavene har mangel på et eller flere livsvigtige stoffer, og nærmest må regnes for «ørken». De mest frugtbare områder i havet er mellem vendekredsene og polarcirklerne.

Der sker der noget, der hedder «upwelling» - dvs. at vand med rigt mineralindhold stiger op fra dybet og giver grundlag for en kraftig opblomstring af planteplankton. Sådanne skift sker oftest i efteråret og foråret, således at produktionskurven i havet får to højdepunkter i løbet af året. Midt på sommeren er produktionen ringe. Dette skyldes dels, at der da er ringe mineralnæring, dels at planktonorganismerne ofte har lave temperaturoptima, således at de trives bedst i relativt køligt vand.

Det er først og fremmest diatomer og fureflagellater der har lave temperaturoptima. Bl.a. blågrønalger trives bedst i varmere vand, og vil få et maksimum mere midt på sommeren. De vigtigste producenter i havet udfor Norge er diatome (kiselalger) og fureflagellater (Peridinae). Begge hører til den «brune» del af algeriget: De har brune farvestoffer og lagrer olie i cellerne (marin-olie).

Diatomerne har en todelt skal af kisel - et stof som der bl.a. er meget af i glas. Skallen har fine porer og spalter, og de to dele passer sammen, som en skoæske med låg (pennate) eller hatteæske med låg (centriske). Den anden hovedgruppe er fureflagellaterne eller panserflagellaterne (peridinerne). De har en celluloseskal, som er opbygget af små plader, og omkring skallen går der to furer vinkelret på hinanden. I hver af disse er der en svingtråd (flagel) som sørger for bevægelse. Diatomerne findes der også rigeligt af i ferskvand, mens peridinerne stort set holder sig til saltvand.

I planktonet er der et mylder af smådyr, som lever af de mikroskopiske planter: Pilorme, hjuldyr, krepsdyr. De to vigtigste planktondyr ved vore kyster er rødåten som er en hoppekreps og krillen som ligner en lille reje.

Forskellige dyrearter lever af planktondyr: Larver af forskellig slags, fisk og skaldyr, sild og lodde, sej, bardehval og diverse andefugle. De bliver dermed rovdyr (carnivores) af første orden. Torsken og andre lever af sild og lodde. Det samme gør søfuglene - alken, ternen og lundefuglen. Sæler og tandhvaler tager de store fiskearter og konkurrerer i den henseende med mennesket om at være «øverste etage» i en ernæringspyramide hvor et 70 kg menneske kræver 700 kg hval, som kræver 7.000 kg planktondyr, som kræver 70.000 kg planteplankton.

Den såkaldte konverteringsprocent mellem hver «etage» er ca. 10%. Dvs. at 90% af de organiske stoffer går tabt som åndingstab og affald. Planktonproduktionen i havoverfladen står for 90% af alt organisk materiale i havet. Produktionen langs strandene - faste planter - står for 10%.

Selv om der naturlig nok er sammenhæng mellem livet på bunden og i de frie havmasser, kan vi tale om flere «små» ernæringspyramider i det såkaldte bentiske økosystem - dvs. systemet af organismer som er nært knyttet til bunden. (Se figur 6.)

Figur 6. Næringsvejen (bentisk) i en nordnorsk fjord.

De mest produktive bentiske systemer finder vi på koralrevene langs de tropiske kyster.

Nogle steder i troperne når landvegetationen ud i lavvandede havområder, hvor buske og træer står «til knæ» i vand. Denne såkaldte mangroveskov regnes gerne ind under de terrestriske vådmarkssystemer.

H.Sæ.