Metsäekosysteemin rakenne ja toiminta

Ekosysteemin rakenne

Ekosysteemi on tietyn alueen elollisen ja elottoman luonnon muodostama toimiva kokonaisuus. Elotonta luontoa ovat esimerkiksi valo ja lämpö kun taas elolliseen luontoon kuuluvat esimerkiksi alueen kasvit ja eläimet. Ravintoketjulla voidaan kuvata aineen ja energian kulkeutumista ekosysteemin eliöltä toiselle. Tuottajat eli kasvit sitovat auringon energiaa valmistaessaan energiapitoisia sokereita yhteyttämisessä. Ensimmäisen asteen kuluttajat syövät tuottajia ja toisen asteen kuluttajat edelleen ensimmäisen asteen kuluttajia ja näin energia ja aine siirtyvät ravintoketjussa eteenpäin. Lopulta hajottajat palauttavat kuolleen orgaanisen aineksen kasvien käyttöön esimerkiksi ravinteiden muodossa.

Ravintoketjut

Elöiden välisiä suhteita voidaan kuvata esimerkiksi ravintoketjun, ravintoverkon tai ravintopyramidin avulla. Ravintoketju on yksinkertaisin tapa kuvata ekosysteemin toimintaa ja sen avulla havainnollistetaan aineen kulkua ekosysteemissä. Ravintoketjussa eri lajien välille merkitään nuolen avulla, kuka syö ja kenet.

Kuluttaja voi olla joko kasvinsyöjä tai peto. Tässä ravintoketjussa hyppyhäntäinen on kasvinsyöjä ja hämähäkki ja päästäinen ovat petoja.

Tässä hieman toisenlainen esimerkki ravintoketjusta. Kiva ja opettavainen tapa käsitellä ravintoketjuja ja eliöiden välisiä vuorovaikutussuhteita on piirtää lasten kanssa erilaisia ravintoketjuja. Hyvä tapa integroida biologiaa kuvaamataitoon tai toisinpäin. Lähde: www.mhuovinen.net

Ravintoverkot

Lajien väliset suhteet eivät kuitenkaan ole niin yksinkertaisia kuin ravintoketjut antavat ymmärtää. Todellisuudessa ekosysteemin eri ravintoketjut muodostavat ravintoverkkoja, jossa yhdellä lajilla on linkkejä useampaan eri lajiin ekosysteemissä. Ravintoverkko on eliöyhteisön saalistus- ja ravintosuhteita kuvaava ravintoketjujen muodostama kokonaisuus. Jokin laji käyttää ravinnokseen yhtä lajia ja tulee syödyksi jonkin toisen toimesta. Monilla lajeilla on myös useita ravinnonlähteitä. Talitiainen voi esimerkiksi syödä sekä marjoja että hyönteisiä. Näin ekosysteemissä muodostuu monimutkaisia vuorovaikutussuhteita, joita ravintoverkon avulla pyritään havainnollistamaan.

Tässä laatimamme melko yksinkertainen ravintoverkko metsäekosysteemin lajien vuorovaikutussuhteista,

Ravintopyramidit

Ravintopyramidi poikkeaa kahdesta edellisestä siten, että se kuvaa ekosysteemissä eri trofiatasoilla olevan aineen ja energian määrää.  Ensimmäinen eli pyramidin alin taso on tuottajat ja se on trofiatasoista kaikista suurin. 1. asteen kuluttajat eli kasvinsyöjät muodostavat seuraavan tason. Kasvinsyöjiä seuraavilla tasoilla ovat 2. asteen ja sitä korkeamman asteen kuluttajat eli pedot. Kaikista ylimpänä olevista lajeista puhutaan huippupetoina.

Esimerkki  kolmen trofiatason ravintopyramidista. Lähde: seppo.net

Aine ja energia ekosysteemissä

Omavaraiset eliöt (=tuottajat) ottavat maasta ja ilmasta epäorgaanisia aineita esim. hiilidioksidia ja tuottavat auringon energian avulla eloperäisiä eli orgaanisia yhdisteitä esim. sokerit, proteiinit ja rasvat. Toisenvaraiset eliöt käyttävät tuottajien tuottamia aineita energianlähteenä ja samalla ne vapauttavat itselleen tarpeettomat aineet epäorgaanisina tai orgaanisina aineina ympäristöön. Viimeistään eliön kuollessa hajottajat muuttavat orgaaniset aineet takaisin epäorgaanisiksi, jotta kasvit voisivat käyttää niitä. Näin hajottajat varmistavat aineiden kierron luonnossa.

Ekosysteemissä energia puolestaan virtaa koko systeemin läpi. Energia tulee osaksi ekosysteemiä auringon säteilyenergian välityksellä. Tätä säteilyenergiaa hyväksi käyttäen kasvit (tuottajia) tuottavat kemiallista energiaa, joka taas siirtyy ravintoketjussa eteenpäin orgaanisina yhdisteinä. Jokaiselta trofiatasolta vain noin 10 % kyseisen tason energiasta siirtyy seuraavan tason käyttöön ja tästä energiasta taas 10 % seuraavan tason käyttöön. Jokaisella trofiatasolla merkittävä osuus energiasta "karkaa" haihtumalla ilmaan lämpösäteilyn muodossa.Ylimmän trofiatason käytössä on siis vain murto-osa tuottajien koko energiasta. Ekosysteemi tarvitseekin toimiakseen jatkuvasti uutta energiaa auringosta. 

Aine siis kiertää ekosysteemissä kun taas energia virtaa ekosysteemin läpi.

Ekosysteemin monimuotoisuus ja muutokset ekosysteemissä

Kuvassa mäntykangas, joka edustaa monimuotoisuudeltaan köyhähköä ekosysteemiä. Lajimäärä on vähäisempi kuin monimuotoisemmissa ekosysteemeissä. Lähde: www.ollkorhonen.com

Kasvien merkitys ekosysteemissä on tärkeä. Ne tuottavat happea ja sokeria sekä toimivat ravintona kasvinsyöjille eli 1.asteen kuluttajille. Kasvinsyöjätkin ovat tärkeitä, sillä niiden avulla aine ja energia siirtyvät ravintoketjussa eteenpäin petojen käyttöön. Petojen tehtävä on pitää kasvinsyöjäpopulaatiot maltillisen kokoisina. Jos petoja ei olisi, niin kasvinsyöjät lisääntyisivät räjähdysmäisesti ja pian niille tulisi pulaa ravinnosta ja pahimmassa tapauksessa kasvit syötäisiin kokonaan. Lisäämällä alueelle petoja tilanne saataisiin vähitellen korjatuksi ja pikku hiljaa kasvipopulaatiot elpyisivät ennalleen.  On siis tärkeää, että ekosysteemistä löytyy sekä niin tuottajia, kasvinsyöjiä kuin petojakin. Myös hajottajilla on erittäin tärkeä tehtävä ekosysteemissä. Hajottajat siirtävät kuolleen aineksen takaisin tuottajien käyttöön hajottamalla kuolleita eliöitä sellaiseen muotoon, että ne ovat tuottajien käytettävissä. Ilman hajottajia aine ei kiertäisi ekosysteemissä. Jokainen trofiataso on siis tärkeä. Laboratorio-oloissa on saatu luotua ekosysteemi, joka koostuu ainoastaan tuottajista ja hajottajista, mutta luonnossa toimiva ekosysteemi edellyttää sitä, että kaikki trofiatasot ovat edustettuna.

 Koska lajien väliset vuorovaikutussuhteet ovat hyvin monimutkaisia saattaa yhdenkin lajin häviäiminen ekosysteemistä muuttaa sen toimintaa radikaalisti. Usein yhden lajin hävitessä jokin toinen laji valtaa sen ekolokeron, mutta aina näin ei käy ja silloin ekosysteemin toiminta muuttuu. Myös uuden lajin saapuminen alueelle (esim. tulokaslajit) saattaa muuttaa ekosysteemin toimintaa ratkaisevasti. Lajit voivat hävitä alueilta tai toisaalta levitä alueille esimerkiksi ilmastonmuutoksen seurauksena. Muuttuva ilmasto ja esimerkiksi muutuvat lämpötilat mahdollistavat lajien leviämisen uusille alueille, jossa ne voivat aiheuttaa häiriöitä alueen alkuperäiselle lajistolle. Toisaalta muuttuva ilmasto voi myös kaventaa jonkin lajin levinneisyysaluetta. Hyvä esimerkki tästä on jääkarhu, jonka elinala pienenee koko ajan sitä mukaa kun lämpötilat nousevat ja napajäätiköt sulavat. Vastaavalla tavalla metsäekosysteemi voi muuttua sopimattomaksi jollekin metsän lajille ilmastonmuutoksen myötä.

Lajien häviäimisen tai lisääntymisen lisäksi metsäekosysteemin tasapainoa voi häiritä moni muukin tekijä. Esimerkiksi ihmisen toiminta tai erilaiset luonnonkatastrofit voivat järkyttää metsän luonnollista toimintaa ja aiheuttaa muutoksia ekosysteemin toimintaan. Myös ilmastonmuutos voi häiritä ekosysteemin toimintaa. Repokalliossa ihmisen toiminta on läsnä melko voimakkaasti ulkoilun muodossa ja läheisten valtateiden liikennepäästöinä ja herkimmät lajit ovat alueella ehkä ihmisen toiminnasta jo kärsineet tai tulevat tulevina vuosina kärsimään. 

Ihmisten on kuitenkin mahdollista vaalia luonnon monimuotoisuutta monin eri tavoin. Monimuotoisuutta lisää esimerkiksi eri luontotyyppien suojeleminen ja säilyttäminen (esim. lehdot, letot, vanhat metsät). Metsien monimuotoisuutta lisää myös lahopuun määrä. Lahopuun määrää metsissä voi lisätä jättämällä kaatuneet puut lahomaan maahan sen sijaan, että ne korjataan pois.

Lähteet:  
https://sites.google.com/site/vanamotiimi/aineen-ja-energian-kulku-ekosysteemissae
http://virtuoosi.pkky.fi/metsaverkko/metsaekologia/ekologia2.htm