Eindterm subdomein B8

De kandidaat kan met behulp van de concepten energiestroom, kringloop, dynamiek en evenwicht ten minste in contexten op het gebied van duurzaamheid verklaren op welke wijze ecosystemen zichzelf reguleren en kan beargumenteren met welke maatregelen de mens zelfregulatie van ecosystemen en het systeem Aarde kan beïnvloeden.

Subdomein B8.1 - Energiestroom

Je kunt in een context:

1. energiestromen in een ecosysteem beschrijven en toelichten welke factoren daarop van invloed zijn;
   
   
2. modellen van energiestromen beschrijven en benoemen welke processen en organismen daarin een rol spelen;
   
   
3. beargumenteren met welke maatregelen de mens energiestromen kan beïnvloeden.

Deelconcepten
producent, consument, reducent, trofisch niveau, autotroof, heterotroof, (an)organische stof, fossiele brandstof, biobrandstof, biomassa.

Subdomein B8.2 - Kringloop

1. de rol uitleggen van producenten, consumenten en reducenten in de kringlopen van koolstof en stikstof;
   
   
2. kringlopen van elementen in een ecosysteem beschrijven, en benoemen welke factoren daarop van invloed zijn;
   
   
3. beargumenteren met welke maatregelen de mens nutriëntenkringlopen en daarmee het systeem Aarde kan beïnvloeden.

Deelconcepten
fotosynthese, dissimilatie, (an)organische stof, (de)nitrificatie, ammonificatie, stikstofbinding, uitspoeling, eutrofiering, biomassa, broeikaseffect.

Subdomein B8.3 - Dynamiek en evenwicht

1. beschrijven wat onder een ecosysteem wordt verstaan en welke componenten daarvan deel uitmaken;
   
   
2. uitleggen welke rol concurrentie binnen en tussen populaties speelt bij de dynamiek (instandhouding en ontwikkeling) van een ecosysteem;
   
   
3. uitleggen welke rol biotische en abiotische factoren spelen bij de dynamiek binnen een ecosysteem;
   
   
4. beargumenteren met welke maatregelen de mens de zelfregulatie van ecosystemen kan beïnvloeden.
   
   Uit subdomein D4.2:
   
5. beschrijven wat onder duurzame ontwikkeling wordt verstaan, in het bijzonder duurzame energie- en voedselproductie;
   
   
6. beargumenteren op welke wijze vraagstukken die betrekking hebben op duurzame ontwikkeling, kunnen worden benaderd.

Deelconcepten
habitat, geboorte, sterfte, migratie, exoot.

D4: persistent, biologisch afbreekbaar.

Zon is de belangrijkste energiebron op aarde

• Zonne-energie wordt bij de fotosynthese vastgelegd in glucose (chemische energie).
  • Door autotrofe organismen - planten - producenten.
• De gevormde glucose wordt:
  • gebruikt voor de dissimilatie;
    • Bij dissimilatie komt warmte vrij --> energieverlies.
  • omgezet in andere organische (bouw)stoffen.
    
    • De totale hoeveelheid door de producenten geproduceerde organische stoffen wordt uitgedrukt in biomassa.
      • Als een plant groei, neemt de biomassa dus toe.
• Voor de consumenten (het volgende trofische niveau) is de gevormde biomassa beschikbaar.
  • Dat levert minder energie dan door de planten is vastgelegd.
    • Gevormde biomassa = totaal gevormde glucose - voor dissimilatie gebruikte glucose.
• Bij ieder stap in de voedselketen komt daardoor minder van de door de producenten vastgelegde energie beschikbaar.

Voedselpiramide

De totale biomassa neemt bij ieder hoger trofisch niveau af.

• Zonne-energie wordt vastgelegd door planten (autotroof - producenten) ---> toename biomassa.
• Niet alle biomassa uit het eerste trofische niveau komt beschikbaar voor het volgende niveau.
  • Slechts deel van de biomassa wordt in het volgende niveau vastgelegd.
• Veroorzaakt doordat:
  • een deel "gebruikt wordt voor de dissimilatie.
    • Daarbij komt energie (gedeeltelijk ook in de vorm van warmte) vrij.
  • een deel van wat gegeten wordt, is niet verteerbaar is en wordt uitgepoept.
  • niet alle (delen van) organismen worden gegeten.
• Zo ontstaat een piramide van biomassa.
  • Een hoger trofisch niveau heeft altijd een lagere energetische waarde dan het vorige niveau --> minder biomassa.

Kringloop

• Vastleggen van energie in organische stoffen door:
  • autotrofe organismen.
    • Planten - producenten.
  • Energie wordt geleverd door de zon (fotosynthese).
  • Opname van CO₂ uit de lucht, H₂O en zouten (vooral nitraat) uit de bodem.
• Omzetting van organische stoffen in andere organische stoffen door.
  • heterotrofe organismen.
    • Dieren - consumenten.
• Afbraak van organische stoffen tot anorganische stoffen door:
  • consumenten - door dissimilatie.
  • door reducenten (bacteriën en schimmels).
    
    • Breken dode organische resten of dode organismen af tot anorganische stoffen.
• De anorganische stoffen kunnen weer door de planten gebruikt worden.

Koolstofkringloop
Gebruik Binas of Biodata

• CO₂ wordt vastgelegd in glucose
  • door producenten.
• Glucose wordt omgezet in andere organische stoffen
  • zowel door producenten als consumenten.
• Organische stoffen worden afgebroken tot anorganische stoffen bij de dissimilatie.
  • CO₂ komt weer vrij.
    • Door producenten en consumenten.
    • Door reducenten.
      • Bacteriën en schimmels.

Stikstofkringloop
Gebruik Binas of ScienceData

• Vastleggen van anorganische stikstofverbindingen in organische stikstofverbindingen door:
  • planten - producenten
    • Nemen nitraten op uit de bodem.
    • Gebruiken dit voor het maken van aminozuren --> eiwitten.
  • stikstofbindende bacteriën
    • O.a.knolletjesbacteriën.
      • Zitten in wortelknolletjes van vlinderbloemigen.
    • Nemen stikstof uit de lucht (N₂) op.
      • Maken aminozuren.
      • Maken voor planten bruikbare stikstofverbindingen.
• Dieren - consumenten
  • Eten planten.
  • Breken eiwitten af tot aminozuren.
  • Maken van de aminozuren eigen eiwitten.
    
    
• Reducenten
  • Rottingsbacteriën breken dode organismen en resten van organismen af.
    • Ammoniak ontstaat.
      • Lost op in water --> ammonium.
  • Ureumbacteriën
    • Zetten ureum (uit de urine van dieren) om in ammoniak --> ammonium.
• Nitrificerende bacteriën
  • Zijn (chemo)autotroof.
  • Zijn aëroob.
    • Nitrietbacteriën
      • Zetten ammonium om in nitriet.
    • Nitraatbacteriën
      • Zetten nitriet om in nitraat .
        • De nitraten kunnen weer door de planten opgenomen worden.
• Denitrificerende bacteriën
  • Zetten nitraat uit de bodem om in N₂ (-->lucht).
  • Zijn anaëroob.

Verstoring van de kringlopen door de mens

Door:

• bemesting;
  • Toevoegen van stalmest en of kunstmest.
    
    
• aanvoer van veevoer uit andere gebieden;
  Kan leiden tot:
  • overbemesting.
    • Toevoegen van meer voedingsstoffen (via mest) dan door de planten kan worden opgenomen.
  • Leidt tot uitspoeling.
    • Overtollige meststoffen lossen op in bodemwater.
    • Stroomt naar lager gelegen delen --> sloot --> rivier.
      
      
• organisch afval uit riool;
  Door reducenten afgebroken tot zouten (fosfaten en nitraten).
  
  Uitspoeling door overbemesting en toevoeging van ongezuiverd rioolwater leiden tot:
  • Voedselrijker worden van bodem en oppervlaktewater.
    Dit kan leiden tot:
    • waterbloei.
      • Veel meststoffen (zouten) in het water --> toename algen --> er dringt minder licht door in het water --> minder fotosynthese door ondergedoken waterplanten --> er komt minder zuurstof in het water.
      • Zuurstof tekort in het water.
        Door reducenten wordt veel zuurstof verbruikt bij de omzetting van organische stoffen --> vooral 's nachts weinig zuurstof --> waterdieren gaan dood.
        
        
• gebruik van fossiele brandstoffen;
  Gevolgen:
  
  • meer CO₂ in de atmosfeer (broeikaseffect).
  • 'Zure' regen.
    • Neerslag van stikstof- en zwavelverbindingen.
    • Verbrandingsproducten industrie en verkeer.
      
      
• gescheiden plaatsen van productie en gebruik;
  • Voedsel (of andere producten) wordt op plaatsen geproduceerd die ver
    afliggen van de plaatsen van consumptie.
    • Veel transport nodig --> toename CO₂ in de atmosfeer.
    • Afval ontstaat op een andere plaats.
      
      
• gebruik van niet afbreekbare bestrijdingsmiddelen.
  • Veroorzaakt ophoping (accumulatie) van niet/slecht biologisch afbreekbare bestrijdingsmiddelen en zware metalen in voedselketens.
    • Vooral probleem voor dieren in de top van de voedselpiramide.
      

Mogelijke oplossingen:

• gebruik van duurzame energie;
  Bijvoorbeeld:
  • windenergie;
  • zonne-energie;
  • bio-brandstof.
    Bijvoorbeeld alcohol
    • geen extra CO₂ in de atmosfeer
      
      
• met betrekking tot huishoudelijk afval:
  • minder wegwerpverpakkingen gebruiken;
  • een boodschappentas gebruiken i.p.v. de plastic tasjes;
  • statiegeld op flessen (en hergebruik flessen);
  • gescheiden inleveren van afval;
  • composteren GFT (groente-, fruit- en tuinafval);
  • recyclen van afvalmateriaal (bijvoorbeeld: papier en glas).
    
    
• met betrekking tot mest:
  • minder bio-industrie;
  • injecteren van de mest in de bodem;
  • mesttransport naar gebieden met mesttekort;
  • mestverwerking (biogas of mestkorrels).
    
    
• met betrekking tot luchtvervuiling:
  • zuiveren van uitlaatgassen (van stikstofoxiden en zwaveldioxide);
  • alleen in zuinige en schone auto's produceren;
  • minder autorijden en meer van het openbaar vervoer gebruik maken;
  • minder vliegreizen.

Ecosysteem

• Gebied met een bepaald milieu (abiotische factoren) met alle daarin levende organismen (biotische factoren).
• Ecosysteem is te herkennen aan min of meer vaste samenstelling van planten en dieren (= levensgemeenschap.
• Voorbeelden in Nederland:
  • duinen;
  • naaldbos;
  • heideveld;
  • sloot;
  • waddengebied.
• Voorbeelden in de wereld:
  • toendra;
  • tropisch regenwoud;
  • woestijn.
• Iedere soort heeft bepaalde rol in een ecosysteem heeft.
  • Wordt bepaald door het geheel van milieufactoren (abiotische en biotische factoren) waaraan een organisme is aangepast.
    
  • Bijvoorbeeld:
    • beschikbaarheid van voedsel;
    • aanwezigheid van concurrenten;
    • tolerantie voor abiotische factoren;
• Twee diersoorten kunnen niet twee precies dezelfde nissen in een ecosysteem invullen.
• Hoe soortenrijker het ecosysteem, des te gespecialiseerder is de nis.

Habitat

• De leefomgeving van een organisme.
• Leefomgeving heeft specifieke biotische en abiotische factoren.
  Voorbeelden
  • Pissebedden leven op vochtige plaatsen.
  • Wormen leven onder de grond.
  • Rupsen van koolwitjes leven in koolplanten.

Levensgemeenschap

• Alle organismen samen in een ecosysteem vormen een levensgemeenschap.
• Levensgemeenschap bestaat uit verschillende populaties van soorten planten, dieren, schimmels en bacteriën.
  • Populatie: groep individuen van één soort die zich onderling kunnen voortplanten.
• Iedere soort heeft:
  • een specifieke functie in het ecosysteem.
    
  • een bepaalde leefplek (habitat) in het ecosysteem.
    • De verschillende soorten organismen zijn onderling afhankelijk van elkaar of beïnvloeden elkaar.
      Voorbeelden
      • Ze zijn onderling afhankelijk zijn voor de voortplanting.
        Insectenbloemen zijn van insecten afhankelijk voor de bestuiving.
        Koekoek laat andere vogels hun jongen grootbrengen.
        
      • Ze hebben een territorium nodig.
      • Ze eten of worden gegeten.
• De organismen in de levensgemeenschap vormen een voedselweb.

Abiotische factoren

Alle invloeden uit de niet-levende natuur.

• Voorbeelden van abiotische factoren:
  • licht;
    • Energie voor de fotosynthese.
  • temperatuur;
    • Invloed op eiwitten (enzymwerking).
    • Invloed op verdamping.
  • lucht;
    • CO₂-gehalte (voor de fotosynthese).
    • O₂ (voor dissimilatie).
    • Ozon
      • Houdt schadelijke UV-straling tegen.
    • Wind
      • Verspreiding van stuifmeel (windbloemen).
      • Invloed op de verdamping.
    • Vochtigheid
  • water;
    • Bouwstof voor cellen;
    • Transportmiddel (bloed);
    • Stevigheid (bij kruidachtige planten).
      
  • bodem.
    • Grondsoort (klei, zand e.d.)
    • Humus
    • Zuurgraad
    • Vochtigheid
    • Beschikbaarheid van mineralen

  Voorbeelden van aanpassingen van organismen aan verschillende abiotische factoren

• Aanpassing aan droogte
  • Planten in een droge omgeving kunnen hebben:
    • dikkere en kleine(re) bladeren.
    • minder huidmondjes of dieper gelegen huidmondjes.
    • een dikkere vetlaag op de bladeren (cuticula.)
    • mogelijkheden om water op te slaan.
      
      
• Aanpassing aan de hoeveelheid licht
  • Zonplanten hebben bladeren met meer assimilatieweefsel.
    
    
• Aanpassing aan temperatuur
  • Zoogdieren hebben een vacht die helpt bij het warm houden. Bij vogels zijn dat de veren.
  • Dieren in een droog milieu hebben een voor water vrijwel ondoordringbare huid (reptielen).
  • Zoogdieren die in de woestijn leven zijn vaak nachtdieren.
    
    
• Aanpassing aan water
  • Ondergedoken waterplanten hebben vaak geen opperhuid en geen huidmondjes.
  • Planten in een vochtig milieu hebben een dunne cuticula en veel huidmondjes.

Biotische factoren

Alle levende wezens.

• Planten
  • Maken het voedsel (fotosynthese) en dienen dus als voedsel voor dieren.
  • Bieden schuilplaatsen en broedplaatsen voor dieren.
• Dieren
  • Planteneters leven van planten en hebben dus invloed op de vegetatie.
  • Vleeseters eten andere dieren.
• Schimmels en bacteriën
  • Zorgen voor de afbraak van de dode organische resten.
    of
  • Veroorzaken ziektes.
    of
  • Leven in symbiose met planten.
    

Biodiversiteit (soortenrijkdom)

• Wordt bepaald door het aantal soorten in een bepaald gebied.
• Wordt groter bij:
  • minder sterke schommelingen van de abiotische factoren.
    • Als de abiotische omstandigheden minder extreem zijn. kunnen soorten organismen kunnen zich handhaven.
• Grotere diversiteit --> grotere capaciteit om verstoringen op te vangen --> stabieler ecosysteem.

Natuurlijk evenwicht

• Iedere factor blijft ongeveer constant.
  • Sterke schommelingen worden afgeremd
  • Ecosysteem is stabiel (in evenwicht).
• De populatiegrootten (= totaal aantal individuen van een populatie) schommelen rond bepaalde waarden.
  • Alleen kleine schommelingen.
• Populatiegrootte wordt weergegeven met de term populatiedichtheid.
  • Aantal individuen per oppervlakte-eenheid.
    
    
• Populatiedichtheid hangt wordt beïnvloedt door:
  • biotische factoren:
    • geboortecijfer en sterftecijfer;
      • Aantal dieren dat per jaar geboren wordt en dood gaat.
      • Afhankelijk van o.a.:
        • voedselaanbod;
        • predatie;
        • concurrentie tussen soorten;
        • ziekten veroorzaakt door bacteriën en virusssen.
    • emigratie;
    • immigratie;
    • komst van nieuwe soorten uit andere gebieden:
      • exoten.
        
  • abiotische omstandigheden.
    Bijvoorbeeld:
    • wind, temperatuur, vochtigheid.

  Zelfregulatie

• Populatiegroei wordt afgeremd (negatieve terugkoppeling) door:
  • voedselgebrek;
  • ruimtegebrek (voor territoria);
  • ziekten;
  • toename van het aantal vijanden.
  • draagkracht van het ecosysteem
  • De maximale hoeveelheid dieren die kunnen overleven in een bepaald gebied.
    
    
• Populatieafname wordt geremd als:
  • meer voedsel beschikbaar komt.
  • meer ruimte beschikbaar komt.
  • aantal natuurlijke vijanden afneemt.
    
    
• Gevolg:
  • populatiedichtheid vertoont in de loop der tijd schommelingen.
    • Natuurlijk evenwicht (biologisch evenwicht)
      • Schommelingen rond een bepaalde waarde.
      • Natuurlijke selectie
        • Zwakkere dieren hebben minder overlevingskans --> minder kans om zich voort te planten --> geven minder genen door aan het nageslacht.
          
          
• In stabiel ecosysteem:
  • veel verschillende populaties;
  • geen sprake van sterke schommelingen;
  • bij iedere populatie is sprake van een natuurlijk evenwicht.

  Invloed mens

Voorbeelden:

• toevoegen voedingsstoffen;
  • (over)bemesting;
  • lozing rioolwater.
    • Oppervlakte water wordt voedselrijker.
• onttrekken van water met als gevolg verdroging;
  Voor:
  • winning drinkwater;
  • verlagen van grondwaterstand om gebruik zware landbouwmachines mogelijk te maken;
  • aanleg van wegen. bestrating.
• kaalkap (ontbossing);
  • Leidt tot erosie --> overstromingen en woestijnvorming.
• verkleining leefgebieden;
  • Door aanleg van wegen en bouw van huizen.
    • Soorten verdwijnen o.a. doordat leefruimte verdwijnt.
• versnippering.
  • Gebieden raken van elkaar gescheiden door aanleg snelwegen, spoorwegen.
    Probleem:
    • populaties worden kleiner.
      • --> Grote kans op inteelt.
    • Te kleine populatie --> gevaar voor uitsterven.
      • Voor instand houden van populatie:
        • voldoende erfelijke variatie nodig (verscheidenheid).
          Er zijn erfelijke verschillen tussen de individuen --> bij verandering milieu voldoende organismen met geschikte eigenschappen aanwezig.

Duurzame voedselproductie

• Gericht op zoveel mogelijk de natuurlijke kringloop in stand houden.
  • Extensieve veeteelt.
    • Minder dieren per oppervlakte-eenheid.
    • Veevoer is zoveel mogelijk afkomstig van eigen grond.
  • Wisselteelt bij de landbouw (kleinere arealen).
  • Natuurlijke bemesting.
    O.a. groenbemesting
  • Bij voorkeur gebruik van biologische bestrijdingsmiddelen.
    • Inschakelen van de natuurlijke vijand.
  • Alleen gebruik van chemische bestrijdingsmiddelen als deze:
    • Biologisch afbreekbare zijn.
      • Kunnen door reducenten afgebroken worden.
    • Soortspecifiek zijn.
      • Doden alleen het organisme dat de schade veroorzaakt.

Niet-duurzame voedselproductie

• Gericht op zo groot mogelijke productie.
  • Vaak telen in Monocultuur (= grote percelen met één soort gewas).
    • Grote kans op het ontstaan van plagen.
      plaag = ongeremde voortplanting van bepaalde soort schadelijke dieren.
      Verklaring ontstaan plaag:
      • veel voedsel aanwezig voor bepaalde schadelijke soort.
      • ontbreken van natuurlijke vijanden.
    • Grote kans op het ontstaan van ziektes veroorzaakt door schimmels en bacteriën.
    • Gebruik bestrijdingsmiddelen noodzakelijk.
      • Vooral nodig bij gewassen die als monocultuur gekweekt worden.
        
        

Bestrijdingsmiddelen

• Vooral nodig bij gewassen die als monocultuur gekweekt worden.
  
  
• Chemische bestrijdingsmiddelen
  • Middelen om insecten die planten aantasten, te bestrijden.
  • Middelen voor onkruidbestrijding.
  • Middelen om tegen schimmels te beschermen.
    
    
  • Biologisch afbreekbare middelen
  • Kunnen door reducenten afgebroken worden.
  • Kunnen gebruikt worden in de duurzame voedselproductie.
    
    
  • Niet- biologisch afbreekbare middelen - persistente middelen
    
    • Kunnen niet door reducenten afgebroken worden.
      • Blijven in het milieu en dus in de voedselkringloop aanwezig.
      • Kan leiden tot ophoping van de gifstoffen in dieren uit de hogere niveaus van de voedselpiramide.
        
        
  • Soortspecifieke bestrijdingsmiddelen
    • Doden alleen het organisme dat de schade veroorzaakt.
      • Chemische bestrijdingsmiddelen zijn vaak niet soortspecifiek.
        
        
• Biologische bestrijdingsmiddelen
  • Inschakelen van de natuurlijke vijand.
    
    
• Geïntegreerde bestrijding
  • Gebruik van biologische bestrijdingsmethode.
  • In noodgevallen aangevuld met chemische middelen
    • Veel minder chemische bestrijdingsmiddelen nodig.