Energiefluss und Stickstoffkreislauf im Ökosystem
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Trophieebene (Ernährungsstufe)
Eine Trophieebene bezeichnet eine Stufe in der Nahrungskette eines Ökosystems.
Energiefluss
Pflanzen sind die Produzenten. Diese Biomasse ist die Nahrungsgrundlage für eine geringere Masse an Konsumenten 1. Ordnung. Die in der pflanzlichen Biomasse enthaltenen Nährstoffe und die Energie werden von den Konsumenten 1. Ordnung für Wachstum, Entwicklung sowie für Atmungsprozesse benötigt. Ein Teil der chemischen Energie wird dabei in Wärme umgewandelt und an die Umwelt abgegeben. Der durch die Lebensprozesse der Konsumenten 1. Ordnung verbrauchte Anteil an Biomasse und Energie steht den Konsumenten 2. Ordnung nicht mehr zur Verfügung.
Energieverlust
Die Energieaufnahme von Stufe zu Stufe sinkt auf ein Zehntel; das bedeutet, 90 % der Nahrungsenergie werden nicht weitergegeben.
Die Nahrungspyramide
Die Nahrungspyramide verdeutlicht die stetige Abnahme folgender Faktoren von den Primärproduzenten bis hin zu den Endkonsumenten:
- Biomasse
- Enthaltene Energie
- Individuenanzahl
Gleichzeitig nimmt die Größe der Individuen zu.
Stickstoffkreislauf
Stickstoff liegt in der Biosphäre in verschiedenen Formen vor. In der Atmosphäre sind riesige Mengen an molekularem Stickstoff (N2) enthalten. Dieser Stickstoff ist für lebende Organismen nicht direkt verfügbar. Eine Nutzung ist erst möglich, wenn die Dreifachbindung zwischen den zwei Stickstoffatomen gespalten wird (Stickstoff-Fixierung).
Biogeochemischer Kreislauf
Nach der Bindung tritt der Stickstoff in einen biogeochemischen Kreislauf ein. Pflanzen konkurrieren in diesem Kreislauf um Ammonium oder um Stickstoff, der durch Mineralisierung im Boden freigesetzt wird.
Stickstoffassimilation und Umwandlung
In den Pflanzen wird Stickstoff in Form von Aminosäuren (AS), Proteinen und anderen Verbindungen festgelegt. Sie bauen Stickstoff ein, indem sie Nitrat (NO3-) oder Ammonium (NH4+) aus dem Boden aufnehmen. Bestimmte Bakterien (Cyanobakterien und Rhizobium) können Stickstoff direkt einbauen und nutzen.
Konsumenten nehmen über Pflanzen Stickstoff auf und bauen ihn in ihren Stoffwechsel ein. Sie scheiden nicht mehr verwertbaren Stickstoff in Form von Ammoniak oder Harnstoff wieder aus:
- Ammonifikation: Diese Stoffe werden im Boden durch Bakterien zu Ammonium umgewandelt.
- Nitrifikation: Weitere Bakterien wandeln Ammonium zu Nitrit (NO2-) und weiter zu Nitrat um.
- Denitrifikation: Andere Bakterien wandeln Nitrat wieder in molekularen Stickstoff um.