Ekosistem

Sol: Mercan resifi ekosistemleri son derece üretken deniz sistemleridir. Sağda: Karasal bir ekosistem olan ılıman yağmur ormanları. ⓘ

Bir ekosistem (veya ekolojik sistem) tüm organizmalar ve bunların etkileşimde bulunduğu fiziksel çevreden oluşur. Bu biyotik ve abiyotik bileşenler besin döngüleri ve enerji akışları yoluyla birbirine bağlıdır. Enerji sisteme fotosentez yoluyla girer ve bitki dokusuna dahil edilir. Hayvanlar bitkilerle ve birbirleriyle beslenerek madde ve enerjinin sistem içindeki hareketinde önemli bir rol oynarlar. Ayrıca mevcut bitki ve mikrobiyal biyokütle miktarını da etkilerler. Ölü organik maddeleri parçalayarak, ayrıştırıcılar karbonu atmosfere geri salar ve ölü biyokütlede depolanan besinleri bitkiler ve mikroplar tarafından kolayca kullanılabilecek bir forma dönüştürerek besin döngüsünü kolaylaştırır. ⓘ

Ekosistemler dış ve iç faktörler tarafından kontrol edilir. İklim, toprağı oluşturan ana materyal ve topografya gibi dış faktörler bir ekosistemin genel yapısını kontrol eder ancak kendileri ekosistemden etkilenmez. İç faktörler ise örneğin ayrışma, kök rekabeti, gölgeleme, bozulma, ardıllık ve mevcut türler tarafından kontrol edilir. Kaynak girdileri genellikle dış süreçler tarafından kontrol edilirken, bu kaynakların ekosistem içindeki mevcudiyeti iç faktörler tarafından kontrol edilir. Bu nedenle, iç faktörler sadece ekosistem süreçlerini kontrol etmekle kalmaz, aynı zamanda onlar tarafından da kontrol edilir. ⓘ

Ekosistemler dinamik varlıklardır - periyodik rahatsızlıklara maruz kalırlar ve her zaman geçmişteki bazı rahatsızlıklardan kurtulma sürecindedirler. Bir ekosistemin bu bozulmaya rağmen denge durumuna yakın kalma eğilimine direnç denir. Bir sistemin rahatsızlığı absorbe etme ve değişim geçirirken esasen aynı işlevi, yapıyı, kimliği ve geri bildirimleri koruyacak şekilde yeniden organize olma kapasitesine ekolojik esneklik denir. Ekosistemler, teorik çalışmalar, belirli ekosistemleri uzun süreler boyunca izleyen çalışmalar, nasıl çalıştıklarını aydınlatmak için ekosistemler arasındaki farklılıklara bakanlar ve doğrudan manipülatif deneyler gibi çeşitli yaklaşımlarla incelenebilir. Biyomlar, ekosistemlerin genel sınıfları veya kategorileridir. Bununla birlikte, biyomlar ve ekosistemler arasında net bir ayrım yoktur. Ekosistem sınıflandırmaları, ekosistem tanımının dört unsurunu da dikkate alan özel ekolojik sınıflandırma türleridir: biyotik bir bileşen, abiyotik bir kompleks, bunlar arasındaki ve içindeki etkileşimler ve işgal ettikleri fiziksel alan. ⓘ

Ekosistemler, insanların bağımlı olduğu çeşitli mal ve hizmetler sağlar. Ekosistem malları su, gıda, yakıt, inşaat malzemesi ve tıbbi bitkiler gibi ekosistem süreçlerinin "somut, maddi ürünlerini" içerir. Ekosistem hizmetleri ise genellikle "değerli şeylerin durumundaki veya konumundaki iyileşmelerdir". Bunlar arasında hidrolojik döngülerin sürdürülmesi, hava ve suyun temizlenmesi, atmosferdeki oksijenin korunması, ürün tozlaşması ve hatta güzellik, ilham ve araştırma fırsatları gibi şeyler yer alır. Birçok ekosistem, toprak kaybı, hava ve su kirliliği, habitat parçalanması, su saptırılması, yangınların bastırılması, yeni türler ve istilacı türler gibi insan etkileri nedeniyle bozulur. Bu tehditler ekosistemin aniden dönüşmesine veya biyotik süreçlerin kademeli olarak bozulmasına ve ekosistemin abiyotik koşullarının bozulmasına yol açabilir. Orijinal ekosistem tanımlayıcı özelliklerini kaybettiğinde "çökmüş" olarak kabul edilir. Ekosistem restorasyonu Sürdürülebilir Kalkınma Hedeflerine ulaşılmasına katkıda bulunabilir. ⓘ

İskoçya'da yer alan Loch Lomond gölü. Doğal bir tatlı su kaynağıdır. Oldukça korunmuş bir ekosisteme sahiptir. Özellikle balık çeşitliliği ve nüfusu açısından uzun süredir değişmeksizin varlığını sürdürmektedir. ⓘ

Tanım

Bir ekosistem (veya ekolojik sistem) tüm organizmalardan ve etkileşimde bulundukları abiyotik havuzlardan (veya fiziksel ortamdan) oluşur. Biyotik ve abiyotik bileşenler besin döngüleri ve enerji akışları yoluyla birbirine bağlıdır. ⓘ

"Ekosistem süreçleri" enerji ve malzemelerin bir havuzdan diğerine aktarılmasıdır. Ekosistem süreçlerinin "çok çeşitli ölçeklerde gerçekleştiği" bilinmektedir. Bu nedenle, doğru çalışma ölçeği sorulan soruya bağlıdır. ⓘ

Terimin kökeni ve gelişimi

"Ekosistem" terimi ilk kez 1935 yılında İngiliz ekolog Arthur Tansley tarafından bir yayında kullanılmıştır. Terim, Tansley'in isteği üzerine bu kelimeyi bulan Arthur Roy Clapham tarafından ortaya atılmıştır. Tansley bu kavramı, organizmalar ve çevreleri arasındaki materyal transferinin önemine dikkat çekmek için geliştirmiştir. Daha sonra bu terimi geliştirerek "Sadece organizma kompleksini değil, aynı zamanda çevre dediğimiz şeyi oluşturan tüm fiziksel faktörler kompleksini de içeren ... tüm sistem" olarak tanımladı. Tansley ekosistemleri sadece doğal birimler olarak değil, "zihinsel izolatlar" olarak değerlendirmiştir. Tansley daha sonra ekosistemlerin uzamsal kapsamını "ekotop" terimini kullanarak tanımlamıştır. ⓘ

Tansley'in çağdaşı bir limnolog olan G. Evelyn Hutchinson, Charles Elton'ın trofik ekoloji hakkındaki fikirlerini Rus jeokimyacı Vladimir Vernadsky'ninkilerle birleştirdi. Sonuç olarak, bir göldeki mineral besin mevcudiyetinin alg üretimini sınırladığını öne sürdü. Bu da alglerle beslenen hayvanların bolluğunu sınırlayacaktır. Raymond Lindeman bu fikirleri daha da ileri götürerek bir göldeki enerji akışının ekosistemin temel itici gücü olduğunu öne sürdü. Hutchinson'ın öğrencileri Howard T. Odum ve Eugene P. Odum kardeşler, ekosistemlerin incelenmesine yönelik bir "sistem yaklaşımı" geliştirdiler. Bu, ekolojik sistemler aracılığıyla enerji ve materyal akışını incelemelerine olanak sağladı. ⓘ

Süreçler

Yağmur ormanı ekosistemleri biyolojik çeşitlilik açısından zengindir. Burası Senegal'in Niokolo-Koba Ulusal Parkı'ndaki Gambiya Nehri. ⓘ

Baja California Çölü Florası, Cataviña bölgesi, Meksika ⓘ

Dış ve iç faktörler

Ekosistemler hem dış hem de iç faktörler tarafından kontrol edilir. Durum faktörleri olarak da adlandırılan dış faktörler, bir ekosistemin genel yapısını ve içinde işlerin nasıl yürüdüğünü kontrol eder, ancak kendileri ekosistemden etkilenmez. Geniş coğrafi ölçeklerde iklim, "ekosistem süreçlerini ve yapısını en güçlü şekilde belirleyen" faktördür. İklim, ekosistemin içinde bulunduğu biyomu belirler. Yağış modelleri ve mevsimsel sıcaklıklar fotosentezi etkiler ve böylece ekosistem için mevcut enerji miktarını belirler. ⓘ

Ana materyal, bir ekosistemdeki toprağın yapısını belirler ve mineral besinlerin tedarikini etkiler. Topoğrafya ayrıca mikro iklim, toprak gelişimi ve suyun bir sistem içindeki hareketi gibi unsurları etkileyerek ekosistem süreçlerini kontrol eder. Örneğin, ekosistemler arazideki küçük bir çöküntüde yer alıyorsa, bitişikteki dik bir yamaçta mevcut olandan oldukça farklı olabilir. ⓘ

Ekosistemin işleyişinde önemli rol oynayan diğer dış faktörler arasında zaman ve potansiyel biyota, yani bir bölgede mevcut olan ve potansiyel olarak belirli bir alanı işgal edebilecek organizmalar yer alır. Dünyanın farklı yerlerinde bulunan benzer ortamlardaki ekosistemler, sadece farklı tür havuzlarına sahip oldukları için çok farklı şeyler yapabilirler. Yerli olmayan türlerin girişi ekosistem işlevinde önemli değişimlere neden olabilir. ⓘ

Dış faktörlerin aksine, ekosistemlerdeki iç faktörler sadece ekosistem süreçlerini kontrol etmekle kalmaz, aynı zamanda onlar tarafından da kontrol edilir. Kaynak girdileri genellikle iklim ve ana materyal gibi dış süreçler tarafından kontrol edilirken, bu kaynakların ekosistem içindeki mevcudiyeti ayrışma, kök rekabeti veya gölgeleme gibi iç faktörler tarafından kontrol edilir. Rahatsızlık, süksesyon veya mevcut türlerin türleri gibi diğer faktörler de iç faktörlerdir. ⓘ

Birincil üretim

Eylül 1997'den Ağustos 2000'e kadar küresel okyanus ve karasal fototrof bolluğu. Ototrof biyokütlesinin bir tahmini olarak, birincil üretim potansiyelinin yalnızca kaba bir göstergesidir, gerçek bir tahmini değildir. ⓘ

Birincil üretim, inorganik karbon kaynaklarından organik madde üretimidir. Bu esas olarak fotosentez yoluyla gerçekleşir. Bu süreçten elde edilen enerji yeryüzündeki yaşamı desteklerken, karbon da canlı ve ölü biyokütle, toprak karbonu ve fosil yakıtlardaki organik maddenin çoğunu oluşturur. Ayrıca sera etkisi yoluyla küresel iklimi etkileyen karbon döngüsünü de yönlendirir. ⓘ

Fotosentez süreci sayesinde bitkiler ışıktan enerji yakalar ve bunu karbondioksit ile suyu birleştirerek karbonhidrat ve oksijen üretmek için kullanır. Bir ekosistemdeki tüm bitkiler tarafından gerçekleştirilen fotosenteze brüt birincil üretim (GPP) denir. Brüt GPP'nin yaklaşık yarısı, büyümelerini ve bakımlarını destekleyen enerjiyi sağlamak için bitkiler tarafından solunur. Geri kalan, GPP'nin solunumla tüketilmeyen kısmı, net birincil üretim (NPP) olarak bilinir. Toplam fotosentez bir dizi çevresel faktörle sınırlıdır. Bunlar arasında mevcut ışık miktarı, bir bitkinin ışığı yakalamak için sahip olduğu yaprak alanı miktarı (diğer bitkiler tarafından gölgelenme fotosentez için önemli bir sınırlamadır), fotosentezi desteklemek için kloroplastlara karbondioksit sağlama hızı, su mevcudiyeti ve fotosentezin gerçekleştirilmesi için uygun sıcaklıkların mevcudiyeti yer alır. ⓘ

Enerji akışı

Enerji ve karbon fotosentez yoluyla ekosistemlere girer, canlı dokuya dahil edilir, canlı ve ölü bitki maddesiyle beslenen diğer organizmalara aktarılır ve sonunda solunum yoluyla serbest bırakılır. Bitki dokularına dahil edilen karbon ve enerji (net birincil üretim) ya bitki canlıyken hayvanlar tarafından tüketilir ya da bitki dokusu öldüğünde ve detritus haline geldiğinde yenmeden kalır. Karasal ekosistemlerde, net birincil üretimin büyük çoğunluğu ayrıştırıcılar tarafından parçalanır. Geri kalanı ise hayvanlar tarafından henüz canlıyken tüketilir ve bitki temelli trofik sisteme girer. Bitkiler ve hayvanlar öldükten sonra, içlerinde bulunan organik madde detritus bazlı trofik sisteme girer. ⓘ

Ekosistem solunumu, ekosistemdeki tüm canlı organizmalar (bitkiler, hayvanlar ve ayrıştırıcılar) tarafından yapılan solunumun toplamıdır. Net ekosistem üretimi, brüt birincil üretim (GPP) ile ekosistem solunumu arasındaki farktır. Rahatsızlığın olmadığı durumda net ekosistem üretimi, ekosistemdeki net karbon birikimine eşdeğerdir. ⓘ

Enerji ayrıca orman yangını gibi rahatsızlıklarla bir ekosistemden salınabilir veya erozyonla diğer ekosistemlere (örneğin, bir ormandan bir akarsuya veya bir göle) aktarılabilir. ⓘ

Sucul sistemlerde, otçullar tarafından tüketilen bitki biyokütlesinin oranı karasal sistemlere göre çok daha yüksektir. Trofik sistemlerde fotosentetik organizmalar birincil üreticilerdir. Onların dokularını tüketen organizmalara birincil tüketiciler veya ikincil üreticiler-otçullar denir. Mikroplarla (bakteri ve mantarlar) beslenen organizmalar mikrobivor olarak adlandırılır. Birincil tüketicilerle (etoburlar) beslenen hayvanlar ikincil tüketicilerdir. Bunların her biri bir trofik seviye oluşturur. ⓘ

Tüketim sırası -bitkiden otçula ve etçile- bir besin zinciri oluşturur. Gerçek sistemler bundan çok daha karmaşıktır; organizmalar genellikle birden fazla besin türüyle beslenir ve birden fazla trofik düzeyde beslenebilir. Etoburlar, bitki temelli trofik sistemin bir parçası olan bazı avları ve detritus temelli trofik sistemin bir parçası olan diğerlerini yakalayabilir (hem otçul çekirgelerle hem de detritus tüketen solucanlarla beslenen bir kuş). Tüm bu karmaşıklıklara sahip gerçek sistemler, besin zincirlerinden ziyade besin ağlarını oluşturur. ⓘ

Ayrışma

Zaman içinde çürüyen bir domuz karkasının dizilimi ⓘ

Ölü organik maddedeki karbon ve besin maddeleri, ayrışma olarak bilinen bir grup süreç tarafından parçalanır. Bu, daha sonra bitki ve mikrobiyal üretim için yeniden kullanılabilecek besin maddelerini serbest bırakır ve karbondioksiti fotosentez için kullanılabileceği atmosfere (veya suya) geri döndürür. Ayrışmanın olmaması durumunda, ölü organik madde bir ekosistemde birikecek ve besin maddeleri ile atmosferik karbondioksit tükenecektir. ⓘ

Ayrışma süreçleri üç kategoriye ayrılabilir - süzülme, parçalanma ve ölü materyalin kimyasal değişimi. Su, ölü organik maddenin içinden geçerken, suda çözünen bileşenleri çözer ve beraberinde taşır. Bunlar daha sonra topraktaki organizmalar tarafından alınır, mineral toprakla reaksiyona girer veya ekosistem sınırlarının ötesine taşınır (ve ekosistem için kayıp olarak kabul edilir). Yeni dökülen yapraklar ve yeni ölen hayvanlar yüksek konsantrasyonlarda suda çözünen bileşenlere sahiptir ve şekerler, amino asitler ve mineral besinleri içerir. Sızıntı ıslak ortamlarda daha önemli, kuru ortamlarda ise daha az önemlidir. ⓘ

Parçalanma süreçleri organik maddeleri daha küçük parçalara ayırarak mikropların kolonileşmesi için yeni yüzeyler ortaya çıkarır. Yeni dökülmüş yaprak altlığı, kütikül veya kabuktan oluşan bir dış tabaka nedeniyle erişilemez olabilir ve hücre içerikleri bir hücre duvarı ile korunur. Yeni ölmüş hayvanlar bir dış iskelet ile kaplanmış olabilir. Bu koruyucu tabakaları kıran parçalanma süreçleri mikrobiyal ayrışma hızını artırır. Hayvanlar yiyecek ararken detritusu parçaladıkları gibi bağırsaktan geçerken de parçalayabilirler. Donma-çözülme döngüleri ve ıslanma ve kuruma döngüleri de ölü materyali parçalara ayırır. ⓘ

Ölü organik maddenin kimyasal değişimi öncelikle bakteri ve mantarların etkisiyle gerçekleşir. Mantar hifleri, ölü bitki materyalini çevreleyen sert dış yapıları kırabilen enzimler üretir. Ayrıca lignini parçalayan enzimler de üretirler, bu da hem hücre içeriğine hem de lignindeki nitrojene erişmelerini sağlar. Mantarlar karbon ve azotu hif ağları aracılığıyla transfer edebilirler ve bu nedenle bakterilerin aksine yalnızca yerel olarak mevcut kaynaklara bağımlı değildirler. ⓘ

Ayrışma oranları

Ayrışma oranları ekosistemler arasında değişiklik gösterir. Ayrışma hızı üç faktör tarafından yönetilir: fiziksel çevre (sıcaklık, nem ve toprak özellikleri), ayrıştırıcılar için mevcut ölü materyalin miktarı ve kalitesi ve mikrobiyal topluluğun doğası. Sıcaklık mikrobiyal solunum hızını kontrol eder; sıcaklık ne kadar yüksekse mikrobiyal ayrışma o kadar hızlı gerçekleşir. Sıcaklık aynı zamanda toprak nemini de etkiler, bu da ayrışmayı etkiler. Donma-çözülme döngüleri de ayrışmayı etkiler; donma sıcaklıkları toprak mikroorganizmalarını öldürür, bu da sızıntının besin maddelerinin taşınmasında daha önemli bir rol oynamasını sağlar. Bu özellikle ilkbaharda toprak çözüldüğünde önemli olabilir ve besin maddelerinin kullanılabilir hale gelmesini sağlar. ⓘ

Ayrışma oranları çok ıslak veya çok kuru koşullar altında düşüktür. Ayrışma oranları, yeterli oksijen seviyesine sahip ıslak, nemli koşullarda en yüksektir. Islak topraklar oksijen bakımından yetersiz olma eğilimindedir (bu özellikle sulak alanlarda geçerlidir), bu da mikrobiyal büyümeyi yavaşlatır. Kuru topraklarda da ayrışma yavaşlar, ancak topraklar bitki büyümesini destekleyemeyecek kadar kuruduktan sonra bile bakteriler (daha yavaş bir oranda da olsa) büyümeye devam eder. ⓘ

Dinamikler ve esneklik

Ekosistemler dinamik varlıklardır. Periyodik bozulmalara maruz kalırlar ve her zaman geçmişteki bozulmalardan kurtulma sürecindedirler. Bir pertürbasyon meydana geldiğinde, bir ekosistem başlangıçtaki durumundan uzaklaşarak tepki verir. Bir ekosistemin bu bozulmaya rağmen denge durumuna yakın kalma eğilimi, direnci olarak adlandırılır. Bir sistemin rahatsızlığı absorbe etme ve değişim geçirirken esasen aynı işlevi, yapıyı, kimliği ve geri bildirimleri koruyacak şekilde yeniden organize olma kapasitesine ekolojik dayanıklılık denir. Dirençlilik düşüncesi, hayatta kalmak için ekosistem hizmetlerine bağımlı olduğumuz ve şoklara ve rahatsızlıklara dayanmak için doğal kapasitelerini inşa etmek ve sürdürmek zorunda olduğumuz biyosferin ayrılmaz bir parçası olarak insanlığı da içerir. Zaman geniş bir yelpazede merkezi bir rol oynar; örneğin toprağın çıplak kayadan yavaş gelişmesi ve bir topluluğun rahatsızlıktan daha hızlı toparlanması gibi. ⓘ

Rahatsızlık da ekolojik süreçlerde önemli bir rol oynar. F. Stuart Chapin ve diğer yazarlar rahatsızlığı "bitki biyokütlesini ortadan kaldıran zaman içinde nispeten ayrı bir olay" olarak tanımlamaktadır. Bu, otçul salgınları, ağaç devrilmeleri, yangınlar, kasırgalar, seller, buzul ilerlemeleri ve volkanik patlamalara kadar değişebilir. Bu tür bozulmalar bitki, hayvan ve mikrop popülasyonlarının yanı sıra toprak organik madde içeriğinde de büyük değişikliklere neden olabilir. Rahatsızlığı, "ekosistem yapısında ve işleyişinde, kaynak arzında biyolojik olarak yönlendirilen değişikliklerden kaynaklanan yönlü bir değişim" olan süksesyon takip eder. ⓘ

Rahatsızlığın sıklığı ve şiddeti, ekosistem işlevini etkileme şeklini belirler. Volkanik patlama ya da buzulların ilerlemesi ve geri çekilmesi gibi büyük bir rahatsızlık, geride bitki, hayvan ya da organik madde içermeyen topraklar bırakır. Bu tür rahatsızlıklara maruz kalan ekosistemler birincil süksesyona uğrar. Orman yangınları, kasırgalar ya da ekim gibi daha az şiddetli rahatsızlıklar ikincil süksesyona ve daha hızlı bir iyileşmeye neden olur. Daha şiddetli ve daha sık rahatsızlıklar daha uzun iyileşme süreleriyle sonuçlanır. ⓘ

Ekosistemler bir yıldan diğerine biyotik ve abiyotik ortamlarında değişim yaşarlar. Kuraklık, normalden daha soğuk bir kış ve bir haşere salgını, çevresel koşullardaki kısa vadeli değişkenliklerdir. Hayvan popülasyonları yıldan yıla değişir, kaynak açısından zengin dönemlerde artar ve besin kaynaklarını aştıklarında düşerler. Daha uzun vadeli değişiklikler de ekosistem süreçlerini şekillendirir. Örneğin, Kuzey Amerika'nın doğusundaki ormanlar, 1850 yılında geniş alanların ormana dönüştürülmesiyle sona eren tarımın izlerini hala taşımaktadır. Bir başka örnek de Doğu Sibirya göllerindeki metan üretiminin Pleistosen döneminde biriken organik madde tarafından kontrol edilmesidir. ⓘ

Kanarya Adaları'ndan biri olan Gran Canaria'da bir tatlı su gölü. Net sınırlar, göllerin ekosistem yaklaşımı kullanılarak incelenmesini kolaylaştırır. ⓘ

Besin döngüsü

Biyolojik azot döngüsü ⓘ

Ekosistemler sürekli olarak daha geniş bir çevre ile enerji ve karbon alışverişinde bulunur. Mineral besinler ise çoğunlukla bitkiler, hayvanlar, mikroplar ve toprak arasında gidip gelir. Azotun çoğu ekosistemlere biyolojik azot fiksasyonu yoluyla girer, yağış, toz, gazlar yoluyla birikir veya gübre olarak uygulanır. Karasal ekosistemlerin çoğu kısa vadede azotla sınırlıdır ve bu da azot döngüsünü ekosistem üretimi üzerinde önemli bir kontrol haline getirir. Uzun vadede fosfor mevcudiyeti de kritik olabilir. ⓘ

Tüm bitkiler tarafından büyük miktarlarda ihtiyaç duyulan makro besinler arasında birincil besinler (en büyük miktarlarda kullanıldıkları için en sınırlayıcı olan) yer alır: Azot, fosfor, potasyum. İkincil ana besinler (daha az sıklıkla sınırlayıcıdır) şunları içerir: Kalsiyum, magnezyum, sülfür. Tüm bitkiler tarafından küçük miktarlarda ihtiyaç duyulan mikro besinler arasında bor, klorür, bakır, demir, manganez, molibden, çinko bulunur. Son olarak, belirli bitkiler tarafından veya belirli çevresel koşullar altında bitkiler tarafından gerekli olabilecek faydalı besinler de vardır: alüminyum, kobalt, iyot, nikel, selenyum, silikon, sodyum, vanadyum. ⓘ

Modern zamanlara kadar azot fiksasyonu ekosistemler için başlıca azot kaynağıydı. Azot bağlayıcı bakteriler ya bitkilerle simbiyotik olarak yaşar ya da toprakta serbestçe yaşar. Azot bağlayan simbiyontları destekleyen bitkiler için enerji maliyeti yüksektir - kontrollü koşullarda ölçüldüğünde brüt birincil üretimin %25'i kadar. Baklagil bitki ailesinin birçok üyesi azot bağlayıcı simbiyontları destekler. Bazı siyanobakteriler de azot fiksasyonu yeteneğine sahiptir. Bunlar fotosentez yapan fototroflardır. Diğer azot bağlayıcı bakteriler gibi, serbest yaşayabilirler ya da bitkilerle simbiyotik ilişkileri olabilir. Diğer azot kaynakları arasında fosil yakıtların yanması sonucu oluşan asit birikimi, gübre uygulanan tarım alanlarından buharlaşan amonyak gazı ve toz yer alır. Antropojenik azot girdileri, ekosistemlerdeki tüm azot akışlarının yaklaşık %80'ini oluşturmaktadır. ⓘ

Bitki dokuları döküldüğünde veya yenildiğinde, bu dokulardaki azot hayvanlar ve mikroplar için kullanılabilir hale gelir. Mikrobiyal ayrışma, bitkilerin, mantarların ve bakterilerin bunun için rekabet ettiği topraktaki ölü organik maddelerden azot bileşiklerini serbest bırakır. Bazı toprak bakterileri organik azot içeren bileşikleri karbon kaynağı olarak kullanır ve toprağa amonyum iyonları salar. Bu süreç azot mineralizasyonu olarak bilinir. Diğerleri ise nitrifikasyon olarak bilinen bir süreçle amonyumu nitrit ve nitrat iyonlarına dönüştürür. Nitrifikasyon sırasında nitrik oksit ve nitröz oksit de üretilir. Azot bakımından zengin ve oksijen bakımından fakir koşullar altında, nitratlar ve nitritler denitrifikasyon olarak bilinen bir süreçle azot gazına dönüştürülür. ⓘ

Bitki kökleriyle simbiyotik olan mikorizal mantarlar, bitkiler tarafından sağlanan karbonhidratları kullanır ve karşılığında fosfor ve azot bileşiklerini bitki köklerine geri aktarır. Bu, ölü organik maddelerden bitkilere organik azot transferinin önemli bir yoludur. Bu mekanizma, yıllık 70 Tg'dan fazla asimile edilmiş bitki azotuna katkıda bulunabilir ve böylece küresel besin döngüsü ve ekosistem işlevinde kritik bir rol oynar. ⓘ

Fosfor ekosistemlere ayrışma yoluyla girer. Ekosistemler yaşlandıkça bu kaynak azalır ve fosfor sınırlaması eski arazilerde (özellikle tropik bölgelerde) daha yaygın hale gelir. Kalsiyum ve sülfür de ayrışma yoluyla üretilir, ancak asit birikimi birçok ekosistemde önemli bir sülfür kaynağıdır. Magnezyum ve manganez ayrışma yoluyla üretilse de, toprak organik maddesi ve canlı hücreler arasındaki değişimler ekosistem akışlarının önemli bir kısmını oluşturur. Potasyum öncelikle canlı hücreler ve toprak organik maddesi arasında çevrilir. ⓘ

İşlev ve biyoçeşitlilik

İskoçya'daki Loch Lomond nispeten izole bir ekosistem oluşturmaktadır. Bu göldeki balık topluluğu, 1970'lerdeki bir dizi giriş besin ağını yeniden yapılandırana kadar uzun bir süre boyunca sabit kalmıştır. ⓘ

Ifaty, Madagaskar'da çeşitli Adansonia (baobab) türleri, Alluaudia procera (Madagaskar ocotillo) ve diğer bitki örtüsünü içeren dikenli orman ⓘ

Biyoçeşitlilik ekosistem işleyişinde önemli bir rol oynar. Ekosistem süreçleri, bir ekosistemdeki türler, bireysel türlerin doğası ve bu türler arasındaki organizmaların göreceli bolluğu tarafından yönlendirilir. Ekosistem süreçleri, çevreleriyle etkileşime giren bireysel organizmaların eylemlerinin net etkisidir. Ekolojik teori, türlerin bir arada var olabilmeleri için belli bir düzeyde sınırlayıcı benzerliğe sahip olmaları gerektiğini, yani birbirlerinden temel bir şekilde farklı olmaları gerektiğini, aksi takdirde bir türün diğerini rekabetçi bir şekilde dışlayacağını öne sürer. Buna rağmen, bir ekosistemdeki ilave türlerin kümülatif etkisi doğrusal değildir: örneğin ilave türler azot tutulumunu artırabilir. Bununla birlikte, belirli bir tür zenginliği seviyesinin ötesinde, halihazırda mevcut olan türlerden önemli ölçüde farklı olmadıkça, ilave türlerin çok az katkı etkisi olabilir. Örneğin egzotik türler için durum böyledir. ⓘ

Bir ekosistemde zaten mevcut olan türlere ekolojik olarak benzer türlerin eklenmesi (veya kaybedilmesi) ekosistem işlevi üzerinde sadece küçük bir etkiye sahip olma eğilimindedir. Öte yandan, ekolojik olarak farklı türlerin çok daha büyük bir etkisi vardır. Benzer şekilde, baskın türler ekosistem işlevi üzerinde büyük bir etkiye sahipken, nadir türler küçük bir etkiye sahip olma eğilimindedir. Kilit taşı türler, ekosistemdeki bolluklarıyla orantısız bir şekilde ekosistem işlevi üzerinde etkiye sahip olma eğilimindedir. ⓘ

Bir ekosistem mühendisi, bir habitatı yaratan, önemli ölçüde değiştiren, koruyan veya yok eden herhangi bir organizmadır. ⓘ

Çalışma yaklaşımları

Ekosistem ekolojisi

Bir hidrotermal menfez okyanus tabanındaki bir ekosistemdir. (Ölçek çubuğu 1 m'dir.) ⓘ

Ekosistem ekolojisi, "entegre bir sistem olarak organizmalar ve çevreleri arasındaki etkileşimlerin incelenmesidir". Ekosistemlerin boyutu, kayaların yüzey katmanlarından gezegenin yüzeyine kadar on büyüklük sırasına kadar değişebilir. ⓘ

Hubbard Brook Ekosistem Çalışması 1963 yılında New Hampshire'daki Beyaz Dağları incelemek üzere başlatılmıştır. Bütün bir su havzasını bir ekosistem olarak incelemek için yapılan ilk başarılı girişimdi. Çalışma, ekosistem özelliklerini izlemenin bir yolu olarak akarsu kimyasını kullandı ve ekosistemin ayrıntılı bir biyojeokimyasal modelini geliştirdi. Alanda yapılan uzun süreli araştırmalar 1972 yılında Kuzey Amerika'da asit yağmurlarının keşfedilmesine yol açmıştır. Araştırmacılar önümüzdeki birkaç on yıl içinde toprak katyonlarının (özellikle kalsiyum) tükendiğini belgelemiştir. ⓘ

Ekosistemler çeşitli yaklaşımlarla incelenebilir - teorik çalışmalar, belirli ekosistemleri uzun süreler boyunca izleyen çalışmalar, nasıl çalıştıklarını aydınlatmak için ekosistemler arasındaki farklılıklara bakanlar ve doğrudan manipülatif deneyler. Çalışmalar, tüm ekosistem çalışmalarından mikrokozmos veya mezokozmos (ekosistemlerin basitleştirilmiş temsilleri) çalışmalarına kadar çeşitli ölçeklerde gerçekleştirilebilir. Amerikalı ekolog Stephen R. Carpenter, mikrokozmos deneylerinin ekosistem ölçeğinde yapılan saha çalışmalarıyla birlikte yürütülmediği takdirde "alakasız ve saptırıcı" olabileceğini savunmuştur. Bu gibi durumlarda mikrokozmos deneyleri ekosistem düzeyindeki dinamikleri doğru bir şekilde tahmin etmekte başarısız olabilir. ⓘ

Sınıflandırmalar

Biyomlar, ekosistemlerin genel sınıfları veya kategorileridir. Bununla birlikte, biyomlar ve ekosistemler arasında net bir ayrım yoktur. Biyomlar her zaman çok genel bir düzeyde tanımlanır. Ekosistemler çok genelden (bu durumda isimler bazen biyomlarınkiyle aynıdır) "ıslak kıyı iğne yapraklı ormanları" gibi çok özele kadar değişen seviyelerde tanımlanabilir. ⓘ

Biyomlar iklimdeki küresel değişimler nedeniyle çeşitlilik gösterir. Biyomlar genellikle yapılarına göre tanımlanır: genel düzeyde, örneğin tropikal ormanlar, ılıman otlaklar ve kutup tundraları. Bir biyomu oluşturan ekosistem türleri arasında, iğne yapraklı boreal ormanları veya ıslak tropikal ormanlar gibi herhangi bir derecede alt kategoriler olabilir. Ekosistemler en yaygın olarak yapılarına ve coğrafyalarına göre kategorize edilse de, ekosistemleri insan etkisi düzeylerine (bkz. antropojenik biyom) veya sosyal süreçler veya teknolojik süreçlerle entegrasyonlarına veya yeniliklerine (örn. yeni ekosistem) göre kategorize etmenin ve sınıflandırmanın başka yolları da vardır. Bu ekosistem taksonomilerinin her biri farklı yapısal veya işlevsel özellikleri vurgulama eğilimindedir. Bunların hiçbiri "en iyi" sınıflandırma değildir. ⓘ

Ekosistem sınıflandırmaları, ekosistem tanımının dört unsurunu da dikkate alan özel ekolojik sınıflandırma türleridir: biyotik bir bileşen, abiyotik bir kompleks, bunların arasındaki ve içindeki etkileşimler ve kapladıkları fiziksel alan. Karasal, tatlı su ve deniz disiplinlerinde ekolojik sınıflandırmalara yönelik farklı yaklaşımlar geliştirilmiştir. ⓘ

Örnekler

Aşağıdaki maddeler, belirli bölgeler, bölgeler veya koşullar için ekosistem örnekleridir:

• Sucul ekosistem
• Boreal ekosistem
• Tatlı su ekosistemi
• Yeraltı suyuna bağımlı ekosistemler
• Göl ekosistemi (lentik ekosistem)
• Büyük deniz ekosistemi
• Deniz ekosistemi
• Montan ekosistemi
• Nehir ekosistemi (lotik ekosistem)
• Karasal ekosistem
• Kentsel ekosistem ⓘ

Ekosistemlerle insan etkileşimleri

İnsan faaliyetleri neredeyse tüm ekosistemlerde önemlidir. İnsanlar ekosistemler içinde var olmalarına ve faaliyet göstermelerine rağmen, kümülatif etkileri iklim gibi dış faktörleri etkileyecek kadar büyüktür. ⓘ

Ekosistem mal ve hizmetleri

Adirondack Parkı'ndaki 6.000.000 dönümlük (2.400.000 hektar) High Peaks Wilderness Alanı, çeşitlilik gösteren bir ekosistem örneğidir. ⓘ

Ekosistemler, insanların bağımlı olduğu çeşitli mal ve hizmetleri sağlar. Ekosistem ürünleri su, gıda, yakıt, inşaat malzemesi ve şifalı bitkiler gibi ekosistem süreçlerinin "somut, maddi ürünlerini" içerir. Ayrıca turizm ve rekreasyon gibi daha az somut öğeleri ve yabani bitki ve hayvanlardan elde edilen ve evcil türleri geliştirmek için kullanılabilecek genleri de içerirler. ⓘ

Ekosistem hizmetleri ise genellikle "değeri olan şeylerin durumundaki veya konumundaki iyileşmelerdir". Bunlar arasında hidrolojik döngülerin sürdürülmesi, hava ve suyun temizlenmesi, atmosferdeki oksijenin korunması, ürün tozlaşması ve hatta güzellik, ilham ve araştırma fırsatları gibi şeyler yer almaktadır. Ekosistemden elde edilen materyallerin geleneksel olarak ekonomik değeri olan şeylerin temeli olduğu kabul edilirken, ekosistem hizmetleri hafife alınma eğilimindedir. ⓘ

Milenyum Ekosistem Değerlendirmesi, dünyanın önde gelen 1000'den fazla biyoloji bilimcisinin Dünya'nın ekosistemlerinin durumunu analiz eden ve karar vericiler için özetler ve kılavuzlar sağlayan uluslararası bir sentezdir. Raporda dört ana ekosistem hizmeti kategorisi belirlenmiştir: sağlama, düzenleme, kültürel ve destekleyici hizmetler. Rapor, insan faaliyetlerinin dünya ekosistemlerinin biyolojik çeşitliliği üzerinde önemli ve artan bir etkiye sahip olduğu ve hem dayanıklılıklarını hem de biyokapasitelerini azalttığı sonucuna varmaktadır. Rapor, doğal sistemlerden insanlığın "yaşam destek sistemi" olarak bahsetmekte ve temel ekosistem hizmetlerini sağlamaktadır. Değerlendirme 24 ekosistem hizmetini ölçmekte ve sadece dördünün son 50 yılda gelişme gösterdiği, 15'inin ciddi düşüşte olduğu ve beşinin de tehlikeli bir durumda olduğu sonucuna varmaktadır. ⓘ

Biyoçeşitlilik ve Ekosistem Hizmetleri Hükümetlerarası Bilim-Politika Platformu (IPBES), biyoçeşitlilik ve ekosistem hizmetleri konularında bilim ve politika arasındaki arayüzü geliştirmek amacıyla kurulmuş hükümetlerarası bir organizasyondur. Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli'ne benzer bir rol oynaması amaçlanmaktadır. IPBES'in kavramsal çerçevesi birbiriyle bağlantılı altı temel unsuru içermektedir: doğa, doğanın insanlara sağladığı faydalar, antropojenik varlıklar, kurumlar ve yönetişim sistemleri ve değişimin diğer dolaylı etkenleri, değişimin doğrudan etkenleri ve iyi yaşam kalitesi. ⓘ

Ekosistem hizmetleri sınırlıdır ve aynı zamanda insan faaliyetleri tarafından tehdit edilmektedir. Karar vericilerin bilgilendirilmesine yardımcı olmak amacıyla, birçok ekosistem hizmetine, genellikle insan kaynaklı alternatiflerle yer değiştirme maliyetine dayanan ekonomik değerler atanmaktadır. Örneğin biyoçeşitlilik bankacılığı yoluyla doğaya ekonomik değer biçme konusunda süregelen zorluk, çevreyi, sosyal sorumluluğu, iş fırsatlarını ve bir tür olarak geleceğimizi nasıl tanıdığımız ve yönettiğimiz konusunda disiplinler arası değişimlere yol açmaktadır. ⓘ

Bozulma ve gerileme

Orman Peyzaj Bütünlüğü Endeksi, kalan ormanlar üzerindeki küresel antropojenik değişiklikleri yıllık olarak ölçmektedir. 0 = En fazla değişiklik; 10= En az değişiklik. ⓘ

İnsan nüfusu ve kişi başına düşen tüketim arttıkça, ekosistemlere dayatılan kaynak talepleri ve insan ekolojik ayak izinin etkileri de artmaktadır. Doğal kaynaklar hassas ve sınırlıdır. Antropojenik eylemlerin çevresel etkileri daha belirgin hale gelmektedir. Tüm ekosistemler için sorunlar şunlardır: çevre kirliliği, iklim değişikliği ve biyolojik çeşitlilik kaybı. Karasal ekosistemler için diğer tehditler arasında hava kirliliği, toprak bozulması ve ormansızlaşma yer almaktadır. Sucul ekosistemler için tehditler arasında ayrıca deniz kaynaklarının sürdürülemez kullanımı (örneğin aşırı avlanma), deniz kirliliği, mikroplastik kirliliği, iklim değişikliğinin okyanuslar üzerindeki etkileri (örneğin ısınma ve asitleşme) ve kıyı alanlarında yapılaşma yer almaktadır. ⓘ

Birçok ekosistem, toprak kaybı, hava ve su kirliliği, habitat parçalanması, su saptırılması, yangınların bastırılması ve getirilen türler ve istilacı türler gibi insan etkileri nedeniyle bozulmaktadır. ⓘ

Bu tehditler ekosistemin aniden dönüşmesine veya biyotik süreçlerin kademeli olarak bozulmasına ve ekosistemin abiyotik koşullarının bozulmasına yol açabilir. Orijinal ekosistem tanımlayıcı özelliklerini kaybettiğinde çökmüş olarak kabul edilir (ayrıca bkz. IUCN Ekosistemlerin Kırmızı Listesi). Ekosistem çöküşü tersine çevrilebilir ve bu yönüyle türlerin yok olmasından farklıdır. Çöküş riskinin nicel değerlendirmeleri, koruma durumu ve eğilimlerinin ölçütleri olarak kullanılır. ⓘ

Yönetim

Doğal kaynak yönetimi tek bir tür yerine tüm ekosistemlere uygulandığında ekosistem yönetimi olarak adlandırılır. Ekosistem yönetimi tanımları çok sayıda olsa da, bu tanımların altında yatan ortak bir dizi ilke vardır: Temel bir ilke, ekosistem tarafından üretilen mal ve hizmetlerin uzun vadeli sürdürülebilirliğidir; "nesiller arası sürdürülebilirlik yönetim için bir ön koşuldur, sonradan düşünülen bir şey değildir". Ekosistem yönetimi vahşi doğanın korunmasına yönelik bir planın parçası olarak kullanılabileceği gibi, yoğun bir şekilde yönetilen ekosistemlerde de kullanılabilir (örneğin bkz. agroekosistem ve doğaya yakın ormancılık). ⓘ

Restorasyon ve sürdürülebilir kalkınma

Ekosistem restorasyonu, başta SKH 2 (Sıfır Açlık), SKH 6 (Temiz Su ve Sanitasyon), SKH 14 (Suyun Altında Yaşam) ve SKH 15 (Karada Yaşam) olmak üzere 17 Sürdürülebilir Kalkınma Hedefinin tamamına katkıda bulunacaktır. Temmuz 2018'de düzenlenen SKH'lere ilişkin Üst Düzey Siyasi Forum Bakanlar Deklarasyonunun 27. Paragrafı, 2020 yılına kadar her tür ormanın sürdürülebilir yönetiminin sağlanması, ormansızlaşmanın durdurulması, bozulmuş ormanların eski haline getirilmesi ve küresel olarak ağaçlandırma ve yeniden ağaçlandırmanın önemli ölçüde artırılması için verilen taahhütleri ortaya koymaktadır. ⓘ

Entegre koruma ve kalkınma projeleri (ICDP'ler), gelişmekte olan ülkelerdeki koruma ve insan geçim kaynağı (sürdürülebilir kalkınma) kaygılarını, geçmişte sıklıkla yapıldığı gibi ayrı ayrı değil, birlikte ele almayı amaçlamaktadır. ⓘ