ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

133

ΟΙΚΟΛΟΓΙΑ: ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΟΙΚΟΛΟΓΙΚΩΝ

ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΚΑΙ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

8.1. Εισαγωγή: Τι είναι Οικολογία;

Ο όρος ΟΙΚΟΛΟΓΙΑ χρησιμοποιήθηκε στα τέλη του 19ου αιώνα από τον

Γερμανό βιολόγο Haeckel με τη στενή του επιστημονική έννοια, από τις

ελληνικές λέξεις «οίκος» και «λόγος» (επιστήμη, συστηματική μελέτη), για την

επιστήμη που μελετάει τις σχέσεις των έμβιων όντων που ζουν και

αναπτύσσονται σε ένα συγκεκριμένο βιότοπο (οίκος). Ενώ αρχικά

χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη των αλληλοεπιδράσεων των φυσικών ειδών

πανίδας και χλωρίδας, επεκτάθηκε και στο ανθρωπογενές περιβάλλον και

μελετάει τις οικονομικές, κοινωνικές και πολιτισμικές σχέσεις του ανθρώπου με

το φυσικό και τεχνολογικό περιβάλλον.

Η Οικολογία είναι η μελέτη των σχέσεων των ζωντανών οργανισμών με

το περιβάλλον τους, των αλληλοεπιδράσεων μεταξύ τους και των

περιβαλλοντικών προϋποθέσεων για την ύπαρξή τους. Η επιστήμη της

Οικολογίας είναι επίσης η συστηματική μελέτη της φύσης, των ειδών πανίδας

και χλωρίδας, της δυναμικής των πληθυσμών τους, των βιογεωχημικών κύκλων

και των πολύπλοκων οικοσυστημάτων σε αλληλεξάρτηση από τις κλιματικές

συνθήκες και το αβιογενές περιβάλλον.

Οικοσυστήματα είναι βιοκοινωνίες και αβιοτικό περιβάλλον που

σχηματίζουν ένα ενιαίο σύστημα αλληλεπίδρασης και δυναμικής ισορροπίας.

Οικοσύστημα από λειτουργική άποψη ορίζεται οποιαδήποτε μονάδα που

περιλαμβάνει όλους τους οργανισμούς μιας ορισμένης περιοχής, που

αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και με το περιβάλλον τους κατά τρόπο ώστε η ροή

της ενέργειας να οδηγεί σε σαφώς καθορισμένη τροφική δομή, βιοτική

ποικιλότητα και ανακυκλώσεις ύλης. Η μελέτη των οικοσυστημάτων έμβιων

όντων και η δυναμική ισορροπία βρίσκεται στο επίκεντρο της οικολογικής

επιστήμης. Οι βασικές αρχές λειτουργίας, οι δομές τους, η ευστάθεια και η

εξέλιξή των οικοσυστημάτων, η δυναμική των πληθυσμών, η ροή ενέργειας, οι

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

134

ρόλοι θηράματος και θηρευτή, οι κύκλοι άνθρακα, αζώτου, νερού, φωσφόρου, η

γενετική σύσταση των ειδών και οι διατροφικές αλυσίδες αποτελούν τα

κυριότερα κεφάλαια της οικολογίας.

Η Οικολογία είναι ανεξάρτητο επιστημονικό πεδίο και διδάσκεται σε

επίπεδο ξεχωριστού τμήματος στην τριτοβάθμια εκπαίδευση. Υπάρχουν

εξαιρετικά βιβλία για το θέμα και η επιλεγμένη βιβλιογραφία οικολογικών

βιβλίων βρίσκεται στο τέλος του κεφαλαίου.

8.2. Βιόσφαιρα, Μεγακοινότητες και Οικοσυστήματα

Ο πλανήτης Γη στο ηλιακό σύστημα, με όσα γνωρίζουμε μέχρι σημερα,

δημιουργήθηκε πριν 4,7 δισεκατομμύρια χρόνια. Λόγω της ατμόσφαιρας και

των ειδικών συνθηκών που υπήρξαν, η ζωή που ξεκίνησε αργότερα (περίπου

πριν 3,5 δις χρόνια) εξελίχθηκε στην πλούσια πανίδα και χλωρίδα που υπάρχει

σε όλες τις γωνιές του. Τα οικοσυστήματα που υπάρχουν σήμερα είναι

αποτέλεσμα εκατομμυρίων ετών εξέλιξης, βελτίωσης και προσαρμογής στις

περιβαλλοντικές συνθήκες. Οι αλληλοεπιδράσεις μεταξύ βιογενών και

αβιογενών παραγόντων είναι πολύπλοκες και η μελέτη τους είναι ημιτελής

παρά τις δεκαετίες ερευνητικών προσπαθειών.

Το τμήμα της Γη που υποστηρίζει κάποιο είδος ζωντανού οργανισμού

καλείται βιόσφαιρα ή οικόσφαιρα. Τα όρια της βιόσφαιρας εκτείνονται από τα

βάθη των ωκεανών (περίπου 11.000 μέτρα) μέχρι τις υψηλότερες κορυφές των

βουνών, σε περίπου 9.000 μέτρα από την επιφάνεια της θάλασσας. Ωστόσο το

τμήμα αυτό είναι πολύ μικρό σε σχέση με τον συνολικό όγκο του πλανήτη.

Επίσης, η πλειοψηφία των ειδών είναι συγκεντρωμένα σε μικρό μέρος της

βιόσφαιρας, ιδιαίτερα στα σημεία επαφής της λιθόσφαιρας, ατμόσφαιρας και

υδρόσφαιρας. Το έδαφος προμηθεύει τα στοιχεία μετάλλων, ο αέρας το οξυγόνο

και το διοξείδιο του άνθρακα, η υδρόσφαιρα το νερό και θρεπτικά υλικά. Η

ενέργεια που δημιουργεί τις προϋποθέσεις για ζωή πηγάζει από τον Ήλιο. Η

βιόσφαιρα επιβιώνει στον πλανήτη γιατί εξαρτάται από ανανεώσιμες πηγές και

ανακυκλώνει σχεδόν όλη την ύλη που χρησιμοποιεί.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

135

Σχήμα 8.1. Η βιοποικιλότητα του πλανήτη μας.

Το χερσαίο τμήμα της βιόσφαιρας διαχωρίζεται σε μεγάλες γεωγραφικές

περιοχές που χαρακτηρίζονται από τις κλιματολογικές συνθήκες που

επικρατούν και από το εξειδικευμένο σύνολο των φυτών και ζώων που

κατοικούν σε αυτές. Οι περιοχές αυτές καλούνται μεγακοινότητες (biomes). Οι

διαφορές μεταξύ των μεγακοινοτήτων οφείλονται αποκλειστικά στο κλίμα και

την βροχόπτωση. Οι έρημοι, τα τροπικά βροχοδάση, η τάιγκα, αλπική τούντρα,

αρκτική τούντρα, η αφρικανική σαβάνα, είναι μερικά παραδείγματα

μεγακοινοτήτων.

Το 70% του πλανήτη καλύπτεται από νερό σε διάφορες μορφές (ωκεανοί,

θάλασσες, λίμνες, ποτάμια, υγρότοποι). Οι υδάτινες περιοχές είναι πλούσιες σε

είδη πανίδας και χλωρίδας και μικροοργανισμών που παίζουν σημαντικό ρόλο

στην λειτουργία της βιόσφαιρας του πλανήτη. Οι υδάτινες περιοχές χωρίζονται

σε ζώνες υδρόβιας ζωής, ανάλογα με το είδος των οργανισμών που υπάρχουν

σ’ αυτές. Τέτοιες είναι οι ζώνες γλυκού νερού (λίμνες), αλμυρού νερού, των

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

136

ωκεανών, οι ζώνες των ακτών, οι ζώνες των εκβολών ποταμών, των

κοραλλιογενών νήσων, κλπ.

Σχήμα 8.2. Η σχέση μεταξύ βροχής, θερμοκρασίας και βλάστησης σε χερσαία

οικοσυστήματα. Η βροχόπτωση προσδιορίζει τον βασικό τύπο της βλάστησης και η

θερμοκρασία παίζει ρόλο στις ποικιλίες των βασικών ειδών.

Ο όρος οικοσύστημα (οικολογικό σύστημα ) αναφέρεται σε συστήματα

που αποτελούνται από οργανισμούς και το περιβάλλον τους, με όλες τις

αλληλεπιδράσεις που υπάρχουν μεταξύ τους. Οι οργανισμοί αποτελούν την

βιοκοινότητα και το αβιοτικό περιβάλλον είναι ο βιότοπος μέσα στο οποίο

δραστηριοποιείται η βιοκοινότητα. Τα οικοσυστήματα είναι δυναμικά,

εξαρτώμενα φυσικοχημικά συστήματα. Η βιόσφαιρα για παράδειγμα είναι ένα

πλανητικό οικοσύστημα, αλλά είναι τόσο πολύπλοκο που οι επιστήμονες

προτιμούν να ερευνούν μικρότερα οικοσυστήματα (μία λίμνη, ένας αγρός,

κλπ).

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

137

Τα οικοσυστήματα ποικίλουν σε

πολυπλοκότητα, από πολύ απλά (ένας

βράχος με λειχήνες) μέχρι πολύ πολύπλοκα

(τροπικό δάσος βροχής) και μπορούν να

περιέχουν μικρό ή μεγάλο αριθμό ειδών.

Τα οικοσυστήματα δεν έχουν σαφή όρια,

αλλά μπορούμε να διακρίνουμε ανάμεσα τους διάφορους οικοτόνους

(ecotones) που είναι οι μεταβατικές ζώνες μεταξύ δύο οικοσυστημάτων. Οι

οικοτόνοι περιέχουν μίγμα φυτών και ζώων και θεωρούνται πιο ενδιαφέρουσες

περιοχές αλλά και πιο ευαίσθητες.

Όλα τα οικοσυστήματα αποτελούνται από δύο παράγοντες: τον αβιοτικό

και τον βιοτικό. Οι αβιοτικοί παράγοντες είναι τα φυσικά και χημικά

συστατικά του οικοσυστήματος (όπως η βροχή , η θερμοκρασία, ο αέρας , ο

ήλιος και τα θρεπτικά υλικά). Όλοι οι οργανισμοί έχουν προσαρμοσθεί μετά

από πολλά χρόνια εξέλιξης στους αβιοτικούς περιβαλλοντικούς παράγοντες του

οικοσυστήματος. Τα όρια μέσα στα οποία ζουν οι οργανισμοί καλούνται όρια

ανοχής (range of tolerance). Όταν οι οργανισμοί βρεθούν εκτός των ορίων

ανοχής υπόκεινται σε φυσιολογική ένταση (stress, στρες) όπου η επιβίωση είναι

δυνατή αλλά δύσκολη. Όταν όμως επεκταθούν σε ζώνες μη ανοχής (zone of

intolerance) τότε οι οργανισμοί δεν επιβιώνουν. Αυτό συμβαίνει ιδιαίτερα σε

ανθρωπογενείς επεμβάσεις και σε περιπτώσεις ρύπανσης ή υποβάθμισης του

περιβάλλοντος, όπου οι περιβαλλοντικές συνθήκες μεταβάλλονται και οι

οργανισμοί δεν μπορούν να επιβιώσουν.

Αν και οι οργανισμοί επηρεάζονται από φυσικούς και χημικούς

παράγοντες, υπάρχει και ένας άλλος παράγοντας, που καλείται περιοριστικός

παράγοντας (limiting factor), που παίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξή των

οικοσυστημάτων. Η έννοια του περιοριστικού παράγοντα εμφανίσθηκε το 1840

στις μελέτες του διάσημου φυσιοδίφη Justus von Liebig (έρευνες για την

επίδραση των χημικών θρεπτικών συστατικών στην ανάπτυξη των φυτών). Σε

λίμνες και δεξαμενές νερού, ο φωσφόρος είναι ο περιοριστικός παράγοντας

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

138

(χαμηλές συγκεντρώσεις συγκρατούν τον πληθυσμό των φυκιών και άλλων

οργανισμών, ενώ υψηλές συγκεντρώσεις προκαλούν υπέρμετρη ανάπτυξη).

Στα περισσότερα οικοσυστήματα η βροχόπτωση είναι ο κυριότερος

περιοριστικός παράγοντας. Ανάλογα με το ύψος της ετήσιας βροχόπτωσης σε

μια περιοχή θα αναπτυχθεί δάσος, λιβάδι ή έρημος Για παράδειγμα, εάν η

ετήσια βροχόπτωση ξεπερνάει τα 70-80 εκατοστά αναπτύσσεται και μπορεί να

επιβιώσει ένα δάσος.

8.3. Βιοτικοί Παράγοντες, Βιότοπος και Βιοθέση των

Οικοσυστημάτων

Οι βιοτικοί παράγοντες ενός οικοσυστήματος είναι οι οργανισμοί που

ζουν και αναπτύσσονται στην περιοχή του (φυτά, ζώα και μικροοργανισμοί).

Όλα τα είδη των οργανισμών ενός οικοσυστήματος παίζουν σημαντικό ρόλο

στην οικονομία της φύσης και την επιβίωσή των φυσικών συστημάτων.

Τα φυτά δεσμεύουν το ηλιακό φως και διοξείδιο του άνθρακα από την

ατμόσφαιρα και παράγουν οργανική ύλη μέσω της φωτοσύνθεσης. Τα φυτά

μπορούν να χρησιμεύσουν ως τροφή για άλλους οργανισμούς, ενώ συγχρόνως

απελευθερώνουν οξυγόνο. Τα ζώα καταναλώνουν τα φυτά και αναπτύσσονται

δημιουργώντας οργανική ύλη και απελευθερώνοντας διοξείδιο του άνθρακα.

Οι μικροοργανισμοί διασπούν ζωική και φυτική ύλη ανακυκλώνοντας κατά

αυτό τον τρόπο την ύλη συμβάλλοντας στην βιωσιμότητα της ζωής στα

οικοσυστήματα.

Ανάμεσα στους οργανισμούς υπάρχουν

σημαντικές αλληλεπιδράσεις που συμβάλουν στην

διατήρηση της ζωής. Οι οργανισμοί ζουν σε πληθυσμούς.

Ο πληθυσμός είναι μια ομάδα ειδών του αυτού είδους

που καταλαμβάνουν μια περιοχή. Οι πληθυσμοί είναι

δυναμικές ομάδες, που μεταβάλλονται με την ηλικία, το

μέγεθος, τη γενετική σύσταση ως αποτέλεσμα των

επιδράσεων του περιβάλλοντος.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

139

Πληθυσμοί διαφόρων ειδών

οργανισμών συμπλέκονται σε έναν

σύνθετο ιστό ζωής που αποκαλείται

κοινότητα και συνυπάρχουν σε ένα

οικοσύστημα. Μέσα στην κοινότητα οι

οργανισμοί αλληλεπιδρούν μεταξύ

τους. Η πιο σημαντική σχέση είναι αυτή της αλληλεπίδρασης θηράματος-

θηρευτή. Τα ζώα που τρέφονται με άλλα ζώα, θηρευτής, άρπαγας (predator),

συμβάλλουν αποτελεσματικά στον έλεγχο του πληθυσμού. Η καταστροφή των

αρπακτικών μπορεί να έχει σοβαρές επιπτώσεις σε οικοσυστήματα.

Ένα άλλο είδος αλληλεπίδρασης μεταξύ ζωντανών συστημάτων είναι η

αμοιβαιότητα (mutualism), όπου η σχέση είναι ευνοϊκή και για τους δύο

οργανισμούς (όπως για παράδειγμα οι λειχήνες που ζουν πάνω σε βράχια και

αποτελούνται από τον μύκητα και το φύκος). Το φύκος προμηθεύει τροφή στον

μύκητα και του ανταποδίδεται με μία θέση για να επιβιώσει. Μερικές σχέσεις

μπορεί να είναι επικίνδυνες για τον έναν από τους δύο οργανισμούς, όπως ο

παρασιτισμός. Το παράσιτο χρησιμοποιεί τον οργανισμό που τον φιλοξενεί

(ξενιστής, host) ως τροφή και ορισμένες φορές τον αποδυναμώνει ή τον

εξοντώνει.

Η πιο σημαντική σχέση μεταξύ δύο οργανισμών, που απαντάται σε

πολλές περιπτώσεις σε διάφορα οικοσυστήματα είναι ο ανταγωνισμός

(competition). Όπως ο παρασιτισμός και η σχέση θύματος-θηρευτή, ο

ανταγωνισμός είναι ένας σημαντικός παράγοντας ελέγχου των πληθυσμών και

επιβίωσης των φυσικών συστημάτων, επειδή συμβάλλει στην διατήρηση του

αριθμού των οργανισμών μέσα στα όρια της φέρουσας ικανότητας (carrying

capacity) του περιβάλλοντος.

Για να προσδιορισθεί καλύτερα ένας οργανισμός πρέπει να γνωρίζουμε

στο μέρος που κατοικεί, έτσι θα μπορέσουμε να εξηγήσουμε τι τρώει, ποιοι είναι

οι εχθροί του και πως περνάει την ζωή του. Το μέρος που ζει ένας οργανισμός

καλείται βιότοπος (ή ενδιαίτημα, habitat, όπως τον προσδιορίζουν

επιστημονικά οι επιστήμονες οικολόγοι). Υπάρχουν πολλά είδη βιοτόπων.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

140

Οικολογική θέση. Το που ζει και πως προσαρμόζεται ένας οργανισμός

μέσα στο οικοσύστημα αποκαλείται οικολογική βιοθέση ή οικοθέση (ecological

niche). Η οικολογική βιοθέση σε αντίθεση με τον βιοτόπο περιλαμβάνει και όλο

τον δραστήριο ρόλο του οργανισμού στο οικοσύστημα. Για να περιγράψουμε

λοιπόν την οικοθέση ενός οργανισμού απαιτείται να γνωρίζουμε που ζει, τι

τρώει, από ποιόν οργανισμό απειλείται ως θήραμα, και πως αλληλεπιδρά με

τους αβιοτικούς παράγοντες του οικοσυστήματος. Μια περιγραφή της

οικοθέσης ενός οργανισμού περιλαμβάνει και απαντήσεις σε ερωτήματα όπως,

για τα όρια ανοχής, ανταγωνιστικές επιδράσεις, παράσιτα και απαιτήσεις

κατοικίας.

Υπάρχουν πολλές οικολογικές έρευνες για την οικοθέση των οργανισμών

σε οικοσυστήματα. Οι έρευνες αυτές δείχνουν ότι δύο είδη δεν μπορούν να

καταλάβουν την ίδια οικοθέση για μεγάλο χρονικό διάστημα. Η αρχή αυτή

είναι γνωστή ως αρχή του ανταγωνιστικού αποκλεισμού (competitive

exclusion principle). Αυτό σημαίνει ότι δύο ίδια είδη με παρόμοιες απαιτήσεις

δεν μπορούν να παραμείνουν-συμβιώσουν στην ίδια οικοθέση. Υπάρχουν

αρκετά παραδείγματα αυτής της αρχής, αλλά υπάρχουν και νεότερα

αποτελέσματα που δείχνουν ότι το ένα είδος παραλλάσσει ελαφρά τις

διατροφικές του συνήθειες ώστε να παραμείνει στην ίδια βιοθέση με ένα άλλο

είδος. Κατά την διάρκεια της εξέλιξης τα διάφορα είδη οργανισμών

εξελίχθηκαν ώστε να καλύψουν τις διάφορες βιοθέσεις των οικοσυστημάτων,

μειώνοντας έτσι τους ενδογενείς ανταγωνισμούς κάνοντας ταυτόχρονα την

καλύτερη χρήση των περιβαλλοντικών πόρων.

Ανάλογα με το είδος και το εύρος της οικοθέσης

που καταλαμβάνουν οι οργανισμοί χωρίζονται σε δύο

κατηγορίες: γενικιστές και ειδικούς. Οι γενικολόγοι

(generalists) τρέφονται με ποικιλία τροφών και

κατοικούν σε ποικίλους βιότοπους, ενώ οι ειδικοί

(specialists) έχουν περιορισμένη τροφή και βιότοπο.

Κατά κανόνα, οι γενικόλογοι οργανισμοί είναι

περισσότερο ανθεκτικοί στις αλλαγές του αβιοτικού και

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

141

βιοτικού περιβάλλοντος. Ενώ οι ειδικοί οργανισμοί βρίσκονται υπό απειλή

όταν η πηγή της τροφής του απειλείται (π.χ. όπως οι αρκούδες Panda της Κίνας

που τρέφονται με μπαμπού).

8.4. Πως Λειτουργούν και Επιβιώνουν τα Οικοσυστήματα

Είναι εξαιρετικά ενδιαφέρουν για την κατανόηση των οικοσυστημάτων

να μάθουμε πως λειτουργούν, ιδιαίτερα τις αλληλεπιδράσεις παραγωγών και

καταναλωτών και τον τρόπο με τον οποίο η ενέργεια και τα χημικά θρεπτικά

υλικά διατρέχουν τις κλίμακες της οικολογικής πυραμίδας των οργανισμών. Οι

οργανισμοί χωρίζονται σε παραγωγούς και καταναλωτές (producers,

consumers). Τα φυτά, τα φύκη και τα κυανοβακτήρια είναι οι βασικοί

παραγωγοί οργανικής ύλης πλούσιας σε ενέργεια. Οι παραγωγοί, που

αναφέρονται και ως αυτότροφοι οργανισμοί, τρέφουν τους εαυτούς τους μέσω

της φωτοσύνθεσης με την χρήση του ηλιακού φωτός και του διοξειδίου του

άνθρακα. Οι καταναλωτές, που αποκαλούνται και ετερότροφοι οργανισμοί,

τρέφονται από φυτά και άλλους οργανισμούς (υπάρχουν χορτοφάγοι,

σαρκοφάγοι και παμφάγοι).

Οι οργανισμοί σε ένα οικοσύστημα συνδέονται μεταξύ τους μέσω της

τροφικής αλυσίδας ή τροφικής πυραμίδας και του τροφικού πλέγματος (food

chain, food pyramid, food web). Τα φυτά και άλλοι αυτότροφοι οργανισμοί

βρίσκονται στην βάση της τροφικής αλυσίδας (grazer food chain), ενώ στην

επόμενη βαθμίδα έρχονται οι οργανισμοί που τρέφονται με φυτά (καταναλωτές

πρώτης βαθμίδας). Ακολουθούν οι καταναλωτές της δεύτερης βαθμίδας που

τρέφονται με φυτά και ζώα και τελευταίοι έρχονται οι διάφοροι σαρκοφάγοι

αποκλειστικά καταναλωτές 3ης, 4ης και 5ης βαθμίδας.

Στην αντίθετη πορεία βρίσκεται η τροφική αλυσίδα αποικοδόμησης,

όπου τα οργανικά θρύμματα (detritus) αποτελούν την κύρια πηγή τροφής. H

αποβαλλόμενη οργανική ύλη (από φυτά και ζώα) καταναλώνεται από

μικροοργανισμούς, έντομα και μεγαλύτερα ζώα που τρέφονται με υπολείμματα

(κοπρονεκτοφάγοι, scanengers). Η αποσύνδεση της οργανικής ύλης γίνεται

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

142

κυρίως από σαπρόφυτα και βακτήρια που την αποικοδομούν

παραλαμβάνονταν ενέργεια, ενώ απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα,

νερό, ανόργανα συστατικά και άλλα θρεπτικά στοιχεία που απαιτούνται για

τον κύκλο της ζωής. Οι τροφικές αλυσίδες είναι στην ουσία αλυσίδες μεταφοράς

ενέργειας και θρεπτικών υλικών μέσω των οικοσυστημάτων.

Σχήμα 8.3. Παράδειγμα χερσαίου τροφικού πλέγματος.

1ης 2ης

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

143

Σχήμα 8.4. Παράδειγμα θαλάσσιου τροφικού πλέγματος.

Οι καταναλωτές μιας τροφικής αλυσίδας κατηγοριοποιούνται ανάλογα

με το επίπεδο που βρίσκονται στην τροφική πυραμίδα. Μετά τους παραγωγούς

(φυτοπλακτόν, φυτά και κυανοβακτήρια) έρχονται οι καταναλωτές πρώτης

βαθμίδας (primary consumers) που τρέφονται με φυτά. Οι καταναλωτές που

τρέφονται με τους καταναλωτές της πρώτης βαθμίδας καλούνται καταναλωτές

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

144

δεύτερης βαθμίδας, κλπ, μέχρι την 5η βαθμίδα (σαρκοφάγα όπως το γεράκι, για

παράδειγμα). Όλοι οι καταναλωτές είναι ετερότροφοι οργανισμοί. Οι τροφικές

όμως αλυσίδες είναι σύνθετες πορείες με πολλά παρακλάδια. Το τροφικό

πλέγμα είναι ένα αλληλοσυνδεδεμένο σύμπλεγμα τροφικών αλυσίδων που

δίνει την πλήρη εικόνα των σχέσεων τροφής των οργανισμών σε ένα

οικοσύστημα. Ο γενικός κανόνας είναι ότι όσο περισσότερα είναι τα κανάλια

μέσω των οποίων διαχέεται η ενέργεια και τα θρεπτικά υλικά, τόσο σταθερότερο

είναι το τροφικό πλέγμα. Το γεγονός αυτό συνδέεται άμεσα και με την

επιστημονική διαπίστωση ότι όσο περισσότερα τα είδη ενός οικοσυστήματος,

δηλαδή όσο μεγαλύτερη είναι η βιοποικιλότητα, τόσο πιο σταθερά και βιώσιμα

είναι τα οικοσυστήματα.

8.5. Μεταφορά Ενέργειας και Μάζας σε Οικοσυστήματα

Η ποσότητα της ενέργειας που αποθηκεύεται με την φωτοσύνθεση από

τα φυτά και άλλα αυτότροφα αντιπροσωπεύει μόνο το 1-2% της ενέργειας του

ήλιου που φθάνει στην επιφάνεια της Γης, το υπόλοιπο χρησιμοποιείται ως

θερμότητα. Από τεχνική άποψη, ενέργεια είναι η ικανότητα για την εκτέλεση

έργου. Όλες οι μορφές ενέργειας εμπίπτουν σε δύο ομάδες: την κινητική και την

δυναμική. Η δυναμική ενέργεια αποθηκεύεται (κάρβουνο, πετρέλαιο, ακόμη

και η τροφή που καταναλώνουμε είναι δυναμική ενέργεια). Αντίθετα, η

κινητική ενέργεια δεν μπορεί να αποθηκευτεί αλλά υπάρχει στα αντικείμενα

που κινούνται (ένα αντικείμενο που πέφτει από υψηλά στα χαμηλά κλπ). Όλες

οι μορφές ενέργειας ακολουθούν τους νόμους της θερμοδυναμικής.

Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής συνήθως καλείται και νόμος της

διατήρησης της ενέργειας (first law of conservation of energy), δηλαδή ότι η

ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί εκ του μηδενός ούτε να καταστραφεί,

αλλά μετατρέπεται από την μια μορφή στην άλλη. Όλες οι μορφές ενέργειας

τελικά μετατρέπονται σε θερμότητα, που εκφράζεται σε θερμίδες (calories). O

πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής επίσης έχει εκλαϊκευθεί στην έκφραση "the

no-free-lunch principle”, δηλαδή ότι δεν μπορείς να πάρεις κάτι με τίποτα. Για

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

145

την ακρίβεια δεν μπορεί να παραχθεί περισσότερη ενέργεια από ένα σύστημα

από αυτήν που εισήχθη στο σύστημα.

Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής εξηγεί τι συμβαίνει όταν μια

μορφή ενέργειας αλλάζει σε μια άλλη. Κατά την διάρκεια των μετατροπών η

ενέργεια υποβαθμίζεται, και τελικά με πολλές μετατροπές μεταβάλλεται σε

θερμότητα, που χάνεται στον αέρα διαχεόμενη σε τυχαία κίνηση αέρα και

μορίων νερού.

Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής έχει σημαντικές επιπτώσεις για τα

οικοσυστήματα και για την ζωή του ανθρώπου. Όσο περισσότερη αποθηκεμένη

ενέργεια χρησιμοποιεί ο άνθρωπος τόσο μειώνονται τα αποθέματα και μια

πολύτιμη πλουτοπαραγωγική πηγή εξαφανίζεται. Επιπρόσθετα, η ενέργεια που

παράγεται τελικά είναι θερμότητα που δεν μπορεί να ξαναχρησιμοποιηθεί. Το

πρόβλημα των πηγών ενέργειας και η αλματώδης εκμετάλλευσή τους στην

περίοδο της εκβιομηχάνισης ήταν ένα από τα κεντρικά θέματα της μελέτης "The

Limits of Growth" (1972).

Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας στην πορεία της χρησιμοποίησης

ενέργειας είναι ότι δεν υπάρχει 100% αποδοτική μετατροπή της. Ένα τμήμα

χάνεται αναπόφευκτα λόγω της ανεπαρκούς τεχνολογίας ή/και της αμέλειας

των βιομηχανικών κοινωνιών να κάνουν οικονομία στην εκμετάλλευση των

πηγών ενέργειας και να επενδύσουν σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Βασικό

μέλημα των μελλοντικών γενεών στην πορεία προς μια αειφόρο ή βιώσιμη

ανάπτυξη θα είναι ο περιορισμός της σπατάλης ενέργειας, καλύτερες αποδόσεις

στην χρήση της και επένδυση σε άλλες ανανεώσιμες πηγές.

Οι νόμοι της θερμοδυναμικής έχουν άμεση σχέση με την εξέλιξη και την

βιωσιμότητα των οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικές έννοιες στο θέμα αυτό είναι

η βιομάζα και οι οικολογικές πυραμίδες. Η βιομάζα, κατά τους βιολόγους,

είναι η οργανική μάζα (δηλαδή η ξηρή μάζα, χωρίς το νερό, της ζωντανής

ύλης) που παράγεται από τα φυτά και άλλους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς

και η οποία περνάει από τον ένα καταναλωτή στον επόμενο μέσω των

τροφικών αλυσίδων. Η βιομάζα εκφράζεται σε Kcal (εύχρηστη μονάδα). Για να

προσδιορισθεί, για παράδειγμα, η βιομάζα των φυτών του πρώτου τροφικού

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

146

επιπέδου, όλα τα φυτά και οι ρίζες ενός τετραγωνικού μέτρου εδάφους

συγκεντρώνονται, ξηραίνονται και ζυγίζονται. Το πρώτο τροφικό επίπεδο

περιέχει σημαντική ποσότητα δυναμικής ενέργειας (ενέργεια που είναι

ενσωματωμένη σε χημικούς δεσμούς των οργανικών ουσιών). Ωστόσο, ένα

μικρό μέρος της βιομάζας του πρώτου τροφικού επιπέδου μετατρέπεται σε

βιομάζα στο δεύτερο τροφικό επίπεδο. Αυτό συμβαίνει γιατί μόνο ένα μικρό

μέρος της βιομάζας χρησιμοποιείται ως τροφή από τους καταναλωτές του

δευτέρου επιπέδου, ένα μέρος αυτής περνάει στο πεπτικό σύστημα και το

μεγαλύτερο μέρος της βιομάζας μέσα στον οργανισμό διασπάται σε διοξείδιο

του άνθρακα και νερό, τα οποία χρησιμοποιούνται για την αναπνοή, την

διατήρηση της θερμοκρασίας του σώματος και άλλες δράσεις.

Έρευνες έδειξαν ότι η ποσότητα της βιομάζας που μεταφέρεται από το

ένα τροφικό επίπεδο στο επόμενο ποικίλει μεταξύ 5-20% σε διαφορετικές

τροφικές αλυσίδες. Τα επίπεδα αυτά είναι γνωστά ως τροφικές πυραμίδες

(food pyramids). Η βιομάζα αντιπροσωπεύει δυναμική ενέργεια που

χρησιμοποιείται από τους οργανισμούς. Οι απώλειες ενέργειας από το ένα

τροφικό επίπεδο στο άλλο προκαθορίζονται μερικά από τον δεύτερο νόμο της

θερμοδυναμικής. Εάν παρουσιασθεί γραφικά το περιεχόμενο ενέργειας της

βιομάζας προκύπτει η πυραμίδα ενέργειας μεταξύ των τροφικών επιπέδων.

Επειδή η βιομάζα και η ενέργεια μειώνονται από την βάση προς την

κορυφή της τροφικής αλυσίδας, έτσι και ο αριθμός των οργανισμών μειώνεται

δραστικά. Η πυραμίδα αυτή καλείται πυραμίδα των αριθμών (pyramid of

numbers). Συνέπεια των οικολογικών πυραμίδων, που είναι αποτέλεσμα των

περιορισμών της μετατροπής της ενέργειας σε υψηλότερα τροφικά επίπεδα,

είναι τα προβλήματα διατροφής του αυξανόμενου πληθυσμού της Γης. Με

20.000 Kcal φυτικής τροφής μπορεί κανείς να θρέψει περίπου 20 ανθρώπους για

μια ημέρα. Εάν θελήσει να χρησιμοποιήσει τις θερμίδες αυτές για την

κτηνοτροφία, πρόβατα, μοσχάρια κλπ, θα καταφέρει να παράγει περίπου 2.000

Kcal σε ζωική τροφή, αρκετή για την διατροφή ενός ανθρώπου. Η αύξηση

λοιπόν των απαιτήσεων για τρόφιμα του αυξανόμενου πληθυσμού είναι

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

147

προτιμότερο να αντιμετωπισθεί με φυτικά τρόφιμα (σιτηρά, καλαμπόκι, σόγια

κλπ) παρά με προϊόντα κρέατος.

Σχήμα 8.5. Πυραμίδες βιομάζας, ενέργειας και αριθμών των οργανισμών σε τροφικές

αλυσίδες.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

148

Η παραγωγικότητα των οικοσυστημάτων είναι ένας άλλος παράγοντας

που μελετούν οι οικολόγοι. Η (μικτή) παραγωγικότητα των οικοσυστημάτων

συνδέεται με τον ρυθμό με τον οποίο η ηλιακή ενέργεια μετατρέπεται στην

δυναμική ενέργεια που περιέχει η βιομάζα. Συνήθως η παραγωγικότητα

εκφράζεται σε Kcal/m2/year (σε θερμίδες ανά τετραγωνικό μέτρο επιφανείας

ανά έτος). Η καθαρή πρωτογενής παραγωγή ενός οικοσυστήματος (Net

primary production, αφού αφαιρεθεί η ενέργεια που καταναλώνεται από το

οικοσύστημα) μπορεί να εκφρασθεί και σε g/m2/year βιομάζας (γραμμάρια

βιομάζας ανά τετραγωνικό μέτρο επιφανείας ανά έτος).

Με βάση τις έρευνες που έχουν γίνει η παραγωγικότητα ορισμένων

οικοσυστημάτων είναι αρκετά υψηλή. Τέτοια συστήματα είναι τα τροπικά δάση

βροχής. ΄Εχει υπολογισθεί ότι τα τροπικά δάση βροχής παράγουν (μετά την

αφαίρεση των απαιτήσεων σε ενέργεια) 2.200 γραμμάρια ξηρής οργανικής

ύλης /τετρ. μέτρο/ έτος (g/m2/year). Με τα 17 εκατομμύρια τετραγωνικά

χιλιόμετρα που καταλαμβάνουν τα δάση αυτά στον πλανήτη μας παράγουν

συνολικά 37,4 δισεκ. μετρικούς τόνους ξηρής οργανικής ύλης κατ’ έτος, περίπου

το 30% της παγκόσμιας καθαρής πρωτογενούς παραγωγής των χερσαίων

συστημάτων. Τα άλλα 4 είδη δασών (tropical seasonal forest, temperate

evergreen forest, temperate deciduous forest, boreal forest) παράγουν 1.600,

1300, 1200 και 800 g/m2/year αντίστοιχα, ενώ σε παγκόσμια κλίμακα και τα 4

μαζί παράγουν περίπου το 30% της π.κ.π.π. των χερσαίων συστημάτων.

Άλλο αποδοτικό χερσαίο οικοσύστημα είναι τα έλη και υγρότοποι με

2.000g/m2/year αλλά λόγω της μικρής έκτασης που καταλαμβάνουν (2 εκατ.

τετρ. χιλιόμετρα), παράγουν μόνο το 3% της παγκόσμιας καθαρής πρωτογενούς

παραγωγής βιομάζας. Η σαβάνα (τροπική περιοχή με υψηλά χόρτα) λόγω της

έκτασης που καταλαμβάνει συνεισφέρει το 10% της βιομάζας των χερσαίων

συστημάτων. Τα θαλάσσια συστήματα (ανοικτοί ωκεανοί, θάλασσες,

υφαλοκρηπίδα, στρώματα φυκών και κοραλλιών, κλπ) παράγουν μεταξύ 2.500-

125 g/m2/year. Τα θαλάσσια οικοσυστήματα παράγουν 55 δισ. μ. τόνους/έτος

(billion tons/year).

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

149

Η συνολική παραγωγή της βιόσφαιρας σε καθαρή πρωτογενή παραγωγή

βιομάζας υπολογίζεται σε 170 δισ. μετρ. τόνους κατ’ έτος, εκ των οποίων τα 115

δισ. (ή το 60 % ) προέρχονται από τα χερσαία οικοσυστήματα και τα 55 δισ.

από τα θαλάσσια οικοσυστήματα.

8.6. Θρεπτικοί Κύκλοι και Οικοσυστήματα

Το φυσικό περιβάλλον και τα οικοσυστήματα εξαρτώνται άμεσα από

τους διάφορους κύκλους των θρεπτικών υλικών. Ενώ τα διάφορα θρεπτικά

υλικά ανακυκλώνονται σε κυκλικά συστήματα μέσω των τροφικών αλυσίδων, η

ενέργεια έχει μονοδιάστατη κατεύθυνση μέσα στην βιόσφαιρα. Όλη η ενέργεια

που εισάγεται σε τροφικές αλυσίδες τελικά χάνεται σαν θερμότητα και δεν

μπορεί να ανακυκλωθεί. Οι κύκλοι με τους οποίους κυκλοφορούν τα θρεπτικά

υλικά και στοιχεία στην βιόσφαιρα καλούνται βιογεωχημικοί κύκλοι. Οι

κύκλοι αυτοί αποτελούνται από δύο φάσεις : την περιβαλλοντική φάση, κατά

την οποία τα χημικά θρεπτικά υλικά και στοιχεία παραμένουν στο έδαφος, το

νερό και τον αέρα, και την οργανισμική φάση, κατά την οποία θρεπτικά υλικά

και στοιχεία καθίστανται μέρος των ζωντανών ιστών των οργανισμών.

Είναι γνωστό ότι από 92 στοιχεία που υπάρχουν στην φύση, τα 40 είναι

απαραίτητα στην ζωή. Τα κυριότερα στοιχεία είναι ο άνθρακας, το οξυγόνο, τη

υδρογόνο, το άζωτο, ο φωσφόρος και το θείο. Τα στοιχεία αυτά αποτελούν το

97% της μάζας όλων των φυτών, ζώων και μικροοργανισμών. Τα στοιχεία που

απαιτούνται σε μεγάλες ποσότητες καλούνται μακρο-θρεπτικά συστατικά

(mactonutrients). Ενώ στοιχεία όπως ο σίδηρος, ο χαλκός, ο ψευδάργυρος, το

ιώδιο, κλπ που είναι απαραίτητα σε ελάχιστες ποσότητες καλούνται μικρο-

θρεπτικά συστατικά (micronutrients). Οι κυριότεροι κύκλοι θρεπτικών υλικών

και στοιχείων που επικρατούν στα οικοσυστήματα και είναι μεγάλης σημασίας

για την δομή, λειτουργία και ανάπτυξη είναι: ο κύκλος του άνθρακα, ο κύκλος

του αζώτου, ο κύκλος του φωσφόρου και ο κύκλος του νερού.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

150

Σχήμα 8.6. Θρεπτικοί κύκλοι και οικοσυστήματα.

8.6.1. Ο κύκλος του άνθρακα

Ο κυκλική κυκλοφορία του άνθρακα στα οικοσυστήματα είναι

απαραίτητη για την ανακύκλωση του διοξειδίου του άνθρακα που

απελευθερώνεται από όλους τους ζωντανούς οργανισμούς, καθώς διασπούν τα

μόρια των οργανικών τροφών και παράγουν ενέργεια. Ο κύκλος του άνθρακα

εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την φωτοσύνθεση που γίνεται στα φυτά:

ηλιακή ακτινοβολία

6 CΟ2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2

Τα βασικά χημικά προϊόντα της φωτοσύνθεσης είναι η γλυκόζη και το

οξυγόνο, τα οποία είναι βασικά συστατικά για τους καταναλωτές. Με το

οξυγόνο διασπούν την τροφή τους (γλυκόζη και άλλες οργανικές ουσίες) και

εκτελείται η κυτταρική αναπνοή, ενώ απελευθερώνεται διοξείδιο του άνθρακα

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

151

C6H12O6 + 6 O2 6CO2 + 6 H2O + ενέργεια

Το διοξείδιο του άνθρακα στον αέρα απορροφάται από τα φυτά στα

χερσαία και υδατικά συστήματα. Ο άνθρακάς του διοξειδίου του άνθρακα

συμμετέχει στον σχηματισμό οργανικών μορίων που μετατρέπονται σε τροφή

και αυτή μεταβιβάζεται από τους παραγωγούς στους καταναλωτές μέσω των

τροφικών πλεγμάτων. Ο άνθρακας επιστρέφει στην ατμόσφαιρα όταν τα

οργανικά μόρια διασπώνται στα φυτά και τα ζώα για να δημιουργήσουν

ενέργεια κατά την κυτταρική αναπνοή. Επίσης ο άνθρακας επανέρχεται στην

ατμόσφαιρα μέσω της αποσύνθεσης της τροφικής αλυσίδας, ιδιαίτερα με την

επίδραση των αποσυνθετικών μικροοργανισμών και με την καύση φυτικής ύλης

και ορυκτών καυσίμων (πυρκαγιές δασών, ανθρωπογενείς δραστηριότητες,

καύσης ξύλων και κάρβουνου).

Σχήμα 8.7. Ο κύκλος του άνθρακα. Αρχικά χρησιμοποιείται από την φυτική ύλη, μετά

περνάει στα φυτοφάγα ζώα, τα σαρκοφάγα και στους αποικοδομητές. Το διοξείδιο του

άνθρακα επανέρχεται στην ατμόσφαιρα με τις καύσεις των ζωντανών οργανισμών και την

αποσύνθεση της οργανικής ύλης.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

152

Ο κύκλος του άνθρακα τις τελευταίες δεκαετίες έχει μεταβληθεί σε

παγκόσμια κλίμακα λόγω της αποδάσωσης και της καύσης ορυκτών καυσίμων.

Τα δάση και η κάθε λογής βλάστηση που δεσμεύουν το διοξείδιο του άνθρακα

έχουν μειωθεί δραματικά, ενώ η αυξανόμενη χρησιμοποίηση ορυκτών

καυσίμων για ενεργειακές ανάγκες έχουν αυξήσει την συγκέντρωση του

διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα κατά 25 % στην περίοδο 1870-1995.

8.6.2. Ο κύκλος του Αζώτου

Το άζωτο σαν στοιχείο βρίσκεται σε πολλά και ουσιώδη οργανικά μόρια

των ζωντανών οργανισμών. Όπως στα αμινοξέα, πρωτεΐνες, το γενετικό υλικό

των κυττάρων (DNA, RNA). Αν και το 79 % της ατμόσφαιρας είναι αέριο άζωτο

(Ν2) τα φυτά και τα ζώα δεν μπορούν να το χρησιμοποιήσουν με αυτή την

μορφή. Για να καταστεί χρήσιμο πρέπει να μετατραπεί σε αμμωνία (ΝΗ3) ή

νιτρικά άλατα (ΝΟ3-). Η μετατροπή του αζώτου σε αμμωνία και η πρόσληψή

της από τα φυτά καλείται δέσμευση αζώτου ή αζωτοδέσμευση (nitrogen

fixation) και συμβαίνει κυρίως σε ορισμένα βακτήρια και άλλους

μικροοργανισμούς που υπάρχουν στο έδαφος και το νερό.

Ένα από τα βακτήρια που δεσμεύουν ονομάζεται Rhizobium, το οποίο

εισχωρεί στις ρίζες των οσπρίων (legumes), όπως είναι το φασόλι, ο αρακάς, η

αλφάλφα, το τριφύλλι και άλλα φυτά. Μετά την πρόσληψη του αζώτου από το

έδαφος, τα φυτά το μετατρέπουν με διάφορες διεργασίες σε χρήσιμα βιοχημικά

μόρια. Το άζωτο επιστρέφει στο έδαφος με την αποσύνθεση της νεκρής

οργανικής ύλης (detritus) όπου ορισμένα βακτήρια και μούχλες αποσυνθέτουν

τη πλούσια σε άζωτο οργανική ύλη σε αμμωνία και αμμωνιακά άλατα (ΝΗ4+).

Η αμμωνία ακολούθως μετατρέπεται σε νιτρώδη (ΝΟ2-) και νιτρικά (ΝΟ3

-)

άλατα, τα οποία από το έδαφος μπορούν να ενσωματωθούν στις ρίζες των

φυτών.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

153

Σχήμα 8.8. Ο κύκλος του αζώτου. (το άζωτο πρώτα μετατρέπεται σε αμμωνία και νιτρικά

άλατα με βακτήρια του εδάφους και ορισμένες ρίζες φυτών. Στα φυτά μετατρέπεται σε

αμινοξέα, πρωτεΐνες κλπ, τα οποία μεταφέρονται με την τροφή στα φυτοφάγα και μετά

στα σαρκοφάγα μέσω της τροφικής αλυσίδας. Το άζωτο ξαναγυρνάει στο έδαφος με τα

ούρα και απόβλητα των ζώων, και με την αποσύνθεση των φυτών και νεκρών ζώων.

Μερικά νιτρικά άλατα μετατρέπονται σε άζωτο μέσω απονιτροποιητικών βακτηρίων και

επιστρέφει στην ατμόσφαιρα ).

Ο κύκλος του αζώτου επηρεάζεται όπως και ο κύκλος του άνθρακα, από

ανθρωπογενείς δραστηριότητες. H πιο σημαντική επίδραση προέρχεται από τα

φυτοφάρμακα, λόγω της καταστροφής των μικροοργανισμών του εδάφους που

δεσμεύουν το άζωτο. Η απομάκρυνση του αζώτου από το έδαφος είναι επίσης

αποτέλεσμα της συχνής χρήσης των εδαφών για φυτά όπως το καλαμπόκι, το

οποίο απορροφά μεγάλες ποσότητες αζώτου από το έδαφος. Οι καλλιεργητές

προσπαθούν να αναπληρώσουν το άζωτο που χάνεται με την χρήση αζωτούχων

λιπασμάτων, κυρίως νιτρικών λιπασμάτων. Η υπερβολική όμως λίπανση με

νιτρικά έχει ως αποτέλεσμα την απόπλυσή τους και την ρύπανση των νερών.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

154

8.6.3. Ο κύκλος του Φωσφόρου

Ο φωσφόρος (Ρ) υπάρχει στους ζωντανούς οργανισμούς υπό την μορφή

φωσφορικών αλάτων (ΡΟ4). Βιοχημικά μόρια που φέρουν φωσφόρο

βρίσκονται στο DNA και RNA και στα φωσφολιπίδια των μεμβρανών των

κυττάρων.

Ο κύκλος του φωσφόρου στην βιόσφαιρα ξεκινάει με την εκχύλιση των

φωσφορικών αλάτων από βράχους με το νερό της βροχής και του χιονιού και

μεταφορά μέσω των ποταμών. Τα διαλυμένα φωσφορικά άλατα

ενσωματώνονται στα υδρόβια φυτά, και ακολούθως περνούν μέσω της τροφής

στα υδρόβια ζώα. Στα χερσαία οικοσυστήματα, τα φωσφορικά άλατα υπάρχουν

στο έδαφος και μέσω των ριζών περνούν στα φυτά και μετά στα φυτοφάγα

χερσαία ζώα. Ο φωσφόρος ξαναγυρνάει στο υδατικό και χερσαίο περιβάλλον

είτε με τα απορρίμματα των ζώων είτε με την αποσύνθεση υπολειμμάτων

οργανικής ύλης. Μεγάλες ποσότητες φωσφορικών αλάτων καταλήγουν στους

ωκεανούς και καταβυθίζονται ως ιζήματα στον πυθμένα. Ένα τμήμα

φωσφορικών των ιζημάτων χρησιμοποιείται από τους υδρόβιους οργανισμούς

για τροφή, αλλά η πλειονότητα θάβεται στον πυθμένα των ωκεανών και

απαιτείται νέα ποσότητα πρωτογενούς φωσφόρου για την βιόσφαιρα.

Ο κύκλος του φωσφόρου επηρεάζεται άμεσα από την χρήση

φωσφορικών λιπασμάτων στην γεωργία. Υπερβολική χρήση φωσφορικών

λιπασμάτων έχει ως αποτέλεσμα την έκπλυση τους στα υδατικά συστήματα.

Επειδή ο φωσφόρος αποτελεί περιοριστικό παράγοντα στους οργανισμούς των

λιμνών, των φυσικών δεξαμενών νερού και αβαθών κόλπων θαλασσών, οι

υψηλές συγκεντρώσεις του στο νερό προκαλούν ταχύτατη ανάπτυξη του

φυτοπλαγκτού και των φυκών. Το

φαινόμενο του ευτροφισμού που

προκαλείται με αυτό τον τρόπο (αν

και οφείλεται και στην αύξηση των

άλλων θρεπτικών αλάτων) είναι

τυπικό παράδειγμα της ρύπανσης του

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

155

περιβάλλοντος. Το φαινόμενο του ευτροφισμού εξηγείται στο κεφάλαιο της

οικοτοξικολογίας.

Σχήμα 8.9. Ο κύκλος του φωσφόρου

8.6.4. Ο κύκλος του Νερού στην Βιόσφαιρα

Στον κύκλο του νερού στην βιόσφαιρα υπάρχει μια σειρά από εξατμίσεις

νερού από το έδαφος, τα φύλλα των δένδρων και φυτών, και τα υδατικά

συστήματα, όπως τα ποτάμια, τις λίμνες και τους ωκεανούς με την επενέργεια

των ηλιακών ακτινών. Το νερό αυτό συμπυκνώνεται στα σύννεφα και

ξαναγυρνάει στο έδαφος με τις βροχοπτώσεις. Ένα σημαντικό τμήμα του νερού

διαπερνά το έδαφος και συγκεντρώνεται στο υπέδαφος (υπόγεια νερά).

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

156

Σχήμα 8.10. Ο υδρολογικός κύκλος είναι πολύ σημαντικός για τους οργανισμούς και τα

οικοσυστήματα. Το νερό αποτελεί πολύτιμο αγαθό για υδρόβιους και χερσαίους

οργανισμούς.

8.7. Τα Είδη των Φυτών, Ζώων και Μικροοργανισμών

Ο αριθμός των ζωντανών οργανισμών ( φυτά, ζώα, μικροοργανισμοί

κλπ) που είναι γνωστά και έχουν μελετηθεί από τους επιστήμονες αποτελούν

ένα μικρό τμήμα του πραγματικού αριθμού που υπάρχει στην βιόσφαιρα της

Γης. Το μεγαλύτερο μέρος των άγνωστων οργανισμών βρίσκεται στα είδη των

ιών, βακτηρίων και μονοκύτταρων οργανισμών.

Πίνακας 8.1. Αριθμός ανώτερων φυτών (γνωστά είδη).

Δικοτυλήδονα (Dicots) 170.000 Μικρές ομάδες(Minor groups) 1.300 Μονοκοτυλήδονα (Monocots) 50.000 Γυμνόσπερμα (Gymnosperms) 529 Βρυόφυτα (Βryophytes) 16.600 Πτεριδόφυτα (Ferns) 10.000 Σύνολο 248.000

Βροχή

Εξάτμιση ωκεανών

Διαπνοή

Συμπύκνωση υδρατμών

Διαπότιση

Έκπλυση

Υπόγεια νερά

Εξάτμιση λιμνών

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

157

Πίνακας 8.2. Σύνολο των ειδών όλων των ειδών που είναι γνωστά.

Έντομα (Insects) 751.000

Ανώτερα φυτά (higher plants) 248.400

Άλλα ζώα (other Animals) 281.000

Μύκητες (Fungi) 69.000

Πρωτόζωα (Protozoa) 30.800

Φύκη (Algae) 26.900

Μονοκύτταροι (Monera) (βακτήρια και παρόμοια είδη) 4.800

Ioί (Viruses) 1.000

Σύνολο 1.413.000

Πίνακας 8.3. Αριθμός ζωντανών ζώων και μικροοργανισμών που είναι γνωστά (με βάση

τις κυριότερες ομάδες).

Κολεόπτερα (Coleoptera) 290.000

Λεπιδόπτερα (Lepidoptera) 112.000

Υμενόπτερα (Hymenoptera) 103.000

Δίπτερα (Diptera) 98.500

Ομόπτερα και Ημίπτερα (Homoptera & Hemiptera) 82.000

Αραχνίδες (Arachnida) 73.400

Μικρά έντομα (small Insect orders) 65.500

Μαλάκια (Mollusca) 50.000

Άλλες τάξεις αρθρόποδων (other Arthropod classes) 50.000

Χορδωτά (other Chordates) 38.300

Πλατυέλμινθες ( Platyhelminithes) 12.200

Νηματοειδή (Nematoda) 12.000

Αννελίδες (Annelida) 12.000

Μικρό φύλα (Minor Phyla) 9.300

Κνιδόζωα και κτενόφορα (Cnidaria & Ctenophora) 9.000

Θηλαστικά (Mammalia) 4.000

Εχινόδερμα (Echinodermata) 6.100

Σπογγώδη (Porifera) 5.000

Σύνολο 1.032.000

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

158

Σχήμα 8.11. Σχηματική κατανομή των γνωστών ειδών και οργανισμών.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

159

8.8.Τα Πέντε Φυσικά Βασίλεια Οργανισμών στην Φύση

Σχήμα 8.12. Το φυλογενετικό δένδρο της ζωής στην Γη. Μονήρη, Πρώτιστα, Ζώα,

Φυτά, Μύκητες.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

160

8.9. Βιβλιογραφία

1. Colinvaux P. Ecology. Wiley & Sons, New York, 1986.

2. Rambler M. Global Ecology: Towards a Science of the Biosphere. Academic

Press, New York, 1989.

3. Golley FB. A History of Ecosystem Concept in Ecology. Yale University

Press,Yale, 1993.

4. Delegge J.-P. Une Histoire de l' Ecologie. La Decouverte, Paris, 1991.

5. Hartl DL, Clark AG. Principles of Population Genetics. Sunderland, 2nd ed,

1989.

6. Margulis L. Diversity of Life: The Five Kingdoms. Enslow, Hillside, NJ, 1992.

7. Margulis L, Schwartz KV, Dolan M. The Illustrated Five Kingdoms. A Guide

to the Diversity of Life on Earth. Harper Collins Publs, New York, 1994.

8. Rubenstein DI, Wrangham RW, eds. Ecological Aspects of Social Evolution:

Birds and Mammals. Princeton University Press, Princeton, 1986.

9. Wilson EO, Peter FM, eds. Biodiversity. National Academy Press,

Washington, DC, 1988.

10. Wilson OE. Sociobiology: The New Synthesis. Harvard University Press,

Cambridge, MA, 1975.

11. Parker SP. Synopsis and Classification of Living Organisms, vols 2.

McGraw-Hill, New York, 1982.

12. Cohen JE, Briand F, Newman CM, eds. Community Food Webs. Springer,

NewYork, 1990.

13. Vermeij GJ. Evolution and Escalation: An Ecological History of Life.

Princeton University Press, Princeton, 1987.

14. Diamond JM, Case TJ, eds. Community Ecology. Harper & Row, New York,

1986.

15. Myers N, ed. The Primary Source: Tropical Forests and Our Future. WW

Norton, New York, 1984.

16. Ehrlich PR, Rouhgarden J. The Science of Ecology. Macmillan, New York,

1987.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

161

17. Odum EP. Ecology and Our Endangered Life-Support Systems. Sunderland,

MA, 1989.

18. Chiras DD. Lessons from Nature: Learning to Live Sustainably on the Earth.

Island Press, Washington DC, 1992.

19. Chiras DD. Environmental Science. Action for a Sustainable Future.

Benjamin/Cummings publs Co, Redwood City, CA, 1994.

20. Krebs CJ. Ecology. Harper Collins, New York, 4th ed, 1994.

21. Krebs CJ. Ecology: The Experimental Analysis of Distribution and

Abundance. Harper and Row, 3nd ed, 1985.

22. Krebs CJ. The Message of Ecology. Harper and Row, New York, 1988.

23. Krebs CJ, Davies NB. An Introduction to Behavioral Ecology. Blackwell,

Oxford, 2nd ed, 1987.

24. Chapman JL, Reiss MJ. Ecology: Principles and Applications. Cambridge

University Press, Cambridge, 1992.

25. Freedman B. Environmental Ecology. Ecological Effects of Pollution,

Disturbance and Other Stresses. Academic Press, San Diego, CA, 1989, 2nd

ed 1995.

26. Kαρανδεινός Μ. Οικολογικές Μέθοδοι : από την Θεωρία στην Πράξη.

Γεωργικό Πανεπιστήμιο Αθηνών, Εργ. Οικολογίας και Προστασία του

Περιβάλλοντος., Αθήνα, 1990.

27. Καρανδεινός Μ. Εισαγωγή στην Πληθυσμιακή Οικολογία. Αθήνα, 1986.

Χατζημπίρος Κ, Χριστούλας Δ, Ανδρεαδάκης Α. Μαθήματα Οικολογίας.

Ε.Μ.Π. Τομέας Υδατικών Πόρων, Υδραυλικών και Θαλασσίων Έργων.

Αθήνα, 1995, 2nd ed. 2005.

28. Barnes RS, Hughes RN. An Introduction to Marine Ecology. Blackwell Sci

Publs, Oxford, 2nd ed 1988.

29. Cox CB, Moore PD. Biogeography: An Ecological and Evolutionary

Approach. Blackwell, Oxford, 4th ed, 1985.

30. Lynch JM, Hobbie JE, eds. Microorganisms in Action: Concepts and

Applications in Microbial Ecology. Blackwell, Oxford, 1988.

31. Janzen DH. Ecology of Plants in the Tropics. Edward Arnold, London, 1975.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

162

32. Jordan CF. Nutrient Cycling in Tropical Forest Ecosystems. John Wiley,

Chichester, 1985.

33. Longhurst AR, Pauly D. Ecology of Tropical Oceans. Academic Press, San

Diego, CA, 1987.

34. Lovelock J. The Ages of Gaia. Oxford University Press, Oxford, 1988.

35. Moss B. Ecology of Fresh Waters: Man and Medium. Blackwell, Oxford, 2nd

ed, 1988.

36. Pianca ER. Evolutionary Ecology. Harper and Row, New York, 1988.

37. Pianca ER. Εξελικτική Οικολογία. Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης,

Ηράκλειο Κρήτης, 2006.

38. Townsend CR. Essentials of Ecology. Wiley-Blackwell, New York, Oxford,

3rd ed. 2008.

39. Molles MC. Ecology. Concepts and Applications. McGraw-Hill, New York,

2nd ed. 2001.

40. Smith RL. Elements of Ecology. Benjaming Cumming, New York, 6th ed,

2005.

41. Woodward FI. Climate and Plant Distribution. Cambridge University Press,

Cambridge, 1987.

42. Ντάφης Σ. Δασική Οικολογία. Εκδ. Παχούδης-Γιακούλης, Θεσσαλονίκη,

1986.

43. Κουσούρης ΘΣ, Αθανασάκης ΑΜ. Περιβάλλον, Οικολογία ,Εκπαίδευση.

Εκδ. Σαββάλα, Αθήνα, 1995.

44. Wilson EO, Bossert WH. Εισαγωγή στην Πληθυσμιακή Οικολογία.

Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, Ηράκλειο Κρήτης, 2000.

45. Καρανδεινός Μ. Ποσοτικές Οικολογικές Μέθοδοι. Από τη θεωρία στην

πράξη. Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, Ηράκλειο Κρήτης, 2007.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

163

Επιλεγμένη πρόσφατη βιβλιογραφία. Οικολογία

1. Costanza R, Norton BG, Hasle BD., eds. Ecosystem Health. New Goals for

Environmental Management. Island Press, Corelo, CA, 1992.

2. Townsend CR, Begon M, Harper JL. Essentials of Ecology. Blackwell Publs,

Oxford, 2nd ed., 2003.

3. Cotgreave P, Forseth I. Introductory Ecology. Blackwell Publs, Oxford, 2003.

4. Instituτe for Environment and Sustainability. European Commission. Joint

Research Centre, Italy, www.ei.jrc.it.

5. Cash DW, Clark WC, Alcock F, et al. Knowledge systems for sustainable

development. Proceed Natl Acad Sci, USA, 100(14): 8086-8091, 2003.

6. Bergon M, Mortimer M, Thompson D. Population Ecology. Blackwell publs,

Oxford, 1996.

7. Bush MB. Ecology of a Changing Planet. Prentice Hall, Upper Saddle River,

NJ, 3rd edit., 2003.

8. Smith RL, Smith TM. Elements of Ecology. Benjamin Cummings, San

Francisco, 2003.