Το δάσος δεν είναι μόνο δέντρα. Είναι ένα σύνολο διάφορων φυτών, όπου βέβαια κυριαρχούν τα δέντρα, αλλά και ζώων και οι οργανισμοί αυτοί βρίσκονται σε αλληλεπίδραση με το έδαφος και το κλίμα που επικρατεί στην περιοχή.

 Φυσικό Πευκοδάσος στο Γράμμο

Όλες οι εκτάσεις που καλύπτονται από φυσική βλάστηση λέγονται δασικές, ανεξάρτητα από το αν κυριαρχούν δέντρα, θάμνοι ή φρύγανα και αποτελούν ένα πολυσύνθετο σύνολο με δική του ζωή και λειτουργίες. Αποτελούν το δασικό οικοσύστημα που παίζει σημαντικό ρόλο στη βιολογική ισορροπία μέσα στη φύση.

Δομή του δάσους

Η δομή του οικοσυστήματος του δάσους χαρακτηρίζεται από δύο βασικά και προσδιοριστικά στοιχεία. (Διαφ. 1)

α) Τους αβιοτικούς παράγοντες, ένα σύνολο μη ζωντανών φυσικών ή χημικών περιβαλλοντικών παραγόντων που συνίσταται από: το έδαφος, το νερό, το κλίμα (ηλιακή ακτινοβολία, φως, θερμοκρασία, υγρασία, άνεμος κ.ά.), ανόργανα στοιχεία και ενώσεις (οξυγόνο, άζωτο, διοξείδιο του άνθρακα κ.ά.), οργανικές ενώσεις (πρωτεΐνες, υδατάνθρακες κ.ά.).

β) Τους βιοτικούς παράγοντες, το σύνολο δηλαδή των ζωντανών οργανισμών που με τη σειρά του διακρίνεται σε:

i) Κοινότητα των φυτών, όπου κυριαρχούν ανώτερα είδη φυτών (δέντρα, θάμνοι, ποώδη φυτά), οι λεγόμενοι παραγωγοί.

* Παραπομπή στις διαφάνειες που συνοδεύουν το εκπαιδευτικό υλικό.

ii) Κοινότητα των ζώων, που αποτελείται από το σύνολο των ζωικών οργανισμών που απαντώνται στην περιοχή (φυτοφάγοι και σαρκοφάγοι), οι λεγόμενοι καταναλωτές.

iii) Κοινότητα των μικροοργανισμών ή αποικοδομητών που αποτελείται από ετερότροφους οργανισμούς, κυρίως βακτήρια και μύκητες που διασπούν τη νεκρή οργανική ύλη και τη μετατρέπουν σε ανόργανα μόρια, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν πάλι από τους παραγωγούς.

Οι αβιοτικοί και οι βιοτικοί παράγοντες βρίσκονται σε συνεχή αλληλεπίδραση, με αδιάκοπη μεταφορά ενέργειας μεταξύ των δύο συνόλων, αλλά και στο εσωτερικό τους.

Το δάσος είναι ένα από τα πολυπλοκότερα συστήματα που απαντώνται στη φύση και αντιπροσωπεύει το είδος του χερσαίου οικοσυστήματος με τη μεγαλύτερη κατανομή στον πλανήτη (καλύπτει το 32% της γήινης επιφάνειας).

Διαταραχές των δασών από φυσικούς παράγοντες συνήθως αποκαθίστανται από την ίδια τη φύση μέσα από τους υπάρχοντες αυτορυθμιστικούς μηχανισμούς, ενώ διαταραχές που οφείλονται σε μη φυσικούς παράγοντες (ανθρωπογενείς), μπορεί να προκαλέσουν αποσταθεροποίηση και υποβάθμιση του οικοσυστήματος και συνήθως οδηγούν σε απλούστερη οργάνωση ή και πλήρη κατάρρευση του οικοσυστήματος.

Λειτουργίες των φυτών

Το σύνολο της ζωής στον πλανήτη εξαρτάται από την ενέργεια του ήλιου. Η ζωή στα δασικά οικοσυστήματα βασίζεται σε δυο σημαντικές και πολύπλοκες διαδικασίες. Η μια γίνεται μόνο στα φυτά και λέγεται φωτοσύνθεση κι η άλλη εμφανίζεται στα φυτά τα ζώα και τους μικροοργανισμούς και λέγεται αναπνοή (Διαφ.2).

Τα πράσινα μέρη του φυτού χρησιμοποιούν την ηλιακή ενέργεια και τη μετατρέπουν σε χημική και αυτή τη χημική ενέργεια είναι που αναζητούν οι καταναλωτές και τρέφονται με φυτά ή ζώα. Έτσι, τα φυτά χαρακτηρίζονται σαν εργοστάσια παραγωγής ενέργειας.

 Φυτά, το πράσινο εργοστάσιο ενέργειας

Το πράσινο χρώμα των φυτών έχει ζωτική σημασία για την ανάπτυξη τους και την επιβίωση όλων των ζωντανών οργανισμών. Το πράσινο χρώμα οφείλεται στη χλωροφύλλη, η οποία υπάρχει στους χλωροπλάστες των φυτικών κυττάρων και παγιδεύοντας την ηλιακή ενέργεια τη μετατρέπει σε χημική, ενώ παράλληλα τα φυτά προσλαμβάνουν από τον αέρα διοξείδιο του άνθρακα και από το έδαφος νερό στο οποίο βρίσκονται διαλυμένα διάφορα άλατα, ιχνοστοιχεία κ.λπ. Κατόπιν η παγιδευμένη ενέργεια από τον ήλιο χρησιμοποιείται για να τροφοδοτήσει μια πολύπλοκη σειρά χημικών αντιδράσεων που το τελικό τους προϊόν είναι σάκχαρα και οξυγόνο.

Η διαδικασία αυτή ονομάζεται φωτοσύνθεση και περιγράφεται από τη χημική αντίδραση:

6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Η φωτοσύνθεση είναι η ίδια για όλα τα φυτά, είτε πρόκειται για μονοκύτταρα φύκη που επιπλέουν σ' ένα νερόλακκο είτε πρόκειται για τα πράσινα φύλλα της κορφής του ψηλότερου δέντρου.

Τα σάκχαρα που παράγονται αποτελούν ένα πλούσιο καύσιμο το οποίο το φυτό διασπά γρήγορα, ώστε να αποκτήσει την ενέργεια που χρειάζεται για να ζήσει, σύμφωνα με τη διαδικασία που λέγεται αναπνοή.

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + Ενέργεια

Τα περισσότερα φυτά μετατρέπουν τα σάκχαρα σε πολυπλοκότερες ουσίες που ονομάζονται άμυλο και αποθηκεύουν το ίδιο ποσό ενέργειας σε μικρότερο χώρο. Το άμυλο μπορεί να μετατραπεί πάλι σε σάκχαρα όποτε το φυτό χρειαστεί ενέργεια. Όσο νερό δε χρησιμοποιηθεί από το φυτό για τη φωτοσύνθεση αποβάλλεται στο περιβάλλον με μια άλλη λειτουργία που λέγεται διαπνοή.

Μόνο το 10% της ηλιακής ενέργειας που πέφτει πάνω σε ένα κύτταρο ή φύλλο μετατρέπεται σε αποθηκευμένη χημική ενέργεια. Παρόλα αυτά, τα φυτά όλου του πλανήτη παράγουν για δική τους χρήση περίπου 150 δισεκατομμύρια τόνους σακχάρων το χρόνο.

Ροή ενέργειας - Μια αλυσίδα ενέργειας

Η συνολική ποσότητα της παραγόμενης ύλης από τα φυτά, που είναι ανάλογη με την ενέργεια που δεσμεύεται κατά τη φωτοσύνθεση, αποτελεί τη συνολική πρωτογενή παραγωγή.

Τα φυτά ονομάζονται αυτότροφοι οργανισμοί ή παραγωγοί, γιατί είναι οι μοναδικοί οργανισμοί που μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε χημική και μονοπωλούν τη δυνατότητα να παραλαμβάνουν ενέργεια από ανόργανες πηγές και να τη δεσμεύουν σε οργανικά μόρια. Όλοι οι υπόλοιποι οργανισμοί που δεν μπορούν να φωτοσυνθέσουν λέγονται ετερότροφοι. Από τους ετερότροφους οργανισμούς τα φυτοφάγα και τα σαρκοφάγα ζώα λέγονται καταναλωτές, ενώ ορισμένοι μικροοργανισμοί (βακτήρια, μύκητες) και διάφορα ασπόνδυλα που προμηθεύονται την ενέργεια από νεκρούς ιστούς ή οργανικά συστατικά διασκορπισμένα στο περιβάλλον λέγονται αποικοδομητές. (Διαφ.3)

Η ενέργεια παρέχεται μονόδρομα μέσω τροφικών σχέσεων από τους αυτότροφους οργανισμούς στους φυτοφάγους (ετερότροφους καταναλωτές πρώτης τάξης) και στη συνέχεια στους σαρκοφάγους (ετερότροφους καταναλωτές δεύτερης και τρίτης τάξης).

Ροή ενέργειας μέσω των τροφικών επιπέδων

Στο δασικό οικοσύστημα διαμορφώνονται πέντε βασικά τροφικά επίπεδα: οι παραγωγοί, οι καταναλωτές 1ης , 2ης, 3ης τάξης και οι αποικοδομητές. Σε κάθε επίπεδο εντάσσονται οργανισμοί διαφορετικοί μεταξύ τους ως προς τη συστηματική τους κατάταξη αλλά ομόλογοι ως προς τις τροφικές τους απαιτήσεις. Ο διαχωρισμός των οργανισμών σε τροφικά επίπεδα είναι σχηματικός και συνεπώς υπεραπλουστεύει τη βασική λειτουργική δομή του οικοσυστήματος. Πολλοί οργανισμοί συμβαίνει να εντάσσονται συγχρόνως σε διαφορετικά τροφικά επίπεδα. Η αλεπού π.χ. είναι συγχρόνως καταναλωτής 1ης τάξης, όταν τρέφεται με καρπούς, 2ης τάξης όταν τρέφεται με ποντίκια ή και 3ης τάξης, όταν συλλαμβάνει αρπακτικά πουλιά. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι και ο άνθρωπος, ο οποίος θα μπορούσε να ενταχθεί σε όλα τα επίπεδα των καταναλωτών.

Έτσι η ηλιακή ενέργεια ρέει μονόδρομα από τον ήλιο μέσω των φυτών προς τους σαρκοφάγους οργανισμούς αλλάζοντας μορφή κάθε φορά, ώστε να χρησιμοποιείται για τις ανάγκες της ζωής του κάθε οργανισμού. (Διαφ.4) Κατά τη μεταφορά της από το ένα τροφικό επίπεδο στο άλλο και κατά τη μετατροπή της από μια μορφή σε άλλη χάνεται με μορφή θερμότητας το 90% της ενέργειας, ενώ μόνο το 10% αξιοποιείται.

Γίνεται λοιπόν φανερό ότι όσο πλησιέστερη προς την αρχή της τροφικής αλυσίδας είναι η θέση κάποιου οργανισμού, τόσο περισσότερη είναι γι' αυτόν η διαθέσιμη ενέργεια.

Τροφικές αλυσίδες και τροφικά δίκτυα

Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι τροφικών αλυσίδων. Ο ένας έχει ως τροφική βάση τους παραγωγούς, δηλαδή από τα φυτά τρέφονται τα φυτοφάγα ζώα, από τα φυτοφάγα ζώα τρέφονται τα σαρκοφάγα και από αυτά τρέφονται μεγαλύτερα σαρκοφάγα ζώα. Από κρίκο σε κρίκο, ενώ μπορεί να παρατηρηθεί μια αύξηση του μεγέθους των ζώων, ο συνολικός αριθμός των ατόμων τους ελαττώνεται (αλυσίδα θηρευτών). Η δεύτερη αλυσίδα είναι η σαπροφυτική αλυσίδα, η οποία έχει ως τροφική βάση τη νεκρή οργανική ύλη και η ύπαρξη της οποίας είναι ιδιαίτερα σημαντική σε όλα τα οικοσυστήματα αφού εξασφαλίζει το κλείσιμο του κύκλου της ύλης (ανακύκλωση της ύλης).

Τροφικές αλυσίδες και ανακύκλωση της ύλης

Τα νεκρά οργανικά υλικά παρέχουν τροφή στους αποικοδομητές-καταναλωτές 1ης τάξης (βακτήρια, μύκητες) οι οποίοι με τη σειρά τους αποτελούν τροφή για καταναλωτές 2ης τάξης (πρωτόζωα, αρθρόποδα κ.λπ.), που αποτελούν τροφή για καταναλωτές 3ης τάξης (σκαθάρια εδάφους, ψευδοσκορπιοί, μυριάποδα κ.ά). Είναι βέβαια φανερό ότι οι καταναλωτές 2ης και 3ης τάξης τρέφονται και με νεκρά υλικά και ότι οι καταναλωτές της 3ης τάξης της σαπροφυτικής αλυσίδας αποτελούν με τη σειρά τους τροφή για καταναλωτές της βασικής τροφικής αλυσίδας που ήδη περιγράφηκε.

Οι διαφορετικοί λοιπόν, τύποι τροφικής αλυσίδας στην πραγματικότητα συνυπάρχουν στο οικοσύστημα και διακλαδίζονται μεταξύ τους και τα διάφορα είδη της βιοκοινότητας συνδέονται με πολυάριθμες και πολύπλοκες τροφικές σχέσεις, το σύνολο των οποίων συνιστά τα τροφικά δίκτυα.

 Τροφικό Δίκτυο

Πάντοτε στην κορυφή της κάθε αλυσίδας υπάρχουν λιγότεροι σαρκοφάγοι οργανισμοί από τους φυτοφάγους. (Διαφ.5) Αυτό είναι εύκολο να εξηγηθεί αν θεωρήσουμε την τροφική αλυσίδα ως μια αλυσίδα ενέργειας όπου μόνο το 10 % περίπου της ενέργειας που έχουν οι οργανισμοί σε ένα τροφικό επίπεδο, μπορεί να δεσμευτεί από τους οργανισμούς του επόμενου τροφικού επιπέδου, γιατί το 80%- 90% εκλύεται ως θερμότητα στο περιβάλλον (κανόνας του οικολογικού δεκάτου).

Μοντέλο ενεργειακής πυραμίδας

Αν και ο ήλιος στέλνει τεράστια ποσά ενέργειας, τα φυτά μετατρέπουν σε χρήσιμη ενέργεια μόνο το 10% της αρχικής. Το μεγαλύτερο μέρος της χρήσιμης αυτής ενέργειας χρησιμοποιείται για τη διαβίωση των ίδιων των φυτών και συνεπώς ακόμη λιγότερη ενέργεια είναι διαθέσιμη για τα φυτοφάγα ζώα. Με τη σειρά τους τα φυτοφάγα καταναλώνουν την περισσότερη από την ενέργεια που παίρνουν για τη μετακίνηση, την αναπνοή, τη διατήρηση της θερμότητας και όλες τις άλλες λειτουργίες της ζωής τους και συνεπώς ένα μικρό μέρος της ενέργειας απομένει για τα σαρκοφάγα ζώα. Τα σαρκοφάγα ή αλλιώς οι καταναλωτές 2ης τάξης χρησιμοποιούν το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας για τη διατήρηση της δικιάς τους ζωής και συνεπώς ελάχιστο μέρος της ενέργειας απομένει για το ανώτερο τροφικό επίπεδο. Η διαθέσιμη λοιπόν ενέργεια στα φυτοφάγα ζώα τους επιτρέπει πολλές φορές να αναπτύξουν μεγάλο μέγεθος σώματος, π.χ. ελέφαντας, ιπποπόταμος, κάτι που δεν είναι πιθανό να συμβεί στα σαρκοφάγα. Η όλη διαδικασία μπορεί να παρασταθεί με τη μορφή μιας ενεργειακής πυραμίδας, η οποία δείχνει πώς η ενέργεια χρησιμοποιείται κατά μήκος μιας τροφικής αλυσίδας.

Η μεταφορά και η ανακύκλωση των θρεπτικών υλικών.

Παράλληλα με τη ροή ενέργειας στο οικοσύστημα, δια μέσω των τροφικών αλυσίδων, έχουμε και τη μεταφορά των θρεπτικών στοιχείων. Σαν θρεπτικό στοιχείο χαρακτηρίζεται κάθε χημικό στοιχείο ή συστατικό που παίρνει ένας οργανισμός για να επιβιώσει, να αναπτυχθεί ή να αναπαραχθεί. Μερικά στοιχεία όπως ο άνθρακας, το οξυγόνο, το άζωτο, ο φώσφορος και το θείο είναι απαραίτητα και μάλιστα σε μεγάλες ποσότητες. Η ύπαρξη ομάδων οργανισμών (παραγωγοί, καταναλωτές, αποικοδομητές) των οποίων ο μεταβολισμός και οι ανάγκες βρίσκονται σε διαρκή αλληλεξάρτηση, επιτρέπει τη διαρκή ανακύκλωση των στοιχείων αυτών που είναι απαραίτητα. Έτσι τα φυτά απορροφούν από το έδαφος τα θρεπτικά στοιχεία με τη μορφή ιόντων και τα ενσωματώνουν στους ιστούς τους και μέσω των τροφικών αλυσίδων τα μεταβιβάζουν στους ετερότροφους οργανισμούς, καταναλωτές και αποικοδομητές.

 Ο κύκλος της ύλης

Οι τελευταίοι αποικοδομούν τα νεκρά οργανικά υλικά (φυτικής ή ζωϊκής προέλευσης) σε ανόργανα στοιχεία, τα οποία αποδίδουν πάλι στο έδαφος, ώστε να ξαναχρησιμοποιηθούν από τα φυτά. Η κυκλική αυτή πορεία των θρεπτικών στοιχείων από το άψυχο περιβάλλον στους οργανισμούς και πάλι πίσω στο αβιοτικό περιβάλλον καθοδηγείται άμεσα ή έμμεσα από την εισερχόμενη στη γη ηλιακή ενέργεια και ονομάζεται κύκλος της ύλης.