Biomasse und Energiefluss

Produzenten wandeln in der Fotosynthese Lichtenergie in chemische Energie organischer Stoffe um. Diese Energie wird über die Trophiestufen (Ernährungsstufen) der Nahrungskette weitergereicht — und nimmt dabei von Stufe zu Stufe stark ab.

• Biomasse:Masse der organischen Substanz aller Lebewesen einer Fläche oder einer Trophiestufe, meist als Trockenmasse in g/m²; ihr Energiegehalt wird in kJ angegeben.
• Primärproduktion:Aufbau von Biomasse durch die Produzenten, bezogen auf Fläche und Zeit, z. B. in kJ/(m²·a).
• Bruttoprimärproduktion (BPP):gesamte in der Fotosynthese chemisch gebundene Energie; je nach Ökosystem nur etwa 1–2 % der eingestrahlten Lichtenergie.
• Zellatmung (R):Die Produzenten veratmen oft mehr als die Hälfte der BPP für die eigenen Lebensvorgänge; die Energie wird dabei letztlich als Wärme frei.
• Nettoprimärproduktion (NPP):verbleibender Zuwachs an Biomasse der Produzenten; nur er steht Konsumenten und Destruenten (Zersetzern) als Nahrung zur Verfügung.
• Sekundärproduktion:Zuwachs an Biomasse der Konsumenten aus der Nahrung, die sie verdaut und ins Blut aufgenommen (assimiliert) haben.
• Verluste je Stufe:Der größte Teil der assimilierten Energie wird in der Zellatmung als Wärme frei; nicht gefressene Biomasse, unverdaute Nahrung (Kot) und tote Lebewesen gelangen zu den Destruenten.

Ziehe den Griff auf der Leiste nach rechts oder nutze die Pfeiltasten: Das Energieband wird Stufe für Stufe entlang der Nahrungskette abgewickelt. Rot zweigt ab, was in der Zellatmung als Wärme frei wird, violett, was als tote oder ungefressene Biomasse und als Kot zu den Destruenten gelangt.

Halte fest: Auf jeder Stufe geht der größte Teil der Energie als Wärme oder an die Destruenten verloren. Bei den Endkonsumenten kommt nur etwa ein Tausendstel der Bruttoprimärproduktion an.

Weil jede Stufe nur einen kleinen Teil ihrer Energie weitergibt, sind Nahrungsketten kurz und ihre Pyramiden nach oben schmal.

• Ökologische Effizienz:Anteil der Energie einer Trophiestufe, der in der nächsten ankommt (auch ökologischer Wirkungsgrad); im Mittel etwa 10 %, je nach Ökosystem 5–20 %.
• Energiefluss:Energie durchläuft das Ökosystem nur in einer Richtung — vom Sonnenlicht über die Trophiestufen zur Wärme — und muss ständig durch Licht nachgeliefert werden.
• Stoffkreislauf:Destruenten bauen tote Biomasse zu Mineralstoffen, CO₂ und Wasser ab (Mineralisation); Produzenten nehmen diese Stoffe wieder auf, die Elemente bleiben im Ökosystem.
• Energiepyramide:Energie jeder Trophiestufe pro Fläche und Zeit; sie ist immer nach oben schmaler, denn keine Stufe kann mehr Energie weitergeben, als sie erhält.
• Biomassepyramide:Bestand an Biomasse zu einem Zeitpunkt; meist nach oben schmaler, im Meer oft umgekehrt: Das Phytoplankton hat nur wenig Bestand, teilt sich aber sehr schnell und wird ebenso schnell gefressen.
• Kettenlänge:Nach vier bis fünf Stufen bleibt zu wenig Energie für eine weitere Population; Nahrungsketten sind deshalb selten länger.
• Ernährung des Menschen:Wer Pflanzen direkt isst, nutzt die NPP einer Ackerfläche etwa zehnmal besser als über den Umweg Tierfutter → Fleisch.