Orman Ekosistemleri Bilgisi Prof. Dr. Doğanay Tolunay İ.Ü. Orman Fakültesi Toprak İlmi ve Ekoloji ABD

Ekoloji Ekoloji, ekosistem, ekolojik denge, çevre, çevre kirliliği vb. kavramlar hemen hemen her gün duyduğumuz, üzerinde az ya da çok bilgi sahibi olduğumuz kavramlardır. Bu kavramlar 19. yüzyılın sonlarında ve 20. yüzyılın başlarında ortaya çıkmıştır.

Ekoloji Özellikle içinde bulunduğumuz yüzyılın ikinci yarısından sonra, sanayinin gelişmesi ve nüfusun hızla artmasına bağlı olarak günlük hayatımızın birer konusu olmuşlardır.

Ekoloji Oysa günlük hayatta hemen hemen herkes ekolojik olayların etkisi altında yaşamaktadır. Örneğin İstanbul’da şiddetli yağan bir yağmurdan sonra bazı semtlerin sular altında kalmasının sebebinin, plânsız kentleşme sonucunda dere yataklarına yerleşmenin olduğu gerçektir ve bu durum tamamen ekolojik olaylar sürecidir.

Ekoloji Evinde çiçek besleyen bir kişi hangi çiçeğin güneşe, hangisinin gölgeye ihtiyaç duyduğunu, hangi türde topraklarda yetişeceğini bilmelidir.

Ekoloji Bir çiftçi eğim yönünde tarlasını sürdüğünde toprağın taşınacağını tecrübe ile öğrenmiştir.

EKOLOJİ TARİHÇE İlk kullanan Ernst Haeckel (1869) “hayvanların, inorganik ve organik çevreleriyle olan tüm ilişkilerinin incelenmesi”

EKOLOJİ TARİHÇE Clements (1916) "Toplumlar bilimi veya yaşam birlikleri bilimi", Elton (1927) "Hayvanların ekonomi ve sosyolojisi ile uğraşan bilimsel doğa tarihi " Odum (1963) "Doğanın yapısını ve işlevini inceleyen bilim”

EKOLOJİ TARİHÇE Peters’e (1980) göre Ekoloji; “Biyomas, verimlilik ve çeşitliliğin belirlenmesi” Begon ve Ark. Göre ise (1996) “Zaman ve mekan içinde bireylerin, populasyonların ve canlı toplumlarının yayılmasının belirlenmesi, açıklanması ve tahmini” ile uğraşmaktadır

EKOLOJİ ORGANİZMALARLA, İÇİNDE YAŞADIKLARI ORTAMI VE BU İKİ VARLIĞA AİT KARŞILIKLI ETKİ VE İLİŞKİLERİ İNCELEYEN BİR BİLİM DALIDIR Çepel (1978)

EKOLOJİ EKOLOJİ Çevre ve Çevre Koruma veya Doğa Koruma bilimi değildir.

EKOLOJİ EKOLOJİ Doğayı inceleyen bir temel bilim dalıdır. Araştırma sonuçları çevre kirliğinin önlenmesi veya doğanın korunmasında kullanılır.

EKOLOJİ “Ekosistemleri araştıran bilim dalı” Ayrıca Ekoloji; olarak da tanımlanmıştır (Odum).

EKOSİSTEM (Ekolojik Sistem) A. G. Tansley tarafından 1935 yılında önerilmiştir. Canlılar bir ortamda yaşar. Canlıları ve içinde yaşadıkları ortamın her ikisini birden içeren kavram; EKOSİSTEM

EKOSİSTEM (Ekolojik Sistem) Coğrafi konumu belli bir yerde, bir yaşama birliği oluşturan canlılar ile, bir yetişme ortamı oluşturan çevre koşulları arasında karşılıklı ve dinamik ilişkilerin bulunduğu ekolojik bir birimdir. Ekosistem=Yaşama Birliği+Yetişme/Yaşama Ortamı

Ekosistemin Yapısı Yaşama Birliği Yetişme/ Yaşama Ortamı İklim Üreticiler Tüketiciler Parçalayıcılar Yaşama Birliği İnsanlar Bitkiler Hayvanlar Yetişme/ Yaşama Ortamı İklim Canlılar Ekolojik Faktörler Yeryüzü Şekli Toprak Anakaya

Yetişme ortamı (habitat=biyotop): Coğrafi konumu belli bir yerde canlıların yaşamasını sağlayan ve onları devamlı etkisi altında bulunduran çevre koşullarının oluşturduğu, bu koşullar arasında karşılıklı bir dengenin ve dinamik ilişkilerin bulunduğu ekolojik bir birimdir (Kantarcı 1978).

Habitat, Biyotop olarak tanımlanmaktadır. "Bir organizmanın veya populasyonun doğal olarak yaşadığı yer" "Canlı varlıkların yaşamını sürdürebilmesi için uygun çevresel koşullara sahip bir coğrafya bölgesi veya değişken hacimli bir ortam"

Habitat bir türe ait birey veya bireylerin yerleştiği, yaşadığı, ya da aranıldığı zaman bulunduğu ve yaşamsal gereksinimlerini sağladığı yer veya alan; Biyotop canlı toplumlarının yerleştiği alan olarak kabul edilebilir.

Yaşama Birliği (Canlılar Toplumu = Biyosönoz = Kommunite = Tür Toplulukları) Bir ekosistemde bir arada yaşayan canlı toplumlarının (insanlar, bitkiler ve hayvanlar) oluşturduğu birlik

Atmosfer Hidrosfer Antroposfer Zoosfer Fitosfer Pedosfer Jeomorfosfer Litosfer

EKOLOJİK FAKTÖRLER Canlılar İKLİM TOPRAK YERYÜZÜ ŞEKLİ

EKOLOJİNİN ALT DALLARI Organizasyon Basamakları veya Sistemler Merdiveni Ekolojik Organizasyon Basamakları Bilim Dalı Organizma/Birey Populasyon Canlı Toplumları Ekosistem Peyzaj Biyom Biyosfer Birey ekolojisi (Autekoloji) Populasyon ekolojisi (Demekoloji) Ekosistem ekolojisi (Sinekoloji) Peyzaj ekolojisi Makro ekoloji

EKOLOJİNİN ALT DALLARI Birey Ekolojisi (Autekoloji): Bir türe ait birey veya bireylerin yaşadıkları ortam ile olan ilişkilerini inceler. Bireylerin mevcut ekolojik faktörlerle kurdukları ilişkileri, özellikle morfoloji, fizyoloji ve davranışlarındaki etkileri araştırır. Sonuçta, çevre organizmaya ne veriyor, organizmalar bu verilenlerle nasıl gelişebiliyor, canlılar çevrelerini nasıl etkileyebiliyor gibi sorulara cevap vermeye çalışır.

EKOLOJİNİN ALT DALLARI Populasyon ekolojisi (Populasyon Dinamiği veya Demekoloji) Belli ortamda tek bir türe ait bireylerin oluşturduğu topluluğun (populasyon) yapısını, değişimini ve bunların nedenlerini araştırır. Araştırma konusu populasyon incelemesi, yöntemi ise saha çalışmaları ile istatistiksel ve matematiksel modellerdir.

EKOLOJİNİN ALT DALLARI Tür Toplulukları veya Ekosistem Ekolojisi (Sinekoloji) Tanımsal ve işlevsel olarak türlerden oluşan bir toplumun bireyleri ve ortamları arasındaki ilişkileri inceler. Tanımsal sinekoloji statiktir, toplumun yapısı ile tür bileşiminin dış görünümü incelenir. İşlevsel sinekoloji ise dinamik olup, toplumdaki değişimler, madde ve enerji akışı incelenir. Araştırma konusu ekosistem, yöntemi ise çok yönlüdür.

EKOLOJİNİN ALT DALLARI Uygulamalı Ekoloji (Ekoteknoloji) Doğal kaynakların insanlar tarafından düzenlenmesi ve işletilmesinde ekolojik etkenleri araştıran bölümdür. Ekoloji karşılıklı ilişkiler üzerine kurulmuş bir bilim dalı olduğundan ekoloji bilimi ile insan yaşamı ve geleceği arasında sıkı ilişki vardır. Dolayısı ile ekolojinin günlük yaşama uygulanması ile, insan ve çevresi arasındaki ilişkiler düzenlenebilmektedir. Diğer bir deyişle uygulamalı ekoloji sayesinde çevrenin korunması, bakımı ve düzenlenmesi sağlanabilir ki insan neslinin dünya yüzündeki yaşamını devam ettirmesi açısından bu çok önemli bir konudur.

EKOLOJİNİN ALT DALLARI İnsan Ekolojisi İnsan ekolojisi kavramından insan türünün (Homo sapiens) populasyon ekolojisi olarak algılanmaktadır. İnsan ve yaşadığı ortam arasındaki ilişkileri araştıran bir bilim dalıdır.

EKOLOJİNİN ALT DALLARI Biyoekoloji Ekosistemlerin biyolojik varlıklarını inceleyen bilim dalıdır. Jeoekoloji Ekosistemlerin cansız varlıklarını, olaylarını ve faktörleri inceleyen bilim dalıdır.

EKOLOJİNİN ALT DALLARI Ayrıca bitki ve hayvanlarla bunların oluşturduğu topluluklar kara, deniz ve tatlı sular gibi farklı ortamlarda yaşarlar. Ekoloji bunlara ait ilişkileri de yaşadıkları ortamda incelemek zorundadır. Bu nedenle ekoloji bilimi, organizmaların yaşadıkları ortamlara göre de Karasal Ekoloji, Deniz Ekolojisi, Tatlısu Ekolojisi ve Paleoekoloji gibi alt dallara, bu alt dallar da kendi içinde daha küçük dallara ayrılabilir. Örneğin, Karasal Ekolojinin Orman Ekolojisi, Step veya Bozkır Ekolojisi, Mera Ekolojisi, Tarla Ekolojisi, Kent Ekolojisi vb. kolları olabilir.

EKOSİSTEMLERİN GENEL ÖZELLİKLERİ Yapı Fonksiyon Karmaşıklığı Etkileşim ve karşılıklı dayanışma Mekansal bir sınıflandırmanın olmaması Zamanla değişim

EKOSİSTEMLERDE ENERJİ Dünyada doğal ekosistemlerin başlıca enerji kaynağı güneştir. Yer yüzüne ulaşan güneş ışınları 3 çeşittir. Morötesi, görünür ışık ve kızılötesi

EKOSİSTEMLERDE ENERJİ Yeryüzüne ulaşan güneş ışınlarının % 10’u morötesi % 45’i görünür, % 45’i kızılötesi ışındır. Çevredeki enerjinin ikinci bir bileşeni uzun dalga boyundaki termal ışınlardır. Bu ışınlar sıfırın üzerindeki herhangi bir yüzey yada maddeden çevreye yayılan ve yansıtılan ışınlardır. Yüzey veya madde toprak, su, bitki, bulut olabilir.

EKOSİSTEMLERDE ENERJİ Canlıların hayatta kalmaları büyük ölçüde ekosisteme gelen toplam ışın akışı (güneş ışını+termal ışın) tarafından belirlenir. Tüm biyolojik ve ekolojik sistemleri güneşten gelen bu enerji girdisi yürütür.

EKOSİSTEMLERDE ENERJİ Biyosfere bir yılda gelen güneş ışınlarının dağılım oranları Enerji % Yansıyan 30 Doğrudan ısıya çevrilen 46 Buharlaşma, yağış 23 Rüzgar, Dalgalar, Akıntılar 0.2 Fotosentez 0.8

EKOSİSTEMLERDE ENERJİ Güneşten gelen enerjinin çok azı fotosentezle organik maddeye (besin ve bitkisel kütleye) dönüştürülür. Yansıtılan kısım dışındaki % 70’lik güneş ışını da yararlı işlerde kullanılır. Isıya dönüşen % 46’lık bölüm canlılar için yaşanılabilir bir yetişme ortamı oluşturur. Dalgalar, gelgitler, rüzgar da yerel düzeyde enerji kaynaklarıdır.

EKOSİSTEMLERDE ENERJİ Bunların haricinde jeotermal enerji de vardır. Derin bazı denizlerde jeotermal enerjiye dayalı doğal ekosistemler de vardır.

EKOSİSTEMLERDE ENERJİ Verimlilik Primer verimlilik bir ekolojik sistemde güneş enerjisinin organik maddelere (biyokütleye) dönüşme hızıdır.

BİTKİSEL KÜTLE Biyomas (biyokütle, bitkisel kütle): Belli bir alanda yaşayan tüm canlıların (bitki+hayvan) kuru ağırlıkları (65 C0) Biyomass= Fitomass+Zoomass Son yıllarda biyomass bitkisel kütle anlamında kullanılmaktadır.

Brüt primer üretim (Gross primary production-GPP)=CO2 kullanılarak yapılan organik madde üretimi (solunumla kayıplar dahil) Net primer üretim (Net primary production-NPP)=Brüt primer üretimden fotosentetik solunum ile kaybedilen CO2 çıkarıldıktan sonra kalan üretim. NPP bir yıl içinde bitkisel kütle ve ölü organik maddedeki toplam üretimdir. Net primer üretim (NPP)= GPP-Fotosentetik solunum

GPP NPP

NPP’den heterotrofik solunum ( toprak, ölü örtü ve ölü odundaki organik maddenin ayrışması) kayıplar olur ve bu ekosistemdeki net karbon stok değişimine eşittir. Bu net ekosistem üretimi olarak adlandırılır (NEP). Net ekosistem üretimi (NEP)= Net primer üretim (NPP)- heterotrofik solunum

Net ekosistem üretiminden zarar görme (yangın, böcek, mantar vb), hasat, arazi kullanım değişikliği gibi nedenlerle karbon kaybı olur. Bu şekildeki kayıplar düşüldükten sonraki üretime net biyom üretimi (NBP) adı verilir. Net biyom üretimi (NBP)= Net ekosistem üretimi - zarar görme (yangın, böcek, mantar vb), hasat, arazi kullanım değişikliği gibi nedenlerle karbon kaybı

ENERJİ DESTEĞİ Su, besin maddeleri, iklim gibi faktörler uygun olduğunda hem doğal hem de tarımsal ekosistemlerde primer üretim hızı yüksek olur. Güneş enerjisine ek olarak sisteme başka bir kaynaktan gelen ve bitkilerin daha fazla fotosentetik üretim yapmasını ve depolamasını sağlayan enerjiye yardımcı enerji ya da enerji desteği adı verilir

ENERJİ DESTEĞİ Doğal ekosistemlerde yağış, rüzgar, taşkınlar, gelgitler, nehirlerin göl yada denizlere aktığı yerler de enerji desteği vardır. Tarımsal ekosistemlerde toprak işleme, sulama, gübreleme, genetik ıslah çalışmaları, ilaç kullanımı, insan gücü şeklinde enerji desteği olur. Bunların çoğunda fosil yakıtlar kullanılır. Kent ekosistemlerinde de çoğunlukla fosil yakıt kökenli enerji desteği vardır

PRİMER ÜRETİMİN (NPP) KULLANILMASI Bitkiler tarafından yapılan primer üretimin büyük çoğunluğu insanlar tarafından beslenme, barınma, ısınma, hayvansal üretim, enerji üretimi gibi amaçlarla kullanılmaktadır.

BESİN ZİNCİRİ ve BESİN PİRAMİDİ Bitkiler ve hayvanlardaki besin enerjisinin, bir seri organizmalar aracılığıyla besinlerin yenerek veya yenmiş olarak tekrarlanan aşamalarda değiştirilmesi olayıdır (ot-kuzu-insan, yaprak-tırtıl-kuş-kedi gibi). Doğadaki beslenme zinciri üreticiler, ilk (primer), ikinci (sekunder), üçüncü (tersiyer) tüketiciler ayrıştırıcılar

BESİN ZİNCİRİ Üreticiler klorofilli bitkiler potansiyel enerjiyi kimyasal enerjiye çeviren ve bunları biriktiren canlılar

BESİN ZİNCİRİ İlk tüketiciler herbivor (otçul, bitki yiyen) ototrof organizmalar denilen ve inorganik maddelerden organik madde üretebilen canlıların sağladığı ürünlerle geçinirler. Karadaki otlak hayvanları (koyun, inek vb) bu gruba girer.

BESİN ZİNCİRİ İkinci tüketiciler karnivor (etçil, et yiyenler) otçul canlılar ile beslenen canlılardır. Bunlar yılan, su samuru, kurbağa, küçük kuşlar gibi nispeten küçük hayvanlardır.

BESİN ZİNCİRİ Üçüncü tüketiciler etçil hayvanlar ile beslenen ve yine etçil olan hayvanlardır. Bunlara atmaca, kartal, şahin gibi yırtıcı kuşlar ile tilki, kurt gibi nispeten daha büyük hayvanlar örnek olarak verilebilir. omnivor denilen hem et, hem de bitki yiyen canlılarda vardır. Örneğin kedi, köpek, ayı, domuz bu gruba girer.

BESİN ZİNCİRİ Ayrıştırıcılar Bitkilerin ve hayvanların artıkları (dal, kabuk, yaprak, dışkı, leş vb) ayrıştırarak besin maddesi ihtiyacını sağlayan canlılardır. Besin zincirinin en son halkasını oluştururlar. Bunlar çeşitli mikroorganizmalar (mantar, bakteri vb) ile bazı ilkel hayvanlardır (eklembacaklılar vb).

BESİN ZİNCİRİ Tüketicilerin (hayvanların) üzerinde gelişen dokular, yavrular sekonder üretim olarak adlandırılır.

BESİN AĞI

BESİN ZİNCİRİ ve AĞINDA ENERJİ PAYLAŞIMI Birçok hayvan türü ihtiyaç duydukları enerjiyi bitkileri yiyerek, bazı hayvanlarda diğer hayvanları yiyerek sağlarlar. Enerji bu şekilde enerji zincirinde her kademeye aktarılır. Her aktarım aşamasında enerjinin önemli bir kısmı ısı olarak salınır

EKOSİSTEMLERİN ENERJİ KAYNAĞINA GÖRE SINIFLANDIRILMASI Bir ekosistemde kullanılabilir durumda bulunan enerjinin kaynağı, o ekosistemdeki tüm yaşamı ve süreçleri belirleyen önemli bir etkendir. Ekosistemde yaşayan canlıların çeşidi ve sayısı, bu canlıların işlevleri ve gelişimleri kullanılabilir enerji kaynağı ve kalitesi ile ilgilidir. Doğal ya da insan tasarımlı tüm ekosistemlerin ortak paydası ve itici gücü enerjidir.

EKOSİSTEMLERİN ENERJİ KAYNAĞINA GÖRE SINIFLANDIRILMASI Güneş enerjisiyle çalışan, başka bir enerji desteğine ihtiyaç duymayan doğal ekosistemler Güneş enerjisi ile çalışan, başka doğal enerjikaynaklarından enerji desteği alan doğal ekosistemler İnsanoğlu tarafından enerji verilerek desteklenen ve güneş enerjisi ile çalışan ekosistemler Yakıt enerjisi ile çalışan, kentsel-endüstriyel tekno-ekosistemler

EKOSİSTEMLERİN ENERJİ KAYNAĞINA GÖRE SINIFLANDIRILMASI-örnekler Açık denizler, ormanlar, doğal otlaklar Gelgit zonundaki kıyı bataklıkları, haliçler, deltalar, bazı tropikal yağmur ormanları, subasar ormanlar, nehir ağızları Tarım alanları, balık çiftlikleri Kentler, banliyöler, endüstri bölgeleri (kirlilik yaratan başka ekosistemlerden geçinen, bir bakıma parazit ekosistemlerdir)

EKOSİSTEMLERDE MADDE DOLAŞIMI Bir ekosistemde ve ekosistemler arasındaki madde ve enerji değişimleri ile dönüşümlerinin tümüdür. Canlı varlıklar yaşamlarını sürdürebilmeleri için ortamlarından madde alıp-verme durumundadırlar. İşte maddenin canlı ve cansız çevre arasındaki bu hareketine Madde Döngüsü veya Ekolojik Döngü denir.

EKOSİSTEMLERDE MADDE DOLAŞIMI Doğadaki madde döngüleri güneş enerjisi sayesinde gerçekleşir. Dolaşım süresince bazı maddeler sadece fiziksel değişime uğrayarak litosfer, hidrosfer ve atmosfer arasında kapalı bir devre şeklinde dolaşım gösterir, buna Hidrolojik Döngü denir. Bazı maddelerin döngüsü ise ancak kimyasal değişimleri sonucu gerçekleşir, az çok dairesel olan bu tip döngüye de Biyojeokimyasal Döngü denir. Karbon, Azot, Kükürt döngüleri buna örnektir.

BİYOJEOKİMYASAL DÖNGÜ Biolojik alınma Yağış ve tozlar Toz ve gazlar Biosferden mineralizasyon Biolojik alınma Biosfere Toprak (alınabilir formda) Mineral oluşumu ayrışma Su akışı Toprak ve kayalardaki mineraller (ayrışma oranı düşük)

AZOT DÖNGÜSÜ

KÜRESEL AZOT DÖNGÜSÜ

KÜRESEL AZOT DÖNGÜSÜ Değerler milyon ton olarak verilmiştir.

KÜRESEL FOSFOR DÖNGÜSÜ

KÜRESEL KÜKÜRT DÖNGÜSÜ

KÜRESEL KARBON DÖNGÜSÜ Volkanlar 0,1 milyar t/yıl Fosil yakıtlar 5-6 milyar t/yıl Karalarda Fotosentez ve solunum 120 milyar t/yıl Denizlerdeki Fotosentez ve solunum 107 milyar t/yıl Toprakta depolanan 1500 milyar t Bitkilerde depolanan 560 milyar t Kömür Erozyon 0,6 milyar t/yıl Petrol Deniz suyunda depolanan 39000 milyar t Fosil yakıtlarda depolanan 4000 milyar t Deniz tortullarında ve tortul kayalarda depolanan depolanan 100000000 milyar t

Küresel karbon döngüsü (milyar ton) 2000 1 m derinlik

Ekosistemlerde biriktirilen yıllık karbon miktarı (milyar ton) 4.1 7.2 Net0.9 Net2.2 2000 1 m derinlik

Bir orman ekosisteminde besin maddesi dolaşımı (Beyaz renk ekosisteme olan girdileri, sarı renk havuzlar arasındaki transferleri, kırmızı renk ise ekosistemden olan çıktıları göstermektedir)

Atmosferdeki CO2 ve ormanlar

Ormanlarda karbonun biriktirildiği yerler Dikili Kuru Toprak üstü bitkisel kütle = Canlı ağaçlar + Diri örtü Yatık ölü odun ( Toprak Organik maddesi Ölü Örtü Toprak altı bitkisel kütle

HİDROLOJİK DÖNGÜ

Su kaynaklarımız

Bazı Ülkeler ve Kıtaların Kişi Başına Düşen Kullanılabilir Su Potansiyeli

EKOSİSTEMLERİN ZAMAN İÇİNDE DEĞİŞİMİ

EKOSİSTEMLERİN ZAMAN İÇİNDE DEĞİŞİMİ Süksesyon: Kendi içinde dengeli bir ekosistemde farklı türlerden oluşan canlı toplumlarının bir arada yaşayarak, ama aynı zamanda birbirini izleyerek zaman içinde yaşama birliğinin yapısının (canlı toplumlarının) ve yetişme ortamı özelliklerinin değişimi (sıralı değişim) sürecidir.

EKOSİSTEMLERİN ZAMAN İÇİNDE DEĞİŞİMİ Klimaks toplum: Belirli bir ortamda yaşayıp gelişen bitki ve hayvan toplumlarının erişmiş olduğu ekolojik süksesyonun en son aşaması veya en yüksek noktasıdır.

EKOSİSTEMLERİN ZAMAN İÇİNDE DEĞİŞİMİ Klimaks toplum Klimaks toplum ya da kommünitede solunum ile üretim eşittir. Hem kendi içinde hem de fiziksel yetişme ortamı ile az çok dengededir. İki çeşit klimaks toplum vardır. Bölgesel ya da iklimsel klimaks: bir bölgenin genel iklimi tarafından belirlenir. Yerel ya da edafik klimaks: bir bölgeninin topoğrafik yapısı, toprak özellikleri ya da mikro iklim koşullarının etkisi ile oluşan süksesyonun en son aşamasıdır.

EKOSİSTEMLERİN ZAMAN İÇİNDE DEĞİŞİMİ Ekolojik Denge (Doğal Denge): Bir ekosistemdeki canlı toplumlarının kendi aralarında ve yetişme ortamı faktörleri arasında, yetişme ortamı faktörlerinin de kendi aralarında oluşmuş, madde ve enerji dönüşümleri halindeki karşılıklı etkileşimlerin, dengeli bir şekilde devam etmesi halidir.