Energiestroom en kringlopen (Biologie havo), les 1: Uitleg

• New lesson editor
• Biologie
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4,5

Introduction

Uitleg over de energiestroom door een ecosysteem, verstoring, brandstoffen en biomassa, de koolstof- en stikstofkringloop, uitspoeling, eutrofiering en maatregelen. Tussendoor 6 checks, een poll en een reflectievraag. Verwijst voor fotosynthese en dissimilatie naar de les Assimilatie en dissimilatie.

ECOSYSTEMEN · KRINGLOPEN

Energiestroom en kringlopen

Examenstof biologie havo

Les 1 van 3: uitleg. Les 2 is de examentraining, les 3 de terugblik met quiz. Syllabus: P1.1, P1.2 (B8). Image credit: Arnoldius / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

ECOSYSTEMEN · KRINGLOPEN

Wat ga je kunnen?

Ik kan beschrijven hoe energie door een ecosysteem stroomt, hoe koolstof en stikstof rondgaan en hoe de mens dit beïnvloedt.

Waar denk je aan bij het woord kringloop?

Verwacht: recyclen, water, afval, planten. Koppel aan de begrippen: bij energie is er een stroom (eenrichtingsverkeer, warmte gaat verloren), bij koolstof en stikstof een kringloop. Veelgemaakte misvatting: dat energie ook rondgaat.

Energiestroom in een voedselketen (verzonnen getallen)

ECOSYSTEMEN · KRINGLOPEN

Energie stroomt door een ecosysteem

• Een energiestroom loopt door een ecosysteem: de energie komt van de zon en gaat via voedsel verder.

• Producenten (planten, algen) leggen lichtenergie vast in organische stof.

• Consumenten eten organische stof van producenten of van andere consumenten.

• Reducenten (schimmels, bacteriën) breken dode resten en afval af.

Syllabus P1.1 punt 1: energiestroom, ecosysteem, producent, consument, reducent. Wat een ecosysteem precies is (habitat, levensgemeenschap) en voedselrelaties krijgen een eigen les, hier alleen als context. Het schema gebruikt verzonnen getallen. Veelgemaakte fout: denken dat energie rondgaat zoals stoffen. Energie stroomt door en verdwijnt als warmte. Image credit: Eigen schema, LessonUp

Zwammen en mos op een dode boomstam in het bos

ECOSYSTEMEN · KRINGLOPEN

Autotroof en heterotroof

• Autotroof: maakt zelf organische stof uit anorganische stof, met fotosynthese en lichtenergie.

• Heterotroof: kan dat niet en is afhankelijk van organische stof uit voedsel.

• Organische stof bevat chemische energie (glucose, eiwit). Anorganisch zijn CO2, water en nitraat.

• Producenten zijn autotroof; consumenten en reducenten zijn heterotroof.

Syllabus P1.1 punt 2: autotroof, heterotroof, organische stof, anorganische stof. Fotosynthese en dissimilatie zelf staan in de les Assimilatie en dissimilatie. Veelgemaakte fout: reducenten zien als producenten omdat ze 'stoffen maken'. Zwammen halen hun organische stof uit dood hout, dus zijn heterotroof. Image credit: oatsy40 / Wikimedia Commons, CC BY 2.0

Bos naast gekapt en omgezet land in Rondônia, Brazilië, 2020

ECOSYSTEMEN · KRINGLOPEN

Verstoring van energiestromen

• Een verstoring is een verandering waardoor de energiestroom minder of anders loopt.

• Oorzaak: ontbossing. Er zijn minder producenten, dus komt er minder energie in het ecosysteem.

• Oorzaak: een olielaag op water houdt licht tegen, zodat algen minder fotosynthese doen.

• Gevolg: minder voedsel voor consumenten, dus minder dieren en minder soorten.

Syllabus P1.1 punt 3: oorzaken en gevolgen van verstoring. Redeneer altijd langs de keten: producenten, dan consumenten, dan reducenten. Veelgemaakte fout: alleen het gevolg noemen en de schakel met de producenten overslaan. Image credit: Amazônia Real / Wikimedia Commons, CC BY 2.0

Vul in

Een producent is autotroof en maakt organische stof uit anorganische stof.

producent

autotroof

heterotroof

reducent

Producenten maken zelf organische stof. Verwachte fout: heterotroof invullen omdat producenten 'ook eten'.

Welke groep breekt dode resten af tot anorganische stoffen?

A

Producenten

B

Planteneters

C

Reducenten

D

Roofdieren

Reducenten zetten organische stof om in anorganische stof. Verwachte fout: planteneters of roofdieren kiezen omdat ze ook dode planten of dieren kunnen eten.

Energiecentrale naast een koolzaadveld

ECOSYSTEMEN · KRINGLOPEN

Fossiele brandstof en biobrandstof

• Fossiele brandstoffen (steenkool, aardolie, aardgas) komen uit organismen van lang geleden.

• Verbranden zet de vastgelegde energie en koolstof in korte tijd vrij als CO2.

• Biobrandstof is gemaakt van planten of afval, zoals biodiesel uit koolzaad of ethanol uit suikerriet.

• De CO2 uit biobrandstof namen planten kort daarvoor op, maar de teelt neemt wel land in beslag.

Syllabus P1.1 punt 4: fossiele brandstof, biobrandstof. Maatregelen beinvloeden energiestromen: andere brandstof, ander landgebruik. Veelgemaakte fout: biobrandstof zien als zonder nadelen. Het gaat om het afwegen van voor- en nadelen. Image credit: Arnoldius / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Hopen houtsnippers van struikgewas in Namibië

ECOSYSTEMEN · KRINGLOPEN

Biomassa en energiebesparing

• Biomassa is alle organische stof van organismen, zoals hout, mest en plantenresten.

• Gebruik je biomassa als brandstof, dan blijft er minder over voor reducenten en de bodem.

• Bacteriën maken zonder zuurstof uit mest of resten biogas, met methaan (CH4) als brandstof.

• Energiebesparing (isoleren, minder rijden) betekent minder brandstof nodig, dus minder ingrepen.

Syllabus P1.1 punt 4: biomassa, energiebesparing, en P1.2 methaan. Houtsnippers zijn biomassa. Veelgemaakte fout: biomassa en fossiele brandstof door elkaar halen: fossiel is van lang geleden, biomassa is van nu. Image credit: GIZ Bush Control and Biomass Utilisation Project / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Schema van de koolstofkringloop

ECOSYSTEMEN · KRINGLOPEN

Koolstofkringloop

• In de koolstofkringloop gaat koolstof (C) rond tussen lucht, organismen en reducenten.

• Fotosynthese legt koolstof uit CO2 vast (zie de les Assimilatie en dissimilatie).

• Dissimilatie door producenten, consumenten en reducenten geeft CO2 terug aan lucht en water.

• Zonder zuurstof (anaeroob) ontstaat bij afbraak ook methaan, bijvoorbeeld in moerassen.

Syllabus P1.2 punt 1: kringloop, fotosynthese, dissimilatie, koolstofkringloop, organische stof, anorganische stof, anaeroob, koolstof, methaan. Veelgemaakte fout: denken dat alleen dieren CO2 afgeven. Planten en reducenten voeren ook dissimilatie uit. Image credit: Eigen schema, LessonUp

Waarom heeft ontbossing gevolgen voor de energiestroom?

A

Reducenten maken dan meer organische stof

B

Er zijn minder producenten, dus minder organische stof

C

Consumenten worden dan zelf autotroof

D

De zon geeft dan minder energie af

Producenten brengen de energie het ecosysteem in. Verwachte fout: de zon als oorzaak noemen.

Vul in

Brandstof uit planten of afval heet biobrandstof. Steenkool en aardgas zijn fossiele brandstoffen en komen uit organismen van lang geleden.

biobrandstof

fossiele brandstoffen

biomassa

anorganische stof

Biobrandstof is van nu, fossiele brandstof van lang geleden. Verwachte fout: biomassa invullen, dat is de organische stof zelf.

Schema van de stikstofkringloop

ECOSYSTEMEN · KRINGLOPEN

Stikstofkringloop

• Planten nemen nitraat op voor eiwitten. Dieren krijgen stikstof binnen met hun voedsel.

• Reducenten maken van dode resten en afval ammoniak en ammonium.

• Met zuurstof (aeroob) zetten bacteriën ammonium om in nitriet en dan in nitraat.

• Zonder zuurstof (anaeroob) wordt nitraat stikstofgas (N2). Knolletjesbacteriën maken er ammonium van.

Syllabus P1.2 punt 1: stikstofkringloop, aeroob, anaeroob, ammoniak, ammonium, nitraat, nitriet, stikstofgas. Leer de volgorde: ammonium, nitriet, nitraat met zuurstof; nitraat naar stikstofgas zonder zuurstof. Veelgemaakte fout: aeroob en anaeroob omdraaien. Image credit: Eigen schema, LessonUp

Een meer naast een landbouwbedrijf met een groene laag langs de oever

ECOSYSTEMEN · KRINGLOPEN

Uitspoeling en eutrofiering

• Uitspoeling: regenwater spoelt nitraat en fosfaat uit de bodem naar sloten en grondwater.

• Veel bemesting op het land vergroot de uitspoeling.

• Eutrofiering: te veel voedingsstoffen in water, waardoor algen explosief groeien.

• Dode algen worden aeroob afgebroken door reducenten: het zuurstofgehalte daalt en vissen sterven.

Syllabus P1.2 punt 2: uitspoeling, eutrofiering. Een dikke algenlaag houdt bovendien licht tegen, waardoor waterplanten afsterven. Veelgemaakte fout: denken dat algen de grote zuurstofvreters zijn. De afbraak van de dode algen door reducenten vraagt de meeste zuurstof. Image credit: Smaack / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Gebleekt hertshoornkoraal

ECOSYSTEMEN · KRINGLOPEN

Hergebruik, broeikaseffect en biodiversiteit

• Hergebruik is een product opnieuw gebruiken, recyclen is het materiaal tot iets nieuws verwerken.

• CO2 en methaan zijn broeikasgassen: ze houden warmte vast. Meer ervan versterkt het broeikaseffect.

• Gevolg: de aarde warmt op en leefgebieden veranderen, bijvoorbeeld door koraalbleking.

• Dat heeft gevolgen voor de biodiversiteit: soorten verdwijnen of verplaatsen.

Syllabus P1.2 punt 3: hergebruik, recyclen, broeikaseffect, gevolgen voor de biodiversiteit. Recyclen en hergebruik houden stoffen in de kringloop en sparen grondstoffen en energie. Veelgemaakte fout: hergebruik en recyclen als hetzelfde zien. Image credit: Matt Kieffer / Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.0

Zet op volgorde: stikstof van dode resten naar plant

1

Nitriet wordt omgezet in nitraat

2

Planten nemen nitraat op

3

Dode resten worden afgebroken tot ammonium

4

Ammonium wordt omgezet in nitriet

Reducenten, dan twee aerobe stappen, dan opname door de wortels. Verwachte fout: nitriet en nitraat omdraaien.

Waarom daalt bij eutrofiering het zuurstofgehalte van het water?

A

Algen verbruiken alle zuurstof bij fotosynthese

B

Nitraat en fosfaat binden de zuurstof in het water

C

Vissen zetten zuurstof om in ammonium

D

Reducenten gebruiken zuurstof voor de afbraak van algen

De afbraak van de grote hoeveelheid dode algen vraagt veel zuurstof. Verwachte fout: fotosynthese als zuurstofverbruiker noemen.

Wat vond je vandaag het lastigst?

1

Energiestroom en verstoring

2

Biobrandstof en biomassa

3

Koolstof- en stikstofkringloop

4

Eutrofiering en broeikaseffect

Gebruik de uitslag om het lastigste onderdeel nog eens met een voorbeeld te doorlopen.

Noem een maatregel die een kringloop helpt.

Antwoord bijvoorbeeld: hergebruik, recyclen of minder bemesten. Verwachte fout: energiebesparing noemen zonder koppeling aan een kringloop.

ECOSYSTEMEN · KRINGLOPEN

Begrippen (1/2)

• energiestroom: Energie die van de zon via producenten en consumenten door het ecosysteem gaat en als warmte verdwijnt.

• producent, consument en reducent: Producent maakt organische stof, consument eet die, reducent breekt dode resten af.

• autotroof en heterotroof: Autotroof maakt zelf organische stof uit anorganische stof, heterotroof is afhankelijk van organische stof.

• organische en anorganische stof: Organisch: bevat chemische energie (glucose, eiwit). Anorganisch: CO2, water, nitraat.

• fossiele brandstof, biobrandstof en biomassa: Fossiel komt uit organismen van lang geleden; biobrandstof en biomassa komen van planten, mest en afval van nu.

ECOSYSTEMEN · KRINGLOPEN

Begrippen (2/2)

• koolstofkringloop: Koolstof gaat via fotosynthese en dissimilatie rond tussen lucht, organismen en reducenten.

• stikstofkringloop: Nitraat, eiwit, ammoniak en ammonium, nitriet en stikstofgas, met aerobe en anaerobe omzettingen.

• uitspoeling en eutrofiering: Regen spoelt stoffen uit de bodem; te veel voedingsstoffen laten algen woekeren en zuurstof dalen.

• hergebruik en recyclen: Hergebruik: product opnieuw gebruiken. Recyclen: materiaal tot nieuw product verwerken.

• broeikaseffect: Broeikasgassen zoals CO2 en methaan houden warmte vast; gevolgen voor de biodiversiteit.