Voedselketens en voedselwebben laten zien hoe een ecosysteem draait: wie eet wie, waar de energie vandaan komt en waarom er zoveel meer muizen dan uilen zijn. De pijl in een voedselketen wijst altijd van het voedsel naar de eter: gras → konijn betekent ‘het gras wordt door het konijn gegeten’. De pijl geeft dus de richting van de energie- en stofstroom aan.
Producenten, consumenten en reducenten
Elk organisme in een voedselweb heeft een van drie rollen:
| Rol | Wat doet het? | Voorbeelden |
|---|---|---|
| Producent (autotroof) | maakt zelf organische stof uit CO₂ en water, met zonlicht als energiebron (fotosynthese) | gras, bomen, kroos, algen, fytoplankton, cyanobacteriën |
| Consument (heterotroof) | eet andere organismen en haalt daar energie en bouwstoffen uit | planteneters (herbivoren), vleeseters (carnivoren), alleseters (omnivoren) |
| Reducent (afbreker) | breekt dood organisch materiaal, uitwerpselen en afval af tot anorganische stoffen (CO₂, water, mineralen) | bacteriën, schimmels |
Tussen consumenten en reducenten zitten de detrituseters (in Vlaanderen ook ‘afvaleters’ of ‘saprofagen’ genoemd): regenwormen, pissebedden, springstaarten en wadpieren eten dood materiaal en verkleinen het, waarna bacteriën en schimmels het afmaken. Zonder reducenten zouden de mineralen voor altijd vastzitten in dode bladeren en lijken; zij sluiten de kringlopen van koolstof en stikstof.
Trofische niveaus
De plaats van een organisme in de voedselketen heet zijn trofisch niveau (voedselniveau):
- Producenten — eerste trofische niveau.
- Consumenten van de eerste orde (primaire consumenten) — planteneters zoals konijnen, rupsen, watervlooien en kokkels.
- Consumenten van de tweede orde — dieren die planteneters eten, zoals de koolmees die rupsen eet.
- Consumenten van de derde orde — dieren die vleeseters eten, zoals de sperwer die koolmezen vangt.
- Soms nog een vierde of vijfde orde: toppredatoren (eindconsumenten) hebben zelf geen natuurlijke vijanden.
Een alleseter kan op meerdere niveaus tegelijk zitten. Een mens die brood eet is consument van de eerste orde; eet hij een stuk snoek, dan is hij consument van de vierde of vijfde orde. Daarom is het trofisch niveau van een soort in een voedselweb vaak geen geheel getal maar een gemiddelde.
Voorbeelden uit Nederland en België
Drie voedselketens die je in een toets kunt verwachten:
- Bos: eikenblad → rups van de wintervlinder → koolmees → sperwer. In het voorjaar stemmen koolmezen hun broedseizoen af op de rupsenpiek; door de klimaatopwarming loopt die piek steeds vroeger.
- Sloot: algen en kroos → watervlo → driedoornige stekelbaars → snoek → blauwe reiger. Op de bodem breken slakken, kokerjuffers en bacteriën dode plantenresten af.
- Waddenzee: fytoplankton (vooral kiezelwieren) → kokkel en mossel → scholekster. Een tweede keten: fytoplankton → zoöplankton (roeipootkreeftjes) → haring → gewone zeehond. Op het wad eet de wadpier (in Vlaanderen ‘zeepier’) slib met dood materiaal en bacteriën; hij is zelf voedsel voor wulpen, platvissen en grutto’s op doortrek.
Er zijn twee soorten voedselketens. In een graasketen (begrazingsketen) begint de keten bij levende planten, zoals hierboven. In een detritusketen (reducentenketen) begint de keten bij dood materiaal: gevallen blad → regenworm → merel → sperwer. In een bos loopt verreweg het grootste deel van de energie via de detritusketen, omdat het meeste blad niet gegeten wordt maar in de herfst valt.
Van voedselketen naar voedselweb
In het echt eet de koolmees niet alleen rupsen maar ook spinnen, bladluizen en in de winter zaden. De sperwer pakt behalve koolmezen ook mussen en vinken. Teken je alle ketens in één figuur, dan krijg je een voedselweb. Een voedselweb is stabieler dan een enkele keten: valt één prooisoort weg, dan schakelt een predator over op een andere prooi.
Hoe meer verbindingen, hoe beter een ecosysteem een verstoring opvangt. Dat is een van de redenen waarom biodiversiteit belangrijk is. Sommige soorten hebben een onevenredig grote invloed op het hele web; zij heten sleutelsoorten. Bekend is de wolf in Yellowstone: na zijn terugkeer in 1995 gingen edelherten zich anders gedragen, waardoor wilgen en populieren langs rivieren weer kans kregen. Zo’n kettingreactie van boven naar beneden heet een trofische cascade.
Energiestroom en de 10%-regel
Energie stroomt in één richting door een voedselketen en gaat niet rond, in tegenstelling tot stoffen. Een plant legt maar een klein deel van het zonlicht vast: gemiddeld zo’n 1 % van het licht dat op een blad valt, wordt chemische energie in glucose. Alle organische stof die producenten zo maken, heet de bruto primaire productie. De plant verbruikt zelf een deel voor zijn verbranding (dissimilatie); wat overblijft en als nieuwe biomassa wordt vastgelegd, is de netto primaire productie. Alleen die netto productie is beschikbaar voor het volgende niveau.
Van de energie in een trofisch niveau komt gemiddeld maar ongeveer 10 % terecht in de biomassa van het volgende niveau (in werkelijkheid ligt dat tussen ruwweg 5 en 20 %). De rest gaat ‘verloren’:
- als warmte bij de verbranding die elk organisme nodig heeft om te bewegen, warm te blijven en te groeien;
- in onverteerd voedsel (uitwerpselen), dat naar de reducenten gaat;
- in delen die niet gegeten worden: wortels, botten, veren, organismen die doodgaan zonder opgegeten te worden.
- 0,10
- ecologische efficiëntie (overdrachtsrendement), gemiddeld circa 10 %
- energie
- in kJ of MJ per m² per jaar (vastgelegd in biomassa)
Rekenvoorbeeld. Een weiland legt per jaar 20 000 kJ per m² vast in de netto productie van gras. Met de 10%-regel:
| Niveau | Voorbeeld | Energie |
|---|---|---|
| Producent | gras | 20 000 kJ |
| Consument 1e orde | konijn | 2 000 kJ |
| Consument 2e orde | vos | 200 kJ |
| Consument 3e orde | (hypothetische predator van vossen) | 20 kJ |
Een consument van de derde orde krijgt dus maar 20 / 20 000 = 0,1 % van de energie die de planten vastlegden. Dat verklaart twee dingen. Ten eerste zijn voedselketens kort: meestal 3 tot 5 schakels, omdat er daarna te weinig energie over is om een levensvatbare populatie te onderhouden. Ten tweede zijn er weinig toppredatoren en hebben ze grote leefgebieden nodig: een paartje sperwers jaagt over een paar vierkante kilometer.
Omgekeerd rekenen. Wil je weten hoeveel plantenenergie nodig is voor 50 kJ in een consument van de derde orde, dan deel je drie keer door 0,10: 50 / 0,10³ = 50 000 kJ aan netto productie van planten. Hetzelfde principe geldt voor ons eten: om vlees te maken is een veelvoud aan veevoer nodig, omdat het vee het grootste deel van de energie zelf verbruikt. Daarom kunnen op dezelfde akker veel meer mensen gevoed worden met plantaardig voedsel dan met vlees.
Ecologische piramides: aantallen, biomassa en energie
Zet je de trofische niveaus als balken op elkaar, met de producenten onderaan, dan krijg je een ecologische piramide. Er zijn er drie, en het verschil is een klassiek examenonderwerp.
| Piramide | Wat zet je uit? | Kan hij ‘omgekeerd’ zijn? |
|---|---|---|
| Piramide van aantallen | aantal individuen per niveau | Ja. Eén eik draagt duizenden rupsen; de piramide is dan smal onderaan. Ook bij parasieten (veel vlooien op één vos). |
| Biomassapiramide | massa droge stof per m² op één moment | Soms. In zee is de massa fytoplankton op een bepaald moment kleiner dan die van het zoöplankton, omdat het plankton zich razendsnel deelt en meteen weer opgegeten wordt. |
| Energiepiramide (productiepiramide) | energie die per jaar per niveau wordt vastgelegd | Nooit. Een niveau kan niet meer energie krijgen dan het niveau eronder levert. |
De breedte van de balken in de figuur is niet op schaal: op schaal zou de bovenste balk een honderdste van een millimeter breed zijn.
Bioaccumulatie en biomagnificatie
Energie neemt af in de voedselketen, maar sommige giftige stoffen nemen juist toe. Stoffen die slecht afbreekbaar zijn en goed in vet oplossen, zoals DDT, PCB’s, dioxines en methylkwik, worden niet uitgescheiden maar opgeslagen in vetweefsel. Een organisme verzamelt zo in de loop van zijn leven steeds meer van die stof: bioaccumulatie.
Een predator eet in zijn leven duizenden prooien en neemt al hun opgeslagen gif op, terwijl de energie grotendeels als warmte verdwijnt. Daardoor stijgt de concentratie bij elke stap in de keten: biomagnificatie (ook accumulatie in de voedselketen). Bij een vermenigvuldiging van bijvoorbeeld 10 per stap wordt 0,001 mg/kg in plankton al 0,01 in kleine vis, 0,1 in roofvis en 1 mg/kg in een visetende vogel: duizend keer zoveel als onderaan.
In Nederland zijn hier pijnlijke voorbeelden van. In de jaren zestig stortte de broedpopulatie van de grote stern in van tienduizenden paren naar enkele honderden door lozingen van de bestrijdingsmiddelen dieldrin en telodrin in het Rijnmondgebied. De slechtvalk verdween als broedvogel, omdat DDT de eischalen zo dun maakte dat ze tijdens het broeden braken. En in de Waddenzee daalde het aantal gewone zeehonden in de jaren zeventig tot een paar honderd, mede doordat PCB’s de voortplanting verstoorden. Na verboden op deze stoffen herstelden alle drie de soorten zich. Vandaag is kwik in grote roofvissen zoals tonijn en zwaardvis de reden voor het advies aan zwangere vrouwen om daar zuinig mee te zijn.
Stoffen gaan rond, energie niet
Het verschil tussen energie en materie is de kern van dit onderwerp. Energie komt binnen als zonlicht, stroomt één keer door de keten en verlaat het ecosysteem als warmte. Stoffen zoals koolstof, stikstof en fosfor gaan rond: de reducenten maken ze weer vrij als CO₂ en mineralen, die planten opnieuw opnemen. Een ecosysteem heeft dus voortdurend nieuwe zonne-energie nodig, maar kan in principe met dezelfde atomen blijven werken. Lees verder in de artikelen over de koolstofcyclus en de stikstofkringloop.
Uitzonderingen op ‘alles begint bij zonlicht’ bestaan wel: bij hydrothermale bronnen op de oceaanbodem maken bacteriën organische stof met de energie uit zwavelwaterstof (chemosynthese). Daar leeft een heel oceaanecosysteem zonder licht.
Veelgestelde vragen
Wat is het verschil tussen een voedselketen en een voedselweb?
Een voedselketen is één rechte reeks van wie wie eet, bijvoorbeeld eikenblad → rups → koolmees → sperwer. Een voedselweb is het netwerk van alle met elkaar verbonden voedselketens in een ecosysteem. Het web is realistischer, omdat de meeste dieren meerdere prooien eten.
Wat zijn producenten, consumenten en reducenten?
Producenten (planten, algen) maken met fotosynthese zelf organische stof uit CO₂ en water. Consumenten eten andere organismen. Reducenten (bacteriën en schimmels) breken dood materiaal af tot CO₂, water en mineralen, die planten weer kunnen gebruiken.
Wat is een trofisch niveau?
Het trofisch niveau is de plaats van een organisme in de voedselketen. Producenten vormen het eerste niveau, planteneters het tweede (consumenten van de eerste orde), vleeseters die planteneters eten het derde, enzovoort.
Wat is de 10%-regel?
Van de energie in een trofisch niveau komt gemiddeld maar ongeveer 10 % terecht in de biomassa van het volgende niveau. De rest gaat verloren als warmte bij de verbranding, in uitwerpselen en in delen die niet gegeten worden. Van 20 000 kJ in planten blijft na drie stappen zo nog 20 kJ over.
Waarom zijn voedselketens meestal niet langer dan vijf schakels?
Omdat er bij elke stap ongeveer 90 % van de energie verloren gaat. Na vier of vijf stappen is er te weinig energie over om een levensvatbare populatie van nog een predator te onderhouden.
Wat is biomagnificatie?
Biomagnificatie is het verschijnsel dat slecht afbreekbare, in vet oplosbare gifstoffen zoals DDT, PCB’s en kwik bij elke stap in de voedselketen in hogere concentratie voorkomen. Toppredatoren zoals roofvogels, zeehonden en grote roofvissen krijgen daardoor de hoogste dosis.
Kan een piramide van aantallen omgekeerd zijn?
Ja. Eén eik kan duizenden rupsen voeden, dus het onderste niveau telt dan minder individuen dan het niveau erboven. Een energiepiramide kan nooit omgekeerd zijn, omdat een niveau nooit meer energie krijgt dan het niveau eronder levert.