Processen

Processen beschrijven de veranderingen die optreden in de loop van de tijd. In het onderdeel autecologie staat beschreven hoe een populatie in de loop van de tijd kan veranderen. Dat is de verandering die ontstaat als alleen het voedsel de sturende factor is. Uiteraard wordt de grootte van een populatie door meerdere factoren beïnvloed.

Soortinteractie

Een belangrijke is de interactie tussen 2 verschillende soorten. Deze interactie kan op verschillende manieren plaatsvinden. Daarbij is de predator-prooi relatie een belangrijke. Dat betekent dus dat de ene soort (de predator)de andere soort (de prooi) eet. Ook komt beïnvloeding voor als 2 soorten in competitie zijn om dezelfde ruimte of een bepaalde bron. Deze bron moet dan wel beperkt zijn. Een aardig voorbeeld is zuurstof. Alle dieren hebben zuurstof nodig om te leven en in de lucht zit meer dan genoeg. Boven water is er dan ook geen competitie om zuurstof. In het water daarentegen kan zuurstof wel degelijk een beperking opleggen en kan bij grote aantallen organismen een competitie om zuurstof ontstaan. Ook voedsel kan een bron zijn waar competitie om ontstaat. Het is zelfs een bron waarvoor de verschillende soorten niet gelijktijdig op dezelfe plaats hoeven te zijn. Als de ene soort het voedsel alleen overdag eet en de andere soort alleen 's nachts, dan is er wel competitie om voedsel, maar niet om de ruimte.

Het meest bekende wiskundige model dat een dergelijke competitie beschrijft komt uit het midden van de jaren 20 van de 20ste eeuw en is onafhankelijk beschreven door Lotka in de USA (1925) en Volterra in Italië (1926). Het Lotka-Volterramodel bestaat uit 2 vergelijkingen, die de groei van beide soorten beschrijft met de competie van de andere soort hierin verwerkt. De vorm van de formule is als volgt:

waarin N₁ het aantal is van soort 1 en N₂ het aantal van soort 2, r₁ is de groeifactor en K₁ is de draagkrachtfactor van soort 1 (zie het onderdeel over autecologie). Tenslotte is de alfa voor N₂ een omrekenfactor om eenheden van soort 2 in soort 1 te kunnen uitdrukken.
Er is ook en Lotka-Volterramodel voor een predator-prooirelatie. Ook hierbij wordt in de formules de onderlinge realtie weergegeven.

voor de prooi en

voor de predator.

K is een factor die aangeeft hoe goed een prooi de predator kan ontwijken en hoe efficiënt een predator zijn prooi kan vangen.

Energiestromen

Energie wordt doorgegeven vanaf de bron (zonlicht) in de vorm van planten, via herbivoren naar carnivoren. Dit wordt aangeduid met de term voedselketen. Een voorbeeld is de keten: alg, watervlo, voorn, snoek. Zo'n enkelvoedige voedselketen komt vrijwel nooit voor. Bijna altijd zijn er meedere ketens, die onderling verweven zijn. Er ontstaat dan een zogenaamd voedselweb. In een dergelijk web worden verschillende lagen onderscheiden. Aan de basis staan de planten, de primaire producenten. Zij leggen zonne-energie vast in chemische energie (suikers, met name zetmeel) via fotosynthese met behulp van water en koolzuurgas.
6H₂O + 6CO₂ --> C₆H₁₂O₆ + 6O₂
De primaire producenten worden gegeten door de planteneters ofwel herbivoren. Deze worden op hun beurt gegeten door de carnivoren en als laatste komen dan de topcarnivoren. De energie die van de ene laag naar de volgende wordt doorgegeven is grofweg maar ongeveer 10% groot. Dat betekent dat als de primaire producenten 100% energie vastleggen, dat er bij de herbivoren maar 10% over is en bij de carnivoren nog maar 1% over is. Het verlies van die 90% aan energie komt doordat organismen voor het instand houden van hun eigen lichaam energie verbruiken (respiratie), afvalstoffen produceren die energie bevat en stoffen maken om hun eigen lichaam op te bouwen en te onderhouden. Daarnaast zal een prooipopulatie nooit volledig door de predator worden weggegeten, er blijft (bijna) altijd een voldoende grote prooipopulatie over om de soort in stand te houden.

Bij respiratie worden de suikers van de planten weer omgezet met behulp van zuurstof in water en koolzuurgas.
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ ---> 6H₂O + 6CO₂
Dit proces is dus omgekeerd aan dat van de primaire productie.

Stofstromen

Energie gaat dus in een voedselketen verloren bij het doorlopen van de verschillende niveau's. Energie wordt echter voortdurend aangevuld door het vastleggen van het zonlicht via de fotosynthese. Bij stoffen is dat niet het geval. Er is geen continue bron en ook gaan stoffen niet verloren. Er vindt daarentegen een recycling plaats. Naast de chemische elementen die al genoemd zijn bij de primaire productie en de respiratie (C (koolstof), O (zuurstof) en H (waterstof)) zijn er nog een groot aantal elementen van belang voor levende organismen. Relatief grote hoeveelheden zijn nodig van de stoffen N (stikstof), P (fosfor), S (zwavel) en de metalen K (kalium), Na (natrium), Fe (ijzer), Ca (calcium) en voor een bepaalde groep algen (de kiezelwieren) ook de stof Si (silicium). Uiteraard zijn er nog hele hoop andere elementen van belang, maaar dat gaat ver buiten het doel van dit verhaal.

De elementen komen voor in verschillende vormen, vastgelegd in stoffen die van het ene voedselniveau naar het andere lopen. Er verdwijnen stoffen uit deze niveaus, doordat ze als afvalstoffen (bv urine of of feaces, maar ook als dode organismen) uit de voedselketen verdwijnen. Deze afvalstoffen worden door schimmels en bacteriën afgebroken tot eenvoudige niet organisch gebonden stoffen, die vervolgens via de planten weer in de voedselketen terecht kunnen komen.