4 VWO thema 6 Ecologie EXAMENTRAINER OEFENVRAGEN. Avondkoekoeksbloem wordt lastig onkruid

Transcriptie

1 Examentrainer Vragen Avondkoekoeksbloem wordt lastig onkruid Het ministerie van LNV is steeds meer geïnteresseerd in het onderzoek naar exoten. Dat zijn nieuw binnengekomen of uitgezette planten en dieren, die een bedreiging kunnen zijn voor de inheemse flora en fauna. Maar ook het omgekeerde kan voorkomen: dat Nederlandse soorten elders een plaag veroorzaken. Het NIOO-KNAW (Nederlands Instituut voor Ecologie) heeft onderzoek gedaan naar de Europese avondkoekoeksbloem (Silene latifolia) (afbeelding 1), die zich in Amerika in twee eeuwen tijd heeft ontwikkeld tot een wijd verbreid onkruid. Zaden van de plant staken in de achttiende eeuw als verstekeling aan boord van graanschepen de Atlantische oceaan over. Op het Amerikaanse continent heeft de plant veel minder belagers dan in haar oorspronkelijke ecosysteem in Europa. De plant groeit er snel en produceert veel zaden. De ecologen doen onderzoek naar de concurrentiekracht van deze Amerikaanse variant van de avondkoekoeksbloem om een antwoord te vinden op de vraag waarom soorten uit het ene continent bij de introductie in een ander continent kunnen uitgroeien tot een plaag. Afbeelding 1 Er zijn veel voorbeelden bekend van planten die op een ander continent sneller groeien en zich voortplanten dan op hun oorspronkelijke standplaats. Het (micro)klimaat is meestal niet erg verschillend tussen de twee groeiplaatsen. De oorzaak moet dus eerder gezocht worden bij de biotische factoren, zoals andere planten en planteneters. 1 Noem twee andere biotische factoren, die de groei en voortplanting van de avondkoekoeksbloem kunnen beïnvloeden. De grote invasiesnelheid van een immigrant, zoals de Europese avondkoekoeksbloem in de VS, kan worden verklaard uit veranderde omgevingsfactoren. Het kan echter ook een genetische verandering van de nieuwkomers zelf zijn. Dit is onderzocht in een 'common garden'-experiment: op twee kale proefveldjes in Nederland werden onder identieke omstandigheden exemplaren van de oorspronkelijke Europese avondkoekoeksbloem (veldje 1) en exemplaren van de daaruit ontwikkelde Amerikaanse variëteit (veldje 2) opgekweekt. De Amerikaanse planten bleken sneller te groeien en meer kiemkrachtige zaden te produceren dan de Europese planten. Het is mogelijk dat door natuurlijke selectie de avondkoekoeksbloem in de VS meer energie is gaan investeren in groei en voortplanting en minder in de verdediging tegen vraat. 1 Uitgeverij Malmberg

2 2 Welke waarneming in dit common garden-experiment zou een ondersteuning zijn voor deze hypothese? A De Amerikaanse planten zijn na enige tijd minder aangetast door insecten dan de Europese planten. B De Amerikaanse planten zijn na enige tijd meer aangetast door insecten dan de Europese planten. C De Amerikaanse planten verspreiden zich uiteindelijk niet buiten het proefveldje, en de Europese planten wel. D De Amerikaanse planten verspreiden zich uiteindelijk buiten het proefveldje, en de Europese planten niet. Dat de Amerikaanse variëteit op het proefveldje beter presteerde dan de Europese avondkoekoeksbloemen kan ook komen door de onnatuurlijke omstandigheden op de proefveldjes. Om tot een zekerder conclusie te komen is een vervolgexperiment nodig. 1p 3 Welke onderzoeksvraag dient in dit vervolgexperiment beantwoord te worden? Bron: examen vwo Vossen veranderen een ecosysteem Tussen Alaska en Siberië strekt zich over een afstand van 1500 km een keten van eilanden uit, de Aleoeten (afbeelding 2). Op de eilanden nestelen van oudsher miljoenen visetende zeevogels, zoals alken, papegaaiduikers en meeuwen. De begroeiing van sommige eilanden wordt gedomineerd door grassen. In de negentiende eeuw werden op een aantal eilanden vossen geïntroduceerd voor de bontproductie. Op deze eilanden is de begroeiing daarna toendra-achtig geworden, met dwergstruiken. Zeevogels nestelen er niet meer. Ecologen vermoeden dat de introductie van de vos op sommige eilanden een belangrijke oorzaak is voor het veranderen van het hele ecosysteem. Afbeelding 2 Om de oorzaak van de verrijking op de eilanden met graslandbegroeiing te achterhalen, is het gehalte aan de stikstofisotoop 15 N op verschillende plaatsen gemeten. In lucht is de ratio 15 N/ 14 N zeer klein (0,0037). Organismen die hun stikstofverbindingen rechtstreeks opbouwen uit stikstof uit de lucht hebben ook een zeer laag 15 N-gehalte in hun weefsels. In de voedselketen stijgt de ratio 15 N/ 14 N vervolgens bij elk volgend trofisch niveau. 2 Uitgeverij Malmberg

3 Processen die deel uitmaken van de stikstofkringloop, zijn: 1. denitrificatie; 2. nitrificatie; 3. rotting; 4. biologische stikstoffixatie; 5. fotochemische stikstoffixatie. 4 Door welk proces of door welke processen komt 15 N uit de lucht in de voedselketen terecht? A alleen 1 B alleen 2 C alleen 3 D alleen 1 en 3 E alleen 2 en 4 F alleen 4 en 5 Op eilanden zónder vossen is de ratio 15 N/ 14 N in de vegetatie hoger dan op eilanden mét vossen. 5 Geef een verklaring voor de hogere ratio op eilanden zónder vossen. Geef een verklaring voor de lagere ratio op eilanden mét vossen. Naar: examen vwo IJzer in de oceaan Om het versterkt broeikaseffect tegen te gaan willen commerciële bedrijven ijzer toevoegen aan de oceanen. Grootschalige ijzerbemesting zou de groei van mariene algen bevorderen. In 1987 werd een onderzoek gestart in het noordoosten van de Stille Oceaan, waar uitgestrekte 'High Nutrient, Low Chlorophyl' (HNLC) gebieden zijn te vinden. In HNLC-gebieden zijn grote hoeveelheden nutriënten, zoals stikstof en fosfor, aanwezig. Ook rond de Zuidpool zijn dergelijke gebieden gevonden. Wanneer ijzer in de HNLC-gebieden wordt aangevoerd - door opwelling uit de diepzee of door de wind - ontstaan gebieden met algenbloei, die met behulp van satellieten kunnen worden waargenomen. In laboratoriumexperimenten bleek de algengroei flink bevorderd te worden door toediening van een ijzeroplossing. Men besloot te onderzoeken wat het effect zou zijn van grootschalige bemesting van het oceaanoppervlak met oplossingen van ijzersulfaat (FeSO 4). Het eerste experiment vond plaats in 1993 en er zijn er nu twaalf achter de rug. Steeds was het resultaat dat een algenbloei optrad, die soms vele dagen aanhield. Ecologen waarschuwen dat over de gevolgen van ijzertoediening in de oceaan nog te weinig bekend is. 1p 6 Waardoor kan bevordering van de algengroei in oceanen mogelijk een vermindering van het broeikaseffect bewerkstelligen? IJzer wordt door de algen opgenomen zodat bepaalde reacties uitgevoerd kunnen worden. Bij gebrek aan ijzer kunnen op den duur fotosynthese en dissimilatie niet meer plaatsvinden. 1p 7 Waardoor leidt ijzerbemesting juist in HNLC-gebieden tot algenbloei? Omdat het rond de Zuidpool vaak hevig stormt, heeft ijzerbemesting daar slechts een kortdurend effect. 1p 8 Leg dit uit. 3 Uitgeverij Malmberg

4 Tegenstanders van ijzerbemesting vrezen dat ijzerbemesting een averechts effect kan hebben. Na verloop van tijd kunnen juist meer broeikasgassen zoals methaan (CH 4 ) en lachgas (N 2 O) geproduceerd worden. 9 Welke organismen zijn hiervoor verantwoordelijk? A dezelfde algen B mariene planteneters C mariene vleeseters D bacteriën Algen worden wereldwijd gezien als een veelbelovende grondstof voor biodiesel. De ervaring opgedaan met het bestuderen van de algengroei in laboratoriumomstandigheden wordt gebruikt om algen grootschaliger in bassins op het land te kweken (afbeelding 3). Ook in Nederland zijn algenkwekerijen opgezet. De minuscuul kleine organismen zijn rijk aan plantaardige olie en kunnen hun gewicht dagelijks verzesvoudigen. Dat leidt tot grote opbrengsten: '120 ton droge stof per jaar per hectare,' aldus een woordvoerder van DLV Plant, een landbouwkundig adviesbureau. 'Daaruit is 6500 liter biodiesel te winnen.' Afbeelding 3 algenbassins Algenkweek op het land, om biodiesel te produceren, is een effectievere methode om het versterkt broeikaseffect tegen te gaan dan ijzerbemesting in de oceaan (waarbij de algen niet geoogst worden). 10 Geef hiervoor twee redenen. Bron: examen vwo Uitgeverij Malmberg

5 Strooisellaag In de strooisellaag van een bos komen bacteriën en schimmels voor die een rol spelen in de decompositie (omzetting van organische stoffen in anorganische stoffen). In een onderzoek naar de decompositie zijn de verhoudingen tussen koolstof en de elementen N, P, K, S, Ca en Mn in de strooisellaag van een dennenbos bepaald. In de onderzochte delen van de strooisellaag heersten de normale milieuomstandigheden, alleen werd de toevoer van vers (planten)materiaal verhinderd. De resultaten van dit onderzoek zijn weergegeven in tabel 1. Tabel 1 Verhouding tussen koolstof en andere elementen in de afgevallen dennennaalden na verschillende jaren van decompositie en in de schimmels C/N C/P C/K C/S C/Ca C/Mn In (het restant van) de naalden Bij begin experiment Na 1 jaar decompositie Na 3 jaar decompositie nb Na 5 jaar decompositie In de schimmels nb nb nb nb = niet bepaald Bewerkt naar: R.H. Waring en W.H. Schlesinger, Forest ecosystems, 1985, blz Bacteriën en schimmels maken deel uit van de mineralenkringloop in het dennenbos. 1p 11 Wat is de rol van bacteriën en schimmels in de kringloop, bijvoorbeeld in die van kalium (K)? Bij de opbouw en afbraak van stikstofhoudende stoffen spelen onder andere bacteriën een rol. 12 Noem een omzetting van stikstofhoudende stoffen die door bacteriën anaeroob wordt uitgevoerd. Noem een omzetting van stikstofhoudende stoffen die door bacteriën aeroob wordt uitgevoerd. De C/N-ratio in de strooisellaag kan veranderen. Vier processen zijn: ammonificatie, denitrificatie, nitrificatie en stikstoffixatie. 13 Door welk van deze processen wordt de ratio C/N groter? A ammonificatie B denitrificatie C nitrificatie D stikstoffixatie Uit onderzoek blijkt dat het toevoegen van stikstofverbindingen aan strooisellagen waarin de decompositie langzaam verloopt, de decompositiesnelheid verhoogt. 1p 14 Welke conclusie is hieruit te trekken met betrekking tot deze stikstofverbindingen? Bron: examen vwo Uitgeverij Malmberg

6 Schiermonnikoog groeit Onder invloed van wind en water verandert de grootte van het waddeneiland Schiermonnikoog voortdurend. In afbeelding 4 is de toename van de oostelijke helft van dit waddeneiland in de loop van de tijd weergegeven. Afbeelding 4 Schiermonnikoog Bron: R. van der Wal, Gevecht met zoutmelde, Natuur & Techniek, juni 2000, blz. 60. In dit deel van het eiland ontstaan jonge kwelders, ook wel schorren genaamd. Tijdens hoogwater wordt door het zeewater klei afgezet. De jonge kwelder raakt begroeid met planten zoals zeekraal en gerande zeespurrie. Enige tientallen jaren later bestaat de begroeiing uit kweldergras, schorrenzoutgras en zeeweegbree, waarna houtige struiken zoals zeealsem en gewone zoutmelde zich kunnen vestigen. De kwelder is dan ook bevolkt met insecten, aaltjes, hazen en konijnen. Tijdens deze successie veranderen de abiotische omstandigheden op de schorren. 15 Beschrijf drie veranderingen die optreden in het abiotische milieu en die een bijdrage leveren aan de successie. Bron: examen vwo Goudplevieren Goudplevieren zijn trekvogels die in IJsland, Scandinavië en Noord-Rusland broeden. Ze overwinteren langs de kust van Frankrijk, Spanje, Portugal en Noordwest-Afrika. Veel goudplevieren trekken door Nederland. In de linkertekening van afbeelding 5 zijn de belangrijkste zuidwaartse trekbewegingen aangegeven. De pijlen geven de richting van de trek aan, waarbij de dikte van de pijl een maat is voor het aantal vogels dat deelneemt aan de trek. De zuidwaartse trek begint in de zomer, maar vindt vooral in het najaar plaats. De rechtertekening van afbeelding 1 geeft een overeenkomstig schema voor de noordwaartse trek, die vooral in het voorjaar plaatsvindt. Ongeveer 10% van de vogels komt na de overwintering niet meer terug in het broedgebied. 6 Uitgeverij Malmberg

7 Afbeelding 5 Bron: J. Jukema e.a., Goudplevieren en wilsterflappers, eeuwenoude fascinatie voor trekvogels, Utrecht, 2001, blz. 26. Op verschillende plaatsen in Nederland worden door vrijwilligers regelmatig urenlang overvliegende en foeragerende goudplevieren geteld. Een deel van de goudplevieren wordt gevangen, opgemeten en geregistreerd. Daarna krijgen ze een gemerkte ring om een poot, waardoor ze worden herkend als ze opnieuw worden gevangen (ringonderzoek). De resultaten van de tellingen over de periode , en de gegevens uit het ringonderzoek worden gebruikt om beweringen over de vogeltrek te toetsen. De resultaten van de tellingen geven een beeld van het aantal goudplevieren dat door Nederland is getrokken. Dit beeld is niet erg nauwkeurig. 3p 16 Geef drie verschillende oorzaken waardoor de tellingen geen nauwkeurig beeld geven. Er zijn aanwijzingen dat een aantal vogels na overwintering in Zuid-Europa of West-Afrika niet via Nederland, maar via een meer oostelijke route door het Middellandse-Zeegebied terugvliegt naar hun broedgebied (zie afbeelding 5). In de jaren zijn boven Nederland gemiddeld goudplevieren geteld van juli tot september, van september tot eind december en van eind januari tot juni. 3p 17 Kunnen de resultaten van bovenstaande tellingen worden gebruikt als argument vóór de hypothese dat een deel van de populatie die in de late zomer en in het najaar door Nederland naar het zuiden trekt, via een andere route terugvliegt naar het broedgebied? Leg je antwoord uit met behulp van een berekening. Bron: examen vwo Uitgeverij Malmberg

8 Stikstofkringlopen In het schema van afbeelding 6 staan de belangrijkste stikstofstromen (in kilogram stikstof per hectare per jaar) weergegeven in de traditionele intensieve landbouw in China. Om een zo hoog mogelijke inbreng van stikstof te krijgen, hergebruiken de Chinezen zoveel mogelijk organisch materiaal. Afbeelding 6 Bewerkt naar: V. Smil, Cycles of life, Scientific American Library, New York, 1997, blz In dit schema kan men een interne stikstofkringloop in de bodem onderscheiden. 18 Welke twee compartimenten uit bovenstaand schema vormen samen de interne stikstofkringloop in de bodem? Bij nadere bestudering van dit schema blijkt dat er sprake is van een geleidelijke opbouw van een stikstofvoorraad in de bodem. 3p 19 Bereken de hoeveelheid stikstof die in de bodem wordt opgebouwd. Noteer de eenheid. Bron: examen vwo Uitgeverij Malmberg

9 Antwoorden en uitleg Avondkoekoeksbloem wordt lastig onkruid 1 Voorbeelden van juiste biotische factoren: bestuivers; parasieten; bodemfauna/regenwormen; nitrificerende bacteriën; stikstofbindende bacteriën; ziekteverwekkers; symbionten/mycorrhyza; reducenten. Per juiste biotische factor: 1 punt. THEMA 6 BASISSTOF 2 2 Door de mogelijk mindere verdediging tegen vraat zijn de Amerikaanse planten meer aangetast door insecten. Het juiste antwoord is dus: B (2 punten). THEMA 6 BASISSTOF 3 3 Voorbeelden van een juiste onderzoeksvraag (1 punt): Presteren de Amerikaanse avondkoekoeksbloemen ook beter als zaden van beide soorten in een natuurlijke omgeving worden uitgezaaid? Groeit de Amerikaanse avondkoekoeksbloem ook sneller als deze tezamen met de Europese soort (tussen andere planten) wordt uitgezet? THEMA 6 BASISSTOF 4 Vossen veranderen een ecosysteem 4 Door denitrificatie komt juist stikstof uit de bodem in de lucht terecht. Nitrificatie speelt zich geheel af in de bodem. Rotting levert ammoniak(nh 3)en H 2S op dat in de lucht verdwijnt. Alleen stikstoffixatie brengt stikstof uit de lucht in de bodem. Biologische stikstoffixatie vindt plaats door planten in symbiose met stifstofbindende bacteriën en fotochemische stikstoffixatie vindt plaats door een reactie van ozon (O 3) en N 2 tijdens onweer. Het juiste antwoord is dus: F (2 punten). 9 Uitgeverij Malmberg

10 5 Uit het antwoord moet blijken dat het nitraat dat door de vegetatie wordt opgenomen: op eilanden zónder vossen meer afkomstig is van de relatief 15 N-rijkere mest van zeevogels (die door reducenten is omgezet) (1 punt); op eilanden mét vossen meer door stikstofbinding rechtstreeks uit de relatief 15 N- armere lucht afkomstig is (1 punt). (Het antwoord 'Op eilanden met vossen is geen / minder vogelmest, dus ook geen / minder toegevoegde 15 N uit zee(vogels) dan op eilanden zonder vossen' levert 1 punt op.) IJzer in de oceaan 6 Meer algengroei betekent dat meer van het broeikasgas CO 2 wordt weggevangen uit de atmosfeer (1 punt). 7 In die gebieden zijn voldoende voedingsstoffen aanwezig voor algengroei (1 punt), maar ijzer is blijkbaar de (belangrijkste) beperkende factor (1 punt). THEMA 6 BASISSTOF 3 8 Voorbeelden van een juist antwoord (1 punt): De algen worden (tijdens een storm) naar grotere diepte afgevoerd, waar ze doodgaan door gebrek aan licht. Het ijzer wordt naar grotere diepte afgevoerd, waardoor het voor de algen niet meer beschikbaar is. 9 Methaan en lachgas zijn producten van bacteriën. Het juiste antwoord is dus: D (2 punten). 10 Voorbeelden van een juiste reden: Als de algen als biobrandstof worden gebruikt vermindert het gebruik van fossiele brandstoffen. Het transport van de voedingsstoffen voor de algen (bemesting) kost minder energie. Het effect is groter omdat de omstandigheden optimaal kunnen worden gehouden. Per juiste reden 1 punt, maximaal 2 punten. 10 Uitgeverij Malmberg

11 Strooisellaag 11 Uit de resten van organismen wordt kalium vrijgemaakt dat door planten weer wordt gebruikt (voor de opbouw van K-houdende organische stoffen) (1 punt). 12 Anaeroob: rotting / ammonificatie / denitrificatie / deammonificatie / bacteriële stikstoffixatie (1 punt). Aeroob: nitrificatie (1 punt). Gebruik hierbij ook je Binas! 13 Door ammonificatie neemt de hoeveelheid ammonia toe in de bodem, ten koste van nitriet. Hierdoor verandert de C/N-ratio niet, want de N blijft in gelijke mate in de bodem. Door nitrificatie blijft ook de stikstof in de bodem gelijk. Door stikstoffixatie neemt de hoeveelheid stikstof in de bodem toe en daalt juist de C/N-ratio. Alleen door denitrificatie verdwijnt N uit de bodem en neemt dus de verhouding C/N toe. Het juiste antwoord is dus: B (2 punten). 14 Blijkbaar zijn deze stikstofverbindingen een beperkende factor voor de decompositie. (1 punt). Schiermonnikoog groeit 15 Voorbeelden van juist beschreven veranderingen: De bodem wordt vruchtbaarder door omzetting van plantenresten / mest. Door de planten wordt de afgezette klei vastgehouden; daardoor is er minder kans op overstroming en wordt het milieu minder zout. Door de resten van planten ontstaat ophoging en daardoor wordt het milieu droger. De planten geven beschutting tegen de wind. Door begroeiing worden de temperatuurwisselingen minder extreem. Er ontstaan schaduwplekken door begroeiing. De bodem wordt luchtiger door aanwezigheid van bodemdiertjes. Indien drie juist beschreven veranderingen: 2 punten; indien twee juist beschreven veranderingen: 1 punt; indien minder dan twee juist beschreven veranderingen: 0 punten. 11 Uitgeverij Malmberg

12 Goudplevieren 16 Voorbeelden van juiste oorzaken: Een aantal vliegt in het donker over. Niet op alle plaatsen in Nederland wordt geteld. Sommige vogels vliegen te hoog. Sommige vogels worden dubbel geteld. Van grote groepen wordt het aantal geschat. Per juiste oorzaak 1 punt, maximaal 3 punten. THEMA 6 BASISSTOF 4 17 Voorbeeld van een juist antwoord: Deze aantallen kunnen worden gebruikt als argument vóór de hypothese, want = vogels trekken zuidwaarts en noordwaarts, dat is / = slechts 68%. Als ze allemaal dezelfde route over Nederland noordwaarts zouden nemen, had het 90% moeten zijn, dus 0, = vogels. Voor het berekenen van het percentage / van het aantal dat zuidwaarts trekt via Nederland 1 punt. Voor het aangeven van het verwachte percentage / van het verwachte aantal dat noordwaarts zou trekken als alle vogels deze route zouden nemen 1 punt. Voor de juiste conclusie dat deze gegevens de hypothese ondersteunen 1 punt. THEMA 6 BASISSTOF 4 Stikstofkringlopen 18 De twee compartimenten zijn: anorganische stikstof in de bodem en organische stikstof in de bodem (2 punten). THEMA 6 BASISSTOF 6 19 Voorbeelden van juiste berekeningen: Anorganische stikstof Inbreng: ( =) 130 kg N ha 1 J 1. Verlies: ( =) 110 kg N ha 1 J 1. Dus netto extra 20 kg N ha 1 J 1 inbreng (1 punt). Organische stikstof Inbreng: ( =) 85 kg N ha 1 J 1. Verlies: ( =) 70 kg N ha 1 J 1. Dus netto extra 15 kg N ha 1 J 1 inbreng (1 punt). Totaal opbouw: ( =) 35 kg N ha 1 J 1 (1 punt). Of: Inbreng uit atmosfeer: ( =) 80 kg N ha 1 J 1 (1 punt). Verlies naar atmosfeer en water: ( =) 45 kg N ha 1 J 1 (1 punt). Totaal opbouw: (80 45 =) 35 kg N ha 1 J 1 (1 punt). THEMA 6 BASISSTOF 6 12 Uitgeverij Malmberg