Biology  A2  Unit  4  Revision  Notes  

 

AQA    

Biology  Unit  4  –  3.4.1  Definitions  Word   Definition  Ecosystem   An  ecosystem  is  made  up  of  all  the  interacting  biotic  

(living)  and  abiotic  (non-­‐living)  factors  in  a  specific  area    

Population   Is  a  group  of  interbreeding  organisms  of  one  species  in  a  habitat  

Community   All  the  populations  of  different  organisms  in  a  given  area  at  a  given  time  

Habitat   Place  where  a  community  of  organisms  lives  (e.g.  decaying  log)  

Ecological  Niche   How  an  organism  fits  into  the  environment,  refers  to  both  where  an  organism  lives  and  what  it  does  there.  No  two  species  occupy  the  same  niche  

 

Investigating  populations  

Quadrats  3  factors  to  consider:  

1. The  size  of  quadrat  to  use  –  this  will  depend  on  the  size  of  whatever  you’re  sampling  and  how  they  are  distributed  within  the  sample  area  

2. The  number  of  quadrats  to  record  within  the  sample  area  –  for  questions  asking  about  this  10  or  more  should  be  used  within  each  area  to  get  a  big  enough  sample  size,  basically  more  is  better  

3. The  position  of  each  quadrat  within  the  sample  area  –  random  sampling  should  be  used  

Random  sampling  • This  is  used  to  prevent  bias  –  as  someone  might  pick  to  place  a  quadrat  where  there  is  a  large  

amount  of  clover  for  example  but  this  may  not  be  representative.  

You  should:  

• Place  two  tape  measures  at  right  angles  along  two  sides  of  the  area  you’re  studying  • Obtain  co-­‐ordinates  using  a  random  numbers  table  • Place  quadrats  at  the  intersection  of  each  pair  of  co-­‐ordinates  

Systematic  sampling  using  transects  • Transect  is  a  line  or  tape  • This  can  be  used  more  effectively  than  quadrats  for  measuring  things  such  as  abundance  of  species  

as  you  enter  a  forest  or  measuring  the  abundance  of  species  comared  with  how  far  away  from  the  sea  you  are  

They  can  be  used  in  two  ways:  

• Any  organism  over  which  the  line  passes  is  recorded  • You  can  put  a  quadrat  down  every  however  many  meters  down  the  transect  

Measuring  abundance  Sampling  is  used  to  get  a  measure  of  abundance.  This  is  the  number  of  individuals  of  a  species  within  a  given  space.  Two  ways  of  measuring  this:  

• Frequency  –  counting  individual  animals  or  plants  • Percentage  cover  –  an  estimate  of  the  area  within  the  quadrat  that  one  species  covers  

Mark-­‐release-­‐recapture  This  is  carried  out  to  determine  the  population  size.  This  method  is  used:  

• A  known  number  of  animals  are  caught  • These  are  marked  in  some  way  • These  are  then  released  back  into  the  community  • Later  more  animals  are  caught  and  the  number  of  marked  individuals  are  recorded  

Then  this  formula  is  used  to  determine  population  size  (needs  to  be  remembered  for  exam):  

𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑡𝑒𝑑  𝑝𝑜𝑝𝑢𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛  𝑠𝑖𝑧𝑒

=  𝑛𝑢𝑚𝑏𝑒𝑟  𝑜𝑓  𝑖𝑛𝑑𝑖𝑣𝑖𝑑𝑢𝑎𝑙𝑠  𝑖𝑛  𝑠𝑎𝑚𝑝𝑙𝑒  1  ×  𝑛𝑢𝑚𝑏𝑒𝑟  𝑜𝑓  𝑖𝑛𝑑𝑖𝑣𝑖𝑑𝑢𝑎𝑙𝑠  𝑖𝑛  𝑠𝑎𝑚𝑝𝑙𝑒  2

𝑛𝑢𝑚𝑏𝑒𝑟  𝑜𝑓  𝑚𝑎𝑟𝑘𝑒𝑑  𝑖𝑛𝑑𝑖𝑣𝑖𝑑𝑢𝑎𝑙𝑠  𝑖𝑛  𝑠𝑎𝑚𝑝𝑙𝑒  2  

This  technique  relies  on  a  number  of  assumptions:  

• The  marked  individuals  distribute  themselves  evenly  amongst  the  other  individuals  in  the  population.  

• No  deaths  or  births  in  the  population  • No  emigration  or  immigration  effecting  the  population  • The  method  of  marking  is  non-­‐toxic  to  the  individual  and  it  doesn’t  make  them  more  liable  to  

predation  • The  mark  isn’t  rubbed  off  or  lost  during  the  investigation  

Population  growth  curves  

 

1. Lag  phase  –  slow  growth  –  small  numbers  initially  so  reproduction  slow  –  organisms  are  getting  used  to  the  conditions  

2. Log  phase  –  rapid  growth  and  optimum  conditions  3. Stationary  phase  –  stable  state  –  no  population  growth  –  small  fluctuations  due  to  changes  in  

factors  such  as  food  supply    

Abiotic  factors  • Temperature  –  each  species  has  an  optimum  –  the  further  away  from  this  you  go  the  smaller  the  

population  that  can  be  supported  • Light  –  ultimate  source  of  energy  for  ecosystems  –  rate  of  photosynthesis  increases  as  light  

intensity  increases  –  this  allows  a  larger  primary  consumer  population  to  be  supported  • pH  –  this  effects  the  action  of  enzymes  –  a  population  of  organisms  is  larger  where  the  optimum  pH  

is  • water  and  humidity  –  where  water  is  scarce  populations  are  small  and  only  well  adapted  organisms  

survive  –  humidity  effects  the  later  loss  from  plants  (transpiration)  and  animals  in  dry  air  conditions  only  those  individuals  with  adaptations  to  this  will  survive  

Competition  

Intraspecific  • Individuals  of  the  same  species  • Competing  for  resources  such  as  food,  space,  light  etc.  • Availability  of  the  resources  that  determines  population  size  • Lower  the  availability  smaller  the  population  size  and  vice  versa  

Interspecific  • Individuals  of  different  species  • Competing  for  resources  such  as  food,  space,  light  etc.  • Competitive  advantage  determines  which  population  will  grow  

• If  conditions  remain  the  same  this  will  lead  to  the  complete  removal  of  one  species  as  they  can’t  compete  in  this  niche  

Predation  • Occurs  when  one  organism  is  consumed  by  another  

Data  can  be  inaccurate  on  this  as  it  has  to  be  measured  in  the  wild  by  sampling  which  is  only  as  good  as  the  methods  used.  None  of  these  methods  guarantee  complete  accuracy  so  caution  is  advised  with  any  data  produced  this  way  

Predator-­‐prey  relationship  

 

• Predators  eat  their  prey  therefore  reducing  the  population  size  of  the  prey  • With  fewer  prey  available  the  predators  are  in  greater  competition  with  each  other  for  the  

remaining  prey  • The  predator  population  is  reduced  as  some  individuals  are  unable  to  consume  enough  prey  to  

survive  and  reproduce  • With  fewer  predators  left  less  prey  is  consumed  • The  prey  population  increases  • More  prey  are  now  available  so  predator  population  increases  

This  is  a  cycle  and  carries  on  and  as  the  graph  shows  

The  human  population  

Factors  effecting  population  size  • Birth  rate  • Death  rate  • Immigration  • Emigration  

𝑝𝑜𝑝𝑢𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛  𝑔𝑟𝑜𝑤𝑡ℎ = 𝑏𝑖𝑟𝑡ℎ𝑠 + 𝑖𝑚𝑚𝑖𝑔𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 − (𝑑𝑒𝑎𝑡ℎ𝑠 + 𝑒𝑚𝑖𝑔𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛)  

𝑝𝑒𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑔𝑒  𝑝𝑜𝑝𝑢𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛  𝑔𝑟𝑜𝑤𝑡ℎ =  𝑝𝑜𝑝𝑢𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛  𝑐ℎ𝑎𝑛𝑔𝑒  𝑑𝑢𝑟𝑖𝑛𝑔  𝑡ℎ𝑒  𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑝𝑜𝑝𝑢𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛  𝑎𝑡  𝑡ℎ𝑒  𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡  𝑜𝑓  𝑡ℎ𝑒  𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑  ×100%  

Factors  effecting  birth  rates  • Economic  conditions  • Cultural  and  religious  backgrounds  • Social  pressures  and  conditions  • Birth  control  • Political  factors  

𝐵𝑖𝑟𝑡ℎ  𝑟𝑎𝑡𝑒 =  𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙  𝑛𝑢𝑚𝑏𝑒𝑟  𝑜𝑓  𝑏𝑖𝑟𝑡ℎ𝑠  𝑝𝑒𝑟  𝑦𝑒𝑎𝑟𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙  𝑝𝑜𝑝𝑢𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛  𝑖𝑛  𝑡ℎ𝑒  𝑠𝑎𝑚𝑒  𝑦𝑒𝑎𝑟×1000  

Factors  effecting  death  rate  • Age  • Life  expectancy  • Food  supply  • Availability  of  safe  drinking  water  and  effective  sanitation  • Access  to  medical  care  • Natural  disasters  • War  

𝐷𝑒𝑎𝑡ℎ  𝑟𝑎𝑡𝑒 =  𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙  𝑛𝑢𝑚𝑏𝑒𝑟  𝑜𝑓  𝑑𝑒𝑎𝑡ℎ𝑠  𝑝𝑒𝑟  𝑦𝑒𝑎𝑟𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙  𝑝𝑜𝑝𝑢𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛  𝑖𝑛  𝑡ℎ𝑒  𝑠𝑎𝑚𝑒  𝑦𝑒𝑎𝑟×1000  

Demographic  Transition  

 

(©  Nelson  Thornes  A2  AQA  Biology  text  book)  

This  summarises  a  pattern  that  different  countries  have  gone  through  as  they  have  developed  

Age  population  pyramids  These  fit  into  the  demographic  transition  stages  based  on  the  shape  of  the  pyramid:  

Stage   Pyramid   Shape  explanation  1  

 

Bigger  bars  at  the  bottom  and  less  at  the  top  as  high  birth  rate  so  lots  of  children  but  also  high  death  rate  so  less  older  people  

2  

 

Still  high  birth  rate  so  big  bars  at  the  bottom  but  decreasing  death  rate  so  more  in  the  middle  and  more  people  living  longer.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3    

 

Low  death  rate  so  bigger  bars  in  the  middle  and  more  people  reaching  the  top  of  the  pyramid.  Birth  rate  is  decreasing  so  less  at  the  bottom  of  the  pyramid  

4  

 

Low  birth  rate  and  death  rate  so  smaller  bars  at  the  bottom  and  bigger  bars  in  the  middle  also  more  people  reaching  the  top  so  larger  bars  there    

 

   

Biology  Unit  4  –  Section  3.4.2  

Why  do  organisms  need  energy  • Metabolism  –  all  the  reactions  that  take  place  in  living  organisms  involve  energy  • Movement  • Active  transport  • Maintenance,  repair  and  division  of  cells  • Production  of  enzymes  and  hormones  • Maintenance  of  body  temperature  

 

 

 

 

 

 

Synthesis  of  ATP  from  ADP  This  requires  the  addition  of  a  phosphate  to  ADP.  There  are  3  ways  this  occurs:  

• PHOTOPHOSOHORYLATION  –  This  occurs  in  chlorophyll  containing  plant  cells  during  photosynthesis  • OXIDATIVE  PHOSPHORYLATION  –  Which  occurs  in  the  mitochondria  of  plant  and  animal  cells  during  

the  process  of  the  electron  transport  chain  • SUBSTRATE  –  LEVEL  PHOSPHORYLATION  -­‐    Occurs  in  plant  and  animal  cells  when  donor  molecules  

donate  phosphate  to  the  ADP  to  make  ATP  like  in  the  formation  of  pyruvate  

ATP  IS  AN  IMMEDIATE  ENERGY  SOURCE  AND  ISN’T  A  GOOD  LONG  TERM  STORE  OF  ENERGY.  IT  RELEASES  ENERGY  IN  MANAGABLE  QUANTITIES  FOR  CELL  REACTIONS  AND  CAN  QUICKLY  BE  REFORMED  MAKING  IT  A  GOOD  IMMEDIATE  ENERGY  SOURCE  

   

ATP   ADP  +  Pi  

Hydrolysis  (ATP  +  Water)  

Energy  from  respiration  

Biology  Unit  4  –  Section  3.4.3  Overview  of  photosynthesis  

1. Capturing  of  light  energy  by  chloroplast  pigments  2. Light  dependent  reaction  3. Light  independent  reaction  

Structure  of  a  chloroplast  

 

(image  from  passscience.blogspot.com)  

• Light  dependent  reaction  takes  place  in  the  thylakoids  • Light  independent  reaction  takes  place  in  the  stroma  

Light  dependent  reaction  Two  purposes:  

• Add  phosphate  to  ADP  making  ATP  (photophosphorylation)  • Split  water  into  H+  ions,  electrons  and  Oxygen  (photolysis)  

Oxidation  and  reduction  Oxidation  –  The  loss  of  electrons,  the  loss  of  hydrogen  or  the  gain  of  oxygen  

Reduction  –  The  gain  of  electrons,  the  gain  of  hydrogen  or  the  loss  of  oxygen  

Wordy  Explanation  of  what  happens  • When  chlorophyll  molecules  absorb  light  energy  a  pair  it  boosts  the  energy  of  a  a  pair  of  electrons  

which  raises  them  to  a  higher  energy  level  • These  electrons  have  so  much  energy  that  they  leave  the  chlorophyll  molecule  • They  are  taken  up  by  an  electron  carrier  • The  pair  of  electrons  are  now  passed  along  a  series  of  electron  carriers  in  oxidation  reduction  

reactions  (located  in  the  membrane  of  the  thylakoids)  • Each  carrier  is  at  a  slightly  lower  energy  level  than  the  last  and  the  electrons  lose  energy  • This  energy  is  used  to  add  a  phosphate  to  ADP  to  make  ATP  • The  photolysis  of  water  also  happens  • This  is  due  to  chlorophyll  molecules  losing  two  electrons  so  these  need  to  be  replaced  

• These  replacement  electrons  are  provided  by  the  splitting  of  water  molecules  as  shown  below:  

2𝐻!𝑂 → 4𝐻! + 4𝑒! + 𝑂!  

• The  H+  is  taken  up  by  NADP  to  form  reduced  NADP  (or  NADPH2)  this  then  enters  the  light  independent  reaction  

Diagrammatic  explanation  

 

(©  Nelson  Thornes  AQA  A2  Biology  Text  Book)  

Light  independent  reaction  • Products  of  light  dependent  reaction  (reduced  NADP  and  ATP)  are  used  • Takes  place  in  the  stroma  of  the  chloroplasts  

Wordy  explanation  1. Carbon  dioxide  diffuses  from  the  air  eventually  into  the  stroma  of  the  chloroplast  2. Here  it  combines  with  the  5  carbon  Ribulose  Bisphosphate  (RuBP)  3. This  produces  two  molecules  of  glycerate-­‐3-­‐phosphate  (GP)  4. ATP  and  reduced  NADP  from  the  light  dependent  reaction  are  then  used  to  reduce  GP  into  triose  

phosphate  (TP)  5. NADP  (non-­‐reduced)  is  reformed  and  goes  back  into  the  light  dependent  reaction  to  accept  more  

hydrogen  6. Some  triose  phosphate  molecules  are  used  to  make  other  useful  substances  such  as  glucose  7. Most  triose  phosphate  molecules  are  used  to  regenerate  RuBP  using  ATP  

Diagram  

 

(©  Nelson  Thornes  AQA  A2  Biology  Text  Book)  

Limiting  factors  on  photosynthesis  

At  any  given  moment  the  rate  is  limited  by  the  factor  that  is  at  its  least  favourable  value    

Factors  that  limit  photosynthesis  

• Light  intensity  • Temperature    • CO2  Concentration  

Temperature  is  a  factor  as  it’s  an  enzyme  controlled  reaction  so  higher  temperature  gives  the  molecules  more  energy  and  therefore  they  collide  with  the  right  amount  of  energy  with  the  enzyme  and  form  more  enzyme  substrate  complexes.  

 

   

Biology  Unit  4  –  Section  3.4.4  Aerobic  respiration  4  stages:  

• Glycolysis  • Link  reaction  • Krebs  Cycle  • Electron  Transport  Chain  

Glycolysis  • Phosphorylation  of  Glucose  • Splitting  of  phosphorylated  glucose  • Oxidation  of  triose  phosphate  (by  removal  of  hydrogen)  • Hydrogen  accepted  by  NAD  to  form  NADH2  • Production  of  ATP  • Formation  of  pyruvate  

   

Link  Reaction  • Pyruvate  oxidised  by  removal  of  hydrogen  • Hydrogen  accepted  by  NAD  to  form  NADH2  • De-­‐carboxylation  occurs  producing  carbon  dioxide  • Acetyl  group  formed  (2-­‐carbon)  • Combines  with  coenzyme  A  to  form  the  2  carbon  acetylcoenzyme  A  

 

Krebs  Cycle  • Acetylcoenzyme  A  feeds  into  this  from  the  link  reaction  • Acetylcoenzyme  A  combines  with  a  4  carbon  compound  to  form  a  6  carbon  compound  • This  then  undergoes  2  decarboxylation’s  removing  two  molecules  of  carbon  dioxide  • It  also  reduces  two  hydrogen  carriers:  NAD  and  FAD  forming  reduced  NAD  and  reduced  FAD  • This  then  is  the  4  carbon  compound  needed  to  combine  with  another  acetylcoenzyme  A  molecule  

and  so  it  keeps  on  going  

 

 

Electron  transport  chain  • Hydrogen  atoms  collected  by  coenzymes  NAD  and  FAD  are  used  • These  are  split  into  electrons  and  protons  • The  electrons  get  passed  down  the  electron  transport  chain  where  as  they  are  passed  from  carrier  

to  carrier  they  lose  energy  • This  energy  is  used  to  combine  a  phosphate  with  ADP  to  make  ATP  • The  protons  are  pumped  into  the  inter-­‐membrane  space  of  the  mitochondria  (the  space  between  

the  cristae  and  the  outer  membrane  • As  they  accumulate  here  they  diffuse  back  through  special  channels    • At  the  end  of  the  chain  the  electrons  combine  with  these  protons  and  oxygen  to  form  water  

 

 

Anaerobic  Respiration  • When  there  is  little  or  no  oxygen  neither  the  krebs  cycle  or  electron  transport  chain  can  take  place  • Only  glycolysis  can  • So  lots  of  pyruvate  produced  in  order  to  produce  the  2  ATP  molecules  glycolysis  yields  (net  yield)  • NAD  must  be  regenerated  so  pyruvate  accepts  this  hydrogen  • However  this  happens  differently  in  animals  and  plants  

In  plants  and  some  microorganisms    

𝑝𝑦𝑟𝑢𝑣𝑎𝑡𝑒 + 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑒𝑑  𝑁𝐴𝐷   → 𝑒𝑡ℎ𝑎𝑛𝑜𝑙 + 𝑐𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛  𝑑𝑖𝑜𝑥𝑖𝑑𝑒 + 𝑁𝐴𝐷  

   

In  animals  𝑝𝑦𝑟𝑢𝑣𝑎𝑡𝑒 + 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑒𝑑  𝑁𝐴𝐷   → 𝑙𝑎𝑐𝑡𝑎𝑡𝑒   𝑙𝑎𝑐𝑡𝑖𝑐  𝑎𝑐𝑖𝑑 + 𝑁𝐴𝐷  

In  both  cases  this  is  very  inefficient  as  only  2  ATP  molecules  are  produced  by  glycolysis  and  there  is  a  much  greater  quantity  produced  by  Aerobic  respiration  

   

Biology  Unit  4  –  Section  3.4.5  Food  Chains  and  Food  Webs  

Producers  Photosynthetic  organisms  that  manufacture  organic  substances  using  light  energy  

Consumers  Organisms  that  obtain  their  energy  by  feeding  on  other  organisms.  Those  that  directly  eat  plants  are  called  primary  consumers.  The  animals  eating  those  organisms  are  called  secondary  consumers  and  so  on.  Not  normally  more  than  4  consumers  in  a  food  chain  

Decomposers  When  producers  and  consumers  die  these  organisms  make  the  energy  contained  in  the  other  organisms  available  for  the  food  chain  again  by  breaking  down  the  producer/consumer.  These  nutrients  can  then  be  absorbed  by  plants  and  used  in  the  food  chain  

Food  webs  In  reality  many  animals  don’t  rely  on  a  single  food  source  and  in  a  habitat  many  food  chains  link  together  forming  a  food  web  with  lots  of  different  organisms  interacting  

 

Energy  Losses  in  food  chains  

Producers:  • Over  90%  of  the  suns  energy  reflected  back  into  space  by  clouds  and  dust  or  absorbed  by  the  

atmosphere  • Not  all  wavelengths  of  light  can  be  absorbed  and  used  for  photosynthesis  • Light  may  not  fall  of  a  chlorophyll  molecule  • A  factor  such  as  low  carbon  dioxide  levels  may  limit  the  rate  of  photosynthesis  

Formula  to  work  out  NP  (net  production)  𝑁𝑒𝑡  𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 = 𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠  𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 − 𝑟𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟𝑦  𝑙𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠  

Losses  by  primary  consumers:  • Some  of  the  organism  isn’t  eaten  

• Some  parts  can’t  be  digested  • Energy  lost  in  excretory  products  such  as  urine  • Energy  losses  due  to  heat  loss  

Why  are  food  chains  short?  • Most  food  chains  only  have  4  or  5  trophic  levels  as  there  isn’t  enough  energy  available  to  support  a  

population  at  another  level  • The  total  mass  of  the  organisms  in  a  particular  place  (biomass)  is  less  at  higher  trophic  levels  • The  total  amount  of  energy  stored  is  less  at  each  level  as  you  move  up  the  food  chain  

 Calculating  efficiency  of  energy  transfer  

𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑦  𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟 =  𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑦  𝑎𝑣𝑎𝑖𝑙𝑎𝑏𝑙𝑒  𝑎𝑓𝑡𝑒𝑟  𝑡ℎ𝑒  𝑡𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑦  𝑎𝑣𝑎𝑖𝑙𝑎𝑏𝑙𝑒  𝑏𝑒𝑓𝑜𝑟𝑒  𝑡ℎ𝑒  𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟×100%  

Ecological  pyramids  

Numbers  • The  actual  numbers  of  organisms  proportional  to  each  other  • Drawbacks:  

o No  account  is  taken  of  size  so  a  large  oak  tree  is  just  1  even  though  lots  of  aphids  can  feed  on  it  

o This  will  create  an  inverted  pyramid  shape  o Number  of  individuals  can  be  so  great  that  it  is  impossible  to  represent  them  accurately  on  

the  same  scale  

Biomass  • Measure  of  the  total  mass  of  plants/animals  in  a  particular  place  • More  reliable  and  quantitative  • Only  the  organisms  present  at  a  particular  time  are  measured  so  this  doesn’t  take  into  account  

seasonal  differences  

Energy  • Most  accurate  representation  of  energy  flow  through  an  ecosystem  • This  measures  the  energy  stored  in  organisms  • Collecting  data  however  can  be  difficult  and  complex  • Always  a  pyramid  shape  

How  productivity  is  effected  by  farming  practices  

Fertilisers  Fertilisers  are  substances  farmers  spread  on  the  soil  to  replace  nutrients,  normally  nitrogen,  which  plants  get  from  the  soil.  

Natural  fertilisers  Natural  fertilisers  are  the  faeces  of  animals  which  can  be  spread  onto  the  soil  to  increase  the  nutrients  available  to  the  plants.  The  advantages  are  that  this  is  free  and  readily  available  to  the  farmer,  however  the  disadvantage  is  that  it  has  to  be  left  in  the  soil  to  rot  down  so  that  the  nutrients  are  available  to  the  plants,  which  takes  time.  They  may  also  contain  pathogens  which  can  be  harmful  to  the  plant  

Artificial  fertilisers  Artificial  fertilisers  contain  nitrogen  compounds  such  as  ammonia  which  are  spread  onto  the  soil  normally  in  soluble  granules  to  increase  nitrogen,  and  other  nutrients,  concentrations  in  the  soil.  The  advantages  are  that  the  nitrogen  is  readily  available  for  plants  to  take  up  and  use.  Farmers  can  also  buy  types  which  have  special  controlled  release  technology  which  means  there  is  a  constant  stable  nitrogen  content  going  into  the  soil.  The  disadvantages  are  the  cost,  as  the  fertiliser  is  very  expensive  whereas  natural  fertilisers  are  free.  Also  after  long  term  use  as  the  fertiliser  doesn’t  replace  the  trace  mineral  content  in  the  soil,  these  can  run  out  and  aren’t  present  in  the  crop  or  the  fruit  so  humans  or  animals  aren’t  consuming  these  trace  elements  which  can  be  bad  for  health.  

Fertilisers  add  nutrients  to  the  soil  to  help  increase  the  productivity  of  plants  

Pesticides  There  are  two  types,  chemical  and  biological,  both  do  the  job  of  killing  pests  which  feed  on  food  crops  and  fruit  which  ultimately  can  mean  that  farmers  don’t  get  the  maximum  yield  from  their  crops.  

A  pesticide  should  be:  

• Specific  –  only  target  the  plant/insect/fungus  it  is  supposed  to  not  the  crop  or  any  other  organisms  • Biodegrade  –  so  once  it  has  been  used  it  doesn’t  go  into  the  soil  and  kill  the  crop,  however  it  also  

needs  to  have  a  long  shelf  life  • Cost-­‐effective  –  developing  a  pesticide  costs  a  lot  and  new  pesticides  only  are  effective  for  a  short  

length  of  time.  • Not  accumulate  –  so  it  doesn’t  build  up  in  the  food  chain  and  cause  problems  for  other  organisms  

Biological  control  This  is  using  the  predator  of  the  pest  to  control  the  numbers  of  the  pest.  Its  advantages  are:  

• Very  specific  • Once  introduced  the  predator  breeds  so  keeps  numbers  up  so  has  a  long  term  effect  • Pests  can’t  become  resistant  

The  ideal  situation  is  for  the  predator  to  exist  in  balance  with  the  pest  keeping  the  pest  at  a  level  where  it  has  no  or  little  effect.  

 

There  are  however  some  disadvantages  with  this  method  these  are:  

• They  do  not  act  as  quickly,  as  the  predator  has  to  build  up  its  numbers  so  there  is  a  lag  between  introducing  the  predator  and  seeing  a  significant  drop  in    the  pest  numbers  

• The  predator  may  become  a  pest  for  example  if  there  are  few  natural  predators  to  it  or  as  the  pest  population  decreases  it  may  use  the  crops  as  a  food  source.  

Integrated  systems  Integrated  control  involves:  

• Choosing  animal  or  plant  varieties  which  are  as  pest  resistant  as  possible  • Managing  the  environment  to  provide  habitats  for  natural  pest  controlling  organisms  to  live  • Regularly  checking  crops  for  signs  of  pest  activity  

• Removing  pest  mechanically  (hands,  vacuum,  making  barriers)  • Using  biological  agents  • Only  using  chemical  pesticides  as  a  last  resort  

All  pests  damage  or  compete  with  plants  or  animals  leading  to  reduced  productivity  

Intensive  rearing  of  livestock  Intensive  farming  is  about  converting  the  smallest  possible  amount  of  food  energy  into  the  largest  possible  amount  of  animal  biomass.  This  is  achieved  by  minimise  the  energy  lost  by  animals  during  their  lifetime.  

Ways  in  which  this  is  achieved:  

• Movement  is  restricted  –  less  energy  used  in  muscle  contraction  • Keeping  the  environment  warm  (for  warm  blooded  animals)  –  reduced  heat  loss  from  body  • Feeding  controlled  –  animals  receive  the  optimum  amount  and  type  of  food  for  maximum  growth  • Predators  are  excluded  –  no  loss  to  other  organisms  • Selective  breeding  –  produces  animals  which  are  the  most  efficient  at  converting  the  food  they  eat  

into  biomass  • Using  hormones  to  increase  growth  rates  

   

Biology  Unit  4  –  Section  3.4.6  See  pages  at  the  end  of  the  carbon  and  nitrogen  cycle  diagrams,  as  these  are  the  first  bit  of  this  section.  Also  see  section  3.4.5  first  as  there  is  some  overlap  with  the  use  of  fertilisers  

Effects  of  nitrogen  fertilisers  

Reduced  species  diversity  This  is  because  nitrogen  rich  soils  favour  the  growth  of  fast  growing  species,  these  out  compete  many  other  species  which  causes  these  other  species  to  die  as  a  result  

Leaching  This  is  a  process  where  nutrients  are  removed  from  the  soil.  Rain  water  will  dissolve  any  soluble  nutrients  and  carry  them  deep  into  the  soil  eventually  beyond  the  reach  of  the  plant  roots.  These  eventually  find  their  way  into  water  courses.  They  can  have  a  harmful  effect  on  humans  if  they  drink  them  and  can  also  cause  eutrophication.  

Eutrophication  • In  most  lakes  and  rivers  there  is  naturally  very  little  nitrate  and  so  this  is  the  limiting  factor  for  plant  

and  algal  growth  • Ass  the  amount  of  nitrate  increases  due  to  leaching,  plants  and  algae  grow  massively  • As  algae  mostly  grow  on  the  surface  massive  algal  blooms  form  and  this  absorbs  the  light  and  stops  

it  reaching  the  lower  depths  • Light  can’t  reach  the  plants  at  the  bottom  so  these  die  • The  increase  in  dead  plant  matter  causes  decomposers  to  grow  • These  are  aerobic  so  require  a  large  amount  of  oxygen  from  the  water  • This  massively  increases  the  BOD  (biochemical  oxygen  demand)  • Oxygen  then  becomes  the  limiting  factor  for  aerobic  organisms  such  as  fish  • If  these  can’t  swim  away  (e.g.  they  are  in  a  pond)  they  will  die  • There  is  less  competition  for  anaerobic  organisms  whose  populations  rise  massively  • These  organisms  further  digest  the  plant  waste  and  this  leads  to  more  nitrates  in  the  water  and  also  

toxic  substances  such  as  hydrogen  sulphide  

   

Biology  Unit  4  –  Section  3.4.7  During  succession  a  number  of  common  things  happen:  

• The  non-­‐living  (abiotic)  environment  becomes  less  hostile  –  soil  forms,  nutrients  are  more  plentiful  and  plants  provide  shelter  

• Greater  number  and  variety  of  habitats  • Increased  biodiversity  –  as  different  species  occupy  the  habitats  • More  complex  food  webs  • Increased  biomass  –  especially  during  the  mid-­‐stages  

 

(©  nelson  thornes  AQA  Biology  A  text  book)  

 

Managing  succession  • To  reach  the  climax  community  the  land  has  gone  through  a  lot  of  stages  • Most  of  the  species  present  in  the  earlier  stages  are  no  longer  present  • However  to  get  grass  to  allow  cattle  to  graze  we  need  grass,  this  is  at  one  of  the  earlier  stages  of  

succession  • To  do  this  we  manage  succession  by  not  allowing  it  to  proceed  past  this  point  • This  can  be  achieved  by  mowing  or  allowing  cattle  to  eat  the  grass  • If  this  was  simply  left  shrubs  would  develop  and  then  trees  such  as  oaks  to  make  deciduous  

woodland  

This  is  one  example  but  there  are  many.  Succession  is  managed  to  allow  the  plants  to  grow  that  we  want/  are  useful  rather  than  letting  everything  develop  to  the  climax  community.