South Australian Mediterranean Forests, Woodlands & Scrub (AU5) | One Earth Velký bariérový útes u Austrálie EKOSYSTÉMY •Ekosystém •ES – definice a základní pojmy •Z historie studia ES •Druhy ES •Ekoton (viz. Společenstvo) •Biomasa •Produkce (primární, sekundární) •Potravní řetězce (sítě) •Tok energie ES – energetická účinnost •Dynamika ekosystému •Stabilita ES •Globální geochemické cykly - Biosféra • •Biomy •Definice a základní pojmy •Tropický deštný les •Tropický opadavý les •Tvrdolistý les •Stepi •Pouště •Savany •Opadavý les •Boreální lesy (tajga) •Tundra •Polární pustiny •Korálové útesy Osnova přednášky Ekosystém •Strukturní a funkční celek složený ze všech živých organismů a abiotického prostředí v daném čase a prostoru. • •Stejně jako v případě společenstva jsou jednotlivé složky propojeny zpětnými vazbami. • •I ekosystémy podléhají sukcesi ! Energie v ekosystémech a společenstvech Ekosystém – základní charakteristika Z historie studia ekosystémů Úvod do ekologie (střední) – online Příběhy Z historie studia ekosystémů Charles Elton Charles Elton a jeho šedesátiletá kniha - PDF Stažení zdarma Ekologické (Eltonovy) pyramidy Alfred J. Lotka - Wikipedia Z historie studia ES Alfred J. Lotka Elektronická učebnice - ELUC Základy ekologie - Odum, Eugene P. - knihobot.cz Georgia Groundbreakers: Eugene Odum - YouTube Z historie studia ES Eugene Odum Je dnes ekosystém prázdný pojem ? •Argumenty proti koncepci ekosystému (Robert O‘Neill, 2001) •Problém s prostorovým ohraničením •Obnova ekosystému, energetické toky, koloběhy látek apod. závisí velkou měrou na okolí •Problém s homogenitou •Každý přírodní systém je heterogenní •Přehlížení druhů •Na živé organismy nahlížíme jako na black boxy ekologických funkčních skupin (typu producenti, reducenti…). Druhy a jejich vlastnosti zcela přehlížíme •Přehlížení role přírodního výběru •Paradigma ekosystémů nebere v potaz evoluci a selekci druhů •Opomíjena role člověka •Člověk nebývá součástí ekosystémů, pokud ano, pak je antropogenní krajina jedním z nejstabilnějších klimaxů •Opomíjení časoprostorových měřítek •Nebere v úvahu rozdíly mezi malými a velkými událostmi – pád stromu a pád meteoritu • •Pojmu ekosystém je potřeba dát nový obsah ! Ekosystém je soubor organismů žijících na určitém území + neživé prostředí tohoto území. V hierarchii úrovní, které ekologie zkoumá, se nachází mezi společenstvem a krajinou. Je charakterizován především koloběhem prvků a tokem energie. jedinci – populace – druhy – společenstva – ekosystém – krajina - biosféra Korektnější definice: Ekosystém je dynamický cirkulační systém producentů, konzumentů, rozkladačů a jejich abiotického prostředí, propojený energeticky s výraznými zpětnými vazbami, schopný samostatné existence a do značné míry homeostatický (homeostáze – vnitřní rovnováha). sciencing.com dodatková energie! Ekosystem spol. s.r.o.; dodavatel čístících prostředků … ekosystém těla a duše … …. ekosystém pravicových médií v USA …“ … ekosystém čističky odpadních vod ….. Způsoby využívání krajiny http://www.uake.cz/vyukove_materialy/frvs1269/obr/temata_obrazky/5_tema/5obr1.jpg Příklad: Antropogenní krajina - stabilita Živa – „Smrkový paradox“: chyba v interpretacích, nebo doklad antropogenních změn krajiny? (Petr Pokorný) Stupně antropogenní přeměny krajiny •Člověk v důsledku využívání krajiny mění její charakter (ráz). Různí autoři člení krajinu, která se mění pod působením člověka následovně. •FORMAN a GODRON (1993, s. 282-306) rozeznávají 5 krajinných typů: •Přírodní krajina •Obhospodařovaný krajina •Obdělávaná krajina •Příměstská krajina •Městská krajina • • • http://www.uake.cz/vyukove_materialy/frvs1269/obr/temata_obrazky/5_tema/5obr6.jpg http://www.uake.cz/vyukove_materialy/frvs1269/obr/temata_obrazky/5_tema/5obr2.jpg http://www.uake.cz/vyukove_materialy/frvs1269/obr/temata_obrazky/5_tema/5obr4.jpg http://www.uake.cz/vyukove_materialy/frvs1269/obr/temata_obrazky/5_tema/5obr3.jpg http://www.uake.cz/vyukove_materialy/frvs1269/obr/temata_obrazky/5_tema/5obr5.jpg Přírodní Obhospodařovaná Obdělávaná Příměstská Městská Devastovaná Druhy ekosystémů Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.1.38/ - ppt stáhnout Struktura a funkce ekosystému Chladnější těleso samovolně nepředává teplo tělesu teplejšímu. Teplo není svébytná substance, ale druh energie. a potvrzuje i zde zákon zachování energie. Zákony termodynamiky Termodynamika Základní pojmy: TeploQ (J) - forma energie Termodynamická teplotaT (K) 0K= -273,16°C - nejnižší možná teplota (ustane tepelný pohyb) EntropieS. - ppt stáhnout Typická struktura ekosystému Primární producenti Sekundární konzumenmti Terciální konzumenti Vrcholoví (finální) konzuimenti Primární konzumenti Dekompozitoři rozkladači Základní funkce a procesy v ekosystému Hana Šantrůčková, KEH, B 361) - ppt stáhnout •Interakce organismů •Diverzita společenstev •Toky energií a látek (živin) •Trofická struktura •Litosféra – vliv vnějších proměnných •Působení člověka Tok energie, energetická bilance ekosystémů •Ekosystémy jsou otevřenými systémy s plnou platností termodynamických zákonů (zákon o zachování energie a zákon o přeměně energie). •Jde o systémy závislé na vnější energii. • • Qn = Iv + Ii – Ie – Ex + Im – T ± H + F – R • •Qn - energetická bilance ekosystému, čistý příjem energie do ekosystému •Iv - ozářenost (iradiace) ve viditelné oblasti •Ii - ozářenost (iradiace) v neviditelné oblasti •Ie - energie vyzařovaná ekosystémem (půdou, vodou, organismy) do prostoru •Ex - množství energie vázané v exportované organické hmotě •Im - množství energie vázané v importované organické hmotě •T - energie využitá při evapotranspiraci •H - výměna teploty s okolím •F - energie fixovaná v hrubé primární produkci (fotosyntéza) •R – respirace a rozkladné procesy •Na celkovou energetickou bilanci ekosystému má zásadní vliv poměr mezi "F" a "R". Tedy pokud je: • F – R = 0, ekosystém je z hlediska energetické bilance v rovnováze • F > R = biomasa narůstá, ekosystém se vyvíjí – sukcese (ale např. tropické rašelinné lesy, rašeliniště ap.) • R > F = degradace biomasy ekosystémů, biomasa se spotřebovává. Dlouhodobě nestabilní trend (viz požárové klimaxy, mokřadní olšiny ap.). Tok energie, energetická bilance ekosystémů Tok energie ve společenstvech •Zkoumání způsobů, jak suchozemská nebo vodní plocha přijímá nebo zpracovává na ni dopadající záření - Základní práce o energetice ekosystémů - R. L. Lindemann (1942) •Vyčíslení potravních řetězců a sítí •Účinnost přenosů mezi jednotlivými trofickými úrovněmi • •Mezinárodní biologický program (IBP) •Zkoumá biologický základ produktivity a lidského bohatství • •Zásady pro zkoumání toku energie ve společenstvu •Společenstvo není superorganismus •Neexistuje dané měřítko, úroveň studia si volíme subjektivně sami Název školy : Základní škola a mateřská škola, - ppt stáhnout Elektronická učebnice - ELUC Typy ekosystémů https://www.sciencefacts.net/wp-content/uploads/2023/02/Types-of-Ecosystems.jpg Ekosystémy lze dělit podle různých kriterií: •Např. na přírodní (jezero, les, louka) a umělé (vinice, sad, pole, rybník), které vytvořil nebo se na nich podílí člověk. • •Energie vstupuje do většiny ekosystémů dvojím způsobem: Ze slunečního záření. • •Přeměna energie slunečního záření na další formy energie se nazývá transformace nebo disipace. Faktory ekosystémů – definice, funkce Ekosystém - příklady Suchozemský ekosystém: vlastnosti, druhy, flóra a fauna Zelené obnovitelné zdroje ECOSISTEMAS ACUATICOS Y TERRESTRES - BIBLIOTECA DIGITAL PLANET'S FRIENDS Bosques: qué son, características, ubicación, tipos, flora, fauna Ekosystém mizí. Podle vědců i na jižní Moravě - Deník.cz A tomato greenhouse in the Netherlands. Mesocosm = experimentální ekosystém? Ekosystémové experimenty ale někdy probíhají v systémech s dodatkovou energií wikipedia.org Úřední věstník C 92/2019 Co je to biomasa ? Biomasa - využítí, zpracování, výhody a nevýhody, energetické využití v ČR Elektronická učebnice - ELUC Centrale Biomasa – EQONFORT Biomasa Organická hmota vytvořená organismy. Počítá se v sušině (váha za suchého stavu). Vyjadřuje se v g (kg) na jednotku plochy. V rostlinném společenstvu rozlišujeme biomasu nadzemní a podzemní, živou biomasu a opad (litter). Důležité pojmy - Biomasa •Okamžitá biomasa (standing crop) [t/ha; J/m2 ] •Organická hmota na jednotku plochy (v jednotkách energie nebo sušiny) tvořená těly živých organismů •Největší měrou se na ní podílí primární producenti • •Biomasa •Živá •Mrtvá (nekromasa) – např. v lese hlavní podíl biomasy • •Produktivita [t/čas] •Schopnost ekosystému/organismu vyprodukovat určitou organickou hmotu za jednotku času Poměr hmoty Země k biomase (upraveno podle Svoboda, 2006) Biomasa je lídrem evropské energetické transformace Biom :: CZ Biom : Biomasa je lídrem evropské energetické transformace : Biom.cz Potenciál využití biomasy v ČR OSEL.CZ - detail obrázku Trofická struktura – Enviwiki Čistá primární produkce Produktivita versus Biomasa Spalování biomasy může mít negativní vliv na přírodu, varovala Evropská agentura pro životní prostředí | Česká krajina % Brněnská skupina GEEN postaví v Chorvatsku elektrárnu na biomasu. Do projektu investuje více než půl miliardy | Hospodářské noviny (HN.cz) Důležité pojmy - Produkce •Realizovaná produktivita za časový úsek na jednotku plochy •Primární produkce [t/ha x rok; J/m2 x den] •Rychlost produkce biomasy rostlin (primárními producenty) na jednotku plochy •Hrubá primární produkce (BPP, GPP – gross primary production) •Celková energie vázaná fotosyntézou - respirace (R – energie ztracená ve formě respiračního tepla) není odečtena •Čistá primární produkce (NPP) •GPP s odečtenou respirací •Reálná míra produkce nové biomasy, kterou mohou využít heterotrofní organimy •Sekundární produkce •Produkce vzniklá z biomasy primárních producentů, tj. činností heterotrofních organismů (konzumentů a dekompozitorů) •Hrubá (GSP) a čistá (NSP) Primární a sekundární produkce Sekundární produkce Základní rysy primární produktivity: •Odhady produkce na Zemi •souše: •110-120x109 tun sušiny/rok (ale není doceněna, protože chybí exaktní znalosti o produkci podzemních částí rostlin) •Průměrná primární produktivita 773 t/km2 •mořské oblasti: •50-60x109 tun sušiny/rok, tzn. asi 1/3 celkové produkce (přitom 2/3 plochy) •Průměrná primární produktivita 152 t/km2 • •Nejproduktivnější ekosystémy •močály (až 3500 t/km2 ), říční delty (3500 t/km2 ), korálové útesy (až 4000t/km2 ), tropické deštné lesy a obdělávaná půda (oba až 3500 t/km2 ). •V rámci oceánů jsou to ekosystémy u pobřeží (útesy, řasové lavice) •Produktivita na Zemském povrchu není rozložena rovnoměrně - předpoklad - biologická aktivita závisí na: •slunečním záření, •přístupností vody, •minerální výživě (oceány) • •Ve skutečnosti ale světlo na tyto rozdíly vliv nemá. Rozdíly dělá – voda, živiny, teplota (v rozmezí pro růst rostlin) Základní rysy primární produktivity: Suchozemská společenstva •Produktivita suchozemských lesních ekosystémů roste nepřímo s zeměpisnou šířkou - dáno sezonalitou v mírném a boreálním pásu. •Velké rozdíly mohou být v lokálních mikroklimatických podmínkách (např. tundra 10 – 100 – 2000 g/m2 rok). •Ale denní produkce tundry v sezóně je nejvyšší ze všech (24 hodin – polární den) •Může být narušeno nedostatkem vody (pouště Austrálie) •Význam podzemní produktivity ještě nebyl doceněn (těžko se měří i podzemní biomasa, natož její produktivita) •Produktivita mořských ekosystémů zeměpisnou závislost postrádá. Produkčně nejvíce výkonné jsou příbřežní závislé na „upwellings„. Rovněž v severských oblastech je poměrně vysoká produkce, díky nízké teplotě a vysoké koncentraci plynů (CO2, O2) ve vodě. Vodní společenstva •Organická hmota, která se vytvoří uvnitř společenstva, se nazývá autochtonní materiál (stojaté vody, tůně, ap.) Podstatná část je ale splavena - alochtonní materiál - ten je u vodních společenstev velmi významný. •Proměna podél říčního toku – říční kontinuum •Energie, která přichází do společenstva na horních zalesněných tocích je především alochtonního původu (z opadu příbřežní vegetace, která má s tokem relativně větší kontakt a zastiňuje jej), na dolních tocích se tok rozšiřuje, zpomaluje, roste produkce autochtonní. •Proměny v povaze energetických základů ve společenstvech vodního toku od pramene k ústí (Begon a kol., 1997) •U jezer můžeme také pozorovat kontinuum podobně jako u řek. Malá jezera velký obvod litorální vegetace (alochtonní materiál), velká jezera, velký obvod (relativně malý litorál, autochtonní materiál). •Vklad suchozemských společenstev je minimální v případě oceánů (největší a největší jezero). Nejproduktivnější jsou ústí řek a litorál. •Největší produkce v říčních deltách s bažinami, dostatkem živin a na šelfových prazích kde se kombinují fenomény upwellingu a delt. Proměna podél vodního toku Faktory omezující primární produktivitu Suchozemské ekosystémy •Podmínkou primární produkce u terestrických ekosystémů je: •sluneční světlo, •půdní živiny, •voda, •CO2 (více méně stejný podíl ve vzduchu 0,03%, tzn. produktivitu neomezuje) •významně se podílí na produkci tepla. • •Omezující faktory •nedostatek vody omezující rychlost fotosyntézy •nedostatek základních minerálních živin (klíčovou roli hraje dusík. Jeho rozložení v společenstvech je fragmentární, proto i produktivita je lokálně rozdílná) •teplota, která může společenstvo ničit, nebo může být příliš nízká pro růst •nedostatečná hloubka půdy •neúplný zápoj (velká část PHAR energie dopadá na půdu) •nízká účinnost fotosyntézy (max. do 10%) •Dopadající záření (PHAR) nevyužívají všechna společenstva stejně účinně: • Solární konstanta – 1390 W/m 2 •Rostliny nevyužívají veškeré kvantum dopadajícího světla. Z krátkovlnného záření (PHAR) (380-750 nm) mohou teoreticky využít jen asi 44%. Největší je v bohatě strukturovaných porostech lesního typu – jehličnaté lesy 1-3%, opadavé lesy 0,5-1%, pouště 0,01-0,2%. Z toho může vyplývat, že světlo není limitním faktorem. •Ale často velké zastínění podrostu – tropický deštný les 95%! •Experimenty vedené v podrostech lesů (C3 rostliny) ale ukazují, že zvýšení světelného kvanta vede ke zvýšení produktivity (totéž princip "jednovrstevnaté koruny" stromů ap.). C4 rostliny zřejmě nikdy saturační intenzity nedosáhnou (i v době, kdy je záření nejintenzivnější). •Je také jasné, že záření by bylo podstatně lépe fixováno do energetických vazeb, pokud by rostliny nebyly blokovány jinými faktory – výživa (jak dokumentují bohatě hnojené polní kultury). Faktory omezující primární produktivitu Suchozemské ekosystémy - světlo Faktory omezující primární produktivitu Vodní ekosystémy •Omezení vyplývají především z: •nedostatku živin (dusík, fosfor, v mořích Fe) •nedostatku světla •intenzity „pastvy„ filtrátorů • •Bohatý přísun živin do oceánského prostředí poskytují •Ústí řek •Vystupující hlubinné vody (na kontinentálních prazích na místech, kde větry vanou rovnoběžně s pobřežím, u podmořských hřbetů a v oblasti silných mořských proudů) Vztah produktivita (P): biomasa (B) •Produktivitu společenstva můžeme vztáhnout k okamžitému množství biomasy, která ji vytváří (lze přirovnat ke vztahu úrokové míry ke kapitálů) • Charakteristika hlavních biomů •Příklad •P:B v lesních ekosystémech = 0,042 [kg (P)/kg (B) rok] - většina biomasy je mrtvá •P:B v ostatních suchozemských ekosystémech = 0,29 [kg (P)/kg (B) rok] - hromadění biomasy v opadu, pomalá dekompozice u travinných biomů (sucho), u boreálních biomů (zima). •P:B ve vodních ekosystémech = 17 [kg (P)/kg (B) rok] - fytoplankton nemá žádná podpůrná pletiva a mrtvé buňky, biomasa se rychle obměňuje •Pokud by se našel způsob, jak měřit pouze živou biomasu, byla by situace jiná. Tento způsob prozatím neexistuje. •Poměr P:B má tendenci v průběhu sukcese KLESAT (pionýrské druhy mají méně podpůrných pletiv a rychle rostou) Vztah biomasa-produktivita http://www.geo.hunter.cuny.edu http://treekb.com Tundra, poušť: malá produktivita na středně velkou biomasu Mořské ekosystémy: středně velká produktivita na málo okamžité biomasy (0-0,02 kg/m2) https://player.slideplayer.cz/100/17318819/slides/slide_31.jpg Vztah biomasy a čisté primární produkce Produktivita a diverzita Chase & Leibold 2002, Nature Palpurina et al. 2018 J Ecol Čistá primární produkce závisí na hloubce •bod kompenzace = bod eufotické zóny (hrubá primární produkce = respirace, tj. čistá primární produkce je 0). • •Eufotická zóna je tím mělčí, čím víc zdrojů je k dispozici (viz korunový zápoj v lese). • •Velmi blízko hladiny může docházet k inhibici fotosyntézy a tudíž ke snížení produkce. Světlozběrné komplexy, které se účastní na primární fázi fotosyntézy v nadbytku zásobují enzymatické dráhy a dochází k destruktivním fotooxidacím. Hloubka kompenzačního bodu Sezónní kolísání produktivity fytoplanktonu v jezerech a mořích temperátního pásma •často dochází ke dvěma kulminacím biomasy v průběhu roku. Vysvětlení: •V létě omezuje primární produktivitu nedostatek živin •na jaře a na podzim se vodní sloupec promíchává a minerální živiny se doplňují z hlubších vod – spíše ve sladkých vodách. •činnost primárních producentů následuje růst biomasy sekundárních producentů (filtrátorů), kteří fytoplankton „spásají“ – spíše v oceánech. •Limitace biomasy primárních producentů : •omezení zdola - biomasa závisí na množství živin (NPK) •omezení shora - viz predační kaskáda Změny v čisté primární produkci fytoplankotu, v koncentraci živin a hloubce Teplotní vrstvení vody v průběhu roku: (Epilimnion, Termoklina a Hypolimnion) Osud energie ve společenstvech •Mezi primární a sekundární produktivitou je obecně pozitivní vztah • • Většina primární produktivity neprojde pastevním systémem •o Býložravci nezkonzumují všechnu biomasu rostlin •o Ne všechna zkonzumovaná biomasa se asimiluje a včlení do biomasy konzumentů (výkaly) •o Ne všechny asimilovaná energie se přemění v biomasu (respirační teplo) Primární producenti – rostliny - fotosyntéza Rostliny Nižší rostliny Vyšší rostliny Mechorosty Řasy Plavuně Přesličky Kapradiny Nahosemenné Krytosemenné Jinany Jehličnany Jednoděložné Dvouděložné Zelené řasy – Wikipedie Přeslička – Wikipedie Kapradiny – Wikipedie Jinany. Urostlí krasavci, kterým páchnoucí plody prostě musíme odpustit - iDNES.cz Tipy k pěstování jehličnanů.. - Pěstík.cz TARAXACUM sect. RUDERALIA Kirschner, H. Øllgaard et Štěpánek – pampelišky / púpavy | BOTANY.cz Ocún – Wikipedie FOTOSYNTÉZA. Co je fotosyntéza? Co je fotosyntéza? složitý biochemický proces, výrazný projev autotrofiesložitý biochemický proces, výrazný projev autotrofie. - ppt stáhnout Fotosyntéza •• probíhá u fototrofních organismů •• biochemický proces •• světelná energie fotonů se přeměňuje na energii chemických vazeb •• z jednoduchých anorganických látek vznikají látky organické 6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O Fotosyntéza •Dvě fáze: •• světelná (primární) • - v tylakoidech • - závislá na světle • - fotosystém I a II • - vznik ATP, NADPH+H+ , O2 •• temnostní (sekundární) Rostliny a fotosyntéza Fotosyntéza – temnostní fáze •Probíhá ve stromatu • •• nevyžaduje světelnou energii •• syntéza sacharidů z CO2 -využití NADPH+H+ = redukční činidlo -- využití ATP = zdroj energie •Známy jsou 3 cykly fixace CO2 • •• Calvinův cyklus ( C3 cyklus) •• Hatch-Slackův cyklus (C4 cyklus) •• CAM cyklus Proces fotosyntézy Tajemství fotosyntézy - Články - Chemik | Přírodovědci.cz Calvinův cyklus K fixaci CO2 jej používá většina rostlin a řas. -tyto rostliny souhrnně nazýváme C3 rostliny -- prvním produktem asimilace = 3-fosfoglycerát Proč jsou rostliny zelené ? SOLÁRNÍ ENERGIE Odborný článek: Fotosyntéza aneb co dělá rostlina, když má hlad Fotosyntéza nás fascinuje! Jak probíhá a jak ji v Maně využíváme? Proč je Země zelená ? Zeměkoule – Mateřská škola MiniSvět Pyramida čisté produkce Primární produkce Primární produktivita a její ovlivnění faktory prostředí Je množství organického materiálu (biomasy) vytvořené rostlinami za určitý čas (např. g/m2/rok). Rostliny poutají CO2 a fotosyntézou produkují organické látky, které pak kolují ekosystémem – proto primární producenti. Primární producenti jsou vždy autotrofní organismy. Primární produkce: -hrubá (brutto, BPP): veškerá asimilovaná energie -čistá (netto, NPP): BPP minus ztráta respirací (dýcháním) „Příroda směřuje k vysoké BPP, zemědělec k vysoké NPP“. Hodně vyvinuté „klimaxové“ ekosystémy mají NPP blízkou nule. wikipedia.org abundance autotrofů na Zemi undefined Globální oceánická a terestrická abundance jako odhad biomasy autotrofů indikujících potenciální primární produkci Jiné dva typy produkce ekosystému Primární produktivita závisí na: -množství zdrojů: sluneční světlo, CO2, voda, půdní živiny - rychlosti a účinnosti fotosyntézy: ovlivněno teplem a fotosyntetickou strategií rostliny (C4 rostliny). Kritické faktory omezující PP: -nedostatek FAR/PHAR (pod zápojem lesa, jeskyně) -nedostatek vody (potenciální evapotranspirace vyšší než srážky – aridní klima) -krátká délka fotosyntetického období -nedostatek minerálních zdrojů Za nedostatku některého zdroje (voda, živiny) se vyvíjí menší fotosyntetický aparát (menší listová plocha) a PP je menší. Primární produktivita vodních společenstev je limitována množstvím živin (dusičnany, fosforečnany), nedostatkem světla a intenzitou „pastvy“ býložravci. Mění se s hloubkou a se sezónou. Roční primární produkce na Zemi Primární produkce suchozemských ekosystémů https://player.slideplayer.cz/100/17318819/slides/slide_17.jpg Primární produkce mořských ekosystémů Rozdělení světové primární produkce https://player.slideplayer.cz/100/17318819/slides/slide_19.jpg Srovnání ekologického charakteru světových biomů https://player.slideplayer.cz/100/17318819/slides/slide_29.jpg Srovnání produkce (P), biomasy (B) a respirace (R) světových biomů Teplota Průměrné roční srážky Přehled čisté primárním produkce a biomasy světových biomů https://player.slideplayer.cz/100/17318819/slides/slide_16.jpg Sekundární produktivita je rychlost produkce biomasy heterotrofními organismy (konzumenti, rozkladači). Čistá sekundární produkce PN = konzumace – exkrementy – respirace Sekundární produktivita závisí na primární a je vždy o jeden řád menší než primární (5000 kJ – 500 kJ – 50 kJ). Osud energie ve společenstvech •Mezi primární a sekundární produktivitou je obecně pozitivní vztah • • Většina primární produktivity neprojde pastevním systémem •o Býložravci nezkonzumují všechnu biomasu rostlin •o Ne všechna zkonzumovaná biomasa se asimiluje a včlení do biomasy konzumentů (výkaly) •o Ne všechny asimilovaná energie se přemění v biomasu (respirační teplo) Jiné dva typy produkce ekosystému Potravní řetězce/sítě vyjadřují složitost potravních vztahů v prostředí Základní ekologické pojmy :: Myslivecké stránky Potravní řetězec Potravní síť Typy ekosystémů Potravní (trofické) sítě Schéma potravní sítě Potravní (trofická) síť •Vzniká propojením potravních řetězců •Čím jsou potravní sítě v ekosystému složitější, bohatší a rozmanitější, tím je daný ekosystém stabilnější (souvisí i s počtem druhů v ekosystému) •Důležitou roli hrají zpětné vazby •Délka potravních řetězců odráží celkovou bilanci živin v ekosystému •Čím méně živin, tím delší řetězec (a pomalejší obrat a minimální ztráty živin) •Krátké řetězce pracují rychle, ale s velkými ztrátami hmoty •Málo druhů = jednoduché řetězce = velký využitelný přebytek (podstata zemědělských monokultur) Stav potravní sítě Nenarušený ekosystém (složitá síť) Narušený ekosystém (jednoduchá síť) Modely přírodního ekosystému a agroekosystému z hlediska energetického a koloběhů živin (Odum a Barrett, 2004) Potravní řetězec Potravní řetězec | Vtipné foto a srandovní obrázky | KOMIK.CZ Kompetice (konkurence o zdroje) Základní symbiotické interakce mezi organismy v ekosystému (v rámci jedné trofické skupiny) druh A druh B + 0 - + 0 - mutualismus (například mykorhiza, opylování, hlízkové bakterie a bobovité, některé případy lichenismu) neutralismus Potravní řetězec - suchozemský Potravní řetězce a vztahy – Procvičování online – Umíme fakta Potravní řetězec jezer a přehrad (akvatický) Potravní řetězec pastevně kořistnický J i h l a v a Základy ekologie - PDF Stažení zdarma • Potravní řetězec pastevně kořistnický Potravní vztahy v ekosystémech - ppt stáhnout Terestrický Akvatický Dekompozitní (rozkladačský) potravní řetězec J i h l a v a Základy ekologie - PDF Stažení zdarma Parazitní potravní řetězec J i h l a v a Základy ekologie - PDF Stažení zdarma Srovnání dvou potravních řetězců •Detritový potravní řetězec •Potravní řetězec je vázán na mrtvou biomasu - ta je zdrojem energie pro rozkladače (dekompozitory, mikrokonzumenty) •Produkt počátečního rozkladu (a zároveň materiál dalšího) rozkladu se nazývá detritus (detrit) •mrtvá biomasa primárních producentů, exkrementy a mrtvá těla konzumentů z pastevně-kořistnického řetězce •tímto detritový potravní řetězec navazuje na všechny trofické úrovně řetěze pastevně-kořistnického. •Postupná metabolická degradace organických látek na jednoduché anorganické sloučeniny •Část rozkládající se organické hmoty zůstává většinou určitou dobu v půdě ve formě humusu (= organické půdní hmoty) •Půdní bakterie, aktinomycety a houby •edafon (= společenstvo půdních organismů) •saprofágové (živí se látkami částečně rozložené biomasy) •Existují i predační vztahy mezi jednotlivými složkami edafonu •Je zásadní pro koloběh uhlíku a dalších biogenních prvků krátký koloběh uhlíku (X v •pastevně kořistnickém řetězci dlouhý) •rychlejší znovuzapojení uhlíku do biomasy primárních producentů pomocí mykorrhizních hub •Pastevně kořistnický potravní řetězec •Začíná živou biomasou primárních producentů -konzumenti (býložravci = herbivoři - masožravci = karnivoři) •Příklad pastevně kořistnického potravního řetězce ve vodním ekosystému •Příklady potravních řetězců v terestrickém ekosystém Osud energie v potravním řetězci •Na sebe navazující úrovně konzumentů, kteří se živí předchozími články potravního řetězce a sami slouží za potravu článkům následujícím, se nazývají trofické úrovně •Z každé trofické úrovně odchází část biomasy do detritového potravního řetězce (zbytky kořisti, exkrementy) •Podíl strávené (asimilované) potravy z přijaté potravy se nazývá asimilační účinnost •Jednotky podílu energie •Primární producent - herbivor - 0,45 – 0,90 (tj. 45 – 90% z energie v potravě) •Mezi karnivorními trofickými úrovněmi - 70 – 98% •Poměr produkce biomasy v následující trofické úrovni k biomase předchozí trofické úrovně se nazývá produkční účinnost •Podstatně menší, většinu tvoří metabolická spotřeba •Roste od autotrofů (uloží do svých těl 0,1% přijaté sluneční energie) přes herbivory (několik málo % energie obsažené v potravě) až po karnivory (10 – 20% účinnost) Osud přijaté energie v organismu konzumenta S trofickou úrovní klesá biomasa i produkce  potravní (trofická) pyramida Ekologické potravní pyramidy A a B – znázorňují tentýž potravní řetězec vyjádřený jednou v hodnotách biomasy (A) a podruhé početnosti (B) C – pyramida hodnot biomasy potravního řetězce vodního ekosystému Krahujec Krahujec Sýkora Sýkora Píďalka Píďalka Dub Dub A B C Planktonofágní ryby Zooplankton Fytoplankton Dravé ryby Ztráty energie v trofickém řetězci Čím delší řetězec, tím větší ztráty ! Potravní řetězce a potravní síť •Koloběh hmoty a tok energie biosférou probíhá přes potravní řetězce, tvořící potravní síť ! •Potravní řetězec je sled trofických (potravních) úrovní, které na sebe navazují •Primární producenti •autotrofní organismy, přeměňující anorganické látky v organické. Dokáží chemicky vázat energii do své biomasy •tato energie udržuje životní procesy všech organismů v potravním řetězci •během průchodu potravním řetězcem degraduje a přeměňuje se v mechanickou energii a teplo •Konzumenti •heterotrofní organismy navazující na primární producenty; konzumenti I., II., popř. vyššího řádu Schéma potravní sítě J i h l a v a Základy ekologie - PDF Stažení zdarma Harp Seal | NOAA Fisheries Co je potravní síť •Potravní síť je soubor potravních vztahů mezi jednotlivými druhy v daném ekosystému, tedy přenos biomasy mezi jednotlivými druhy. Je větvená, zatímco potravní řetězec ne. undefined Arktický ekosystém Facts About Polar Bears | Polar Bear Diet | DK Find Out Killer Whale | NOAA Fisheries 25-inch Arctic Char - Fish Mounts | Official Site Capelin - NAT UK Fisheries Ltd/DFFU/Doggerbank Northeast Arctic cod, haddock and saithe - MSC Fisheries Vztah mezi tokem energie (---- ) a cykly živin (- - - -) Print page Přesun živin a energie v potravním řetězci ve vodním prostředí Plankton Station V prostředí moře Potravní síť v podmínkách Antarktidy 8 Facts That Prove Krill Are More Than Just Tiny Shrimp | Antarctic animals, Krill, Ocean food web Poměr biomasy primárních producentů k biomase konzumentů 1. řádu •Různý v různých biomech: •Step - 100x větší biomasa primárních producentů (10-2) •Lesostep - 1000x (10-3) •Les mírného pásma - (10-4) •Tajga - (10-5 ) •Celková biomasa suchozemských živočichů na Zemi - cca 2.1012 kg - 0,16% biomasy primárních producentů •Mořské ekosystémy - průměrná biomasa živočichů cca 2 – 3x větší Akumulace škodlivin J i h l a v a Základy ekologie - PDF Stažení zdarma Trofická (potravní) pyramida Ekologická pyramida - co to je? Ekologická pyramida - co to je? Akvatický ES Terestrický ES Toky energie v potravních řetězcích Trofické úrovně společenstva: -primární producenti -konzumenti -predátoři Tvoří potravní řetězec pastevně-kořistnický, začíná zelenou hmotou a pokračuje přes konzumenty 1. řádu k predátorům. Naopak dekompozitoři (mikrokonzumenti) patří do detritového potravního řetězce, který začíná mrtvou biomasou. Ekologická účinnost Vztah mezi hmotou a energií v ES Ekologická účinnost versus potravní řetězce Ekologická účinnost •Ekologická efektivita – účinnost přenosu energie živým systémem (jedincem, populací, trofickou úrovní). •Vyjadřuje se nejčastěji jako podíl energie asimilované (A) nebo uložené v čisté produkci (P) z celkového množství energie přijaté (u rostlin LA) nebo konzumované (u živočichů C). •Průměrná hodnota účinnost ekologická je u rostlin 1–5%, u býložravců 2–10%, u masožravců 10–20%. •Čím je hodnotnější potrava, tím je podíl účinnost ekologická větší. Ekologická účinnost Účinnost přenosu energie – Lindeman 1942 Ekologická účinnost versus potravní řetězce Co determinuje délku potravního řetězce ? Účinnost přenosu primární produkce Účinnost přenosu primární produkce Účinnost přenosu primární produkce Dynamika ekosystému Tok energie společenstvem -ekosystémem Tok energie společenstvem - ekosystémem Model trofické struktury a toku energie společenstvem Tok energie trofickými kompartmenty Trofická struktura a stabilita ES Trofická struktura a stabilita ES Stabilita ekosystémů je schopnost autoregulace, tendence zůstat blízko rovnovážnému stavu nebo se tam vrátit po vychýlení. 2 typy stability: Resistence: schopnost nepodlehnout změně při stresu Resilience: schopnost vrátit se k původnímu („normálnímu“) stavu; v současných pracích se ale někdy používá pro jakoukoliv resistenci, asi pod vlivem významu slova v jiných oborech (psychologie). Disturbance / Perturbance: krátkou dobu trvající narušování běžného fungování ekosystému (jeho produkce), které způsobuje změnu druhového složení nebo fungování (pastva, seč, požár, povodeň, narušení svrchní vrstvy půdy s kořeny, vývrat apod.) Disturbance: V ochraně přírody chápána jako opakovaná, pravidelná, predikovatelná s očekávatelným výsledkem…. X V modelování systémů (obecně) se tak ale označuje vnější zásah do systému Perturbance: V ochraně přírody chápána jako neočekávaná, jednorázová událost se zásadním, těžko predikovatelným vlivem na další vývoj ekosystému X V modelování systémů (obecně) se tak ale označuje výkyv ve fungování systému vyvolaný vnitřními procesy. Hystereze: závislost současného stavu ekosystému na minulé perturbanci, která „přepnula“ jeden stabilní ekosystém v jiný stabilní ekosystém (teorie „alternativních stabilních stavů“). Typicky nastává na hranici biomů: savana nebo step se může vyskytovat na místě, kde byl předtím les, aniž by se změnilo klima – mohlo dojít k velkému požáru, a po něm je bezlesí udržováno býložravci a pravidelnými požáry. Stabilita a druhová bohatost monokultura versus polydominantní lesní porost weissova.blog.sme.sk Globální geochemické cykly biosféry Cyklus vody – hydrologický cyklus Cyklus uhlíku (CO2) • Ovlivnění cyklu uhlíku činností člověka: • těžba a spalování fosilních paliv: zvýšení přísunu uhlíku do atmosféry a tedy navýšení množství uhlíku v aktivním globálním cyklu • odvodnění rašelinišť, kácení pralesů: uvolnění uhlíku vázaného v biomase • intenzívní zemědělství (méně humusu), snížení rozlohy lesů • spad dusíku: rychlejší mineralizace organické hmoty • výroba cementu z uhličitanu vápenatého, uvolňuje se CO2 Hořící tropické rašeliniště www.sciencenews.org www.carbonbrief.org Zpětná vazba při oteplování: -uvolnění metanu při tání permafrostu - -uvolňování metanhydrátu ze dna moří (zatím stále jen hypotéza?) - -zvýšená dekompozice rašeliny a humusu Důsledky zvýšené koncentrace CO2: -skleníkový efekt – změny klimatu -zdroj pro primární produkci (zejména C4 rostliny za předpokladu dostatku jiných zdrojů) -menší vysoušení půdy transpirací kvůli méně otevřeným průduchům (opět zejména C4 rostliny) -tzv. „zelenání planety“ – více autotrofů v mořích, zarůstání některých aridních oblastí Důsledky zvýšené koncentrace CH4: -skleníkový efekt – změny klimatu - www.abc.net.au Tato australská poušť se zelená, jinde ale pouště vznikají vostok-ice-core_013107_062554 Globální růst teplot Acidifikace oceánů -Vliv CO2 rozpouštěného ve vodě: oceány pohlcují velké množství nadbytečného CO2 (dokdy ale?), to je ale okyseluje (kyselina uhličitá) - -Vliv znečištění - -Vliv oteplování miami.edu Výsledek obrázku pro carbon emissions of china russia india fossil fuel Emise CO2: Bez Číny, USA, Japonska, Ruska a Indie to nepůjde změnit …. Příkladová studie: Základní složky uhlíkového cyklu lesního ekosystému Vybrané typy ekosystémů Horský lesní ES Horský luční ES Agroekosystém Mokřadní ES Základní komponenty a bilance toku uhlíku do lesního porostu a z lesního porostu (Zelená šipka – fotosyntetická fixace) (Červená šipka – respirace kmenů, půdy, dekompozice, zvětrávání) Hrubá primární produkce čtyř typů ES Čistá primární produkce čtyř typů ES Závislost čisté primární produkce smrkového porostu na dopadajícím fotosynteticky aktivním záření FAR = fotosynteticky aktivní záření Zásoba uhlíku v jednotlivých komponentách horského lesního ES Podíl respirace jednotlivých komponent na respiraci horského lesního ekosystému ve dne (8:00 - 16:00) a v noci (22:00 – 04:00) Koloběh dusíku Ovlivnění cyklu dusíku činností člověka: -těžba a spalování fosilních paliv: zvýšení přísunu dusíku do atmosféry (automobilismus, průmysl) -umělá hnojiva získaná těžbou (např. dusičnan sodný – ledek; síran amonný) -Haber-Boschův proces přeměny atmosférického N2 na amoniak do hnojiv -pěstování bobovitých rostlin (přírodní analogie Haber-Boschova procesu) -zvýšená denitrifikace na orné půdě a emise čpavku ve velkochovech NASA: koncentrace NO2 v troposféře Vztah mezi koloběhem dusíku a uhlíku zprostředkovaný dekompozicí: Více N z atmosféry – zvýšené čerpání P i K z půdy – víc živin v ekosystému – víc živin pro dekompozitory – rychlejší rozklad rašeliny a humusu – uvolňování CO2 do atmosféry. Množství dusíku, který se dostává do ekosystémů z atmosféry se označuje jako atmosférická depozice dusíku. Suchá depozice s prachem, mokrá atmosférická depozice se srážkami (prší dusík). Koloběh fosforu Ovlivnění cyklu fosforu činností člověka: Zvýšení vstupu fosforu do terestrických a sladkovodních ekosystémů: -těžba hornin – výroba hnojiv a čistících prostředků -odpady z rybolovu a jejich využití ke hnojení Důsledkem je eutrofizace (rozvoj sinic, zvýšení produktivity, snížení druhové bohatosti, kontaminace pitné vody apod.) http://www.eniscuola.net Multimediální učební texty z výživy rostlin Ovlivnění cyklu síry činností člověka spočívá zejména v obrovském přísunu oxidů síry do ovzduší. Vstup síry do globálního ekosystému se činností člověka celkově zdvojnásobil. Zvýšení je nerovnoměrné – hlavně průmyslové oblasti. V atmosféře vznikají kyseliny, pH klesá. O kyselém dešti hovoříme, když je pH srážkové vody pod 5,6. Zaznamenáno i pH 2,1. Kyselé deště způsobují i oxidy dusíku, síra však stále „vede“. Důsledky: -přímé poškození organismů (např. vymizení lišejníků, úhyn stromů, dýchací obtíže), -Acidifikace půdy (vyplavení živin se sorpčního komplexu) i vod (úhyn ryb, ústup vod a mokřadů s neutrálním pH apod.) http://lichenportal.org imisní holiny Energie nemůže být opakovaně použita, živiny ano. Živou hmotu tvoří voda (5%) a organické sloučeniny uhlíku (95%). V organických sloučeninách uhlíku se ukládá a akumuluje energie. Při oxidaci uhlíkatých látek CO2 se energie ztrácí. Velká část energie se ztrácí teplem – to může být využito jen na regulaci tělesné teploty, do ostatních procesů již nevstupuje a uniká z ekosystému. Naproti tomu CO2 může být znovu využit pro fotosyntézu. Energie se do ekosystému dodává neustálým slunečním svitem (sluneční konstanta). Chemické látky se na rozdíl od energie mohou recyklovat. Kdyby se nerecyklovaly, jejich zásoba by se brzy vyčerpala a život by zanikl. Recyklaci chemických látek zajišťují heterotrofní organismy. Tok energie a živin Bilance živin v terestrických ekosystémech Vstupy: -zvětrávání matečné horniny – půda -vstup CO2 z atmosféry -spad živin (mokrá a suchá depozice) -fixace dusíku -splachy vodou Výstupy: -uvolňování do atmosféry (C – respirace, N – denitrifikace, rozklad, požár) -vyplavení do povrchových a podzemních vod -export živin pastvou, kosením, těžbou Jeden ze způsobů exportu živin z ekosystému louky Eutrofní ekosystémy: bohaté živinami (N, P, K); převládá několik C-stratégů Mezotrofní ekosystémy: středně bohaté živinami Oligotrofní ekosystémy: chudé živinami Eutrofizace terestrických ekosystémů Bilance živin ve vodních ekosystémech Vstupy: -přitékající vodní toky -depozice -fixace -splachy Výstupy: -odtékající vodní toky -sedimentace -živočichové opouštějící vodu -plynný únik SouvisejÃcà obrázek wordpress.com energyeducation.ca Typy vod podle úživnosti (trofie): shrnutí oligotrofní: chudé N, P, K. Malá produktivita = málo řas, řídká vegetace (parožnatky), dobrá průhlednost. Extrémně neúživné vody se označují jako ultraoligotrofní. mezotrofní: mírně zvýšené množství živin, bujnější, druhově bohatší vegetace eutrofní: hodně živin, velká produktivita (hlavně řasy a sinice – vodní květ), nedostatek kyslíku (v noci, kdy řasy dýchají), toxiny sinic živinami bohaté až toxické sedimenty. Vyšší stupně eutrofie se označují polytrofie a hypertrofie. dystrofní: ultraoligotrofní voda, která je kyselá a zakalená (neprůhledná). Zakalení způsobují huminové kyseliny (rozpuštěný organický uhlík). Ohrožené, s řadou vzácných druhů (rašeliništní jezírka). Děkuji za pozornost !