RECETOX, Masaryk University, Brno, CR
holoubek@recetox.muni.cz; http://recetox.muni.cz
Ivan Holoubek
CHEMIE ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ I
Environmentální procesy
(05)
Složky prostředí – základní charakteristiky
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
2
(05) Složky prostředí – základní charakteristika
Složky prostředí, základní charakteristiky.
Ekosystémy – definice, vztahy.
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
3
Osud chemických látek v prostředí
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
4
 Systém je jakákoliv část
Vesmíru („Všehomíru“),
kterou pozorovatel vymezí
(velký, malý, jednoduchý,
složitý – od atomů po celý
Vesmír): jezero, vzorek
horniny, oceán, sopka, horský
hřbet, kontinent, celá planeta;
list je součástí stromu, strom je
součástí lesa.
 Začínáme od malých
podsystémů, pochopení jejich
funkce je však možné jen
v kontextu celého systému.
Koncepce systémů
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
5
Zemský systém
 atmosféra
 hydrosféra
 biosféra
 litosféra
Zemský systém se skládá z menších podsystémů, které spolu
intenzivně „komunikují“
Ty mohou být rozděleny na
další podsystémy – hydrosféra
= oceány, ledovce, vodní toky,
podzemní voda.
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
6
Složky prostředí
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
7
Systémy
 Otevřený
 Izolovaný
 Uzavřený
 Otevřený
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
8
„Box“ modely
 rychlost toků hmoty a
energie z a do systémů
 celkové množství hmoty a
energie v systému
Systémy se obvykle zobrazují jako „box“ modely (snad „krabičkové“). Výhodou je
jednoduchost a pohodlí. Ukazují:
Rezervoáry, doba zdržení, vstupy, výstupy, stacionární stav. Velikost rezervoáru je dána celkovou
bilancí (vstupy – výstupy)
r = k × m
Čím provázanější jsou podsystémy a čím jich je víc, tím vyšší stabilita (mnoho cest, jak reagovat
na vnější vychylování).
Mnoho cyklů a cest se vzájemně překrývá.
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
9
 množství hmoty je stálé a konečné
(omezené zdroje, omezené možnosti
zbavit se nepohodlných látek)
 změny v jedné části systému se
projeví v ostatních částech
(podsystémy jsou otevřené) – stavy
jemně vybalancovaných a
provázaných stacionárních stavů
(řetězové přizpůsobení: vulkanická
erupce v Indonésii může uvolnit
tolik popela do atmosféry, že může
dojít ke změně klimatu a záplavám
v Jižní Americe a suchům
v Kalifornii a tím ovlivnit cenu obilí
v západní Africe).
Život v uzavřeném systému
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
10
Dynamické interakce mezi systémy
Cyklování a recyklování
Neustálý tok hmoty mezi rezervoáry. Jak to, že…
 Je složení atmosféry konstantní ??
 Se nezvyšuje ani nesnižuje salinita oceánů ??
 Je složení hornin 2 miliardy a 2 miliony starých stejné ??
Přirozený tok hmoty na Zemi – cykly.
Hmota přechází mezi rezervoáry, různé části toků se vzájemně
vyrovnávají (jsou obsaženy zpětné vazby):
Množství hmoty, které „přiteče“ je rovno množství hmoty, které
„odteče“.
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
11
Energetický cyklus
Zahrnuje externí a interní zdroje energie – pohání globální systém a všechny
jeho podcykly. Celkový „rozpočet“ (příjmy a výdaje) energie je vyrovnaný.
Pokud by nebyl, Země by se buď přehřívala nebo chladla až do dosažení
rovnováhy.
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
12
Energetické vstupy
Celkový příjem: 174 000 teraW (174 000×1012 J/s) (člověk užívá 10
teraW za rok)
Sluneční záření: 99,986 % z celkového množství – pohání vítr,
déšť, oceánské proudy, vlny; fotosyntézu.
Geotermální energie: 23 teraW (0,013 % z celkového příjmu) –
vulkanická činnost, horninový cyklus
Energie přílivu: 3 teraW (0,002 % z celkového příjmu) – rotace
Země a gravitační přitažlivost Měsíce; pohyb vodní hmoty vůči
horninám působí jako „brzda“ zemské rotace
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
13
Energetické výstupy
Odraz kolem 40 % slunečního záření je nezměněno odraženo zpět
(albedo)
Degradace a znovuvyzáření 60 % slunečního záření absorbováno,
přechází nevratně z jednoho rezervoáru do druhého až skončí
jako teplo, které je opět vyzářeno v dlouhovlnné
(infračervené) oblasti.
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
14
Energetický cyklus
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
15
Hydrologický cyklus
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
16
Globální antropogenní cyklus
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
17
Geochemický cyklus
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
18
Biochemický cyklus
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
19
Cyklus látek v prostředí
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
20
Ovzduší
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
21
Ovzduší
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
22
Hydrologický cyklus
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
23
Hydrologický cyklus
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
24
Otevřený oceán
Atmosférická směsná
vrstva (e.g., 200-1000 m)
Směsná vrstva na
povrchu oceánu (e.g.,
50-100 m)
Hluboký oceán
Koncetrace
plynná fáze
Výměna plynů
Suchá a mokrá depozice
Atmosférická hmota a
srážky
Plankton
C re-cycling
Potravní
řetězce
Mořský
sprey
Toky do hlubin spojené s C
Rozpuštěná fáze
K. C. Jones
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
25
Geosféry a horninový cyklus
 Geosféry
 Zvětrávání a půdy
 Ztráta půdy
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
26
Geosféry a horninový cyklus
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
27
Geosféry a horninový cyklus
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
28
Chemická a fyzikální degradace hornin na relativně jemné částice
(půdy a sedimenty) a rozpuštěné látky, klíčový prvek
exogenního geochemického cyklu
 salinita oceánů
 výživa pro biotu
 rudy
 transformace povrchu
 spotřeba H+
 spotřeba CO2
Zvětrávání
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
29
CaAl2Si2O8 + H2CO3  CaCO3 + Al2Si2O5(OH)4
2 NaAlSi3O8 + 11 H2O  2 Na+ + 2 OH– + Al2Si2O5(OH)4 + H4SiO4
3 NaAlSi3O8 + H2CO3 + 7 H2O  3 Na+ + 3 H4SiO4 + Al(OH)3 + HCO3
–
3 NaAlSi3O8 + Mg2+ + 4 H2O  2 Na0,5Al1,5Mg0,5Si4O10(OH)2 + 2 Na+ + H4SiO4
Mg2SiO4 + 4 H2O  2 Mg2+ + 4 OH– + H4SiO4
Mg2SiO4 + 4 H2CO3  2 Mg2+ + 4 HCO3
– + H4SiO4
Mg2SiO4 + 4 H +  2 Mg2+ + H4SiO4
mnohotvárnost reakcí proti vysokoteplotním procesům
Zvětrávání
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
30
 směs produktů zvětrávání, organických látek a zbytků původních hornin a
vody
 typická půda 5 % organických látek, 95 % anorganických
 posloupnost vrstev (půdní profil); složení je závislé na klimatu (T, srážky
atd.), vegetaci, času, podložní hornině
Půda
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
31
Půdní povrchová vrstva
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
32
Nasycená zóna
Povrchová půda
Nenasycená
Kapilární třáseň Blízko nasycení
Vodní tabule
Vadozní zóna
Rozsahmezi10až100’smetrů
Každá zóna obsahuje:
1. Minerální frakce
2. Organická frakce
3. Kapalná fáze
4. Plynná fáze
Interakce
Lito-ekosféra
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
33
Geochemie půdy
 Acidobazické a výměnné reakce
v půdách
 Makroživiny
 Mikroživiny
 Pesticidy a chemické odpady v
půdách
 Ztráta půdy - dezertifikace
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
34
 eroze
 dezertifikace
Ztráty půdy
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
35
Kumulace chemických látek v půdách a jejich osud
Výměna
vzduch - povrch
Přímé
aplikace
Fyzikální mísení –
‘zředění’ s hloubkou
Biodegradace
‘Occlusion’
K. C. Jones
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
36
Terestrický (suchozemský)
- louky, lesy, pole
Akvatický (vodní)
- mořský
- sladkovodní
- řeky, rybníky, podzemní vody, močály
Ekosystém
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
37
Neživé složky ekosystémů
- Podloží
- Půda
- Voda
- Sedimenty
- Ovzduší
- Klima, krajina
Organismy
- Viry
- Bakterie
- Houby
- Rostliny
- Živočichové
+ Člověk
Ekosystém
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
38
Složky prostředí
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
39
Ucelený soubor organismů a jejich prostředí – prostředí je
zpravidla primární a určující.
Tvoří základní strukturně funkční jednotku krajiny i celé biosféry.
Je prostorový útvar, v němž biotické (živé) a abiotické (neživé)
složky jsou vzájemně propojené rozmanitými vztahy
Ekosystém
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
40
Fyzikální parametry – sluneční záření (zdroj E), T a její kolísání,
vlastnosti okolního prostředí (A, W, S).
Chemické parametry – složení prostředí.
Vedle živé složky (biocenóza) zahrnuje i neživé prostředí (biotop)
Ekosystém
Biocenóza – společenstvo druhů
organismů
Ekotop – územní jednotka se
stejnými půdními, klimatickými,
tvarovými znaky
Ekosystém
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
41
Podle míry ovlivnění člověkem rozlišujeme
 přirozené ekosystémy (bučina, rašeliniště aj.)
 umělé ekosystémy (smrková monokultura, pole, vinice
atp.)
Typy ekosystémů
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
42
 skály, sutě, jeskyně
 suché bezlesé biotopy (primární a sekundární bezlesí)
 rybníky a tůně
 tekoucí vody (řeky s hlubokou erozí, boční erozí a větvením
koryta)
 mokřady (rašeliniště, vrchoviště, slatiny, travertiny, eutrofní
mokřady, slaniska)
 hory
 lesy
 tradiční kulturní krajina s převahou zemědělství (kulturní
step, vesnice, louky, pole)
 moderní průmyslová krajina (lidská sídla, synantropizace..)
Typy ekosystémů (biotopů) v ČR
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
43
vlivy vnějšího
prostředí
reakce
ekosystému
EKOSYSTÉM
atmosféra pedosféra
rostliny
houby
živočichovémikro-
organismy
stanoviště
(biotop)
biocenóza
Všechny ekosystémy jsou charakterizovány především:
tokem energie koloběhem látek vývojem
Schéma ekosystémů
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
44
Ekosystémy jsou otevřené systémy, které se svým okolím
vyměňují energii i látky:
Vstupy:
 Sluneční záření
 Oxid uhličitý
 Voda
 Živiny (minerály uvolňované do půdy zvětráváním
horninového podloží, atmosférický spad nebo příchod
nových druhů organismů či jejich diaspor)
Ekosystém – otevřený systém
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
45
Výstupy:
 Vyzařování (odpadní teplo)
 Vymýváním látek z půdy
 Povrchový odtok
 Větrná eroze
 Vystěhování organismů
 Sklizeň biomasy z obdělávaných ekosystémů (pole, louky)
Ekosystém – otevřený systém
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
46
Biom Soubor ekosystémů podobných typů
Ekosystém – společenstva rostlin, živočichů a protistů – tvořená
populacemi příslušníků jednotlivých druhů
Ekologická nika – určitá funkce, kterou má ten či onen druh
v daném ekosystému
Úrovně biologické organizace: molekula – část buňky – buňka –
tkáň – orgán – organismus – populace – společenstva organismů
– ekosystém - biom
Ekosystém
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
47
Biotické složky prostředí
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
48
Základní rysy metabolismu jednotlivých živých
organismů
Živé organismy
Rostliny Protisti Živočichové
Nižší protisti
(eukaryota)
Vyšší protisti
(prokaryota)
Bakterie Sinice Řasy Houby Prvoci
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
49
celkovývlivdruhuvespolečenstvu
podíl v biomase druhů
KLÍČOVÉ DRUHY
VZÁCNÉ DRUHY
DOMINANTNÍ
DRUHY
BĚŽNÉ DRUHY
vlci, kaloni, fíkovníky,
patogenní org.
motýli, řada rostlin
lesní stromy,
vysoká zvěř
stromy spodního
podpatra, keře
Odstranění jediného klíčového druhu může někdy vyvolat tzv. vymírací kaskádu (→ pokles
biodiverzity)
Klíčovými druhy mohou být i různí opylovači či roznašeči semen
(plodů) nebo symbiotické organismy
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
50
50
Samostatnou skupinu klíčových druhů představují tzv. ekosystémoví stavitelé
(ecosystem engineers), kteří zásadním způsobem ovlivňují prostředí
(fyzikální podmínky) společenstva i celé krajiny – např. bobři, žížaly,
termiti aj.
Termiti, kteří se
vyvinuli již před 145
mil. lety, patří mezi
nejvýznamnější
ekosystémové
stavitele světa zvířat.
Ekosystémoví stavitelé
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
51
PRODUCENTI
KONZUMENTI DESTRUENTI
Biotické
faktory
Podle funkčního postavení v ekosystému a podílu na přeměně
látek a energie lze organismy rozdělit na:
Základní složky ekosystému a jejich vzájemné
vazby
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
52
Základní typy metabolismu
Organismy
Foto-
litotrofní
Fotoorga-
notrofní
Chemo-
litotrofní
Chemoor-
ganotrofní
Zdroj E Světlo Světlo Oxidace Oxidace
Zdroj H+, e H2O (H2S) Organické
látky
H2O (H2S) Organické
látky
Zdroj C CO2 CO2 CO2 Organické
látky
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
53
První skupina: typicky autotrofní organismy (pouze světlo a
anorganické živiny)
Základní proces látkové výměny: fotosyntéza (asimilace CO2)
6 CO2 + 6 H2O + 2,82 . 106 J  C6H12O6 + 6 O2
Sluneční
záření
Zelené
rostliny
E
CO2
O2
Živočichové
Sacharidy a jiné
Základní metabolismus
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
54
Druhá skupina – fotoorganotrofní – pouze bakterie jedné čeledi
Třetí skupina – chemolitotrofní – opět jen některé bakterie:
 nitrifikační – oxidace NH3  NO2
-  NO3

sirné – oxidace S0 a jejich sloučenin
 železité – oxidace Fe2+ na Fe3+
Čtvrtá skupina – organismy heterotrofní – všichni živočichové a většina
protistů
Většina organismů potřebuje vzdušný kyslík.
Mezi bakteriemi existují i další metabolické typy (konečným akceptor e –
oxidace jiné látky:
 SO4
2- - redukce na H2S
 NO3
- - denitrifikace na N2, N2O
 CO2 – redukce na CH4
Základní metabolismus
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
55
Společný znak metabolismu heterotrofů – látkovým i energetickým zdrojem
jsou organické látky z vnějšího prostředí
Konzumenti – konzumují
živou biomasu (býložravci,
masožravci)
Reducenti (destruenti, rozkladači) –
konzumují biomasu mrtvou – heterotrofové
z říše protistů – bakterie a houby
Zvláštní metabolické typy:
Bakterie a sinice vážící N: pomoci enzymu nitrogenázy dokáží rozbít
neobyčejně pevnou vazbu molekulárního dusíku a vázat jej do
organických nebo anorganických molekul
Bakterie schopné rozložit pevné, stabilní organické látky: CH4, nasycené
uhlovodíky, benzen..
Organismy žijící v extrémních podmínkách: horké prameny, Sahara, nasycený
roztok NaCl, nízké pH..
Základní metabolismus
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
56
Ekosystém = producenti + konzumenti + destruenti
Zdroj E – sluneční záření
1-5 % dopadajícího slunečního
záření využívají k asimilaci
Polovina asimilované energie
se ztrácí při dýchání a polovina
(0,5 – 3 % dopadající E) je
využito ke tvorbě biomasy
Zbytek sluneční E
- odraz (10-25 %)
- absorpce rostlinami –
přeměna na tepelnou E –
spotřeba jako výparné teplo
vody – přebytek (80 %) vyzářen
ve formě tepelného záření
Živí se těly producentů:
- primární (býložravci)
- sekundární
- terciární
Žijí z těl a odpadů jiných
organismů (zbytky,
odumřelé organismy)
Výsledek činnosti
destruentů – nic se
neakumuluje, vše je znovu
využito a znovu zapojeno do
koloběhu látek
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
57
Producenti (P) – autotrofní organismy tvořící z jednoduchých
anorganických látek látky organické, buď prostřednictvím
fotosyntézy (zelené rostliny, sinice), nebo chemosyntézy
(některé bakterie, např. sirné či nitrifikační).
Producenti
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
58
Konzumenti (K) – heterotrofní organismy (většina živočichů),
živící se přímo či nepřímo organickými látkami vytvořenými
producenty.
Podle typu výživy se dělí na:
(1) býložravce (herbivoři, fytofágové, K1),
(2) masožravce (karnivoři druhého řádu - K2, třetího řádu - K3
atd.
(3) všežravce (omnivoři).
Konzumenti
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
59
Destruenti (rozkladači, dekompozitoři, D) – různé skupiny
organismů živící se mrtvou organickou hmotou (detritem); tu
postupně rozkládají až na jednoduché látky – CO2, H2O,
aminokyseliny, minerální živiny, které mohou být opět využity
producenty.
Patří sem heterotrofní organismy makroskopických i
mikroskopických rozměrů (hlavně houby a bakterie, dále
žížaly, hmyz (např. chvostoskoci), prvoci, roztoči,
mnohonožky, stonožky aj.)
Žijí převážně v půdě (kde tvoří součást
edafonu), zčásti též na povrchu rostlin i
na různých odumřelých organických
zbytcích
chvostoskok
stonožka
škvorová
Destruenti (rozkladači, dekompozitoři)
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
60
Autotrofními organismy (tj. producenty) vyprodukované
organické látky tvoří primární produkci ekosystému.
Fotosyntézou vzniká určité množství biomasy, tzv. hrubá
primární produkce (PG), která je závislá na výkonnosti
fotosyntetického aparátu porostu či rostliny; nelze ji však
v přírodě přímo měřit, protože rostlina část asimilované
energie ztrácí v podobě tepla dýcháním - v průměru kolem
50 - 75 %.
PG = PN + R
R – ztráty dýcháním rostlinných orgánů
PN - čistá primární produkce
Produkce = vytvořená biomasa kg .m-2; g C . m-2; J . m-2
Produkce ekosystému
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
61
Primární produkce obecně roste od pólů k rovníku v závislosti na
růstu:
 Intenzity světla
 Průměrné teploty
 Délky vegetačního období
Roční čistá primární
produkce Země
(g sušiny. m-2. rok-1)
Primární produkce ekosystému
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
62
Organické látky vytvořené v tělech všech heterotrofních
organismů (konzumentů a destruentů) odpovídají sekundární
produkci ekosystému.
Produktivita představuje množství energie vázané do nové biomasy (sušiny)
vztažené na určitou plochu za jednotku času, např. za celý rok, nebo jen
za vegetační periodu kg .m-2. rok-1; g C . m-2 . rok-1.
 V terestrických ekosystémech produktivita obecně klesá s rostoucí
nadmořskou výškou a rostoucí ariditou klimatu, a zpravidla stoupá
s rostoucím množstvím dostupných živin (hlavně N, P, K)
 Asi 3/4 plochy Země pokrývají málo produktivní ekosystémy – otevřené
oceány, pouště a polopouště, tundra, oligotrofní jezera
 Nejvyšší produktivitu mají tropické deštné lesy, monzunové lesy, korálové
útesy; intenzivně obdělávaná půda
Sekundární produkce ekosystému
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
63
Vyšší produktivita většinou úzce koreluje s vyšším druhovým
bohatstvím; výjimkou jsou druhově velmi bohatá
společenstva na chudých půdách v jižní Africe a v Austrálii
V mořích a oceánech jsou nejproduktivnější vody při pobřeží
(dokonalé promíchání díky bouřím a mořským proudům),
výstupné proudy lokálně výrazně zvyšují produktivitu
mořského ekosystému !
Chladné vody jsou produktivnější než teplé (zřejmě proto, že jsou bohatší na
živiny (např. fosfáty jsou více rozpustné v chladnější vodě)
Energie se v ekosystému zpravidla nemůže výrazněji hromadit (×
fosilní paliva)  jednostranný tok energie, který je realizován
prostřednictvím trofických vztahů.
Sekundární produkce ekosystému
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
64
Přenosy látek a energie v ekosystémech se uskutečňují v
potravních (trofických) řetězcích, které propojují jednotlivé
potravní úrovně.
Potravní řetězec představuje posloupnost (sled) organismů, které
jsou ve vzájemných potravních závislostech, tj. jeden požírá
druhého, přičemž sám se stává potravou v následující
trofické úrovni.
Obecně: P  K1  K2  K3  …
V každém ekosystému musí existovat minimálně 2 trofické
úrovně.
Potravní řetězce
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
65
Potravní řetězce mívají v průměru 4 články:
Nejdelší trofické řetězce jsou ve vodních ekosystémech, např.
fytoplankton  zooplankton  drobné ryby  dravé ryby 
draví kytovci  lední medvěd (maximálně kolem 10 článků)
Existují 3 typy potravních řetězců (podle toho, zda začíná živou
biomasou či mrtvou organickou hmotou):
 pastevně-kořistnický
 detritový (= dekompoziční)
 parazitický – spojuje různé skupiny parazitů (cizopasníků)
Potravní řetězce
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
66
Pastevně-
kořistnický
řetězec
Detritový
řetězec
čistá primární
produkce
půdní organická
hmota
c1
C2
H
R
R
R
B + F
M
C
R
R
R
H – herbivoři, C1- primární karnivoři, C2- sekundární karnivoři; B – bakterie, F –
houby, M – mikrobivoři (prvoci aj.), C – karnivoři, R – respirační ztráty
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
67
Pastevně-kořistnický řetězec
(zelená
rostlina)
I. trofická
hladina
II. trofická
hladina
(herbivor)
(primární
karnivor)
III. trofická
hladina
IV. trofická
hladina
(sekundární
karnivor)
účinnost 0,2 %
účinnost 5-20 %
účinnost 5-20 %
účinnost 5-20 %
producent
konzument
1. řádu
konzument
2. řádu
konzument
3. řádu
R
R
R
zelená rostlina
motýl
vážka
žába
had
dravý pták
P
K1
K2
K3
K4
K5
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
68
Koloběh
látek
Konzumenti
2. řádu K2
R
RR
R
Konzumenti 1. řádu
(herbivoři) K1
Konzumenti
3. řádu K3
R
Producenti P
Koloběh látek a tok energie
D
D
D
D
Tok energie
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
69
Potravní (= trofická) síť představuje systém vzájemně
propojených potravních řetězců (ukazuje, které druhy
v rámci biocenózy jsou spolu potravně propojeny).
Čím je potravní síť určitého biotopu hustší, tím stabilnější zde
bývá biologická rovnováha;
Potravní sítě
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
70
Producenti
Konzumenti 1. řádu
Konzumenti 2. řádu
Konzument 3. řádu
Rostlina CRostlina A Rostlina B
Potravní síť
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
71
Potravní závislosti, tj. postupný pokles celkové biomasy, energie či počtu
jedinců v jednotlivých trofických úrovních lze graficky znázornit pomocí
ekologických pyramid.
Pyramida energie – představuje nejobjektivnější
způsob vyjádření trofické struktury
ekosystému (je náročná na údaje …); má
vždy klasický tvar, protože všechny
energetické přechody jsou spojeny se
ztrátou energie P
K1
K2
K3
pomalejší
rychlejší
Pyramida biomasy – každou trofickou úroveň
zastupuje biomasa organismů
D
P
K1
K2
K3Terestrický
ekosystém Biomasa producentů bývá nejméně
1000krát větší než biomasa K + D.
Ekologické pyramidy
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
72
Pyramida (a) množství a trofických úrovní v ekosystému (b)
energie a individuální velikosti potravního řetězce
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
73
Pyramida (a) množství a trofických úrovní v ekosystému (b)
energie a individuální velikosti potravního řetězce
Pyramida
znečištění
Research Centre for Toxic Compounds in the Environment
http://recetox.muni.cz
74
Pyramida četnosti – odráží jev, že počet jedinců od první
k poslední trofické úrovni (vrcholoví predátoři) se obvykle
strmě zmenšuje
 Při přechodu na vyšší trofickou úroveň je pokles početnosti
doprovázen zvětšením rozměrů
 Obrácené poměry jsou u parazitických řetězců (parazité jsou
menší a početnější než hostitel)
 Existují i „obrácené“ pyramidy četnosti – např. strom
s velkým počtem herbivorního hmyzu
K1
K2
K3
P P ~ strom
Pyramida četnosti