Ekosystémy Výsledek obrázku http://nationalgeogrpahic.com http://cs.mg.co.za/ 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 Přísnější 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 ….. A tomato greenhouse in the Netherlands. Mesocosm = experimentální ekosystém? Ekosystémové experimenty ale někdy probíhají v systémech s dodatkovou energií wikipedia.org http://www.studyenglishtoday.org 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). 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 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 (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. 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) Produktivita a diverzita Chase & Leibold 2002, Nature Palpurina et al. 2018 J Ecol 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). http://sciencebitz.com/ 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 / Perturbace: 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 Perturbace: 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 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 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. 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 narozdíl od energie mohou recyklovat. Kdyby se nerecyklovali, jejich zásoba by se brzy vyčerpala a život by zanikl. Recyklaci chemických látek zajišťují heterotrofní organismy. 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). Globální biochemické cykly http://www.esrl.noaa.gov/gmd/education/carbon_toolkit/images/carbon_cycle.jpg 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 Bez Číny, USA, Japonska, Ruska a Indie to nepůjde změnit …. 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). 36-17-PhosphorusCycle-L 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 Koloběh síry 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