1 Tok hmoty a energie 2 zkladn pojmy

1 Tok hmoty a energie

2 základní pojmy a fakta • energie = teplo (= hmota) • život založen na uhlíku C, makrobiogenní prvky: C H N O P S • fotosyntéza (oxygenní): vznik organických látek z anorganických; přeměna světelné energie na energii chem. vazeb, potřebuje chlorofyl světlo – 6 CO 2 + 12 H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 H 2 O • respirace = dýchání – C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 H 2 O → 6 CO 2 + 12 H 2 O + 2880 k. J

3 základní pojmy a fakta • evaporace = odpařování (vyžaduje energii → ochlazuje okolí) • transpirace = výdej vody rostlinou; průduchy • evapotranspirace = celkový výdej vody na jednotku území – potenciální evapotranspirace (předpoklad dostatku vody) závisí na sluneční energii

4 evapotranspirace potenciální evapotranspirace aktuální evapotranspirace

5 základní pojmy a fakta • biomasa = hmota organismů na jednotku (plochy, objemu) – i neživé součásti živých organismů (např. dřevo) – jednotky: energie (J) nebo hmotnost sušiny (kg) / plocha – buď zvážím sušinu, anebo spálím a spočítám uvolněné teplo

základní pojmy a fakta • primární produktivita (produkce) PP = rychlost tvorby biomasy na jednotku plochy (objemu) rostlinami (primárními producenty) – J/m 2/den; kg/ha/rok (sušina, uhlík); – hrubá (gross, brutto) (HPP, GPP, BPP); celková asimilace (fotosyntéza) • veškerá organická hmota (biomasa) vytvořená producenty za jednotku času • celková fixace energie fotosyntézou • část HPP je producenty spotřebována na metabolismus (respirace, R) • měřím např. jako bilanci O 2 či CO 2 – čistá (net) (NPP) • hrubá PP zmenšená o metabolickou potřebu producentů (respirace) (NPP = HPP – R) • množství biomasy dostupné konzumentům • sekundární produktivita = rychlost produkce biomasy heterotrofnímy organismy • kompenzační bod – veškerá vázaná energie je prodýchána (HPP = R) 6

7 NPP hlavních biomů tropické deštné lesy mají velmi vysokou NPP, ale! obrovské množství heterotrofů (konzumenti, detritovoři, rozkladači) biomasu spotřebují! S tím souvisí celková ±NEUTRÁLNÍ bilance kyslíku i CO 2!

8 Tok hmoty a energie http: //www. marietta. edu/~biol/biomes/energy_flow. gif

9 ve vodních ekosystémech jsou producenti (řasy, sinice) malí a rychle zkonzumováni netvoří (skoro) strukturní oporná pletiva – účinnější herbivorie

watt = joul/s 10 energetická bilance planety Vesmír 86: 11 (2007) zde jen sluneční energie – existují mořské ekosystémy, využívající geotermální energii

11 tok energie pastevní systém rozkladný systém https: //www. msu. edu/course/isb/202/tsao/images/hb_energy_flow. jpg

12 tok energie opadavý les mírného pásu Molles, 2010

13 tok energie v různých ekosystémech

14 účinnost přenosu energie v trofickém oddílu • průměrná účinnost přenosu energie mezi trofickými hladinami ≈ 10% • ale hodnoty 2% 24%

15 hydrologický cyklus • cyklus poháněn sluneční energií! – velký cyklus (oceán↔pevnina) – malý cyklus (jen nad pevninou; jen nad oceánem) – nepotřebuje život!

16 http: //ga. water. usgs. gov/edu/watercycleczech. html

17 cyklus uhlíku • spjat s energií • neztrácí se! • základní procesy – fotosyntéza – dýchání →spojen s cyklem kyslíku!!! • sedimentuje Ca. CO 3

18

19 množství uhlíku v atmosféře Robert A. Rohde, NOAA ESRL • • maximální fotosyntetická aktivita květen-srpen podobně kolísání den –noc v minulosti i mnohem vyšší! ppm = parts per million; (v = volume (objem)) Yan D F et al. 2009

cyklus dusíku • • • hlavně součást aminokyselin (bílkovin) atmosféra : 78% N 2 rostliny jej přijímají ve formě nitrátu (dusičnan) NO 3 -; v malé míře i NH 4+ z organismů se uvolňuje (je uvolňován) hlavně jako amonný iont (NH 4+) (amoniak NH 3 je toxický!) nitrifikace = oxidace NH 4+ na dusičnany (NO 3 -) přes dusitany (NO 2) – nitritace • hlavně bakterie Nitrosomonas a Nitrosococcus – nitratace • hlavně bakterie Nitrobacter • • fixace N 2 energeticky nákladný proces, enzym nitrogenáza – Rhizobia, Azotobacter, Frankia – symbiotické bakterie – mnohé sinice (heterocysta) • denitrifikace – redukce (dusičnany – dusitanu – oxid dusný – dusík) – některé bakterie 20

21

22 Pravděpodobně hraje roli i dusík uložený v sedimentárních horninách Nature. 477, 78– 81, 2011. http: //www. vesmir. cz/clanek/jak-ekosystem-k-dusiku-prisel

23 • součást ATP, DNA, RNA, . . • dlouhodobý, sedimentační cyklus • uvolněn z horniny jako fosfát (fosforečnan; PO 43 -) • společně s N limitující prvek • po různém čase v biomase se dostane do vody, kde nakonec sedimentuje cyklus fosforu

24 cyklus fosforu

25 cyklus síry • součást některých aminokyselin • při rozkladu org. hmoty se tvoří sulfan (sirovodík, H 2 S) • bakteriální oxidace (síra, sírany SO 42 -) • asimilace sulfátů (síranů) rostlinami • depozice do sedimentů

26