Agroekologie Základy agroekologie doc. Ing. Josef Soukup, CSc. katedra agroekologie a biometeorologie www.af.czu.cz/kab místnost FAPPZ 145 garant předmětu
Přednášky: • • • • • •
organismy a prostředí produkční ekologie biodiverzita domestikace zemědělské systémy zemědělská krajina
Další přednášející: • Dr. Ing. Jan Pivec – abiotické faktory prostředí
• prof. Ing. Josef Kozák, DrSc. dr.h.c. – pedogeneze, půdní prostředí, ochrana půdy
• prof. Ing. Pavel Tlustoš, CSc. – biogeochemické cykly, kontaminace prostředí
Aktuální informace z katedrových stránek
Studijní literatura • Prezentace z přednášek: portál http://student.czu.cz • Begon, M., Harper, J. L., Townsend, C. R.: Ekologie. Olomouc, Vydavatelství Univerzity Palackého, 1997. • Barták, M.: Ekologie řízených autotrofních ekosystémů, 2002 • Barták M.: Kapitoly z agroekologie (CD)
Odborné a vědecké časopisy • Plant, Soil and Environment • Agriculture, Ecosystems and Environment • Agricultural systems
Zkouška • Zápis na zkoušku po udělení zápočtu prostřednictvím aplikace hroch.czu.cz • Termíny vypisovány pro 50 studentů • Písemná zkouška – 3 otázky (obecná i speciální část) • Zápis na zkoušky od počátku zkouškového období!
Přednáška č.1 • Přirozené ekosystémy a agroekosystémy – vymezení shodných a odlišných rysů • Struktura a funkce agroekosystémů
Organizace živé hmoty (živé systémy) • Buněčné organely, buňka, tkáně/pletiva • Jedinec – organismus žijící v prostředí, které mu poskytuje podmínky pro život: • terestrické, amfibické, akvatické organismy
• Populace – soubor jedinců téhož druhu žijících v určitém prostoru a v určitém čase
• Společenstvo – soubor vzájemně se ovlivňujících a přizpůsobujících populací různých druhů s podobnými nároky na prostředí
Prostředí – Environment – Umwelt – Okružajaščaja sreda Ekologické faktory: - poskytují zdroje nezbytné k životu - ovlivňují životní pochody a projevy - ovlivňují rozmnožování a disperzi - předurčují zeměpisné rozšíření - podporují vznik adaptačních mechanismů - ...
Prostorové vymezení prostředí •Ekotop - souhrn abiotických faktorů •Monotop - prostředí osídlené jedincem •Demotop – prostředí populace •Biotop - prostředí osídlené společenstvem •Areál – oblast výskytu sledovaného taxonu (např. původní, adventivní) •Lokalita – přesně účelově vymezená oblast (např. pro experimenty nebo pozorování)
Ekologické faktory • Abiotické • • • • •
geografické geologické klimatické pedologické hydrologické
• Biotické • biotické interakce • trofické vztahy • antropogenní vlivy
Ekosystém (Ecosystem) Část biosféry zahrnující na sobě závislé rostliny a zvířata a jejich fyzikální a chemické prostředí (funkční soustava živých a neživých složek spojených navzájem výměnou látek a tokem energie, které se vzájemně ovlivňují a vyvíjejí se v určitém prostoru a čase). Podle Oduma (1997): „nenáhodná akumulace hmoty a energie v prostoru, organizovaná interakcí svých subsystémů a prvků, přičemž subsystém živého je považován za centrální“.
Základ fungování ekosystémů • Hmota – pro stavbu těla a růst – obíhá ekosystémy v cyklech – „biogeochemické cykly“
• Energie – pro metabolismus, růst a vnější aktivity (vůči ostatním organismům a prostředí) – ekosystémem pouze proteče – „tok energie“
Charakteristika ekosystému (Wikipedie, 2006)
• Ekosystém se skládá ze složky živé, tvořené organismy (tzv. společenstvo neboli biocenóza) a složky neživé, tvořené prostředím (biotopem). • Základní funkce ekosystému jsou koloběh látek (tzv. biogeochemické cykly) a tok energie. • Energie vstupuje do většiny ekosystémů dvojím způsobem: – Ze slunečního záření. Přeměnu energie slunečního záření na další formy energie nazýváme transformace nebo též disipace. – Formou energetického dodatku (z jiného ekosystému). Energetický dodatek přitom může být přirozený (příliv, mořské proudy, vítr, záplavy…) nebo antropogenní (hnojení, práce techniky, vypouštění odpadních vod...).
Ekologie (Ecology, Ökologie, Ekologija) oikós = dům logio = slovo, nauka Nauka o vzájemných vztazích živých systémů mezi sebou a prostředím
Ekolog • Osoba (vědec) zabývající se vztahy organismů mezi sebou a prostředím
Ekolog ?
Ekologický aktivista
Agroekologie
Nauka o interakcích mezi hospodářsky významnými organismy a prostředím v zemědělských využívaných (produkčních) ekosystémech (agroekosystémech)
Agroekosystém Komplex hospodářsky významných organismů a prostředí, vzájemně propojených množstvím vazeb uvnitř i navenek, ovlivňovaný člověkem za účelem získání zemědělské produkce.
Schéma energomateriálových toků v agroekosystému
(Duvigneaud, 1988)
Struktura agroekosystému • Neživé (abiotické) složky – „biofyzikální prostředí“ • Živé (biotické) složky – hospodářsky významné organismy – asociované organismy – člověk
• Vzájemné interakce
Biotické složky agroekosystémů • Produkční organismy – získané procesem domestikace – vysoká výkonnost – požadované fyziologické a biochemické vlastnosti – vyšší nároky na úroveň produkčních faktorů – snížení odolnosti negativním vlivům prostředí
Biotické složky agroekosystémů • Asociované organismy – škodlivé • plevele, choroby, škůdci • nutnost jejich regulace pod hranici škodlivosti
– užitečné (beneficiální) • půdní biota – detrivoři, fixátoři N, ... • predátoři škůdců • hostitelské rostliny predátorů
– indiferentní • zvyšující agrodiverzitu • posilující trofické sítě
Biotické složky agroekosystémů • Člověk – produkční funkce • určuje strukturu a fungování agroekosystémů • omezuje negativní působení abiotických faktorů prostředí • reguluje výskyt nežádoucích organismů • zasahuje do biogeochemických cyklů (posiluje, otevírá)
– mimoprodukční funkce • tvorba kulturní krajiny • sociální funkce • ochrana přírodních zdrojů?
Funkce agroekosystému • Vnitřní – materiálové a energetické toky mezi jednotlivými prvky = zajištění funkčnosti
• Vnější – zeměděská produkce = materiálové energetické zdroje pro lidskou potřebu
a
Vlastnosti agroekosystémů (ekosystémů typu „ager“) • cílená selekce (výběr) organismů – výběr produkčních organismů a potlačování škodlivých = snížená druhová pestrost (ochuzení, pauperizace)
Vlastnosti agroekosystémů (ekosystémů typu „ager“) • otevírání a zesilování materiálových toků – odběr hospodářským výnosem x nutnost doplňování živin, vkladu práce, energie, ...
Vlastnosti agroekosystémů • regulace člověkem z vnějšku – oproti autoregulaci v přirozených ekosystémech • ovlivňování abiotických faktorů prostředí
Vlastnosti agroekosystémů • cílené a opakované udržování ekosystému v juvenilní fázi sukcese – „antropogenní disklimax“
Řízení (management) agroekosystémů
• Produkční funkce • Mimoprodukční funkce
Řízení (management) agroekosystémů • zemědělství je „bioekonomická“ aktivita – řízení biologických, technologických a sociálně ekonomických složek
• usměrňování energomateriálových toků s cílem (ekonomické) optimalizace produkce – využití sluneční energie, živin, velký podíl skliditelných částí, ... – volba vhodných nástrojů a intenzity jejich používání
Růst populace a spotřeby • roční přírůstek 80 mil. obyvatel, tj. +1 mld. za 1213 let • roční přírůstek 1 – 5 %, subsaharská Afrika zdvojnásobení za 25 – 30 let • v r. 2025 (2050) bude na Zemi 8 mld. obyvatel, z toho 6,8 mld v rozvojových zemích • změna výživových zvyklostí – vyšší spotřeba živočišných potravin – 40 % produkce zrnin jako krmiva • zemědělská produkce pro energetické účely v rozvinutých zemích snižuje dostupnost potravin
Produkce potravin • Od druhé světové války zdvojnásobení počtu obyvatel, ale ztrojnásobení produkce potravin • Důvodem intenzifikace zemědělství – „Zelená revoluce“: minerální hnojiva, pesticidy, závlahy, nové odrůdy • od r. 1990 stagnuje produkce zrnin na obyvatele, Afrika 30 % pokles od r. 1970 • nutnost nárůstu produkce v Asii a J. Americe o 30 – 80 % do r. 2050, Afrika o 300 %!! • zvyšující se požadavky na efektivitu produkce • obrovský tlak na přírodní zdroje • nutnost kvalifikovaného řízení agroekosystémů
Růst lidské populace
Růst populace a výměra půdy
Oblasti s podvýživou
Mimoprodukční funkce • Zajištění pracovních míst a omezení migrace obyvatelstva do měst • Tvorba kulturní krajiny a její údržba • Ochrana a využití přírodních zdrojů (půda, voda) • Rekreační funkce • .... multifunkční venkov
