Anyagáramlás a közösségekben

Anyagáramlás a közösségekben "Fiziológiai ökológia" (az élőlények miként szerzik meg és használják a szükséges kémiai anyagokat) ¼ biogeokémia Anyagok kompartmentekben: - szervetlen anyagok (kémiai elemek): légkör, litoszféra, hidroszféra - a szerves anyag kompartmentje a bióta A biogeokémia tárgyköre az anyagok kompartmentek közötti mozgásának, "viselkedésének", fluxusának vizsgálata, valamint, hogy az élőlények miként akkumulálják, transzportálják az anyagokat. (Sok anyag fluxusa csak geokémiai szinten folyik, élet nélkül.) A skálázás fontossága: lokális (mikro) ¼ globális (makro) pl., egy folyócska és annak vízgyűjtő területe a vizsgálódás természetes egysége.

1

Szentesi-Állatökológia-Anyagáramlás

Az anyag "sorsa" a közösségekben A leggyakoribb alkotórész: a víz. [A "maradéknak" >95 %-a C-tartalmú vegyület ¼ energiatárolás ¼ energia felszabadítása (metabolizmus, oxidáció) ¼ CO2] C belépése a rendszerbe ¼ fotoszintézis ¼ cukor, zsír, fehérje, cellulóz ¼ fogyasztás ¼ másodlagos produkció ¼ energia munkavégzéshez ¼ CO2 ¼ C ¾ hő (tovább nem használható, kivéve testhőm. fenntart.) Az energia újra nem használható fel ¼ folyamatosan elérhető a napenergiából. (Minden egyes joule csak egyszer használható.) (Egyedül a dekomponáló rendszerben mozog, de nem ciklizál!!) Ezzel szemben a kémiai anyagok csak "formát" változtatnak, pl. N2 ¼NH3 ¼ NO2- ¼ NO3- ¼ protein ¼ NO2- újra stb. = RECIKLIZÁCIÓ Szerves állapotba kerülve (élő biomassza) csökken az elérhetőség ¼ heterotrofok és dekomponálók jelentősége 2 Szentesi-Állatökológia-Anyagáramlás

Az energia áramlás és a táplálékok körforgása közötti kapcsolat:

Energia Szervetlen anyag Szerves anyag

A rózsaszín nyilak a szabad, anorganikus állapotú, a vörösek a szerves anyagban megtalálható táplálékokat, a szürke nyilak pedig az energia áramlását jelentik. Táplálékok egyenlege ("budget") input ≅ output (ha nincs akkumuláció) pl. szukcesszió = input >output deforesztáció = input < output

Terresztris közösségekben Inputok KŐZETMÁLLÁS - mechanikai - kémiai (abiotikus és biotikus) ¼ H2CO3 ill. szerves savak ¼ főként Ca és K

3


ATMOSZFÉRIKUS - CO2 - N2, NH3, NOx (eső: 1-2 kg N/ha/év) N2 fixáció: pl. Alnus >80 kg N/ha/év Leguminosae: 100-900 kg N/ha/év CSAPADÉKOK (eső, hó, köd) - gázok (S és N oxidok) - aeroszolok (Na, Mg, Cl2 és SO42-) - szilárd-részecskék (vulkáni por: Ca, K, SO42-) SZÁRAZ LERAKÓDÁS - SO42-, Ca, K, NO3- ¼ közvetlenül a lombozatra HIDROLÓGIAI (vizekbe való bemosódás) pl. 600-2000 g P/m2/év HUMÁN AKTIVITÁS - égetés: CO2, NOx, SO2, CO - mezőgazdaság - szennyvíz Outputok RECIRKULÁCIÓ a trofikus rendszeren belül, pl. N atom

A Szaharából az amazoni medencébe jutó por évi mennyiségét 13 millió tonnára becsülik. Ion tartalma (K+, Fe3+, NO3-, NH4+ és P3+) igen fontos az esőerdő funkciói számára.

LÉGKÖRBE-kerülés - a fotoszintézis hozzávetőleges évi C-egyenlege: a felhasznált CO2 és a termelt és újrafelhasznált O2 nagyjából egyenlő

4


- anaerob viszonyok ¼ CH4, H2S - Pseudomonas - NO3- redukció ¼ N2 felszabadítás - állati exkrétumokból ¼ NH3 - tüzek (igen gyors veszteség!) VÍZI útvonalakon (mozgó- és talajvíz) igen nehéz kvantifikálni kimosódás - elszállítás Fe és P nem mobilis

Vízgyűjtő terület, mint természetes vizsgálati egység HIDROLÓGIAI ciklus: sugárzó E óceán ¼¼¼¼ párolgás ¼ atmoszféra (szél szétszórja) ¼ csapadék ¼ talaj, tó ¼ veszteség: evapotranspiráció, elfolyás, elszivárgás ¼ tápanyagok lépnek be ¼ felhasználás (növényzet, állatok) Példa: táplálék ciklizáció mérése vízgyűjtő területen (Hubbard Brook Project) mérsékelt égövi lombhullató erdő + patak (6 gyűjtőterülettel) kémiai analízisek: csapadék minták patakvíz 11 éven át Eredmények: kőzetmállás: 70 g anyag/m2/év 5 Szentesi-Állatökológia-Anyagáramlás

A patakvízzel távozó jelentősebb szervetlen ionok mennyisége:

Általában a tápanyag input és output kicsi volt a biomassza és reciklizáció által a rendszeren belül tartott mennyiségekhez képest Egyik legfontosabb a N: input: csapadékkal 6,5 kg/ha/év N-fixációval 14,0 kg/ha/év output: patakvízzel 4,0 kg/ha/év

szoros

(azaz kb. 16 kg-t helyben tart!)

Kivétel a S: a rendszert évente több S hagyta el, mint ami belül képződött ¼ külső forrás (savas ülepedés) input a lombhullásból: 5,5 kg/ha a teljes input fele a savas lerakódás 6 Szentesi-Állatökológia-Anyagáramlás

Fák kivágása után: szervetlen anyagok outputja 13x-ra növekedett 40 %-kal több víz ment át a deforesztáció megszakította a rendszeren belüli ciklusokat: lekapcsolta a dekomponálást a növényi felvételi szakasztól NO3- -output a 60x-ra emelkedett Háttér magyarázatok/általánosítások: nagyobb lombhullató - örökzöld különbségek ¼ hatékonyság

7 Szentesi-Állatökológia-Anyagáramlás

Mezőgazdasági és erdészeti területek • a reciklizáció szükségszerű megszakítása ¼ termény elszállítása • visszapótlás (műtrágya): - lemosódással NO3- vesztés - nedves klíma mellett nagyobb veszteség • kereskedelem (ásványi anyag szállítás) • tarlóégetés: főként N veszteség és ásványi anyag lemosódás • a N-veszteség következményei ¼ eutrofizáció ¼ ivóvíz szennyeződés Egy tipikus dán farm N-egyenlege: az input 85 %-val nem lehet elszámolni!

a szabályozás lehetőségei: - másodvetemények jelentősége - növényi maradványok beszántása - dekomponálás - adekvát öntözés: csak a vízmegtartó képesség határáig - műtrágya megfelelő időben való alkalmazása - állattartás hatékonyság-növelés a N reciklizáció szempontjából - párolgási veszteség (NH3) csökkentése 8 - szennyvíz kezelése Szentesi-Állatökológia-Anyagáramlás

Egy 10 ezer férőhelyes disznóhizlalda ürülék produkciója egyenértékű egy 18 ezer lakosú városéval (az ürülék N-tartalma 2,4 %). Erdészet - tarvágás ≅ 700 kg N/ha eltávolításával. Az emberiség több mint fele jelenleg tengerparti zónákban él (azt várják, hogy ez 75 %-ra növekedik 2025-re). Elképzelhető az a szerves anyag terhelés, ami a tengerek parti sávjába jut.

A földi népesség eloszlása. A parti zónák terheltsége jól látható.

Akvatikus közösségekben VÍZFOLYÁSOK - a tápanyagok nagyobb része tóba, folyóba jut - valamennyi reciklizáció is van lápos vizenyős partszakaszok (wetlands) mentén

9


ÉDESVÍZI TAVAK • plankton kap fő szerepet

•

A globális felmelegedés eredményeként folyóvizeken keresztül az óceánokba jutó oldott szerves szén (DOC) globális eloszlása (tonna/folyamkm/év).

- igen gyors változások (pl. a P 75 %-a a plankton pusztulása után néhány órán belül szabaddá válik) - jelentős szezonális változások fontos folyamatok - oldott P felvétele - zooplankton általi legelés - reciklizáció a vízoszlopban (exkréció, dekomponálás)

SÓS TAVAK ÉS TENGEREK (endoreikus vizek = nincs ki/lefolyás) - tápanyagban dúsak ¼ kékeszöld algák (Spirulina) ¼madarak (Flamingó) ¼ magas P tartalom (szoros tápanyag ciklus) - tengerek: meleg felszíni és hideg mélységi kompartmentek pl. P két forrásból: folyóvízi < mélységi (30x)

10 Spirulina


Globális biogeokémiai ciklusok International Geosphere-Biosphere Programme: A Study of Global Change (1986) Foszfor ciklus és perturbációja nyitott ciklus = szárazföld ¼ óceán ¼ szedimentáció: 13 x106 tonna P/év egyedi atom útja kőzetmállás ¼ terresztris ökológiai rendszer (néhány - több száz év) ¼ vízi rendszer (hetek - évek) ¼ óceán (átlag 100 út a felszíni és mélyvíz között, egyenként 1000 év = 10 millió év) ¼ szedimentálódás (a teljes mennyiség kb. 120 ezer x 106 tonna P) ¾ 100 millió év után (geológiai aktivitás miatt) ismét kiemelkedik ¼ szárazföld ¼ kőzetmállás stb.

Egy ciklus időtartama 1000 év. Üledékbe csak 1 % lép ciklusonként.

11 Szentesi-Állatökológia-Anyagáramlás

emberi aktivitás felelős az óceánba kerülő évi P mennyiség 2/3-áért - halászat: - 50 x 106 tonna P/év ¼ szárazföldre, majd vissza - műtrágya: + 13 x 106 tonna P/év - detergensek: + 2-3 x 106 tonna P/év - édesvízi eutrofizáció Nitrogén ciklus és perturbációja limitáló jellege miatt a mozgó fluxusok alacsonyak (= kötött). szedimentációs mértéke az óceánban alacsony, az atmoszferikus rész dominál. emberi aktivitások: - deforesztáció - műtrágyák, belső égésű motorok (>50 x 106 tonna N/év) - leguminosák mezőgazdasági termelése - eutrofizáció - atmoszferikus: NH3, NOx ¼ HNO3 Kén ciklus és perturbációja légköri és litoszferikus egyaránt források: - óceán (kéntartalmú aeroszol): 44 x 106 tonna S/év - vulkáni tevékenység + mikroorg.: 33-230 tonna S/év - légköri eredet: a S-vegyületek oxidációja (nedves és száraz ülepedés): 21 x 106 tonna S/év a szárazföldre 19 x 106 tonna S/év az óceánokba - kőzetmállás folytonos veszteség óceáni szedimentációval (abiotikus: H2S+Fe) emberi tevékenység: 12 - hagyományos tüzelőanyagok égetése - ipari területek - savas ülepedés (reverzibilis) Szentesi-Állatökológia-Anyagáramlás

Szén ciklus és perturbációja

A képen, amely a szárazföldi szén-ciklus részletei, fluxusok (a nyilak) és tároló helyek (piros keretes dobozok) láthatók. A következő rövidítések értelmezik az egyes „kompartmentek” CO2 fluxusait és tároló helyeit. A legátfogóbb a nettó biom produkció (NBP), amely a tüzek [Fire (ennek egyik terméke tiszta szén)] és a fakitermelés által keltett CO2-ot is figyelembe veszi és tartalmazza az összes fotoszintetikus és más módon keletkezett CO2-ot. Ennek egy része bruttó primer produkció (BPP), amely a nettó ökoszisztéma P (NÖP), az autotróf szervezetek (Ra) és a talajban élő heterotróf lebontó szervezetek (Rh) légzésének összege. A nettó PP (NPP) a BPP és Ra különbsége. 13 Szentesi-Állatökológia-Anyagáramlás

További részletek: A NPP akkor keletkezik, ha a fotoszintézis folyamatában (PS-products) növekedésre (Growth) kerül sor és a légzés (Ra) útján CO2 távozik. A keletkezett új és régi biomassza (new-Biomass-old) az elsődleges tároló hely, amelynek egy része kitermelésre (Harvest) kerül, más része elpusztul (Mortality). A kitermelt biomassza egy részéből növényi eredetű termékek (Wood-products) keletkeznek, amelyek nem a kitermelés helyén való CO2 veszteséget (Carbon losses off site) jelentenek. Az ábrán a másik irányban haladva, a szerves anyagot [Litter CWD, azaz coarse woody debries (durván aprózott faeredetű maradványok)], annak pusztulása után a lebontó szervezetek talaj szerves anyaggá (Soil organic matter) alakítják, miközben mindkét oldalon légzési CO2 (Rh litter CWD és Rh soil organic matter) szabadul fel.

A források tehát: - a fotoszintézis és respiráció - a légköri CO2, mint elsődleges forrás - a litoszféra szerepe kicsi: kőzetmállás CaH2(CO3)2 - emberi tevékenység, amelynek következtében a CO2 tartalom a légkörben 200 év alatt 280 ppm-ről 345 ppm-re ¼ 600 ppm (2050 körül). Ez a fosszilis tüzelőanyagok égetésének következménye, pl. 1980-ban ez 5,2 (± 0,5) x 109 tonna C volt - a cementgyártás 0,1 x 109 tonna C/év - az energia szektor + ipari aktivitás 5,3 x 109 tonna C/év - erdőirtások a trópusokon 1,0 (± 0,6) x 109 tonna C/év - erdőirtás másutt 0 (± 0,1) x 109 tonna C/év Egy átlagos benzinmotor kipufogógázainak összetétele

Kibocsátott vegyület

Térfogat %

N2

74,0

CO2

10,0

CO

6,0

Aldehidek

0,03

SO2

0,008

NOx

0,5

Vízgőz O2

10,0 0,5

14


A teljes humán kibocsátás: 5,1-7,5 x 109 tonna C/év A respiráció a földi bióta által 100 x 109 tonna C/év a légköri CO2 növekedés 2,9 x 109 tonna C/évnek felel meg (ez a teljes emberi kibocsátás 39-57 %-a). Hová tűnik a különbség? Az elnyelő rendszer ismeretlen jelenleg. Lehetőség: valamilyen terresztris rendszer felveszi Faültetés?? - az elmúlt 40 év alatt, az USA-ban telepített erdők az abban az időszakban keletkezett CO2 kibocsátás 25 %-át vették fel. A fák CO2 nyelőként funkcionálnak idős koruk előtt, vagyis, ameddig az asszimiláció és légzés egyensúlyát el nem érik. üvegház hatás: CO2 (+ CH4, NOx, O3 + fluorokarbonok) abszorbeálják az infravörös sugarakat a talajfelszín felől ¼ magas hőmérséklet (0,5-4,0 C fok emelkedés) ¼ következmények! Egyben rombolják az UVvédelmet betöltő ózon réteget. Lásd alább. A metán 21x „erősebb” üvegház hatású gáz, mint a CO2. Képek 15 Szentesi-Állatökológia-Anyagáramlás

Az elmúlt 100 év alatt a Föld felszíni hőmérséklete átlagosan 0,6 C fokot emelkedett. Az átlagot egyenetlen eloszlás eredményezi.

Az Antarktiszon, un. Dobson egységekben mért teljes ózon mennyiség csökkenése 1956 és 1994 között.

Az El-Niño (ENSO – El-Niño Southern-Pacific Oscillation) jelenség gyakrabban következik be. A kép a Csendes-óceán Peru vonalában húzódó részének 16 hőmérsékleti anomáliáját mutatja. Szentesi-Állatökológia-Anyagáramlás

Anyagáramlás a közösségekben

Recommend Documents