Az ökológia rendszer (ökoszisztéma)
Ökológia előadás 2014 Kalapos Tibor
ökológiai rendszer - mi is ez? • Az élőlényközösség és élettelen környezete együtt, • termodinamikailag nyílt rendszer, • komponensei között anyag körforgalom, ill. energiaáramlás és átalakulás • hierarchikusan egymásba épülő rendszerek, határok nem élesek. • legnagyobb: a Föld teljes bioszférája • legkisebb: pl. egy elhalt fatörzsön kialakult mini-ökológiai rendszer. • Mikor nevezünk pl. egy erdőt ökoszisztémának? – rendszer-szemléletű megközelítés – lényege a működés, – együtt az életközösség és az élettelen környezet.
2
• • • • • • •
főbb komponensei: 1) élettelen anyagok, 2) /szerves anyag/ termelő szervezetek, 3) fogyasztó szervezetek, 4) lebontó szervezetek “kompartmentek”: anyag- és energiacsere a biológia sokféleség itt elhanyagolódik,
ökológiai rendszer - mi is ez?
– pl. növényzet = szerves anyag termelő zöld tömeg – túlegyszerűsítés pontatlan következtetések
működése: • anyag: körforgalom, • energia: egyirányú áramlás, • a szinteken jelentkező "veszteség", hőveszteség, Anyagforgalom: • gázciklusok - a fő /de nem kizárólagos/ raktár a légkör –
•
üledékes cilkusok: üledékes kőzetekben a fő raktár, hosszabb időre kivonódhat a körforgásból –
•
az élő szervezetek testének 97%-át kitevő anyagok (C,N,O,H2O). az élők anyagainak maradék 3%-a. (P,S,K stb.)
Az ökológiai rendszer önszabályozó, –
negatív és pozitív visszacsatolások módosul a komponensek mennyisége, az áramlások intenzitása.
3
Az ökológiai rendszer működésének általános sémája
A szárazföldi növényzet energiahasznosítása (fényhasznosítása),
• •
természetes: ≤1%, termesztett növények monokultúrái: ≤ 4%. –
a beeső fényenergia ekkora része alakul szerves anyagban tárolt energiává 6
Az energia megoszlása egy trofikus szinten Fogyasztási hatékonyság: CE=In/Pn-1
(pl. növényevőknél 0,05 /erdő/ 0,5 /fitoplanktonon élő tengeriek)
Beépítési (asszimilációs) hatékonyság: AE = An/In (pl. növényevőknél 0,2 - 0,5 húsevőknél akár 0,8)
Termelési (produkciós) hatékonyság: PE = Pn/An
(pl. gerinctereneknél 0,3 - 0,4 emlősöknél csak 0,01 – 0,02)
Eredő trofikus energiaátviteli hatékonyság = CE x AE x PE
7
A szén (C) körforgása
- gáz- és üledékes ciklus - motorja az élők szénanyagcseréje (fotoszintézis, légzés) és abiotikus geokémiai folyamatok (CO3 képződés, mállás)
8
A nitrogén (N) körforgása
- gázciklus - üledékben is jelentős raktár - motorja az élők nitrogén anyagcseréje
9
A szárazföldi N megkötés összetevői napjainkban
10
A víz körforgása
- „üledékes” ciklus - légkörben kevés, de fontos! - hajtóereje fizikai kényszerek - eltérő mérleg óceán és sz.föld felett - jég: édesvíz raktár
11
A foszfor (P) körforgása
- üledékes ciklus - légköri komponens jelentéktelen - rendkívül lassú ciklus - motorja az élők anyagcseréje - üledékraktárban évezredekig
12
Szervesanyag termelés az ökológiai rendszerekben • A biológiai termelőképesség mérése. • Nemzetközi Biológiai Program (IBP,1964-74, Unesco), – célja: milyen potenciális ökológiai szerves anyag termeléssel rendelkezik Földünk, az egyes földrajzi régiók, ill. élőhely típusok. • végső cél emberiség számára hasznosíthatóság
• főbb fogalmai: – – – –
biomassza (B, t/ha) egységnyi terület szerves anyag mennyisége produktivitás (P, kg/ha/év): időegység (év) alatt előállított új szerves anyag. primér (elsődleges) produkció: szervetlen szerves szekunder (másodlagos) produkció: szerves szerves.
• a Föld összes biomasszája ~ 2425*109 t, ebből – szárazföldek: 2422*109 t, – óceánok: 3.2*109 t.
13
•
a biomassza jelentős része: fitomassza (növényi szervesanyag)
Szerves anyag termelés az ökológiai rendszerekben
– szárazföld: 120x, óceánok: 15x a fogyasztó szervezetek tömegének
•
a produktivitás ált. nő a biomassza mennyiségével – de erdőké alacsonyabb mint gyepeké ("nekromassza") – óceánok: gyors szerves anyag körforgás (rövid életű plankton szervezetek) kevés biomassza, magas produktivitás
•
produktivitás: szárazföld: ~ 117,5*109 t (a biomassza 7%-a), óceánok: ~ 60*109 t (20x biomassza). – P/B arány rendszerint csökken a szárazföldi szukcesszió során, • erdőkben a nekromassza részesedése magasabb
14
A nettó primér produkció (NPP) eloszlása a Földön
15
A tengeri fitoplankton nettó primér produkciója (NPP) egy tenyészidőszak alatt különböző földrajzi szélességeken
A tengeri fitoplankton NPP évszakos menete (januártól decemberig) sarki (Arctic), északi mérsékelt övi (North temperate) és trópusi (Tropical) vizekben 16
A nettó primér produkció (NPP) csapadék- és hőmérsékleti válasza a szárazföldeken
18
Összefüggés a víz foszfor tartalma és a nettó elsődleges produkció között
20
Hasonlóság a víz foszfát koncentrációja és a lebegő tengeri növényei parányok (fitoplankton) nettó elsődleges produkciója térbeli mintázata között a Csendes-óceán medencéjében
21
Vízmélység oligotróf
mezotróf
eutróf
Általános összefüggés vizekben a Bruttó elsődleges produktivitás (Gross Primary Productivity, GPP), az önfenntartáshoz szükséges légzési veszteség (Respiration, R), a NPP (=GPP-R), és a vízmélység között tápanyagszegény (oligotróf), közepes tápanyagtratalmú (mezotróf) és tápanyagban gazdag (eutróf) víztest esetében. Eufotikus zóna: az a vízmélység, ahol a fotoszintézis termelte asszimilátumok fedezik a légzés során lebontott szervesanyag 22 mennyiségét.
A Biomassza és a NPP kapcsolata Földünk jellemző vízi és szárazföldi ökoszisztémáiban
23
Ökoszisztéma szolgáltatások (ecosystem services)
- ökológiai rendszerek: számtalan nélkülözhetetlen „szolgáltatás” az emberiségnek - a fejlett nyugati társadalmakban élő ember hajlamos megfeledkezni arról, hogy életének alapja a természet, aminek javai végesek - pl. növénytakaró általi CO2 elnyelés és O2 termelés, talajerózió megakadályozása, ivóvíz tisztítása, erdők faanyag termelése, gyógyszeralapanyagok biztosítása, elhalt szerves anyag lebontása, stb.).
- kutatások: a biológiai sokféleségnek milyen szerepe az egyes ökoszisztéma szolgáltatások fenntartásában, - az egyes emberi bolygatások mennyiben csorbítják a „szolgáltatást”, stb.
- szemlélet: a TERMÉSZET VAN ÉRTÜNK - nem jó így … - ám remény, hogy ezzel a népesség környezettudatosabbá tehető. 24
Ökoszisztéma szolgáltatások (ecosystem services) Csoportosítva: - Támogató szolgáltatások - az emberi tevékenységek folytatásához megfelelő „közeg” biztosítása - talajképződés, anyagciklusok: elhalt szervesanyagból újra felvehető ásványi tápanyag stb.
-
Ellátó szolgáltatások - tevékenységeinkhez „alapanyagok” - O2 tartalmú légkör, tiszta ivóvíz, energiaforrások, élelmiszer-, ipari- és gyógyszeralapanyagok stb.
-
Szabályozó szolgáltatások - tevékenységeink tartós folytatásához - regionális klíma szabályozása, árvizek hatásainak csillapítása, erózió mérséklése stb.
- Kulturális szolgáltatások - nem esszenciálisak, de tevékenységeinket közvetetten segítik - esztétikai, turisztikai, oktatási, pihenési, lelkiéleti stb. igények kielégítője 25
