DEKOMPOZICE, CYKLY LÁTEK, TOKY ENERGIÍ
• Vše souvisí se vším • Živou hmotu tvoří 3 hlavní organické složky: • Bílkoviny, • cukry, • tuky
• Syntézu zajišťuje cca 20 biogenních prvků • Nejdůležitější C, O, N, H, P – tzv. makroživiny
• Biologické a geologické cykly • Anorganické sloučeniny jsou zabudovávány do živých těl, přeměna na organické sloučeniny, po čase přeměna zpět na anorganické sloučeniny – biochemické cykly • Voda součást všeho – hydrologický cyklus • Biologické procesy – potřebují energii – toky energie (energie v podobě tepla opouští zemi – proto toky a ne cykly)
KOLOBĚHY ENERGIÍ A LÁTEK
DEKOMPOZICE = ROZKLAD • Anorganické látky přijímány v plynné formě, rozpuštěné v roztocích, zabudované v pevné stravě, změna na organické sloučeniny a převáděny postupně na složité stavební nebo funkční molekuly • Energie vzniklá štěpením vazeb (spalováním, oxidací) na CO2 a minerální látky je využita při metabolismu a posléze uvolněna ve formě tepla, minerální hmota je opět zpřístupněna pro další koloběh, cyklus se uzavírá • Mineralizace • Většina rostlinné biomasy vstupuje (50-90% nadzemní biomasy a téměř všechna podzemní u travních porostů) a odchází do detritového (dekompozičního) potravního řetězce • Během rozkladu vzniká detritus
SCHÉMA ODDÍLŮ A VAZEB V EKOSYSTÉMU producenti
Abiotické faktory
konzumenti
rozkladači
DEKOMPOZIČNÍ (DETRITOVÝ) ŘETĚZEC
• vede od odumřelé rostlinné a živočišné hmoty přes nekrofágy a saprofágy (např. četné druhy hmyzu a drobné korýše), kteří mrtvou organickou hmotu narušují, zvětšují aktivní plochu a urychlují tak proces rozkladu, po mikroorganismy (viry, bakterie, mikroskopické houby, kvasinky, řasy, prvoci, plísně), které zprostředkují konečný rozklad.
• Tvorba humusu je rychlý proces, následná mineralizace probíhá pomaleji. • Jednoduché minerální látky, které se z rozkladného procesu dostanou do půdy, jsou pak znovu přístupné primárním producentům k syntéze organických sloučenin. • Velikost těla dekompozitorů se v jednotlivých trofických úrovních zmenšuje a jejich populační hustota roste. • Nejvíce energie (až 90 %) obsažené v ekosystému protéká právě dekompozičními procesy. • Pastevně-kořistnický a detritový potravní řetězec, všechny složky soupeří i živiny a energii, nakonec vznikne humus
HYDROLOGICKÝ CYKLUS = KOLOBĚH VODY
• Voda – nosné médium a také prostředí, ve kterém probíhají zásadní biochemické procesy • Hydrologický cyklus – výměna vody mezi zemským povrchem, oceánem a atmosférou prostřednictvím srážek, odtoku a výparu • Velký koloběh vody • Malý koloběh vody
BIOGEOCHEMICKÉ CYKLY • Chemické procesy a přesuny anorganických i organických látek v živých systémech i celé biosféře • Přirozené globální biochemické cykly x průmysl, zemědělství, domácnosti – 4 mil. chemických přípravků (oxidy síry, uhlíku, dusičnany, halogenderiváty) => narušení přirozených cyklů • Dynamika koloběhu prvků: • hlavní zásobárna na zemi, vstup do ekosystému, • hlavní zásobárna v ekosystému, výstup z ekosystému
CYKLUS UHLÍKU • Hydrosféra – rozpuštěný oxid uhličitý a organická hmota, hlavní zásobárna na zemi, reguluje obsah C v atmosféře – uzavřený cyklus prostřednictvím srážek a dále difúzí přes hladiny – plynný CO2 na rozpuštěný CO2 a ten vytváří s vodou kyselinu uhličitou – vodíkové ionty a uhličitanové ionty. Kalcitové schránky korýšů. • Sedimenty – uhličitany a látky s obsahem C včetně fosilních paliv, rašelina, uhlí, ropa • Atmosféra – oxid uhličitý, 0,03-0,04% • Biosféra – organická živá i neživá hmota, nejrozšířenější stavební prvek na zemi, klíčová složka fotosyntézy: • oxid uhličitý + voda => glukóza a kyslík
• Do vazby glukosy je vbudována energie slunečního záření • Opačný proces - dýchání
CYKLUS KYSLÍKU
• Základní stavební prvek organických látek nezbytných pro život – např. DNA, glukóza • Zásobárna na zemi – atmosféra i hydrosféra (rozpuštěný ve vodě) • Většina kyslíku vstupuje do rostlin a živočichů při dýchání, probíhá štěpení organický látek a uvolňování energie • Fotosyntéza • Nejvíce kyslíku však spotřebovávají mikroorganismy v detritovém řetězci • Roční spotřeba kyslíku člověkem při spalování fosilních paliv, dopravě, průmyslu se blíží spotřebě ostatního živého a neživého světa • Ozón (O3) – fotolýza kyslíku např. při elektrických výbojích, ochranný štít země proti tvrdému kosmickému záření (kratší než 290 nm)
CYKLUS DUSÍKU • 1,5% rostlinné sušiny – aminokyseliny, nukleové kyseliny, složitější cyklus než uhlík a kyslík • Na zemi převládá plynná forma N2 – 70% • Většina organismů není však schopna plynný dusík asimilovat • Do biologických procesů vstupuje procesem fixace dusíku • Při fyzikálně-chemických procesech – bouřka – vzniká k. dusičná • Biologická fixace – podstatně účinnější – rozbití trojné vazby pomocí enzymu nitrogenáza – půdní a vodní organismy – Autotrofní sinice ve vodním prostředí – Anabaena, Aphanizomenon • Vody a půdy – nesymbiotičtí vazači – Azotobacter, Clostridium • Symbiotičtí vazači – Rhizobium – bobovité, Frankia alni – olše lepkavá
• Nitrifikace – převod amoniakálního N na dusitany a pak dusičnany (Nitrosomonas, Nitrobacter) • Denitrifikace – opačný proces
CYKLUS FOSFORU • 2 % rostlinné sušiny, energetický metabolismus • Na zemi – sedimenty a horniny s nerozpustnými fosforečnany • Zvětrávání hornin a činnost mikroorganismů • Do ekosystému vstupuje jako fosforečnan železitý, tvoří soli, jejichž rozpustnost se zvyšuje s přítomností humusu v půdě • Jeho cyklus je otevřený – sedimentační – je splavován z pevnin do oceánů a usazuje se v hlubinných sedimentech
CYKLUS SÍRY • Energetický metabolismus, součást některých aminokyselin • Zvětrávání matečných hornin a následné splachy • Atmosférické zdroje – aerosoly v oceánů, z vulkanické činnosti a z anaerobní respirace některých bakterií – např. bažiny • Spalování fosilních paliv – narušení cyklu síry – to co člověk vypustí do atmosféry se rovná tomu co vytvoří příroda! • Kyselé deště, průmyslová centra – nerovnoměrné rozložení, pokles pH ve vodách a půdě
