Ekologie půdních organismů aneb kdo žije v půdě a co tam dělá
Jan Frouz e-mail
[email protected]
Ekologie půdních organismů 1
Co to je půda Význam půdy a půdních organismů pro ekosystémy Půda jako prostředí Půdní organismy členění
Co je půda (definice) Půda tvoří vrchní vrstvu většiny terestrických ekosystémů je to směs zvětralé vrstvy zemské kůry, organických zbytků, živých organismů a produktů jejich metabolismu. Z fyzikálního hlediska je to třífázový systém složený z pevné tuhé a plynné fáze Zemědělská definice půdy úrodnost
0 A
B
Význam půdy a půdní bioty pro fungování ekosystémů Půda poskytuje životní podmínky podzemním částem rostlin (pufrováním vodně-vzdušného režimu, působí jako zásobárna živin, poskytuje mechanickou oporu) Půda hraje významnou roli v lokálním i globálním koloběhu hlavních biogenních prvků Detritovým potravním řetězcem protéká v suchozemských ekosystémech většina energie, kterou rostliny ve fotosyntéze naváží. Půda hostí velkou diversitu půdních organismů, (druhová rozmanitost organismů žijících na povrchu a pod povrchem půdy zpravidla několikanásobně převyšuje diversitu nadzemních částí ekosystémů)
Půda poskytuje mechanickou oporu kořenům rostlin
Půda je zásobníkem vody Mineral soil Particles of different size
sand (>0,02mm) sil (silt)
clay (<0,002mm)
These particles form soil aggregates
WP
Water saturation WFC WP Dry soil
WFC
porosity
presssure (kPa) 0.1 10-33 1500 105
Pores diameter 3mm 3-4µm 0.2µm -
Vltavská kaskáda při maximálním vzdmutí cca 820 mil m3 Půdní voda v povodí Vltavy (28090 km2) do hloubky 0,5m (25% objemu půdy) cca 3370 mil m3
Půda je zdrojem živin
Půda hraje významnou roli v koloběhu prvků
moře
les
Moře - 25% detritový řetězec Les - 90% a více Detritovým potravním řetězcem protéká významné množství energie
1012kg 109t Tt Půda hraje významnou roli v koloběhu prvků
Diversita půdních organismů
40 let stará výsypka spontánně zarostlá
skupina
počet druhů
Mikroskop. houby 25 Řasy
49
Krytenky
20
Hlístice
43 rodů
Pancířníci
16
Stonožky
7
Mnohonožky
7
Žížaly
3
min 170 druhů půdních organismů realisticky i 2x tolik vzorkovaná plocha několik m2
43 druhů rostlin plocha 10x10m ÚPB kolektiv autorů
Půdní organismy
Různá velikost znamená různé působení fyzikálních sil poměr povrchu a objemu se mění s velikostí
strana cm
objem povrch poměr cm3 cm2
1
1
6
1:6
10
1000
600
1:0,6
některé fyzikální a biologické procesy závisí více na povrchu, jiné spíše na objemu (hmotnosti) organismu
mravenec narozdíl od nás snadno přežije pád ze střechy, my narozdíl od něj snadno vylezeme z vody
Velikostní skupina Microflora
Microfauna Mesofauna Macrofauna
Podíl na dekomposici
Podíl na tvorbě půdní struktury Velmi variabilní Polysacharidové obaly enzymatická výbava – buněčných stěn stmelují katalyzují prakticky půdní částice. všechny významné Vláknité mikrorganismy chemické reakce v půdě mohou spojovat půdní částice. Predace půdní mikroflory Konzumace opadu Produkce drobných predace mikroflóry exkrementů Význam vlastní Produkce exkrementů metabolické aktivity je vede k tvorbě malý organických a organo-
Mass of soil biota in soil
organic matter 6%
roots 9% edaphon 7%
min soil 94%
dead org matter 84%
mesofauna 3% m ikrofauna 4% m akrofauna 5% earthworms 14% bakteria aktinomycetes 49%
fungi 25%
Abundance a biomasa hlavních skupin půdní bioty v mírném pásmu
Půda jako životní prostředí půdních organismů
Jak se půda liší od ostatních prostředí a jaký k nim má vztah voda
vegetace
sediment aquatický
skály a zvětraliny suchozemské
Půda je velmi heterogenní a velmi strukturované prostředí. Na malé ploše tu mohou probíhat velmi různorodé procesy • procesy umožňující rychlý pohyb látek nebo naopak jejich zadržení v půdním profilu • aerobní a anaerobní procesy • přechodem mezi vodou a vzduchem (mechanická opora, osmoregulace, dýchání) • vlastnosti prostředí se výrazně mění s velikostí organismů (to se děje i v jiných prostředích ale v půdě je to o to výraznější).
Půdní organismy žijí v půdních pórech, jsou obklopeny půdním roztokem nebo půdním vzduchem. Vlastnosti půdních pórů jsou určovány pevnou fází půdy a vlhkostními a teplotními poměry (danými zejména klimatem a topografií)
sand (>0,02mm) sil (silt)
clay (<0,002mm)
Těžké půdy
„prchlice“ Lehké půdy
Kaolinit
Illit
Montmorilonid
Jíl – malé lupénkovité částice, podílejí se významně na zadržování vody, sorpci živin adhezi a kohezi půdy. Vlastní jílovité částice se sestávají z vrstev křemičitých a hlinitých nebo železitých. U některých může voda vnikat mezi vrstvy. Významné objemové změny při navlhání a vysychání. Půdy s vysokým obsahem jílu se těžce obdělávají. Při vysychání praskají. Dlouho jsou mazlavé. Studené. Díky vysoké sorpční schopnosti mají často dobrou zásobu živin
Silt (prach) částice menší než písek větší než jíl od jílu se liší tím způsobem zvětrávaní zatímco jíly jsou typicky produkty chemického zvětrávání silt je produktem mechanického zvětrávání. Konzistence mouky za sucha hladké za vlhka drhne. Narozdíl od jílu který lepí silt zachová obtisk. Snadno se přenáší vodou nebo vzduchem jako prach. Zrnitostní složení podporuje růst největšího množství rostlin. Ukládají se v říčních deposicích (Brahmaputra, starověké říční státy), silt unášený větrem v dobách ledových je základem spraší.
Písek – pískové částice vznikají fyzikálním zvětráváním, jsou tvořeny zejména křemenem. Písek má malou sorpční schopnost, podporuje vznik pórů. Písčité (Lehké) půdy snadno vysychají.
Land use / Vegetation type Organic C [t/ha] Alpine and arctic forest 0.1 - 0.4 Arable land Temperate grassland Coniferous forest Deciduous forest Tropical rainforest
1.0 - 2.0 2.0 - 4.0 1.5 - 3.0 1.5 - 4.0 5.0 - 10.0
Půdní roztok
Půdní vzduch složením podobný jako na zemí ale 100% více CO2 až několik % v půdě anaerobní zóny a anaerobní mikrostanoviště
Teplota půdy
Otázky ?
Ekologie půdních organismů 2
Půdní mikroorganismy archea, bakterie, aktinomycety houby kdo jsou jak vypadají co v půdě dělají jak je můžeme v půdě pozorovat nebo studovat
Korarchaeota Crenarchaeota Euryarchaeota
Archaea Drobné organismy <1µm různých tvarů Z leva do prava Methanococcus janaschii, Methanosarcina barkeri, Methanothermus fervidus, Methanobacterium thermoautotrophicum,
Reakce ribozomů na inhibitory podobna jako u eucariota, podobně tRNA. Membrána odlišná od bakterií
Archea - ekologie
Extremofilní organismy mohou žít při teplotách nad 100oC v extrémně kyselém nebo extrémně zásaditém prostředí, některé jsou halofilní, Halobacterium, obsahujue bacteriorhodopsin dává fialovou barvu a umožnuje produkce enegie. Půdní zástupci - metanogenese
Abundance of bacterial (open bars) and archaeal (closed bars) amoA genes in soils from five different northern Arizonan ecosystems during two different seasons.
Bakterie
Detekce jejich umístění v půdě -mikroskopické techniky Isolace specifických skupin nebo celého společenstva - kultivační techniky na různých médiích -izolace a amplifikace DNA Měření mikrobiální aktivity -různé míry respirace, přírůstek mycelia, enzymatická aktivita Měření biomasy fumigace (extrakce nebo fumigace respirace) aktivita po přídavku substrátu měření buněčných komponent PLFA, ergosterol měření množství ATP počty na miskách se známým ředěním
