Technická univerzita v Liberci fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická Doc. RNDr. Petr Anděl, CSc.
ZÁKLADY EKOLOGIE Studijní texty
2010
Struktura předmětu 1. ÚVOD 2. EKOSYSTÉM – MODELOVÁ JEDNOTKA 3. ABIOTICKÉ SLOŽKY – teplota, elmag. záření, voda chemismus, radioaktivita, hluk 4. BIOTICKÉ SLOŽKY – populace, společenstvo 5. 6. 7. 8.
TOK ENERGIE KOLOBĚH HMOTY ŘÍZENÍ VÝVOJ
6. KOLOBĚH HMOTY
ABIOTICKÉ SLOŽKY (FAKTORY) 1. Teplota 2. Elektromagnetické záření 3. Voda 4. Chemismus 5. Radioaktivita 6. Hluk
Ostrov Vilm
Ostrov Vilm
mapa Rujany
letecký snímek
základem ostrova jsou ledovcové morény z poslední doby ledové – asi před 12 000 lety
eroze
Půdní eroze
Sedimentace
sedimentace
Písečné laguny
písečné laguny
zaniklý záliv
Zaniklý záliv
konferenční sál
The International Academy for Nature Conservation
6.1 ZÁKLADNÍ POJMY KOLOBĚHU HMOTY
ZÁSOBNÍKY A ROZHRANÍ
Složka zásobník
prostředí
rozhraní
6.1.1. ZÁSOBNÍK
ROZDĚLENÍ NA ZÁKLADNÍ SLOŽKY ZÁSOBNÍKY OVZDUŠÍ
FLÓRA
VODA
PŮDA FAUNA
CHARAKTERISTIKA ZÁSOBNÍKU Základní charakteristiky: 1. objem zásobníku (V) – objemové jednotky, m3 2. hmotnost zásobníku (M) – hmotnostní jednotky - v geochemii zásadně gramech - hlavní jednotkou 1 Tg (teragram) = 1012 g 3. množství látky v zásobníku (m) - počet molů, hmotnost, objem, aktivita 4. koncentrace látky v zásobníku = množství látky vztažené na velikost zásobníku - hmotnostní a objemové koncentrace - relativní koncentrace: %, promile, ppm (1 milióntina)
CHARAKTERISTIKA ZÁSOBNÍKU Základní charakteristiky: 5. Průměrná doba setrvání látky v zásobníku = množství látky / rychlost vstupu (=výstupu)
6.1.2. ROZHRANÍ
CHARAKTERISTIKA ROZHRANÍ Základní charakteristiky: 1. velikost plochy
VELIKOST PLOCHY - KRAJINA velikost ploch na jednotlivých hierarchických úrovních (1) regionální úroveň – krajina • překážkou jsou geomorfologické tvary • skutečný povrch je větší než mapový průmět
VYSOKOHORSKÁ KRAJINY
Rakousko, Alpy, Acherkogel 3008 m n.m.
ROVINA
Polabí
VELIKOST PLOCHY – EKOSYSTÉM
(2) lokální úroveň – ekosystém • překážkou jsou krajinné prvky - větrolamy, lesní porosty, obydlí • povrch je dán především povrchem vegetace
POLE BEZ PLODIN
Českomoravská vrchovina, okolí Košetic
POLE SE ZEMĚDĚLSKÝMI PLODINAMI
Českomoravská vrchovina, okolí Košetic
LINIOVÁ SPOLEČENSTVA
Českomoravská vrchovina, okolí Košetic
VELIKOST PLOCHY - ORGANISMUS 3. Úroveň organismu:
AKTIVNÍ POVRCHY POVRCH KŮŽE ČLOVĚKA JE CCA 1,7 m2
AKTIVNÍ POVRCHY VNITŘNÍ POVRCH DÝCHACÍ SOUSTAVY ČLOVĚKA JE CCA 100 m2
AKTIVNÍ POVRCHY VNITŘNÍ POVRCH TRAVICÍ SOUSTAVY ČLOVĚKA JE CCA 200 m2
VELIKOST PLOCHY - ORGANISMUS 3. Úroveň organismu: • vnější povrch • vnitřní povrchy živočichové:
trávicí soustava
ingesce
dýchací soustava inhalace rostliny
parenchym v listech
INDEX LISTOVÉ PLOCHY MNOŽSTVÍ LISTOVÍ – ZÁKLADNÍ EKOLOGICKÝ PARAMETR Vyjádření: LA – celková listová plocha [m2]
V
LAI – index listové plochy = LA : P LAD – hustota listoví = LA : V P [m2]
Příklady LAI • porosty kulturních rostlin
4-8
• středně husté smrkové porosty
3-5
• borovice lesní 20 let – bez přihnojování
2,8-4,4
• borovice lesní 20 let – s přihnojováním
5,5-9,4
CHARAKTERISTIKA ROZHRANÍ Základní charakteristiky: 1. velikost plochy 2. odpor (rezistence) rozhraní
Odpor rozhraní zásobník A
Da
tok látky
zásobník B
Db
Propustnost (permeabilita) Db P = --------Da
Odpor (rezistence) Da - Db R = ----------Db
6.2 BILANCE LÁTKOVÉHO TOKU
Tok látky tok látky = množství látky, které přejde přes rozhraní za zvolenou časovou jednotku 1 rok je definován jako 3,1536 . 107 s
• emise látek ze zdroje (g/s, kg/rok, ..) • průtok vody v říčním profilu (m3/s)
Vývoj látkových odtoků - Vltava
(STATISTICKÁ ROČENKA ŽP ČR, 2004)
Hustota toku látky hustota toku látky = tok látky vztažený na jednotku plochy rozhraní Příklady: • prašný spad (tj. přestup mezi atmosférou a pedosférou) 1 g.m-2.rok-1 = 10 kg.ha.rok-1 = 1 t.km-2.rok-1 • množství dešťových srážek - běžně se udává jako výška vodního sloupce = m3.m-2. rok-1
Roční srážky 2003
(STATISTICKÁ ROČENKA ŽP ČR, 2004)
Bilance látkového toku zdroj (vznik) - mn vstup (input) mi výstup (output) me propad (zánik) - mm
∆m = mi + mn - me - mm
Bilance látkového toku ∆m = mi + mn - me - mm ∆m = 0 ∆m > 0 ∆m < 0
rovnováha kumulace – riziko překročení meze tolerance vymývání – riziko u ztráty živin
6.3 BIOGEOCHEMICKÉ CYKLY
HRANICKÁ PROPAST
OKOLÍ HRANIC NA MORAVĚ
HRANICE PŘÍRODNÍ REZERVACE
POHLED DO PROPASTI
ZÁKLADNÍ ÚDAJE NPR Hůrka u Hranic na pravém břehu Bečvy u Hranic na Moravě vyhlášena 1952 rozloha 37,45 ha součástí rezervace je Hranická propast
LOKALIZACE V RÁMCI ČR
Hranická propast
HLOUBKA PROPASTI
HLOUBKA PROPASTI
celková hloubka není známa sondou dosaženo 330 m předpoklad asi 700 m
VZNIK KRASOVÝCH JEVŮ Základní princip: rozpouštění vápence kyselinou uhličitou (= oxid uhličitý + voda) Dva zdroje oxidu uhličitého: v dešťových srážkách – ve většině krasových oblastí - rozpouštění z povrchu z minerálních vod – Hranická propast - rozpouštění zespoda
VZNIK HRANICKÉ PROPASTI působení termálních minerálních vod z hlubin země rozpouštění vápence zespodu
Minerální vody
FLORA A FAUNA Základní společenstva na vápenci: dubohabrový les s bohatým bylinným patrem na kulmských břidlicích: kyselá doubrava
STROMOVÉ PATRO
dub, habr, lípa, místy buk, jedle, javor babyka
VYVŘELINY
Francouzské středohoří
VYVŘELINY
Francouzské středohoří
VYVŘELINY
Francouzské středohoří
6.3.1. CYKLUS UHLÍKU
TOK ENERGIE A KOLOBĚH HMOTY
ENERGIE SLUNEČNÍHO ZÁŘENÍ
SLUNEČNÍ ZÁŘENÍ
ENERGIE CHEMICKÉ VAZBY
ENERGIE TEPELNÁ
PRODUCENTI
KONZUMENTI
DESTRUENTI
JEDNOSMĚRNÝ TOK ENERGIE
TEPLO
KOLOBĚH HMOTY ORGANISMY NEŽIVÉ OKOLÍ
PRODUCENTI
ANORGANICKÉ LÁTKY
ORGANICKÉ LÁTKY
DESTRUENTI
KRÁTKÝ A DLOUHÝ CYKLUS
PRODUCENTI
CO2, , VODA, MINERÁLNÍ LÁTKY
KONZUMENTI
DESTRUENTI
KRÁTKÝ CYKLUS DLOUHÝ CYKLUS
POUZE NĚKOLIK % PRODUKCE VSTUPUJE DO DLOUHÉHO CYKLU
KOLOBĚH UHLÍKU a) Koloběh uhlíku odběr CO2 fotosyntézou
atmosféra dýchání
spalování fosilních paliv
využívání krajiny
terestická společenstva organický C v odtokových vodách
voda půda
řeky, jezera, oceány
fotosyntéza a odběr. organismy
lidské aktivity
vodní společenstva
těžba fosilních paliv
horniny
(Begon, Harper, Wowsend: Ekologie, 1997)
sedimenty oceánů
CELULÓZA
ZÁKLADNÍ STAVEBNÍ KÁMEN ROSTLINNÉ ŘÍŠE
6.3.2. CYKLUS DUSÍKU
KOLOBĚH DUSÍKU b) Koloběh dusíku atmosféra
spalování zvyšuje NO
využívání krajiny zemědělství, hnojiva
terestická společenstva
lidské aktivity rybářství
voda půda
řeky, jezera, oceány
vodní společenstva
horniny (Begon, Harper, Wowsend: Ekologie, 1997)
sedimenty oceánů
EUTROFIZACE
vodní květ sinic
PASTVA V APLÍNSKÉM PÁSMU
Švýcarské Alpy
PASTVA V APLÍNSKÉM PÁSMU
Švýcarské Alpy
PASTVA V APLÍNSKÉM PÁSMU
Švýcarské Alpy
KRKONOŠE – BUDNÍ HOSPODÁŘSTVÍ
Rezek
BUDNÍ HOSPODÁŘSTVÍ 16. – 19. STOLETÍ • Počátek 19. stol
- asi 2 600 bud - 20 000 ks hovězího dobytka - 10 000 ks koz
KRKONOŠE – BUDNÍ HOSPODÁŘSTVÍ
•DŮSLEDKY •Vykácení 30% ploch kleče •Pohyb dobytka destrukce původního pokryvu •hnojení (statková i průmyslová hnojiva) eutrofizace •odmítání organické hmoty ochuzování půd •vznik komunikací změna vodního režimu
• ZÁSADY ZMĚNY V KOLOBĚHU HMOTY (N, P, H2O) •Dnešní horské louky se vzácnými rostlinami (violka sudetská, zvonek český, jestřábník oranžový)
• DŮSLEDEK LIDSKÉHO HOSPODAŘENÍ
EUTROFIZACE RAŠELINIŠŤ
EUTROFIZACE HORSKÝCH EKOSYSTÉMŮ př. VYSOKÉ TATRY – TOMANOVÁ DOLINA NEDOSTATEK ŽIVIN (N) + KLIMATICKÉ PODMÍNKY
EMISE
POMALÉ MIKROBIOLOGICKÉ PROCESY KYSELÉ DEŠTĚ
HROMADĚNÍ VRSTEV RAŠELINÍKU (až 60 cm vrstvy) (společenstvo Sphagno-Empetrum)
NÁHRADA
ROSTL. SPOLEČENSTVA Oreochloetum distichae
LIKVIDACE
ZVÝŠENÝ PŘÍSUN DUSÍKU
URYCHLENÍ ROZKLAD. PROCESŮ
ROSTL. SPOLEČENSTVA Oreochloetum distichae
ZMĚNA HYDROLOGICKÝCH POMĚRŮ RETENČNÍ SCHOPNOSTI LETNÍCH PRŮTOKŮ POVODNÍ
ZMĚNY V DEKOMPOZIČNÍM ŘETĚZCI společenstvo CALAMAGROSTIS VILLOSAE
KYSELÉ DEŠTĚ PŘÍSUN DUSÍKU
ZVÝŠENÁ PRIMÁRNÍ PRODUKCE ZVÝŠENÝ ODPAD NÁRŮST POČETNOSTI PŮDNÍ FAUNY
př. CHVOSTOSKOCI rok 1977 1990
počet jedinců [jedn/m2] 80 000 300 000
počet druhů 12 24
6.3.3. CYKLUS FOSFORU
KOLOBĚH FOSFORU a) Koloběh fosforu atmosféra lidské aktivity odpadní vody
terestická společenstva
odlesňování hnojiva rybářství
voda půda
řeky, jezera, oceány
vodní společenstva
horniny (Begon, Harper, Wowsend: Ekologie, 1997)
sedimenty oceánů
6.3.4. CYKLUS SÍRY
KOLOBĚH SÍRY c) Koloběh síry atmosféra sopečná činnost
SO2 ze spalování fosilních paliv
terestická společenstva
voda půda
tříšť mořské vody
řeky, jezera, oceány
horniny (Begon, Harper, Wowsend: Ekologie, 1997)
lidské aktivity
vodní společenstva
sedimenty oceánů
SPALOVÁNÍ KOMUNÁLNÍCH ODPADŮ
Nakládání s komunálními odpady 2003
(STATISTICKÁ ROČENKA ŽP ČR, 2004)
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
POPIS TECHNOLOGIE OXIDY DUSÍKU: • selektivní nekatalytická redukce amoniakem • dávkování čpavkové vody do spalovací komory • k redukci dochází přiteplotě 850 – 950 oC • reakce: 4 NO + 4NH3 + O 2 → 4 N2 + 6 H2O 4 NO2 + 4NH3 → 4 N2 + 6 H20 + O2
POPIS TECHNOLOGIE PCDD/F (dioxiny): • záchyt na katalytickém textilním filtru Remedia • proces Dediox • schematická rovnice: dioxiny → oxid uhličitý + voda + chlorovodík
POPIS TECHNOLOGIE TĚŽKÉ KOVY: • záchyt v elektrofiltru, tkaninovém filtru jako popílek • první stupeň pračky spalin (Quench) – kondenzace Hg • druhý a třetí stupeň pračky spalin • kovy zachycené v prací vodě jsou zachytávány při čistění pracích vod
POPIS TECHNOLOGIE Fluorovodík (HF), chlorovodík (HCl): • záchyt v prvním stupni pračky spalin • vzniklá kyselá vody je využita k loužení popílků
POPIS TECHNOLOGIE OXID SIŘIČITÝ: • druhý stupeň pračky spalin – absorpce v roztoku hydroxidu sodného • reakce SO2 + 2 NaOH → Na2SO3 + H2O 2 Na2SO3 + O2 → 2 Na2SO4
POPIS TECHNOLOGIE PRACH, AEROSOL: • elektrický filtr • tkaninový filtr • pračka spalin, zvláště 3. stupeň – tryskový okruh (ringjet)
EMISE ZE SPALOVNY Porovnání emisí TERMIZO a.s. s limitem EU % limitu EU 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Prach
HCl
HF
SO2
NOx
CO
TOC
Kovy
PCDD/F
EMISE DIOXINŮ ZE SPALOVNY Výsledky měření obsahu dioxinů ve spalinách spalovny TERMIZO v roce 2004 (označení limitu EU) 0,12 0,1
0,06 0,04 0,02
1.12.2004
1.11.2004
1.10.2004
1.9.2004
1.8.2004
1.7.2004
1.6.2004
1.5.2004
1.4.2004
1.3.2004
1.2.2004
0
1.1.2004
ng TE/m3
0,08
ENERGETICKÁ A MATERIÁLOVÁ BILANCE
PODLE PROVOZNÍCH VÝSLEDKŮ SPALOVNY TERMIZO a.s. Liberec 2004
ENERGETICKÁ BILANCE 1000 t komunálního odpadu vlastní provoz
elektřina
teplo dodávka do sítě
6 550 GJ 130 domácností
62 MWh odpovídá roční spotřebě
25 domácností
ENERGETICKÁ BILANCE 1000 t komunálního odpadu vlastní provoz
elektřina
teplo dodávka do sítě
6 550 GJ
62 MWh to odpovídá: 194 t mazutu, nebo 564 t hnědého uhlí, nebo 234 000 m3 zemního plynu
ENERGETICKÁ BILANCE SPÁLENÍ
1000 t komunálního odpadu
PŘEDÁ DO SÍTĚ
ENERGII
která odpovídá: 194 t mazutu, nebo 564 t hnědého uhlí, nebo 234 000 m3 zemního plynu
MATERIÁLNÍ BILANCE 1000 t komunálního odpadu
16 t železný šrot
380 t stavební mater.
RECYKLACE
12 t zabezpeč. odpad
SKLÁDKA
MATERIÁLNÍ BILANCE 1000 t komunálního odpadu
12 t zabezpeč. odpad
SKLÁDKA
Využití popelovin
Využití popelovin
Využití popelovin
Využití popelovin
Rozmístění spaloven 2003
(STATISTICKÁ ROČENKA ŽP ČR, 2004)
Rozmístění skládek odpadů 2003
(STATISTICKÁ ROČENKA ŽP ČR, 2004)
