Az ökológia rendszer (ökoszisztéma) Ökológia előadás 2014 Kalapos Tibor

Átírás

1 Az ökológia rendszer (ökoszisztéma) Ökológia előadás 2014 Kalapos Tibor

2 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

3 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, 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 az élő szervezetek testének 97%-át kitevő anyagok (C,N,O,H 2 O). üledékes cilkusok: üledékes kőzetekben a fő raktár, hosszabb időre kivonódhat a körforgásból az élők anyagainak maradék 3%-a. (P,S,K stb.) Az ökológiai rendszer önszabályozó, ökológiai rendszer - mi is ez? negatív és pozitív visszacsatolások módosul a komponensek mennyisége, az áramlások intenzitása. 3

4 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

5 Az energia megoszlása egy trofikus szinten Fogyasztási hatékonyság: CE=I n /P n-1 (pl. növényevőknél 0,05 /erdő/ - 0,5 /fitoplanktonon élő tengeriek) Beépítési (asszimilációs) hatékonyság: AE = A n /I n (pl. növényevőknél 0,2-0,5 húsevőknél akár 0,8) Termelési (produkciós) hatékonyság: PE = P n /A n (pl. gerinctereneknél 0,3-0,4 emlősöknél csak 0,01 0,02) Eredő trofikus energiaátviteli hatékonyság = CE x AE x PE 7

6 A szén (C) körforgása - gáz- és üledékes ciklus - motorja az élők szénanyagcseréje (fotoszintézis, légzés) és abiotikus geokémiai folyamatok (CO 3 képződés, mállás) 8

7 A nitrogén (N) körforgása - gázciklus - üledékben is jelentős raktár - motorja az élők nitrogén anyagcseréje 9

8 A szárazföldi N megkötés összetevői napjainkban 10

9 A víz körforgása - üledékes ciklus - légkörben kevés, de fontos! - hajtóereje fizikai kényszerek - eltérő mérleg óceán és sz.föld felett - jég: édesvíz raktár 11

10 A foszfor (P) körforgása - üledékes ciklus - légköri komponens jelentéktelen - rendkívül lassú ciklus - motorja az élők anyagcseréje - üledékraktárban évezredekig 12

11 Szervesanyag termelés az ökológiai rendszerekben A biológiai termelőképesség mérése. Nemzetközi Biológiai Program (IBP, , 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*10 9 t, ebből szárazföldek: 2422*10 9 t, óceánok: 3.2*10 9 t. 13

12 a biomassza jelentős része: fitomassza (növényi szervesanyag) 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*10 9 t (a biomassza 7%-a), óceánok: ~ 60*10 9 t (20x biomassza). P/B arány rendszerint csökken a szárazföldi szukcesszió során, erdőkben a nekromassza részesedése magasabb Szerves anyag termelés az ökológiai rendszerekben 14

13 A nettó primér produkció (NPP) eloszlása a Földön 15

14 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

15 A nettó primér produkció (NPP) csapadék- és hőmérsékleti válasza a szárazföldeken 18

16 Összefüggés a víz foszfor tartalma és a nettó elsődleges produkció között 20

17 Hasonlóság a víz foszfát koncentrációja és a lebegő tengeri növényei parányok (fitoplankton) nettó elsődleges produkciója térbeli mintázata között a Csendes-óceán medencéjében 21

18 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 mennyiségét. 22

19 A Biomassza és a NPP kapcsolata Földünk jellemző vízi és szárazföldi ökoszisztémáiban 23

20 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 CO 2 elnyelés és O 2 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

21 Csoportosítva: - Támogató szolgáltatások - az emberi tevékenységek folytatásához megfelelő közeg biztosítása - talajképződés, anyagciklusok: elhalt szervesanyagból újra felvehető ásványi tápanyag stb. - Ellátó szolgáltatások - tevékenységeinkhez alapanyagok - O 2 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 Ökoszisztéma szolgáltatások (ecosystem services) 25