Talajállatok ökotoxikológiája

Átírás

1 Talajállatok ökotoxikológiája Ökotoxikológus MSc Tárgyfelelős: Dr. Seres Anikó SZIE-MKK, Állattani és Állatökológiai Tanszék

2 A félév beosztása 3. félév: 1+1óra; 1+1kr; vizsga Ea: ( ) Gyak: ( május 20.) Tavaszi szünet: ig Értékelés: gyakorlati eredmények prezentálása ( vagy ) + elméleti zh a félév közepén!(03.17.)

3 Vázlat Bevezetés (történet; paradigmák; cél) Talajtan (talaj kialakulás; fejlődés; típusok; vizsgálati lehetőségek) Talaj élővilágának biodiverzitása; mennyiségi viszonyok; osztályozhatóság A talaj hatótényezői A talajökotoxikológia története, vizsgálati módszerei A legjellemzőbb taxonok ismertetése: Nematoda Oligochaeta Gastropoda Myriapoda Isopoda Collembola Carabidae Gyűjtési módszerek Talaj táplálékhálózatok, funkcionális kapcsolatok. Közben ökotox

4 2015: A talaj éve

5 Történet Aristoteles:...a giliszták a talaj belső szervei... Darwin (1831): 326 oldalas kiadvány humuszképzés, giliszták szerepe Hampus von Prost (1862, svéd) V. Hensen (1877, 1882, német) PE Müller (1879, 1884, dán) K. Diehm (1903) összefoglaló mű az Alpok talajfaunájáról A. Berlese (1905, olasz) atkák kinyerése automatikus úton Bornebush (1930, dán) Sondek (1928, cseh) Frenzel (1936, német): taxonómia, ökológia, faunisztika Ghiljarov (1949) Kühnelt (1950) Franz (1950) Delamare-Deboutteville (1951) Dudich, Balogh, Loksa, Mahunka, Bakonyi...

6 XX. sz.: Alkalmazott ökológiai kutatási irány A talaj termőképességének problémája Iparosodás Népességnövekedés építkezés Táplálékforrás Szükségszerűen megjelent: fizikai-kémiai jellemzők; talaj mikrobiológia I. Világháború után fellendülés (Ausztria: Sehera&Kubiena; Dokucajev) A talajbiológia alapfeladata a talajlakók fajgazdagságának feltárása Taxonómia, ökológia (pop. dinamika, táplálékválasztás, feldolgozás) Szerepük a talaj ökoszisztémában (termőképesség!) ökoszisztéma szolgáltatás Talaj táplálékhálózat feltárása tápanyag forgalom követése Alkalmazott területek (talajszennyezés, GMO...)

7 1958 óta: Talajzoológiai kollokviumok: XIVth International Colloquium on Soil Zoology and Ecology "Soil Animals and Ecosystem Services XIth International Colloquium on Apterygota the Université de ROUEN (Mont Saint Aignan, France) 1961: első szakfolyóirat - Pedobiológia

8 2012 Coimbra XVI ICSZ International Colloquium on Soil Zoology Coimbra, August 6-10, 2012 XIII ICA International Colloquium on Apterygota Coimbra, August 13-15, 2012 X ISE International Symposium on Enchytraeidae Coimbra, August 13-14, 2012

9

10

11 A talaj funkciói: Ökológiai funkciók: biotóp (biológiai élettér) biomassza termelő terület (termőtalaj) szabályozó (pufferoló) közeg Illetve: Emberi tevékenységhez kötődő funkciók: fizikai közeg (építészeti: telkek-pihenőhelyek) nyersanyagforrás (és más források lelőhelye) archeológiai-paleontológiai információk hordozója.

12 Európai Talaj Karta (European Soil Chart, Európa Tanács, 1972) A talaj az emberiség egyik legértékesebb kincse, amely korlátozottan áll rendelkezésre, könnyen tönkretehető, ezért védeni kell az erózió, a szennyezések és más emberi behatások ellen. Erőforrásainak leltárát el kell készíteni, a beruházások során törekedni kell minimális károsodására, objektumok telepítésekor a hatástanulmányoknak a talajvédelmi intézkedések költségeire is ki kell terjedniük. Megóvása érdekében további kutatásokra és interdiszciplináris együttműködésre van szükség, védelmének fontosságát be kell építeni a köztudatba és a kormányoknak, valamint a helyi hatóságoknak céltudatos intézkedésekkel kell elősegíteniük védelmét.

13 A talaj, mint élőhely - nehezen átjárható, nem áramlik (pl. a vízhez képest), - az avar gyenge minőségű táplálékforrás, - mozaikos mind vertikálisan mind horizontálisan. - a talajállatok denzitása a felső 10 cm-ben a legnagyobb, majd fokozatosan csökken a talajmélységgel. - különböző léptékek, méretek

14 Szintezettség Az állatok nagyrészt a talaj legfelső rétegeiben élnek (felső cm). De

15 A talajzoológia legfőbb nehézségei Jelentős méretbeli különbözőségek Mozaikosság (térbeli heterogenitás)

16 Mikroélőhelyek, szférák a talajban ( functional domains ) Beare et al Driloszféra avartakaró, gilisztajáratok, stb. 2. Detritusz-szféra felső, szervesanyagban leggazdagabb r. 3. Pórus-szféra 4. Aggregátum-szféra 5. Rizoszféra - gyökérzóna scitable/knowledge/library/ the-soil-biota

17 Driloszféra, detritusz-szféra

18 Pórus-szféra, aggregátumszféra /library/the-soil-biota

19 Rizoszféra

20 Szerves anyagok kb. 5 % A talaj összetevői

21 A talaj szervesanyagtartalmának összetevői Élőlények biomasszája kb. 5 % Forrás:

22 Kérdés...??? SCHROEDER, D. (1992

23 Akkor miért érdemes vizsgálnunk őket egyáltalán? Kampánybeszéd a talajlakó élőlények jelentőségéről...

24 A TALAJ ÉLŐLÉNYEINEK szerepe A FÖLD BIOLÓGIAI MOTORJA mint ökoszisztéma szolgáltatások JAVAK (tartalék) tápanyagok, rost biotechnológiai összetevők SZOLGÁLTATÁSOK (szabályozás) tápanyagok körforgalma víz tárolása és szállítása talaj strukturális változásai (pl.: erózió, áthalmozás) biotikus szabályozás (pl.:kártevők, kórokozók) detoxifikáció atmoszféra összetétel (CO 2!!!) Professor Karl Ritz Cranfield University

25 A talajállatok többrétű jelentősége Változatos méretkategóriák, táplálkozási módok és szaporodási dinamika Szabályozó szerep a tápanyagok körforgásában, különböző lebontóutak vonatkozásában Fentiek miatt: REPREZENTATÍV indikátor jelleg

26 A talajlakó élőlények szerepe a tápanyagok körforgásában

27 A talaj élő anyagának összetevői A talaj élő komponensei Biomassza (t / ha) Rét, legelő % (átlagok) Biomassza (t / ha) Árpa % Gyökerek ,46 37 Baktériumok 1-2 1,6 0,73 18,5 Sugár-gombák 0-2 1,6 - - Gombák 2-5 5,6 1,63 41,3 Egysejtűek 0-0,5 0,004 0,07 1,8 Fonálférgek 0-0,2 0,001 0,002 0,0005 Gyűrűsférgek 0-2,5 2 0,056 1,4 Egyéb állatok 0-0,5 0,004 0,0006 0,0002

28 A talaj élőlényeinek ( biota ) összetevői

29 Jellemző egyedszámok Forrás:

30 Jellemző biomassza-értékek Forrás:

31 A talaj biomassza jellemző térbeli és időbeli trendjei Forrás:

32 Talaj biodiverzitás jelentősége HIPOTÉZIS - a diverz rendszer előnyei: produktívabb fenntarthatóbb zavaró tényezőkkel szemben ellenállóbb megújuló képessége jobb Mechanizmusok: repertoár ( toolbox ) interakciók redundancia

33 A biodiverzitást veszélyeztető hatások KÖZVETETT szerkezeti leromlás erózió talajfedés szerves anyag csökkenés KÖZVETLEN fizikai hatások pl. szikesedés kémiai szennyezések xenobiotikumok (biocidek, szennyezőanyagok)

34 Forrás:

35 Forrás:

36 Mineralizáció - immobilizáció Forrás:

37 Talajfauna és ökoszisztéma szolgáltatás Soil is more than just dirt

38 Mikroorganizmusok talajfolyamatok szabályozói Mezofauna: talaj predátorok, pathogének, herbivórok Makrofauna: Talaj mérnökök

39 Mi (nem) lenne nélkülük? Szervesanyag lebontás Szervetlen anyagok átalakítása Talaj aggregátumok képzése Toxikus anyagok lebontása Nitrogén fixácó Biológiai növényvédelem

40 Miért fontosak a talajállatok? Lebontók (befolyásolják a szervesanyag lebomlását; a mineralizációt) Direkt, indirekt hatások a talaj termékenységére Kapcsolat a talaj mikroorganizmusokkal Megváltoztatják a talaj jellemzőit (ph, nedvesség, szerves anyag) Táplálék: madarak, kétéltűek, hüllők, gerinctelenek Ragadozók: a zsákmány populációk szabályozói

41 A talajállatok fontosak 1. lebontás (fragmentáció) 2. Talaj keverése (levegőztetés) Bouteloua gracilis lebomlása blue grama alacsony moszkitófű

42 A talajbiológia jelentősége A fenntartható és ökologikus mezőgazdaság alapja Lebontás Tápanyag körforgás Szerves anyag javítás betegség kezelés Növekedést segítő baktériumok, mikorrhizák Talaj minőség és egészség A szerves anyag kulcsszerepe Globális klímaváltozás és C elvonás a talajokban

43 Mit tudunk a talaj élővilágáról?

44

45 Nevezéktan: R. Francè: edaphon = a talaj élővilága Funkciója: - biológiai mállás - humifikáció - mineralizáció - átépítés, morzsalékosság kialakítása - járatok készítése Talajállat definíció:...közvetlenül vagy közvetve befolyásolják a talaj állapotát. (Pl.: Carabidae vs. elefánt!?) Közvetlen hatás: holt szerves anyag feldolgozása Közvetett hatás: más talajállatot ragadoz; gyökeret eszik, stb.

46 Talajbióta A legkomplexebb biológiai közösség A táplálék és élőhely feltételek sokfélesége ( patchy environment ) A diverzitás a talaj minőségének jelzője Fajdiverzitás Funkcionális diverzitás Funkcionális redundancia Sokféle organizmus látja el ugyanazt a feladatot Ez stabilitáshoz és rezilienciához vezet A talajok a legkülönbözőbb tényezők mellett és zavarások után is képesek az ökoszisztéma szolgáltatásukat ellátni Kulcsfajok (keystone spp) Egyes feladatokra szakosodtak Nitrogén körforgás A szerves anyag fizikai újraelosztása

47 Funkció szerinti felosztás A talajállatok csoportosítása táplálékforrásaik szerint Növényevők (elsősorban gyökérfogyasztók): pl.: kabóca lárvák (Cicadidae), lótücsök (Gryllotalpa gryllotalpa), tetvek, különböző lárvák, szövőcsévések (Symphyla) Szaprofágok: Ikerszelvényesek (Diplopoda), ászkarákok (Isopoda: Oniscidea) Gombaevők: Ugróvillások (Collembola), egyes atkák (Acari) Ragadozók Pókok (Aranei), álskorpiók (Pseudoscorpionides), százlábúak (Chilopoda), ragadozó atkák (Acari), egyes bogarak (Carabidae, Cicindelidae), hangyák (Formicoidea)

48 O horizont felszín: elhalt növényi/állati szerves anyag A horizont Felső talajr. (Topsoil): növényi gyökerek, baktériumok, gombák, kis állatok B horizont Alsó talajr. (Subsoil): kevesebb élőlény, kevesebb topsoil ; növényi növekedésnek nem kedvez C horizont Megváltoztatott növényi anyag: kevéssé élő

49

50 Talajképződés élővilág szukcesszió

51 Talaj, mint élőhely (habitat) élőlények forrásaik elérhetősége Talaj részecskék Növényi gyökerek Víz Gyep mikrozóna 1 cm 2

52 Életfeltételek a talajban: élettér talajszerkezet alkalmazkodás (funkcionális féreg alkat) talajnedvesség talaj levegő tartalom (O 2 ) talajhőmérséklet fény kémiai sajátságok (kicserélhető Ca és a ph) táplálékellátottság szervesanyag tartalom

53 Vertikális heterogenitás ganajtúrók földigiliszták Levélnyíró hangyák

54 Horizontális heterogenitás Amynthas (ázsiai) Lumbricidae (európai) Térkép: E. Ellis & D. Cilento, Dept. of Geography, UMBC

55 A talaj szervezetek a talaj minőségének minden aspektusából fontosak Struktúra/Aggregátum Humifikáció Szervesanyag talaj közösség Nitrát kimosódás Lebontás Tápanyag körforgás

56 Diverzitás Poor man s rainforest

57 Az edafon csoportosítása: Kevan (1962) féle osztályozás állandó időleges periódikus részleges alternatív átmeneti talajlakók méret szerinti csoportosítás (hossz; keresztmetszet) funkció szerint (lebontók, ragadozók, fitofágok)

58 I. valódi talajállatok: egész életüket, mindegyik fejlődési formájukban a talajban, vagy a talaj felszínén (az avarban, kövek, kidőlt fák alatt, mohában, zuzmóban, ürülékben stb.) töltik, II. időszakos talajállatok: legalább egy fejlődési szakaszuk a talajban zajlik és ezalatt részt vesznek a talaj tápanyagforgalmában, III. talaj feletti állatok: a talajszint felett élnek, de például a petéjüket a talajba rakhatják, vagy a talajban bábozódhatnak, IV. vízi állatok: teljes életciklusuk, vagy legalább egy fejlődési szakaszuk vizekben (pocsolyák, tavak, folyók stb.) történik, V. egyéb állatok: nincs elég információ az életmódjukról.

59 A talajfauna biodiverzitása I. II. III. IV. V. Összfajszám % % % % % Hortobágyi NP 20,8 18,7 48,2 7,5 4, Kiskunsági NP 20,3 17,1 51,9 6,7 4, Bükki NP 16,7 20,3 53,4 4,9 4, Aggteleki NP 8,8 18,5 64,3 5,0 3, Bátorligeti TT(1953) 17,6 14,2 57,7 9,2 1, Bátorligeti TT(1991) 24,2 16,8 50,9 7,3 0, Átlag (±SD) 18,1 (±5,3) 17,6 (±2,1) 54,4 (±5,8) 6,8 (±1,6) 3,2 (±1,7) Talajállatok fajgazdagságának összehasonlítása különböző élőhelyeken I. valódi talajállatok, II. időszakos talajállatok, III. talaj feletti állatok, IV. vízi állatok, V. egyéb állatok.

60 hiperedafikus aljnövényzetben élők epedafikus/epigeikus talaj felszínén élők hemiedafikus/hipogeikus a humuszrétegben élők euedafikus/endogeikus a felső talajrétegben élők Protaphorura armata (Collembola) Endogeikus, talajpórusokban él.

61 A diverzitás megalapozói: A táplálék és élőhely feltételek sokfélesége ( patchy environment ) Fokozottan diverz kőzettani, kémiai, fizikai feltételek A diverzitás a talaj minőségének jelzője Fajdiverzitás Funkcionális diverzitás

62 Diverzitással kapcsolatos koncepciók Funkcionális redundancia Sokféle organizmus látja el ugyanazt a feladatot Ez stabilitáshoz és rezilienciához vezet A talajok a legkülönbözőbb tényezők mellett és zavarások után is képesek az ökoszisztéma szolgáltatásukat ellátni Kulcsfajok ( keystone spp) Egyes feladatokra szakosodtak Nitrogén körforgás A szerves anyag fizikai újraelosztása

63 A lebontó állatok taxonómiai diverzitása 1. Regnum/Phylum Subphylum/Classis Subclassis/ordo közönséges név Protista Flagellata Sarcodina Ciliophora egysejtűek: ostorosok, amőbák, csillósok Platyhelminthes Turbellaria örvényférgek Nematoda Gastrotricha Rotatoria fonálférgek Mollusca Gastropoda csigák Annelida Clitellata: Oligochaeta Hirudinea csillóshasúak kerekesférgek földigiliszták televényférgek piócák Tardigrada medveállatkák

64 2. Regnum/Phylum Subphylum/Classis Sub-classis/ordo közönséges név Arthropoda Myriapoda: Chilopoda Pauropoda Symphyla Diplopoda Chelicerata: Arachnida Crustacea: Malacostraca Hexapoda: Parainsecta Insecta Pseudoscorpiones Ricinulei Opiliones Acari Araneae Ostracoda, Copepoda, Amphipoda, Decapoda, Isopoda Protura Collembola Diplura Dermaptera Blattoptera Isoptera Ensifera Thysanoptera Hymenoptera Lepidoptera Diptera százlábúak villáscsápúak szövőcsévések ikerszelvényesek álskorpiók sapkáspókok kaszáspókok atkák pókok kagylós-, evezőlábú, felemáslábú, tízlábú, ászkarákok előrovarok ugróvillások lábaspotrohúak fülbemászók csótányok termeszek tücskök, sáskák tripszek hártyásszárnyúak lepkék legyek

65 Taxonómiai diverzitás

66

67

68 Méret szerinti osztályozás Makro >2mm, mezo 0.1-2mm, mikro < 0.1mm Makroflóra Edényes növények gyökerei, Bryophyta (mohák) Makrofauna (vakond), giliszta, ikerszelvényes, ászka Mezofauna ugróvillások, atkák Mikrofauna Nematoda, protozoa Mikroflóra algák, gombák, baktériumok, actinomycetes makrobióta mikrobióta

69 Méret (átmérő) szerinti felosztás

70 A talajszervezetek denzitás viszonyai