Čistá produkce energie v ekosystému

Věda zkoumá vzájemné vztahy mezi organismy a adaptace organismů podle podmínek prostředí v biosféře. Biosféra se dělí na 3 odlišné oblasti: mořskou, sladkovodní a suchozemskou, které se liší makroklimatickými podmínkami. Živé organismy se dále dělí dle šíře ekologické valence na druhy eurekní a stenoekní.

Eurekní druhy mají širokou ekologickou valenci, zejména k abiotickým faktorům prostředí, velký areál (plochu rozšíření) a jsou často kosmopolitní. Naopak, stenoekní druhy mají malý areál.

V ekosystému se energie slunečního záření přeměňuje na energii chemických vazeb v tělech zelených rostlin. Jeden organismus je pro druhý zdrojem energie. Žádný z nich neuskuteční celý rozklad, jejich populace se následují po sobě. Zapojují se i saprofágové, živící se polorozloženou organickou hmotou. Na každé trofické úrovni vstupuje do organismů určité množství energie, ale část není využita.

Využitá (asimilovaná) energie se částečně přeměňuje v buněčné dýchání organismů, část se využívá ke stavbě jejich těl (k tvorbě nové organické hmoty, tj. k produkci, využitelné pro další trofickou úroveň) pro stavbu těl konzumentů.

Přírodní ekosystémy (druhově rozmanité biocenózy) mají nízkou čistou primární produkci v potravním řetězci. Umělé ekosystémy - člověk se snaží o co nejvyšší čistou produkci (výnos). Musí dodávat tzv. dodatkovou energii, potřebnou k obdělání, zavlažování apod. (zvýšení hrubé primární produkce), k hubení škůdců (snížení sekundární produkce).

Čtěte také: Klíčové procesy koloběhu dusíku

Potravní pyramida ekosystému vyjadřuje kvantitativní vztahy mezi trofickými úrovněmi ekosystému (vyjádřeno pomocí počtu jedinců, hmotnosti, produkce, energie…). Z jedné trofické úrovně může být primární produkce spotřebována na další trofické úrovni.

Složky atmosféry a jejich význam

Organismy žijí v troposféře. Složení atmosféry zahrnuje chemický obsah, tlak (ovlivňuje dýchání organismů) a hustotu (nízká, žádný organismus). Rostliny získávají C z CO2 a O (21%) je nezbytný pro dýchání. N má význam pro tvorbu bílkovin.

Rostliny se dělí na:

• Nitrofyty: nitrofilní společenstva (náročné na obsah N - kopřiva, pýr, lebeda, merlík)
• Nitrofobní: nitrofobní společenstva (na kyselých substrátech, brzdí činnost nitrifikačních organismů, např. rostliny rašelinišť, také masožravé rostliny, které získávají N z těl živočichů).

Znečištění atmosféry zahrnuje:

• Tuhé emise (popílek, prach): ucpávání průduchů, s vodou do pletiv, jedovaté, rozrušování asimilačních barviv.
• Oxid siřičitý: způsobuje opad listí.

Půda a její charakteristika

Půda (pedosféra) spolu s litosférou tvoří zdroj anorganických látek pro život organismů. Půda je systém vody, minerálních látek, vzduchu, živých a mrtvých organismů. Charakteristické vlastnosti půdy zahrnují pórovitost (prostory mezi anorganickými součástmi půdy, vyplněné vodou nebo vzduchem), teplotu půdy (kolísá oproti vzduchu pomaleji, ale rychleji než teplota vody) a pH půdy.

Čtěte také: Význam koloběhu uhlíku

Společenstvo živých organismů v půdě se více či méně (záleží na hloubce) uplatňuje složení matečné horniny (litosféra) na chemických vlastnostech půdy a ty určují ekologické podmínky.

Ekologické vztahy

Parazitismus a predace jsou ekologické vztahy, kde jedna populace žije na úkor druhé. Při parazitismu je hustota populace parazitického druhu větší než hustota populace hostitele, u predace naopak. Paraziti a predátoři se liší ve velikosti a biotickém potenciálu, ale jejich funkce v přírodě je obdobná. Paraziti mají mnohdy velkou specializovanost a často složitý vývoj. Na rozhraní mezi parazitismem a predátorem je parazitický hmyz, který konzumuje jako predátor a má vysoký biotický potenciál.

Ekosystémy a jejich vývoj

Ekosystém je základní jednotka, v níž dochází k oběhu látek a toku energie, a to z anorganických na organické látky. Rozlišujeme:

• Suchozemské ekosystémy: producenti = cévnaté rostliny. Jejich počet na jednotce plochy je poměrně malý, celková biomasa na jednotce plochy je větší. Spotřebují mnoho energie pro tvorbu svých podpůrných pletiv. Rychlost látkové výměny v těchto ekosystémech je pomalejší.
• Vodní ekosystémy: producenti = fytoplankton.

Změny ekosystému zahrnují proces vývoje = ekologickou sukcesi, která vede ke konečnému stadiu ekosystému = klimaxu (stále se obnovuje a je v rovnováze s abiotickým prostředím). Určující podmínky jsou nejčastěji makroklimatické.

Ochrana přírody

Chráněná území představují zbytky přirozených ekosystémů a mají význam pro zachování genofondu přírody a přírodních ekosystémů po ovlivnění obhospodařováním. Ochrana přírody se opírá o zákon č. 114/1992 Sb.

Čtěte také: Koloběh síry v přírodě

Rozlišujeme:

1. Obecnou ochranu přírody: vztahuje se na celou přírodu, všechny druhy rostlin, živočichů i hub. Nikdo nesmí ničit organismy nadměrným sběrem, ničením podmínek jejich života, ve volné krajině kácet stromy bez povolení příslušného odboru životního prostředí.
2. Zvláštní ochranu přírody: vztahuje se na chráněné druhy rostlin, živočichů a hub. Chráněné druhy jsou vyjmenované ve vyhlášce Ministerstva životního prostředí. Některá chráněná území patří do společné geomorfologické oblasti. V rámci velkoplošných území jsou ještě menší s přísnějším režimem (např. Národní parky: KRNAP, NP Šumava, NP Podyjí, NP České Švýcarsko (část CHKO Labské pískovce). CHKO - v současné době 24.

Biomy jsou ekosystémy se společnými znaky. Jejich rozšíření na zemi je zákonité, jejich ráz určuje především vegetace. Biom = určitá rostlinná formace s typickými organismy. Jejich rozšíření závislé hlavně na vzdálenosti od rovníku, tj. na množství světla a tepla. Na souši se podle toho rozlišují vegetační pásy (oblasti, zóny, pásma). Ve vertikálním směru v rámci jednotlivých vegetačních pásů odlišujeme vegetační stupně (s růstem nadmořské výšky se mění podmínky).

Detritový potravní řetězec a rozklad organické hmoty

Kromě pastevního potravního řetězce, který začíná živou rostlinnou biomasou, existuje i detritový potravní řetězec, který začíná odumřelou biomasou, někdy též zvanou detrit. V těchto dvou potravních řetězcích nakonec končí veškerá biomasa vyprodukovaná ve fotosyntéze. V přirozených ekosystémech pak většina energie protéká právě detritovým potravním řetězcem. Například v lesních ekosystémech mírného pásma končí asi 95 procent primární produkce v detritovém potravním řetězci a jen asi 5 procent připadne na pastevní potravní řetězec.

Na rozkladu organické hmoty se v půdě podílí velké množství organismů, a to jak co do počtu druhů, tak do jejich celkové početnosti a biomasy. Jen hmota půdních mikroorganismů je asi 5 tun na hektar, to odpovídá přibližně hmotnosti 100 ovcí. Uvědomíme-li si že mikroflóra potřebuje podobné živiny jako rostliny, je zřejmé, že za určitých podmínek mohou rostliny a mikroorganismy o živiny svádět významný konkurenční boj. Na druhou stranu mikroorganismy regulují uvolňování živin z odumřelé biomasy jak pro sebe, tak pro rostliny.

Rychlost, s jakou se věci rozkládají, jistě závisí na vnějších podmínkách a na charakteru rozkládaného materiálu. Většina rozkladu je tak či onak prováděna živými organismy. Nepřekvapí proto, že tento proces je do značné míry řízen dostupností vody a teplotou. Nejčastěji se proto pro odhad rychlosti fotosyntézy používá skutečná míra vypařování vody ať již z půdy nebo pomocí rostlin (tzv. aktuální evapotranspirace). Ta totiž v sobě spojuje obě veličiny teplotu i vlhkost.

Jistě, rychlost rozkladu závisí i na kvalitě rostlinné hmoty, která se rozkládá. Lze si snadno představit, že list salátu či pampelišky, který odhodíme na záhon, se rozloží rychleji než mulč z kůry nebo dokonce padlý kmen stromu. Tkáně rostlin jsou složeny z celé řady látek, z nichž některé (cukry, škroby, bílkoviny) se rozkládají velmi rychle, zatímco jiné (celulóza, hemicelulózy a lignin) podstatně pomaleji.

Biomasa a její využití

Biomasa = živá složka ekosystému, tj. soubor všech živých organismů (rostlin, živočichů, mikroorganismů). Postavení populací v potravním řetězci se dá znázornit tzv. potravní pyramidou. Biomasa spotřebovaná k životu rostlin slouží k životu rostlin a činí až 50% primární hrubé produkce ekosystému. Čistá produkce představuje nespotřebované zelené rostliny. V přirozených ekosystémech je nízká. V umělých ekosystémech je snaha ji zvýšit. Říká se jí výnos.

Sekundární produkce = část energie, která je využita na stavbu těl živočichů (organická hmota živočichů). Konzumenti využívají z předchozí trofické úrovně jen asi 10 - 20% energie. Celkově všechny organismy využívají asi 1% sluneční energie. Z celé produkce biosféry spotřebuje člověk asi 1 % pro svou potravu a 5 % pro potravu živočichů, tj. asi 6 % z celkové produkce biosféry. To odpovídá 12 % produkce na souši.

Každý organismus si vytváří vlastní látky. Živočichové jsou rozkládáni hlavně bakteriemi, rostliny houbami. Humus je potom mineralizován, tj. anorganické látky jsou uvolněny do půdy. Ustálený ekosystém se nazývá klimax (př.: les, step). Ustaví se v něm klimaxová rovnováha - je dynamická, tj. původní rovnováha se při změně podmínek poruší a ustaví se rovnováha nová. V mladém ekosystému je ekosystém osídlován novými druhy. Ekologické vztahy jsou jednoduché, ekologická rovnováha se teprve tvoří. Počet druhů je malý. postupně slábne vliv přírodního výběru. Nejsou-li nepřátelé, dochází k degeneraci druhu, malá změna životních podmínek vede ke zhroucení ekosystému (vyhynutí veleještěrů v druhohorách).

Biomasa a její využití při přechodu k udržitelnému, klimaticky neutrálnímu hospodářství se dostává do popředí zájmu Evropské unie a jejích členských států. Biomasa odstraňuje CO2 z atmosféry a ukládá uhlík jak v živé biomase, tak v produktech vyrobených z biomasy. Biomasa nahrazuje fosilní a minerální materiály biologickými materiály a produkty, což může snížit emise skleníkových plynů.

V oblasti biomasy panuje silná konkurence, protože stejný typ biomasy může mít více koncových použití a funkcí, a to i z hlediska ochrany přírody a zachování biologické rozmanitosti.

Podle vědeckého výzkumu je nejzásadnější výzvou to, že v budoucnu nebude k dispozici dostatek biomasy z EU, aby biomasa mohla plnit všechny úlohy, které předpokládá Zelená dohoda pro Evropu. Nabídka biomasy zůstává závislá na rozloze využitelné půdy, růstu vegetace, měnícím se klimatu a celosvětovém obchodu. Vzhledem k rostoucí a navzájem si konkurující poptávce po využívání biomasy v různých odvětvích, včetně ochrany přírody, musíme při využívání biomasy přistoupit ke stanovení priorit.

Role mokřadů v tvorbě klimatu

Mokřady lze ve vztahu ke klimatu pojímat jako pasivní složku vystavenou globální klimatické změně, i jako složku aktivní, která působí na klima nepřímo produkcí/vázáním skleníkových plynů a zejména potom ochlazováním svého okolí výparem vody. Mokřady působí především na lokální klima přímo: sluneční energie se váže v mokřadech a ve vegetaci zásobené vodou prostřednictvím rostlin a vody do vodní páry. Během dne své okolí chladí výparem vody (evapotranspirací) a v noci se skupenské teplo vodní páry uvolňuje. Tím se vyrovnávají v čase i mezi místy teplotní rozdíly i rozdíly tlaků, čímž se zmírňuje i rychlost proudění vzduchu.

Mokřadní rostliny vypaří z m2 cca 500 litrů vody za rok, což představuje 350 kWh; tato hodnota je v porovnání s energií spotřebovanou pro primární produkci sedmdesátinásobná. Rostliny přeměňují hlavní část dopadající energie na výpar vody - na ochlazování, tedy na transpiraci; pouze 1 % dodávané energie využijí pro tvorbu biomasy. K tomu, aby fotovoltaické panely pokryly náklady na svoji výrobu, musejí vyrábět elektřinu 1-2 roky. Mokřadní rostliny, které fungují jako maximálně efektivní a dokonalý klimatizační systém, k tomu potřebují dva dny. Mokřadní rostliny tedy fungují jako jednoduchý a velmi účinný klimatizační systém.

Sluneční záření dodává energii procesům, které v biosféře probíhají - oběh vody, produkce biomasy. Bez energie Slunce by teplota na Zemi klesla na několik Kelvinů, atmosféra by byla tuhá.

Na zemský povrch dopadá přibližně 47 % slunečního záření, které přichází na horní hranici atmosféry. Na zemském povrchu dochází podle zákona o zachování energie k transformaci (disipaci) čisté radiace na následující složky energie. Část je spotřebována na výpar ve formě latentního tepla výparu, část se mění na pocitové teplo, tepelný tok do půdy, ohřev povrchu, fotosyntézu. LE je tok latentního tepla výparu (kde L je latentní teplo výparu vody a E je evapotranspirace, tzn. výpar vody z vegetace a povrchu půdy). Tok sluneční energie fotosyntézou do biomasy tvoří velmi malou část celkové energetické bilance.

Při reakci 1 molu vodíku a ½ molu kyslíku vznikne 1 mol vody a uvolní se energie 286 kJ (79 Wh). Entalpie jednoho molu vody (18 gramů) je -286 kJ (-79 Wh).

tags: #obeh #energie #v #ekosystemu #cista #produkce

Oblíbené příspěvky:

• Elektrické drtiče zahradního odpadu
• Příroda v díle Maxe Ernsta
• Moravská Třebová: klimatické podmínky
• Praktický pomocník pro třídění
• Využívání OZE v literatuře