Producenti, ekologie a rostliny: Definice a vzájemné vztahy

Rostliny jsou nejvýznamnější primární producenti na Zemi. Mají totiž unikátní schopnost vytvářet v procesu fotosyntézy z jednoduchých anorganických sloučenin organické látky, v jejichž molekulách je původní energie ze světelného záření uložena v energeticky bohatých vazbách. Jsou autotrofní, zdrojem uhlíku je pro ně jednoduchá sloučenina oxid uhličitý (CO2) ze vzduchu.

Aniž bychom snižovali zásadní význam rostlin pro primární produkci biomasy, připomeňme, že ve specifických případech jsou důležité i řasy (např. v povrchové krustě vyvíjející se půdy a samozřejmě v nejrůznějších vodních systémech) a dále že ve všech půdách žijí také autotrofní mikroorganismy patřící do domén bakterie a archea.

Organické látky vytvořené fotosyntézou a následnými biochemickými pochody ukládají rostliny do své biomasy a zároveň je zpětně využívají pro chod svého metabolismu. Nadzemní biomasu rostlin dobře známe a u velké většiny zemědělských plodin ji využíváme ve sklizených produktech. Méně už známe biomasu rostlin uloženou v půdě. Je to přirozené, jednak ji nevidíme, jednak ji nelze tak snadno z půdy získat.

Ale i když ji získáme a zvážíme hmotnost biomasy všech nadzemních i podzemních orgánů rostliny, ještě nezjistíme, kolik celkem organických látek rostlina vytvořila. Jak je to možné? Ze dvou důvodů. Během svého života totiž rostliny do půdy uvolňují obrovské množství organických látek. Tyto látky zahrnují hlavně nejrůznější organické sloučeniny ve formě kořenových exsudátů a také biomasu odumřelých buněk kořenů a jiných podzemních orgánů, které zůstávají v půdě, kde se postupně rozkládají.

Druhým důvodem je již zmíněné využití části organických sloučenin ve vlastním metabolismu - tyto látky se doslova prodýchají a tak poskytnou energii pro růst a vývoj rostliny. Takto je tomu u všech rostlin, ovšem kvantitativní poměry jsou velmi různé.

Čtěte také: Vše o producentech v potravním ekosystému

Představu o osudu uhlíku fixovaného rostlinou ve fotosyntéze nám dá jednoduchý příklad, např. pšenice: uvažujme hektarový výnos 6,0 t zrna a 3,5 t slámy, další cca 1,5 t biomasy připadá na kořeny. Čistá primární produkce je tedy 6 + 3,5 + 1,5 = 11 t/ha organických látek. K tomu je třeba přičíst prodýchanou biomasu cca 5 t/ha a biomasu kořenových exsudátů a buněk kořenů 5 - 6 t/ha. Celková produkce tedy bude kolem 20 t/ha, z čehož vlastně využijeme pouze 6 t ve formě obilek.

Jde o zjednodušený příklad, který ovšem odpovídá poznatkům o distribuci organických látek získaných fotosyntézou, i když kvantitativní údaje budou u konkrétních rostlin v konkrétních podmínkách jiné. Pro náš účel je také důležité si všimnout, že stejnou biomasu, jakou nám pšenice poskytne ve sklizeném zrnu, poskytla i půdním organismům.

Rostliny potřebují ke svému růstu a vývoji prostor - plochu, na níž se mohou rozvíjet a půdu, do níž mohou růst svými kořeny, dále potřebují světlo a teplo (sluneční záření), oxid uhličitý, vodu a minerální živiny. Minerální živiny, tedy dusík, fosfor, draslík, vápník, hořčík, síru a další prvky přijímají rostliny ve vodném roztoku především svými kořeny. Minerální živiny jsou velmi důležité pro tvorbu biomasy rostlin a pro jejich funkci a na jejich získání spotřebuje rostlina mnoho energie; zopakujme si, že ze 100 % C vázaného fotosyntézou bývá nanejvýš polovina zabudována do biomasy.

Dalších zhruba 30 % rostlina prodýchá (tak si zajišťuje energii potřebnou na chod svého metabolismu) a stejný podíl (ale někdy až 50 %) uvolňuje rostlina do půdy. Rostliny tedy ještě za svého života investují až polovinu vytvořených organických látek na podporu organismů a biologických procesů v půdě.

Stálý přísun energie, uhlíku a živin je nutný pro udržení a rozvoj života v půdě. A platí to i naopak, půdní organismy a jejich aktivita jsou velice důležité pro rostliny, protože ty jsou stejně jako mikroorganismy závislé na příjmu minerálních živin z půdy.

Čtěte také: Životní prostředí Petrohradu

Minerální živiny se uvolňují rozkladem organických látek a samozřejmě také zvětráváním půdotvorných minerálů a hornin; zvětrávání je ovšem značným dílem také výsledkem působení půdních organismů. Je tedy zřejmé, že půdní organismy potřebují rostliny a rostliny potřebují půdní organismy.

Půda osídlená rostlinami je plná interakcí mezi společenstvem půdních organismů a společenstvem rostlin. Kořeny (a částečně i jiné podzemní a nadzemní orgány rostlin) přijímají živiny rozpuštěné v půdním roztoku v malých koncentracích.

Příjem živin usnadňuje několik mechanismů, jejichž relativní význam může být různý u různých živin. Například vápník je poměrně hojný v půdním roztoku, a tak k zásobování kořenů vápníkem většinou postačuje hmotový tok (proudění půdního roztoku). Naproti tomu fosforu je v půdním roztoku mnohem méně a při zásobování kořenů se uplatňuje difuze iontů v koncentračním gradientu směrem ke kořenům.

Kořeny samy napomáhají lepšímu kontaktu s dalšími živinami v půdním prostředí svým růstem. Primárním zdrojem minerálních živin jsou částice půdních minerálů, jejichž postupným zvětráváním se do půdního roztoku živiny uvolňují.

Sekundárním zdrojem živin je rozkládaná biomasa (nezobrazeno) a v menší míře je zdrojem živin i atmosféra, srážková voda aj.; v zemědělských půdách pak samozřejmě i hnojiva.

Čtěte také: Ekologické aspekty vody v podniku

Kořeny rostlin pronikají v dostatečně hlubokých půdách do značné hloubky desítek metrů. Při prorůstání půdou využívají kořeny dříve vytvořené póry a praskliny, ale také aktivně póry vytvářejí. Svým růstem vytlačují půdní částice a po odumření kořenů a rozkladu mrtvé biomasy zůstávají v půdě jimi vytvořené kanálky. Jednotlivé druhy rostlin se od sebe značně liší ve schopnosti pronikat do hlubších vrstev půdy i v tlaku, který vyvíjejí na okolní půdu.

Největší sílu jsou schopné vyvinout dřeviny, z nedřevnatých rostlin pak například trávy a jeteloviny. Tyto tzv. hluboko kořenící rostliny prorůstají půdou několik metrů hluboko a mají i bohatý kořenový systém - díky tomu se mimo jiné používají na bioremediaci zhutnělých půd (kromě pozitivního vlivu na strukturu půdy také účinně redistribuují v půdním profilu vodu a živiny a zachovávají po odumření v půdě biomasu).

Rostliny také vytvářejí agregáty slepováním půdních částic pomocí kořenových exsudátů, které dále stabilizují mechanicky růstem kořenů. Prorůstáním kořenů půdou ale také rozrušují existující agregáty a rozšiřují stávající póry.

Prostřednictvím živých i odumřelých kořenů a jiných podzemních orgánů se do půdy dostává velké množství organické hmoty, které závisí jak na klimatických podmínkách, tak na vegetaci, tj. druhu rostliny a podmínkách jejího růstu. Samozřejmě závisí i na půdě: v mělkých a živinově chudých půdách nemají rostliny dobré podmínky, a tak ani nevytvoří mnoho biomasy.

Rostliny uvolňují do půdy velké množství organických látek, které mají řadu přímých a nepřímých efektů, pozitivních i negativních pro rostliny. Ve většině případů zřejmě převládají pozitivní efekty; ve specifických případech ovšem může převážit negativní vliv uhlíkatých látek, zejména pokud stimulují rozvoj fytopatogenních hub nebo fytoparazitických hlístic apod.

Kořenové exsudáty produkované rostlinami zahrnují především rozpuštěné monosacharidy, aminokyseliny, organické kyseliny a další látky, které snadno podléhají mikrobiálnímu rozkladu. Kyseliny také napomáhají zvětrávání hornin a uvolňování jinak nedostupných forem minerálních živin, zejména fosforu, z povrchů a struktur minerálních částic a zpřístupňují tak tyto živiny rostlinám a mikroorganismům.

Mnohem odolnější vůči rozkladu jsou velké molekuly látek, jako je např. celulóza nebo lignin, zvláště pokud dojde k jejich stabilizaci v půdních agregátech.

Hlavním zdrojem labilních a dostupných uhlíkatých sloučenin jsou v půdě kořeny rostlin. Ve formě kořenových exsudátů uvolňují do půdního roztoku jednodušší organické látky, které stimulují společenstva půdních organismů a biologickou aktivitu (která pak vede ke zvýšenému uvolňování živin pro rostliny). Po mineralizaci organických látek se část uhlíku dostává do půdního roztoku a část se vrací ve formě oxidu uhličitého a dalších plynů do atmosféry, odkud byl rostlinami odčerpán. Část organických látek z exsudátů nebo z rozložené biomasy je (dočasně) vázána na půdních částicích, odkud je později uvolněna nebo může být vyplavena. Určitý podíl uhlíku z biomasy využijí půdní živočichové (kteří jej vyrespirují nebo uvolní ze své biomasy ve formě slizů a jiných látek využitelných mikroorganismy.

Biomasa kořenů dosahuje 1 t/ha suché biomasy v suchých savanách až přes 100 t/ha v lesích a může podle okolností tvořit 15 - 90 % celkové biomasy rostlin. Roční produkce kořenů u polních plodin je v závislosti na plodině a půdních a klimatických podmínkách 0,5 - 5 t/ha suché biomasy, u travních porostů kolem 5 t/ha, v listnatých lesích 2 - 9 t/ha a v jehličnatých lesích 1 - 11 t/ha.

Kořeny jedné rostliny mohou zasahovat do vzdálenosti desítek metrů a pronikají do hloubek až kolem 50 m, zvláště u dlouhověkých stromů. Polní plodiny obvykle mají většinu kořenové masy soustředěnou do svrchních 30 - 40 cm, ale např. kořeny vojtěšky běžně rostou do hloubky několika metrů (podle půdy, v mělkých půdách jde samozřejmě o menší hloubku, a také podle stáří rostlin, ve 2. nebo 3. roce pěstování dosahují kořeny vojtěšky na dostatečně hluboké půdě hloubky 10 m i více).

Velmi podstatné pro půdní organismy a biologické procesy je to, že z obrovské biomasy kořenů každoročně odumírá 30 - 90 % a přísun organické hmoty do půdy v této formě tak může několikrát převýšit přísun nadzemního opadu do půdy. U bylinných společenstev tvoří velký podíl biomasy podzemní zásobní orgány, které jsou obvykle stonkového původu - oddenky, hlízy a cibule. Tyto orgány se liší svou vytrvalostí a také se stávají součástí podzemního opadu.

Biomasa oddenků na našich loukách dosahuje v závislosti na intenzitě obhospodařování 30 až 50 % nadzemní biomasy, v mokřadech to může být i 100 %.

Pravidelný přísun organické hmoty od rostlin do půdy, ať již ve formě kořenových exsudátů, odumřelých buněk nebo mrtvé biomasy po odumření rostlin podporuje a zajišťuje půdní procesy. Organické látky jsou v půdě rozkládány a jsou tak zdrojem energie a živin pro další recyklaci a tvorbu nové biomasy - půdních organismů i rostlin.

Při velkém přísunu rostlinného materiálu v chladných nebo suchých podmínkách, které neumožňují rychlý rozklad, se opad hromadí. V našich lesích se takto vytvářejí vrstvy nadložního povrchového humusu typu mul, moder nebo mor.

Rostliny vytvářejí ve fotosyntéze a v navazujícím metabolismu velké množství organických látek, které jsou uloženy v listech, stoncích, plodech, kořenech a jiných rostlinných orgánech. Jejich značná část se dostává do půdního prostředí, kde slouží jako potrava půdním organismům. Podzemní opad zahrnuje vedle kořenů i oddenky, hlízy a další podzemní orgány.

Společenstvo půdních organismů reaguje na přísun biomasy zvýšenou aktivitou a rozkladem původních látek. Fixovaný uhlík se uvolňuje ve formě CO2 a vrací se do atmosféry, část organických látek zůstává v půdě a podporuje tvorbu agregátů půdních částic.

Rhizosféra je část půdy v těsné blízkosti kořenů, která je pod přímým (chemickým) vlivem rostlin; tloušťka rhizosféry je nejčastěji několik milimetrů až 1 - 3 cm. Kořeny rostlin uvolňují do rhizosféry aktivně i pasivně velké množství organických látek a občas i ionty, např. fosforečné.

Tyto rhizodepozice zahrnují např. sliz produkovaný kořenovou čepičkou (tvořený převážně polysacharidy), odlupující se vnější vrstvy kořenů a kořenové exsudáty, jak jsme si již ukázali výše. Rostliny takto vyživují bohatá mikrobiální společenstva, na něž jsou navázány mnohé skupiny půdních živočichů. Mikroorganismy v rhizosféře podporují růst rostlin mnoha mechanismy, z nichž nejlépe poznané jsou uvedeny jako „pozitivní interakce“.

Mikroorganismy za pomoci extracelulárních enzymů (a živočichů) rozkládají organické látky a mineralizují je na nejjednodušší sloučeniny včetně dusíkatých, fosforečných, sirných aj. minerálních látek a iontů, které pak slouží jako minerální živiny samotných mikroorganismů a rostlin pro produkci nové biomasy.

Mikrobiální společenstvo se během růstu kořene mění, mladý kořen má kořenovou špičku a vlášení a produkuje nejvíce exsudátů, jak kořen stárne, mohou se z něj více odlupovat povrchové části. Rhizodepozice ovlivňují lokální dostupnost živin pro rostliny a slouží zároveň jako zdroj energie a signálních molekul pro půdní organismy, které mají značný vliv na růst a zdraví rostlin.

Rhizosféra je tak složitou sítí vztahů mezi rostlinami, půdními organismy a chemickými látkami; tyto vztahy se uplatňují nejen ve výživě rostlin, ale i při jejich zásobování vodou, při jejich ochraně před škůdci a patogeny a v mnoha dalších aspektech. Rhizosféra se svými fyzikálně-chemickými vlastnostmi podstatně liší od okolní půdy.

V rhizosféře se běžně vyskytují mnohé bakterie a archea a dále mykorhizní houby, které svým myceliem prorůstají rhizosféru i okolní půdu a rozšiřují vliv rostlin prostřednictvím hub na mnohem větší prostor v půdě. Hyfy mykorhizních hub mohou u ektomykorhizních symbióz dosahovat do vzdálenosti několika metrů od kořene. Mykorhizu vytváří asi 95 % všech známých rostlinných druhů. Asociace mezi kořeny rostlin a mykorhizními houbami je tak nejrozšířenějším symbiotickým vztahem v půdním prostředí a významně ovlivňuje dění v něm.

Rhizosféra kořenů a hyfosféra hub vytvářejí společně mykorhizosféru.

Na počátku potravních řetězců stojí producenti, což bývají fotosyntetizující organismy. Díky fotosyntéze ukládají energii slunečního záření do chemických vazeb a vytvářejí organické látky bohaté na energii. Producenty se živí konzumenti 1. řádu, což jsou obvykle býložraví (živící se rostlinami) či všežraví živočichové. Konzumenty 1. řádu žerou konzumenti 2. řádu (podobně dále s konzumenty dalších řádů).

Mrtvá těla všech účastníků potravního řetězce zpracovávají rozkladači (dekompozitoři). Ti uvolňují různé látky zpět do prostředí, jsou tak k dispozici dalším organismům. Mezi rozkladače typicky patří bakterie, houby či někteří bezobratlí živočichové.

Ekosystém definoval v r. 1935 A. G. Tansley jako soubor organismů a faktorů jejich životního prostředí v jednotě libovolné hierarchické úrovně. Dnes bývá e. chápán v zásadě dvojím způsobem: 1. jako účelově definovaná soustava živých a neživých složek, spjatých vzájemnými vazbami (v tomto pojetí nemusí mít e. nutně konkrétní ohraničení v prostoru a jeho vymezení je dáno pouze účelem a metodami výzkumu); 2. jako reálně existující, relativně samostatná funkční soustava živých a neživých složek, které jsou navzájem spojeny výměnou látek, tokem energie a předáváním informací, vzájemně se ovlivňují a vyvíjejí se v určitém prostoru a čase.

Biocenóza (společenstvo živých organismů), která žije na určitém stanovišti, tj. v subsystému svého neživého prostředí, tzv. ekotopu, je zásadním subsystémem biogeocenózy i e. Proto někdy do definic e. vstupuje i podmínka přítomnosti tří funkčně odlišných složek biocenózy, a to: 1. producentů, což jsou zejm. zelené rostliny, schopné vytvářet organické látky důležité pro výživu zbylých dvou složek biocenózy z jednoduchých anorganických látek; 2. konzumentů, tedy především živočichů, kteří se živí ostatními organismy; 3. dekompozitorů, kteří mj. rozkládají složité organické látky z těl odumřelých organismů a uvolňují látky jednodušší, které mohou být opět využity producenty.

E. mají různou velikost v prostoru; za největší e. je považována biosféra, tj. soustava všech živých organismů této planety a jejich životního prostředí, i trvání v čase. Důležité je rozlišování e. přír. a přírodě blízkých, které jsou prostřednictvím primárních producentů (autotrofních organismů typu zelených rostlin) závislé na sluneční energii jako zdroji energie a jsou regulovány na základě „přirozených“ biofyzikálních informací (sem patří les, jezero, rybník, louka nebo třeba oceán, ale také pole nebo „monokulturní“ smrkový les), a e. umělých (urban-industriálních), jejichž funkce v podstatné míře závisejí na energii získávané z fosilních paliv nebo atomového jádra (zelené rostliny tu nahradil člověk jako primární heterotrofní producent) a které jsou regulovány zejm. na základě informací produkovaných lidskou společností (jako příklady lze uvést akvárium, město nebo kosmickou loď).

Biodiverzita, rozmanitost života na Zemi, zahrnuje všechny živé organismy, od mikroskopických bakterií až po rozsáhlé lesy. Dělí se na tři klíčové složky: genetická rozmanitost, druhová rozmanitost a rozmanitost ekosystémů. Genetická rozmanitost se týká rozmanitosti genů v rámci druhů, které poskytují surovinu pro přizpůsobení a evoluci. Tato genetická variabilita má zásadní význam pro přežití druhů a funguje jako nárazník proti změnám prostředí.

Přežití druhů závisí na jejich schopnosti přizpůsobit se měnícímu se prostředí. Genetická variabilita je základním kamenem této přizpůsobivosti a umožňuje druhům vyvíjet se v reakci na tlaky prostředí. Druhová rozmanitost je rozmanitost druhů v rámci stanoviště nebo na planetě jako celku. Zajišťuje funkčnost ekosystému, protože různé druhy hrají různé role, například producentů, konzumentů a rozkladačů.

Různé druhy plní v ekosystémech jedinečné role a přispívají k toku energie a koloběhu živin. Tato biologická rozmanitost zajišťuje, že jsou ekosystémy účinné a odolné a mohou si zachovat funkčnost i při zátěži. Rozmanitost ekosystémů zahrnuje různá stanoviště, od pouští po oceány, z nichž každé podporuje odlišná společenstva organismů. Rozmanité ekosystémy přispívají ke globální ekologii tím, že vyrovnávají zemské klima, podporují koloběh vody a poskytují životní prostředí různým druhům.

Ekosystémy tvoří strukturální rámec podporující biologickou rozmanitost. Jsou to dynamická společenstva rostlin, živočichů, mikroorganismů a neživého prostředí, která na sebe vzájemně působí jako funkční jednotka. Tyto interakce usnadňují tok energie a koloběh materiálů a udržují životní procesy. Dynamiku ekosystémů řídí interakce mezi různými organismy a jejich fyzickým prostředím. Konzumenti se spoléhají na to, že se budou živit jinými organismy pomocí energie.

Energie proudí ekosystémem od producentů ke konzumentům a nakonec k rozkladačům, což zajišťuje přenos energie a živin. Ekosystémové služby jsou přínosy, které lidé získávají z ekosystémů. Ekologie, vědecké studium interakcí mezi organismy a jejich prostředím, je zásadní pro pochopení obrovské rozmanitosti života na Zemi. Zkoumá, jak tyto interakce utvářejí rozmístění a početnost organismů a ovlivňují strukturu a funkci ekosystémů.

Ekologové používají ke studiu ekosystémů a biologické rozmanitosti různé metody, včetně terénních pozorování, experimentů a modelování. Tyto přístupy jim umožňují rozčlenit složitou síť života a pochopit, jak se druhy vzájemně ovlivňují v rámci svých stanovišť a jak reagují na změny prostředí. Ekologové analyzují vztahy mezi živými organismy a jejich fyzickým okolím, aby pochopili dynamiku přírodních stanovišť.

Ekoremediace znamená využití ekologických principů a postupů k obnově znehodnoceného životního prostředí. Mezi úspěšné ekoremediační projekty patří obnova mokřadů, zalesňování vykácených pozemků a obnova kontaminované půdy a vodních ploch.

Definice a význam ekosystému

Ekosystém je definován jako soustava alespoň jednoho živého prvku a jeho vztahů k okolí. Může jím být jak kaluž, tak i oceán. Ve speciálním případě se v ekosystému zdůrazňují strukturní a funkční hlediska, a to z hlediska časového a prostorového. Živé organismy v ekosystému lze podle jejich převažující úlohy rozdělit na producenty, konzumenty a dekompozitory.

tags: #producenti #ekologie #rostliny #definice

Oblíbené příspěvky:

• Správné třídění papíru
• Účinný odvápňovač pro kávovary
• Produkce odpadu v ČR: Aktuální statistiky
• Osek a příroda
• Jak správně třídit odpad