Az ökológia rendszer

(ökoszisztéma)

Ökológia előadás

2014 Kalapos Tibor

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

• 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,H2O).

• 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,

– negatív és pozitív visszacsatolások módosul a komponensek mennyisége, az áramlások intenzitása.

ökológiai rendszer - mi is ez?

3

6

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

7

Az energia megoszlása

egy trofikus szinten

Fogyasztási hatékonyság:

CE=In/Pn-1

(pl. növényevőknél 0,05 /erdő/ -

0,5 /fitoplanktonon élő tengeriek)

Beépítési (asszimilációs)

hatékonyság:

AE = An/In

(pl. növényevőknél 0,2 - 0,5

húsevőknél akár 0,8)

Termelési (produkciós)

hatékonyság:

PE = Pn/An

(pl. gerinctereneknél 0,3 - 0,4

emlősöknél csak 0,01 – 0,02)

Eredő trofikus energiaátviteli

hatékonyság = CE x AE x PE

8

A szén (C) körforgása - gáz- és üledékes ciklus

- motorja az élők szénanyagcseréje

(fotoszintézis, légzés) és abiotikus geokémiai

folyamatok (CO3 képződés, mállás)

9

A nitrogén (N) körforgása - gázciklus

- üledékben is jelentős raktár

- motorja az élők nitrogén anyagcseréje

10

A szárazföldi N megkötés összetevői napjainkban

11

A víz körforgása - „üledékes” ciklus

- légkörben kevés, de fontos!

- hajtóereje fizikai kényszerek

- eltérő mérleg óceán és sz.föld felett

- jég: édesvíz raktár

12

A foszfor (P) körforgása - üledékes ciklus

- légköri komponens jelentéktelen

- rendkívül lassú ciklus

- motorja az élők anyagcseréje

- üledékraktárban évezredekig

Szervesanyag termelés az ökológiai rendszerekben

• A biológiai termelőképesség mérése.

• Nemzetközi Biológiai Program (IBP,1964-74, 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*109 t, ebből

– szárazföldek: 2422*109 t,

– óceánok: 3.2*109 t.

13

• 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*109 t (a biomassza

7%-a), óceánok: ~ 60*109 t (20x biomassza).

– P/B arány rendszerint csökken a szárazföldi

szukcesszió során, • erdőkben a nekromassza részesedése magasabb

14

Szerves anyag termelés

az ökológiai rendszerekben

15

A nettó primér produkció (NPP) eloszlása a Földön

16

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

18

A nettó primér produkció (NPP) csapadék- és

hőmérsékleti válasza a szárazföldeken

20

Összefüggés a víz foszfor tartalma és a nettó elsődleges

produkció között

21

Hasonlóság a víz foszfát

koncentrációja és a lebegő

tengeri növényei parányok

(fitoplankton) nettó

elsődleges produkciója

térbeli mintázata között a

Csendes-óceán medencéjében

22

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.

oligotróf mezotróf

Víz

mély

ség

eutróf

23

A Biomassza és a NPP kapcsolata Földünk jellemző vízi és szárazföldi

ökoszisztémáiban

24

- 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 CO2 elnyelés és O2 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.

Ökoszisztéma szolgáltatások (ecosystem services)

25

Csoportosítva:

- Támogató szolgáltatások - az emberi tevékenységek folytatásához

megfelelő „közeg” biztosítása

- talajképződés, anyagciklusok: elhalt szervesanyagból újra felvehető ásványi tápanyag stb.

- Ellátó szolgáltatások - tevékenységeinkhez „alapanyagok”

- O2 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)