Ekologie půdních organismů aneb kdo žije v půdě a co tam dělá. Jan Frouz frouz@natur.cuni.cz

Transkript

1 Ekologie půdních organismů aneb kdo žije v půdě a co tam dělá Jan Frouz frouz@natur.cuni.cz

2 Ekologie půdních organismů 1 Co to je půda Význam půdy a půdních organismů pro ekosystémy Půda jako prostředí Půdní organismy členění

3 Co je půda (definice) Půda tvoří vrchní vrstvu většiny terestrických ekosystémů je to směs zvětralé vrstvy zemské kůry, organických zbytků, živých organismů a produktů jejich metabolismu. Z fyzikálního hlediska je to třífázový systém složený z pevné tuhé a plynné fáze Zemědělská definice půdy úrodnost 0 A B

4

5 Význam půdy a půdní bioty pro fungování ekosystémů Půda poskytuje životní podmínky podzemním částem rostlin (pufrováním vodně-vzdušného režimu, působí jako zásobárna živin, poskytuje mechanickou oporu) Půda hraje významnou roli v lokálním i globálním koloběhu hlavních biogenních prvků Detritovým potravním řetězcem protéká v suchozemských ekosystémech většina energie, kterou rostliny ve fotosyntéze naváží. Půda hostí velkou diversitu půdních organismů, (druhová rozmanitost organismů žijících na povrchu a pod povrchem půdy zpravidla několikanásobně převyšuje diversitu nadzemních částí ekosystémů)

6 Půda poskytuje mechanickou oporu kořenům rostlin

7 Půda je zásobníkem vody Mineral soil Particles of different size sand (>0,02mm) sil (silt) clay (<0,002mm) These particles form soil aggregates WP WFC porosity presssure (kpa) Pores diameter Water 0.1 3mm saturation WFC µm WP µm Dry soil

8 Vltavská kaskáda při maximálním vzdmutí cca 820 mil m 3 Půdní voda v povodí Vltavy (28090 km 2 ) do hloubky 0,5m (25% objemu půdy) cca 3370 mil m 3

9 Půda je zdrojem živin Půda hraje významnou roli v koloběhu prvků

10 moře les Moře - 25% detritový řetězec Les - 90% a více Detritovým potravním řetězcem protéká významné množství energie

11 10 12 kg 10 9 t Tt Půda hraje významnou roli v koloběhu prvků

12 Diversita půdních organismů skupina počet druhů Mikroskop. houby 25 Řasy 49 Krytenky 20 Hlístice 43 rodů Pancířníci 16 Stonožky 7 Mnohonožky 7 Žížaly 3 40 let stará výsypka spontánně zarostlá 43 druhů rostlin plocha 10x10m min 170 druhů půdních organismů realisticky i 2x tolik vzorkovaná plocha několik m 2 ÚPB kolektiv autorů

13 Půdní organismy

14

15 Různá velikost znamená různé působení fyzikálních sil poměr povrchu a objemu se mění s velikostí strana cm objem cm 3 povrch cm 2 poměr : :0,6 některé fyzikální a biologické procesy závisí více na povrchu, jiné spíše na objemu (hmotnosti) organismu mravenec narozdíl od nás snadno přežije pád ze střechy, my narozdíl od něj snadno vylezeme z vody

16 Velikostní skupina Podíl na dekomposici Podíl na tvorbě půdní struktury Microflora Velmi variabilní enzymatická výbava katalyzují prakticky všechny významné Polysacharidové obaly buněčných stěn stmelují půdní částice. Vláknité mikrorganismy chemické reakce v půdě mohou spojovat půdní částice. Microfauna Predace půdní mikroflory Mesofauna Konzumace opadu Produkce drobných Macrofauna predace mikroflóry Význam vlastní metabolické aktivity je malý exkrementů Produkce exkrementů vede k tvorbě organických a organo-

17 Mass of soil biota in soil organic matter 6% roots 9% edaphon 7% min soil 94% dead org matter 84% mesofauna 3% makrofauna 5% mikrofauna 4% earthworms 14% bakteria aktinomycetes 49% fungi 25%

18 Abundance a biomasa hlavních skupin půdní bioty v mírném pásmu

19

20 Půda jako životní prostředí půdních organismů

21 Jak se půda liší od ostatních prostředí a jaký k nim má vztah voda vegetace sediment aquatický skály a zvětraliny suchozemské

22 Půda je velmi heterogenní a velmi strukturované prostředí. Na malé ploše tu mohou probíhat velmi různorodé procesy procesy umožňující rychlý pohyb látek nebo naopak jejich zadržení v půdním profilu aerobní a anaerobní procesy přechodem mezi vodou a vzduchem (mechanická opora, osmoregulace, dýchání) vlastnosti prostředí se výrazně mění s velikostí organismů (to se děje i v jiných prostředích ale v půdě je to o to výraznější).

23

24 Půdní organismy žijí v půdních pórech, jsou obklopeny půdním roztokem nebo půdním vzduchem. Vlastnosti půdních pórů jsou určovány pevnou fází půdy a vlhkostními a teplotními poměry (danými zejména klimatem a topografií)

25 sand (>0,02mm) sil (silt) clay (<0,002mm)

26 Těžké půdy prchlice Lehké půdy

27 Kaolinit Illit Montmorilonid

28 Jíl malé lupénkovité částice, podílejí se významně na zadržování vody, sorpci živin adhezi a kohezi půdy. Vlastní jílovité částice se sestávají z vrstev křemičitých a hlinitých nebo železitých. U některých může voda vnikat mezi vrstvy. Významné objemové změny při navlhání a vysychání. Půdy s vysokým obsahem jílu se těžce obdělávají. Při vysychání praskají. Dlouho jsou mazlavé. Studené. Díky vysoké sorpční schopnosti mají často dobrou zásobu živin

29 Silt (prach) částice menší než písek větší než jíl od jílu se liší tím způsobem zvětrávaní zatímco jíly jsou typicky produkty chemického zvětrávání silt je produktem mechanického zvětrávání. Konzistence mouky za sucha hladké za vlhka drhne. Narozdíl od jílu který lepí silt zachová obtisk. Snadno se přenáší vodou nebo vzduchem jako prach. Zrnitostní složení podporuje růst největšího množství rostlin. Ukládají se v říčních deposicích (Brahmaputra, starověké říční státy), silt unášený větrem v dobách ledových je základem spraší.

30 Písek pískové částice vznikají fyzikálním zvětráváním, jsou tvořeny zejména křemenem. Písek má malou sorpční schopnost, podporuje vznik pórů. Písčité (Lehké) půdy snadno vysychají.

31

32 Land use / Vegetation type Alpine and arctic forest Arable land Temperate grassland Coniferous forest Deciduous forest Tropical rainforest Organic C [t/ha]

33

34

35

36

37 Půdní roztok

38

39 Půdní vzduch složením podobný jako na zemí ale 100% více CO 2 až několik % v půdě anaerobní zóny a anaerobní mikrostanoviště

40 Teplota půdy

41 Otázky?

42 Ekologie půdních organismů 2 Půdní mikroorganismy archea, bakterie, aktinomycety houby kdo jsou jak vypadají co v půdě dělají jak je můžeme v půdě pozorovat nebo studovat

43 Korarchaeota Crenarchaeota Euryarchaeota

44 Archaea Drobné organismy <1µm různých tvarů Z leva do prava Methanococcus janaschii, Methanosarcina barkeri, Methanothermus fervidus, Methanobacterium thermoautotrophicum, Reakce ribozomů na inhibitory podobna jako u eucariota, podobně trna. Membrána odlišná od bakterií

45 Archea - ekologie Extremofilní organismy mohou žít při teplotách nad 100 o C v extrémně kyselém nebo extrémně zásaditém prostředí, některé jsou halofilní, Halobacterium, obsahujue bacteriorhodopsin dává fialovou barvu a umožnuje produkce enegie. Půdní zástupci - metanogenese

46 Abundance of bacterial (open bars) and archaeal (closed bars) amoa genes in soils from five different northern Arizonan ecosystems during two different seasons.

47

48

49 Bakterie

50 Detekce jejich umístění v půdě -mikroskopické techniky Isolace specifických skupin nebo celého společenstva - kultivační techniky na různých médiích -izolace a amplifikace DNA Měření mikrobiální aktivity -různé míry respirace, přírůstek mycelia, enzymatická aktivita Měření biomasy fumigace (extrakce nebo fumigace respirace) aktivita po přídavku substrátu měření buněčných komponent PLFA, ergosterol měření množství ATP počty na miskách se známým ředěním