BIOLOGICKÁ PRODUKTIVITA K ČEMU? PRODUKCE ENERGIE POTRAVNÍ SÍTĚ EKOLOGICKÉ VZTAHY

Transkript

1 PRODUKCE ENERGIE POTRAVNÍ SÍTĚ EKOLOGICKÉ VZTAHY Produktivita a produkce Trofické stupně Potravní sítě Vztahy v populacích BIOLOGICKÁ PRODUKTIVITA K ČEMU? Jsou na ní závislé veškeré složky života na zemi Pohání chemické reakce a cykly v živých organismech Aktivně snižuje množství atmosférického uhlíku Tím výrazně ovlivňuje klimatické podmínky na Zemi Ložiska fosilních paliv ROPA!! Miloslav Petrtýl petrtyl@af.czu.cz ČZU FAPPZ KZR HLAVNÍM ZDROJEM JE SLUNCE! Zásadní význam pro převod sluenční energie do živých soustav má FOTOSYNTÉZA Není využito celé spektrum tj. jen část energie Využívá hlavně viditelné záření nm (FAR) Převod energie fotonů v chloroplastech na tvorbu jednoduchých cukrů z CO 2 a H 2 O Energie se váže do ATP Další přesuny a distribuce v rámci potravních řetězců Biologická produkce (produkce, produktivita, primární produkce a její měření) Producenti Fotoautotrofní organismy syntetizující z anorganických látek látky organické za použití radiační energie slunce (DRITIVÁ VĚTŠINA!!). Chemoautotrofní organismy využívající chemické energie. Konzumenti (více úrovní a mnoho strategií) Heterotrofní organismy (všichni živočichové a saprofytické a parazitické rostliny) látky a energii získávají z organické hmoty. Destruenti Energii získávají rozkladem mrtvé organické hmoty až na anorganické sloučeniny (houby, bakterie aj.) a tím je uvolňují a zpřístupňují opět pro primární producenty. Primární produkce PP Sluneční konstanta: 1360 W.m -2 Fytoplankton Zajišťuje celosvětově 50% O2 Produktem je biomasa autotrofních organismů vytvořená za jednotku času na určité ploše, nebo objemu ve formě organické hmoty. Představuje asi 0,5% z celkového potenciálu slunečního záření (tj. 1 6% FAR) Specifika ve vodním prostředí: Dostatečný zdroj vody Limitující množství živin (pobřežní vody vs. volné moře) Klesající intenzita světla s hloubkou Změna světelného spektra s hloubkou Většina fotoautotrofů žije v malých hloubkách Kompenzační bod fotosyntézy na úrovni 1% záření na hladině ORGANICKÉ LÁTKY nezbytné pro heterotrofní organismy 1

2 Závislost PP na faktorech prostředí Závislost PP na faktorech prostředí VLIV SVĚTLA A TEPLOTY Se stoupajícím množstvím světla roste i fotosyntéza až do světelného optima Při stoupající teplotě se zvyšuje i hladina světelného optima Uplatňuje se i kvalitativní složení primárních producentů a selektivní absorpce světla Fytoplankton má vysokou přizpůsobivost k různé teplotě vody 2012 Nature Education Abiotické podmínky ovlivňující primární produkci v oceánech. DCM deep chlorophyll maximum (světlo:živiny) PRIMÁRNÍ PRODUKCE SOUŠE PRIMÁRNÍ PRODUKCE OCEÁNŮ Roční primární produkce terestrických ekosystémů g C /m 2 rok Roční primární produkce mořských ekosystémů g C /m 2 rok PRIMÁRNÍ PRODUKCE OCEÁNŮ PRIMÁRNÍ PRODUKCE OCEÁNŮ 2

3 ZODPOVĚDNÉ ORGANISMY SPECIFICKÉ AUTOTROFNÍ ORG. V DRTIVÉ VĚTŠINĚ FYTOPLANKTON HORNÍCH VRSTEV VODY! NA SVĚTLE NEZÁVISLÉ EKOSYSTÉMY Donedávna byly za hlavní producenty označovány řasy a rozsivky. V poslední době je zdůrazněna důležitost sinic (Cyanobacteria) Zajišťují fotosyntézu i vázání vzdušného dusíku (N) Chemoautotrofní organismy, které jsou schopné namísto energie ze slunečního záření využívat energii z chemických vazeb. Hlubokomořské dno: (podrobnosti v dalších přednáškách) anorganické látky + geotermální energie chemosyntéza Proteobakterie Sulfurovum sp., Nitratiruptor sp. Na 300 popsaných druhů organismů Primární produkce odhady EKOSYSTÉM Gramy org. hmoty na m2/rok Tropický les 2200 Les mírného pásu 800 Pouště, polopouště, ledovce 3 90 Bažiny a mokřady 2000 Jezera 250 Otevřený oceán Kontinentální šelf Mořská louka a útesy 2500 Měření primární produkce 1. Metoda sklizně 2. Kyslíková metoda 3. Stanovení Pp pomocí 14C (radioizotopová metoda) 4. Metoda stanovení chlorofylu a Zdroj: Whittaker, R.H Communities and Ecosystems, Ed. 2. New York. Macmillian Publ. Co. 385pp. vodní květ u pobřeží Anglie B) Sekundární produkce konzumenti I. II. řádu ZOOPLANKTON A ZOOBENTOS Jejich produkci měříme na úrovni kvantifikace populací různých druhů Výběr metod je ovlivňován způsobem života sledované populace a vyjadřuje se často (pro rybářskou potřebu) v biomase živočichů na jednotku plochy nebo kubaturu vody Byl zjištěn lineární vztah mezi produkcí ryb a biomasou zooplanktonu. Celkem asi ½ až ¾ kolísání rybí produkce lze vysvětlit kolísáním průměrné biomasy zooplanktonu 3

4 PRIMÁRNÍ A SEKUNDÁRNÍ PRODUKCE C) Terciární produkce konzumenti III. řádu Z rybářského hlediska ryby 2012 Nature Education V mořském prostředí nedochází k tak výrazné akumulace biomasy v porovnání s lesy a pastviny na souši (Sarmiento a Bender 1994). Nicméně, oceán je přesto zodpovědný za ukládání více uhlíku od atmosféry, než je suchozemská biosféra (Broecker 1982). Je to dosaženo tím, že dochází k "propadu" a dlouhodobému hromadění organické hmoty z povrchových vod do hlubin oceánu (mořský sníh), často dříve než podlehne bakteriálnímu rozkladu. Až po delší době je část živin v rozložené formě opět navrácenu vzestupnými proudy k hladině a může opět vstoupit do energetického koloběhu. Z ekologického hlediska ovšem ryby tvoří terciární konzumenty zařazené do sekundární produkce Všeobecně pro sladkovodní systémy platí že "vrcholný (terminální) článek potravních řetězců nebo sítí je rybí obsádka" Produkce ryb je závislá na obsádce (množství, druhová struktura) Významný je poměr nedravé a dravé ryby. Orientačně se doporučuje poměr v rozmezí 3:1 6:1 Důležitá je též ročníková struktura a biomasa dravců. Ekologické vztahy potravní sítě food web Potravní řetězec popisuje převod energie/potravy ze zdroje (slunce) přes producenty (zelené rostliny) a konzumenty (heterotrofní org.) až po rozkladače (bakterie) Potravní sítě jsou důležitým nástrojem pro ilustraci vzájemných vztahů mezi organismy v systému. Odhalují druhy interakcí a strukturu společenství sloužící k pochopení dynamiky přenosu energie v ekosystému. ZDROJ ENERGIE SLUNEČÍ ZÁŘENÍ AUTOTROFNÍ FOTOSYNTÉZA HETEROTROFNÍ ŽIVOČICHOVÉ POTRAVNÍ PYRAMIDA obvykle jen 3 4 trofické úrovně ztráty energie mezi úrovněmi Účinnost převodu energie na terminální článek Laboratorní pokusy 100 % fytoplankton 30 % zooplankton 10 % bentos 3 % ryby Obecné schéma udává na 1 kg ryb je třeba asi 10 kg zooplanktonu 100 kg fytoplanktonu (pouze přibližně) 4

5 Kvantifikace potravního řetězce ve vodním prostředí POTRAVNÍ ŘETĚZEC V MOŘSKÉM PROSTŘEDÍ POTRAVNÍ ŘETĚZEC V MOŘSKÉM PROSTŘEDÍ OCEÁN PEVNINA PP fytoplankton Filtrující plankton Dravý plankton Planktonožravé ryby Dravé ryby Predátoři ostatní (ptáci, savci) Shurin, J. B., Gruner, D. S. & Hillebrand, H. All wet dried up? Real differences between aquatic and terrestrial food webs. PRODUCENTI AUTOTROFNÍ 1) FOTOAUTOTROFNÍ Fytoplankton: sinice, rozsivky, řasy, obrněnky, 2) CHEMOAUTOTROFNÍ Bakterie využívající chemosyntézu, jsou nezávislé na světle!! 5

6 BÝLOŽRAVCI HERBIVOŘI Filtrátoři (filter feeders) planktonní: zooplankton (korýši) bentické: mlži Spásači škrabači (scrapers), ožírači(grazers): plži kouskovači, drtiči (shredders): ostnokožci, korýši Pohlcovači (raptorial feeders) klanonožci Konzumenti makrofyt (spásači vegetace) v mořích velmi omezeně: Sarpa salpa, ježovky 1) Útok na kořist až pokud se vyskytne, málo energeticky náročné ale potřeba zručnosti k efektivnímu lovu 2) aktivní vyhledávání náročnější na energii s nižší úspěšnost v lovu MASOŽRAVCI PREDÁTOŘI 3) Aktivní lákání kořisti spojené s mimirky Málo energie + sofistikovanost OCHRANA PŘED PREDACÍ INDIVIDUALISMUS VS SPOJENECTVÍ 1) Primární obrana před útokem predátora snížit pravděpodobnost útoku Ochranné zbarvení, dno, 2) Sekundární obrana po střetu s predátorem zvýšit pravděpodobnost přežití Toxicita, sliz, trny, nafukování, HERBIVORIE VS PREDACE Vodní herbivoři jsou funkčně predátoři (konzumují celé rostlinné organismy) rozdíl mezi predací a herbivorií je však v selektivitě a velikosti kořisti Největší PREDACÍ OVLIVNĚNÉ CHOVÁNÍ Kontrolují populační dynamiku a strukturu společenstva 1. Letální vliv kontrola populace kořisti (někdy lokální vymizení) 2. Změna v chování kořisti (využití habitatu, vzorce aktivity) 3. Adaptace proti predaci ochranný krunýř, toxické chemikálie, změny v chování 6

7 PARAZITICKÉ ORGANISMY MUTUALIZMUS Vzájemné blízké soužití dvou živočišných druhů které je výhodné. Není životně nezbytné. KOMENZÁLOVÉ Jednomu to prospěje a druhému to neublíží Přisedlé druhy organismu často využívají ty pohyblivé. Planktonofagie Bentofagie Predace POTRAVA, TROFICKÉ VZTAHY SOUVISEJÍCÍ ŽIVOTNÍ STRATEGIE Omnivorie versus potravní specializace Hejnové versus individuální chování (jak u predátora tak u kořisti) Teritorialita versus migrace Endosymbióza (řasy, sinice, obrněnky) Korálnatci, sasanky, houby SYMBIOTICKÉ ORGANISMY Endosymbioza Korálnatci, sasanky, houby Specifický nahožábrý plž (Elysia viridis a Elysis chlorotica) Endosymbiotická teorie vzniku chloroplastů Kyanobakterie Symbiodinium nahožábrý plž (Elysia viridis a Elysis chlorotica) Endosymbiotická teorie vzniku chloroplastů ze sinic 7

8 EKOLOGICKÉ ASPEKTY ZMĚNY SPOLEČENSTVA Herbivořisnižují populace rostlin, takže predátoři herbivorů mají zprostředkovaně kladný vliv na populace rostlin. Parazité predátorů mají na rostliny zprostředkovaně vliv negativní. vztahy mezi predátory a kořistí TOP - DOWN EFEKT KASKÁDOVITÝ EFEKT Odstranění vrcholového predátora Predátor udržuje kompetující druhy na únosné úrovni, pokud tato regulace zmízí převládne jeden z kompetujících a ostatní zmizí ztráta diverzity. Při pokusu s odstraněním dravé hvězdice došlo na skalnaté pobřežní zóně k drastickému úbytku druhů Introdukce vrcholového predátora Může dojít ke zjednodušení potravní sítě Paine, R. T Intertidal community structure: experimental studies on the relationship between a dominant competitor and its principal predator. Oecologia 15: např. Cichlida ocasooká (z Amazonky do jezer), nebo okoun nilský (z Nilu do Viktoriina Jezera) POUŽITÉ ZDROJE OKRUHY OTÁZEK K TÉMATU Sumich, J. L., & Morrissey, J. F. (2004). Introduction to the biology of marine life Nutné předpoklady pro primární producenty Hlavní skupiny primárních producentů Rozdíly v primární a sekundární produkcí mezi souší a vodou Základní typy ekologických vazeb v mořském prostředí (příklady) 8