Technická univerzita v Liberci fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická. Doc. RNDr. Petr Anděl, CSc. ZÁKLADY EKOLOGIE.

Transkript

1 Technická univerzita v Liberci fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická Doc. RNDr. Petr Anděl, CSc. ZÁKLADY EKOLOGIE Studijní texty 2010

2 Struktura předmětu 1. ÚVOD 2. EKOSYSTÉM MODELOVÁ JEDNOTKA 3. ABIOTICKÉ SLOŽKY teplota, elmag. záření, voda chemismus, radioaktivita, hluk 4. BIOTICKÉ SLOŽKY populace, společenstvo 5. TOK ENERGIE 6. KOLOBĚH HMOTY 7. ŘÍZENÍ 8. VÝVOJ

3 6. KOLOBĚH HMOTY

4 ABIOTICKÉ SLOŽKY (FAKTORY) 1. Teplota 2. Elektromagnetické záření 3. Voda 4. Chemismus 5. Radioaktivita 6. Hluk

5 Ostrov Vilm Ostrov Vilm

6 mapa Rujany

7 letecký snímek základem ostrova jsou ledovcové morény z poslední doby ledové asi před lety

8 eroze Půdní eroze

9 sedimentace Sedimentace

10 Písečné laguny písečné laguny

11 zaniklý záliv Zaniklý záliv

12 konferenční sál The International Academy for Nature Conservation

13 6.1 ZÁKLADNÍ POJMY KOLOBĚHU HMOTY

14 ZÁSOBNÍKY A ROZHRANÍ Složka zásobník prostředí rozhraní

15 ZÁSOBNÍK

16 ROZDĚLENÍ NA ZÁKLADNÍ SLOŽKY ZÁSOBNÍKY OVZDUŠÍ FLÓRA VODA PŮDA FAUNA

17 CHARAKTERISTIKA ZÁSOBNÍKU Základní charakteristiky: 1. objem zásobníku (V) objemové jednotky, m 3 2. hmotnost zásobníku (M) hmotnostní jednotky - v geochemii zásadně gramech - hlavní jednotkou 1 Tg (teragram) = g 3. množství látky v zásobníku (m) - počet molů, hmotnost, objem, aktivita 4. koncentrace látky v zásobníku = množství látky vztažené na velikost zásobníku - hmotnostní a objemové koncentrace - relativní koncentrace: %, promile, ppm (1 milióntina)

18 CHARAKTERISTIKA ZÁSOBNÍKU Základní charakteristiky: 5. Průměrná doba setrvání látky v zásobníku = množství látky / rychlost vstupu (=výstupu)

19 ROZHRANÍ

20 CHARAKTERISTIKA ROZHRANÍ Základní charakteristiky: 1. velikost plochy

21 VELIKOST PLOCHY - KRAJINA velikost ploch na jednotlivých hierarchických úrovních (1) regionální úroveň krajina překážkou jsou geomorfologické tvary skutečný povrch je větší než mapový průmět

22 VYSOKOHORSKÁ KRAJINY Rakousko, Alpy, Acherkogel 3008 m n.m.

23 ROVINA Polabí

24 VELIKOST PLOCHY EKOSYSTÉM (2) lokální úroveň ekosystém překážkou jsou krajinné prvky - větrolamy, lesní porosty, obydlí povrch je dán především povrchem vegetace

25 POLE BEZ PLODIN Českomoravská vrchovina, okolí Košetic

26 POLE SE ZEMĚDĚLSKÝMI PLODINAMI Českomoravská vrchovina, okolí Košetic

27 LINIOVÁ SPOLEČENSTVA Českomoravská vrchovina, okolí Košetic

28 VELIKOST PLOCHY - ORGANISMUS 3. Úroveň organismu:

29 AKTIVNÍ POVRCHY POVRCH KŮŽE ČLOVĚKA JE CCA 1,7 m 2

30 AKTIVNÍ POVRCHY VNITŘNÍ POVRCH DÝCHACÍ SOUSTAVY ČLOVĚKA JE CCA 100 m 2

31 AKTIVNÍ POVRCHY VNITŘNÍ POVRCH TRAVICÍ SOUSTAVY ČLOVĚKA JE CCA 200 m 2

32 VELIKOST PLOCHY - ORGANISMUS 3. Úroveň organismu: vnější povrch vnitřní povrchy živočichové: trávicí soustava ingesce dýchací soustava inhalace rostliny parenchym v listech

33 INDEX LISTOVÉ PLOCHY MNOŽSTVÍ LISTOVÍ ZÁKLADNÍ EKOLOGICKÝ PARAMETR Vyjádření: LA celková listová plocha [m 2 ] V LAI index listové plochy = LA : P LAD hustota listoví = LA : V Příklady LAI P [m 2 ] porosty kulturních rostlin 4-8 středně husté smrkové porosty 3-5 borovice lesní 20 let bez přihnojování 2,8-4,4 borovice lesní 20 let s přihnojováním 5,5-9,4

34 CHARAKTERISTIKA ROZHRANÍ Základní charakteristiky: 1. velikost plochy 2. odpor (rezistence) rozhraní

35 Odpor rozhraní zásobník A zásobník B Propustnost (permeabilita) Db P = Da Da tok látky Db Odpor (rezistence) Da - Db R = Db

36 6.2 BILANCE LÁTKOVÉHO TOKU

37 Tok látky tok látky = množství látky, které přejde přes rozhraní za zvolenou časovou jednotku 1 rok je definován jako 3, s emise látek ze zdroje (g/s, kg/rok,..) průtok vody v říčním profilu (m 3 /s)

38 Vývoj látkových odtoků - Vltava (STATISTICKÁ ROČENKA ŽP ČR, 2004)

39 Hustota toku látky hustota toku látky = tok látky vztažený na jednotku plochy rozhraní Příklady: prašný spad (tj. přestup mezi atmosférou a pedosférou) 1 g.m -2.rok -1 = 10 kg.ha.rok -1 = 1 t.km -2.rok -1 množství dešťových srážek - běžně se udává jako výška vodního sloupce = m 3.m -2. rok -1

40 Roční srážky 2003 (STATISTICKÁ ROČENKA ŽP ČR, 2004)

41 Bilance látkového toku zdroj (vznik) - m n vstup (input) m i výstup (output) m e propad (zánik) - m m m = m i + m n - m e - m m

42 Bilance látkového toku m = m i + m n - m e - m m m = 0 m > 0 m < 0 rovnováha kumulace riziko překročení meze tolerance vymývání riziko u ztráty živin

43 6.3 BIOGEOCHEMICKÉ CYKLY

44 HRANICKÁ PROPAST

45 OKOLÍ HRANIC NA MORAVĚ

46 HRANICE PŘÍRODNÍ REZERVACE

47 POHLED DO PROPASTI

48 ZÁKLADNÍ ÚDAJE NPR Hůrka u Hranic na pravém břehu Bečvy u Hranic na Moravě vyhlášena 1952 rozloha 37,45 ha součástí rezervace je Hranická propast

49 LOKALIZACE V RÁMCI ČR Hranická propast

50 HLOUBKA PROPASTI

51 HLOUBKA PROPASTI celková hloubka není známa sondou dosaženo 330 m předpoklad asi 700 m

52 VZNIK KRASOVÝCH JEVŮ Základní princip: rozpouštění vápence kyselinou uhličitou (= oxid uhličitý + voda) Dva zdroje oxidu uhličitého: v dešťových srážkách ve většině krasových oblastí - rozpouštění z povrchu z minerálních vod Hranická propast - rozpouštění zespoda

53 VZNIK HRANICKÉ PROPASTI působení termálních minerálních vod z hlubin země rozpouštění vápence zespodu Minerální vody

54 FLORA A FAUNA Základní společenstva na vápenci: dubohabrový les s bohatým bylinným patrem na kulmských břidlicích: kyselá doubrava

55 STROMOVÉ PATRO dub, habr, lípa, místy buk, jedle, javor babyka

56 VYVŘELINY Francouzské středohoří

57 VYVŘELINY Francouzské středohoří

58 VYVŘELINY Francouzské středohoří

59 CYKLUS UHLÍKU

60 TOK ENERGIE A KOLOBĚH HMOTY ENERGIE SLUNEČNÍHO ZÁŘENÍ ENERGIE CHEMICKÉ VAZBY ENERGIE TEPELNÁ SLUNEČNÍ ZÁŘENÍ PRODUCENTI KONZUMENTI DESTRUENTI TEPLO JEDNOSMĚRNÝ TOK ENERGIE

61 KOLOBĚH HMOTY ORGANISMY NEŽIVÉ OKOLÍ PRODUCENTI ANORGANICKÉ LÁTKY ORGANICKÉ LÁTKY DESTRUENTI

62 KRÁTKÝ A DLOUHÝ CYKLUS PRODUCENTI CO 2,, VODA, MINERÁLNÍ LÁTKY KONZUMENTI DESTRUENTI KRÁTKÝ CYKLUS DLOUHÝ CYKLUS POUZE NĚKOLIK % PRODUKCE VSTUPUJE DO DLOUHÉHO CYKLU

63 KOLOBĚH UHLÍKU a) Koloběh uhlíku terestická společenstva odběr CO 2 fotosyntézou atmosféra dýchání využívání krajiny spalování fosilních paliv půda organický C v odtokových vodách voda řeky, jezera, oceány fotosyntéza a odběr. organismy vodní společenstva lidské aktivity horniny těžba fosilních paliv sedimenty oceánů (Begon, Harper, Wowsend: Ekologie, 1997)

64 CELULÓZA ZÁKLADNÍ STAVEBNÍ KÁMEN ROSTLINNÉ ŘÍŠE

65 CYKLUS DUSÍKU

66 KOLOBĚH DUSÍKU b) Koloběh dusíku atmosféra spalování zvyšuje NO terestická společenstva využívání krajiny zemědělství, hnojiva půda rybářství voda řeky, jezera, oceány vodní společenstva lidské aktivity horniny sedimenty oceánů (Begon, Harper, Wowsend: Ekologie, 1997)

67 EUTROFIZACE

68 vodní květ sinic

69 PASTVA V APLÍNSKÉM PÁSMU Švýcarské Alpy

70 PASTVA V APLÍNSKÉM PÁSMU Švýcarské Alpy

71 PASTVA V APLÍNSKÉM PÁSMU Švýcarské Alpy

72 KRKONOŠE BUDNÍ HOSPODÁŘSTVÍ Rezek

73 BUDNÍ HOSPODÁŘSTVÍ STOLETÍ Počátek 19. stol - asi bud ks hovězího dobytka ks koz

74 KRKONOŠE BUDNÍ HOSPODÁŘSTVÍ DŮSLEDKY Vykácení 30% ploch kleče Pohyb dobytka destrukce původního pokryvu hnojení (statková i průmyslová hnojiva) eutrofizace odmítání organické hmoty ochuzování půd vznik komunikací změna vodního režimu ZÁSADY ZMĚNY V KOLOBĚHU HMOTY (N, P, H 2 O) Dnešní horské louky se vzácnými rostlinami (violka sudetská, zvonek český, jestřábník oranžový) DŮSLEDEK LIDSKÉHO HOSPODAŘENÍ

75 EUTROFIZACE RAŠELINIŠŤ

76 EUTROFIZACE HORSKÝCH EKOSYSTÉMŮ př. VYSOKÉ TATRY TOMANOVÁ DOLINA NEDOSTATEK ŽIVIN (N) + KLIMATICKÉ PODMÍNKY EMISE POMALÉ MIKROBIOLOGICKÉ PROCESY HROMADĚNÍ VRSTEV RAŠELINÍKU (až 60 cm vrstvy) (společenstvo Sphagno-Empetrum) NÁHRADA LIKVIDACE KYSELÉ DEŠTĚ ZVÝŠENÝ PŘÍSUN DUSÍKU ROSTL. SPOLEČENSTVA Oreochloetum distichae URYCHLENÍ ROZKLAD. PROCESŮ

77 ROSTL. SPOLEČENSTVA Oreochloetum distichae ZMĚNA HYDROLOGICKÝCH POMĚRŮ RETENČNÍ SCHOPNOSTI LETNÍCH PRŮTOKŮ POVODNÍ

78 ZMĚNY V DEKOMPOZIČNÍM ŘETĚZCI společenstvo CALAMAGROSTIS VILLOSAE KYSELÉ DEŠTĚ PŘÍSUN DUSÍKU ZVÝŠENÁ PRIMÁRNÍ PRODUKCE ZVÝŠENÝ ODPAD NÁRŮST POČETNOSTI PŮDNÍ FAUNY

79 př. CHVOSTOSKOCI rok počet jedinců [jedn/m 2 ] počet druhů 12 24

80 CYKLUS FOSFORU

81 KOLOBĚH FOSFORU a) Koloběh fosforu atmosféra lidské aktivity terestická společenstva hnojiva odpadní vody odlesňování půda rybářství voda řeky, jezera, oceány vodní společenstva horniny sedimenty oceánů (Begon, Harper, Wowsend: Ekologie, 1997)

82 CYKLUS SÍRY

83 KOLOBĚH SÍRY c) Koloběh síry sopečná činnost terestická společenstva atmosféra SO 2 ze spalování fosilních paliv půda tříšť mořské vody voda řeky, jezera, oceány lidské aktivity vodní společenstva horniny sedimenty oceánů (Begon, Harper, Wowsend: Ekologie, 1997)

84 SPALOVÁNÍ KOMUNÁLNÍCH ODPADŮ

85 Nakládání s komunálními odpady 2003 (STATISTICKÁ ROČENKA ŽP ČR, 2004)

86 SPALOVNA ODPADŮ

87 SPALOVNA ODPADŮ

88 SPALOVNA ODPADŮ

89 SPALOVNA ODPADŮ

90 SPALOVNA ODPADŮ

91 SPALOVNA ODPADŮ

92 SPALOVNA ODPADŮ

93 SPALOVNA ODPADŮ

94 SPALOVNA ODPADŮ

95 SPALOVNA ODPADŮ

96 SPALOVNA ODPADŮ

97 SPALOVNA ODPADŮ

98 SPALOVNA ODPADŮ

99 SPALOVNA ODPADŮ

100 POPIS TECHNOLOGIE OXIDY DUSÍKU: selektivní nekatalytická redukce amoniakem dávkování čpavkové vody do spalovací komory k redukci dochází přiteplotě o C reakce: 4 NO + 4NH 3 + O 2 4 N H 2 O 4 NO 2 + 4NH 3 4 N H O 2

101 POPIS TECHNOLOGIE PCDD/F (dioxiny): záchyt na katalytickém textilním filtru Remedia proces Dediox schematická rovnice: dioxiny oxid uhličitý + voda + chlorovodík

102 POPIS TECHNOLOGIE TĚŽKÉ KOVY: záchyt v elektrofiltru, tkaninovém filtru jako popílek první stupeň pračky spalin (Quench) kondenzace Hg druhý a třetí stupeň pračky spalin kovy zachycené v prací vodě jsou zachytávány při čistění pracích vod

103 POPIS TECHNOLOGIE Fluorovodík (HF), chlorovodík (HCl): záchyt v prvním stupni pračky spalin vzniklá kyselá vody je využita k loužení popílků

104 POPIS TECHNOLOGIE OXID SIŘIČITÝ: druhý stupeň pračky spalin absorpce v roztoku hydroxidu sodného reakce SO NaOH Na 2 SO 3 + H 2 O 2 Na 2 SO 3 + O 2 2 Na 2 SO 4

105 POPIS TECHNOLOGIE PRACH, AEROSOL: elektrický filtr tkaninový filtr pračka spalin, zvláště 3. stupeň tryskový okruh (ringjet)

106 EMISE ZE SPALOVNY 100 Porovnání emisí TERMIZO a.s. s limitem EU % limitu EU Prach HCl HF SO2 NOx CO TOC Kovy PCDD/F

107 EMISE DIOXINŮ ZE SPALOVNY Výsledky měření obsahu dioxinů ve spalinách spalovny TERMIZO v roce 2004 (označení limitu EU) 0,12 0,1 ng TE/m3 0,08 0,06 0,04 0,

108 ENERGETICKÁ A MATERIÁLOVÁ BILANCE PODLE PROVOZNÍCH VÝSLEDKŮ SPALOVNY TERMIZO a.s. Liberec 2004

109 ENERGETICKÁ BILANCE 1000 t komunálního odpadu vlastní provoz teplo elektřina dodávka do sítě GJ 62 MWh 130 domácností odpovídá roční spotřebě 25 domácností

110 ENERGETICKÁ BILANCE 1000 t komunálního odpadu vlastní provoz teplo elektřina dodávka do sítě GJ 62 MWh to odpovídá: 194 t mazutu, nebo 564 t hnědého uhlí, nebo m 3 zemního plynu

111 ENERGETICKÁ BILANCE SPÁLENÍ 1000 t komunálního odpadu PŘEDÁ DO SÍTĚ ENERGII která odpovídá: 194 t mazutu, nebo 564 t hnědého uhlí, nebo m 3 zemního plynu

112 MATERIÁLNÍ BILANCE 1000 t komunálního odpadu 16 t železný šrot 380 t stavební mater. 12 t zabezpeč. odpad RECYKLACE SKLÁDKA

113 MATERIÁLNÍ BILANCE 1000 t komunálního odpadu 12 t zabezpeč. odpad SKLÁDKA

114 Využití popelovin

115 Využití popelovin

116 Využití popelovin

117 Využití popelovin

118 Rozmístění spaloven 2003 (STATISTICKÁ ROČENKA ŽP ČR, 2004)

119 Rozmístění skládek odpadů 2003 (STATISTICKÁ ROČENKA ŽP ČR, 2004)