Suchozemské (terestrické) ekosystémy C cyklus



Podobné dokumenty
Organizmy a biogeochemické cykly hlavních prvků (C,N,P) a látek (voda) v ekosystému. (Hana Šantrůčková, Katedra biologie ekosystémů, B 361)

Organizmy a biogeochemické cykly hlavních prvků (C,N,P) a látek (voda) v ekosystému. (Hana Šantrůčková, Katedra biologie ekosystémů, B 361)

Organismy a biogeochemické cykly. látek (voda) v ekosystému. (Hana Šantrůčková, Katedra biologie ekosystémů, B 361)

Ekosystém. tok energie toky prvků biogeochemické cykly

Cyklus vody v suchozemském ekosystému

1. Ekologie zabývající se studiem jednotlivých druhů se nazývá: a) synekologie b) autekologie c) demekologie

Otázky k předmětu Globální změna a lesní ekosystémy

6. Tzv. holocenní klimatické optimum s maximálním rozvojem lesa bylo typické pro a) preboreál b) atlantik c) subrecent

Vodní režim rostlin. Regulace výměny plynů otevřeností. průduchů. Stomatální limitace rychlosti transpirace a rychlosti. Efektivita využití vody

Ekosystémy. Ekosystém je soubor organismů žijících na určitém

Odhad biomasy a produkce

Ing. Matěj Orság Vodní bilance rychle rostoucích dřevin

Co je to ekosystém? Ekosystém. Fungování Hranice Autoregulační mechanismy Stabilizační mechanismy Biogeocenóza. Otevřený systém.

Co je to ekosystém? Ekosystém. Fungování Hranice Autoregulační mechanismy Stabilizační mechanismy Biogeocenóza. Otevřený systém.

Vodní režim rostlin. Regulace výměny plynů otevřeností průduchů. fotosyntézy Efektivita využití vody Globální změna klimatu Antitranspiranty

Ekosystém I. Primární a sekundární produce, dekompozice Trofická struktura Účinnost transformace. Koloběh hmoty

Vodní režim rostlin. Úvod Adaptace, aklimace: rostliny vodní, poikilohydrické (řasy, mechy, lišejníky, kapradiny, vyšší rostliny) a homoiohydrické.

Vyjádření fotosyntézy základními rovnicemi

Růst dřevin v podmínkách globálnízměny klimatu

Podmínky působící na organismy: abiotické - vlivy neživé části prostředí na organismus biotické - vlivy ostatních živých organismů na život jedince, m

Fyziologie rostlin - maturitní otázka z biologie (3)

Rozmanitost podmínek života na Zemi Podnebné pásy

1. Ekologie zabývající se studiem společenstev se nazývá a) autekologie b) demekologie c) synekologie

Vodohospodářské důsledky změny klimatu Voda v krajině. Ing. Martin Dočkal Ph.D. B-613, tel: ,

FYZIOLOGIE ROSTLIN VÝŽIVA ROSTLIN 1) AUTOTROFNÍ VÝŽIVA ROSTLIN 2) HETEROTROFNÍ VÝŽIVA ROSTLIN

Meteorologické faktory transpirace

DEKOMPOZICE, CYKLY LÁTEK, TOKY ENERGIÍ

Pozor na chybné definice!

kyslík ve vodě CO 2 (vápenato-)uhličitanová rovnováha alkalita

Fotosyntéza Ekofyziologie. Ondřej Prášil Mikrobiologický ústav AVČR Laboratoř fotosyntézy v Třeboni

kyslík ve vodě CO 2 (vápenato-)uhličitanová rovnováha alkalita

FOTOSYNTÉZA. soubor chemických reakcí,, probíhaj v rostlinách a sinicích. z CO2 a vody jediný zdroj kyslíku ku pro život na Zemi

Látky jako uhlík, dusík, kyslík a. z vnějšku a opět z něj vystupuje.

FOTOSYNTÉZA. Mgr. Alena Výborná Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou VY_32_INOVACE_01_1_07_BI1

Kořenový systém plodin jako adaptační opatření na sucho

DPZ. Modelování s daty DPZ. Poměrové indexy. Vegetační indexy. Část 4. Modelování s daty DPZ Multitemporální analýza

Faktory ovlivňující intenzitu záření. Spektrální chování objektů. Spektrální odrazivost. Spektrální chování. Spektrální chování objektů [ ]

Energetika ekosystémů

FOTOSYNTÉZA. Princip, jednotlivé fáze

Vodohospodářské důsledky změny klimatu Voda v krajině. Ing. Martin Dočkal Ph.D. B-613, tel: , dockal@fsv.cvut.cz

Vodní režim rostlin. Transpirace. Energetická bilance listu. Fickovy zákony Hraniční vrstva Kutikula Průduchy

Spektrální chování objektů

Půdní úrodnost, výživa a hnojení

Faktory počasí v ekologii - úvod

Tvorba biomasy a primární produkce v lesních ekosystémech

Primární produkce. Vazba sluneční energie v porostech Fotosyntéza Respirace

Tento výukový materiál vznikl za přispění Evropské unie, státního rozpočtu ČR a Středočeského kraje Mgr.

PRIMÁRNÍ PRODUKCE. CO 2 + H 2 A světlo, fotosyntetický pigment (CH 2 O) + H 2 O + 2A

VYUŽITÍ SPALNÉ KALORIMETRIE VE VZTAHU ROSTLINA-PŮDA- ATMOSFÉRA. František Hnilička, Margita Kuklová, Helena Hniličková, Ján Kukla

Intertropická zóna konvergence = pás oblačnosti a srážek, který se spolu se sluníčkem posouvá mezi obratníky (na snímku léto S polokoule)

Stomatální vodivost a transpirace

N N N* Cyklus a transformace N. Dvě formy: N 2 a N* Mikrobiální ekologie vody. Cyklus uhlíku a dusíku - rozdíly

Střední průmyslová škola a Vyšší odborná škola technická Brno, Sokolská 1

Voda jako životní prostředí rozpuštěné látky : sloučeniny dusíku

značné množství druhů a odrůd zeleniny ovocné dřeviny okrasné dřeviny květiny travní porosty.

FOTOSYNTÉZA. CO 2 a vody. - soubor chemických reakcí. - probíhá v rostlinách a sinicích. - zachycení a využití světelné energie

Pedosféra. půdní obal Země zahrnující všechny půdy na souši úzce je spojená s litosférou, protože z ní vzniká působením zvětrávání

Ekologie a její obory, vztahy mezi organismy a prostředím

Spektrální chování objektů

Jaro 2010 Kateřina Slavíčková

DPZ - Ib Interpretace snímků

Metody řízení závlahy ve sklenících a kontejnerovnách. Tomáš Litschmann

Biologie 31 Příjem a výdej, minerální výživa, způsob výživy, vodní režim

Voda a energie v klimatizačnom zariadení planéty Zem

Biologie 30 Metabolismus, fotosyntéza, dýchání, glykolýza, kvašení

Metody hodnocení sucha v lesních porostech. Kateřina N. Hellebrandová, Vít Šrámek, Martin Hais

CZ.1.07/1.1.00/

Inovace výuky prostřednictvím šablon pro SŠ

Možné dopady klimatické změny na dostupnost vodních zdrojů Jaroslav Rožnovský

Základní komponenty modelu lesa. Jan Kadavý

Cykly živin v terestrických

Dekompozice, cykly látek, toky energií

Jiří Schlaghamerský: Pedobiologie jaro 2012

Sezónní peridicita planktonu. PEG model

a) zkonzumují za život velké množství jedinců, avšak nespotřebují jedince celého, nezpůsobují jeho smrt, i když mu svou aktivitou škodí

Předmět: Hospodářská úprava lesů II

05 Biogeochemické cykly

Cykly živin v terestrických

Agroekologie. Globální a lokální cykly látek. Fotosyntéza Živiny Rhizosféra Mykorhiza

BIOLOGIE OCEÁNŮ A MOŘÍ

Ekologické a fyziologické adaptace rostlin na prostředí polárních ekosystémů

DATA Z ATMOSFÉRICKÉ A EKOSYSTÉMOVÉ STANICE KŘEŠÍN U PACOVA VYUŽITELNÁ PŘI STUDIU CHEMICKÝCH PROCESŮ V ATMOSFÉŘE

EKOLOGICKÁ BIOGEOGRAFIE (JAK PROSTŘEDÍ OVLIVŇUJE ROZŠÍŘENÍ ORGANISMŮ)

Půdotvorní činitelé. Matečná hornina Klima Reliéf Organismy. Čas

Toky energie v ekosystémech a evapotranspirace. Jakub Brom LAE ZF JU a ENKI o.p.s.

Příčiny krajinného uspořádání. abiotické faktory, biotické interakce, antropogenní změny (land use, land cover change)

Fotosyntéza (2/34) = fotosyntetická asimilace

Management lesů význam pro hydrologický cyklus a klima

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ Elektronická podpora zkvalitnění výuky CZ.1.07 Vzděláním pro konkurenceschopnost

Vodní režim rostlin. Obsah vody, RWC, vodní potenciál a jeho komponenty: Adaptace, aklimace: rostliny vodní, poikilohydrické (řasy, mechy,

Každý ekosystém se skládá ze čtyř tzv. funkčních složek: biotopu, producentů, konzumentů a dekompozitorů:

Základy biologie a ekologie VZNIK A VÝVOJ ŽIVOTA


Odběr rostlinami. Amonný N (NH 4 )

J a n L e š t i n a Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. Praha - Ruzyně

Oddělení biomasy a vodního režimu

Fyzická geografie. Mgr. Ondřej Kinc. Podzim

Funkční přístup ke studiu vegetace (EKO/FV)

Ekosystém II. Koloběh hmoty: uhlík, dusík, fosfor. Člověk a biosféra

Uhlík v biomase horské louky sečené, mulčované a ponechané ladem

Transkript:

Suchozemské (terestrické) ekosystémy C cyklus Ekosystém: soubor všech organismů a abiotických zásobníků a procesů, které jsou ve vzájemných interakcích. Dekompozice půdní respirace Hrubá primární produkce (GPP) Respirace rostlin (autotrofní respirace - AR) Respirace půdy (heterotrofní respirace - HR) GPP - AR = čistá primární produkce (NPP) GPP - AR - HR= čistá produkce ekosystému (NEP) 1. Vstup uhlíku do ekosystému - GPP

1. Vstup uhlíku procesy fotosyntézy Suchozemské ekosystémy Čistá fotosyntéza čistý zisk C měřený na úrovni listu (účinnost využití světla 6% u C3 a 8% u C4 rostlin) Účinnost využití světla kvantové množství světla využité k fixaci jednotkového množství C Sluneční energie H 2 O (transpirace) O 2 (fotosyntéza) CO 2 Stomata CH 2 O Rubisco, karboxylační enzymy (C3, C4 a CAM rostliny) Otázka: efektivnost využití vody ve fotosyntéze (Water Use Efficiency) Regulace transpirace a vstupu CO 2 otevírání/zavírání průduchů (stomatal conductance) Trade off mezi ztrátou vody a spotřebou CO 2

Vliv abiotických faktorů na fotosyntézu (a tím i na GPP) Intenzita světla: změna aktivity chloroplastů a stomatální konduktance vysoká osvětlenost otevření průduchů, nízká uzavření udržování konstantní úrovně CO 2 uvnitř listu využitelnost světla podobná u všech rostlin mezi 6 a 8 %, pokud není limitace vodou, živinami nebo polutanty Osvětlené listy - více chlorofylu, silnější zastíněné listy - méně chlorofylu, tenčí Z hlediska dnů a let a na úrovni porostu - aklimace rostlin (vlastnosti listů) - adaptace (vlastnosti listů, světlomilné x stínomilné rostliny) - úhel listů Výsledek: fixace C různými ekosystémy (GPP) je jen málo ovlivněna dostupností světla

V porostu může být jen určitá maximální plocha listů na jednotku plochy (LAI) a ta je dána intenzitou ozáření LAI (leaf area index) klíčový parametr ovlivňující procesy v ekosystému, protože významně ovlivňuje schopnost porostu fixovat C Ale také přenos energie, hydrologický cyklus i cykly ostatních živin Vliv teploty teplotní odpověď fotosyntézy je mezi ekosystémy podobná

Vliv dusíku na fotosyntézu Většina N v listu v karboxylačních enzymech, 25% Rubisco 25% ostatní karboxylační e.

GPP= Σ fotosyntézy všech listů v ekosystému integrovaná na plochu (m 2 ) a čas (rok) Měření GPP(NPP) pomocí satelitů Princip: účinnost využití světla ve fotosyntéze je mezi ekosystémy podobná Z dlouhodobého hlediska rostliny odpovídají na stres: (1) redukcí koncentrace fotosyntetických pigmentů a enzymů, takže fotosyntéza se přizpůsobí stomatální konduktanci (2) Redukcí listové plochy Významná redukce množství absorbovaného světla ale malá redukce účinnosti využití světla Využití pro dálkový průzkum (remote sensing)

Chlorofyl absorbuje viditelné světlo hlavně v modré a červené oblasti Listy odrážejí IR světlo hlavně mezi 800 a 1200 nm díky své buněčné struktuře Reflectance = odraz Bare soil = půda bez vegetace Půda TM3 TM4 Vegetace TM4/TM3 >>1 Podíl slunečního spektra odraženého od půdy a od povrchu listů a spektra měřená satelitem LANDSAT (TM 1-7)

TM4/TM3 LAI Na stejném principu odvozen index zelenosti - NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) NDVI = (NIR-VIS)/ (NIR+VIS) NIR (near infrared range), IR oblast 800-1200 nm VIS (visible light) oblast viditelného světla

http://earthobservatory.nasa.gov/library/measuringvegetation/measuring_vegetation_1.html

http://earthobservatory.nasa.gov 1993 2000 NDVI = indikátor sucha příklad Severní Ameriky

Suchozemské (terestrické) ekosystémy Ekosystém: soubor všech organismů a abiotických zásobníků a procesů, které jsou ve vzájemných interakcích. Dekompozice půdní respirace Hrubá primární produkce (GPP) Respirace rostlin (autotrofní respirace - AR) Respirace půdy (heterotrofní respirace - HR) GPP - AR = čistá primární produkce (NPP) GPP - AR - HR= čistá produkce ekosystému (NEP) 2. Čistá primární produkce (NPP)

Čistá primární produkce (NPP) NPP = GPP respirace rostlin (g m -2 rok -1 ) Přímá závislost mezi GPP a NPP mezi LAI a NPP Respirace rostlin tvoří relativně konstantní podíl GPP (úroveň ekosystému)

Čistá primární produkce (NPP) Nadzemní produkce: nadzemní části rostlin, mechy, řasy, lišejníky, Podzemní produkce: kořeny rostlin a rhizodeponie ekosystém produkce kořenů (% NPP) lesy mírného pásu 13-46 louka mírného pásu 50-75 Step 50 polopoušť 12 zemědělské půdy: kukuřice, soja 25 produkce rhizodeponií: 1-30% GPP Rhizodeponie= odumřelé kořenové vlásky, organické kyseliny, aminokyseliny, sacharidy,slizové látky

kontrola NPP podmínkami prostředí Podnebí teplota, dostupnost vody a živin Platí pouze při vyloučení suchých ekosystémů Primární louky, pouště hlavně limitace vodou Tundra, boreální les hlavně limitace dostupností živin, dusíkem

Rozdělení čisté primární produkce na Zemi

Suchozemské (terestrické) ekosystémy Dekompozice půdní respirace Hrubá primární produkce (GPP) Respirace rostlin (autotrofní respirace - AR) Respirace půdy (heterotrofní respirace - HR) GPP - AR = čistá primární produkce (NPP) GPP - AR - HR= čistá produkce ekosystému (NEP) 2. Čistá produkce ekosystému (NEP)

tok C v suchozemském ekosystému Příjem C Ztráty C Toky C čas Fotosyntéza (hrubá primární produkce, GPP) 100% den Respirace rostlin Biomasa (čistá primární produkce,npp) 50% rok Opad a půdní organická hmota (čistá produkce ekosystému,nep) < 5% Humus a černý C < 1% Respirace půdy epizodické disturbance (oheň, vykácení, zemědělské obhospodařování) 10 let >100 let Upraveno podle Schulze & Heimann 1998

celková zásoba C v suchozemských ekosystémech BIOMASA 620 Gt C CO 2 Fotosyntéza autotrofní respirace ATMOSFÉRA 720 Gt C opad CO 2 půdní respirace 60-75 Gt C/rok Nerozložené zbytky Upraveno podle Gleixner 2001 Půda (SOM) 1580 Gt C Mikrobní biomasa Mikrobní metabolity SOM=půdní organická hmota

půda CO 2 dekompozice konzumace potravy respirace C zdroje rostlinné zbytky Buňka živočich, mikroorganismus vylučování Minerální látky Organické meziprodukty, exkrementy Obecně: heterotrofní respirace se zvyšuje úměrně se zvyšující se dekompozicí

Heterotrofní respirace se zvyšuje s NPP (r2=0,87) A zemědělsky obhospodařované B boreální lesy D suchomilné křoviny F lesy mírného pásma G louky mírného pásma M vlhké tropické lesy S tropická savana a suchý les T tundra V středozemní řídký les a vřesoviště Průměrná NPP hlavních světových biomů Raich &Schlesinger 1992 Tellus B)

Celková respirace půdy = autotrofní + heterotrofní (kořeny) (organismy) Podíl heterotrofní respirace na celkové respiraci půdy: 40-60% Měření heterotrofní respirace v porostu odstraněním kůry stromů a zastavením toku asimilátů do půdy (zastavení respirace kořenů; girdling) Hogberg et al. 2001 Nature

Popis rychlosti dekompozice k = roční opad celkové množství opadu k=rychlostní konstanta and lignin:cellulose ratio; Inhibition by high N conc.. Obecná rovnice popisující rychlost rozkladu L = L e -kt Lignin Vliv klimatu ~ 3 ~10 ~ 15 (roky) L = úbytek biomasy (množství opadu) za určité časové období

Prostorové rozložení dekompozice Většina C, N a P v povrchových vrstvách, s největším: prokořeněním, vstupem organické hmoty a osídlením organismy Dekompozice nejrychlejší v povrchových vrstvách

Rychlost rozkladu ve světových ekosystémech Oproti tropickému lesu limitace teplotou Oproti tropickému lesu limitace teplotou a kvalitou opadu

Vliv kvality substrátu Obecně: čím vyšší poměr obsahu ligninu k obsahu N, tím pomalejší rozklad

vliv teploty Taylor & Lloyd 1994 Functional Ecology Rychlost respirace R=Ae -E0/(T-T0) Teplotní odpověď respirace půdy Arrheniovská závislost Teplota ( C)

Vliv srážek (vlhkosti) Lze popsat poměrem srážek (PPT) k evapotranspiraci (PET)

Hlavní toky C v suchozemském ekosystému

měření čisté bilance uhlíku (NEP) a její roční variabilita přístup top down přístup bottom up Povrchová měření bilance C porostu, Eddy- kovariance Atmosférická měření vertikálního profilu spodní části troposféry, letecky Kvantifikace jednotlivých komponent toku C v porostu, variability vegetace a procesů v jednotlivých komponentech ekosystému

Atmosférická mezní vrstva (boundary layer, ABL) Troposféra Omezené míchání Proudění vzduchu paralelní s izobarami Konvektivní turbulence Studený suchý vzduch vítr Mechanická turbulence Desítky m Vlhký teplý vzduch Víření (eddy) ABL se mění vlivem ohřevu povrchu a vlivem vegetace Noční ABL je tenká a stabilní Během dne ABL narůstá díky ohřevu a transpiraci rostlin

Major processes, pools and fluxes in terrestrial ecosystem F CO2 Bowling et al. 2001. GChB 7 Resp. Asim.

Metoda Eddy - kovariance (vířivé kovariance) = metoda turbulentní difúze Měřící věž napájení Ultrasonický anemometr Infračervený analyzátor

Síť přímých měření CO 2, výparu a energie rok 2006 C: Oak Ridge Nat. Lab, USA

Výdej Příjem NEE dlouhodobě měřená data, Norunda, Švédsko Výdej Lindroth et al. 1999