Technická univerzita v Liberci fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická Doc. RNDr. Petr Anděl, CSc. ZÁKLADY EKOLOGIE Studijní texty 2010
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
6. KOLOBĚH HMOTY
ABIOTICKÉ SLOŽKY (FAKTORY) 1. Teplota 2. Elektromagnetické záření 3. Voda 4. Chemismus 5. Radioaktivita 6. Hluk
Ostrov Vilm Ostrov Vilm
mapa Rujany
letecký snímek základem ostrova jsou ledovcové morény z poslední doby ledové asi před 12 000 lety
eroze Půdní eroze
sedimentace Sedimentace
Písečné laguny písečné laguny
zaniklý záliv Zaniklý záliv
konferenční sál The International Academy for Nature Conservation
6.1 ZÁKLADNÍ POJMY KOLOBĚHU HMOTY
ZÁSOBNÍKY A ROZHRANÍ Složka zásobník prostředí rozhraní
6.1.1. ZÁSOBNÍK
ROZDĚLENÍ NA ZÁKLADNÍ SLOŽKY ZÁSOBNÍKY OVZDUŠÍ FLÓRA VODA PŮDA FAUNA
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) = 10 12 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)
CHARAKTERISTIKA ZÁSOBNÍKU Základní charakteristiky: 5. Průměrná doba setrvání látky v zásobníku = množství látky / rychlost vstupu (=výstupu)
6.1.2. ROZHRANÍ
CHARAKTERISTIKA ROZHRANÍ Základní charakteristiky: 1. velikost plochy
VELIKOST PLOCHY - KRAJINA velikost ploch na jednotlivých hierarchických úrovních (1) regionální úroveň krajina překážkou jsou geomorfologické tvary skutečný povrch je větší než mapový průmět
VYSOKOHORSKÁ KRAJINY Rakousko, Alpy, Acherkogel 3008 m n.m.
ROVINA Polabí
VELIKOST PLOCHY EKOSYSTÉM (2) lokální úroveň ekosystém překážkou jsou krajinné prvky - větrolamy, lesní porosty, obydlí povrch je dán především povrchem vegetace
POLE BEZ PLODIN Českomoravská vrchovina, okolí Košetic
POLE SE ZEMĚDĚLSKÝMI PLODINAMI Českomoravská vrchovina, okolí Košetic
LINIOVÁ SPOLEČENSTVA Českomoravská vrchovina, okolí Košetic
VELIKOST PLOCHY - ORGANISMUS 3. Úroveň organismu:
AKTIVNÍ POVRCHY POVRCH KŮŽE ČLOVĚKA JE CCA 1,7 m 2
AKTIVNÍ POVRCHY VNITŘNÍ POVRCH DÝCHACÍ SOUSTAVY ČLOVĚKA JE CCA 100 m 2
AKTIVNÍ POVRCHY VNITŘNÍ POVRCH TRAVICÍ SOUSTAVY ČLOVĚKA JE CCA 200 m 2
VELIKOST PLOCHY - ORGANISMUS 3. Úroveň organismu: vnější povrch vnitřní povrchy živočichové: trávicí soustava ingesce dýchací soustava inhalace rostliny parenchym v listech
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
CHARAKTERISTIKA ROZHRANÍ Základní charakteristiky: 1. velikost plochy 2. odpor (rezistence) rozhraní
Odpor rozhraní zásobník A zásobník B Propustnost (permeabilita) Db P = --------- Da Da tok látky Db Odpor (rezistence) Da - Db R = ----------- Db
6.2 BILANCE LÁTKOVÉHO TOKU
Tok látky tok látky = množství látky, které přejde přes rozhraní za zvolenou časovou jednotku 1 rok je definován jako 3,1536. 10 7 s emise látek ze zdroje (g/s, kg/rok,..) průtok vody v říčním profilu (m 3 /s)
Vývoj látkových odtoků - Vltava (STATISTICKÁ ROČENKA ŽP ČR, 2004)
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
Roční srážky 2003 (STATISTICKÁ ROČENKA ŽP ČR, 2004)
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
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
6.3 BIOGEOCHEMICKÉ CYKLY
HRANICKÁ PROPAST
OKOLÍ HRANIC NA MORAVĚ
HRANICE PŘÍRODNÍ REZERVACE
POHLED DO PROPASTI
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
LOKALIZACE V RÁMCI ČR Hranická propast
HLOUBKA PROPASTI
HLOUBKA PROPASTI celková hloubka není známa sondou dosaženo 330 m předpoklad asi 700 m
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
VZNIK HRANICKÉ PROPASTI působení termálních minerálních vod z hlubin země rozpouštění vápence zespodu Minerální vody
FLORA A FAUNA Základní společenstva na vápenci: dubohabrový les s bohatým bylinným patrem na kulmských břidlicích: kyselá doubrava
STROMOVÉ PATRO dub, habr, lípa, místy buk, jedle, javor babyka
VYVŘELINY Francouzské středohoří
VYVŘELINY Francouzské středohoří
VYVŘELINY Francouzské středohoří
6.3.1. CYKLUS UHLÍKU
TOK ENERGIE A KOLOBĚH HMOTY ENERGIE SLUNEČNÍHO ZÁŘENÍ ENERGIE CHEMICKÉ VAZBY ENERGIE TEPELNÁ SLUNEČNÍ ZÁŘENÍ PRODUCENTI KONZUMENTI DESTRUENTI TEPLO JEDNOSMĚRNÝ TOK ENERGIE
KOLOBĚH HMOTY ORGANISMY NEŽIVÉ OKOLÍ PRODUCENTI ANORGANICKÉ LÁTKY ORGANICKÉ LÁTKY DESTRUENTI
KRÁTKÝ A DLOUHÝ CYKLUS PRODUCENTI CO 2,, VODA, MINERÁLNÍ LÁTKY KONZUMENTI DESTRUENTI KRÁTKÝ CYKLUS DLOUHÝ CYKLUS POUZE NĚKOLIK % PRODUKCE VSTUPUJE DO DLOUHÉHO CYKLU
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)
CELULÓZA ZÁKLADNÍ STAVEBNÍ KÁMEN ROSTLINNÉ ŘÍŠE
6.3.2. CYKLUS DUSÍKU
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)
EUTROFIZACE
vodní květ sinic
PASTVA V APLÍNSKÉM PÁSMU Švýcarské Alpy
PASTVA V APLÍNSKÉM PÁSMU Švýcarské Alpy
PASTVA V APLÍNSKÉM PÁSMU Švýcarské Alpy
KRKONOŠE BUDNÍ HOSPODÁŘSTVÍ Rezek
BUDNÍ HOSPODÁŘSTVÍ 16. 19. STOLETÍ Počátek 19. stol - asi 2 600 bud - 20 000 ks hovězího dobytka - 10 000 ks koz
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
EUTROFIZACE RAŠELINIŠŤ
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
ROSTL. SPOLEČENSTVA Oreochloetum distichae ZMĚNA HYDROLOGICKÝCH POMĚRŮ RETENČNÍ SCHOPNOSTI LETNÍCH PRŮTOKŮ POVODNÍ
ZMĚNY V DEKOMPOZIČNÍM ŘETĚZCI společenstvo CALAMAGROSTIS VILLOSAE KYSELÉ DEŠTĚ PŘÍSUN DUSÍKU ZVÝŠENÁ PRIMÁRNÍ PRODUKCE ZVÝŠENÝ ODPAD NÁRŮST POČETNOSTI PŮDNÍ FAUNY
př. CHVOSTOSKOCI rok 1977 1990 počet jedinců [jedn/m 2 ] 80 000 300 000 počet druhů 12 24
6.3.3. CYKLUS FOSFORU
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)
6.3.4. CYKLUS SÍRY
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)
SPALOVÁNÍ KOMUNÁLNÍCH ODPADŮ
Nakládání s komunálními odpady 2003 (STATISTICKÁ ROČENKA ŽP ČR, 2004)
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
SPALOVNA ODPADŮ
POPIS TECHNOLOGIE OXIDY DUSÍKU: selektivní nekatalytická redukce amoniakem dávkování čpavkové vody do spalovací komory k redukci dochází přiteplotě 850 950 o C reakce: 4 NO + 4NH 3 + O 2 4 N 2 + 6 H 2 O 4 NO 2 + 4NH 3 4 N 2 + 6 H 2 0 + O 2
POPIS TECHNOLOGIE PCDD/F (dioxiny): záchyt na katalytickém textilním filtru Remedia proces Dediox schematická rovnice: dioxiny oxid uhličitý + voda + chlorovodík
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
POPIS TECHNOLOGIE Fluorovodík (HF), chlorovodík (HCl): záchyt v prvním stupni pračky spalin vzniklá kyselá vody je využita k loužení popílků
POPIS TECHNOLOGIE OXID SIŘIČITÝ: druhý stupeň pračky spalin absorpce v roztoku hydroxidu sodného reakce SO 2 + 2 NaOH Na 2 SO 3 + H 2 O 2 Na 2 SO 3 + O 2 2 Na 2 SO 4
POPIS TECHNOLOGIE PRACH, AEROSOL: elektrický filtr tkaninový filtr pračka spalin, zvláště 3. stupeň tryskový okruh (ringjet)
EMISE ZE SPALOVNY 100 Porovnání emisí TERMIZO a.s. s limitem EU % limitu EU 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Prach HCl HF SO2 NOx CO TOC Kovy PCDD/F
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 0,02 0 1.1.2004 1.2.2004 1.3.2004 1.4.2004 1.5.2004 1.6.2004 1.7.2004 1.8.2004 1.9.2004 1.10.2004 1.11.2004 1.12.2004
ENERGETICKÁ A MATERIÁLOVÁ BILANCE PODLE PROVOZNÍCH VÝSLEDKŮ SPALOVNY TERMIZO a.s. Liberec 2004
ENERGETICKÁ BILANCE 1000 t komunálního odpadu vlastní provoz teplo elektřina dodávka do sítě 6 550 GJ 62 MWh 130 domácností odpovídá roční spotřebě 25 domácností
ENERGETICKÁ BILANCE 1000 t komunálního odpadu vlastní provoz teplo elektřina dodávka do sítě 6 550 GJ 62 MWh to odpovídá: 194 t mazutu, nebo 564 t hnědého uhlí, nebo 234 000 m 3 zemního plynu
ENERGETICKÁ BILANCE SPÁLENÍ 1000 t komunálního odpadu PŘEDÁ DO SÍTĚ ENERGII která odpovídá: 194 t mazutu, nebo 564 t hnědého uhlí, nebo 234 000 m 3 zemního plynu
MATERIÁLNÍ BILANCE 1000 t komunálního odpadu 16 t železný šrot 380 t stavební mater. 12 t zabezpeč. odpad RECYKLACE SKLÁDKA
MATERIÁLNÍ BILANCE 1000 t komunálního odpadu 12 t zabezpeč. odpad SKLÁDKA
Využití popelovin
Využití popelovin
Využití popelovin
Využití popelovin
Rozmístění spaloven 2003 (STATISTICKÁ ROČENKA ŽP ČR, 2004)
Rozmístění skládek odpadů 2003 (STATISTICKÁ ROČENKA ŽP ČR, 2004)