Obieg materii i przepływ

Obieg materii i przepływ

energii w ekosystemach i

energii w ekosystemach i

cykle biochemiczne

cykle biochemiczne

.

.

Dorota Tulik
WBiIŚ
Kierunek
Budownictwo
2008r

Spis tre

ś

ci

Obieg materii

Obieg energii

Bibliografia

Cykle biochemiczne

Ekosystem inaczej nazywany

biogeocenozą, systemem

ekologicznym to wycinek biosfery,

obejmujący wszystkie organizmy

żyjące na danym obszarze wraz z

fizycznym środowiskiem (siedliskiem),

które powiązane są ze sobą procesami

przepływu energii i obiegu materii.

Przykładem ekosystemu jest las, jezioro,
pustynia. Wszystkie organizmy w
ekosystemie pozostają ze sobą w ścisłych
zależnościach zarówno pokarmowych jak i
liczebnościowych. Zależą one do kilku
czynników takich jak dostępność, pokarmu,
powierzchnia danego ekosystemu czy
warunki klimatyczne.

Ekosystem

autotroficzny to ekosystem,
którego podstawą
funkcjonowania jest obecność
światła i materii organicznej
zwanej autochtoniczną,
wytwarzana w procesie
fotosyntezy głównie przez
rośliny zielone. Przykładami
takich ekosystemów są las,
torfowisko, łąka, staw, jezioro.

heterotroficzny to ekosystem
niepełny,
niesamowystarczalny,
pozbawiony producentów, w
którym znajduje się materia
pochodząca z zewnątrz, zwana
materią allochtoniczną.
Przykładem takiego
ekosystemu jest jaskinia. Brak
światła uniemożliwia
występowanie roślin.

Obieg materii

Obieg materii w ekosystemie to

ruch pierwiastków i związków

nieorganicznych, koniecznych do

życia, od środowiska do organizmów i

z powrotem do środowiska.

Istnienie tych procesów w
ekosystemie warunkują rośliny
zielone - producenci, zwierzęta -
konsumenci oraz grzyby i bakterie (a
także niektóre zwierzęta) - destruenci

Grupa producentów (roślin zielonych) buduje ze
związków nieorganicznych drogą fotosyntezy
organiczne substancje pokarmowe, tzn. materię
pierwotną, która zjadana przez konsumentów
zostaje przekształcona w materię wtórną.

Konsumenci dzielą się na
trzy grupy:

konsumentów pierwszego rzędu
-konsumentów pierwotnych lub
fitofagów, tzn. roślinożerców,

Konsumentów drugiego rzędu
-konsumentów wtórnych, zoofagów,
tzn. drapieżców i konsumentów
trzeciego rzędu -nie zjadanych przez
innych drapieżców.

Destruenci są "wąskim gardłem" ekosystemu -
przekształcają substancję nieorganiczną w
organiczną (sole mineralne, mineralizacja), co
prowadzi do zamknięcia obiegu materii.

Należą do nich liczne mikroorganizmy (bakterie,
grzyby, promieniowce) i wiele bezkręgowców
(np. nicienie, dżdżownice, roztocze, owady
bezskrzydłe, chrząszcze)

Grupy te tworzą strukturę troficzną, tzn. kolejność
organizmów zjadających i zjadanych, w postaci
łańcucha pokarmowego.

Las

Las jest najbardziej złożonym
ekosystemem lądowym, w którym
głównym składnikiem są drzewa.

Układ roślinności w typowym lesie jest zwykle
warstwowy. Wyróżnia się w nim:
- drzewostan – warstwę najwyższą dużych drzew;
- podszyt – warstwę niższą, na którą składają się
krzewy i młode drzewa;
- runo leśne – najniższą nadziemną warstwę lasu;
tworzą ją rośliny zielne, drobne krzewinki (borówki,
jagody), paprocie, mchy, porosty, grzyby.
-ściółka leży bezpośrednio na glebie, utworzona
jest z grzybów, opadłych liści, gałązek, owoców,
nasion, piór, skrawków sierści i odchodów
zwierzęcych.

Ściółka leśna i powierzchniowa warstwa gleby z podziemnymi
częściami roślin jest miejscem, w którym bytują liczne organizmy,
głównie saprobiontyczne zwane edafonem.
W procesach rozkładu martwej materii organicznej biorą udział
organizmy zwane saprotrofami. Saprotrofy to lądowe lub wodne
organizmy roślinne (saprofity) i zwierzęce (saprofagi) żyjące w
środowiskach obfitujących w warstwę materii organicznej
(rozkładające się resztki organizmów) i korzystające z niej jako
pokarmu.

Najliczniejszą i najważniejszą grupę saprotrofów
stanowią saprofity (typowi reducenci), głównie
bakterie i grzyby saprofityczne. Przetwarzają one
martwą materię organiczną w związki nieorganiczne,
które z powrotem są wykorzystywane przez rośliny.

Niemały udział w procesach rozkładu martwej
materii organicznej mają zwierzęta saprofagiczne,
tzw. saprofagi. Są to głównie drobne bezkręgowce,
żyjące w glebie, ściółce leśnej, wodach i mułach
dennych i odżywiające się szczątkami zwierząt i
roślin.

Saprofagi

detrytofagi
zwierzęta
odżywiające się
detrytusem
(martwa materia
organiczna)

koprofagi
zwierzęta
odżywiające się
odchodami,
fekaliami

nekrofagi
zwierzęta
odżywiające się
padłymi
zwierzętami.

Rośliny dostarczają pokarmu, kryjówek,
miejsc do zakładania legowisk, gniazd itp.
Zwierzęta zaś wywierają wpływ na rośliny
żerując na nich, niszcząc szkodniki,
rozsiewając nasiona, zapylając kwiaty, a
także przekształcając środowisko glebowe.
Różnorodność i obfitość fauny leśnej w
pełni zależy od obfitości i zróżnicowania
flory, czyli zasobów pokarmowych.

Torfowisko

Torfowisko jest przykładem ekosystemu lądowego,
przystosowanego do warunków o znacznej wilgotności
podłoża. Powstaje ono w wyniku wypłycania się zbiorników
wodnych lub utrudnionego odpływu wód opadowych

Torfowis
ko

niskie

przejściowe

wysokie

rozwija się w miejscach,

gdzie istnieje przepływ

wód. Jest ono bogate w

próchnicę i sole

mineralne.

Świat zwierząt na

torfowiskach niskich

reprezentują wrotki,

pijawki, mięczaki; w

zaroślach żyją ptaki

błotne i bagienne

wykazuje właściwości

pośrednie pomiędzy

omawianymi wcześniej

typami torfowisk, tak

co do stosunków

nawodnienia, żyzności,

jak i składu

gatunkowego roślin.

Roślinność składa się

także z torfowców i

drobnych turzyc

darniowych

tworzy się w rejonach o

obfitych opadach

atmosferycznych, gdzie

nie ma odpływu wód.

Wody torfowiska są

silne kwaśne i ubogie w

mineralne składniki

odżywcze. Silne

zakwaszenie jest

przyczyną braku

bakterii

nitryfikacyjnych.

Fauna torfowiska jest specyficzna i niezbyt bogata.
Dominują tu głównie ptaki: żuraw, bocian czarny, bąki,
wodniki, kureczki wodne, bekasy, brodźce, cietrzewie,
głuszczce, błotniaki stawowe. Zwierzęta bezkręgowe są
reprezentowane przez korzenionóżki, wrotki,
brzuchorzęski, wioślarki, widłonogi, ważki, komary,
niewiele jest nicieni, skąposzczetów i pijawek. Ryb brak.
Doskonałe schronienie maja tu łosie i bobry.

Wytworzona przez roślinność torfowisk materia organiczna w
niewielkiej ilości jest zużywana przez wyższe poziomy troficzne i
w nieznacznym stopniu ulega rozkładowi przez destruentów.
Nagromadzenie się materii organicznej, w warunkach
znacznego uwodnienia i bardzo słabego dostępu tlenu,
prowadzi do powstania torfu.

Uszkodzenie tego poziomu troficznego (np.
wskutek antropopresji) prowadzi do
zalegania nie rozłożonej materii organicznej
i unieruchomienia pierwiastków
mineralnych, co prowadzi do "głodu" roślin.

Antropopresja –

To ogół działań człowieka (zarówno planowych i

przypadkowych) mających wpływ na środowisko

przyrodnicze.

Antropopresja może być scharakteryzowana

poprzez różną skalę intensywności i zasięgu

przestrzennego, co ma najczęściej aspekt

negatywny, np.: hałas, zanieczyszczenie

powietrza i wód, wyrąb lasów, wypas

nadmiernej liczby zwierząt.

Czynniki antropopresji – różne
formy działalności człowieka w
środowisku np. zabudowania, uprawa
gleby, przemysł, komunikacja,
hodowla, turystyka i inne.

Rodzaje antropopresji –
konkretne oddziaływania człowieka
na środowisko np. zanieczyszczenie
wody, emisja hałasu, zaśmiecanie,
wycinanie lasu, emisja
zanieczyszczeń powietrza.

udomowienie
roślin i zwierząt

stałe osadnictwo i
produkcja
manufakturowa

wykorzystanie
wiatrów do
żeglugi
międzykontynent
alnej

wytwarzanie
energii z paliw
kopalnych

pojawienie się
chemii
przemysłowej i
produkcji
masowej

tworzenie się
społeczeństw
współczesnych

Pojawiły się społeczeństwa konsumpcyjne

Okresy presji człowieka na środowisko

Racjonalna gospodarka leśna
prowadzona w oparciu o potrzeby
hodowlane drzewostanów
koncentruje się głównie na
gospodarowaniu zasobami drewna.

Drewno jest surowca wszech czasów
stanowi jest niezastampialnym
surowcem dla tysięcy produktów. Jako
surowiec odnawialny, ekologicznie
przyjazny i zdrowy, dzięki całej gamie
zalet użytkowych, także swojej
naturalnej różnorodności i
niezaprzeczalnemu pięknu - nie ma
sobie równego.

Zagrożenia dla lasu

Cały czas wzrasta zużycia
papieru , celuloza zawarta w
drewnie jest jego
podstawowym surowcem.

Nadmierna penetracja obszarów leśnych,

• Zaśmiecaniu terenu, w tym również dzikie wysypiska na
terenach leśnych
• Wydeptywaniu szaty roślinnej i odsłanianiu korzeni.
• Zakłócaniu ciszy.
• Płoszenia zwierzyny.
• Intensywne pozyskiwanie płodów runa leśnego

•Dzika zabudowa

•Akty wandalizmu polegające
na niszczeniu urządzeń
hodowanych, urządzeń
łowieckich i turystycznych,
niszczeniu tablic i znaków,
budek lęgowych, rozwalaniu
stosów drewna

Najgroźniejszymi są pożary lasu
Dość wspomnieć, że w roku 2005
na terenie Lasów Państwowych
odnotowano 11 012 pożarów w
wyniku których spłoniło 6 061ha
lasów. Straty wywołane
pożarami lasu są trudne do
oszacowania, gdyż należy
uwzględniać każdorazowo
wartość drewna, oraz inne
koszty takie jak wartość
odnowień, sadzonek zabiegów
pielęgnacyjnych itp.
O wiele trudniej oszacować
straty dla środowiska. Są one na
ogół 5 krotnie wyższe od strat
bezpośrednich. Przyjmuje się , że
1 ha lasu pochłania rocznie 120
ton węgla. Gina rośliny i
zwierzęta, które nie były w
stanie uciec.

Chcąc sprostać oczekiwaniom społecznym,
kierując się zasadą ekorozwoju Lasy
Państwowe budują śródleśne parkingi i
miejsca postojowe usytuowane tak, aby
stanowiły docelowe miejsce podróży
zmotoryzowanych turystów, skąd po
pozostawieniu samochodu można by się
udać na dalszą część wycieczki pieszo, na
nartach lub przywiezionym ze sobą rowerem.
uwzględnić lokalizację ochronnych obszarów
leśnych i chronionej przyrody,

By zapobiec pożarom lasu wytycza
się pasy

•Obserwacja lasów

•Wytycza się drogi przeciwpożarowe
które są systematycznie naprawiane

•Przy wytyczaniu zalesienia
uwzględnia się miejsce na pasy
przeciwpożarowe

•Wprowadza się zakazy wstępu do
lasu przy III stopniu zagrożenia
pożarowego, jeżeli przez kolejnych 5
dni wilgotność ściółki mierzona o
godzinie 9:00 będzie niższa od 10 %.

Tworzone są w celu zachowania różnorodności
biologicznej, zasobów, tworów i składników przyrody
nieożywionej i walorów krajobrazowych, przywrócenia
właściwego stanu zasobów i składników przyrody oraz
odtworzenia zniekształconych siedlisk przyrodniczych,
siedlisk roślin, siedlisk zwierząt lub siedlisk grzybów.

Na obszarach graniczących z parkiem
wyznacza się otulinę parku
narodowego. W otulinie może być
utworzona strefa ochronna zwierząt
łownych, nie podlegająca włączeniu
do obwodów łowieckich. Teren parków
narodowych udostępniony jest do
zwiedzania, lecz ruch turystyczny
może się tu odbywać wyłącznie w
wyznaczonych obszarach, szlakach,
drogach, ścieżkach.

1. BABIOGÓRSKI

PARK NARODOWY

2. BIAŁOWIESKI

PARK NARODOWY

3 .BIEBRZAŃSKI

PARK NARODOWY

4. BIESZCZADZKI

PARK NARODOWY

5. PARK NARODOWY

"BORY TUCHOLSKIE"

6. DRAWIEŃSKI

PARK NARODOWY

7 .GORCZAŃSKI

PARK NARODOWY

8. PARK NARODOWY

GÓR STOŁOWYCH

9. KAMPINOSKI

PARK NARODOWY

10. KARKONOSKI

PARK NARODOWY

11. MAGURSKI PARK

NARODOWY

12. NARWIAŃSKI

PARK NARODOWY

13. OJCOWSKI PARK

NARODOWY

14. PIENIŃSKI PARK

NARODOWY

15 .POLESKI PARK

NARODOWY

16 .ROZTOCZAŃSKI

PARK NARODOWY

17. SŁOWIŃSKI PARK

NARODOWY

18. ŚWIĘTOKRZYSKI

PARK NARODOWY

19 .TATRZAŃSKI

PARK NARODOWY

20. PARK

NARODOWY "UJŚCIE

WARTY"

21. WIELKOPOLSKI

PARK NARODOWY

22. WIGIERSKI PARK

NARODOWY

23. WOLIŃSKI PARK

NARODOWY

"Park krajobrazowy obejmuje obszar chroniony ze względu na wartości
przyrodnicze, historyczne i kulturowe oraz walory krajobrazowe, w celu
zachowania, popularyzacji tych wartości w warunkach zrównoważonego
rozwoju."

W parku krajobrazowym można kontynuować działalność gospodarczą z
pewnymi ograniczeniami, np. nie przewiduje się wznoszenia nowych
obiektów budowlanych (z wyjątkiem potrzebnych miejscowej ludności).
Park taki ma służyć rekreacji krajoznawczej, to znaczy turystyce
niepobytowej, wypoczynkowi, a także edukacji.

Oddziaływanie na glebę to przede wszystkim
zmniejszanie jej powierzchni przez trwałą zabudowę
mieszkalną, przemysłową, drogową itp. W wyniku
działalności górniczej gleby ulegają przesuszeniu,
zabagnieniu, zasoleniu i skażeniu.

Do najczęściej obecnie stosowanych rozwiązań zaliczyć należy:
- pozostawienie zwałowisk bez rekultywacji jako obiekty przyrodnicze,
- rozbiórka zwałów, składowisk - jeśli zawierają odpadowe surowce
mineralne,
- przebudowa dla wybranego kierunku zagospodarowania z
uwzględnieniem ochrony krajobrazu, a następnie rekultywacja i
zagospodarowanie z wcześniejszą eliminacją zagrożeń (zwałowiska
kopalni węgla kamiennego).

Powszechnie w Polsce stosowane kierunki rekultywacji i
zagospodarowania zwałowisk pogórniczych to:
- rekultywacja leśna, rolna, a na fragmentach specjalna (górnictwo węgla
brunatnego, siarki),
- parkowo-rekreacyjne.

Część zwałowisk zewnętrznych zwłaszcza w kopalniach surowców
skalnych niepoddanych przez długi okres rekultywacji objęta została
procesami sukcesji naturalnej. Na ich skarpach pojawiła się unikatowa
roślinność wymagająca zachowania i ochrony.

Do antropopresji w rolnictwie należą: stosowanie nadmiernych
ilości agrochemikaliów, wielkogabarytowego ciężkiego sprzętu,
nadmiernie ugniatającego glebę, niewłaściwe zabiegi
agrotechniczne, wypalanie ściernisk, uprawy wzdłuż spadku stoku
oraz niewłaściwe zmianowanie roślin w ramach kompleksów
glebowo-uprawowych co często prowadzi do jej wyjałowienia i
zniszczenia pokrywy roślinnej.

Ponadto glebom zagraża atmosfera,
w którą wprowadzane są duże ilości
zanieczyszczeń pochodzących ze
spalania węgla, ropy naftowej i gazu
ziemnego oraz ze spalin
motoryzacyjnych.
Bardzo duże jest również
oddziaływanie na wody
powierzchniowe, czego dowodzi
katastrofalny stan czystości rzek,
jezior, a nawet mórz.

Zakwity stają się coraz
powszechniejsze ze względu na
wzrastającą żyzność wód,
spowodowaną zwiększającym się
dopływem substancji mineralnych i
organicznych w efekcie działalności
człowieka (ścieki komunalne, nawozy
sztuczne, gnojowica, obornik
spłukiwane z pól, itp.).

Aby zapobiec zanieczyszczenia zakłada się filtry
na kominy dużych zakładów przemysłowych i
buduje się oczyszczalnie ścieków.
Prowadzi się również kampanie uświadamiając
społeczeństwo jak ważna jest ich współpraca by
ochraniać środowisko.

Obieg tlenu w przyrodzie: Tlenu w
środowisku jest bardzo dużo podlega
on ciągłemu odnawianiu w procesie
fotosyntezy (przez organizmy
fotoautotroficzne). Pochłaniany jest
przez organizmy oddychające w
formie związanej (dwutlenku węgla).
(tlen produkowany jest przez rośliny
lądowe i wodne oraz z rozpadu ozonu
pochłaniany natomiast w procesach
spalania, oddychania oraz procesach
gnilnych.

Fotosynteza - proces anaboliczny,
w trakcie którego z prostych
substancji nieorganicznych z
udziałem energii świetlnej powstają
związki organiczne. Wydajność
energetyczna tego procesu wynosi
19-34%.
W formie sumarycznej przebieg
fotosyntezy można zapisać jako:
6H

2

O + 6CO

2

+ energia świetlna →

C

6

H

12

O

6

+ 6O

2

Obieg węgla w przyrodzie: Węgiel jest bardzo pospolity w przyrodzie. W
atmosferze występuje on jako dwutlenek węgla w wodzie w postaci
rozpuszczonej natomiast jego największe ilości znajdują się w pokładach skał
osadowych w różnej formie. (ropy naftowej bądź pokładach węglowych) Ta
część węgla stosunkowo nie wchodzi w stały obieg w przyrodzie. Wyjątkiem
są tu pokłady węgla wydobywane przez człowieka a następnie spalane,
erupcje wulkanów oraz rozpuszczanie skał wapiennych. Na większym
reducentem węgla są rośliny, którym to właśnie węgiel jest potrzebny do
budowy. Natomiast największymi producentami dwutlenku węgla
(najistotniejszemu wchodzącemu w skład krążenia pierwiastków związku
węgla w przyrodzie) są procesy spalania, erupcje wulkanów, oddychanie
roślin i zwierząt oraz produkcja spalin przez człowieka. Zawartość dwutlenku
węgla w atmosferze jest znikoma jednak z roku na rok jego poziom się
podnosi przez działalność człowieka i jest to jedną z głównych przyczyną
dewastacji środowiska naturalnego.

Obieg fosforu w przyrodzie:
Podstawowym źródłem fosforanów w
przyrodzie jest działalność
destruentów oraz rozpuszczanie się
skał. Fosfor jest jednym z
ważniejszych składników organizmów
żywych a jego straty w cyklu
rozwojowym są znaczące dlatego
nieodzownym elementem jest jego
ciągłe uzupełnianie. W tym celu
używa się nawozów sztucznych
uzupełniających niedobory tego
pierwiastka w glebie roślin uprawnych
oraz istotne jest zwracanie uwagi by
w codziennej diecie człowieka
zwłaszcza rozwijającego się nie
zabrakło fosforu. Fosfor znajdujący się
w zbiornikach wodnych ma duży
wpływ na przyśpieszenie procesu
eutrofizacji. Podstawowym procesem
za pomocą którego fosfor wytraca się
z obiegu jest fosylizacja czyli
przekształcania się szkieletów
organizmów w lite skały.

Obieg siarki w przyrodzie:
Podstawowym źródłem siarki w
przyrodzie są wietrzejące skały oraz
wulkany. Dużym producentem siarki
jest człowiek. Dzięki któremu niektóre
obszary świata w szczególności te na
których istnieje silna sieć przemysłu
ciężkiego zostały całkowicie
zdegradowane przez nadmiar siarki w
atmosferze, gdyż to siarka jest
przyczyną powstawania zjawiska
kwaśnych deszczy niszczących szatę
roślinną. Podstawowym reducentem
siarki w przyrodzie są rośliny którym
potrzebna jest ona do tworzenia
niektórych aminokwasów.

Obieg azotu w przyrodzie: Największa
ilość azotu znajduje się w atmosferze,
jest on obecny także w solach
mineralnych. Azot jest niezbędny do
prowadzania prawidłowego rozwoju
roślin. Jest on przekształcany w
azotany dzięki współpracy bakterii z
rodziny Rhizobium z roślinami
motylkowymi. Ogromne ilości azotu
są asymilowane w glebie obumarłe
bakterie wzbogacają glebę w ten
pierwiastek. By wspomóc szybszy
rozwój roślin często stosuje się
nawozy azotowe.