DESTRUENCI

Zbigniew Witek

Zakład Ekologii Wód

Akademia Pomorska w Słupsku

Materia organiczna

DOC

POC

organizmy

Materia organiczna

materia rozpuszczona

(i koloidalna)

< 0,2 µm

DOM, DOC

detryt

us

POM,

POC

organizmy

100

1
0

2

DOM – Dissolved Organic Matter
DOC – Dissolved Organic Carbon

POM – Particulate Organic Matter
POC – Particulate Organic Carbon

Źródła materii organicznej w oceanie, gC/r × 10

14

produkcja pierwotna

200 – 360

rzeki

3 – 3,2

atmosfera

1,5 – 4

pochodne ropy naftowej

0,046

organizm
y

źródł
o
ener
gii

źródł
o
węgl
a

donor
elektr
o-nów

akcept
or
elektr
o-nów

warunki
występowania

rośliny,
sinice

światł
o

CO

2

H

2

O

CO

2

toń wodna,
powierzchnia
płytkich osadów

dennych

pigmento

wa-ne
bakterie
siarkowe

światł

o

CO

2

H

2

S

CO

2

podpowierzchnio

wa beztlenowa
warstwa płytkich
osadów dennych

bezsiarko
we

bakterie
purpurow
e

światł
o

CO

2

H

2

CO

2

podpowierzchnio
wa beztlenowa

warstwa płytkich
osadów dennych

Fotoautotrofy

Produkcja pierwotna

organizmy

źródło
energii
,

donor

elektron

ów

źródł
o
węgl
a

akcept
or
elektro
-nów

warunki
występowania

bezbarwne
bakterie
siarkowe
Thiobacillus

H

2

S, S,

S

2

O

3

CO

2

O

2

,

NO

3

źródła
hydrotermalne;
oksyklina (M.
Czarne)

bakterie
nitryfikacyjne
Nitrosomonas,

Nitrobacter

NH

4

NO

2

CO

2

O

2

strefa afotyczna;
oksyklina

bakterie

żelaziste
Ferrobacillus

Fe

+2

CO

2

O

2

oksyklina

bakterie
wodorowe

Alcaligenes

H

2

CO

2

,

DOC

O

2

NO

3

oksyklina

Chemoautotrofy

Produkcja pierwotna

Źródła rozpuszczonej materii organicznej

(DOM):

• wydzielanie przez fitoplankton (≤ 10 % PP)

• wirusowy rozpad (liza) komórek bakteryjnych i

fitoplanktonowych

• autoliza obumarłych komórek i tkanek

• hydroliza bakteryjna detrytusu przy pomocy

egzoenzymów

• abiotyczne rozpuszczanie się detrytusu

• rozpad komórek na skutek żerowania zwierząt

• wydzielanie przez zwierzęta

• dopływ z lądu

• fermentacja itp. w warunkach anaerobowych

(beztlenowych)

Opadanie cząsteczek detrytusu:

pojedyncze martwe komórki glonów

ok. 10 – 100 cm/d

pelety (fekalia) widłonogów

ok. 10 – 100 m/d

Ok.. 90 % reutylizacja materii organicznej w epipelagialu.

Do głębszych warstw docierają relatywnie większe cząsteczki

detrytusu i agregaty cząsteczek

Źródła detrytusu (POM):

• martwe komórki fitoplanktonu

• martwe tkanki makrofitów

• odchody zwierząt, wylinki itp.

• martwe zwierzęta

• precypitacja (wytrącanie się) z DOM (‘marine snow’)

• dopływ z lądu i z atmosfery

organizmy

źródło
energii
,

donor

elektron

ów

źródł
o
węgl
a

akcept
or
elektr
o-nów

warunki
występowania

zwierzęta,
bakterie
aerobowe,

grzyby

POC,
DOC

POC,
DOC

O

2

strefa aerobowa
(natleniona)

bakterie

denitryfikacyjne

DOC

DOC

NO

3

pod oksykliną

bakterie

desulfurykacyjn
e

DOC,

H

2

DOC

SO

4

pod oksykliną

bakterie
metanowe:

utleniające
metan
produkujące

metan

CH

4

H

2

,

DOC

DOC
DOC

O

2

CO

2

oksyklina
strefa anaerobowa
(beztlenowa)

Heterotrofy

Produkcja wtórna

Miksotrofy

wśród:

wiciowców
euglenin
bruzdnic
orzęsków
ukwiałów, koralowców – symbioza z zooxantellami
skąposzczetów – symbioza z bakteriami siarkowymi
Pogonophora – symbioza z bakteriami siarkowymi
małży – symbioza z bakteriami siarkowymi, bruzdnicami

niektóre organelle komórkowe (chloroplasty, mitochondria)
powstały we wczesnych etapach ewolucji w wyniku
modyfikacji endosymbiontów

Rozkład – dekompozycja materii organicznej do prostszych

związków organicznych

Mineralizacja – rozpad związków organicznych do substancji

mineralnych

Destruenci:

Bakterie
Grzyby
Zwierzęta (zwł. detrytusożerne)

Zapotrzebowanie bakterii (i grzybów)
na pewne ilości mineralnego N i P

C / N (g/g) w różnych organizmach roślinnych:

fitoplankton

6 – 11

brunatnice

15 – 70

zielenice

10 – 60

krasnorosty

ok.. 20

trawa morska

17 – 70

Spartina alterniflora

24 – 45

liście roślin lądowych 100

drewno

1000

C / N destruentów:
bakterie

5,7

grzyby

10

Preferencje bakterii do rozkładu fitoplanktonu

i preferencje grzybów do rozkładu makrofitów.

AE i K

1

zależne m.in. od C/N i C/P pokarmu

W warunkach anaerobowych – funkcjonują tylko bakterie.

Fazy rozkładu materii roślinnej:

• szybka autoliza i rozpuszczanie (minuty, godziny)

• degradacja mikrobiologiczna

zmiany składu chemicznego materii organicznej na

skutek

preferencyjnego przyswajania pewnych substancji

(cukry,

białka) i pozostawiania innych (celuloza, woski,

ligniny) (dziesiątki dni)

• długotrwała degradacja refrakcyjnych (trudno

rozkładalnych)

składników materii organicznej (subst. humusowe)

(lata, a nawet

tysiące lat)

Różnice w przebiegu rozkładu fitoplanktonu i makrofitów

Faza ‘węglowa’ i faza ‘azotowa’ rozkładu materii organicznej

0

0,5

1

1,5

2

0

10

20

30

40

50

dni

B

Z

T,

m

lO

2

l

-1

Temp. 20°C

0

0,5

1

1,5

2

0

10

20

30

40

50

dni

B

Z

T,

m

lO

2

l

-1

Temp. 9°C

Wpływ temperatury na rozkład materii organicznej

Niezdolność głębokowodnych mikroorganizmów do
szybkiego
rozkładu materii organicznej

Rozkład materii organicznej w warunkach anaerobowych

(beztlenowych)

względna wydajność

energetyczna:

(Rozkład tlenowy

100)

Fermentacja

8

Redukcja azotanów i denitryfikacja

95

Redukcja siarczanów

1

Metanogeneza

1 - 5

Ze względu na relatywnie łatwą dostępność SO

4

w osadach

redukcja siarczanów jest zwykle dominującym procesem

rozkładu materii w warunkach beztlenowych

Rozkład materii organicznej

w osadach dennych

Proces:

Głębokość w osadzie:

dno szelfu dno oceaniczne

rozkład tlenowy,

fermentacja

0,1 – 1 cm do > 10 cm

redukcja azotanów,

denitryfikacja, redukcja

1 – 10 cm do > 100

cm

manganu i żelaza

redukcja siarczanów

10 – 100 cm

do

kilku metrów

metanogeneza

> 100 cm

Fauna detrytusożerna:

• posiada pewne enzymy rozkładające detrytus

• posiada wyspecjalizowaną florę bakteryjną w przewodach
pokarmowych

• rozdrabnia detrytus, zwiększając jego powierzchnię i ułatwiając
dostęp wolnożyjącym mikroorganizmom

Większość zwierząt bezkręgowych wydziela N i P
w postaci nieorganicznej (NH

4

; PO

4

)

Zwierzęta

Respiracja (CO

2

)

Akumulacja materii organicznej w osadach dennych

Rejon

% PP

tempo

sedymentacji

mm/r

abysal oceaniczny

0,03 – 0,04

0,0001
podnóże kontynentalne 0,1 – 2

0,02 –

0,7
rejony upwellingów

11 – 18

1,4

słone szuwary

5 – 37

1 – 6,3

Detrytusowy łańcuch troficzny i pętla
mikrobiologiczna

w toni wodnej
w osadach dennych

olbrzymia rola w przepływie energii w ekosystemach
morskich, niedoceniana z powodu mikroskopijnych
rozmiarów ciała większości destruentów

Bentosowy detrytusowy łańcuch troficzny

fitoplankton

POM

detrytus

bakterie

i grzyby

pierwotniaki

nicienie,

wirki, itp.

skąposzczety,

wieloszczety,

Macoma baltica,

obunogi,

Hydrobia spp.

detrytusożercy

0.2 µm 2 µm

20 µm 200 µm 2 mm 2 cm

Mesidotea entomon

Halicryptus spinulosus

Harmothoe sarsi

padlinoże

rcy i

drapieżcy

płastugi,

węgorzyca,

dorsz, inne

ryby

bentosożerne

20 cm

czasteczko

wa materia

organiczna

detrytusożercy

destruenci

Pętla mikrobiologiczna

fitoplankton

DOM

bakterie

HNF

2 µm

0.2 µm

20 µm

orzęski

orzęski

drapieżne

200 µm

rozpuszczo

na materia

organiczna

Ląd

cząsteczkowa

rozpusz-
czona

pelagicz
ny
łańcuch
troficzn
y

(klasyczn
y)

nanoplankton

owe wiciowce

heterotroficzn

e

destruenci