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
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.