• Dostupnost živin = hlavním limitním faktorem produktivity terestrických ekosystémů
• Příjem živin rostlinami - řízen zásobou dostupných živin v půdě
- difúzí (hlavní faktor řídící transport)
- tokem (bohaté půdy, mikroprvky)
- aktivním příjmem
• Pouze živiny v přímém kontaktu s živými buňkami
• Schopnost rostlin zvyšovat kapacitu příjmu živin
• Rostliny odpovídají na zvýšení dostupnosti živin hlavně zvýšením růstu a pouze málo zvýšením koncentrace.
• Poměr biomasy k množství N v opadu charakterizuje účinnost příjmu živin (čím vyšší, tím účinnější příjem).
• Rostliny jsou schopny vyrovnat se s novými podmínkami prostředí a změnit příjem živin během několika dní
• Re-alokace do kořenů v podmínkách limitace živinami jim umožňuje zvýšit růst kořenů a zvětšit jejich plochu
• Rostliny také zvyšují svou kapacitu přijímat živiny pomocí symbiotických asociací s mykorrhizními houbami a N2 fixujícími bakteriemi
• Dále mohou regulovat příjem tím, že mění kinetiku příjmu a maximalizují příjem nejvíce limitující živiny
• Existuje „trade off“ mezi maximálním investováním živin do nového růstu (rostoucí orgány obsahují hodně živin na jednotku biomasy) a efektivností, s jakou jsou živiny použity k tvorbě biomasy
• Rostliny produkují biomasu nejefektivněji ( tzn. tvoří nejvíce biomasy na jednotku spotřebované živiny) v podmínkách limitace živinami
• Účinnost příjmu živin (NUE= nutrient use efficiency=poměr živin k biomase v opadu) je maximalizována prodloužením života tkáně – tedy snížením ztrát
• Stárnutí je hlavním mechanismem ztrát živin a rostlina ho redukuje re-alokací – tak rostlina znovu využívá okolo 50% N, P a K
• Okolo 15% ročního vstupu živin do rostlin se do koloběhu vrací vymýváním z nadzemních částí nebo prostřednictvím herbivorů
• K velkým ztrátám živin dochází i po jakékoliv disturbanci (=narušení) ekosystému – odlesnění a zpětné zalesnění
čistá primární produkce = hrubá primální produkce – rostlinná respirace
NNP = GPP - Rrostl
čistá produkce ekosystému
NEP se přibližně rovná GPP – (Rrostl + Rheterotr + Fdisturb + Floužení)
ekologická stechiometrie – organismy mají různé požadavky na živiny (podle složení jejich biomasy)
příklad pro N:
rostliny: C/N poměr – vysoká variabilita (listy 15-50, kořeny 20-120)
živočichové : homeostatičtí (C/N 6-10)
mikroby: variabilita ovlivněna složením společenstva (C/N bakterie 4-8, houby 12-15)
všechny biogeochemické cykly ovlivněny lidskou aktivitou: nejvíce fosfor (400%), síra (113%), dusík (108%), uhlík (13%) a nejvíce ovlivnění došlo v sedimentech (200%)
Zásobníky
• atmosféra – 78% N2
• organismy – bílkoviny, nukleové kyseliny
• půda – dusičnany, dusitany, amoniak
Vstup
• limitující živina
• příjem organismy – dusičnanové, dusitanové, amonné ionty; bílkoviny a NK
• vzdušný dusík – pevná trojná vazba – nutno přeměnit
Přeměny
• hlavně činností organismů
• fixace vzdušného N2
-N2 -> NH3 (amoniak)
-depozice suché (NH4+, NO3-) či mokré (NOx)
-při bouřkách dusičnany do deště (málo)
-elektrické výboje a fotooxidace v atmosféře - N2 na dusičnany
-biologická – fixátoři dusíku – některé bakterie, sinice, houby; enzym nitrogenáza
symbiotičtí fixátoři dusíku – hlízkovité bakterie (Rhizobium), kořenové bakterie Rhizobium vázané na kořeny bobovitých
volně žijící fixátoři dusíku – vodní, půdní bakterie, sinice (Anabena, Nostoc)
• nitrifikace
-NH3 -> NO2- -> NO3- (amoniak -> dusitany -> dusičnany)
-dusičnany dostupné pro rostliny
• denitrifikace
-NO3- -> N2
-některé bakterie při nedostatku kyslíku používají dusičnany jako zdroj kyslíku
Výstup
• exkrementy, mrtvá těla
• rozkladači – mineralizace – amonifikace, denitrifikace
• denitrifikace – N2 zpět do atm.
• lesní požáry, eroze, loužení do půdy
mineralizace
• klasický pohled:
půdní organická hmota → mikroby ⇄ NH4+ → NO3- (obojí může jít hned k roslinám)
(tam=mineralizace, zpět=imobilizace)
- mineralizace reguluje celý N cyklus
• nové paradigma (=souhrn základních domněnek, předpokladů, představ dané skupiny vědců):
půdní organická hmota → monomery → mikroby ⇄ NH4+ → NO3- (obojí může hned k roslinám) (od mikrobů) (tam=mineralizace, zpět=imobilizace)
• hlavní faktory ovlivňující mineralizaci (=amonifikaci)
- dlouhodobá kontrola: biota, čas, materiál k mineralizaci, klima
- střednědobá kontrola (interaktivní a nepřímá): zdroje půdy, funkční typy rostlin, kvalita uhlíku, příjem rozpuštěného organického N rostlinou (-)
- krátkodobá kontrola (přímá): rozpuštěný organický N, mikrobiální C/N (-), teplota vody
nitrifikace
• hlavní faktory ovlivňující nitrifikaci
- dlouhodobá kontrola: biota, čas, materiál k mineralizaci, klima
- střednědobá kontrola (interaktivní a nepřímá): zdroje půdy, funkční typy rostlin, příjem NH4+ rostlinou (-), kvalita uhlíku, teplota vody (-), kořeny/ mikrobiální respirace (-), půdní textura
- krátkodobá kontrola (přímá): koncentrace NH4+, koncentrace kyslíku
denitrifikace
• hlavní faktory ovlivňující denitrifikaci
- dlouhodobá kontrola: biota, čas, materiál k mineralizaci, klima
- střednědobá kontrola (interaktivní a nepřímá): zdroje půdy, funkční typy rostlin, příjem NO3- rostlinou (-), kvalita uhlíku, teplota vody (-), kořeny/ mikrobiální respirace (-), půdní textura
- krátkodobá kontrola (přímá): koncentrace NO3-, koncentrace kyslíku (-)
(-) - negativní kontrola
Vliv člověka
• odlesnění – ztráty živin, vyplavování z ekosystému
• dusíkatá, hnojiva, splašky – eutrofizace, vyplavování živin, nárůst biomasy, nárůst denitrifikace (amoniak do atm.)
• emise NOx, jaderné výbuchy, letadla, rakety – kyselé deště, odbourávání ozonu ve stratosféře, nárůst ozonu v troposféře
• rozsah (nebezpečnost) vlivu závisí na speciaci:
- NH3 – atmosférický plyn, vysoce reaktivní, obvykle se vrací se srážkami jako NH4SO4
- NO – atmosférický plyn, vysoce reaktivní. Významná role v tvorbě troposférického ozónu
- N2O – atmoférický plyn, nepříliš reaktivní, ale významný skleníkový plyn a významná role v úbytku stratosférického ozónu
• důsledky změn koloběhu N (NOx, NHx):
-kyselé srážky – acidifikace (NOx, NHx, SOx)
-změna kvality vod - eutrofizace (NOx, NHx, PO4)
-změna chemických reakcí v atmosféře
- ozón (Nox, VOC, CO2)
- aerosoly (NOx, NHx, SOx)
- skleníkový efekt (NOx, FCHC, Cl)
= VOC (těkavý organický uhlík, FCHC (fluoro-chloro- hydrokarbony)
N je také živina:
výroba hnojiv – Haberův proces
- Fritz Haber – Nobelova cena 1918
3 CH4 + 6 H2O → 3 CO2 + 12 H2
4 N2 + 12 H2 → 8 NH3
- vysoká teplota a tlak
vliv N na fotosyntézu:
- většina N v listech je v karboxylačních enzymech (asi 25% Rubisco, 25% ostatní karboxylační E.)
Žádné komentáře:
Okomentovat