Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

- esenciální živiny - limitující faktor růstu Obecná limnologie - 06 koloběh dusíku koloběh fosforu.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "- esenciální živiny - limitující faktor růstu Obecná limnologie - 06 koloběh dusíku koloběh fosforu."— Transkript prezentace:

1 - esenciální živiny - limitující faktor růstu Obecná limnologie - 06 koloběh dusíku koloběh fosforu

2 Obecná limnologie - 06 koloběh dusíku koloběh fosforu - esenciální živiny - limitující faktor růstu

3 Dusík - biomasa: proteiny, nukleové kyseliny aj. (např. chlorofyly) - hlavní rezervoár: atmosféra (78 % N 2 ), litosféra, sedimenty - oxidační číslo: -III až +V (NH 3 / NH 4 + — NO 3 - ) - 3 izotopy: stabilní 14 N a 15 N, 13 N – poločas rozpadu 10 min

4 Globální biogeochemické toky dusíku + přísun (kontinentální) = cca 3 × 10 8 tun ročně (+ 0,5 × 10 8 t) ztráty (kontinentální) = cca 3,3 × 10 8 tun ročně  přirozená tendence k deficitu = limitace ekosystémů dusíkem

5 Atmosférická depozice dusíku - terestrické ekosystémy limitovány většinou dusíkem - dálkový transport emisí  saturace povodí dusíkem Lake Superior

6 - fixace N 2 = energeticky náročný proces, striktně anaerobní! - významný při limitaci ekosystému dusíkem - sinice (heterocysty): Anabaena, Aphanisomenon, Microcystis, Nostoc… - bakterie: heterotrofní (Azotobacter, Clostridium), anaerobní fototrofní, metanotrofní aj.; rhizobiální symbionti – mokřady (zejm. olšiny) Fixace dusíku - fixace N 2 = energeticky náročný proces, striktně anaerobní! - významný při limitaci ekosystému dusíkem - sinice (heterocysty): Anabaena, Aphanisomenon, Microcystis, Nostoc… - bakterie: heterotrofní (Azotobacter, Clostridium), anaerobní fototrofní, metanotrofní aj.; rhizobiální symbionti – mokřady (zejm. olšiny)

7 Příjem dusíku organismy (asimilace) - fototrofní asimilace NH 4 + a NO 3 - (nitrátreduktáza) - heterotrofní asimilace NH 4 +, asimilativní redukce NO predace (grazing) Rozklad dusíkatých sloučenin - proteolýza - deaminace - amonifikace

8 Nitrifikace - autotrofní nitrifikace (chemolitotrofní bakterie) = zdroj energie: oxidace NH 4 + na NO 2 - (Nitroso-, Methylo-), tvorba NO a N 2 O! 2NH O 2  2NO H + + 2H 2 O ;  G 0 1 = -275 kJ mol -1 oxidace NO 2 - na NO 3 - (Nitro-) 2NO O 2  2NO 3 - ;  G 0 1 = -75,8 kJ mol -1 - význam: malá biomasa přemění velké množství amoniaku, acidifikační faktor! - autotrofní nitrifikace (chemolitotrofní bakterie) = zdroj energie: oxidace NH 4 + na NO 2 - (Nitroso-, Methylo-), tvorba NO a N 2 O! 2NH O 2  2NO H + + 2H 2 O ;  G 0 1 = -275 kJ mol -1 oxidace NO 2 - na NO 3 - (Nitro-) 2NO O 2  2NO 3 - ;  G 0 1 = -75,8 kJ mol -1 - význam: malá biomasa přemění velké množství amoniaku, acidifikační faktor! - mýty a realita: pH, teplota, oxie-anoxie-anaerobie, fotoinhibice… - nitrifikující metanotrofní bakterie – alternativní oxidace CH 4 a NH 4 + probíhá na oxylině (např. v metalimniu = „biologický metanový filtr“) - anaerobní nitrifikace (Anammox) - autotrofní nitrifikace (chemolitotrofní bakterie) = zdroj energie: oxidace NH 4 + na NO 2 - (Nitroso-, Methylo-), tvorba NO a N 2 O! 2NH O 2  2NO H + + 2H 2 O ;  G 0 1 = -275 kJ mol -1 oxidace NO 2 - na NO 3 - (Nitro-) 2NO O 2  2NO 3 - ;  G 0 1 = -75,8 kJ mol -1 - význam: malá biomasa přemění velké množství amoniaku, acidifikační faktor! - mýty a realita: pH, teplota, oxie-anoxie-anaerobie, fotoinhibice… - nitrifikující metanotrofní bakterie – alternativní oxidace CH 4 a NH 4 + probíhá na oxylině (např. v metalimniu = „biologický metanový filtr“) - anoxická nitrifikace (Anammox) - heterotrofní nitrifikace (není zdrojem energie, detoxikace?) – heterotrofní (denitrifikační) bakterie i houby

9 Denitrifikace - respirace NO 3 - či NO 2 - (= konečný akceptor elektronů) spojená s tvorbou plynných sloučenin dusíku = NO, N 2 O, N 2 - většinou fakultativně anaerobní bakterie: heterotrofní – DOC! (Bacillus, Pseudomonas, Alcaligenes aj.) i autotrofní! (Thiobacillus, Thiomicrospira, Thiosphaera, Hydrogenomonas, Sporovibrio ferrooxidans) aktivacenitrifikace denitri- fikace - respirace NO 3 - či NO 2 - (= konečný akceptor elektronů) spojená s tvorbou plynných sloučenin dusíku = NO, N 2 O, N 2 - většinou fakultativně anaerobní bakterie: heterotrofní – DOC! (Bacillus, Pseudomonas, Alcaligenes aj.) i autotrofní! (Thiobacillus, Thiomicrospira, Thiosphaera, Hydrogenomonas, Sporovibrio ferrooxidans) - význam eutrofních vod a mokřadů pro odstraňování dusíku - biologické čištění v ČOV – předřazený anaerobní stupeň s recyklem

10 Přeměny dusíku ve vodách - asimilace v eufotické vrstvě jezer, v okolí oxykliny… - v sedimentech, litorálu, hyporeálu… - v mokřadech – závisí na hladině spodní vody

11 nitrifikační metanotrofní bakterie

12 sezónní vývoj chemismu v hypolimniu nitrifikační metanotrofní bakterie Vertikální stratifikace dusíku v jezerech

13 Propojení biogeochemických cyklů dusíksíra uhlík nitrifikace denitrifikace cyanobacteria fixace N železo  fosfor

14 - snahy o „vylepšení” situace v povodí budou paradoxně zhoršovat eutrofizaci Severního moře - zásahy v povodí:  účinná eliminace dusíku přirozenou denitrifikací v mokřadech  úpravy toků, regulace…  zrychlený odtok  nízká účinnost odstraňování N v ČOV  rostoucí podíl odkanalizovaných domácností Bilance dusíku v povodích velkých řek - dusíkový paradox: celkový hrubý vstup N do povodí řek úmoří Severního moře je dnes 2× vyšší než skutečný pozorovaný celkový výstup N z povodí těchto řek do moře

15 Fyziologická přestávka …15 minut

16 Fosfor - biomasa: nukleové kyseliny, membrány aj. (např. energie) - hlavní rezervoár: litosféra, sedimenty - oxidační číslo: +V (PO 4 3- ) - 3 izotopy: stabilní 31 P, 32 P – poločas rozpadu 14,3 dne, 33 P

17 Globální biogeochemické toky fosforu biomasa = cca 3 × 10 8 tun ročně  globální nedostatek fosforu, přirozená tendence k odnosu do oceánů = limitace limnických ekosystémů fosforem! + přísun = cca 3 × 10 6 tun ročně (+ 1,5 × 10 7 t) ztráty = cca 2,4 × 10 8 tun ročně

18 - orthofosforečnan (P i ) – [nmol l -1 ] ! - SRP/DRP — rozpuštěný reaktivní fosfor (stanovitelný molybdenanem) [< 0,5 µmol l -1 ] – měřítko limitace fosforem [~ 5 µg P l -1 ] - DP – SRP = „DOP“ — významný podíl nukleotidů (ATP, polyfosfáty) - PP (POP) — biomasa (mikroplankton), seston, komplexy… - TP — veškerý fosfor [< 0,5 mg l -1 ] - orthofosforečnan (P i ) – [nmol l -1 ] ! - SRP/DRP — rozpuštěný reaktivní fosfor (stanovitelný molybdenanem) [< 0,5 µmol l -1 ] – měřítko limitace fosforem [~ 5 µg P l -1 ] - DP – SRP = „DOP“ — významný podíl nukleotidů (ATP, polyfosfáty) - PP (POP) — biomasa (mikroplankton), seston, komplexy… - TP — veškerý fosfor [< 0,5 mg l -1 ]  ukazatel trofie predikce: model OECD (Vollenweider & Kerekes 1982) Formy fosforu

19 Fyzikálně-chemické přeměny fosforu - orthofosforečnan (P i ) ~ SRP/DRP - sorpce na nerozpustné komplexy FeOOH (AlOOH), seston (POC) aj. - sedimentace fosforu - vlivy: oxie/anoxie, pH, koncentrace síranů, Fe, Al, Ca... - kritický redox potenciál: ~200 mV

20 Biologické přeměny fosforu - P i ~ rozpuštěný reaktivní fosfor = SRP/DRP - příjem P i organismy (P uptake, K t ) - kompetice o fosfor (bakterie × řasy, mixotrofie…) Bakterie přijímají P řádově efektivněji než fytoplankton

21 Biologické přeměny fosforu - kompetice o fosfor ve fytoplanktonu - paradox fytoplanktonu: význam fluktuací v dostupnosti P (bottom-up control) pro druhovou diverzitu fytoplanktonu

22 Dvoustupňová kontinuální kultivace bakterivorní mixotrof bakterivorní nálevník bakterivorní mixotrof I. stupeň: autotrofní primární producenti & bakterie

23 Role mikroorganismů v toku uhlíku a fosforu v planktonu

24 Biologické přeměny fosforu - P limitace planktonu  využívání DOP a POP - regenerace fosforu: POP – predace (bakteriální P!) DOP – ektoenzymy (5’-nukleotidázy, fosfatázy) PP (bakterie) prvoci  DRP

25 Bilance fosforu v nádržích  [P] /  t = L ext – O – (S – L int ) [mg m -2 rok -1 ] - external load (L ext ) – vnější přísun fosforu × odtok (O) - rychlost sedimentace (S) - internal load (L int ) – vnitřní přísun fosforu - retence fosforu [mg m -2 rok -1 ] : P outflow = P lake = L ext / (1 +  TRT) P lake / P inflow = 1/ (1 +  TRT) - doba zdržení (TRT), oxické/anoxické hypolimnion, prům. hloubka TRT > 25 let  retence 70–90 % přísunu fosforu TRT ~ 1 rok  retence < 50 % přísunu fosforu

26 Cyklus fosforu v nádržích acidifikovaná při pH ~5: Al 3+  AlOOH + PO 4 AlOOH~PO 4 krasová submerzní vegetace: Ca 2+ + PO 4 Ca 3 (PO 4 ) 2 internal loading anoxie

27 Fosfor určuje produktivitu jezer

28 Trofický stav povrchových vod

29 Eutrofizace povrchových vod… - nárůst populace v povodí – sídla (ČOV) = bodové zdroje - zemědělská výroba (hnojiva, eroze) = difúzní (rozptýlené) zdroje - nárůst „prací síly“

30 Lake Washington …lake management & remediation - odstraňování fosforu (ČOV), bezfosfátové prací prášky aj. - protierozní opatření, změny agrotechnických postupů… - od(pře)vedení splaškových vod mimo povodí (nádrž) - odstraňování fosforu (ČOV), bezfosfátové prací prášky aj. - protierozní opatření, změny agrotechnických postupů… - od(pře)vedení splaškových vod mimo povodí (nádrž) - využití mokřadů a pobřežní vegetace k zachytávání živin - zamezení uvolňování fosforu ze sedimentů (Fe, Al, Ca) - odbahňování, odstraňování vegetace, kolísání hladiny… - Olszewski tube (odtah anaerobní hypolimnetické vody) - hypolimnetická aerace - biomanipulace (podpora rozvoje perlooček)


Stáhnout ppt "- esenciální živiny - limitující faktor růstu Obecná limnologie - 06 koloběh dusíku koloběh fosforu."

Podobné prezentace


Reklamy Google