Cykly živin koloběh dusíku koloběh fosforu - esenciální živiny

Prezentace na téma: "Cykly živin koloběh dusíku koloběh fosforu - esenciální živiny"— Transkript prezentace:

1 Cykly živin koloběh dusíku koloběh fosforu - esenciální živiny
Poptávka rostlinami Nabídka ve vodě Poměr - esenciální živiny - limitující faktor růstu

2 - esenciální živiny - limitující faktor růstu

3 Formy existence dusíku
- biomasa: proteiny, nukleové kyseliny aj. (např. chlorofyly) - hlavní rezervoár: atmosféra (78 % N2), litosféra, sedimenty - oxidační číslo: -III až +V (NH3 / NH4+ — NO3- ) - 3 izotopy: stabilní 14N a 15N, 13N – poločas rozpadu 10 min

4 Mechanismy vstupu dusíku do ekosystémů
+ přísun (kontinentální) = cca 3 × 108 tun ročně (+ 0,5 × 108 t) + - ztráty (kontinentální) = cca 3,3 × 108 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 dusíku - fixace N2 = 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 N2 = 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 NH4+ a NO3- (nitrátreduktáza) - heterotrofní asimilace NH4+, asimilativní redukce NO3- - predace (grazing) Rozklad dusíkatých sloučenin - proteolýza - deaminace - amonifikace

8 Nitrifikace - autotrofní nitrifikace (chemolitotrofní bakterie) = zdroj energie: oxidace NH4+ na NO2- (Nitroso-, Methylo-), tvorba NO a N2O! 2NH4+ + 3O2  2NO2- + 4H+ + 2H2O ; G01 = -275 kJ mol-1 oxidace NO2- na NO3- (Nitro-) 2NO2- + O2  2NO3- ; G01 = -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 CH4 a NH4+ 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 NO3- či NO2- (= konečný akceptor elektronů)
spojená s tvorbou plynných sloučenin dusíku = NO, N2O, N2 - většinou fakultativně anaerobní bakterie: heterotrofní – DOC! (Bacillus, Pseudomonas, Alcaligenes aj.) i autotrofní! (Thiobacillus, Thiomicrospira, Thiosphaera, Hydrogenomonas, Sporovibrio ferrooxidans) - respirace NO3- či NO2- (= konečný akceptor elektronů) spojená s tvorbou plynných sloučenin dusíku = NO, N2O, N2 - 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 aktivace nitrifikace denitri- fikace

10 nitrifikační metanotrofní bakterie

11 Vertikální stratifikace dusíku v jezerech

12 Formy existence fosforu
- biomasa: nukleové kyseliny, membrány aj. (např. energie) - hlavní rezervoár: litosféra, sedimenty - oxidační číslo: +V (PO43- ) - 3 izotopy: stabilní 31P, 32P – poločas rozpadu 14,3 dne, 33P Ve vodách - orthofosforečnan (Pi) – [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]

13 Mechanizmy vstupu fosforu do ekosystémů
+ přísun = cca 3 × 106 tun ročně (+ 1,5 × 107 t) + biomasa = cca 3 × 108 tun ročně - - ztráty = cca 2,4 × 108 tun ročně  globální nedostatek fosforu, přirozená tendence k odnosu do oceánů = limitace limnických ekosystémů fosforem!

14 Cyklus fosforu v nádržích
acidifikovaná při pH ~5: Al3+  AlOOH + PO4 AlOOH~PO4 krasová submerzní vegetace: Ca2+ + PO4 Ca3(PO4)2 internal loading anoxie

15 Fosfor určuje produktivitu nádrží
Vertikální stratifikace fosforu v nádržích Dillon-Riglerův vztah – Vyjadřuje závislost mezi jarní koncnentrací fosforu a letní koncentrací Chl-a

16 Trofický stav povrchových vod

17 Propojení biogeochemických cyklů
dusík síra uhlík fixace N nitrifikace denitrifikace cyanobacteria železo  fosfor