Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ιονίων Νήσων Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος Κατεύθυνση Τεχνολογιών Φυσικού Περιβάλλοντος. ΜΑΘΗΜΑ: Γενική Οικολογία

Transcript

1 Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ιονίων Νήσων Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος Κατεύθυνση Τεχνολογιών Φυσικού Περιβάλλοντος ΜΑΘΗΜΑ: Γενική Οικολογία 3 η Ενότητα Βιογεωχημικοί κύκλοι άνθρακα και αζώτου Εισηγητής: Δρ. Γιώργος Καρρής (Καθηγητής Εφαρμογών) Το περιεχόμενο του μαθήματος διατίθεται με άδεια Creative Commons εκτός και αν αναφέρεται διαφορετικά Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

2 Σημείωση: Στους αέριους κύκλους, η ανταλλαγή των θρεπτικών ανάμεσα στα αβιοτικά και βιοτικά στοιχεία του οικοσυστήματος είναι πιο πλήρης, ενώ οι ιζηματογενείς παρουσιάζουν μεγαλύτερη ευαισθησία σε ανθρώπινες παρεμβάσεις Τύποι Βιογεωχημικών κύκλων Οι κύκλοι μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες, με βάση το που εντοπίζεται η δεξαμενή αποθήκευσης τους Αέριοι κύκλοι (π.χ. C, O, H) Η δεξαμενή αποθήκευσης τους είναι η ατμόσφαιρα και τα θρεπτικά μετακινούνται από και προς τη βιόσφαιρα σε αέρια μορφή Ιζηματογενείς κύκλοι (π.χ. P,S) Η δεξαμενή αποθήκευσης τους είναι ο φλοιός της Γης και τα θρεπτικά εισέρχονται στη βιόσφαιρα από τα πετρώματα που αποσαθρώνονται και εξέρχονται ως ιζήματα

3 Ο κύκλος του άνθρακα Ο άνθρακας είναι το χημικό στοιχείο με βάση το οποίο δομούνται οι οργανικές ενώσεις και συνεπώς τα βιολογικά μακρομόρια (πρωτεΐνες, πολυσακχαρίτες, νουκλεϊκά οξέα) όλων ανεξαιρέτως των οργανισμών. Η ροή του άνθρακα στα οικοσυστήματα ακολουθεί τη ροή ενέργειας σ αυτά μια και η χημικά ενέργεια που μεταφέρεται από το ένα τροφικό επίπεδο στο άλλο είναι δεσμευμένο στις οργανικές ενώσεις. Επιπλέον η ροή του άνθρακα (μαζί με αυτήν του οξυγόνου και του υδρογόνου) αποτελεί τον κύριο σύνδεσμο μεταξύ βιόσφαιρας και αβιοτικού περιβάλλοντος και συντελείται διαμέσου των συμπληρωματικών λειτουργιών της φωτοσύνθεσης και της αναπνοής: 6CO2 + 6H2O φωτοσύνθεση κυτταρική αναπνοή C6H12O6 + 6O2

4 Ο κύκλος του άνθρακα

5 Ο κύκλος του άνθρακα Συνοπτική περιγραφή του κύκλου: Ο άνθρακας εισέρχεται στα οικοσυστήματα με τη μορφή του διοξειδίου του άνθρακα, το οποίο βρίσκεται στην ατμόσφαιρα. Το διοξείδιο του άνθρακα παραλαμβάνεται από τους παραγωγούς προκειμένου να μετατραπεί, με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, σε γλυκόζη. Ένα μέρος της γλυκόζης, αλλά και άλλων ενώσεων που συντίθενται από τους παραγωγούς, χρησιμοποιείται κατά την κυτταρική αναπνοή προκειμένου να απελευθερωθεί ενέργεια για την κάλυψη των αναγκών των παραγωγών. Kατά την κυτταρική αναπνοή παράγεται και CO2, το oποίο επιστρέφει στην ατμόσφαιρα με αποτέλεσμα να ολοκληρώνεται ένας κύκλος πρόσληψης και επαναφοράς από και προς την ατμόσφαιρα. Από το υπόλοιπο μέρος της οργανικής ύλης που έχει παραχθεί από τους παραγωγούς ένα μέρος μεταβιβάζεται ως τροφή στους καταναλωτές, ενώ ένα άλλο μέρος καταλήγει ως νεκρή οργανική ύλη (φύλλα, καρποί κλπ) μαζί με τη νεκρή οργανική ύλη ζωικής προέλευσης (σώματα νεκρών οργανισμών, απεκκρίσεις, περιττώματα κλπ). Το νεκρό οργανικό υλικό ανοργανοποιείται από τους αποικοδομητές του εδάφους οι οποίοι απελευθερώνουν με την αναπνοή τους CO2. Συνοπτικά λοιπόν θα μπορούσε να πει κανείς ότι με τη φωτοσύνθεση προσλαμβάνεται το διοξείδιο του άνθρακα προκειμένου να χρησιμοποιηθεί στην παραγωγή γλυκόζης, ενώ με την κυτταρική αναπνοή οξειδώνεται η γλυκόζη και επιστρέφει το διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα.

6 Ο κύκλος του αζώτου Γενικά στοιχεία:το άζωτο είναι σημαντικό χημικό στοιχείο για τη ζωή, καθώς αποτελεί σημαντικό συστατικό πολλών βιομορίων όπως: Νουκλεϊκών οξέων Πρωτεϊνών Φωσφολιπιδίων Σημείωση: Το μοριακό άζωτο αφθονεί στην ατμόσφαιρα, 78% κ.ο., όμως η μορφή αυτή δεν είναι αξιοποιήσιμη άμεσα από τους παραγωγούς

7 Ο κύκλος του αζώτου

8 Ο κύκλος του αζώτου Περιγραφή του κύκλου του αζώτου Με τον κύκλο του αζώτου εμπλέκονται οι παρακάτω διαδικασίες: Αζωτοδέσμευση: Είναι η διαδικασία με την οποία το ατμοσφαιρικό άζωτο εισέρχεται στις τροφικές αλυσίδες των οικοσυστημάτων, αφού προηγουμένως μετατραπεί σε μορφές που μπορούν να προσληφθούν και να αξιοποιηθούν από τους παραγωγούς. Διακρίνεται στην ατμοσφαιρική και την βιολογική (μέσω των αζωτοδεσμευτικών βακτηρίων) Πρόσληψη από τα φυτά με τη μορφή των νιτρικών ιόντων Ροή του αζώτου μέσω των τροφικών σχέσεων Αποικοδόμηση-ανοργανοποίηση Με τη διαδικασία αυτή μικροοργανισμοί του εδάφους (νιτροποιητικά βακτήρια) διασπούν τις πρωτεΐνες σε αμινοξέα και κατόπιν παράγουν αμμωνία διασπώντας: 1. Τη νεκρή οργανική ύλη (καρπούς, φύλλα, νεκρά σώματα, τρίχωμα κλπ), που φυτά και ζώα εγκαταλείπουν στο έδαφος, 2. Τα αζωτούχα προϊόντα του μεταβολισμού των ζώων όπως η ουρία, το ουρικό οξύ και τα περιττώματα. Νιτροποίηση: Διαδικασία κατά την οποία η αμμωνία του εδάφους, μετατρέπεται (από ειδικά νιτροποιητικά βακτήρια του εδάφους) σε νιτρώδη και στη συνέχεια μετατρέπονται σε νιτρικά τα οποία προσλαμβάνονται από τα φυτά. Απονιτροποίηση: Διαδικασία κατά την οποία ειδικά απονιτροποιητικά βακτήρια μετατρέπουν τα νιτρικά ιόντα σε μοριακό άζωτο. Μέσω αυτής της διαδικασίας το άζωτο που αρχικά είχε απομακρυνθεί από την ατμόσφαιρα μέσω της φωτοσύνθεσης, επιστρέφει πίσω σε αυτήν.

9 Παρέμβαση του ανθρώπου στον κύκλο του αζώτου Η ανάγκη για εντατική καλλιέργεια έχει οδηγήσει το σύγχρονο άνθρωπο στην αντικατάσταση των «παραδοσιακών» φυσικών αζωτούχων λιπασμάτων τα οποία στην ουσία είναι περιττώματα ζώων (κοπριά), π.χ. από τους περιστερώνες ή από ψαροφάγα πουλιά (γκουανό), από βιομηχανικά αζωτούχα λιπάσματα. Το μεγαλύτερο μέρος των βιομηχανικών λιπασμάτων κατά τη χρήση τους, παρασύρεται από τη βροχή και καταλήγει στα γλυκά ή στα θαλασσινά νερά, δηλαδή στους τελικούς υδάτινους αποδέκτες, οδηγώντας έτσι στο φαινόμενο του ευτροφισμού. Για την αποφυγή του προαναφερθέντος φαινομένου συνίσταται η εφαρμογή δύο πιο οικολογικών τρόπων εμπλουτισμού του εδάφους σε άζωτο. Αυτοί είναι: - η αγρανάπαυση, η προσωρινή δηλαδή παύση της καλλιέργειας που επιτρέπει στα εδάφη που καλλιεργούνται να εμπλουτιστούν με άζωτο με φυσικό τρόπο (ατμοσφαιρική αζωτοδέσμευση), ώστε να ανακτήσουν τη γονιμότητα τους, και - η αμειψισπορά, με άλλα λόγια η εναλλαγή στην καλλιέργεια σιτηρών και ψυχανθών, (που φέρουν στις ρίζες τους αζωτοδεσμευτικά βακτήρια) έτσι, ώστε το έδαφος να εμπλουτίζεται με άζωτο και να μην εξασθενεί

10

11 Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων διαθέσιμο με άδεια CC-BY διαθέσιμο με άδεια CC-BY-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-ND διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-ND διαθέσιμο με άδεια CC0 Public Domain διαθέσιμο ως κοινό κτήμα Δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, παρά μόνο εάν ζητηθεί εκ νέου άδεια από το δημιουργό. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου και η δημιουργία παραγώγων αυτού με απλή αναφορά του δημιουργού. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού, και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η δημιουργία παραγώγων του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου και η δημιουργία παραγώγων του. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. χωρίς σήμανση Συνήθως δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου.

12 Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.

13 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ιονίων Νήσων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.