ΤΓΑΣΙΝΑ ΟΙΚΟΤΣΗΜΑΣΑ. Δνόηηηα: ΡΤΠΑΝΗ ΤΓΑΣΙΝΩΝ ΟΙΚΟΤΣΗΜΑΣΩΝ ΓΗΩΡΓΟ ΚΔΥΑΓΗΑ Σκήκα Γηαρείξηζεο Πεξηβάιινληνο θαη Φπζηθώλ Πόξσλ ΑΓΡΗΝΗΟ

Transcript

1 ΤΓΑΣΙΝΑ ΟΙΚΟΤΣΗΜΑΣΑ Δνόηηηα: ΡΤΠΑΝΗ ΤΓΑΣΙΝΩΝ ΟΙΚΟΤΣΗΜΑΣΩΝ ΓΗΩΡΓΟ ΚΔΥΑΓΗΑ Σκήκα Γηαρείξηζεο Πεξηβάιινληνο θαη Φπζηθώλ Πόξσλ ΑΓΡΗΝΗΟ

2 Υπημαηοδόηηζη Σν παξόλ εθπαηδεπηηθό πιηθό έρεη αλαπηπρζεί ζηoπιαίζηo ηνπ εθπαηδεπηηθνύ έξγνπ ηνπ δηδάζθνληα. Σν έξγν «Ανοικηά Ακαδημαϊκά Μαθήμαηα ζηο Πανεπιζηήμιο Αθηνών» έρεη ρξεκαηνδνηήζεη κόλν ηε αλαδηακόξθσζε ηνπ εθπαηδεπηηθνύ πιηθνύ. Σν έξγν πινπνηείηαη ζην πιαίζην ηνπ Δπηρεηξεζηαθνύ Πξνγξάκκαηνο «Δθπαίδεπζε θαη Γηα Βίνπ Μάζεζε» θαη ζπγρξεκαηνδνηείηαη από ηελ Δπξσπατθή Έλσζε (Δπξσπατθό Κνηλσληθό Σακείν) θαη από εζληθνύο πόξνπο.

3 ΓΙΩΡΓΟ ΚΔΥΑΓΙΑ Δπίκοςπορ Καθηγηηήρ Τδάηινων Οικοζςζηημάηων Δπικοινωνία:

4 ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΟΣΗΣΑ ΤΓΑΣΙΝΩΝ ΟΙΚΟΤΣΗΜΑΣΩΝ ΦΤΣΗΚΟΗ ΟΡΓΑΝΗΜΟΗ (καθξνθύθε θπηνπιαγθηόλ) ΠΡΩΣΟΓΕΝΕΙ ΠAΡΑΓΩΓΟΙ θσηνζύλζεζε (κεηαηξέπνπλ αλόξγαλα ζπζηαηηθά ζε νξγαληθέο ελώζεηο) 6 CO 2 + 6H 2 O C 6 Η 12 O O2 αλαπλνή από ηνπο πδαηάλζξαθεο κε βηνρεκηθέο δηαδηθαζίεο παξάγνληαη ιίπε, πξσηεΐλεο θαη άιιεο νξγαληθέο ελώζεηο ΦΩ : απαξαίηεην γηα ηε ιεηηνπξγία ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο θσηνζύλζεζεο (δηεγείξεη ηε κεηαθνξά ειεθηξνλίσλ θαηά ηηο θσηεηλέο αληηδξάζεηο ) παξαγσγή ΑΣΡ (ελεξγεηαθό λόκηζκα) Ζ ειηαθή ελέξγεηα δεζκεύεηαη από ηηο θσηνζπλζεηηθέο ρξσζηηθέο πνπ βξίζθνληαη ζηνπο ρισξνπιάζηεο σλωποφύλλη-a, b, c, d καποτενοειδή ξανθοφύλλερ φςκομπιλίνερ (*) όιεο νη ρξσζηηθέο απνξξνθνύλ θσο ζε κήθε θύκαηνο κεηαμύ nm, δειαδή ζην νξαηό θάζκα ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο

5 Σα ραξαθηεξηζηηθά ρξώκαηα πνπ δηαζέηνπλ νη θπηνπιαγθηνληθνί νξγαληζκνί πξνέξρνληαη θπξίσο από ηελ πεξηεθηηθόηεηά ηνπο ζε δηάθνξεο ρξσζηηθέο (**) είδε πνπ εληνπίδνληαη ζηα θαηώηεξα βάζε ηεο εύθσηεο δώλεο είλαη πξνζαξκνζκέλα λα απνξξνθνύλ ην ηκήκα ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πνπ θηάλεη ζην βάζνο εθείλν (κπιέ ή πξάζηλν σο) ΦΩΣΟΤΝΘΔΖ παξαγσγή νξγαληθήο έλσζεο παξαγσγή Ο 2 Φπηηθή βηνκάδα ΑΝΑΠΝΟΖ θαηαλάισζε νξγαληθήο έλσζεο θαηαλάισζε Ο 2 Ζ ζπλνιηθή πνζόηεηα νξγαληθήο ύιεο πνπ παξάγεηαη από ηνπο θπηηθνύο νξγαληζκνύο απνηειεί ηελ Οιηθή Πξσηνγελή Παξαγσγηθόηεηα (GPP) GPP - R = NPP R = αλαπλνή NPP = Καζαξή Πξσηνγελήο Παξαγσγηθόηεηα

6 είλαη ε λέα βηνκάδα πνπ ελζσκαηώλεηαη ζηνπο θπηηθνύο νξγαληζκνύο ΜΔΣΡΗΗ ΠΡΩΣΟΓΔΝΟΤ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΟΣΗΣΑ Ζ παξαγσγή θπηηθήο βηνκάδαο είλαη πνιύ ζεκαληηθή ζηα πδάηηλα νηθνζπζηήκαηα.. αξρή ηεο ηξνθηθήο αιπζίδαο ΤΠΟΛΟΓΗΜΟ βηνκάδα πνπ παξάγεηαη πνζόηεηα Ο 2 πνπ παξάγεηαη πνζόηεηα CO 2 πνπ δεζκεύεηαη ππνινγηζκόο ηεο πεξηεθηηθόηεηαο ηνπ λεξνύ ζε Α. ΜΕΣΡΗΗ ΦΤΣΟΠΛΑΓΚΣΟΝΘΚΗ ΒΘΟΜΑΖΑ θπηνπιαγθηνληθνύο νξγαληζκνύο ( εθαπμογή μικποζκοπικήρ μεθόδος ) n/m 3 ή n/m 2 (από Castro & Huber, 1999)

7 ΜΔΣΡΖΖ ΥΛΩΡΟΦΤΛΛΖ έκκεζνο ηξόπνο ππνινγηζκνύ ηεο θπηνπιαγθηνληθήο βηνκάδαο (*) ππνινγίδεηαη ε πνζόηεηα ηεο ρισξνθύιιεο-α πνπ ππάξρεη ζε ζπγθεθξηκέλν όγθν λεξνύ ΜΔΘΟΓΟΛΟΓΙΑ : - ζπγθεθξηκέλνο όγθνο λεξνύ θηιηξάξεηαη ζε εηδηθό θίιηξν πνπ θαηαθξαηά ηνπο θπηνπιαγθηνληθνύο νξγαληζκνύο - ην θίιηξν βπζίδεηαη ζε αθεηόλε γηα λα ζπάζνπλ νη νξγαληζκνί θαη λα απειεπζεξσζεί ε ρισξνθύιιε - ην δηάιπκα θαζκαηνθσηνκεηξείηαη θαη κε γλσζηνύο ηύπνπο ππνινγίδεηαη ε βηνκάδα ππνινγηζκόο ηεο πεξηεθηηθόηεηαο ηνπ λεξνύ ζε θπηνπιαγθηνληθνύο νξγαληζκνύο Ο ξπζκόο ηεο πξσηνγελνύο παξαγσγηθόηεηαο είλαη ηηο πην πνιιέο θνξέο ζεκαληηθόηεξνο από ηνπο ζηηγκηαίνπο ππνινγηζκνύο ηεο Τπνινγηζκόο ησλ κεηαβνιώλ ηεο πνζόηεηαο ησλ ελώζεσλ ζηα δύν ζθέιε ηεο βαζηθήο αληίδξαζεο ηεο θσηνζύλζεζεο ( ΟΞΤΓΟΝΟ - ΓΗΟΞΔΗΓΗΟ ΣΟΤ ΑΝΘΡΑΚΑ )

8 Β. ΜΕΣΡΗΗ ΠΑΡΑΓΟΜΕΝΟΤ ΟΞΤΓΟΝΟΤ Μέζνδνο ησλ δηαθαλώλ θαη αδηαθαλώλ θηαιώλ - Γείγκαηα λεξνύ κε θπηνπιαγθηό ζπιιέγνληαη θαη κεηξάηαη ε ζπγθέληξσζε Ο 2 - Σν λεξό ηνπνζεηείηαη ζε έλα δεπγάξη όκνησλ θηαιώλ από ηηο νπνίεο ε κία έρεη δηαθαλή ηνηρώκαηα θαη ε άιιε αδηαθαλή - Οη θηάιεο θιείλνληαη αεξνζηεγώο θαη αλαξηώληαη γηα 24 ώξεο ζην βάζνο εθείλν από ην νπνίν ζπιιέρζεθε ην λεξό (από Castro & Huber, 1999) Οη GPP, NPP θαη R ππνινγίδνληαη σο εμήο : R = (I D) / 24 NPP = (L I) /24 R + NPP = GPP I = ε αξρηθή ζπγθέληξσζε Ο 2

9 D = ε ζπγθέληξσζε Ο 2 ζηελ αδηαθαλή θηάιε L = ε ζπγθέληξσζε Ο 2 ζηε δηαθαλή θηάιε ΠΔΡΙΟΡΙΣΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΣΔ ΣΗ ΦΤΣΟΠΛΑΓΚΣΟΝΙΚΗ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΟΣΗΣΑ Από ηα ζηνηρεία ηεο βαζηθήο εμίζσζεο ηεο θσηνζύλζεζεο ην H 2 O θαη ην CO 2 είλαη άθζνλα θαη δελ απνηεινύλ πνηέ πεξηνξηζηηθνύο παξάγνληεο ΔΝΣΑΖ ΦΩΣΟ ΘΡΔΠΣΗΚΑ ΣΟΗΥΔΗΑ (Ν, Ρ) πεξηνξηζηηθνί παξάγνληεο ηεο θπηνπιαγθηνληθήο παξαγσγηθόηεηαο Α) Ένηαζη θωηόρ Ο ξπζκόο ηεο θσηνζύλζεζεο εμαξηάηαη από ηελ έληαζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο : Ο θσηνζπλζεηηθόο ξπζκόο θηάλεη ζηε κέγηζηε ηηκή ηνπ ζε κία ζπγθεθξηκέλε έληαζε ηνπ θσηόο πνπ αληηζηνηρεί ζην 1/20 ηεο πιήξνπο ειηαθήο έληαζεο ΦΩΣΟΚΟΡΔΜΟ

10 ζε πνιύ κεγαιύηεξεο ηηκέο έληαζεο ηνπ θσηόο ν ξπζκόο ηεο θσηνζύλζεζεο κεηώλεηαη θαη ηειηθά κεδελίδεηαη.. ΦΩΣΟΑΝΑΣΟΛΖ Η ΔΠΙΓΡΑΗ ΣΟΤ ΒΑΘΟΤ Δπεηδή ε έληαζε ηνπ θσηόο κεηώλεηαη εθζεηηθά κε ην βάζνο ν ξπζκόο θσηνζύλζεζεο κεηαβάιιεηαη σο εμήο : Αλαπλνή Ολική ππωηογενήρ παπαγωγικόηηηα ζηελ επηθάλεηα, όπνπ ε ειηαθή αθηηλνβνιία είλαη κέγηζηε, ε παξαγσγηθόηεηα είλαη κηθξή θαη θηάλεη ηε κέγηζηε ηηκή ηεο ζε θάπνην βάζνο (*) ν ξπζκόο ηεο αλαπλνήο ησλ θπηνπιαγθηνληθώλ νξγαληζκώλ δελ επεξεάδεηαη από ην βάζνο (**) ε αλαπλνή ηνπ θπηνπιαγθηνύ ηζνδπλακεί πεξίπνπ κε ην 10% ηεο κέγηζηεο θπηνπιαγθηνληθήο παξαγσγηθόηεηαο ην βάζνο θσηναληηζηάζκηζεο ε νιηθή πξσηνγελήο παξαγσγηθόηεηα θαη ε αλαπλνή ηνπ θπηνπιαγθηνύ βξίζθνληαη ζε ηζνξξνπία παξαγσγή Ο 2 (θσηνζύλζεζε) θαηαλάισζε Ο 2 (αλαπλνή)

11 ή δέζκεπζε C (θσηνζύλζεζε) απνηθνδόκεζε C (αλαπλνή) Β) Θπεπηικά ζηοισεία Οη θσηνζπλζεηηθνί νξγαληζκνί γηα ηε ζύλζεζε ησλ ακηλνμέσλ, ησλ πξσηετλώλ θαη ησλ λνπθιετληθώλ ηνπο νμέσλ ρξεηάδνληαη θάπνηα ζηνηρεία πνπ είλαη νη βαζηθνί δνκηθνί ιίζνη απηώλ ησλ νξγαληθώλ νπζηώλ ΑΕΩΣΟ (Ν) - ΦΩΦΟΡΟ (Ρ) ( πνιιέο θνξέο ε ζπγθέληξσζή ηνπο ζην λεξό είλαη εμαηξεηηθά κηθξή. πεξηνξηζηηθνί παξάγνληεο ) Δπνρηαθέο δηαθπκάλζεηο : ε έληνλε θσηνζπλζεηηθή δξάζε ζε θάπνηεο επνρέο ηνπ ρξόλνπ αθαηξεί από ην λεξό ζεκαληηθέο πνζόηεηεο απηώλ ησλ ζηνηρείσλ κε ζπλέπεηα λα βξίζθνληαη ζε ρακειέο ζπγθεληξώζεηο ΑΝΑΣΟΛΖ ΦΩΣΟΤΝΘΔΣΗΚΖ ΓΡΑΣΖΡΗΟΣΖΣΑ Γηαθπκάλζεηο κε ην βάζνο : ζηα επηθαλεηαθά ζηξώκαηα όπνπ πξαγκαηνπνηείηαη έληνλα ε θσηνζύλζεζε παξαηεξείηαη κείσζε ησλ δύν ζηνηρείσλ. * Αληίζεηα ζε κεγάια βάζε αιιά θαη ζην βπζό ιόγσ ηεο απνζύλζεζεο έρνπκε απειεπζέξσζή ηνπο ΘΔΡΜΟΚΛΗΝΔ : απνηειεί εκπόδην ζηελ αλάκημε επηθαλεηαθώλ θαη βαζύηεξσλ πδάησλ Σνπηθέο δηαθπκάλζεηο : ε θπξηόηεξε πεγή ζξεπηηθώλ ζηνηρείσλ είλαη νη απνξξνέο ησλ πνηακώλ πνπ κεηαθέξνπλ θεξηέο ύιεο από ηελ μεξά πεξηνρέο πινύζηεο ζε ζξεπηηθά είλαη απηέο πνπ δέρνληαη ηέηνηεο απνξξνέο (π.σ: Μαύξε Θάιαζζα, Αδξηαηηθή ) πεξηνρέο θησρέο ζε ζξεπηηθά έρνπλ ρακειή παξαγσγηθόηεηα (π.σ. : Μεζόγεηνο )

12 ΔΠΟΥΙΑΚΔ ΓΙΑΚΤΜΑΝΔΙ ΦΤΣΟΠΛΑΓΚΣΟΤ Οη κηθξνζθνπηθνί νξγαληζκνί ηνπ θπηνπιαγθηνύ αληαπνθξίλνληαη άκεζα ζηηο επνρηαθέο κεηαβνιέο θιηκαηηθώλ παξαγόλησλ πνπ επεξεάδνπλ ηελ αλάπηπμε θαη αλαπαξαγσγή ηνπο ΠΑΡΑΓΟΝΣΔ : ζεξκνθξαζία, ειηνθάλεηα, ζπγθέληξσζε ζξεπηηθώλ (από Λπθάθεο, 1992) Πνιηθέο πεξηνρέο : ραξαθηεξίδνληαη από ηελ ελαιιαγή δύν επνρώλ ηνπ σειμώνα θαη ηνπ καλοκαιπιού - Μέγηζηε αθζνλία ην θαινθαίξη (πςειή ζεξκνθξαζία, ειηνθάλεηα) Δύθξαηεο πεξηνρέο : ππάξρνπλ ηέζζεξηο επνρέο (άνοιξη, καλοκαίπι, θθινόπωπο, σειμώναρ) - Γύν κέγηζηα αθζνλίαο: ην κεγαιύηεξν ηελ άλνημε, ην κηθξόηεξν ην θζηλόπσξν Σξνπηθέο πεξηνρέο : δελ ππάξρνπλ επνρηαθέο κεηαβνιέο - Οη απμνκεηώζεηο ηεο αθζνλίαο ηνπ θπηνπιαγθηνύ ειέγρνληαη από ηελ επάξθεηα ησλ ζξεπηηθώλ ζηνηρείσλ

13 ΣΡΟΦΙΚΔ ΑΛΤΙΓΔ Ζ κεηαθνξά ηεο νξγαληθήο ύιεο (ηξνθή) πνπ παξάγεηαη από ηνπο θπηηθνύο νξγαληζκνύο ζε αλώηεξνπο ζεξεπηέο δεκηνπξγεί ραξαθηεξηζηηθέο αιπζίδεο Πξσηνγελείο παξαγσγνί Πξσηνγελείο θαηαλαισηέο Γεπηεξνγελείο θαηαλαισηέο Σξηηνγελείο θαηαλαισηέο Σν κήθνο ησλ ηξνθηθώλ αιπζίδσλ (ή ν αξηζκόο ησλ θξίθσλ ηνπο) πνηθίιεη αλάινγα κε ηα ραξαθηεξηζηηθά ησλ δηάθνξσλ νηθνζπζηεκάησλ Καηαλαισηέο 6 νπ επηπέδνπ Καηαλαισηέο 5 νπ επηπέδνπ Σεηαξηνγελείο θαηαλαισηέο Σξηηνγελείο θαηαλαισηέο Γεπηεξνγελείο θαηαλαισηέο Πξσηνγελείο θαηαλαισηέο Πξσηνγελείο παξαγσγνί (από Castro & Huber, 1999)

14 Σν κέγεζνο ησλ θπηνπιαγθηνληθώλ νξγαληζκώλ θαίλεηαη πσο είλαη ν βαζηθόο παξάγνληαο πνπ θαζνξίδεη ην κήθνο ησλ ηξνθηθώλ αιπζίδσλ ηεο πειαγηθήο πεξηνρήο ησλ ζαιαζζώλ (Σξνπνπνίεζε από Thurman, 1993) Σν κεγαιύηεξν κέξνο ηεο ελέξγεηαο πνπ πεξηέρεηαη ζε έλα ηξνθηθό επίπεδν δελ πεξλάεη ζην επόκελν γηαηί θαηαλαιώλεηαη ζηηο δηάθνξεο δξαζηεξηόηεηεο ησλ νξγαληζκώλ Μέζε απόδνζε κεηαθνξάο ελέξγεηαο = 10% πεξίπνπ

15 ΣΡΟΦΙΚΔ ΠΤΡΑΜΙΓΔ Ζ ηξνθηθή δνκή ησλ νηθνζπζηεκάησλ κπνξεί λα αλαπαξαζηαζεί κε κία ηποθική πςπαμίδα ηεο νπνίαο ε βάζε αληηζηνηρεί ζηνπο πξσηνγελείο παξαγσγνύο θαη ε θνξπθή ζηνπο αλώηαηνπο ζεξεπηέο (από Castro & Huber, 1999) Καζώο απμάλνπλ ηα ηξνθηθά επίπεδα ε δηαζέζηκε ελέξγεηα είλαη όιν θαη ιηγόηεξε θαη ζπλεπώο κηθξόηεξνο αξηζκόο νξγαληζκώλ κπνξεί λα ζπληεξεζεί από απηή (Σξνπνπνίεζε από Thurman, 1993) (*) από ηνλ ήιην ζην θπηνπιαγθηό ε ελεξγεηαθή απόδνζε είλαη κόιηο 2%

16 Δθηίκεζε ζηαζεξνύ απνζέκαηνο (ζπλνιηθόο αξηζκόο ή ζπλνιηθή βηνκάδα ησλ νξγαληζκώλ πνπ ππάξρνπλ ζην λεξό ζε κία δεδνκέλε ζηηγκή) ΑΝΔΣΡΑΜΜΔΝΗ ΠΤΡΑΜΙΓΑ Κορσφαίοι θηρεστές Κορσφαίοι Ψάρια θηρεστές Βιομάζα ζωοπλαγκτού Ψάρια Βιομάζα φστοπλαγκτού Α Ζωοπλαγκτόν Φστοπλαγκτόν Β Α. Ζ κνξθή ηεο ππξακίδαο βηνκάδαο ζε έλα πειαγηθό νηθνζύζηεκα γηα κηα πεξίνδν δέθα ρξόλσλ. Β. Αλεζηξακκέλε ππξακίδα βηνκάδαο ηνπ ζηαζεξνύ απνζέκαηνο γηα ην ίδην πειαγηθό νηθνζύζηεκα. ΔΞΗΓΗΗ: => Αλ ππνινγίζνπκε ηε ζπλνιηθή βηνκάδα ηνπ ζε δηάξθεηα ελόο ρξόλνπ (όπνπ νη θπηνπιαγθηνληθνί νξγαληζκνί αλαπαξάγνληαη πνιιέο θνξέο), ε βηνκάδα απηή ζα είλαη πνιιαπιάζηα απηήο ηνπ ζηαζεξνύ απνζέκαηνο, θαη θαηά ζπλέπεηα πνιύ κεγαιύηεξε από απηή ηνπ δσνπιαγθηνύ, ην νπνίν έρεη πνιύ κηθξόηεξν αλαπαξαγσγηθό ξπζκό.

17 Σο έπγο αςηό κάνει σπήζη ηων ακόλοςθων έπγων: Δηθόλεο/ρήκαηα/Γηαγξάκκαηα/Φσηνγξαθίεο: Marine Biology, 1999, by Peter Castro and Michael E. Huber. Essentials of Oceanography, 1993, by Harold V. Thurman. Biological oceanography: an introduction: by Carol M. Lalli and Timothy R. Parsons; Elsevier Science ltd., Oxford, UK, Natural seasonal changes in the zooplankton population in a billabong of the Megala Greek, Northern territory, Australia, prior to development in the area, by D. R. Tait, Manuel de planctonologie médierranéenne, ed. by Trégouboff G. and Rose, M., Zoology, by Robert Dorit, Warren F. Walker, Robert D. Barnes, Γεληθή Εσνινγία, Όληξηαο, Η. Υ., 1994, Πάηξα. Οηθνινγία, Λπθάθεο., 1996, Δθδόζεηο πκκεηξία. ημείωμα Αναθοπάρ Copyright Παλεπηζηήκην Παηξώλ, Γηώξγνο Κεραγηάο, Γηώξγνο Κεραγηάο. «Τδάηηλα Οηθνζπζηήκαηα & Γηαρείξηζή ηνπο. ΡΤΠΑΝΖ ΤΓΑΣΗΝΩΝ ΟΗΚΟΤΣΖΜΑΣΩΝ». Έθδνζε: 1.0. Αγξίλην Γηαζέζηκν από ηε δηθηπαθή δηεύζπλζε:

18 ημείωμα Αδειοδόηηζηρ Σν παξόλ πιηθό δηαηίζεηαη κε ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο ρξήζεο Creative Commons Αλαθνξά Γεκηνπξγνύ, Απαγόξεπζε Δκπνξηθήο Υξήζεο θαη Όρη Παξάγσγα Έξγα. Δμαηξνύληαη ηα απηνηειή έξγα ηξίησλ π.ρ. θσηνγξαθίεο, δηαγξάκκαηα θ.ι.π., ηα νπνία εκπεξηέρνληαη ζε απηό θαη ηα νπνία αλαθέξνληαη καδί κε ηνπο όξνπο ρξήζεο ηνπο ζην «εκείσκα Υξήζεο Έξγσλ Σξίησλ».