Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ιονίων Νήσων Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος Κατεύθυνση Τεχνολογιών Φυσικού Περιβάλλοντος ΜΑΘΗΜΑ: Γενική Οικολογία 5 η Ενότητα Παραγωγικότητα (Εισαγωγή) 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.
Η έννοια της βιολογικής παραγωγικότητας ΟΡΙΣΜΟΣ βιολογικής παραγωγικότητας: Ο ρυθμός παραγωγής νέας οργανικής ύλης Προσοχή: Η μελέτη της βιολογικής παραγωγικότητας αποτελεί σημαντικό παράγοντα για την οικολογία γιατί: Καταδεικνύει την αποδοτικότητα των διαφορετικών τύπων οικοσυστημάτων (π.χ. λίμνες, βοσκοτόπια, έρημους κλπ) Εξυπηρετεί πολύ σημαντικούς στόχους της παγκόσμιας οικονομίας μέσω της επιδιωκόμενης βελτίωσης της παραγωγής στα αγροτικά οικοσυστήματα που δημιουργεί ο άνθρωπος
Μονάδες μέτρησης της παραγωγικότητας Η παραγωγικότητα εκφράζει το ρυθμό παραγωγής της οργανικής ύλης Συνεπώς οι μονάδες μέτρησης της παραγωγικότητας πρέπει να περιλαμβάνουν το χρόνο και στη βάση τους περιλαμβάνουν τρεις μετρήσεις: - Μία μέτρηση της βιομάζας, π.χ. ξηρό βάρος, αριθμός ατόμων ενός πληθυσμού, ενέργεια σε Kcal - Μία μέτρηση της έκτασης μελέτης, π.χ. τετραγωνικό μέτρο, στρέμμα, εκτάριο - Μία μέτρηση του χρόνου, π.χ. ημέρα, έτος Ο συχνότερα χρησιμοποιούμενος συνδυασμός είναι γραμμάρια ξηρού βάρους ανά τετραγωνικό μέτρο και ανά μέρα (gr/m 2 /ημέρα)
Βασικοί τύποι παραγωγικότητας Πρωτογενής παραγωγικότητα Δευτερογενής παραγωγικότητα Καθαρή παραγωγικότητα Μικτή παραγωγικότητα Αναφέρεται στην παραγωγή νέας οργανικής ύλης στο επίπεδο των αυτότροφωνφωτοσυνθετικών οργανισμών Αναφέρεται στην παραγωγή νέας οργανικής ύλης στο επίπεδο των ετερότροφωνκαταναλωτών οργανισμών Η ποσότητα της οργανικής ύλης που απομένει στο οικοσύστημα, αφού μέρος της έχει καταναλωθεί για την αναπνευστικές ανάγκες Η συνολική ποσότητα της οργανικής ύλης που παράγεται Προσοχή: Η πρωτογενής όσο και η δευτερογενής παραγωγικότητα σε κάθε τροφικό επίπεδο μπορεί να χωριστεί περαιτέρω σε μικτή και καθαρή (π.χ. μικτή και καθαρή παραγωγικότητα παραγωγών, καταναλωτών 1ης τάξης, 2ης τάξης κοκ).
Σχηματική απεικόνιση της έννοιας της παραγωγικότητας ΗΛΙΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΟΙ ΚΑΤΑΝΑΛΩΤΕΣ 1 ης ΤΑΞΗΣ Μεικτή πρωτογενής παραγωγικότητα (Μ.Π.Π.) Καθαρή πρωτογενής παραγωγικότητα (Κ.Π.Π.) Ε ΤΡΟΦΗΣ Φυτοφάγων ζώων Αναπνευστικές απώλειες Ε θανάτου παραγωγών Ε περιττώματα-απεκκρίσεις Μεικτή δευτερογενής παραγωγικότητα (Μ.Δ.Π.) Αναπνευστικές απώλειες Καθαρή δευτερογενής παραγωγικότητα (Κ.Δ.Π.) Α Π Ο Ι Κ Ο Δ Ο Μ Η Σ Η
Χρήσιμες σχέσεις στην παραγωγικότητα Τα φυτά αξιοποιούν περίπου το 1%-5% της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει στην επιφάνεια των φύλλων τους για τη σύνθεση της οργανικής ύλης με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Η οργανική ύλη που παράγεται αντιστοιχεί στη μεικτή πρωτογενή παραγωγικότητα Μ.Π.Π. 1 5 έ 100 100 Η καθαρή πρωτογενής παραγωγικότητα (Κ.Π.Π.) που αντιστοιχεί στην οργανική ύλη που αποθηκεύεται στο σώμα των παραγωγών και εκφράζει την αύξηση της βιομάζας τους, προκύπτει από τη μεικτή (Μ.Π.Π.) μείον τις αναπνευστικές τους απώλειες (Α.Α.). Τα φυτοφάγα ζώα δεν παραλαμβάνουν με την τροφή τους το σύνολο της καθαρούς πρωτογενούς παραγωγικότητας (Κ.Π.Π.), γιατί κάποιοι παραγωγοί πεθαίνουν πριν προλάβουν να καταναλωθούν από αυτά.
Χρήσιμες σχέσεις στην παραγωγικότητα (συνέχεια ) Στα φυτοφάγα ζώα η μεικτή δευτερογενής παραγωγικότητα ισούται με το σύνολο της φυτικής βιομάζας που παραλαμβάνουν με την τροφή τους, μείον αυτό που δεν μπορούν να αφομοιώσουν και κατά συνέπεια αποβάλλουν με τη μορφή περιττωμάτων και απεκκρίσεων. Η καθαρή δευτερογενής παραγωγικότητα (Κ.Δ.Π.) που αντιστοιχεί στη νεκρή οργανική ύλη που αποθηκεύεται στο σώμα των φυτοφάγων ζώων και εκφράζει την αύξηση της βιομάζας τους, προκύπτει από τη μεικτή (Μ.Δ.Π.) μείον τις αναπνευστικές τους απώλειες (Α.Α.).
Βασικές διαδικασίες της πρωτογενούς παραγωγικότητας Η καθαρή πρωτογενής παραγωγικότητα καθορίζεται από τους σχετικούς ρυθμούς της φωτοσύνθεσης (παραγωγή υδατανθράκων) και της αναπνοής (κατανάλωση υδατανθράκων για κάλυψη ενεργειακών αναγκών) 6CO2 + 6H2O φωτοσύνθεση (απορρόφηση ηλ. ενέργειας) κυτταρική αναπνοή C6H12O6 + 6O2 Σημειώσεις: 1. Εκτιμάται ότι το 1-5% της συνολικής προσπίπτουσας ακτινοβολίας στα φυτά απορροφάται και χρησιμοποιείται για την παραγωγή τροφής (C6H12O6) 2. Τα παραγόμενα σάκχαρα μπορεί είτε να αποθηκευτούν (π.χ. άμυλο), είτε να συνδυαστούν με άλλα μόρια σακχάρων και να σχηματίσουν δομικά μόρια (π.χ. κυτταρίνη), είτε να συνδυαστούν με άλλες ενώσεις και θρεπτικά συστατικά για το σχηματισμό πρωτεϊνών, χρωστικών και ορμονών 3. Συνήθως η φωτοσύνθεση ως διαδικασία είναι ταχύτερη από την αναπνοή έως και 30 φορές 4. Το ποσοστό των υδατανθράκων που καταναλώνονται για την κάλυψη των αναπνευστικών αναγκών των φυτών κυμαίνεται από 10%-75%, και εξαρτάται κυρίως από το είδος και την ηλικία των φυτών
Παράγοντες που ελέγχουν το ρυθμό της φωτοσύνθεσης Η φωτοσύνθεση τόσο ως προς την ταχύτητα της όσο και ως προς την απόδοση της εξαρτάται από τους εξής παράγοντες: Ποιότητα-μήκος κύματος (αφού η χλωροφύλλη συνήθως απορροφάει στο κόκκινο και το μπλε) και ένταση του φωτός Σχετική συγκέντρωση του CO2 στην ατμόσφαιρα και στο εσωτερικό των φυτών, και άνοιγμα των στομάτων των φύλλων από όπου διέρχεται παθητικά Επάρκεια νερού που επηρεάζει τη λειτουργία των στομάτων Επάρκεια θρεπτικών που απαιτούνται για την παρασκευή της χλωροφύλλης και των ενζύμων (και κατ επέκταση ιχνοστοιχείων και μικροθρεπτικών) που παίρνουν μέρος στη φωτοσύνθεση Θερμοκρασία περιβάλλοντος που επηρεάζει άμεσα (μέσω της μη λειτουργίας των ενζύμων αλλά και έμμεσα μέσω της δυσλειτουργίας στα στόματα των φύλλων
Η επίδραση της δομής και της σύνθεσης της κοινότητας στην πρωτογενή παραγωγικότητα Ανάμεσα στα οικοσυστήματα παρουσιάζονται έντονες διαφοροποιήσεις ως προς τα επίπεδα της πρωτογενούς παραγωγικότητας, ως αποτέλεσμα της διαφοράς στη σύνθεση και στη δομή της φυτοκοινωνίας : Είδος και ηλικία φυτών: Στα φυτά η παραγωγικότητα μεταβάλλεται με την ηλικία, τα οποία συνήθως σε νεαρή ηλικία παρουσιάζουν μέγιστη παραγωγικότητα προσδίδοντας ανταγωνιστικό πλεονέκτημα (π.χ. το κριθάρι το οποίο μετατρέπει σε υδατάνθρακες περίπου το 14% της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας). Με την αύξηση του μεγέθους του φυτού, τα ποσά ενέργειας που απαιτούνται για τη συντήρηση του μεγαλώνουν. Επίπεδα σκίασης: Το γεωμετρικό σχήμα των φυτών και των δέντρων καθώς και η φυτοκάλυψη επηρεάζουν σημαντικά την αποδοτικότητα του οικοσυστήματος. Τα πιο αποδοτικά καλλιεργούμενα φυτά είναι το καλαμπόκι και το ζαχαροκάλαμο που έχουν σχετικά πλατιά και όρθια φύλλα ώστε να συνδυάζουν τη μέγιστη έκθεση φωτοσυνθετικής επιφάνειας με την ελάχιστη αμοιβαία σκίαση. Επίσης στον υποόροφο των δασικών οικοσυστημάτων το σχήμα των δέντρων, το ύψος τους καθώς επίσης και η αντανακλαστικότητα του φυλλώματος τους παίζει σημαντικό ρόλο στο ποσό της διαθέσιμης ηλιακής ενέργειας για φωτοσύνθεση και άρα για πρωτογενή παραγωγικότητα
Η επίδραση της ηλικίας των φυτών στην πρωτογενή παραγωγικότητα 100 Μ.Π.Π. % Μέγιστη μικτή φωτοσύνθεση 50 Κ.Π.Π. Ηλικία του φυτού Σχήμα. Γενικές μεταβολές στο μόρφωμα της παραγωγικότητας ενός φυτού με την αύξηση της ηλικίας τους Μ.Π.Π.: Μικτή Πρωτογενής Παραγωγικότητα Κ.Π.Π.: Καθαρή Πρωτογενής Παραγωγικότητα
Καλαμπόκι Ζαχαροκάλαμο
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.
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.
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.