Ανακύκλωση & διατήρηση Θρεπτικών 30-12-2014 EVA PAPASTERGIADOU Ανακύκλωση των Θρεπτικών είναι η χρησιμοποίηση, ο μετασχηματισμός, η διακίνηση & η επαναχρησιμοποίηση των θρεπτικών στοιχείων στα οικοσυστήματα Λόγω της φυσιολογικής σημασίας των θρεπτικών, της σχετικής τους σπανιότητας & της επίδρασής τους στο ρυθμό της πρωτογενούς παραγωγής, ο κύκλος των θρεπτικών είναι μία από τις πιο σημαντικές οικολογικές διεργασίες Η ανταλλαγή των θρεπτικών ουσιών μεταξύ των οργανισμών & του περιβάλλοντός τους είναι μια από τις θεμελιώδεις πτυχές της λειτουργίας του οικοσυστήματος EVA PAPASTERGIADOU 2 1
Ανακύκλωση των Θρεπτικών Βακτήρια, μύκητες & άλλοι αποικοδομητές, διασπούν τα άχρηστα προϊόντα & τα νεκρά σώματα των οργανισμών στααρχικάτουςσυστατικά: διοξείδιο του άνθρακα, νερό & θρεπτικά. Οι αποικοδομητές & η νεκρή οργανική ύλη μαζί, ονομάζονται οργανικά θρύμματα, τα οποία είναι μια σημαντικήενεργειακήδίοδοςκυρίωςσταθαλάσσια οικοσυστήματα, επειδή πολλοί θαλάσσιοι οργανισμοί τρέφονται από αυτά. Έτσι η οργανική ύλη διοχετεύεται ξανά πίσω στο τροφικό πλέγμα. Οι αποικοδομητές είναι ένα πολύ σημαντικό συστατικό EVA PAPASTERGIADOU 3 κάθε οικοσυστήματος. Ανακύκλωση των Θρεπτικών Εάν δεν ήταν οι αποικοδομητές, τα άχρηστα προϊόντα της απέκκρισης & τανεκράσώματαθασυσσωρεύονταν αντί να αποσυντεθούν. Όταν οι αποικοδομητές αποικοδομούν την οργανική ύλη, τα θρεπτικά που είχαν δεσμευτεί κατά την πρωτογενή παραγωγή, απελευθερώνονται & γίνονται ξανά διαθέσιμα στους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως αναγέννηση θρεπτικών & χωρίς αυτή τα θρεπτικά δεν θα ήταν διαθέσιμα στους αυτότροφους οργανισμούς & η πρωτογενής παραγωγή θα μειωνόταν σημαντικά EVA PAPASTERGIADOU 4 2
Ανακύκλωση & διατήρηση θρεπτικών Οι φυτικοί & ζωικοί οργανισμοί μπορούν να μεταβάλλουν την κατανομή & την ανακύκλωση των θρεπτικών στοιχείων στα οικοσυστήματα Η διαταραχή αυξάνει την απώλεια θρεπτικών στοιχείων από τα οικοσυστήματα. Ο ρυθμός αποικοδόμησης επηρεάζεται απ τη θερμοκρασία, την υγρασία & τη χημική σύσταση της στρωμνής & του περιβάλλοντος στα χερσαία οικοσυστήματα EVA PAPASTERGIADOU 5 Ρυθμοί Αποικοδόμησης Ο ρυθμός με τον οποίο τα θρεπτικά στοιχεία, π.χ. άζωτο, φώσφορος, γίνονται διαθέσιμα στους πρωτογενείς παραγωγούς καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από το ρυθμό με τον οποίο τα αποθέματα των θρεπτικών μετατρέπονται από οργανικές σε ανόργανες μορφές. Η διαδικασία μετατροπής μιας θρεπτικής ουσίας από οργανική σε ανόργανη καλείται ανοργανοποίηση (mineralization) & λαμβάνει χώρα κυρίως κατά την αποικοδόμηση, δηλ. τη διάσπαση της οργανικής ύλης & της απελευθέρωσης EVA PAPASTERGIADOU διοξειδίου του άνθρακα. 6 3
Ρυθμοί Αποικοδόμησης Οι ρυθμοί αποικοδόμησης στα χερσαία οικοσυστήματα είναι υψηλότεροι κάτω από θερμές & υγρές συνθήκες Ο ρυθμός αποικοδόμησης στα χερσαία οικοσυστήματα αυξάνεται με το περιεχόμενο του αζώτου & μειώνεται με το περιεχόμενο της λιγνίνης της φυτοστρωμνής. Η χημική σύσταση της φυτοστρωμνής & η διαθεσιμότητα θρεπτικών στο περιβάλλον επηρεάζουν επίσης τους ρυθμούς αποικοδόμησης στα υδατικά οικοσυστήματα. EVA PAPASTERGIADOU 7 Ρυθμοί Αποικοδόμησης Ορυθμόςτηςαποικοδόμησηςσταχερσαία οικοσυστήματα επηρεάζεται σημαντικά από τη θερμοκρασία, την υγρασία & τη χημική σύσταση τόσο της νεκρής φυτικής οργανικής ύλης, όσο & του περιβάλλοντος. Μεταξύ των χημικών χαρακτηριστικών της φυτοστρωμνής που επηρεάζουν τους ρυθμούς αποικοδόμησης περιλαμβάνονται η συγκέντρωση αζώτου & φωσφόρου, ο λόγος άνθρακα προς άζωτο & το περιεχόμενο σε λιγνίνη. EVA PAPASTERGIADOU 8 4
ΑποσύνθεσητωνφύλλωντουFraxinus angustifolia στους υγρότερους & ξηρότερους τόπους (Gallardo & Merino 1993) EVA PAPASTERGIADOU 9 Επίδραση της σκληρότητας φύλλων & της περιεκτικότητας σε άζωτο στην αποσύνθεση EVA PAPASTERGIADOU 10 5
Επίδραση της λιγνίνης (ξυλίνη) & της περιεκτικότητας σε άζωτο των φύλλων στην αποσύνθεση EVA PAPASTERGIADOU 11 Σχέση μεταξύ της πραγματικής εξατμισοδιαπνοής & της αποσύνθεσης EVA PAPASTERGIADOU 12 6
Φυτοστρωμνή σε δάση δρυός & πεύκης EVA PAPASTERGIADOU 13 Ρυθμοί Αποικοδόμησης Τα ζώα μπορούν κι αυτά επίσης να μεταβάλλουν την κατανομή & το ρυθμό της ανακύκλωσης των θρεπτικών στοιχείων στα χερσαία οικοσυστήματα. Τα αζωτοδεσμευτικά φυτά αυξάνουν την ποσότητα & τους ρυθμούς της ανακύκλωσης του αζώτου στα χερσαία οικοσυστήματα. EVA PAPASTERGIADOU 14 7
Οι ρυθμοί αποικοδόμησης στα τροπικά & εύκρατα οικοσυστήματα Οι ρυθμοί αποικοδόμησης είναι γενικά υψηλότεροι στα τροπικά οικοσυστήματα. Η μέση ετήσια απώλεια μάζας στα τροπικά δάση, είναι τρεις φορές υψηλότερη από το μέσο ρυθμό που μετρήθηκε στα εύκρατα δάση. Αυτοίοιυψηλότεροιρυθμοίαποικοδόμησηςπιθανά αντανακλούν τα αποτελέσματα της υψηλότερης εξατμισοδιαπνοής (ΑΕΤ) στα τροπικά δάση & δείχνουν μια πλήρη αποσύνθεση σε λιγότερο από ένα χρόνο EVA PAPASTERGIADOU 15 Αποσύνθεση στα τροπικά & εύκρατα δάση (Anderson & Swift 1983) EVA PAPASTERGIADOU 16 8
Οργανισμοί & θρεπτικά στοιχεία Σε ποιο βαθμό οι επιμέρους οργανισμοί επηρεάζουν τις διεργασίες των οικοσυστημάτων; Δεν γνωρίζουμε ακόμη αρκετά ώστε να δώσουμε μια ικανοποιητική απάντηση, αλλά οι πληροφορίες που έχουμε συνηγορούν στο ότι τα φυτικά & ζωικά είδη μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά την κατανομή & τη δυναμική των θρεπτικών στοιχείων στα οικοσυστήματα. Με τις απειλές της παγκόσμιας κλιματικής αλλαγής & της μαζικήςεξαφάνισηςειδώννα διαγράφεται όλο & μεγαλύτερη, αυτή είναι μια από τις σημαντικότερες ερωτήσεις του καιρού μας. EVA PAPASTERGIADOU 17 Περιεκτικότητα σε λιγνίνη των φύλλων & αποικοδόμηση σε ένα υδάτινο οικοσύστημα EVA PAPASTERGIADOU 18 9
Η διαταραχή αυξάνει τις απώλειες θρεπτικών ουσιών από τα οικοσυστήματα Ο ρυθμός απώλειας των θρεπτικών, που ακολουθεί την κοπή των δέντρων, αυξάνεται εντυπωσιακά. Η σύνδεση μεταξύ της αποψίλωσης του δάσους & της αυξημένηςεκροήςθρεπτικών φαίνεται καθαρά αν αναπαραστήσουμε γραφικά τις συγκεντρώσεις των θρεπτικών σε ρεύματα που αποστραγγίζουν πειραματικές & αδιατάραχτες (control) λεκάνες ρευμάτων. EVA PAPASTERGIADOU 19 Η διαταραχή αυξάνει τις απώλειες θρεπτικών ουσιών από τα οικοσυστήματα Η βλάστηση ασκεί σημαντικό έλεγχο στην κατακράτηση θρεπτικών από τα χερσαία οικοσυστήματα. Οι έλεγχοι της βλάστησης πάνω στις απώλειες θρεπτικών από τα δασικά οικοσυστήματα εμφανίζονται να είναι ιδιαίτερα σημαντικοί σε περιβάλλοντα τα οποία είναι θερμά & υγρά κατά την περίοδο ανάπτυξης των φυτών. EVA PAPASTERGIADOU 20 10
Αποδάσωση & απώλεια νιτρικών θρεπτικών αλάτων σ ένα οικοσύστημα φυλλοβόλων δασών (Likens 1970) EVA PAPASTERGIADOU 21 Ανθρώπινη δραστηριότητα & κύκλοι των θρεπτικών Οι άνθρωποι αποτελούν μια κύρια πηγή εισροής θρεπτικών στα υδάτινα οικοσυστήματα. Ο εμπλουτισμός σε θρεπτικά από τους ανθρώπους μεταβάλλει τα υδατικά & χερσαία οικοσυστήματα. Η συγκέντρωση νιτρικών & η εκροή από τους μεγαλύτερους ποταμούς της γης σχετίζονται άμεσα με την πυκνότητα του ανθρώπινου πληθυσμού, ενώ οι ανθρωπογενείς διαταραχές αυξάνουν & την εκροή του φωσφόρου από τις λεκάνες απορροής. EVA PAPASTERGIADOU 22 11
Ανθρώπινη δραστηριότητα & κύκλοι των θρεπτικών Ο εμπλουτισμός των οικοσυστημάτων σε θρεπτικά εμφανίζεται να μειώνει την ποικιλότητα των φυτών & μυκήτων στα χερσαία οικοσυστήματα. Οι διαχειριστές γης σε όλο τον κόσμο χρησιμοποιούν μοντέλα επιβάρυνσης θρεπτικών (nutrient loading models) προκειμένου να μπορέσουν να προβλέψουν & να διαχειριστούν τις επιπτώσεις της χρήσης γης πάνω στα υδατικά οικοσυστήματα. EVA PAPASTERGIADOU 23 Πυκνότητα ανθρώπινων πληθυσμών & εξαγωγή νιτρικών από λεκάνες ποταμών (Peirls κ.α. 1991) EVA PAPASTERGIADOU 24 12
Απώλεια θρεπτικών Η μετατροπή των δασών σε καλλιεργήσιμα εδάφη περίπου τετραπλασιάζει την εκροή φωσφόρου. Επιπλέον, οι εκροές φωσφόρου από αστικές λεκάνες απορροής είναι περίπου δύο φορές υψηλότερες από λεκάνες απορροής αγροτικών περιοχών & περίπου εννιά φορές υψηλότερες από λεκάνες απορροής δασικών περιοχών EVA PAPASTERGIADOU 25 Χρήση εδάφους & εκροή φωσφόρου απ τις λεκάνες ρευμάτων EVA PAPASTERGIADOU 26 13
Επιπτώσεις της εισροής των θρεπτικών στα χερσαία & υδάτινα οικοσυστήματα Μίααπότιςπιοπροφανείςαρνητικέςσυνέπειες είναι η πτώχευση των βιολογικών κοινοτήτων Τα χερσαία & υδάτινα οικοσυστήματα που είναι εμπλουτισμένα με θρεπτικά υποστηρίζουν σε γενικές γραμμές μια χαμηλότερη ποικιλότητα πρωτογενών παραγωγών. Όταν τα θρεπτικά στοιχεία παρέχονται σε αφθονία, το φως απομένει ως ο μόνος ίσως περιοριστικός παράγοντας. EVA PAPASTERGIADOU 27 Επιπτώσεις της εισροής των θρεπτικών στα χερσαία & υδάτινα οικοσυστήματα Όταν απουσιάζει άλλη διαταραχή, η βιολογική κοινότητα που απαντά σε νερά πλούσια σε θρεπτικά κυριαρχείται τελικά από φυτικά είδη που είναι τα περισσότερο αποτελεσματικά στον ανταγωνισμό για το φως. Η υπόθεση αυτή υποστηρίζεται & από τα μακροπρόθεσμα πειράματα λίπανσης. EVA PAPASTERGIADOU 28 14
Πρότυπα που προβλέπουν τις συγκεντρώσεις φωσφόρου από τις λίμνες EVA PAPASTERGIADOU 29 19/1/2015 EVA PAPASTERGIADOU 30 15