Ugrás a tartalomhoz

Környezetgazdálkodás

Dr. Barótfi István (2011)

Szent István Egyetem

5. fejezet - Környezeti tényezők, a biotóp, a biológiai indikátor

5. fejezet - Környezeti tényezők, a biotóp, a biológiai indikátor

Minden ökoszisztéma és az ökoszisztémát alkotó fajok meghatározott környezeti feltételek mellett léteznek, és az anorganikus környezettel kölcsönös kapcsolatban vannak. A különböző szárazföldi és vízi ökoszisztémák létezéséhez, meghatározott fajtaösszetételéhez, funkcionálásához az anorganikus környezeti tényezők összhatása szükséges.

Az anorganikus tényezők: Fény, levegő, víz, talaj, földfelszíni, domborzati (relief) viszonyok. A tengerszint feletti magasság, az égtáji kitettség (expozíció), a lejtők hajlásszöge hatással van a mikro- és mezoklímákra, valamint a talajviszonyokra, ill. ezek által az egyes ökoszisztémák előfordulására, fajösszetételére.

A levegő CO2-tartalma a zöld növényzet létezésének alapja. A fény, ill. a nap sugárzás energiája a legfontosabb és szinte az egyetlen energiaforrás az ökoszisztéma számára. A sugárzó energia egy része mint hő hat az élő szervezetre, és meghatározó tényezője lehet egyes fajok, ökoszisztémák előfordulásának.

Minden élő szervezet létezéséhez szükség van vízre, amely nélkülözhetetlen a sejtplazma hidratura-viszonyaihoz, mint a tápanyagszállítás közege fontos a kémiai szintéziséhez, a fotoszintézis egyik kiindulási anyaga, mint párologtatási anyag szabályozza a szervezet hőmérsékletét, mint környezetei tényező, számos ökoszisztéma számára (pl. vízi ökoszisztémák) meghatározó.

Minden élőlény testének felépítéséhez a szervetlen anyagok egész sorára van szükség, amelyeket a szárazföldi ökoszisztémák producensei a talajból, a vízi ökoszisztémák zöld növényei pedig a vízből (és részben a szedimentumokból) vesznek fel. Az élőlények testük felépítéséhez az un. bioelemek egész sorát használják fel, a szénen, hidrogénen és oxigénen kívül fontos a nitrogén, foszfor, kén, kalcium, szilicium, kálium, vas stb., valamint számos nyomelem.

A környezeti tényezők összessége adja a termőhelyet, a biotópot. Minden ökoszisztémának meghatározott nagyságú termőhelyre van szüksége, természetszerűleg területi igénye egy zuzmótársulásnak és egy erdő-ökoszisztémának, idén ökoszisztéma létezéséhez az ökológiai (termőhelyi) tényezők meghatározott mennyisége, meghatározott időszakos változása szükséges, idén biotópnak (sivatag, folyó, morotva, tó, erdőtalajok területe stb.) meghatározott-biocönózisa van. A biocönózis élőlényei egymással meghatározott, kölcsönös kapcsolatban vannak. A környezeti tényezők megváltozásával, a változás mértékének megfelelően új egyedek jelennek meg és a biotóp és a biocönózis között új egyensúlyi helyzet alakulhat ki, ha a környezeti tényezők változása lassú (pl. egy tó fokozatos feltöltődése). A környezeti tényezők gyors megváltozása, pl. lecsapolás vagy az ökológiai tényezők (természeti erőforrások) nagymértékű szennyezése nem jár együtt a fajok adaptációjával, és az élővilág pusztulását okozhatja.

A biológiai indikátorok, biotesztek, olyan élő szervezetek, amelyek előfordulásukkal- esetleges nagymértékű elszaporodásukkal (pozitív indikátorok)- vagy hiányukkal- a fajszám csökkenése, latens állapot, a faj-kipusztulása (negatív indikátorok) - jelzik a környezet tulajdonságait, a levegő, a víz és a talaj szennyezését.

Negatív indikátor pl. a zuzmó, amelynek faj- és egyedszáma csökkenése, ül. kipusztulása a városok és iparvidékek levegőjének nagymértékű (különösen SO2) szennyeződését jelzi.

A pozitív indikátorok pl. a különböző nitrogénkedvelő gyomnövények, amelyek a talaj nitrogéntartalma növekedésével (pl. szemétlerakás) párhuzamosan nagymértékben elszaporodnak. Ide tartoznak a különböző hínárnövények és algák, amelyek a vizek eutrofizálódásának a legjobb jelzői.

Primer és szekunder produkció

Az ökoszisztéma funkcionális jellemzői: az energiaáramlás, a produkció valamint a biogeokémiai ciklus és a belső reguláció. Az ökoszisztéma zöld növényei a fotoszintézis során a Földre jutó nap sugárzó energiájának mindössze 1 - 5 %-át hasznosítják. (A mérsékeltövi növények energia-hasznosítása 1 %, a trópusi növényeké 4—5 % körül van.) A sugárzó energia kémiai energia formájában kötődik meg a szervezetben, a növény az energia egy részét élet-latai során felhasználja és a légzés, hőleadás során kikerül a szervezetből. A fotoszintézis során a producensek (zöld növények) a sugárzó energiát szerves formájában halmozzák fel, amelyet primer produkciónak nevezünk, adott ökoszisztémában egy adott időpontban meghatározott mennyiségű szervezet van jelen, amelynek mennyiségét biomasszának nevezzük. A biomassza mennyisége megadható az egyedek számában, súlyában és az energiatartalmában, a biomassza előállítási sebessége a produkció.

A szekunder produkció alatt értjük a fogyasztók és bioreducensek által létrehozott biomasszát, ill. azt a szervesanyag-mennyiséget, amelyet a heterotróf szervezetek a szerves anyag segítségével létrehoznak. Felmérések alapján az erdők (különösen a trópusi erdők) biomasszája a legnagyobb, a legkevesebb biomasszát a sivatagok produkálják.

Tápláléklánc, táplálékszint, táplálékpiramis, energiaáramlás

A tápláléklánnc a táplálékenergia átmenete a zöld növényektől a különböző állati szervezeteken át többszörös elfogyasztással.

A tápláléklánc három típusa ismeretes:

  • A ragadozók lánca, amely a producensektől a növényevőkön és a húsevőkön át a dekompozíciós szervezetekig tart.

  • paraziták lánca, amely a nagy testű szervezetektől a kisebb szervezetek felé az előbbi lánc ellentétele

  • A szaprofiták lánca a szerves anyagból kiindulva halad a mikroszkópikus szervezetek irányaba.

Az ökoszisztéma tagjai a táplálékfogyasztás alapján különböző csoportokba tartoznak és a különböző komponensek alapján trofikus-(táplálék-) szintek különböztethetők meg.

14. ábra Tápláléklánc, anyag- és energiaáramlás erdő-ökoszisztémában. 1) zöld növények, producensek, 2) növényevő (elsőrendű konzumensek), 3) húsevők (másodrendű konzumensek), 4) magasabbrendű konzumensek, 5) reducensek

A producens szintben különböző növényevő állatok élnek.

A primer konzumens szinteten a növényevő állatokat fogyasztó húsevőket találunk.

A szekunder konzumens szintben a húsevő állatokat fogyasztó húsevők vannak.

A tercier konzumens szintbe tartoznak a szekunder konzumens szint fogyasztói.

15. ábra Energiaáramlás egy ökoszisztémában

Egy meghatározott fajpopuláció egy vagy több táplálékszíntben is előfordulhat. energiaátvitel egyik szintből a másikba, az egyik organizmusból a másikba hőenergia formájában történik. Mennél rövidebb a tápláléklánc, ill. minél közelebb vannak az egyes szervezetek a lánc kezdetéhez, annál nagyobb a rendelkezésre álló táplálékenergia. Az energiaáramlás az egymás után következő trofikus szintekben mind kisebb lesz.

Egy adott területen, egy meghatározott ökoszisztémában nagyszámú zöld növény fordul elő, amely meghatározott mennyiségű növényevő és húsevő állatot képes eltartani. Ha az egymás után következő táplálékláncban részt vevő egyed-számot alulról fölfelé egymás fölé írjuk (vagy grafikusan ábrázoljuk), egy rohamosan csökkenő számoszlopot vagy grafikont kapunk (16. ábra). A táplálékláncnak ez az összefüggése az un. táplálékpiramis (vagy Elton-féle piramis). Az egymás után következő láncszemek tagjainak egyedszáma törvényszerűen csökken, felhalmozódott kémiai energia a tápláléklánc során, többszörös fogyasztással, ilönböző fogyasztók (konzumensek) testében kémiai energia formájában rak-zódik. Egy meghatározott táplálékszintben levő élőlényekben, azok tömegében, kémiai energia formájában meghatározott mennyiségű energia van jelen, többszörös fogyasztás során, az egyik fogyasztói szintből a másikba való átmenet energiaáramlás, a kémiai energia mennyisége — a termodinamika törvényeinek felelően — csökken.

  • A szerves anyag egy része mint hulladék, kikerül a táplálékláncból és a szaprofitonok tápláléka lesz.

  • Az asszimilált táplálék egy része légzés formájában elég.

  • A szerves anyag egy része a következő táplálkozási szint tagjának a testébe épül be.

A kémiai elemek az ökoszisztémán belül az élő, majd az élettelen anyagban cirkulálnak és ismételten felhasználódnak. Ezzel szemben az energia, amelyet egy vagy több szervezet felhasznál, hővé alakul át és eltávozik az ökoszisztémából, természetes és kultúr-ökoszisztémák tanulmányozásakor tekintettel kell lenni tápláléklánc minden résztvevőjére. Az ember által hozott radikális intézkedések a tápláléklánc egyes láncszemeinek (meghatározott állatfaj) kiesését (pusztulását) okoz. Ennek következtében a tápláléklánc soron következő tagjának is — táplálékhiány miatt — csökken az egyedszáma, ill. elpusztul.

16. ábra Táplálékpiramis (Elton-piramis). 1 természetes erdőben 2 félkultúr erdőben

Erdő, rét vagy szántóföld vegyszeres gyomirtásakor vagy valamely rovarkártevő védekezéskor tekintettel kell lenni az ökoszisztéma egészére és mérlegelni kell az alkalmazott vegyszer várható hatását mind a producensekre, mind a konzumensekre. A rovarvilág egyes fajainak totális pusztulása a biocönózis más fajainak pusztulását vonhatja maga után.

A növényvédő szer táplálékláncba való beépülésének klasszikus példája a kaliforniai Clear Lake-on történtek. A szúnyogirtásra használt DDT a vízbe kerülve (0,02 ppM) az ott élő növényi planktonban felhalmozódott (5 ppM). A planktont fogyasztó halakban a DDT mennyisége már 40—300 ppM volt, és az őket elfogyasztó ragadozó halakban a DDT, ill. ennek bomlásterméke a DDD már 2500 ppM-re növekedett. A halakat fogyasztó ragadozó madarak tojásaiban már olyan mennyiségű DDT halmozódott fel, hogy az halálos mennyiség volt az embrióra, ennek következtében néhány év alatt

1953-60 között Japánban a Minamata-öböl lakosait rejtélyes betegség támadta izmuk elgyengült, látásuk romlott, szellemi képességüket elveszítették, majd megbetegedettek rövid idő múlva meghaltak. A betegség oka higany volt, amely mellé telepített PVC-t gyártó üzemből került a tenger vizébe. Ez a higany sok táplálékát képező kagylókban és halakban veszélyes koncentrációban felhalmozódott.

Az emberi tevékenység hatására gyakran nagyobb mennyiségű radioaktív elem kerül az atmoszférába, amelyek bizonyos időtartam alatt felhalmozódnak. A radioaktív elemekről feltételezik, hogy azok rákkeltőek, genetikailag károsak az emberi szervezetre. A kis mennyiségű radioaktív elemeknek is jelentős biológiai hatásuk különösen a stroncium 90 veszélyes, amely az atomszennyeződés következtében az egész világon elterjedt és radioaktivitását hosszú ideig megőrzi (felezési idő 28 év), stroncium 90 különösen gyorsan kerül az emberi szervezetbe. Felhalmozódik a különböző zöldség- és gyümölcsfélékben, valamint a réti szénában és a szarvasmarha tápláléklánc által bejut az emberi szervezetbe és ott felhalmozódhat.

Biogeokémiai ciklus, tápanyag-körforgalom

A biogeokémiai ciklus a bioszférában és az ökoszisztémában a kémiai elemeknek a többé-kevésbé kör alakú (ill. spirál alakú) pályája, az élettelen környezettől az élő szervezetekig és vissza. Ezek az elemek olyan ciklusokat követnek, amelyek a kőzetek mállásában, talajképződésben, a növények növekedésében, a szerves anyag szinté-, anyagcserében, lebontásban és ezeknek az elemeknek a víz által való felvételében nyilvánulnak meg. Az elemek vándorolhatnak, felhalmozódhatnak, egyes ökoszisztémákból eltávozhatnak, más ökoszisztémában megjelenhetnek. A ciklusok nem mindig szabályosak, gyakran stagnálási pontjaik vannak, pl. ahol nagyobb mennyiségű szerves anyag felhalmozódhat (eutróf tavak feltöltődésekor a tőzegesedés) számos elem pillanatnyilag, ill. meghatározott ideig mozdulatlanságra van ítélve.

A talajra került növényi és állati hulladékot, állati tetemeket a talajban élő mikroorganizmusok (dekompoziciós szervezetek) bontják le és a szerves vegyületekből szervetlen anyagok állnak újra a növényvilág, a producensek rendelkezésére. Az un. mineralizációs dinamika függ a talajban élő növényi és állati szervezetek mennyiségétől, a talaj fizikai és kémiai sajátságaitól.

A környezeti tényezőktől, meghatározott biológiai aktivitástól függően a talajra jutó szerves anyag egy része humusz formájában felhalmozódik. Kedvező ökológiai feltételek mellett éven te rendszeresen megfelelő mennyiségű szerves anyag mineralizálódik, és biztosítva van a megfelelő tápanyag-utánpótlás.

A legfontosabb elemek, amelyek a biogeokémiai ciklusban az élő és élettelen anyag között áramlanak, a hidrogén, oxigén, szén, nitrogén és a foszfor. A biogeokémiai ciklus elemei közül a víz, szén és a nitrogén az atmoszférában (gázciklus), míg a foszfor a szedimentumban (szedimentális ciklus) tárolódik.

Önellenőrző kérdések

  1. Mi a biomassza?

  2. Miért csökken a táplálékláncban az energiaáramlás?

  3. Miben nyilvánul meg a biogeokémiai ciklus?