Agroekologie Základy agroekologie

Agroekologie
Základy agroekologie
doc. Ing. Josef Soukup, CSc.
katedra agroekologie a biometeorologie
www.af.czu.cz/kab
místnost FAPPZ 145
garant předmětu
Přednášky:
•
•
•
•
•
•
organismy a prostředí
produkční ekologie
biodiverzita
domestikace
zemědělské systémy
zemědělská krajina
Další přednášející:
• Dr. Ing. Jan Pivec
– abiotické faktory prostředí
• prof. Ing. Josef Kozák, DrSc. dr.h.c.
– pedogeneze, půdní prostředí, ochrana půdy
• prof. Ing. Pavel Tlustoš, CSc.
– biogeochemické cykly, kontaminace prostředí
Aktuální informace z katedrových
stránek
Studijní literatura
• Prezentace z přednášek:
portál http://student.czu.cz
• Begon, M., Harper, J. L., Townsend, C. R.:
Ekologie. Olomouc, Vydavatelství Univerzity
Palackého, 1997.
• Barták, M.: Ekologie řízených autotrofních
ekosystémů, 2002
• Barták M.: Kapitoly z agroekologie (CD)
Odborné a vědecké časopisy
• Plant, Soil and Environment
• Agriculture, Ecosystems and Environment
• Agricultural systems
Zkouška
• Zápis na zkoušku po udělení zápočtu
prostřednictvím aplikace hroch.czu.cz
• Termíny vypisovány pro 50 studentů
• Písemná zkouška – 3 otázky (obecná i
speciální část)
• Zápis na zkoušky od počátku
zkouškového období!
Přednáška č.1
• Přirozené ekosystémy a agroekosystémy
– vymezení shodných a odlišných rysů
• Struktura a funkce agroekosystémů
Organizace živé hmoty
(živé systémy)
• Buněčné organely, buňka, tkáně/pletiva
• Jedinec
– organismus žijící v prostředí, které mu poskytuje
podmínky pro život:
• terestrické, amfibické, akvatické organismy
• Populace
– soubor jedinců téhož druhu žijících v určitém
prostoru a v určitém čase
• Společenstvo
– soubor vzájemně se ovlivňujících a
přizpůsobujících populací různých druhů s
podobnými nároky na prostředí
Prostředí – Environment – Umwelt
– Okružajaščaja sreda
Ekologické faktory:
- poskytují zdroje nezbytné k životu
- ovlivňují životní pochody a projevy
- ovlivňují rozmnožování a disperzi
- předurčují zeměpisné rozšíření
- podporují vznik adaptačních mechanismů
- ...
Prostorové vymezení prostředí
•Ekotop - souhrn abiotických faktorů
•Monotop - prostředí osídlené jedincem
•Demotop – prostředí populace
•Biotop - prostředí osídlené společenstvem
•Areál – oblast výskytu sledovaného taxonu
(např. původní, adventivní)
•Lokalita – přesně účelově vymezená oblast
(např. pro experimenty nebo pozorování)
Ekologické faktory
• Abiotické
•
•
•
•
•
geografické
geologické
klimatické
pedologické
hydrologické
• Biotické
• biotické interakce
• trofické vztahy
• antropogenní vlivy
Ekosystém (Ecosystem)
Část biosféry zahrnující na sobě závislé rostliny a
zvířata a jejich fyzikální a chemické prostředí
(funkční soustava živých a neživých složek
spojených navzájem výměnou látek a tokem
energie, které se vzájemně ovlivňují a vyvíjejí se
v určitém prostoru a čase).
Podle Oduma (1997): „nenáhodná akumulace
hmoty a energie v prostoru, organizovaná
interakcí svých subsystémů a prvků, přičemž
subsystém živého je považován za centrální“.
Základ fungování ekosystémů
• Hmota
– pro stavbu těla a růst
– obíhá ekosystémy v cyklech –
„biogeochemické cykly“
• Energie
– pro metabolismus, růst a vnější aktivity (vůči
ostatním organismům a prostředí)
– ekosystémem pouze proteče – „tok energie“
Charakteristika ekosystému
(Wikipedie, 2006)
• Ekosystém se skládá ze složky živé, tvořené organismy
(tzv. společenstvo neboli biocenóza) a složky neživé,
tvořené prostředím (biotopem).
• Základní funkce ekosystému jsou koloběh látek (tzv.
biogeochemické cykly) a tok energie.
• Energie vstupuje do většiny ekosystémů dvojím
způsobem:
– Ze slunečního záření. Přeměnu energie slunečního záření na
další formy energie nazýváme transformace nebo též disipace.
– Formou energetického dodatku (z jiného ekosystému).
Energetický dodatek přitom může být přirozený (příliv, mořské
proudy, vítr, záplavy…) nebo antropogenní (hnojení, práce
techniky, vypouštění odpadních vod...).
Ekologie (Ecology, Ökologie,
Ekologija)
oikós = dům
logio = slovo, nauka
Nauka o vzájemných vztazích živých
systémů mezi sebou a prostředím
Ekolog
• Osoba (vědec) zabývající se vztahy
organismů mezi sebou a prostředím
Ekolog ?
Ekologický aktivista
Agroekologie
Nauka o interakcích mezi hospodářsky
významnými organismy a prostředím v
zemědělských využívaných (produkčních)
ekosystémech (agroekosystémech)
Agroekosystém
Komplex hospodářsky významných
organismů a prostředí, vzájemně
propojených množstvím vazeb uvnitř i
navenek, ovlivňovaný člověkem za účelem
získání zemědělské produkce.
Schéma energomateriálových toků
v agroekosystému
(Duvigneaud, 1988)
Struktura agroekosystému
• Neživé (abiotické) složky – „biofyzikální
prostředí“
• Živé (biotické) složky
– hospodářsky významné organismy
– asociované organismy
– člověk
• Vzájemné interakce
Biotické složky agroekosystémů
• Produkční organismy
– získané procesem domestikace
– vysoká výkonnost
– požadované fyziologické a biochemické
vlastnosti
– vyšší nároky na úroveň produkčních faktorů
– snížení odolnosti negativním vlivům prostředí
Biotické složky agroekosystémů
• Asociované organismy
– škodlivé
• plevele, choroby, škůdci
• nutnost jejich regulace pod hranici škodlivosti
– užitečné (beneficiální)
• půdní biota – detrivoři, fixátoři N, ...
• predátoři škůdců
• hostitelské rostliny predátorů
– indiferentní
• zvyšující agrodiverzitu
• posilující trofické sítě
Biotické složky agroekosystémů
• Člověk
– produkční funkce
• určuje strukturu a fungování agroekosystémů
• omezuje negativní působení abiotických faktorů
prostředí
• reguluje výskyt nežádoucích organismů
• zasahuje do biogeochemických cyklů (posiluje,
otevírá)
– mimoprodukční funkce
• tvorba kulturní krajiny
• sociální funkce
• ochrana přírodních zdrojů?
Funkce agroekosystému
• Vnitřní
– materiálové a energetické toky mezi
jednotlivými prvky = zajištění funkčnosti
• Vnější
– zeměděská produkce = materiálové
energetické zdroje pro lidskou potřebu
a
Vlastnosti agroekosystémů
(ekosystémů typu „ager“)
• cílená selekce (výběr) organismů – výběr
produkčních organismů a potlačování
škodlivých = snížená druhová pestrost
(ochuzení, pauperizace)
Vlastnosti agroekosystémů
(ekosystémů typu „ager“)
• otevírání a zesilování materiálových toků –
odběr hospodářským výnosem x nutnost
doplňování živin, vkladu práce, energie, ...
Vlastnosti agroekosystémů
• regulace člověkem z vnějšku – oproti
autoregulaci v přirozených ekosystémech
• ovlivňování abiotických faktorů prostředí
Vlastnosti agroekosystémů
• cílené a opakované udržování ekosystému
v juvenilní fázi sukcese – „antropogenní
disklimax“
Řízení (management)
agroekosystémů
• Produkční funkce
• Mimoprodukční funkce
Řízení (management)
agroekosystémů
• zemědělství je „bioekonomická“ aktivita
– řízení biologických, technologických a
sociálně ekonomických složek
• usměrňování energomateriálových toků s
cílem (ekonomické) optimalizace produkce
– využití sluneční energie, živin, velký podíl
skliditelných částí, ...
– volba vhodných nástrojů a intenzity jejich
používání
Růst populace a spotřeby
• roční přírůstek 80 mil. obyvatel, tj. +1 mld. za 1213 let
• roční přírůstek 1 – 5 %, subsaharská Afrika
zdvojnásobení za 25 – 30 let
• v r. 2025 (2050) bude na Zemi 8 mld. obyvatel, z
toho 6,8 mld v rozvojových zemích
• změna výživových zvyklostí – vyšší spotřeba
živočišných potravin – 40 % produkce zrnin jako
krmiva
• zemědělská produkce pro energetické účely v
rozvinutých zemích snižuje dostupnost potravin
Produkce potravin
• Od druhé světové války zdvojnásobení počtu
obyvatel, ale ztrojnásobení produkce potravin
• Důvodem intenzifikace zemědělství – „Zelená
revoluce“: minerální hnojiva, pesticidy, závlahy,
nové odrůdy
• od r. 1990 stagnuje produkce zrnin na
obyvatele, Afrika 30 % pokles od r. 1970
• nutnost nárůstu produkce v Asii a J. Americe o
30 – 80 % do r. 2050, Afrika o 300 %!!
• zvyšující se požadavky na efektivitu produkce
• obrovský tlak na přírodní zdroje
• nutnost kvalifikovaného řízení agroekosystémů
Růst lidské populace
Růst populace a výměra půdy
Oblasti s podvýživou
Mimoprodukční funkce
• Zajištění pracovních míst a omezení
migrace obyvatelstva do měst
• Tvorba kulturní krajiny a její údržba
• Ochrana a využití přírodních zdrojů (půda,
voda)
• Rekreační funkce
• .... multifunkční venkov