Ekologie půdních organismů aneb kdo žije v půdě

Ekologie půdních organismů
aneb kdo žije v půdě a co tam dělá
Jan Frouz
e-mail [email protected]
Ekologie půdních organismů 1
Co to je půda
Význam půdy a půdních organismů
pro ekosystémy
Půda jako prostředí
Půdní organismy členění
Co je půda (definice)
Půda tvoří vrchní vrstvu většiny terestrických ekosystémů je to směs
zvětralé vrstvy zemské kůry, organických zbytků, živých organismů a
produktů jejich metabolismu.
Z fyzikálního hlediska je to třífázový systém složený z pevné tuhé a
plynné fáze
Zemědělská definice půdy úrodnost
0
A
B
Význam půdy a půdní bioty pro
fungování ekosystémů
Půda poskytuje životní podmínky podzemním částem rostlin
(pufrováním vodně-vzdušného režimu, působí jako zásobárna živin,
poskytuje mechanickou oporu)
Půda hraje významnou roli v lokálním i globálním koloběhu hlavních
biogenních prvků
Detritovým potravním řetězcem protéká v suchozemských
ekosystémech většina energie, kterou rostliny ve fotosyntéze naváží.
Půda hostí velkou diversitu půdních organismů, (druhová rozmanitost
organismů žijících na povrchu a pod povrchem půdy zpravidla
několikanásobně převyšuje diversitu nadzemních částí ekosystémů)
Půda poskytuje mechanickou oporu kořenům rostlin
Půda je zásobníkem vody
Mineral soil
Particles of
different size
sand (>0,02mm)
sil (silt)
clay
(<0,002mm)
These particles
form soil
aggregates
WP
Water
saturation
WFC
WP
Dry soil
WFC
porosity
presssure
(kPa)
0.1
10-33
1500
105
Pores
diameter
3mm
3-4µm
0.2µm
-
Vltavská kaskáda při maximálním vzdmutí cca 820 mil m3
Půdní voda v povodí Vltavy (28090 km2) do hloubky 0,5m
(25% objemu půdy) cca 3370 mil m3
Půda je zdrojem živin
Půda hraje významnou roli v koloběhu prvků
moře
les
Moře - 25% detritový řetězec
Les - 90% a více
Detritovým potravním
řetězcem protéká
významné množství
energie
1012kg
109t Tt
Půda hraje významnou roli v koloběhu prvků
Diversita půdních
organismů
40 let stará výsypka spontánně
zarostlá
skupina
počet druhů
Mikroskop. houby 25
Řasy
49
Krytenky
20
Hlístice
43 rodů
Pancířníci
16
Stonožky
7
Mnohonožky
7
Žížaly
3
min 170 druhů půdních
organismů realisticky i
2x tolik vzorkovaná
plocha několik m2
43 druhů rostlin plocha 10x10m
ÚPB kolektiv autorů
Půdní organismy
Různá velikost znamená různé působení fyzikálních sil
poměr povrchu a objemu se mění s velikostí
strana
cm
objem povrch poměr
cm3
cm2
1
1
6
1:6
10
1000
600
1:0,6
některé fyzikální a
biologické procesy závisí
více na povrchu, jiné spíše
na objemu (hmotnosti)
organismu
mravenec narozdíl od nás snadno přežije pád ze střechy, my
narozdíl od něj snadno vylezeme z vody
Velikostní skupina
Microflora
Microfauna
Mesofauna
Macrofauna
Podíl na dekomposici
Podíl na tvorbě půdní
struktury
Velmi variabilní
Polysacharidové obaly
enzymatická výbava –
buněčných stěn stmelují
katalyzují prakticky
půdní částice.
všechny významné
Vláknité mikrorganismy
chemické reakce v půdě mohou spojovat půdní
částice.
Predace půdní mikroflory
Konzumace opadu
Produkce drobných
predace mikroflóry
exkrementů
Význam vlastní
Produkce exkrementů
metabolické aktivity je vede k tvorbě
malý
organických a organo-
Mass of soil biota in
soil
organic
matter
6%
roots
9%
edaphon
7%
min soil
94%
dead org
matter
84%
mesofauna
3%
m ikrofauna
4%
m akrofauna
5%
earthworms
14%
bakteria
aktinomycetes
49%
fungi
25%
Abundance a
biomasa
hlavních
skupin půdní
bioty v
mírném
pásmu
Půda jako životní prostředí
půdních organismů
Jak se půda liší od ostatních prostředí a jaký k nim má vztah
voda
vegetace
sediment
aquatický
skály a zvětraliny
suchozemské
Půda je velmi heterogenní a velmi strukturované prostředí.
Na malé ploše tu mohou probíhat velmi různorodé procesy
• procesy umožňující rychlý pohyb látek nebo naopak jejich
zadržení v půdním profilu
• aerobní a anaerobní procesy
• přechodem mezi vodou a vzduchem (mechanická opora,
osmoregulace, dýchání)
• vlastnosti prostředí se výrazně mění s velikostí organismů (to
se děje i v jiných prostředích ale v půdě je to o to výraznější).
Půdní organismy žijí v půdních pórech, jsou obklopeny půdním
roztokem nebo půdním vzduchem.
Vlastnosti půdních pórů jsou určovány pevnou fází půdy a
vlhkostními a teplotními poměry (danými zejména klimatem a
topografií)
sand (>0,02mm)
sil (silt)
clay (<0,002mm)
Těžké půdy
„prchlice“
Lehké půdy
Kaolinit
Illit
Montmorilonid
Jíl – malé lupénkovité částice, podílejí se významně na
zadržování vody, sorpci živin adhezi a kohezi půdy. Vlastní
jílovité částice se sestávají z vrstev křemičitých a hlinitých
nebo železitých. U některých může voda vnikat mezi vrstvy.
Významné objemové změny při navlhání a vysychání. Půdy s
vysokým obsahem jílu se těžce obdělávají. Při vysychání
praskají. Dlouho jsou mazlavé. Studené.
Díky vysoké sorpční schopnosti mají často dobrou zásobu
živin
Silt (prach) částice menší než písek větší než jíl od jílu se liší tím
způsobem zvětrávaní zatímco jíly jsou typicky produkty
chemického zvětrávání silt je produktem mechanického
zvětrávání. Konzistence mouky za sucha hladké za vlhka drhne.
Narozdíl od jílu který lepí silt zachová obtisk. Snadno se přenáší
vodou nebo vzduchem jako prach. Zrnitostní složení podporuje
růst největšího množství rostlin. Ukládají se v říčních deposicích
(Brahmaputra, starověké říční státy), silt unášený větrem v
dobách ledových je základem spraší.
Písek – pískové částice vznikají fyzikálním zvětráváním, jsou
tvořeny zejména křemenem.
Písek má malou sorpční schopnost, podporuje vznik pórů. Písčité
(Lehké) půdy snadno vysychají.
Land use / Vegetation type Organic C [t/ha]
Alpine and arctic forest
0.1 - 0.4
Arable land
Temperate grassland
Coniferous forest
Deciduous forest
Tropical rainforest
1.0 - 2.0
2.0 - 4.0
1.5 - 3.0
1.5 - 4.0
5.0 - 10.0
Půdní roztok
Půdní vzduch
složením podobný jako na zemí ale 100%
více CO2 až několik %
v půdě anaerobní zóny
a anaerobní mikrostanoviště
Teplota půdy
Otázky ?
Ekologie půdních organismů 2
Půdní mikroorganismy
archea, bakterie, aktinomycety
houby
kdo jsou jak vypadají co v půdě dělají jak je
můžeme v půdě pozorovat nebo studovat
Korarchaeota
Crenarchaeota
Euryarchaeota
Archaea
Drobné
organismy
<1µm
různých
tvarů
Z leva do prava Methanococcus janaschii, Methanosarcina barkeri, Methanothermus fervidus, Methanobacterium thermoautotrophicum,
Reakce ribozomů na
inhibitory podobna jako
u eucariota, podobně
tRNA.
Membrána odlišná od
bakterií
Archea - ekologie
Extremofilní organismy mohou žít při teplotách nad 100oC v
extrémně kyselém nebo extrémně zásaditém prostředí, některé jsou
halofilní, Halobacterium, obsahujue bacteriorhodopsin dává fialovou
barvu a umožnuje produkce enegie.
Půdní zástupci - metanogenese
Abundance of bacterial (open bars) and archaeal (closed bars) amoA genes
in soils from five different northern Arizonan ecosystems during two different
seasons.
Bakterie
Detekce jejich umístění v půdě
-mikroskopické techniky
Isolace specifických skupin nebo celého společenstva
- kultivační techniky na různých médiích
-izolace a amplifikace DNA
Měření mikrobiální aktivity
-různé míry respirace, přírůstek mycelia, enzymatická
aktivita
Měření biomasy
fumigace (extrakce nebo fumigace respirace)
aktivita po přídavku substrátu
měření buněčných komponent PLFA, ergosterol
měření množství ATP
počty na miskách se známým ředěním