of 23 /23
OSNOVE EKOLOGIJE II

EKOLOGIJA I EKOLOŠKI ODGOJ - unizg.hr · 2019-10-09 · OSNOVE EKOLOGIJE II. ZRAČENJE - SVJETLOST - Sunčevo zračenje ili radijacija je izvor energije za sve životne procese te

  • Author
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of EKOLOGIJA I EKOLOŠKI ODGOJ - unizg.hr · 2019-10-09 · OSNOVE EKOLOGIJE II. ZRAČENJE - SVJETLOST...

  • OSNOVE EKOLOGIJE

    II

  • ZRAČENJE - SVJETLOST

    - Sunčevo zračenje ili radijacija je izvor energije za sve životne procese te osigurava održavanje i

    stabilnost procesa kruženja tvari, regulira toplinski i vodni balans i utječe na formiranje toplinskih

    pojaseva (tj. klime) na Zemlji

    - Elektromagnetski spektar Sunčevog svjetla koji je značajan za biološke procese:

    1. Ultraljubičasto nevidljivo zračenje (UV, 100-390 nm); izrazito mutagena i fotodestruktivna svojstva na

    mnoge biokemijske reakcije kod biljaka i drugih organizama, čine oko 9 % ukupnog Sunčevog zračenja,

    ozon ga apsorbira

    2. Vidljiva (tzv. bijela) svjetlost (390-760 nm); fotosintetski aktivna radijacija (FAR), ima najveći značaj za

    biljke s obzirom na fotoenergetsko djelovanje u procesu fotosinteze, sudjeluje i u drugim fotobiološkim

    procesima (fotoperiodizam, fotonastije…), čini oko 41% Sunčevog zračenja, gotovo se ne mijenja

    prolaskom kroz atmosferu

    3. Infracrveno nevidljivo zračenje (IR, 750-3 000 nm); ima prvenstveno toplinsko djelovanje, čini oko 50 %

    ukupnog Sunčevog zračenja, dobro ga apsorbiraju vodena para i CO2 (biljke tek od oko 2 000 nm)

  • - UV zrake najkraćih valnih duljina su apsorbirane

    već u stratosferi (ozonski omotač)

    - Do Zemlje dolaze zrake valnih duljina oko 300 nm

    - Vanjski, kutikularni dijelovi stanica epiderme i

    epidermalne stanice biljaka ih upijaju i

    predstavljaju efikasan UV filter prema

    fotosintetičkom tkivu

    Biljke slabo apsorbiraju IR zračenje

    dužine 800-1000 nm, no zračenje preko

    2000 nm apsorbiraju gotovo u

    potpunosti

  • - Solarna konstanta (1360 W/m2) je

    količina energije Sunčevog zračenja

    na gornjoj granici atmosfere = 100%

    Sunčevog zračenja

    - Sunčeva radijacija se na putu do

    Zemlje apsorbira, reflektira i propušta

    - Do tla prosječno dođe manje od 50 %

    Sunčevog zračenja

    - Taj postotak zavisi o:

    • oblačnosti

    • geografskoj širini

    • nadmorskoj visini

    • godišnjim dobima

    • mijenama dana i noći

    • izloženosti ozračenog područja

  • - Suha tropska područja: najveća količina Sunčevog zračenja,

    mala oblačnost, područje visokog tlaka zraka, sunce je

    gotovo uvijek u zenitu, ukupno zračenje je uglavnom direktno

    (malo difuznog svjetla), nema velikih promjena zračenja

    tokom godine, oko 70 % solarne konstante

    - Tropska područja s pravilnim izmjenama kišnih i sušnih

    razdoblja: ukupno zračenje manje nego u sušnim dijelovima

    iste geografske širine, vodena para ima snažan zaštitni efekt

    od pretjeranog zračenja

    - Umjerena zona sjeverne hemisfere: 50 % solarne konstante (u

    podne, vedar dan, na nivou mora, na horizontalnoj površini)

    - Polarna područja: čak 99 % Sunčeve energije se izgubi na

    dugačkom putu kroz debeli sloj atmosfere pri upadnom kutu

    zraka od samo 5 %

  • Utjecaji zračenja na biljke

    1. Fotoenergetski utjecaj

    2. Fotobiološki utjecaj

    3. Fotodestruktivni utjecaj

    4. Termički utjecaj

    Pigmenti koji apsorbiraju zračenje

    1) Klorofil (a i b): apsorbiraju 70 % u plavom i crvenom dijelu

    spektra, imaju sposobnost prenositi i preuzimati energiju među

    molekulama te se oslobađati viška energije ili pak nedostatak

    energije nadoknaditi od karotenoida (biljke uspješno nastanjuju

    i osvjetljena i neosvijetljena staništa)

    2) Karotenoidi: apsorbiraju u plavom dijelu spektra, apsorbiraju

    višak energije kraćih valnih duljina od klorofila ili klorofilima

    predaju apsorbiranu energiju kad je to potrebno za fotosintezu,

    također apsorbenti su svjetlosti u fototropskoj reakciji

    3) Fitokrom: nalazi se u citoplazmi i receptor je za stimuliranje

    gotovo svih fotogenetskih i fotoperiodičnih reakcija

  • Fotoenergetsko djelovanje zračenja

    - Pigmentima lista apsorbirana Sunčeva energija postaje pokretačka snaga mnogobojnih

    reakcija i biokemijskih procesa u okviru fotosinteze

    - Na fotosintezu imaju utjecaj: količina svjetlosti, koncentracija CO2, temperatura (10-400C),

    količina vode, mineralni elementi (N, P…)

    - Tri metabolička puta vezivanja CO2 u

    fotosintezi: C3, C4 i CAM

    - razlike među ovim putovima su u

    spoju koji nastaje kao prvi produkt

    fotosinteze

  • C4 biljke:

    • U toplim, intenzivno osvijetljenim i suhim predjelima tropske i

    subtropske klime, često na slanim staništima

    • optimum fotosinteze na 300-400C

    • Fotosintetiziraju puno učinkovitije od C3 biljaka, jer jako

    efikasno fiksiraju CO2 (prvi produkt je kiselina s 4 C atoma,

    funkcioniraju istovremeno dva enzima Rubisco i PEP)

    • Vrlo mala potrošnja vode

    • Veća potrošnja energije od C3 biljaka, ali isplati se

    • Često kod Poaceae (kukuruz, proso, šećerna trska, trave

    savana...), Cyperaceae...

    • Ponekad alternacija C3 i C4 fotosinteze (pojedinačni nalazi

    kod kukuruza, vodene biljke), prijelazni tipovi asimilacije,

    fakultativne C4 biljke...

  • Postotni udjel C4 vrsta trava u travnjačkoj flori

    Sjeverne Amerike

  • CAM biljke:

    • U ekstremnim uvjetima, intenzivno

    zračenje, izraziti nedostatak vode,

    optimum na 25-400C

    • Pustinje, polupustinje, mediteranski

    kamenjari

    • Noću asimiliraju CO2 i pohranjuju ga u

    vakuole (C-4 kiseline) te po danu vrše

    fotosintezu

    • Najčešće među porodicama

    Crassulaceae (tustike), Cactaceae,

    Bromeliaceae (ananas), Agavaceae…

    • Neki epifiti i vodene biljke

    • Obligatne i fakultativne CAM biljke

    • Ponekad neki dijelovi biljke imaju C3, a

    neki CAM asimilaciju

  • Vrsta fotosinteze Separacija početne fiksacije CO2 i Calvinovog ciklusaOtvorenost

    pučiNajbolje prilagođene

    C3 Nema separacije Danju Hladna i vlažna mjesta

    C4Separacija između stanica mezofila i štapićastih stanica

    (prostorna separacija)Danju Vruća, sunčana mjesta

    CAMSeparacija između dana i noći

    (vremenska separacija)Noću Vrlo vruća, suha područja

  • Režim zračenja unutar vegetacijskog sklopa

    - Prolaskom kroz vegetaciju smanjuje se i

    mijenja kvaliteta zračenja

    - Vršni dijelovi krošanja dobro apsorbiraju

    kratke valne duljine, a emitiraju

    duge/toplinske valove

    - U listopadnim šumama dva svjetlosna

    maksimuma (proljetni i jesenski)

    Mješovita šuma

    Šuma bora

    Polje suncokretaPolje kukuruza

    Lisni indeks (LAI

    - Leaf Area

    Index ) –

    kvocijent

    između

    projekcijske

    površine listova

    i površine

    staništa

    Lovorove šume 12 (5-14)

    Tajge 12 (7-15)

    Žitarice 9 (6-11)

    Tropske kišne šume 8 (6-16)

    Listopadne šume 5 (3-12)

    Makija 4 (4-12)

    Livade i stepe 4 (2-9)

    Savane 4 (1-5)

    Repa 4

    Vrištine 4

    Tundre 2 (0,5-2,5)

    Krumpir 2

  • Mjerenje raspoložive svjetlosti u prizemnom sloju šumske vegetacije

    Svjetlometar

    Hemisferna fotografija

    Uređaj LAI 2000 i dr.

  • Tipovi biljaka u odnosu na svjetlost

    - Užitak svjetla (L - Lichtgenuss) je relativni odnos osvjetljenja na staništu u odnosu na intenzitet pune

    dnevne svjetlosti (bez obzira na trenutačnu, apsolutnu vrijednost)

    - L = intenzitet svjetla na staništu / intenzitet pune dnevne svjetlosti, (može maksimalno biti 100 % ili 1/1)

    - Lmin i Lmax – raspon u kojem biljka može uspijevati

    - Kompenzacijska točka je trenutak u kojem se postiže ravnoteža između količina primljenog i

    otpuštenog CO2 u biljci

    1. Heliofiti ili biljke svjetla

    2. Skiofiti ili biljke sjene

    3. Poluskiofiti

  • 1. Heliofiti

    - Žive u uvjetima pune svjetlosti, Lmin i Lmax =1

    - Biljke pustinja, stepa, livada, kamenjara, sipara, pašnjaka, visokih planina…

    - Visoka kompenzacijska točka (u slučaju sjene, brzo ulaze u stanje „gladovanja”)

    Stresni uvjeti na staništu

    1) intenzivno zračenje

    2) visoka temperatura

    3) nedostatak vode…

    Prilagodbe:

    1. Razgranat korijenski sustav

    2. Niska stabljika kratkih internodija

    3. Listovi: mali, debeli (više slojeva palisadnog i spužvastog parenhima), urezani, razgranata nervatura

    4. Preklapanje listova radi zasjene

    5. Drveće ima bogato razgranatu krošnju i listove usmjerene na sve strane

    6. Na listovima i/ili stabljikama pojava: gustog dlakavog pokrivača, debelog kutikularnog sloja na

    površini vanjskih stanica, voštanih prevlaka, naslaga kristala soli

    7. Sitne i brojne puči s donje, ali često i gornje strane lista

    Kadulja

    Žednjak

  • - U listopadnim šumama neki heliofiti koriste kratke periode intenzivnog zračenja (rano

    proljeće, jesen): brzo završe svoj ukupni životni ciklus (proljetnice) ili imaju helioplastičan

    odgovor na listanje šume (stvaraju se novi tanji listovi, mijenjaju fotosintetičke aktivnosti,

    šumski cecelj = Oxalis acetosella)

    Šafran

    Šumski cecelj

    Proljetni drijemovac

  • 2. Skiofiti

    - Na zasjenjenim mjestima, u okviru šumskog sklopa

    - Najčešće su zeljaste biljke, rjeđe grmolike, česte paprati

    - Lmin i Lmax < 1

    - Brzo uspostavljaju kompenzacijsku točku (slabi fotosinteza i disanje)

    - Uglavnom C3 biljke

    - Nisu prilagođeni na puno svjetla (trpe zbog vodnog deficita, a ne

    mogu povećati intenzitet fotosinteze nakon nekog nivoa)

    - Efikasno apsorbiraju malu količinu Sunčeve energije

    - Čest problem s mineralnim tvarima na staništu

    pa je česta mikoriza, karnivori, paraziti…

    Šumska kokoška (Neottia nidus-avis)

    Ljuskava potajnica (Lathrea squamaria)Bršljan (Hedera helix)

  • Podagrasti jarčevac (Aegopodium podagraria)

    - Prilagodbe:

    1) Listovi: krupni, široki, cjeloviti (ili slabo

    urezani), tanki, glatki, slabe nervature

    2) Slabo razvijena ili nepostojeća kutikula i

    dlakavost listova

    3) Listovi često izmjenično položeni u

    nodijima ili u rozetama

    4) Puči samo sa donje strane lista

    5) Malo slojeva parenhima u listu, ali puno

    klorofila u kloroplastima (tamnozeleni

    listovi)

    6) Stabljika malog promjera, slabog ili

    umjerenog grananja, dugačkih

    internodija sa slabo razvijenim provodnim i

    mehaničkim tkivom

    7) Brza uspostava kompenzacijske točke

    Obična bahornica (Circea lutetiana)

    Mirišljava lazarkinja (Galium odoratum)

    - Kod nekih vrsta sezonskilisni dimorfizam kodrazličitih svjetlosnih uvjetana šumskim staništima

  • Stoklasa (Hordeum murinum)3. Poluskiofiti

    - Najbolje uspijevaju u uvjetima pune dnevne svjetlosti, ali

    podnose i određeni stupanj zasjenjenosti (Lmin < 1, Lmax = 1)

    - Rastu u prizemnim slojevima svijetlih listopadnih šuma, duž

    puteva, na osojnim (koje nisu okrenute suncu) livadama…

    - Npr. stoklasa (Hordeum murinum), pastirska iglica (Geranium

    pratense) i dr.

    Pastirska iglica (Geranium pratense)

  • Razvrstavanje drveća na ekološke

    svjetlosne tipove

    - U odraslom stanju svo drveće može

    izdržati punu dnevnu osvijetljenost

    gornjih dijelova krošnje

    - Grane i pupovi u unutrašnjosti krošnje i u

    donjim dijelovima stabla te mladice

    drveća u prizemnom sloju razvijaju se u

    uvjetima umjerene do izražene zasjene

    - Svjetlosni tipovi određuju se prema

    razvojnim fazama i adaptivnoj

    sposobnosti mladica drvenastih biljaka

    - Heliofitne vrste: hrast, lipa, breza,

    topola…

    - Skiofitne vrste: bukva, grab, smreka,

    jela… Miris završetka škole :-)

  • Fotobiološki efekt zračenja

    - Očituje se u djelovanju crvene i plave svjetlosti (fitokrom) kao stimulansa

    za pokretanje različitih bioloških procesa

    1) Biosinteza enzima, pigmenata i fitohormona

    2) Indukcija fotomorfogenetskih procesa - realizacija specifičnog oblika i

    strukture biljke

    3) Fototropizam (heliotropizam) – orijentacijsko djelovanje svjetlosti, koja

    utječe na smjer rasta pojedinog biljnog organa

    https://www.youtube.com/watch?v=Ze8NV7cvW8k , https://www.youtube.com/watch?v=DhITXtENPrU

    4) Fotonastične reakcije – pod utjecajem brzih i kratkotrajnih promjena

    svjetlosti, reverzibilna pokretanja (pokretanje puči, otvaranje i zatvaranje

    cvjetova) https://www.youtube.com/watch?v=2axoAf0MiLg

    5) Reguliranje fotoperiodičnih reakcija – biljke kratkog i dugog dana

    (cvjetanje, opadanje listova…)

    https://www.youtube.com/watch?v=Ze8NV7cvW8khttps://www.youtube.com/watch?v=DhITXtENPrUhttps://www.youtube.com/watch?v=2axoAf0MiLg

  • Fotodestruktivno djelovanje zračenja

    - Djelovanje kratkovalnih UV zraka (u velikim nadmorskim visinama, u tropskim područjima):

    fotooksidativne reakcije i fotolezije (mutagena svojstva uzrokuju nepravilnost u razvoju biljke), biljke se

    štite sintezom flavonoida i alkaloida te imaju zadebljale kutikularne slojeve, vertikalno položene listove,

    povećanje slojeva mezofila…

    - Iznenadno izlaganje biljaka izuzetno intenzivnoj jakoj bijeloj svjetlosti (npr. nakon požara, sječa šuma i

    sl.): štetno pogotovo biljke sjene nisu sposobne iskoristiti ovu energiju, fotoinhibicija, mali prinos

    biomase)

  • Hvala na pozornosti !