Trofická struktura, energetika

Reakce na koncentraci CO
2
• vyšší koncentrace omezuje druhy C4
Nutriční hodnota:
• více bílkovin u C3 druhů, glycidů u C4 druhů
Výkonnost C3 a C4 rostlin v
závislosti na zeměpisné šířce
Rychlost růstu rostliny
(Crop growth rate – CGR)
dW W
2
–W
1
CGR = ⎯⎯ = ⎯⎯⎯⎯
dt t
2
–t
1
přírůstek hmotnosti vztažený k délce období,
za které k němu došlo
Relativní růstová rychlost
(Relative growth rate – RGR)
dW 1
RGR = ⎯⎯ . ⎯⎯
dt W
přírůstek hmotnosti sušiny (dW) vztažený k
celkové hmotnosti rostliny (W)
CGR
RGR = ⎯⎯
W
Čistý výkon asimilace
(Net asimilation rate - NAR)
dW 1
NAR = ⎯⎯ . ⎯⎯
dt A
přírůstek sušiny (W) vztažený k ploše
asimilačního aparátu (A)
RGR a NAR u cukrovky
(Jursík, 2004)
Poměrná olistěnost
(Leaf area ratio – LAR)
A
LAR = ⎯⎯
W
RGR = LAR . NAR
poměr listové plochy k celkové hmotnosti sušiny rostliny
Transport a distribuce asimilátů
Sink (odpadní místo, výlevka)
• Místo nebo orgán v rostlině, kde dochází
ke spotřebě (při růstu) nebo akumulaci (při
tvorbě zásob) asimilátů.
• Sink = úložná kapacita.
Nátr, 2002
Petr, 1987
Význam sinku ve vztahu k produkci
• Vytvořit co největší množství asimilátů.
• Má rostlina kapacitu pro jejich uložení?
• Vytvořit potenciálně co největší sink.
• Tvorba asimilátů bude probíhat do jeho
naplnění?
• Produkce asimilátů je závislá na jejich
transportu a aktivitě atrakčních center
(sinku).
• Fotosyntéza je řízena fytohormonálně s
procesy růstu a morfogeneze.
Šlechtění kulturních rostlin
• Vysoký fotosyntetický výkon
– vysoká LAI, LAD – velikost a trvání
fotosyntetického aparátu
– velká RGR, NAR – konkurenceschopnost a
vysoký stupeň využití zdrojů
• Velký sink určující výnosový potenciál
• Vysoký HI – podíl hospodářsky
významných částí
• Další znaky ...
Sklizňový index (HI – Harvest Index)
• Množství hospodářsky využitelného podílu
z celkového množství vyprodukované
biomasy.
Formy dodatkové energie
(cultural energy)
• Energetické vstupy biologického charakteru
– zvířecí a lidská práce
– meziplodiny, rostlinné zbytky
• Paliva a další energie
– nafta, mazadla
– el. energie, alternativní zdroje energie
•Nepřímé energetické vstupy
– energie vynaložená na výrobu technologických
prostředků
– minerálních a stájových hnojiv, osiva
– pesticidy
– závlahy, stavby, skladovací prostory
Hrubá produkce RV v USD
Potřeba lidské pracovní síly / ha
Spotřeba hnojiv (v kg NPK)
Počet traktorů / 1000 ha
vliv ekonomického prostředí na
energetiku agroekosystémů
• Ekonomicky vyspělé země
– nákladná pracovní síla – snaha o její náhradu
– snaha o maximalizaci produkce z jednotky
plochy – velké množství dodatkové energie
– energetická efektivita se snižuje
– vysoká produktivita práce (2-4 % obyvatelstva
v zemědělství živí 25 – 50 obyvatel)
vliv ekonomického prostředí na
energetiku agroekosystémů
• Rozvojové země
– extenzivní hospodaření – objem produkce je
dosahován nárůstem ploch
– vysoká energetická účinnost
– zpravidla samozásobitelské systémy nebo
malý podíl tržní produkce
Energetická stádia zemědělství (Leah, 1976)
• preindustriální stádium
– vstupem pouze lidská práce, energeticky efektivní,
ale má malý energetický výstup.
• semiindustriální stádium
–spoměrně vysokými vstupy lidské a zvířecí práce,
dosti energeticky efektivní, má již vyšší energetický
výstup
• industriální stádium
– vysoké vstupy fosilních paliv a mechanizace, málo
energeticky efektivní
Rozdělení zemědělských systémů
podle množství dodatkové energie
– intenzivní: „High external input agriculture“ (HEIA)
– extenzivní: „Low external input agriculture“ (LEIA)
Energetické vstupy a výstupy v různě intenzivních
pěstitelských systémech


Podíl energetických vstupů (konvenční
pěstování kukuřice)
Návratnost vložené energie (input / output)
Charakteristiky energetické efektivnosti
• Koeficient využití globálního záření
– KG = M / G (metabolizovaná energie / globální
záření)
• Energetický koeficient – efektivnost dodatkové
energie (energy output to input ratio)
– R = M / D (metabolizovaná / dodatková energie)
• Energetický zisk
–Z = M –D
•Měrná spotřeba energie na jednotku produktu (
vyprodukované jednotky energie)
Cesty k efektivnějšímu využívání dodatkové
(kulturní) energie (Gliessman, 2000)
• Snížení průmyslových vstupů, neobnovitelných
zdrojů a fosilních paliv
– využívání postupů redukovaného zpracování půdy
– efektivnější využívání vody, omezení závlah
– využití osevních postupů redukujících potřebu
umělých - „artificial“ vstupů
– náhrada fosilních paliv obnovitelnými zdroji
– budování energetických zdrojů na farmách
– zvýšení efektivnosti při využívání energie
– redukovat spotřebu živočišných produktů
– dosáhnout regionalizace produkce a sezónního a
geografického kontaktu mezi výrobci a spotřebiteli
Cesty k efektivnějšímu využívání
dodatkové (kulturní) energie
• Zvýšené využití dodatkové energie biologického
charakteru
– využití lidských zdrojů jako integrální součásti toku
energie, nikoliv jejich eliminace jako nákladové položky
– návratnost nevyužitých živin na místa, kde byly
odebrány
– využití statkových hnojiv
–nárůst lokální spotřeby potravin oproti transportu na
velké vzdálenosti
– rozšíření biologické a integrované ochrany
– využití mykorrhizních vztahů
Cesty k efektivnějšímu využívání
dodatkové (kulturní) energie
• Struktura agrosystémů, ve kterých biologické a
ekologické vztahy redukují externí vstupy
– využití leguminóz fixujících dusík, zeleného hnojení,
uvádění půdy do klidu
– využití krycích plodin, meziplodin, podplodin, podsevů
– používání plodin adaptovaných na dané prostředí
– velikostní struktura pozemků a krajina vytvářející příznivé
mikroklima a osídlení doprovodnými organismy
– využívat vzorů v přirozených ekosystémech
– využívání sukcese pro regeneraci agroekosystému např.
prostřednictvím agroforestry systémů
– sledovat indikátory „energetické udržitelnosti“ které
zahrnují nejen produktivitu, ale i účinnost a obnovitelnost