1 KRAJINSKA EKOLOGIJA – OPREDELITEV PODROČJA
Transcription
1 KRAJINSKA EKOLOGIJA – OPREDELITEV PODROČJA
1 KRAJINSKA EKOLOGIJA – OPREDELITEV PODROČJA Svet, v katerem živimo, lahko delimo na tri sfere (plasti): – neživo (abiotsko, geosfero = litosfero, atmosfero, hidrosfero), – živo (biotsko, biosfero), – družbeno (antroposfero, sinonima: noosfera, sociosfera). Tako nekako so tradicionalno razdeljene tudi znanstvene discipline, ki proučujejo ta področja in človekove dejavnosti, ki se neposredno ukvarjajo s fizičnim okoljem. Prav izoliranost tega ukvarjanja in specializacija pri raziskovanju ter ozko zasledovanje posamičnih (kratkoročnih) ciljev sta pripomogla do tega, da se je v osemdesetih letih 20. stoletja razvila in uveljavila nova znanstvena disciplina - krajinska ekologija. Krajinsko ekologijo pogosto gledamo kot most med teoretično in aplikativno ekologijo, dejansko pa se je v zadnjih dvajstih letih 20. stoletja razvila v novo »zvezdo« v galaksijo ekoloških znanosti (Farina 1998). Krajinska ekologija zajema vedenje o naravi, prostoru in človeku v njem v širokem spektru drugih znanstvenih disciplin (biologija, gozdarstvo, geografija, prostorsko planiranje…), ki so pogosto ozko specializirane in s tem skuša ustvariti novo znanstveno kakovost. Ta pa ne daje vedno lahko razumljivih odgovorov. Grafikon 1.0-1: Krajinska ekologija kot povezava številnih disciplin (prirejeno po Bastian in Steinhard 2002, s. 24) Agro ekologija Antropo ekologija Gozdna ekologija Klima in ekologija Krajinska ekologija Rastlinska ekologija Tla in ekologija Vodna ekologija Živalska ekologija Tako naravoslovno kot družboslovno orientirana vprašanja človekovega bivanja in delovanja v prostoru skuša krajinska ekologija povezati v Mednarodni zvezi za krajinsko ekologijo (IALE - International association for Landscape Ecology; www.landscape-ecology.org) Sodelovanje različnih znanstvenih disciplin zahteva široko izobraženega strokovnjaka, ki je usposobljen za dialog z drugimi strokovnjaki posameznih znanstvenih področij, ki se ukvarjajo s prostorom. Učbenik Krajinska ekologija je namenjen študentom biotehniške fakultete, ki se bodo v poklicnem življenju ukvarjali s prostorom. Slovenija je gozdnata država, zato je razumljivo, da se bomo v praktičnih primerih naslanjali v večji meri prav mesto in vlogo gozda v prostoru v luči krajinskoekoloških spoznanj. Področje, ki ga tako obravnavamo, je izjemno široko, zato je razumljivo, da se bomo v njem dotaknili le izbranih poglavij krajinske ekologije, v tolikšni meri, da bodo lahko kasneje slušatelji sami ali na podiplomskem študijo, poglobljeno nadaljevali s študijem. 1.1 OSNOVNI POJMI S PODROČJA EKOLOGIJE Pogosta in nekorektna raba besed "ekologija" in "okolje" večkrat pripelje do nejasnosti in ohlapnih in zavajajočih interpretacij, zato bomo na kratko predstavili nekatere osnovne pojme s področja ekoloških znanosti, ki jih bomo uporabljali v nadaljevnju Podroben pregled določenih poimenovanj navaja tudi Robič (1974). V spodnjem pregledu prinašamo le najosnovnejše pojme, druge izraze, vezane predvsem na ekosistem in krajino, opredeljujemo v samostojnih poglavjih. Bioakumulacija (Tarman 1992): Lastnost organizmov, da ponavadi prek prehranjevalne verige nakopičijo v svojem organizmu določene spojine, tudi strupene, kot so npr. biocidi in težke kovine. Biocenoza (Tarman 1992): združba bakterij, gliv, rastlinskih in živalskih vrst, ki so se naselile na danem prostoru zaradi podobnih zahtev glede neživih dejavnikov. Njihove populacije so se funkcionalno povezale v sistem medsebojnih razmerij. -Fitocenoza (Tarman 1992): združba rastlinskih vrst v določenem biotopu oz. rastlinski del biocenoze. -Zoocenoza (Tarman 1992): združba živali, del biocenoze. Biogeokemični cikli (Begon et al. 1990): premeščanje kemičnih elementov med organizmi in neživimi deli atmosfere, hidrosfere in litosfere. Biomasa (Tarman 1992): celotna teža organizmov, ki sestavljajo določeno populacijo (tudi združbo): običajno jo izrazimo z živo ali suho težo organizmov, živečih na določeni površini oz. v določeni prostornini. Biosfera (Prosen 1993): del tal, ozračja in vode, ki je naseljen z živimi bitji. Tudi vsa živa snov naše Zemlje, ki je v nenehnem odnosu s fizičnim okoljem zaradi izmenjave snovi in pretoka energije. Biotop (Tarman 1992): življenjski prostor biocenoze z vsemi neživimi dejavniki (podnebnimi in talnimi pogoji ter lastnostmi vode). Ekotop (Forman 1995): najmanjša homogena enota rabe tal, ki jo še lahko kartiramo. Gaia hipoteza (Dickinson in Murphy 1998): teorija, po kateri se organizmi ne le prilagajajo pasivno fizičnim razmeram v okolju, pač pa aktivno spreminjajo kemično in fizično okolje v biosferi. Habitat (Tarman 1992, Dickinson in Murphy 1998): bivališče, “naslov”, kjer živi organizem, geografska opredelitev bivališča, vključno s fizičnimi lastnostmi tamkajšnjega okolja (npr. gozdna tla, drevesni panj ali duplo, močvirje itd.). Klimaks (Begon et al. 1990): zaključna faza sukcesije, združba, ki je dosegla stabilno, zrelo stopnjo in nadomesti sama sebe. 2 Narava Narava je celokupna resničnost, ki obstaja neodvisno od človeka in ni proizvod človekovega delovanja, vendar pa jo skuša človek pojasniti, uporabiti za svoje potrebe ali pa se ji prilagoditi (Mala splošna enciklopedija II.). Po Lahu (1995) je narava od človeka neodvisen predmetni svet in sile, ki v njem delujejo, tj. celota vseh pojavov, ki sestavljajo sfero zemeljskega površja, na kateri živimo. Naravni viri Po de Grootu (1992) so to deli oziroma sestavine narave, ki jih ljudje potrebujemo za zadovoljevanje svojih telesnih in duhovnih potreb (npr. hrana, materiali, energija, bivališče, estetske potrebe …). Z vidika trajnostne rabe ločujemo obnovljive (npr. biomasa, voda, zrak) in neobnovljive vire (npr. fosilna goriva, minerali). Nosilna zmogljivost Pojem nosilne zmogljivosti je bistvenega pomena za razumevanje stabilnosti ekosistemov oziroma njihove ranljivosti. Z njim označujemo npr. največje število osebkov, ki jih lahko trajno vzdržuje določeno okolje (Begon et al. 1990). Pojem uporabljamo tudi v drugih zvezah (npr. pri rekreaciji, ribolovu, paši, gozdarstvu), kadar gre za trajnostne tipe rabe – brez nadaljnjega poslabšanja ekosistema ali rabe same. Po de Grootu (1992) lahko nosilno zmogljivost določene površine za določeno rabo opredelimo kot zmožnost, da ji trajno zagotavlja prostor, naravne vire in primerne okoljske razmere. Odprti / zaprti sistemi (Dickinson in Murphy 1998): sistemi, ki za svoje delovanje potrebujejo vnose in iznose prek svojim meja, so odprti, sistemi, ki sami vsebujejo vse potrebno za svoje delovanje, so zaprti. - Meja sistema (Dickinson in Murphy 1998): fizična ali konceptna “pregrada”, znotraj katere so vsi ključni elementi in dejavniki, ki označujejo določen sistem. Ta meja ločuje sistem od zunanjega okolja razen za vnose in iznose, ki se zmorejo premikati prek meje. -Vnos/Iznos (Dickinson in Murphy 1998): tok snovi, energije ali informacij prek meja določenega sistema, bodisi v sistem ali iz njega. Okolje Okolje je celovita prostorska stvarnost v splošnem ali na določenem področju: tisti del narave, kamor seže ali bi lahko segal vpliv človekovega delovanja (Lah 1995). Po teoriji okolja v biološkem smislu lahko delimo okolje na zunanje in notranje. Zunanje okolje npr. neke živali je samo tisti del obdajajočega sveta, ki na žival deluje in ki ga žival zaznava s svojimi čutili. Notranje okolje organizma (celice) je evolucijsko spremenjeno zunanje okolje (Tarman 1992). V širšem, kulturno-civilizacijskem smislu razumemo pod pojmom okolje tudi človekov življenjski prostor, umetno spremenjen in prilagojen življenjskim potrebam človeka npr. s tehniko ali gospodarskimi dejavnostmi. Tako je nastal nekakšen umeten ekosistem, za katerega so danes značilne nevarnosti kriznih razsežnosti, ki lahko ogrožajo življenje. Okolje 3 nadalje lahko delimo na fizično in duhovno, tehnično in socialno, delovno ali bivalno (Humboldt Umweltlexikon 1990). Po de Grootu (1992) pojem okolje ne more obstajati brez človeka, zato (človeško) okolje sestavljajo naravne, socialne in kulturne vrednote, ki obstajajo v določenem prostoru in času in vplivajo materialno in psihološko na človekovo življenje. Praktična je nadaljnja delitev okolja na: – naravno, ki ga človek ni ustvaril, pač pa nanj pogosto vpliva, ga oblikuje in uporablja. Gre za prvine okolja – kamnine, tla, vodo, zrak, rastlinski in živalski svet ter enote, ki jih te prvine tvorijo: krajine, vse zemljsko površje in končno vesolje, od katerega je življenje na Zemlji odvisno v energijskem pogledu; – grajeno, umetno ustvarjeno od človeka (stanovanja, tovarne, prometna infrastruktura itd.); – socialno, tj. okolje, ki ga ustvarijo človeške skupnosti, družbe, narodi, v katerih živimo (Buchwald in Engelhardt 1978). Primarna proizvodnja (Tarman 1992): proizvodnja organskih snovi (sladkorjev, škroba, beljakovin, maščob itd.), fotoavtotrofnih in kemoavtotrofnih organizmov (zelenih rastlin in nekaterih mikrobov) iz anorganskih snovi (vode, ogljikovega dioksida, nitratov, fosfatov itd.). Izvor energije za sintezo je sončna svetloba (fotosinteza) oz. oksidacija anorganskih spojin (kemosinteza). Sekundarna proizvodnja (Tarman 1992): proizvodnja živalske in mikrobne biomase na račun primarne proizvodnje. Sinergizem (Begon et al. 1990): pojav, ko je združen učinek dveh snovi (npr. kemikalij) večji, kot je vsota njunih ločenih posamičnih učinkov. Trajnost, trajnostni razvoj, trajnostna raba Trajnostni razvoj morda ni najbolj posrečen prevod angleške besede “sustainable”, katere pomen bi bolje opredelili z besedami kot npr. “zadržan, vzdrževan ...”, saj ne govorimo toliko o časovni dimenziji (besedi “trajno” in “večno” bi moral človek, ki ni stvarnik narave, uporabljati bolj previdno). Ker se je pojem v okoljski zakonodaji pri nas že uveljavil, tu opozarjamo le na večplastni pomen izraza. Besedo trajnost sicer lahko tudi povezujemo z določeno lastnostjo materiala, v okolju pa v povezavi z različnimi dejavnostmi kot, npr. trajnostni gospodarstvo, trajnostna raba. V bistvu izraz označuje proces ali stanje, ki ga lahko vzdržujemo v nedogled (de Groot 1995). Načela trajnosti in sonaravnosti prinaša tudi programski dokument Skrb za zemljo (izšla leta 1991, prevod v slovenščino leta 1993). Pri njegovem nastanku je sodelovalo mnogo strokovnjakov s številnih področij – lahko rečemo, da so se skrbi za Zemljo končno lotili globalno. Organizacijo so prevzele tri pomembne in ugledne ustanove: – IUCN/ Svetovna zveza za ohranitev narave, – UNEP/ Program Združenih narodov za okolje, – WWF / Vsesvetovni sklad za naravo. Knjiga Skrb za Zemljo (1993) opredeljuje trajnostni razvoj kot »razvoj, ki zadosti današnjim potrebam, ne da bi ogrožal možnosti prihodnjih generacij, da zadostijo svojim lastnim potrebam«. V tej zvezi opozorimo tudi na izraz trajnostna raba, ki ga uporabljamo v zvezi z 4 obnovljivimi naravnimi viri, organizmi in ekosistemi. Te lahko uporabljamo trajnostno le, če jih uporabljamo znotraj meja njihove sposobnosti, s katero se obnavjajo (de Groot 1992). Dodatno težavo za uveljavljanje načela trajnosti predstavlja tudi značilno zanimanje ljudi, ki se večinoma ukvarjajo z dogodki v svoji najbližji časovni in prostorski okolici (grafikon 1.2). Grafikon 1.1-1: Kako ljudje dojemamo dogodke v prostoru in času (po Meadowsu 1972, s. 19) • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • PROSTOR • • • • • • • • • • • • • • •• •••• • • • • • • • • • • • • •• • • • • •••• • • • • • • • • • • • • • • • • • • ••••• ••••• ••••• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ČAS 1.2 PREGLED RAZVOJA EKOLOGIJE DO KRAJINSKE EKOLOGIJE Korenine ekologije so izvorno tako stare kot človeštvo. Človek je moral vedeti že kot lovec in nabiralec, kje bo lahko našel hrano, vodo, plen in zatočišče. Moral je torej dobro poznati svoje okolje, hkrati pa so ga spremembe v okolju navdajale tako s strahospoštovanjem kot z 5 radovednostjo. Še posebej so ljudi zanimale nenadne spremembe, zaradi katerih so se določene vrste lahko nenadoma razmnožile, alhko pa odselile ali množično poginile. Tako poznamo v Stari zavezi znameniti zapis o »egiptovskih nadlogah«, ki so pestile Egipčane (Exodus 7:14, 12:30). Odnosi med organizmi so zanimali že stare Grke, tako je Aristotel proučeval živalsko kugo v svoji Historia Animalium (Krebs 1994). Grki so iskali t.i. ekološko harmonijo (seveda niso uporabljali te besede), ki je že od Grkov dalje izhodišče za razumevanje modernega pojma »naravno ravnovesje«. Tako Herodot in Platon izhajata iz domneve, da je narava zasnovana v dobro in zaščito vseh bitij. Iz tega se je tudi razvil pogled, da je število vsake vrste razmeroma konstantno, nenadne spremembe (porast ali upad) pa je božje delo, ki deluje kot kazen ali nagrada za ljudi. Šele v 17. stoletju so začeli različni znanstveniki proučevati spremembe v populacijah tako pri ljudeh kot pri živalih. V 18. stoletju je Malthus začel isjakti povezavo med geometrijsko rastjo števila organizmov in aritmetično rastjo (precej poenostavljena trditev) količine hrane. Pojem »ekologija« je v znanosti prvi uporabil nemški Biolog Ernst Haeckel leta 1869. Označil jo je kot biološko disciplino, ki proučuje vse odnose med organizmi in njihovim organskim in anorganskim okoljem (Krebs 1994). Beseda izvira iz grščine: »oikos«, ki pomeni »dom, hiša, prostor za življenje«. Ekologijo delimo na različne integracijske stopnje – glede na vsebino, ki jo obravnava: Avtekologija proučuje individualne organizme oziroma posamezne vrste v njihovem okolju. Sinekologija proučuje skupine organizmov, ki živijo na določenem prostoru. Krajinska ekologija Pojem krajinska ekologija je prvič uporabil Troll (1939). Potreba po novi veji ekologije se je razvila iz spoznanja, da specializirane naravoslovne znanosti ne zmorejo pokazati vseh povezav med dejavniki okolja in procesi med ekosistemi. Troll je prvi doumel krajino kot povezano celoto, ki je več kot le vsota posameznih ekosistemov, saj opredeljuje krajinsko ekologijo kot študij celotnega kompleksa procesov med življenjskimi skupnostmi in njihovim okoljem v določenem krajinskem prostoru. Po drugi svetovni vojni se je začela krajinska ekologija sistematično razvijati zaradi razvoja znanosti, različnih potreb in tudi zaradi naraščajočih okoljskih problemov. Prvi koraki v tej disciplini so se začeli na različnih krajih, od tod tudi določena dvoumnost in neenotnost pri poimenovanju, kar dobro razčlenjuje delo Vosa in Stortelderja (1992). Tako so npr. bili predlagani različni pojmi za najmanjšo enoto površine, kjer prevladuje en ekosistem in torej vsebuje le en vegetacijski tip, kot enota površine, rastišče, površinski element, krajinski element, ekotop; ruska literatura uporablja izraze kot epimorf, elementarna krajina, mikro krajina, facies. Te navedbe iz dela Vosa in Stortelderja (1992) navajam z namenom, da bi osvetlil začetke sistematičnega zorenja krajinske ekologije oziroma razvoj zgradbenega vidika krajine. V šestdesetih letih so številni avtorji (NAVEH/LIEBERMAN 1984) posvečali pozornost zgradbi krajine in človeškim vplivom nanjo. Raziskovalci pod okriljem 6 raziskovalne organizacije CSIRO v Avstraliji so leta 1958 uvedli in uporabili pojem "land system" (NAVEH/LIEBERMAN 1984). V Nemčiji razvijajo številni avtorji krajinsko ekologijo kot orodje načrtovanja in upravljanja v prostoru in pomembno osvetljujejo zgradbeni vidik krajine. (BOBEK/SCHMITHÜSEN 1949, TISCHLER 1976, BARNER 1975, 1983, BUCHWALD/ENGELHARDT 1978a). Pojma naravna in kulturna krajina so prav tako začeli načrtno razmejevati v šestdesetih in sedemdesetih letih (prim. NAVEH/LIEBERMAN 1984, FORMAN/GODRON 1986). Pomemben prispevek k holističnemu pogledu prispeva nizozemski ITC, zlasti z uporabo tehnik vrednotenja prostora, kot je npr. fotointerpretacija. ki jo je uveljavljal Zonneveld je podrobno obdeloval pojem "land unit" kot del ekološko homogene površine v določenem izbranem merilu (ZONNEVELD 1989, 1995). Zonneveld je tako usmeril pozornost za nekaj časa predvsem na neživi del okolja, manj na organizme, torej bolj na zgradbeni vidik krajine. V tej zvezi omenimo vsaj še LESERJA (1976), ki je uveljavljal pristop, s katerim posebej razčlenjuje in obravnava posamezne parcialne komplekse okolja. Problemi delovanja in sprememb krajin, kot naloga krajinske ekologije, so v šestdesetih letih ostajali še bolj v ozadju. Vzporedno s krajinsko ekologijo, k razvoju katere so sprva največ prispevali geografi, so se razvijale tudi druge discipline, zlasti biologija in ekologija, ob katerih je rasla in črpala tudi krajinska ekologija. V tej zvezi omenimo Dokučajeva in Morozova (E. ODUM 1971) ter kasneje še Sukačeva, ki so razvijali koncept biogeocenoze, ki je postala sinonim za Tansleyev ekositem. E. Odum (1971) je predlagal študij zgradbe in delovanja pri ekosistemih, prenos te ideje na višji, krajinski nivo pa prinaša Anko (1983). MacArthur in Wilson sta že leta 1967 (BURGESS/SHARPE 1981, NAVEH/LIEBERMAN 1984) prispevala nove poglede na vlogo krajinske ekologije s t.i. otoško biogeografijo, ki je zanimiva tudi za študij energijskih tokov v krajini. Pomemben korak v študiju zgradbe, delovanja in sprememb je prispevala tudi krajinska arhitektura z metodami prostorskega planiranja. Med začetnike tovrstnega načrtovanja sodi F.L. Olmstead, načrtovalec Centralnega parka v New Yorku (MILLER 1988). V sedemdesetih letih so se pri načrtovanju s prostorom uveljavili številni avtorji, kot npr. Steinitz, Kiemstedt, Zube, McHarg, Lynch (FORMAN/GODRON 1986, GABRIJELČIČ 1985), ki izhajajo iz razumevanja naravnih procesov v krajini in jih zato upoštevajo in skušajo vgraditi v svoje delo. Poudarjali in uveljavljali so tudi vlogo estetike pri načrtovanju v prostoru in upoštevali ekološke omejitve pri posegih v prostor. Svojevrsten pogled na pomen in vlogo človeka v okolju je med drugim razvijal v šestdesetih letih tudi antropolog P. Teilhard de Chardin (NAVEH/LIEBERMAN 1984); verjel je, da bo človek preko samorefleksije in višje stopnje zavesti lahko aktivno vplival na prihodnji evolucijski razvoj stvarstva - proces, ki ga poimenuje noogeneza. Lahko trdimo, da so po svoje ravno problemi v okolju spodbudili številne krajinske raziskave. V osemdesetih letih se uveljavi teoretično podprta in praktično zasnovana krajinska ekologija. Dva klasična učbenika s tega področja sta se pojavila v svetu v osemdesetih letih (NAVEH/LIEBERMAN 1984, FORMAN/GODRON 1986), v dopolnjeni obliki pa v devetdesetih letih (NAVEH/LIEBERMAN 1994, FORMAN 1995). Naveh in Lieberman (1984, 1994) sta pomembna zaradi številnih aplikacij in teorije, knjigi Formana in Godrona (1986) ter Formana (1995) pa pomenita kakovosten korak v proučevanju teorije, zgradbe in delovanja krajine. Obe knjigi prikazujeta številne dejavnike, ki vplivajo na delovanje krajine, in analizirata učinke. Pri tem sicer ne analizirata podrobno energijskih tokov v krajini, pač pa ostajata na vizualnih modelih krajinske členitve prostora. Od devetdesetih let 20. stoletja dalje so se razvile številne raziskave na področju krajinske ekologije, na katere je pomembno 7 vplival razvoj računalništva in s tem možnosti modeliranja in hitrejših ter bolj kompleksnih obdelav podatkov (GERGEL in TURNER (ur.) 2002, KLOPATEK in GARDNER (ur.) 1999, TURNER In GARDNER (ur.) 1990, TURNER, GARDNER O'NEILL 2001). Vzporedno se krepijo tudi teoretična izhodišča in razčiščujejo pojmi (prim. (prim. BASTIAN in STEINHARDT (ur.) 2002, BUREL in BAUDRY 2004, FARINA 1998, INGEGNOLI 2002, PALANG in FRY 2003). TOTH 1988, VOS/STORTELDER 1992, ZONNEVELD 1989, 1995). Večina omenjenih študij razčlenjuje zelo podrobno številne dejavnike, ki vplivajo na zgradbo in delovanje krajine (geomorfologija, pedologija, meteorologija, hidrologija, vegetacija, raba tal, vpliv človeka). Nekateri avtorji (TOTH 1988) opozarjajo, da je potrebno najti zvezo med obliko krajine in njeno celotno zgradbo, saj samo vizualne ugotovitve na področju zgradbe še niso dovolj. To opozorilo je umestno, saj se je velik del zlasti starejših raziskav začel in zadovoljil z izsledki na področju vidnega dela zgradbe krajine. V kulturni krajini je potrebno upoštevati tudi človekove posege in vplive ter spremembe, ki izhajajo iz tega. Tem spremembam zato bolje ustrezajo novejša spoznanja o nalogah krajinske ekologije. Tako opredeljujeta Forman in Godron (1986) krajinsko ekologijo kot študij zgradbe, delovanja in sprememb v heterogenem krajinskem prostoru, sestavljenem iz vzajemno povezanih in sovplivajočih ekosistemov. Pojem »zgradba« se nanaša na prostorska razmerja med ekosistemi, ki sestavljajo določeno krajino, torej razpored energije, snovi in rastlinskih ter živalskih vrst po številu, velikosti, vrstah, oblikah. Pojem »delovanje« se nanaša na vzajemno delovanje med prostorskimi gradniki krajine (tok energije, snovi in organizmov). Pojem »sprememba« pa se nanaša na spremembe v zgradbi ali /in/ delovanju krajine v določenem časovnem obdobju. Podobno opredelitev prinašata Vos in Stortelder (1992), ko poudarjata, da gre pri krajinski ekologiji za študij tistih značilnosti zgradbe, delovanja in časovnih sprememb v krajini, zaradi katerih je za vsako krajino značilen določen razpored ekosistemov. Na razpored ekosistemov v krajini vplivajo naravne in družbene danosti (lastništvo oziroma administrativna pripadnost, ekonomija in infrastruktura). Danes je krajinska ekologija interdisciplinarna integrativna znanost, ki se usmerja ne več toliko k holističnemu prikazovanju krajine pač pa k reševanju določenih problemov v krajini (Bastian in Steinhardt 2002). Ob tem se dotika tako ekoloških danosti prostora kot človeka, ki v tem okolju živi in dela. Grafikon 1.2-1: Hierarhija različnih prostorskih enot in stopnja znanstvenega razumevanja Biosfera Biom Regija Krajina Ekosistem Populacija Razumevanje – nizko Razumevanje – visoko 8 Organizem Grafikon 1.2-2: Stopnje zaznave sveta (prirejeno po Bastian in Steinhardt 2002, s. 246) Duhovni svet Materialni svet Spoznani svet Osebni izkustveni svet 9 2 EKOLOŠKE OSNOVE KRAJINSKE EKOLOGIJE Z vključevanjem družboslovnih znanosti v sklop bio-geo znanosti krajinska ekologija ni postala nikakršna naddisciplina, ampak klasičen primer neizogibno potrebnega dialoga (oziroma sodelovanja) najrazličnejših znanosti, katerih osnova je ekologija. Z ekološkega vidika se bomo ukvarjali predvsem z ekološkimi sistemi – od ekosistema, preko krajine do biosfere. 2.1 OSNOVNE EKOLOŠKE SPREMENLJIVKE Dejavnike, ki vplivajo na ekološke procese v okolju, lahko delimo na različne načine. Najpogostejša je delitev na biotske in abiotske ter antropogene dejavnike. Zanimiva in za razumevanje ekologije in zlasti kulturnega prostora je npr. tudi delitev na dejavnike, ki so odvisni ali neodvisni od gostote populacije. Primer dejavnika, ki je odvisen od gostote populacije, je npr. lakota: čim gostejša je populacija, tem manj hrane je na razpolago posameznemu osebku in odločilnejši za obstanek so učinki na rast, razmnoževanje in preživetje. V prenaseljenem prostoru ima podobne učinke preobremenitev (npr. onesnaženje) okolja: ekološke razmere se poslabšajo do tolike mere, da se rast gostote populacije (naseljenost) ustavi in nato začne zmanjševati. Kot katalizatorji znotrajvrstne konkurence imajo tovrstni dejavniki pomembno vlogo v razvoju vrst. Dejavniki, ki so od gostote populacije neodvisni, eliminirajo določeno populacijo (vrsto) brez ozira na njeno gostoto (inverzije, pozebe, določene koncentracije polutantov v zraku ali vodi, zaradi toplotnih emisij povečana temperatura vodnih teles itd.). Zaradi svojega pretežno znotrajvrstnega selektivnega učinka so dejavniki te vrste za razvoj vrst pomembni na drugačen način (pojav mutantov, "odpornih" ras etc.). Za praktično razumevanje okoljskih procesov je med mnogimi načini delitve ekoloških dejavnikov pomembna delitev dejavnikov in z njimi povezanih procesov in zvez na: – energijo, – snov, – prostor, – čas, – pestrost, – antropogene dejavnike (Watt 1973). Prikazovanje načinov, kako teh šest ekoloških spremenljivk deluje med seboj v kateremkoli ekološkem sistemu ali procesu, zahteva sistemsko orientiran pogled na okolje, tj. od krajinskega ekologa, planerja etc. zahteva, da upošteva učinek vsakega dela sistema in njegovih procesov na druge dele (in njihove procese) in na celoten sistem ter določen proces v njem. Tak pristop k interpretaciji ekoloških procesov tudi podira pregrade med umetno delitvijo ekologije na posamezne "specializirane" ekologije, kot npr. fiziološko ekologijo, populacijsko ekologijo, energetiko življenjskih združb, organizacijo življenjskih združb, evolucijsko ekologijo, humano ekologijo itd. Ekologija naj bi namreč bila celosten pogled na procese v konkretnem prostoru, kjer se procesi, ki jih obravnavajo te "specializirane" ekologije, odvijajo vzporedno in vplivajo drug na drugega – vsi pa imajo skupne imenovalce – zgoraj naštetih šest ekoloških spremenljivk. Interpretacija ekoloških fenomenov iz perspektive teh šestih kategorij vodi tudi v mnogo bolj dinamičen pristop k ekologiji – s poudarkom na procesih (in ne na opisovanju trenutnih stanj). Če gledamo na medsebojne vplive teh šestih kategorij z evolucijskega vidika, vidimo, da ti procesi oziroma odnosi do njih dejansko predstavljajo izhodišča življenjskih strategij vrst. Ena največjih prednosti analize procesov na podlagi teh šestih spremenljivk je v tem, da omogočajo odkrivanje osnovnih podobnosti v različnih pojavih, ki na videz sicer nimajo ničesar skupnega, kot so npr. sova, ki preži na plen, delavec, ki se vozi na delo; prostorski planer, ki išče lokacijo novega naselja ali rekreacijskega centra. Vsak od teh procesov namreč zahteva energijo, in če bo npr sova stalno porabljala preveč energije, bo fizično propadla. Tudi delavec, ki bi se predaleč vozil na delo, bo gospodarsko propadel. Prav tako bo propadel z ozirom na potencialne obiskovalce neustrezno locirani rekreacijski center. Pozitivna energijska bilanca je osnovni pogoj za nadaljevanje vsakega od teh procesov. Popolnost dinamične ekološke analize prostorskih procesov na podlagi teh spremenljivk je mogoče doseči le, če so vse od njih upoštevane enakovredno in se pomen določene spremenljivke ne povečuje sorazmerno z lahkoto ali zahtevnostjo interpretacije njenih parametrov. Tako npr. energija, potrebna za krčenje gozda na potencialnem gradbenem prostoru, ne sme biti odločujoči faktor, da take lokacije ne bi izbrali, če ima sicer prednosti pred alternativno zazidavo kmetijskih tal. Enako npr. oddaljenost (= energija, potrebna za transport) potencialnega kamnoloma od porabnikov ne sme in ne more biti edino merilo za izbiro lokacije. Šele poznavanje omenjenih spremenljivk omogoča razumeti koncept ekosistema kot podlage za razumevanje kompleksnih povezav in prepletov, ki omogočajo življenje našega planeta. Zato bomo koncept ekosistema in njemu nadrejenih pojmov, kot je npr. krajina, predstavili šele po pregledu že omenjenih šestih dejavnikov. 2.1.1 Energija Energija vpliva na dinamiko ekoloških procesov v krajini na mnogo bolj ali manj očitnih načinov – ker je pač osnovno gonilo teh procesov. S svojo prisotnostjo, razpoložljivostjo in nerazpoložljivostjo energija vpliva enako na lito-, bio- in antroposfero. Lastnosti energije, ki so posebno pomembne za ekologijo, opredljujeta prvi in drugi zakon termodinamike: I.: Energija se lahko spreminja iz ene oblike v drugo, vendar je ni nikdar mogoče ne ustvariti ne uničiti. /Svetloba npr. je oblika energije, ki jo je – odvisno od okoliščin – mogoče spreminjati v delo, toploto ali hrano (kot potencialno energijo), vendar je ni mogoče uničiti./ II.: Noben proces, povezan s preobrazbo energije, ne bo potekal spontano, če pri tem energija ne bo prehajala iz koncentrirane oblike v razpršeno (toplota vročega predmeta se bo spontano širila v hladnejšo okolico). Z drugimi besedami: ker se nekaj energije vselej razprši v neizkoristljivo toplotno energijo, ni spontane transformacije energije (npr. svetlobe) v potencialno energijo (npr. v protoplazmo), ki bi imela stoodstoten izkoristek (E. Odum 1971). Načela, ki označujejo odnose med organizmi in energijo 2 Glavne odnose med organizmi in energijo v ekosistemih označujejo naslednja načela: 1. načelo: Vsebnost energije na utežno enoto različne hrane močno variira – to vpliva na strategijo pridobivanja hrane posameznih organizmov. (Energijska vrednost grama suhe snovi je za kopenske rastline v povprečju 18,8 kJ, za vretenčarje pa 23,4 kJ.) 2. načelo: Podobno kot materija tudi energija nastopa v letalnih in optimalnih koncentracijah za posamezne organizme, ki s tem v zvezi razvijajo najrazličnejše mehanizme in strategije za prestrezanje energije ali za obrambo pred njo (dlačice, puh, tkiva, heliotropizem itd.). 3. načelo: Vrsta, ki zaseda določeno nišo, praviloma bolje izkorišča energijo, ki je v tej niši na razpolago, kot druga vrsta, ki bi morda skušala to nišo zavzeti. Dassmann in Matthews sta npr. dokazala (Watt 1973), da je maksimalna gostota goveda na južnozimbabvejskem ranču dajala komaj 78 odstotkov čistega profita, ki ga je dajala ob trajnosti donosov naravna populacija 13 domačih vrst divjadi (na pašnikih boljši izkoristek s kozo, ovco in govedom!?). Taki primeri so v naravi pravilo, razen če naravne pregrade ne zadržujejo konkurenčnejšega, učinkovitejšega izkoriščanja naravnih danosti sposobnejše vrste. 4. načelo: Na prihodnji razvoj živega (v nekem ekosistemu) imajo največji vpliv sistemi, ki za svoj obstoj (funkcioniranje) potrebujejo najmanj energije na enoto biomase. E. Odum je opozoril (1971), da z razvojem ekosistema narašča količina mase na enoto energije v energijskem toku. Količina energije v toku je na istih geografskih širinah v bistvu konstantna. Značilnosti energijskega toka skozi ekosisteme Brez energije (energijskih tokov) bi ne bilo ne ekosistemov ne življenja. V bistvu se vsa ekologija ukvarja z odnosi med svetlobo (sončno energijo) in ekosistemi ter načini preobrazbe energije v teh sistemih. V nasprotju z materijo (zaradi lastnosti, ki jih opredeljuje drugi zakon termodinamike) pri energiji ne moremo govoriti o kroženju energije v ekosistemih, temveč le o njenem pretoku skoznje. Razen sorazmerno majhnega deleža zemeljske energije (vulkanizem, gravitacija, tektonika) je vsa energija, ki omogoča ekološke procese, sončnega izvora. Sončna svetloba dosega biosfero (zgornjo plast atmosfere) z intenzivnostjo solarne konstante 2 2 (8,368 J/cm /min = 1367 W/m /min). Pozimi je te energije nekaj več, saj je Zemlja 1. januarja najbližje soncu (147,1 milijona km), 4. julija pa je ta razdalja največja (152,1 milijona km). To se zdi na prvi pogled nenavadno, vendar je pomembnejši kot, pod katerim pada ta energija na površino, kot pa razdalja. Grafikon 2.1.1–1: Vpliv geografske širine Zemlje (A – bližina ekvatorja, B – bližina pola) na jakost sončnega obsevanja (po Krebsu 1994, s. 94) 3 B A Za horizontalno ploskev na ekvatorju je tako ob enakonočju, ko je sonce točno nad ekvatorjem, opoldne kot enak zemljepisni širini. Poleg tega vpliva na količino prejete energije tudi trajanje obsevanja. Ob poletnem sončnem obratu traja obsevanje na severni polobli dalj časa kot na ekvatorju ali južni polobli, ob zimskem pa obratno. Na poti skozi atmosfero se izgubi (odbije, absorbira) približno polovica energije (v najboljšem primeru: opoldne, na jasen poletni dan 33 odstotkov – Odum 1971), lahko pa tudi več. Na poti skozi oblake, rastlinski sloj ali vodo se še spremeni tako intenzivnost kot spektralna sestava sončnega sevanja (svetlobe). Oblaki npr. zadržijo sorazmerno malo vidne svetlobe, ki je pomembna za fotosintezo, tako v zmernem pasu dospe na m2 na dan le 12.560 do 16.747 kJ. Podrobnosti so v grafikonu 2.1.1–2 in preglednicah 2.1.1–1a, b. Grafikon 2.1.1–2: Pot energijskega toka skozi atmosfero (po Formanu in Godronu 1986, s. 36) 4 Zgornja plast atmosfere 100 % Odboj od atmosfere 20 – oblaki, % – delci 80 % 17 % absorpcija atmosfere – oblaki, – plini Odboj od tal Segrevanje atmosfere 10 % Prispelo do tal 63 % Absorpcija (tla,voda, rastline) 53 % kratkovalovno sevanje dolgovalovno sevanje Količina absorbirane in odbite energije v atmosferi je odvisna od njene sestave oziroma prosojnosti, prav tako pa je količina odbite in absorbirane energije na tleh odvisna od rabe tal oziroma pokrovnosti. Zato se podatki pri različnih avtorjih nekoliko razlikujejo. Spodnji preglednici prinašata povprečne tokove sončne energije v globalnem obsegu, ki se od podatkov v grafikonu 2.2.1–2 nekoliko, a ne bistveno razlikujejo. Preglednica 2.1.1–1a: Tokovi sončne energije (povprečja) v globalnem obsegu (Chiras 1988, s. 66, Owen in Chiras 1990, s. 24) Prispela sončna energija na zgornjo plast atmosfere Odboj od oblakov v atmosferi Odboj od prahu v atmosferi Odboj od tal ∑ Odboj Absorpcija v atmosferi, vodi in tleh Evaporacija vode Energija, ki deluje na vetrove in valove ∑ Absorpcija Absorpcija zelenih rastlin Fotosintetski izkoristek Preglednica 2.1.1–1b: Tokovi sončne energije (povprečja) v globalnem obsegu (Odum 1989, s. 75) 5 100 % 21 % 5% 6% 32–34 % 42 % 23 % 1% 66–67 % 1–2 % 0,023 % ∑ Odboj Absorpcija = direktna pretvorba v toploto Evaporacija, padavine (žene vodni cikel) Energija, ki deluje na vetrove in valove Fotosinteza ∑ 30 % 46 % 23 % 0,2 % 0,8 % 100,0 % Na količino dejansko prejete energije osončenja vplivajo: – letni čas, – geografska širina, – propustnost atmosfere (oblačnost, onesnaženost), – reliefne značilnosti (nagib, ekspozicija) tal. Kadar govorimo o zemeljski energijski bilanci (toku), je torej treba upoštevati variacije v dotoku energije, ki nastajajo z različno geografsko širino. Letni potek dotoka energije namreč niha tem bolj, čim bolj se približamo poloma. To pomeni, da morajo biti arktični organizmi sposobni izredno učinkovito izkoriščati energijo v kratkem času, ko je intenzivno razpoložljiva, imeti pa morajo tudi mehanizme, ki jim omogočajo, da prežive surovost okolja v preostalem delu leta. Podobno vplivata (lokalno) na dotok sončne energije nagib in ekspozicija (prim. grafikon 2.2.1–3, preglednica 2.2.1–2). Letni potek dnevne energije globalnega obsevanja za različne meteorološke razmere v Sloveniji prikazuje grafikon 2.2.1–4. Grafikon 2.1.1–3: Vpliv nagiba in ekspozicije na osončenje (po Franku in Leeju 1966) kWh /m2/dan jug ravno sever januar marec maj julij avgust oktober december Preglednica 2.1.1–2: Celoletna potencialna insolacija Ljubljane glede na nagib in ekspozicijo (v kWh/m2, po Franku in Leeju 1966 ter Hočevarju et al. 1982, s. 25–79) 6 Lege Nagibi 5–14,9 % 15–24,9 % 25–34,9 % 35–44,9 % 45–54,9 % 55–64,9 % 65–74,9 % 75–84,9 % 85–94,9 % 95–104,9 % >104,9 % N NNE, NNW NE, NW ENE, WNW E, W ESE, WSW SE, SW SSE, SSW 987,53 995,11 1016,41 1047,48 1082,96 1117,29 1145,55 1164,03 887,28 903,48 948,24 1011,71 1081,87 1147,66 1200,47 1234,39 787,77 813,00 882,10 977,56 1079,80 1173,09 1246,40 1292,82 696,71 728,34 820,57 945,97 1076,53 1192,95 1282,86 1339,09 620,66 655,19 765,35 917,39 1071,93 1207,19 1310,16 1373,86 554,86 593,10 717,16 891,87 1066,04 1216,22 1329,18 1398,38 497,70 539,26 675,79 869,17 1058,99 1220,78 1341,20 1414,30 447,66 492,70 640,73 849,01 1051,05 1221,66 1347,50 1423,21 404,67 452,71 611,19 831,05 1042,47 1219,69 1349,33 1426,68 366,51 417,90 586,10 814,85 1033,43 1215,57 1347,78 1426,02 328,34 429,42 561,00 798,66 1024,40 1211,45 1346,70 1425,36 ravnina ( = nagib do 4,99 %) ima vrednost potencialne insolacije 1083,30 kWh/m2 S 1170,45 1246,06 1308,66 1358,16 1395,34 1421,58 1438,66 1448,31 1452,17 1451,65 1451,13 Po dogovoru predstavlja s 1083 kWh/m2 vrednost potencialne insolacije ravnine 100,00 %, južne lege v nagibnem razredu 85–95 % imajo najvišje vrednosti 134,05 % in severne lege v nagibnem razredu nad 105 % najnižje vrednosti 30,31 %. Potencialno sončno obsevanje določene površine dobimo, če zanemarimo vpliv atmosfere (odboj, razpršitev, absorpcija). Drugače od potencialnega sončnega obsevanja predstavlja globalno obsevanje vsoto direktnega in razpršenega sončnega obsevanja na vodoravno površino, kvaziglobalno obsevanje pa vsoto direktnega in razpršenega sončnega obsevanja na različno nagnjene in usmerjene površine (Hočevar et al. 1982). Grafikon 2.1.1–4: Letni potek dnevne energije globalnega obsevanja pri jasnih in oblačnih meteoroloških razmerah v Sloveniji (po Hočevarju et al. 1982, s. 17) (kWh/m2) 7 jasno 6 5 4 3 oblačno 2 1 0 januar marec maj julij avgust oktober december Dejanske količine kvaziglobalnega obsevanja v Sloveniji se gibljejo med 811 in 5333 MJ/m2 (Gabrovec 1996), kar znaša razmerje 1 : 6,6. Te razlike so predvsem posledica razgibanega reliefa Slovenije, ki na razmeroma majhnem ozemlju odločilno vpliva na količino dejanskega 7 osončenja. Deleže in količine letnega kvaziglobalnega obsevanja v Sloveniji prikazujemo v preglednici 2.1.1–3. Preglednica 2.1.1–3: Površina Slovenije in deleži po razredih letnega kvaziglobalnega obsevanja (v MJ /m2, prirejeno po Gabrovcu 1996, s. 67) Količina prejete energije (v MJ/m2) do 1000 med 1000 in 1400 med 1400 in 1800 med 1800 in 2200 med 2200 in 2600 med 2600 in 3000 med 3000 in 3400 med 3400 in 3800 med 3800 in 4200 med 4200 in 4600 med 4600 in 5000 nad 5000 Skupaj Površina (km2) % 1,63 15,07 40,34 99,82 286,34 623,67 1249,78 2508,30 7516,89 6695,47 1169,96 64,00 20271,27 0,1 0,2 0,5 1,4 3,1 6,1 12,4 37,1 33,0 5,8 0,3 100,0 Sončna energija, ki tako dospe do tal, vpliva na življenje v vseh okoljih. Organizmi na površju Zemlje so izpostavljeni direktnemu sončnemu sevanju (do 0,4 mikrometra ultravioletna, od 0,4 do 0,7 mikrometra vidna in nad 0,7 mikrometra infrardeča svetloba) in dolgovalovnemu sevanju, ki ga oddaja neposredno okolica. Obe sevanji prispevata h klimatskim danostim v okolju (temperatura, izhlapevanje vode, gibanje vode in zraka itd.). Le majhen del sončne energije (vidni del spektra) sodeluje v fotosintetskih procesih. Po Begonu et al. (1990) predstavlja vidna svetloba v povprečju 44 odstotkov vse prispele svetlobe na tleh. Grafikon 2.1.1–5: Spektralna sestava sončne svetlobe (Owen in Chiras 1990, s. 23) Nižja energija ← Nižja frekvenca ← Višja energija → Višja frekvenca → 8 Daljša valovna dolžina (cm) 103 Radijski Valovi 10 10–1 10–3 Mikrovalovi IR žarki (toplota) Rdeča 0,71 Krajša valovna dolžina (cm) oranžna 0,65 10–4 Vidna UV svetloba žarki rumena 0,59 10–7 10–9 X Gama žark žarki i zelena 0,58 10–11 modra 0,49 violična 0,42 0,40 Valovna dolžina vidne svetlobe v 10–6 m Z biološkega stališča je najzanimivejši tisti del sončne energije, ki vstopa v življenjske procese – od fotosinteze dalje: Preglednica 2.1.1–4: Učinkovitost energijskega toka skozi ekosistem v kJ/m2/letno (po Dickinsonu in Murphyu 1998, s. 55 in Odumu 1989, s. 74) Energijski tok (kJ/m2/leto) Energijske izgube SONCE ogrevanje atmosfere, vreme 20 × 106 ↓ ATMOSFERA vodni in mineralni tokovi 4 × 106 ↓ EKOSISTEM fotosintetska “izguba” – vezava 2 × 106 ↓ izgube ob presnovi in dihanju AVTOTROFI (P) (P – K1) 8000 ↓ izgube ob presnovi in dihanju HETEROTROFI – K1 (K1 – K2) 800 ↓ izgube ob presnovi in dihanju HETEROTROFI – K2 (K2 – K3) 150 ↓ Kot vidimo v preglednici 2.1.1–4, se velik del energije ob vsakem prehodu spremeni v razpršeno, za fotosintezo direktno neuporabno toploto, v skladu z drugim zakonom termodinamike. Ta oblika energije je sicer izgubljena za naslednjo prehranjevalno stopnjo, ni pa zapravljena. Absorbirana energija v atmosferi, vodi in tleh ogreva biosfero, žene vodni cikel in vpliva na klimatske zakonitosti. 9 Ko prehaja energija po prehranjevalni verigi, se spreminjajo njene lastnosti. Količina energije, ki je na voljo organizmom, na vsaki višji stopnji pada, zato pa narašča njena koncentracija. To razmerje lahko izrazimo na več načinov, npr. s količino energije, ki je potrebna na določeni prehranjevalni stopnji, da lahko podpira obstoj višje prehranjevalne stopnje. Tako se npr. približno en odstotek sončne energije, ki jo prejmejo rastline, dejansko spremeni v biomaso, to je hrano. Poenostavljeno lahko sklepamo, da je npr. potrebnih deset tisoč enot sončne energije, da proizvede sto enot energije rastlinojedov in eno enoto energije plenilca (Odum 1989). Zato so plenilci, količinsko gledano, redki, prehranjevalne verige pa razmeroma kratke (prim. preglednica 2.1.1–5). Preglednica 2.1.1–5: Velikost energijskih sprememb po prehranjevalni verigi (Odum 1989, s. 77) Upadanje količine Energijski tok (→) Toplotne izgube Naraščanje koncentracije 106 104 103 102 101 sonce → zelene rastline → rastlinojedci → plenilci I → plenilci II (↓) (↓) (↓) (↓) (↓) 1 102 103 104 105 10 2.1.2 Snov Načela, ki označujejo odnose med organizmi in snovjo Praktično je vso množico podatkov o snovi v okolju, tj. mineralnih snoveh, vodi, tleh in zraku, mogoče povzeti v pet načel, ki so vsa povezana med seboj in predstavljajo zaokroženo celoto teorije. Ta omogoča kompleksno razumevanje vplivov materije na organizme oziroma delovanje celotnih ekosistemov. 1. Načelo Za vsak organizem A in vsak faktor B obstaja stopnja razpoložljivosti faktorja B (npr. koncentracija N, P, K v tleh, velikost talnih agregatov, koncentarcija CO2 v zraku, površina primernih zimovališč za divjad), pri kateri je določen biološki proces tega organizma (rast, razmnoževanje, gibanje – širjenje) maksimiran (graf. 2.1.2–1, a, b, Tarman 1992, s.14, 15) Grafikon 2.1.2–1: Strpnostni krivulji (po Tarmanu 1992, s. 14, 15) učinkovitost 80 % optimum spodnja letalna meja minimum maksimum zgornja letalna meja ekološki dejavnik a) Strpnostna krivulja generalista učinkovitost 90 % optimum minimum spodnja letalna meja maksimum zgornja letalna meja ekološki dejavnik b) Strpnostna krivulja specialista 11 Različni procesi imajo različne optime za isti faktor in isti procesi (tj. isti procesi pri isti vrsti) imajo lahko različne optime v različnih letnih časih, različnih delih življenjskega cikla, itd. Diagram ilustrira tudi dejstvo, da je nesmiselno govoriti o "škodljivih" ali "koristnih" snoveh, če ne navajamo tudi njihovih koncentracij (voda je npr. v prevelikih količinah lahko škodljiva, "škodljivi" SO2 pa je lahko za rast rastlin koristen vir žvepla – v določenih koncentracijah). Diagram tudi prikazuje, da ima vsaka snov optimalno koncentracijo, ki nikakor ni enaka maksimalni: prevelike količine nitratov, uporabljenih v umetnih gnojilih, lahko zaidejo v talnico ali premaknejo ekološko nišo, tako da njiva postane npr. primernejša za nitrofilne plevele kot pa za kulturno rastlino samo. Isto velja tudi za gnojenje v gozdu. Faktor B mora biti torej razpoložljiv v pravi koncentarciji, obliki (P, N!) v pravem času in na pravem mestu. 2. Načelo Prostor, ki ga določena vrsta (raba) zavzema, je presek con toleranc vseh dejavnikov. Kadar so upoštevane cone tolerance ekoloških dejavnikov vseh kategorij, govorimo o niši določene vrste (ali rabe). 3. Načelo Rast pogojuje medsebojno delovanje mnogih hranilnih snovi. Neustrezna prisotnost (prevelika ali premajhna) ene same od njih, lahko rast ustavi (prilagojen Liebigov zakon minimuma). "Kritični faktor" torej najpogosteje odloča o ravnovesju v okolju in pri negi oziroma pri načrtovanju zahteva največjo pozornost. 4. Načelo Ker se v svojih zahtevah vsaka vrsta nekoliko razlikuje od drugih, že zelo majhne razlike v ekoloških dejavnikih v času ali v prostoru izoblikujejo serijo vrst (tipov rabe), ki nadomeščajo druga drugo v prostoru in času (sukcesija): npr. vertikalna conacija rastlinstva ali zaporedje tipov rabe tal (gozd – pašnik, travnik, njiva): prim. graf. 2.1.2–2. Grafikon 2.1.2–2: Nadomeščanje vrst (tipov rabe) A1 – A3 z ozirom na koncentracijo faktorja B v času in prostoru (po Wattu 1973, s. 55) A1 A2 Koncentracija faktorja B 5. Načelo 12 A3 Če morajo biti snovi razpoložljive ob pravem času, na pravem kraju in v pravi koncentraciji, potem so organizmi (raba, ekosistemi) odvisni od mehanizmov, ki regulirajo razpoložljivost snovi, npr.: vertikalni oceanski tokovi, ki dvigajo iz usedlin na dnu mineralne snovi, potrebne za razvoj sardel ..., procesi preperevanja substrata, fizikalne lastnosti tal, ki odločajo o razpoložljivosti vode, zadostne količine padavin, ki preprečujejo zasolitev (salinizacijo) poljedelskih zemljišč, itn. Snov v (terestričnem) ekosistemu lahko razdelimo v štiri glavne skupine (grafikon. 2.2.2–3): 1. atmosfera – rezervoar plinov pa tudi snovi v trdnih delcih: Duvigneaud (cit. Reichle 1970, str. 202) npr. navaja naslednje letne količine atmosferskih prilivov na gozdni ekosistem v kg/ha: K 3,0; Ca 11,0; Mg 4,0; N 9,5; P 0,5). Atmosfero delimo v nadtalno in talno; 2. organska snov (živa in mrtva); 3. dostopni minerali; 4. minerali v substratu in tleh (v kratkih časovnih razdobjih živim organizmom nedostopni). Grafikon 2.1.2–3: Glavni procesi razvrstitve in premeščanja snovi v ekosistemu (po Likensu in Bormannu 1995, s. 2) Meja ekosistema VNOSI IZNOSI → 1 → Atmosfera Meteorološki Organska snov (živa in neživa) → Meteorološki 2 ← → ↓ ↓ 8 3 Geološki 7 ↑ 9 8 Geološki ↑4 5 → Biološki Minerali v geološki podlagi in tleh → → Dostopni minerali → Biološki 6 ← notranji cikel Elementi v plinastem stanju praviloma krožijo v večjih sistemih (N je izjema, ker se veže na različne spojine – NH2, NH3 etc.), zato atmosfere ne vključujemo v notranji ekosistemski cikel. Glavni procesi premeščanja materije so: 13 – 1: črpanje plinov (CO2 iz atmosfere za fotosintezo, N za fiksacijo); – 2: vračanje plinov v atmosfero (stranski produkti življenjskih procesov); – 3: razgradnja (mineralizacija) organske snovi (mikroorganizmi), izpiranje – padavine imajo npr. pod drevesom drugačen kemizem kot nad njim – zlasti kisle padavine! Eksudati (sladkorji, aminokisline, encimi, organske kisline, vitamini) – snovi, ki jih rastline izločajo skozi korenine ali liste (npr. tamariska, kamenokreči); – 4: črpanje hranilnih snovi (medij je voda); – 5: preperevanje kamnin, substrata, pri tem se sproščajo hranilne snovi, ki v talni raztopini postanejo rastlinam dostopne. Preperevanje oziroma korozijo lahko spremljajo tudi na kamnitih spomenikih; – 6: tvorba novih kamnin (proces nasproten preperevanju) – apnenci! – 7: vračanje plinov (O, CO2) v atmosfero ob procesih redukcije oziroma oksidacije; – 8: spiranje plinov iz atmosfere (CO2 in H2O npr. sodelujeta v raztapljanju in prenašanju apnenca); – 9: sproščanje anorganskih aerosolov. Če predpostavljamo, da ima atmosfera bolj ali manj stabilno kemično sestavo, bi potem tako shematizirani model kroženja materije v ekosistemu predstavljal zaključen – zaprt ekosistem. Vendar take situacije v naravi praktično ni. Dejansko vsak ekosistem dobiva snov tudi z vhodi (vnosi, prilivi, vlaganji), ki prihajajo iz njegove soseščine (horizontalno in vertikalno vzeto) in jo prav tako izgublja z izhodi (iztoki, odlivi, iznosi). Vektorji premeščanja snovi Pri premeščanju snovi zunaj ekosistemskega kroženja ločimo tri (oziroma štiri) vektorje (načine premeščanja): a) Meteorološki vektor: medij je zrak v kombinaciji s težnostjo – gozd s tornostjo gornje ravnine krošenj prejema na ta način več vhodov kot bolj gladke površine (npr. polje): – padavinska voda, ki vsebuje trdne delce in raztopljene snovi, – lebdeči trdni delci, – aerosoli (npr. NaCl ob morski obali), – grobi, veliki delci. b) Geološki vektor: – tekoča voda s trdnimi delci in raztopljenimi snovmi (ne samo redni tokovi, ampak tudi in predvsem – poplave; npr. Nil pred gradnjo Asuanskega jezu!); – pronicujoča voda – vertikalno premeščanje, tvorba talnih horizontov (B), premeščanje v rastlinam nedosegljive globine (gnojenje na produ!); – talnica, ki premešča snovi lateralno – v tleh (to lahko spremeni meje, ki se zde veljavne za ekosistem na površju – Kras!); – koluvij (pobočno premeščanje skal, kamenja, grušča zaradi gravitacije). c) Biološki vektor: – živali (odpadki, kadavri, gvano: odlagališče kopno, hrana iz morskega ekosistema). d) Antropogeni vektor: – posredni tokovi (zračni, vodni polutanti), – neposredni tokovi (gradnja cest, odvoz pridelka s polja, lesa iz gozda, odstrel divjadi, gnojenje). Stanje ekosistema (razvojno, ravnotežno, obremenjeno) je mogoče izraziti z bilanco prilivov 14 in odlivov. Umetna (antropogena) odprtost ekosistema je lahko eno od meril za določanje narušenosti naravnega stanja in vodilo za praktične ukrepe pri gospodarjenju z naravnim virom kot npr. z gozdom, tlemi etc. (gl. Likens in Bormann 1995 – pristop po vodozbirnih območjih). O dinamiki kroženja materije oziroma o naravi (in stabilnosti) ekosistema mnogo pove tudi način, kako se v ekosistemu akumulira živa snov (biomasa). V tem so razlike med različnimi naravnimi ekosistemi (npr. gozd, trstičje), kot tudi v razvojnih stopnjah posameznega ekosistema (npr. pionirski, klimaksni stadij gozda). V primeru trstičja pretežni del rastlinske biomase (razen koreninski delov) odmre vsako leto in se vrača v kroženje (manj kapitala se obrača hitreje!). Taki dinamiki kroženja je prilagojen tudi živalski del ekosistema. Tudi rastlinska masa poljskega ekosistema odmira vsako leto – vendar ta sistem ni niti približno zaprt, ker človek odstranjuje s pridelki velik del biomase. Zaradi tako nastalega stalnega deficita je potrebno stalno gnojenje – za ohranjanje plodnosti tal. Hitremu kroženju materije v takih ekosistemih je prilagojen tudi način razgradnje biomase. Nasprotje sistemom s "hitrim obračanjem majhnega kapitala" je gozd, čeprav tudi tu nastopajo velike razlike: za popoln obrat biomase npr. je v tropskem gozdu potrebnih nekaj desetletij, v borealnem gozdu pa gre ta čas v stoletja. Temu ustrezajo tudi okvirne količine opada na ha: v borealnih sistemih (1 tona/leto), zmernih (5 do 6 ton/leto) in tropskih (11 ton/leto). Gozdni ekosistemi premikom nutrientov primerno razvijajo tudi ustrezne strategije (Erythronium americanum npr. zadržuje v času pomladnega spiranja 30 odstotkov letnih odlivov apnenca!). Gozdni opad je torej zelo pomemben za kroženje snovi v gozdnih ekosistemih, podrobnosti prikazujemo v preglednicah: 2.2.2–1, 2.2.2–2, 2.2.2–3. Preglednica 2.1.2–1: Porazdelitev makroelementov v nekaterih delih fitocenoze (gozd hrasta, bukve in gabra – Virelles, Belgija) v kg/ha (Duvigneaud, v: Reichle 1970, s. 214–215) 1. v vsej fitocenozi 2. podzemni deli 3. nadzemni deli K 342 97 245 Ca 1248 380 868 Mg 102 21 81 N 533 127 406 S 81 30 51 P 44 12 32 4. hlodovina in lubje 5. grmovje (nadzemno) 6. pritalno rastje 7. zeleni listi 8. listni opad 164 5 41 36 15 776 35 35 54 74 72 2 4 5 5 295 14 32 73 33 38 2 6 7 5 23 1 3 5 1 69 201 19 92 13 7 9. pritegnjeno v kroženje (letno) % 100 28 72 Preglednica 2.1.2–2: Deleži makroelementov v nekaterih nadzemnih delih fitocenoze (gozd 15 breze, bukve, hrasta in kostanja) v % (Duvigneaud 1971, s. 531) Breza 63 29 8 100 Krošnja z listi, vejami in sadeži Deblo Pritalno rastje Skupaj Bukev 50 49 1 100 Hrast 44 49 7 100 Kostanj 33 59 8 100 Preglednica 2.1.2–3: Teža posameznih delov gozdne vegetacije v kg/ha (Duvigneaud, v: Reichle 1970, s. 214–215) Vrsta Hrast Bukev Gaber Skupaj Zeleni listi % 1030 1040 1300 3370 2,4 3,4 3,3 3,0 Brstiči, vejice do 1 cm 1395 1252 2300 4947 Veje % Deblo % 3,2 4,1 5,9 4,4 12.435 28,0 9454 30,9 9069 23,2 30.958 27,5 Skupaj % 28.061 18.841 26.380 73.282 65,0 62,0 68,0 65,1 42.921 30.587 39.049 112.557 Preglednice prikazujejo izreden pomen gozdnega opada (listja, lubja, vejic, zeliščnega sloja) za kroženje snovi v gozdni fitocenozi: listje, ki tvori glavni del opada, ima v primerjavi s hlodovino po teži razmeroma zelo majhen odstotni delež, zato pa je nesorazmerno bogatejše po kemični sestavi. Steljarjenje torej napravi več škode kot razmeroma redko odstranjevanje hlodovine. Količina mrtve biomase v razmerju do deleža žive biomase je tudi kazalec razvitosti fitocenoze. Pri študiju snovi v krajinskih ekosistemih so torej najpomembnejše postavke: – optimalna koncentracija snovi, – časovna in prostorska porazdelitev ("kritični faktor"), – načini kroženja snovi, – načini akumulacije snovi, – načini obnavljanja snovi: prilivi in njihov način (antropogeni del), – načini odlivov (eksporta) – erozija, odplavljanje (antropogeni del). Biogeokemični cikli (H20, P, S, N, C) Z vprašanji globalnega energijskega toka so tesno povezani tudi razni globalni biogeokemični cikli, ki s tem da ostajajo v približnem ravnotežju, omogočajo življenje na Zemlji. Med temi cikli so najpomembnejši: ogljikov (vključuje CO2), dušikov, kisikov, vodni cikel, kalijev, fosforjev cikel itd. Temeljna značilnost snovi na Zemlji je njeno kroženje, ta neprestana izmenjava snovi je tudi osnova delovanja ekosistemov. V tem kroženju snovi so pomembni tako abiotski kot biotski dejavniki. Med biotskimi dejavniki imajo še posebej pomembno vlogo zelene rastline, ki zmorejo izkoriščati sončno energijo za delovanje in s tem povezano zajemanje snovi iz okolja in s tem povezan tok snovi skozi vse življenjske skupnosti v ekosistemih. Nič manj pa niso 16 pomembni razkrojevalci, ki razgrajujejo odmrlo organsko snov in tako vračajo razgrajeno snov tlem (v kopenskih ekosistemih) oziroma povečujejo delež sedimentov (v morjih). Različni kemični elementi so pomembno hranilo za rastline. Hranila so torej kemični elementi, ki sestavljajo organsko snov. Ločimo več skupin hranilnih snovi, ki jih prikazujemo v preglednici 2.1.2–4. Preglednica 2.1.2–4: Skupine hranilnih snovi in njihov odstotni delež v biosferi (Dickinson in Murphy 1998, s. 64) Element Glavni elementi Vodik Kisik Ogljik Oznaka Delež v biosferi H O C 49,7 24,9 24,8 ∑ 99,4 Makroelementi Dušik Kalcij Kalij Silicij Magnezij Fosfor Žveplo Aluminij N Ca K Si Mg P S Al Mikroelementi Na, Fe, Cl, F, J, Mn, Co, Cu, Zn, Va, Sn 0,270 0,073 0,046 0,033 0,031 0,030 0,017 0,016 ∑ 0,516 ∑ < 0,010 Glavne elemente, ki po količini izrazito prevladujejo, pridobijo rastline iz vode oziroma iz zraka, druge elemente pa pridobijo rastline spet iz vode, zraka ali tal. Hranilne snovi so ključne za uspevanje različnih oblik življenjskih skupnosti, po drugi strani pa lahko tudi ocenjujemo življenjske skupnosti kot enega izmed pomembnih dejavnikov, ki vpliva na kroženje snovi znotraj ekosistemov in med njimi. Spremembe, ki jih določene hranilne snovi v tem kroženju doživijo, so vezane na biotske in abiotske dejavnike, zato imenujemo vsa tovrstna kroženja z besedama biogeokemični cikli. Kemični elementi, ki krožijo skozi žive organizme, so bioelementi (Krebs 1994). Globalno vzeto, so na Zemlji biogeokemični cikli zaprti, snov kroži v organizmih, med njimi in neživim okoljem, cikli pa so v naravi uravnoteženi. Kemične elemente lahko razdelimo v različne skupine, glede na to kje na Zemlji prevladujejo kot vir. Nekateri se pojavljajo pretežno v atmosferi (ogljikovi oksidi, dušikovi oksidi), nekateri v kameninah (kalcij, kalij), nekateri raztopljeni v vodi (dušik, fosfor). V nadaljevanju si bomo ogledali najbolj značilne primere t.i. hidrosferskega, biosferskega in litosferskega cikla. 17 Vodni – hidrološki – cikel Vodni cikel poganja sončna energija. Gre za velike količine energije, ki vpliva na zakonitosti klime na Zemlji. Voda se v hidrološkem ciklu v različnih delih sveta pojavlja v vseh treh agregatnih stanjih: tekočem, kot led in kot hlapi. V oceanih je kar 97 odstotkov vse vode, sladke vode je le tri odstotke, od tega dva odstotka v ledenikih. Zato je v vodnem ciklu pomembno hitro in učinkovito kroženje. Razlike v temperaturi na površju Zemlje tako odločilno vplivajo na evapotranspiracijo in kondenzacijo. Voda v tleh in tekoča voda sta ključnega pomena za življenje. Ravnotežje se vzdržuje s padavinami na eni in evapotranspiracijo na drugi strani, ki predstavljata povratno zvezo med atmosfero in oceani ter tekočimi vodami. Kar 75 odstotkov vseh padavin pade nad oceani, 25 odstotkov nad kopnim. Ker del padavin odteče v oceane, je delež evaporacije iznad oceanov še višji: kar 84 odstotkov vse evaporacije poteka tu in le 16 odstotkov nad kopnim (Dickinson in Murphy 1998). Podrobnosti so v grafikonu 2.2.2–1. Površine jezer in rek torej le malo prispevajo k skupni količini vode, ki kroži v vodnem ciklu, zato pa so tem bolj pomembni ledeniki, saj vplivajo na klimo Zemlje. Vodni cikel je preprost. Zaradi energije sonca voda hlapi, vetrovi jo prenašajo nad različne dele Zemlje, kjer se s padavinami vrača na tla. Voda hranilne snovi iz kopenskih ekosistemov iznaša in v morske prinaša. Zaradi tega je lahko zanimiva primerjava med kemizmom tekoče in padavinske vode – pove nam, kako pomembno je kroženje hranilnih snovi – ali je kroženje znotraj ekosistema primerljivo z zunanjimi vnosi in iznosi. Eno najpomembnejših študij s tega področja predstavlja analiza v poskusnih zlivnih območjih Hubbard Brook (Likens in Bormann 1995). V večini primerov je delež vnosov in iznosov hranilnih snovi majhen v primerjavi s količinami, vezanimi v biomasi, ki krožijo znotraj ekosistema, a močno odvisen od stanja vegetacijske odeje oziroma ravnanja z njo. Grafikon 2.1.2–4: Vodni cikel v km3 × 103 (Dickinson in Murphy 1998, s. 74) Vodni hlapi v atmosferi (13) Padavine nad morjem (283) Premikanje vodnih hlapov z vetrom (36) ↓ ↑ Evaporacija iz morja (319) Oceanska voda (1,380.000) → ← Padavine nad kopnim (95) ↓ Površinski odtok in podzemna voda (36) ↑ Evaporacija in transpiracija (59) Voda v sedimentnih kameninah v bližini površja Zemlje (210.000) 18 Fosforjev – litosferski – cikel Fosfor je eden izmed makroelementov, čeprav so njegove količine v organizmih in potrebe po njem relativno majhne. Fosfor v obliki fosfatov (PO43–) je pomemben sestavni del RNA, DNA, fosfor najdemo tudi v maščobah organizmov in v kosteh. Fosfor ima ključno vlogo v energijskih prenosih pri fotosintezi in respiraciji v celicah prek molekul ATP (adenosin trifosfat). V neživi naravi pa ga najdemo v različnih kameninah in mineralih. V večini okolij je fosfor redek, pomanjkanje fosforja lahko zavira življenjske procese. Razen v prašnih aerosolih in slani pršici nad morji ni fosforja v atmosferi, zato temelji fosforjev cikel na izmenjavah med tlemi, vodo in živimi organizmi (Dickinson in Murphy 1998). Fosforjev cikel je razmeroma preprost, povratne zveze živega sveta so v njem manj pomembne kot v dušikovem ciklu. Fosfor v kameninah raztaplja padavinska in tekoča voda, vodni tokovi ta fosfor tudi premeščajo. Fosfor je kot fosfat na voljo rastlinam, ki ga vgradijo v svoje organizme. Po prehranjevalnem spletu je potem na voljo rastlinojedom in dalje mesojedom. Prek razkrojevalcev (različne bakterije) se potem fosfor kot fosfat (PO43–) spet vrača v okolje. Biološki del fosforjevega cikla je mnogo hitrejši kot njegov geološki in oceanski del. Dostopnost fosforja v tleh je odvisna od pH v tleh. V nevtralnih tleh je mnogo bolj dostopen kot v kislih ali bazičnih tleh (Dickinson in Murphy 1998), tu se namreč spremeni v netopno ali slabo topno obliko, ki rastlinam ni dostopna ali pa le slabo. Fosfat je anion in ga glina ne adsorbira. Ko se pH v tleh spremeni in ni več nevtralen, se fosfati vežejo z glinenimi delci in so tako nedostopni rastlinam. Izmenjava med živo in mrtvo organsko snovjo, tlemi in vodo je sicer mnogo hitrejša od počasnih geoloških procesov, vendar se, dolgoročno gledano, količine fosforja zmanjšujejo, saj ga odnaša tekoča voda v oceane, kjer se useda kot sediment na dno – okvirno 13 × 106 ton letno. Del fosforja se sicer lahko vrne na kopno (ptice, ki lovijo ribe), večji del pa se kopiči v morskih sedimentih in se v geoloških obdobjih, dolgih več milijonov let, lahko dvigne v gorotvornih procesih na površino, kjer ga atmosferski procesi zopet raztapljajo. V preteklosti je bil fosforjev ciklus uravnotežen. Toliko fosforja, kot se ga je raztapljalo iz kamenin in ga je bilo na voljo organizmom, toliko se ga je tudi vračalo. Hitrejši organski tok tega cikla je nadomeščala večja količina anorganskih rezerv. Šele človek je s svojim ravnanjem porušil to ravnovesje. Primer fosforjevega cikla v izbranem gozdnem ekosistemu prinaša preglednica 2.2.2–5, splošno shemo tega cikla pa grafikon 2.2.2–5. Preglednica 2.1.2–5: Letni fosforjev cikel v gozdnem ekosistemu v kg/ha (Likens in Bormann 1995, s. 109) Padavine Atmosfera Izpiranje iz korenin Tekoča voda Vgrajeno v fitomaso Opad listov Opad korenin Odtok po drevesu Izločki korenin Neto mineralizacija Vnosi v ekosistem 0,036 kg/ha min. min. Iznosi iz ekosistema Vezava v fitocenozi Izločeno iz fitocenoze 0,019 8,9 4,0 1,7 0,7 0,2 min. Prirastek zelenih rastlin: nadzemno 0,9, podzemno 1,4, skupaj 2,3 kg / ha. 19 Grafikon 2.1.2–5: Fosforjev cikel (po Odumu 1989, s. 117) Organizmi (organski fosfor) Vezava fosforja v rastlinah, bakterijah Izločki, odpadki, bakterije Raztopljeni fosfati Razgradnja: fizikalni in biološki procesi Erozija in preprevanje Sedimentacija Fosfatne kamenine Geološki procesi Sedimenti Fosforjev cikel je v naravi brez vpliva človeka v ravnovesju. Odnašanje v tekoče vode in morja se nadomešča z izpiranjem iz kamenin. V poskusni raziskavi v Hubbard Brooku so bili izhodi fosforja nekaj manjši (0,023 kg/ha) od vnosov (0,131 kg/ha). Žveplov – atmosferski in litosferski – cikel Danes so viri žvepla v atmosferi naravni in umetni. Z izrabo fosilnih goriv je človek najmočneje spremenil prav žveplov cikel, saj po Likensu in Bormannu (cit. Krebs 1994) danes ljudje sproščamo 160-krat več žvepla kot pred industrijsko revolucijo. Danes so količine umetno vnesenega žvepla v atmosferi že podobne količinam, ki tja pridejo po naravni poti, težava pa je, da je žvepla mnogo več nad industrijskimi središči. Preglednica 2.1.2–6: Razmerja med naravnimi in umetnimi viri v 1012 g S letno (po Krebsu 1994, s. 675) Viri žvepla v atmosferi Naravni Umetni Vulkani 20 Prah 20 Biotski procesi v močvirjih 65 Oceani 144 Človekova dejavnost 242 Žveplo, ki pride v atmosfero, tam oksidira v sulfat SO4 in se potem useda na tla. Po naravni poti pride žveplo v atmosfero z vulkanskimi izbruhi, prahom in z biološko razgradnjo. Velik 20 vir aerosolov, ki vsebujejo SO4, so oceani. Človek pa je z industrijskimi procesi bistveno povečal količine S v atmosferi. Preperevanje kamenin prispeva približno polovico žvepla, ki zaide v reke in jezera, druga polovica pride iz atmosfere. Na poti k oceanu je žveplo kot sulfat na razpolago zelenim rastlinam in prek njih zaide v prehranjevalne splete na višjih stopnjah ter prek razkrojevalcev spet postane dostopno rastlinam. Na koncu končuje žveplo svojo pot v oceanih, kjer se nalaga v sedimentih. Grafikon 2.1.2–6: Žveplov cikel v 109 kg S letno (po Krebsu 1994, s. 675) Atmosfera Mokri, suhi transport ↓ (84)↓ → ↑ (10) ↑ (187) Vulkani Biogeni plini Vsedanje ↓ (258) (20) Transport na kopno Biogeni (81) plini Transport v morje ← Morje Vulkani (20) Prah ↑ (93) Industrija Kopno ↓ Pirit (39) ↓ Hidrotermalni sulfidi (96) ↑ (22) ↑ (10) ↑ ↑ (149) Človeško delovanje ← (285) Izpiranje, erozija, reke Likens in Bormann (1995) ugotavljata naslednje značilnosti kroženja žvepla v gozdnem ekosistemu Hubbard Brooka. Žveplo je prevladujoči anion v padavinski in tekoči vodi. V obravnavanem ekosistemu je bilo 99 odstotkov žvepla je v tleh, en odstotek pa v živih organizmih. Vegetacija dobi kar 65 odstotkov žvepla s padavinami, štiri odstotke s preperevanjem, 31 odstotkov pa z neposrednimi vnosi iz atmosfere. V biomasi se akumulira deset odstotkov vsega prispelega žvepla, 90 odstotkov ga odnesejo vode. V raziskavi v Hubbard Brooku so bila ugotovljene naslednje značilnosti žveplovega kroženja: Preglednica 2.1.2–7: Razmerja med vnosi in iznosi žvepla v Hubbard Brooku (v kg/ha letno, Likens in Bormann 1995, s. 109) 21 Vir Padavine Plini in aerosoli Preperevanje Vodni odtok Biomasa Gozdna tla Vnosi (kg/ha/leto) 12,7 6,1 0,8 Iznosi (kg/ha/leto) Vezava (kg/ha/leto) 17,6 1,2 0,8 Iznos žvepla v ekosistemu Hubbard Brooka močno presega delež žvepla, ki se vrača v ekosistem prek opada. Razmeroma visok odstotek žvepla, ki vstopa v sistem iz atmosfere, opozarja, kako daleč lahko segajo vplivi onesnaženja, saj je Hubbard Brook gozdni ekosistem, več kot 100 km oddaljen od virov onesnaženja z žveplom. Ekosistem deluje kot filter za onesnaževanje z žveplom, ki ga človek spušča v atmosfero. To seveda ne predstavlja trajne rešitve, pač pa dolgoročno vodi v degradacijo ekosistema. Dušikov – atmosferski – cikel Zanj sta značilna tako atmosferski kot mineralni del cikla. Dušik (N) je pomemben sestavni del organskih molekul, sestavlja proteine in je pomembna sestavina struktur DNA in RNA v genih. V atmosferi je prevladujoč plin, saj sestavlja kar 79 odstotkov vseh plinov v ozračju. Vendar v tej obliki (N2) ni na voljo rastlinam in živalim, pač pa je dostopen le kot NH3 ali nitrat (NO3–). Ti obliki nastaneta z različnimi oblikami vezave dušika: 1. Biološka vezava dušika je najbolj pomembna. Različne bakterije (najbolj znane so Azotobakter, Frankia – ta živi v koreninah jelše, Rhizobium) in modrozelene alge ter drugi mikroskopski organizmi tako vežejo letno 54 × 106 ton dušika iz ozračja (Owen in Chiras 1990). V teh procesih se dušik veže z vodikom in nastaja NH3, ki ga druge bakterije spremenijo v nitrate. V tej obliki pa je dušik na voljo organizmom. Bakterije, ki zmorejo tako vezati dušik, živijo v koreninah določenih vrst rastlin, npr. stročnic (grah, detelja, fižol, soja, lucerna ...). Ta primer predstavlja eno najbolj pomembnih simbioz na Zemlji, brez katere bi bila primarna proizvodnja rastlin mnogo manjša, saj je pomanjkanje dušika lahko (poleg pomanjkanja fosforja) najbolj pomemben zaviralni dejavnik za rast in uspevanje rastlin. Ker vežejo te bakterije več dušika, kot ga potrebujejo rastline, ostane ta presežek v zemlji kot hranilna snov v tleh. Dušik, ki ga rastline s pomočjo bakterij vgradijo v svojo snov, kroži po prehranjevalnem spletu k rastlinojedom, mesojedom in na koncu prek razkrojevalcev spet v tla oziroma v ozračje. Organski material vsebuje veliko dušika. Dušikov cikel je zaradi velikih količin tega plina v ozračju zelo stabilen oziroma je bil stabilen, dokler ni vanj posegel človek, ki danes umetno dodaja dušikovemu ciklu velike količine. 2. Atmosferska vezava dušika. Je malo pomembna, saj predstavlja po ocenah (Nebel in Wright 1993) le okrog deset odstotkov biološke vezave, po drugih (Begon et al. 1990) pa le tri do štiri odstotke. Tu se dušik in kisik vežeta z energijo strel, ki se sprosti ob nevihtah. Ob tem nastajajo nitrati, ki prispejo s padavinami na zemeljsko površino. 3. Industrijska vezava dušika. Tu človek dovaja energijo za vezavo dušika z vodikom. V naslednji fazi izdeluje dušikove nitratne soli, ki jih uporablja za umetna gnojila. Do leta 2000 naj bi industrijska proizvodnja umetnih gnojil letno znašala okrog 100 × 106 ton. Že danes vežejo ljudje z industrijskimi procesi več dušika, kot ga je pred industrijsko dobo narava z biološko vezavo (Owen in Chiras 1990). Ti postopki, s katerimi vežejo dušik iz atmosfere, so dragi in zahtevajo veliko električne energije. Ker so povečani pridelki presegli vrednost vložene električne energije, je razumljivo, da so se umetna gnojila uveljavila v kmetijstvu v velikih količinah. Presežek dušika iz kmetijskih površin izpirajo padavine v reke, 22 jezera in podtalnico, kjer prihaja zaradi tega do evtrofikacije (povečevanja hranilnih snovi v vodi). Del dušika se useda kot sediment na dno oceanov, kjer ni več dostopen (razen če se vrne na kopno ob vulkanskih izbruhih). Te izgube dušika so neizbežne, saj so nitrati topni v vodi, hkrati pa so to anioni, ki jih koloidi v prsti ne morejo zadržati. Del nitratov v vodi je na voljo tudi morskim avtotrofnim organizmom. Del dušika se vrača na kopno tudi s pticami, ki lovijo morske ribe, kljub temu pa predstavljajo presežki nitratov enega večjih okoljskih problemov v svetu. Avtotrofni organizmi uporabljajo dušik v obliki aniona nitrata NO3– in v kationski obliki kot NH4+. Pomemben vir dušika, ki se vrača v atmosfero, pridobijo denitrifikacijski organizmi – zlasti bakterije – v tleh in oceanih. Mikroorganizmi z nitrifikacijo in denitrifikacijo vplivajo na stabilnost dušikovega cikla. Grafikon 2.1.2–7: Dušikov cikel (Odum 1989, s. 116) Atmosfera N2 Atmosferska vezava NOX Denitrifikacija Biološka vezava Emisija Gorenja NO3 Vračanje (ptice ribe) Izpiranje in odtok Biotska združba Asimilacija Nitrifikacija Reke in oceani Razgradnja NH3 N Industrijska vezava Globokomorski sedimenti Vulkani Zemlja Neživa narava in človek (Mikro)organizmi Grafikon 2.1.2–8: Dušikov cikel (Colinvaux 1986, s. 475) Atmosferski dušik 23 Moderna industrijska vezava Atmosferska vezava Biološka vezava Vulkani Atmosferska vezava Vulkani Kopno D e n i t r i f i k a c i j a Ocean Rastline Živali Živali Rastline Biološka vezava Raztopljeni dušik Mrtva organska snov Mrtva organska snov Anorganski dušik Anorganski dušik D e n i t r i f i k a c i j a Rečni odtok Sedimenti Skorja Raziskave v Hubbard Brooku prinašajo razmerja med vnosi in iznosi dušika. Razmeroma nizki iznosi opozarjajo, kako čvrsto gozdni ekosistem veže dušik v svoje kroženje. Preglednica 2.1.2–8: Razmerja med vnosi in iznosi dušika v Hubbard Brooku (v kg/ha letno, Likens in Bormann 1995, s. 79) Padavine Fiksacija iz atmosfere Tekoča voda Ogljikov – biosferski – cikel Vnosi v ekosistem 6,5 14,2 Iznosi iz ekosistema 4,0 Ogljikov cikel je ključnega pomena za življenje na Zemlji, saj igra ogljik pomembno vlogo v ključnih življenjskih procesih. Kroženje ogljika je povezano z energijskim tokom, ki teče skozi ekosisteme, saj je ogljik ena izmed osnovnih snovi, ki gradijo žive organizme. Ker 24 sestavlja rastline in živali pretežno ogljik, lahko trdimo, da je ogljikov cikel v bistvu odsev dogajanja v primarni in sekundarni proizvodnji. S tem ko so rastline v geološki preteklosti s fotosintezo vezale ogljik iz ozračja, so prispevale kisik v atmosfero. Ogljikov cikel poteka skozi štiri stopnje oziroma rezervoarje, ki so različno veliki. Količinsko najpomembnejša izmenjava C poteka med atmosfero in oceani ter atmosfero in rastlinskim svetom, molekula C ostane tako v atmosferi v povprečju le tri leta (Krebs 1994). 1. Atmosferski rezervoar V atmosferi je le 0,5 odstotka od vsega ogljika v biosferi. Kljub temu je izmenjava med ogljikom v atmosferi in biosferi tako hitra in intenzivna, da v naravi skoraj nikoli proizvodnja ni omejena zaradi pomanjkanja CO2. Čeprav je v spodnjih plasteh atmosfere – v troposferi – le 0,35 odstotka ogljika, ta delež popolnoma zadošča za primarno proizvodnjo rastlin. Ogljikov cikel je praktično cikel CO2. Letno nihanje CO2 v atmosferi je posledica fotosinteze, ki v prevladujočem delu sveta poteka v vegetacijski dobi, prav tako pa se sezonsko spreminja izmenjava CO2 med atmosfero in oceani. Tudi poraba fosilnih goriv niha različno v posameznih letnih časih. Na severni polobli so tako vrednosti CO2 v atmosferi nižje poleti in višje pozimi. Novejše ocene prinašajo razmerja v spremembah v ogljikovem ciklu zaradi dodatnih virov sproščenega ogljika, ki jih prikazujemo v spodnji preglednici: Preglednica 2.1.2–9: Spremembe v ogljikovem ciklu (v 109 ton C letno) in viri motenj (po Begonu et al. 1990, s. 708 in Krebsu 1994, s. 679) Emisije zaradi izgorevanja fosilnih goriv Uničevanje kopenskega rastlinstva ∑ Porast deleža CO2 v atmosferi Porast deleža CO2 v oceanih Neznani ponor ∑ Krebs (1994) 5,3 Begon et at. (1990) 4,8–5,8 1,0 6,3 0,3–1,7 5,1–7,5 2,9 2,2 (1,2) 6,3 2,9 2,5–1,8 (– 0,3)–(2,8) 5,1–7,5 Ta razmerja kažejo, kako se letno razporejajo presežki ogljika, ne pomenijo pa absolutnega deleža, saj je oceanski rezervoar C absolutno gledano daleč najpomembnejši. Prav tako je zanimiva primerjava med 6,3 × 109 ton ogljika (Begon et al. 1990: 5,1–7,5 × 109 ton), ki se ga letno sprosti zaradi človekove aktivnosti in okrog 100 × 109 ton ogljika, ki ga z respiracijo sprostijo živi organizmi (Begon et al. 1990). Čeprav so absolutni deleži umetno sproščenega ogljika majhni v primerjavi z naravnimi, vseeno že vplivajo na klimatske spremembe. Odprto tudi ostaja vprašanje 20-odstotnega ponora C, ki ga zdaj še težko razporedimo. Po Krebsu (1994) naj bi nekatere študije kazale, da se zaradi povečevanja deleža atmosferskega CO2 povečuje tudi rastlinska biomasa, to pa bi že lahko pomenilo, da lahko del omenjenega ponora pripišemo prav omenjenemu pojavu. 2. Geološki rezervoar Ogljik, vezan v geoloških formacijah, je prek razgradnje na voljo za procese v biosferi. Vendar so ti procesi v primerjavi z drugimi viri ogljika počasni. V geoloških procesih, kot sta litogeneza in preperevanje kamenin, vstopa C v povezavo z drugimi rezervoarji v biosferi. Ogljik v atmosferi je direktno in intenzivno povezan z oceanskim in biološkim rezervoarjem 25 C, povezava z geološkim rezervoarjem C pa je mnogo manj direktna in predvsem mnogo počasnejša, čeprav je človek s svojim delovanjem v zadnjih dveh stoletjih spremenil tudi ta razmerja, posledično pa tudi razmerja med drugimi rezervoarji ogljika. Velik del ogljika pa je vezan v organskem materialu, ki se je v geoloških procesih spremenil v fosilna goriva. Ocenjujejo, da predstavlja ogljik, vezan v premogu, nafti in zemeljskem plinu, več kot 20 odstotkov vsega ogljika (torej ogljika v biosferi in zgornji plasti litosfere). 3. Vodni rezervoar Tudi vodne rastline imajo na voljo dovolj ogljika, saj se ogljikov dioksid v vodi topi. Oceani vsebujejo mnogo več ogljika kot atmosfera, po ocenah od 40.000- do 60.000-krat več (Colinvaux 1986, Owen in Chiras 1990). Prav tako je pomembna kemično/biološka izmenjava med oceani in atmosfero, saj predstavlja okrog 60 odstotkov vseh izmenjav med celotno biosfero in atmosfero. Z naraščajočo temperaturo morja se topljivost ogljikovega dioksida le še zmanjšuje, kar predstavlja določeno težavo, saj posledično prispeva k učinku tople grede. Oceani tako vsebujejo velik delež vsega ogljika v biosferi, večina ga je v obliki karbonatov. Del tega ogljika se veže nazaj v ogljikov dioksid, del ga vračajo v atmosfero z respiracijo različni vodni organizmi, nekaj ogljikovega dioksida v vodi porabljajo zelene rastline in plankton pri fotosintezi. Največji del ogljika v morjih pa se nalaga na dno in počasi spreminja v sedimente (npr. kreda, apnenec), seveda merjeno v dolgih, geoloških obdobjih. Iz tega nastaja material, ki se ob geoloških procesih lahko dviga na površje, kjer ob vremenskih vplivih razpada, ob tem pa se spet sprošča ogljik in vrača v atmosfero. Seveda gre tu za proces, ki je v primerjavi z biološkimi procesi tako počasen, da ga pri izračunih lahko zanemarimo. Človek pa je z industrijsko revolucijo in še posebej v novejši dobi močno pospešil te procese. 4. Organski rezervoar Zadnji rezervoar ogljika je v ciklu je C, vezan v obstoječi organski snovi. Ta vključuje tako rastlinsko kot živalsko snov, čeprav prevladuje rastlinska. Deleži biomase na enoto površine se na Zemlji močno razlikujejo po posameznih biomih (Whittaker 1975), kljub temu pa pomanjkanje CO2 le redko omejuje primarno proizvodnjo, mnogo bolj pogosto so omejujoči dejavniki temperatura, vlaga in tla. Za nemoteno primarno proizvodnjo je najpomembnejša izmenjava med rezervoarjem ogljika v atmosferi in avtotrofnimi organizmi s fotosintezo in respiracijo. Za nemoteno ravnovesje v tej izmenjavi so pomembni vsi organizmi, še posebej pa moramo omeniti razkrojevalce, kot npr. bakterije, gljive, mravlje in termite, ki zmorejo razkrajati celulozo (les!) in drugo organsko snov. Brez njih bi mnogo ogljika ostalo vezanega in nedostopnega v lesu. Tako pa se pomemben delež CO2 vrača v atmosfero oziroma v vodni rezervoar. Tu pa je CO2 dostopen za izmenjavo med fotosintezo in respiracijo. V preteklosti sta bila dva nasprotna pojava – fotosinteza in respiracija – glavni gibali ogljikovega cikla med atmosfero, hidrosfero in biosfero. Njihovo izmenjavo prikazujemo z naslednjima formulama: atmosferski CO2 ↔ v vodi raztopljeni CO2 CO2 + H2O ↔ H2CO3 Litosfersko sproščanje ogljika lahko ponazorimo s preperevanjem apnenca, ob katerem se sprošča ogljik v vodo: CO2 + H2O + CaCO3 ↔ CaH2(CO3)2 26 Grafikon 2.1.2–9: Ogljikov cikel (Dickinson in Murphy 1998, s. 76) ZRAK TLA ← ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ → ← ← ← ← ← ← CO2 v ↑ atmosferi ↑ ↑ ↑ ↑ Asimilacija ↑ rastlin ↑ ↑ ↑ → → → → → ↓ ↓ ↓ Opad Transpiracija ↓ korenin ↓ → → ← ← ← ← ← ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ Respiracija ↑ rastlin ↑ ↑ ↑ → → → → ↓ Mrtvi ↓ ↓ organizmi ↓ → → → → ← ← ← ← ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ Respiracija ↑ živali ↑ ↑ ↑ ↑ Respiracija ↑ talnih ↑ organizmov → → → → ↑ Razkroj ↑ ↑ → → → → → → → → → Količinska razmerja v ogljikovem ciklu prikazujemo v preglednici 2.2.2–10. V preglednici lahko sledimo obema naravnima kroženjema – izmenjava med atmosfero in morjem ter atmosfero in kopnim. V virih sproščanja ogljika pa vidimo tudi dodatne deleže sproščenega ogljika, ki ga predstavlja človekova dejavnost. Preglednica 2.1.2–10: Letni ogljikov cikel v106 ton (Schneider 1989, s. 41) Količina (v106 ton) Atmosfera Ocean 740 + 3 letno 38.500 Zemlja – tla – fosilna goriva – biosfera 1.720 5.000–10.000 Prisotnost C glede na atmosfero 1 50–60 × 40.000 × Vezava Sproščanje Biološki in kemični procesi: 93 Fotosinteza: 110 Biološki in kemični procesi: 90 respiracija: 55 razgradnja: 55 izsekavanje: 2 raba fosilnih goriv: 5 207 Skupaj 203 Hranila in biogeokemični cikli v gozdnem ekosistemu Preglednica 2.1.2–11: Količine v biomasi in letni tok glavnih elementov v 55-letnem gozdnem ekosistemu v Hubbard Brooku (Likens in Bormann 1995, s. 109) Ca Mg 27 Na K N S P Cl Nadzemna biomasa Podzemna biomasa Snov na gozdnih tleh 383 101 372 36 13 38 Padavinski snovni vnosi Vnosi iz atmosfere in aerosolov Sproščena snov iz preperevanja Iznos snovi z vodnim tokom (∑) – raztopljena snov – delci Snov, ki jo veže vegetacija Opad listja in vejic Opad korenin Pritok skozi krošnje in po deblu Izločki korenin Neto mineralizacija Prirast nadzemne biomase Prirast podzemne biomase Prirast snovi na gozdnih tleh 2,2 * 21,1 13,9 13,7 0,2 62,2 40,7 3,2 6,7 3,5 42,4 5,4 2,7 1,4 0,6 * 3,5 3,3 3,1 0,2 9,3 5,9 0,5 2,0 0,2 6,1 0,4 0,3 0,2 * minimalno, a Količine v zalogi (kg/ha) 1,6 155 351 42 3,8 63 181 17 3,6 66 1256 124 Letni tok (kg/ha/leto) 1,6 0,9 6,5 12,7 * * 14,2 6,1 5,8 7,1 0,0 0,8 7,4 2,4 4,0 17,6 7,2 1,9 3,9 17,6 0,2 0,5 0,1 <1 34,8 64,3 79,6a 24,5a 0,1 18,3 54,2 5,8 0,01 2,1 6,2 0,6 0,3 30,1 9,3 21,0 34,2 8,0 0,9 1,9 0,1 20,1 69,6 5,7 0,03 4,3 4,8 0,8 0,12 1,5 4,2 0,4 0,02 0,3 7,7 0,8 34 53 78 * * * 0,04 * ? 0,02 0,01 0,01 8,9 4,0 1,7 0,7 0,2 ? 0,9 1,4 0,5 6,2 ? * 4,6 4,6 * * * * 4,4 1,8 ? * * * koreninski zajem Preglednica 2.1.2–12: Razmerja (v odstotkoh) med različnimi elementi za vodozbirno območje gozdnatega ekosistema v Hubbard Brooku (Likens in Bormann 1995, s. 109) Ca VIR Padavinski snovni vnosi 9 Vnosi iz atmosfere in aerosolov – Sproščena snov iz preperevanja kamenin in prsti 91 USKLADIŠČENJE IN IZGUBE Snov, vezana v biomasi – vegetacija 35 – gozdna tla 6 Vodni tok – raztopljene snovi 59 – delci <1 K Mg Na N S 11 – 89 15 – 85 22 – 78 31 69 – 65 31 4 68 4 17 5 2 <1 43 37 6 4 22 6 74 5 95 3 19 <1 90 <1 Padavinski vnosi so pomembno dopolnilo hranilnih snovi v gozdni ekosistem, še posebej če je malo snovi, nastale s preperevanjem. Še posebej za elemente N, S in Cl je pomemben vir tudi vezava iz atmosfere. Bilanca vnosov in iznosov kaže, da se je povečal delež N, S, P in Cl, zmanjšal pa delež Ca, Na, Mg in K. To zmanjšanje se nadomesti s preperevanjem snovi, ki je tako glavni vir Ca, Mg, Na in K v gozdnem ekosistemu. Velik delež (prek 40 odstotkov) kalija, dušika in kalcija, 28 pridobljenih iz meteoroloških virov in preperevanja, se veže letno v živi in mrtvi biomasi. Velik delež vezanega dušika je vezan na gozdnih tleh, nasprotno pa le nekaj odstotkov natrija in le malo več žvepla, vezanega v biomasi, večina ga iz ekosistema odnese vodni tok. Izločki iz korenin pomembno vplivajo na kroženje natrija, izpiranje iz krošenj in odtok po deblu je pomemben v kroženju žvepla in kalija, opad pa igra pomembno vlogo pri kroženju fosforja, dušika, magnezija in kalcija. Preglednica 2.1.2–13: Razmerja med vnosi in iznosi hranil za vodozbirno območje gozdnatega ekosistema v Hubbard Brooku (Likens in Bormann 1995, s. 74–75) Element Kalcij Magnezij Kalij Natrij Aluminj NH4 Sulfat Nitrat Klorid Fosfat Bikarbonat SiO2 Vnos 2,2 0,6 0,9 1,6 v sledeh 2,9 38,0 19,0 6,2 0,11 v sledeh v sledeh Iznos 13,7 3,1 1,9 7,2 2,0 0,34 52,8 16,1 4,6 0,02 7,7 37,7 + – 11,5 2,5 1,0 5,6 2,0 2,6 14,8 2,9 1,6 0,9 7,7 37,7 Meteorološki vnos je pomemben vir elementov, ki vstopajo v ekosistem, zlasti za S, pri katerem predstavljajo meteorološki vnosi kar 66 odstotkov od vsega S, ki ga letno vgradijo zelene rastline. Pomemben je tudi pri dušiku, kjer predstavlja meteorološki vektor 26 odstotkov vsega vgrajenega N. 29 2.1.3 Prostor Podobno kot materija in energija je tudi prostor ekološka spremenljivka, ki ima svoje značilnosti, zakonitosti in svoj vpliv na ekologijo sistemov. Prostor lahko obravnavamo kot omejen in neizčrpljiv, tj. v fizičnem smislu neuničljiv naravni vir, katerega se količinsko ne da ne povečati ne zmanjšati. Ko govorimo o prostoru, se moramo zavedati, da organizmi na določenem prostoru v bistvu tekmujejo za hranila, svetlobo ..., ki so na (v) določenem prostoru na voljo. Prostor v bistvu označuje mesto, kjer organizmi tekmujejo za različne vire (v gozdu je npr. teoretično še vedno dovolj prostora za še eno drevo in še eno, rast pa dejansko omejuje količina svetlobe in hranil in ne pomanjkanje fizičnega prostora). Seveda pa so pomembne tudi fizične lastnosti prostora. Vpliv prostora na ekologijo organizmov ali ekosistemov je mogoče deliti po treh vidikih: 1. po količini prostora, ki je na razpolago posameznemu organizmu, sistemu ali rabi, 2. po strukturi razpoložljivega prostora, 3. po prostorski porazdelitvi različnih vrst organizmov, sistemov, rabe. ad 1. Količina razpoložljivega prostora: Porazdelitev posameznih organizmov (etc.) v prostoru delno določa učinkovitost, s katero posamezni organizmi ali njihove populacije izkoriščajo energijo (to v enaki meri velja za rastline kot za človeška naselja!). Velika razpršenost posameznih osebkov vrste "A" in vrste "B", s katero se vrsta "A" hrani, pomeni, da morajo osebki vrste "A" potrošiti mnogo energije pri iskanju partnerja za razplod ali osebka iz vrste "B", s katerim se bodo nahranili, itd. Če so te razlike prevelike, bo vrsta izumrla – ker se ne more razmnoževati ali zaradi lakote, ker je energijska bilanca negativna. Podobna krivulja velja tudi za razdalje do krajev, v katere ljudje potujejo npr. na sobotne ali nedeljske izlete. Isto načelo razlaga tudi potrebnost naselitvenih koncentracij za razvoj človeške družbe (primer razpršenosti Eskimov ali centralizma inkovske družbe, ki se ni omejeval le na prenašanje novic po dobrem cesten sistemu, ampak tudi hrane!). Vendar take koncentracije predstavljajo energijski prihranek le do določene velikosti aglomeracij. Enako lahko razložimo nekdanjo potrebo po koncentričnem, ne pa stihijsko razpršenem načinu gradnje oziroma rasti naselij, kakršnega je prineslo obdobje avtomobilov. Tak način namreč zahteva mnogo večja energijska vlaganja ne le v gradnjo infrastrukture, ampak tudi za njeno delovanje in vzdrževanje. Negativno energijsko bilanco lahko povzroči tudi pomanjkanje prostora. Iz njega se namreč lahko razvije boj za življenjski prostor, v katerem organizmi ali sistemi potrošijo več energije, kot je racionalno – in prav tako propadejo. Povedano velja tudi za posamezne tipe rabe tal, ki jih pomanjkanje primernega prostora ali prostora sploh izriva na marginalne lokacije, kjer je treba marginalnost lokacije nadomestiti z velikimi energijskimi vlaganji. V stabilnih družbeno-gospodarskih razmerah take situacije sicer ne pomenijo propada družbe, kmetije ali posameznika, pač pa jih ob nesorazmerno visokih vlaganjih (dela, denarja), žrtvah in nizkem življenjskem standardu ovirajo v napredku, dokler se ob resnejših motnjah oziroma spremembah v družbeno-gospodarskem redu take situacije prve ne porušijo (primer celka). 30 ad 2. Struktura razpoložljivega prostora: Določenim vrstam ali rabi določen prostor ne ustreza, če nima vsaj del njega določene strukture. Da prežive, npr. mladiči mnogih vodnih živali, potrebujejo vodne plitvine – ne le zaradi ugodnejših svetlobnih in toplotnih razmer, ampak tudi zato, ker so tu varni pred večjimi plenilci (npr. ribami). Drugi prostorski faktor, ki ima mnogo implikacij za dinamiko vseh rastlinskih in živalskih populacij, je stopnja mozaičnosti (v nasprotju s homogenostjo) habitata. S stališča vrste A je bolje, da živi v homogenem okolju z isto klimo, topografijo, tlemi (bistvo poljedelstva, da ustvarja take pogoje) etc. V heterogenem okolju obstaja nevarnost, da se znajde osebek na zanj neprimernem mestu in zato propade. Vendar pestrost postavlja ovire tudi za nasprotnike organizma A. Tako se "škodljivci", vezani na eno drevesno vrsto, nikakor ne razmnože v katastrofalnem obsegu, če je vrsta v prostoru razpršena oziroma pomešana z drugimi. Situacija je povsem drugačna v velikih naravnih ali umetnih monokulturah. V tropskem deževnem gozdu je npr. mnogo drevesnih vrst in mnogo "škodljivcev", v borealnem pa malo drevesnih vrst z malo vrstami "škodljivcev", a veliko nevarnostjo njihove gradacije. Enako kot zaradi mozaičnosti prostora pestra distribucija različnih primarnih producentov pogojuje pestrost populacij herbivorov, tako slednja pogojuje pestrost distribucije predatorjev. Poleg tega pa pestrost habitata omogoča plenu skrivališče pred plenilci in tako onemogoča usodno preizkoriščanje plena – in tako omogoča njihov obstoj – skupaj z obstojem plenilca. Do določene stopnje to situacijo ilustrira primerjava med načinom rabe tal oziroma gospodarstva nasploh med že razmeroma zgodaj "specializirano" nižinsko kmetijo in celkom. Mozaičnost naravnih pogojev v hribovitem svetu je (med drugim) pogojevala mozaičnost rabe, ta pa razmeroma veliko avtarkijo (samozadostnost) in odpornost proti zunanjim vplivom (tako ekološkim kot tudi gospodarskim). Tako je imela gorska kmetija manjšo ekoamplitudo in nižje povprečje blaginje. Zaradi enostranosti gospodarjenja (npr. vinogradništvo) je lahko npr. pojav trtne uši proti koncu prejšnjega stoletja povzročil tako težke ekološke, gospodarske in socialne posledice na Štajerskem (Gorice, Haloze) – od zaraščanja vinogradov do izseljevanje v ZDA. Podobno tudi danes slaba letina na eno kulturo (riž, pšenica, koruza, banane, kava) orientiranega poljedelstva pretrese celotna nacionalna gospodarstva. ad 3. Prostorska porazdelitev različnih organizmov, vrst, rabe etc. Grafikon 2.2.3–1 prikazuje tri glavne stopnje prostorske porazdelitve za rastlinske vrste, ki pa jih je kaj lahko prilagoditi tudi drugim organizmom, rabi ali ekosistemom: a) slučajnostna porazdelitev vrst, b) pravilna (popolna) porazdelitev vrst (npr. zaradi alelopatskega delovanja na lasten podmladek), c) gručasta razporeditev (vrste prostorsko deljene zaradi ekoloških gradientov). Prostorska porazdelitev krajinskih elementov (od rastlin do rabe ali naravnega 31 ekosistema) je tudi pomemben krajinskoekološki moment. Za ekologijo oziroma razvoj prostorsko izoliranih ekosistemov (npr. gozda v agrarni krajini) je pomemben tudi "otoški učinek" prostora, ki vpliva na migracijo vrst. Grafikon 2.1.3–1: Različne stopnje prostorske porazdelitve rastlinskih vrst (po Begonu et al. 1990, s. 159) a b c x x x x x x x x x xx x x x x x x x x x x x x x x x x x x x xx xxx x x x x x x xx xxx xx xx xxx xx xxx xx x x x slučajnostna xx xxx x popolna gručasta 2.2.4 Čas Velik del življenja je posvečen tekmi s časom – za energijo, dokler ta ne postane nedostopna zaradi noči, konca letnega časa, vegetacijske dobe ali preprosto zaradi izčrpanja. Kar velja za vse žive organizme v naravnem okolju, velja tudi za človeka – enako za posameznika kot za vrsto. Nesluten razvoj človeštva je mogoče pripisati njegovi sposobnosti, da kopiči informacije in manipulira s presežno energijo. Pri tem se je opiralo najprej na energijo drugih (živali, sužnjev), na vodno energijo, kasneje pa predvsem na fosilno energijo, ki pa je omejena in izčrpljiva. Če torej človeštvu ne bo uspelo najti novih virov energije pravočasno, se bo v bistvu znašlo v podobnem položaju kot onemogla zver, ki si ne more več ujeti plena: resda ne bo nujno propadlo, bo pa v prihodnosti prisiljeno prilagoditi se normalnim (= tekočim) energijskim potencialom; ne le številčno, ampak tudi prostorsko. Presežna energija je namreč omogočila tudi prostorsko ekspanzijo človeštva. Prihodnost človeške vrste je torej v mnogočem odvisna tudi od izida tekme s časom za nove energetske vire oziroma za nove načine izkoriščanja starih virov. O zadostni količini časa, potrebnega za vzdrževanje življenja katerekoli rastlinske ali živalske vrste, odločata dve skupini dejavnikov, ki so povezani s časom: – dejavniki, ki označujejo prostor, – dejavniki, ki označujejo vrsto, ki naj bi ta prostor naselila. Vsako mesto na Zemlji je mogoče opredeliti z dolžino časa v dnevu, letu ali vrsti let 32 (semenska leta so npr. redkejša na severu), ki je primeren za potek določenega biološkega procesa. Dolžina vegetacijske dobe, v kateri so pogoji v coni tolerance, vpliva na količino biomase, ki nastaja. Če vrsta ne more akumulirati dovolj energije, ki bi ji omogočila obstoj do naslednjega obdobja, ko bo energija spet razpoložljiva, propade. V gozdarstvu precej operiramo s pojmom vegetacijske dobe, čeprav ga bolj uporabljamo za točkovno označevanje karakteristike določenega rastišča kot pa ploskovno (v smislu klimatopa), kar je bolj razvito v agronomiji (sadjarstvu, vinogradništvu etc.). Splošno sprejete opredelitve vegetacijske dobe nimamo. Kerner (cit. Rubner 1960, s. 146) jo enači z obdobjem brez snežne odeje. Za dolino srednjega Inna npr., navaja naslednje razlike: Nadmorska višina (m) 800 1000 1200 1400 Trajanje vegetacijske dobe (dni) 196 182 168 150 Praktično imamo v gozdarstvu vegetacijsko dobo za čas od olistanja do opada listja. Dejansko je ta doba daljša: Rubner (1960, s. 134) predlaga, naj bi znotraj vegetacijske dobe, ki v srednji Evropi traja nekako do oktobra, ločili še glavno vegetacijsko dobo – od začetka listanja do obarvanja, tj. od maja do vključno septembra. Schnelle (1955) navaja za vegetacijsko dobo v našem pasu vse dneve s povprečno dnevno temperaturo 10o C in več. Podobno kot vegetacijska doba na rastlinstvo vpliva na živalske vrste čas, ko so razmere za razvoj njihovega zaroda ugodne. Pomanjkanje časa ni le bolezen sodobnega človeka, ampak je ena od kritičnih omejitev za vsa živa bitja. Zlasti vpliva na premične živali: čas je potreben za iskanje ali zasledovanje plena, da si žival poišče partnerja za razmnoževanje, da si poišče skrivališče pred sovražnikom. Potreben je tudi za rast in razmnoževanje (za dosego spolne zrelosti). Če žival ni sposobna v daljšem časovnem povprečju nadomestiti energije, ki jo troši, bo propadla. Čas je zlasti kritičen za plenilce in parazite. Ker so v prehranjevalnem spletu više, je tudi njihova prehrana redkejša (kot tista za rastlinojedce). Zato se plenilci zanašajo na hitrost, ostre čute itd., paraziti pa na velikanske količine jajčec. Za plenilca je skrajšanje časa, ki ga ima na razpolago, da pride do plena, kombinirano z upadom gostote populacije plena, lahko usodno. Zato trajna raba pesticidov bolj prizadene insekte – sovražnike insektov, ki jih želimo uničiti, kot pa slednje. Vendar je čas lahko kritičen tudi za rastlinojedce, ki se morajo pasti večji del dneva, da dobe zadostne količine energije. Če se morajo npr. skrivati ali bežati, se čas, ki je na razpolago za pašo, lahko kritično skrajša. Različne vrste so prilagojene kratkemu času, ki ga imajo na razpolago, na različne načine: pri insektih izpadejo faze iz razvojnih ciklov ali pa pomanjkanje časa, potrebnega za iskanje samca, obidejo s partenogenezo. Druga možna adaptacija so redki, a veliki obroki (kače, klopi itd.). Pri obravnavanju časa kot prostorskega dejavnika moramo upoštevati zlasti naslednje postavke: – z razkosavanjem ekosistemov (habitatov) vplivamo tudi na obstoj ali propad živalskih vrst ravno zato, ker jih poleg drugega oviramo tudi v tekmi s časom; – čas je odločilen pri izbiri lokacije stanovanja, službe ali rekreacijskih površin (izohrone); 33 – čas je tudi odločilen vzrok za koncentracijo naselij ob starih jedrih (protipolicentrični moment); – čas je mnogokrat mogoče enačiti z energijo. Manipulacije s presežno energijo so tudi omogočile pojav prostega časa. 34 2.2.5 Pestrost Pestrost (vrst, sistemov, rabe) v določenem okolju je odvisna od: – velikosti teritorija, – geografske izolacije, – bogastva in pestrosti okolja. Pestrost katerekoli skupine stvari se izraža s številom načinov, na katere je mogoče te stvari (vrste, rabo, ekosisteme) kombinirati. Pri tako pojmovani pestrosti torej ne gre le za številnost (vrst), ampak predvsem za funkcionalni vidik njihovih možnih povezav (grafikon 2.2.5–1). Kot taka je pestrost pomemben dejavnik, ki povečuje verjetnost speciacije (nastanka dveh ali več vrst iz ene). Tudi izolacija je npr. dejavnik speciacije (celki, otoki). Dokazano je (Watt 1973), da so za študij pestrosti posebej pomembni otoki in da je pestrost odvisna od velikosti otoka. Bogastvo okolja praviloma narašča od polov proti ekvatorju. Osnovni pogoj za veliko pestrost vrst je njihova specializacija – to je zasedba ozko določene niše. Specializacija je torej dejavnik, ki omogoča trajno sožitje najrazličnejših vrst (in tudi rabe) če naj ne bi vplivale druga na drugo. Povečana pestrost torej pomeni večjo produktivnost, ta pa povečano stabilnost ekosistemov. S stališča krajinske ekologije je posebej zanimiva naravna pestrost prostora, vzroki za njen nastanek in pogoji za njen obstanek oziroma funkcioniranje (vrstna pestrost, ekosistemska = biotopska pestrost). S stališča prostorskega planiranja je posebej zanimiva funkcionalna pestrost kulturne krajine, tj. število ekosistemov – nosilcev funkcij in povezav med njimi, ki omogočajo trajnost funkcioniranja. V bistvu gre za konflikt med dvema sočasnima zahtevama v razvoju prostora: – zahtevo po čim večjem številu nosilcev različnih funkcij, kar prispeva k stabilnosti in povečani kvaliteti življenja v takem prostoru, a hkrati povzroča več medsebojnih akcij in reakcij (upoštevajoč, da vsi sistemi niso naravni!), ki rušijo ekološko stabilnost kulturne krajine; – zahtevo po specializaciji oziroma homogenizaciji kulturnega prostora, ki vodi v enonamenskost prostora (vse zazidano, vse polje, vse gozd itd.), to pa vodi v nove ekološke konflikte zaradi neupoštevanja ekoloških nians, s stališča ekološkega in gospodarskega razvoja pa v labilne specializacije. Pri analizi (kulturnega) prostora z ozirom na njegovo pestrost so najpomembnejše postavke: – število ekosistemov, – število nosilcev funkcij (ni nujno, da se ti števili ujemata, ker posamezni ekosistemi lahko opravijo več funkcij ali se med seboj zamenjujejo), – možni načini medsebojnih vplivov med ekosistemi (nosilci funkcij), – dejanski medsebojni vplivi ekosistemov, njihove smeri in velikosti. Pomemben dokument za zagotavljanje biotske pestrosti je Konvencija o biotski raznovrstnosti (poglavje 5.2.1). Bogastvo življenjskih oblik na vseh stopnjah je dober kazalec naravne pestrosti in ohranjenosti okolja oziroma človekovih vplivov nanj. 35 Grafikon 2.2.5–1: Primeri različne funkcionalne pestrosti ob slični vrstni pestrosti (po Wattu 1973, s. 85) • • • • • \|/ | /|\ • A • B • • • C ••••••••• • ••••• \|/\|/\|/ /|\ \|/ Rastlinojedci Rastline Mesojedci Rastlinojedci Rastline • • • • • • \|/ /|\/|\/|\ • D ••••••••• E • /|\ ••••• F Negativni vplivi na pestrost – primer izginjanja vrst NARAVNO IZGINJANJE VRST: – do sedaj je živelo na Zemlji okrog 500 milijonov vrst rastlin, živali in mikroorganizmov, – med evolucijo je izginilo okrog 490 milijonov vrst, – danes živi na Zemlji okrog pet do deset milijonov vrst, večina v tropih. VZROKI ZA IZGINJANJE VRST (ANTROPOGENI): – spremembe habitatov, – komercialni lov in nabiranje, – vnos tujih vrst, – kemično zatiranje in onesnaževanje okolja. EKOLOŠKA OBČUTLJIVOST ORGANIZMOV ZA IZGINJANJE: – kritična masa vrste, – specialisti pri hrani, – velikost osebka, – zahtevana velikost teritorija, – kako prenaša bližino človeka. PREPREČEVANJE IZGINJANJA VRST: – vzgoja v zooloških vrtovih, – zaščita vrst »in situ«, »ex situ«, – zaščita habitatov, – obnova habitatov, – ohranjanje funkcionalne pestrosti krajin oziroma prostora. 36 2.2.6 Človek kot ekološka spremenljivka Človek nastopa kot ekološka spremenljivka v okolju: – s svojimi vplivi, – s svojimi stanji. Človekovi vplivi so: – neposredni (npr. posegi v ekosisteme s povsem določenim namenom, da bi spremenili naravne razmere in jih prilagodili npr. za kmetijstvo, naselitev, promet itd.), – posredni (npr. vse vrste onesnaženja okolja – zraka, vode, tal itd.). Človekovi posredni vplivi zavzemajo že globalne razsežnosti. Tudi neposredni posegi zavzemajo že večino kopnega, ki jim je posebej izpostavljeno (40 odstotkov kulturnega in 60 odstotkov praprostora na zemeljski površini (Vink 1975). Človekovi neposredni posegi so lahko: – radikalni (naenkrat spremene vse ekološke odnose – npr. krčenje gozda in pozidava), – delni (vplivajo na posamezno ekološko spremenljivko in prek nje na celoten ekosistem – npr. spremembe vodnega režima), – kumulativni (v svojih delnih učinkih skoraj ali sploh nezaznavni, zato pa tem nevarnejši v kumulativnem delovanju, ko se ne seštevajo, ampak množe). V nasprotju z neposrednimi človekovimi vplivi na okolje, ki so praviloma namerni, hoteni – največkrat povezani z določenim posegom, ki ima spet določen cilj, so posredni vplivi največkrat povezani s cilji človekovega gospodarjenja s prostorom – oziroma jim nasprotujejo. Nastajajo kot stranski produkt povsem drugih procesov (industrije, poselitve, razvoja infrastrukture itd.) in jim je mnogokrat težko slediti do izvora. V nasprotju z neposrednimi (= akutnimi) so posredni največkrat kronični – prav tako njihove posledice, ki se pokažejo šele s časom ali ob posebej neugodnih situacijah. V bistvu se večji del znanosti o okolju ukvarja z učinki človekovih posegov v ekologijo prostora. Antropogene dejavnike smo izločili kot posebno kategorijo ekoloških spremenljivk, ker imajo tudi oni svoje splošno veljavne zakonitosti, ki pa niso le biološke (vpliv narave na človeške skupnosti), ampak tudi družbene narave. Gre za procese, povezane z razvojem družbe ali njenih delov, ki so v svojih učinkih na okolje praktično univerzalni. Enako kot količina organske snovi, nakopičene v ekosistemu, je namreč pomemben tudi podatek o razvojnih smernicah človeške skupnosti, ki so s temi ekosistemi gospodarile ali še gospodarijo. Splošna oznaka demografskega stanja ali procesov, ki jim dajemo oznake, kot. npr. prenaseljenost, urbanizacija, deagrarizacija, ostarelost prebivalstva itd., namreč z univerzalno veljavnostjo napoveduje smer in intenzivnost človekovega vpliva na dano okolje. Poznavanje antropogenih dejavnikov je enako nepogrešljivo za potrebe načrtovanja gospodarjenja s prostorom kot upoštevanje katerekoli druge ekološke spremenljivke. Pri obravnavanju človeških dejavnikov v ekologiji okolja skušamo torej oceniti in prikazati: – neposredne učinke, – posredne učinke, 37 – – – – kumulativne učinke, gostoto in dinamiko poselitve, stanje populacije, kot npr. staranje, upad natalitete, nepravilnosti v strukturi, družbeno specifiko, kot npr. socialno, izobrazbeno, poklicno strukturo prebivalstva, lastniške donose, – procese, kot so urbanizacija, deagrarizacija etc. Nekateri vplivi človekovih motenj na okolje Ljudje vplivamo danes na vse ekosisteme. Človek spreminja tokove snovi in energije, posredno in neposredno vpliva na življenjske razmere številnih vrst ter vpliva na zgradbo, delovanje in spremembe ekosistemov. Ti vplivi so se začeli z uporabo ognja, z začetki poljedelstva in živinoreje, z nastankom mest. Industrijska revolucija je le pospešila omenjene procese in z novo tehnologijo le povečala njihov vpliv. Z začetki poljedelstva in živinoreje ter z gradnjo mest je človek začel oblikovati kulturno krajino. Če je želel pridobiti dovolj zemlje za pridelavo hrane in naselitev, je moral spreminjati obstoječe ekosisteme. Tako so se začele prve krčitve gozdov. Gozd se zaradi svojega dolgega življenjskega cikla mnogo teže upira pogostemu delovanju ognja in paši kot travinje. Paša je, zgodovinsko gledano, eden najstarejših pritiskov na nekdanji gozdni prostor. Antropologi postavljajo začetke živinoreje v čas nekje 10.000 pr. Kr. v rodovitna porečja Azije. Prostor med Nilom, Evfratom in Tigrisom se ni zaman imenoval “rodovitni polmesec”. Z rejo domačih živali pa so se začeli pritiski na okolje, saj je krčenje rastlinja, zlasti gozdov, pripeljalo do nezadržne erozije. Številne predele nekdanje blaginje v sredozemskem bazenu pokriva danes puščava ali vsaj slabo rodovitna tla. Pretirana paša prizadene sicer najprej rastlinje, posredno pa tudi organizme na višjih prehranskih stopnjah in tudi talne mikroorganizme. Poleg paše je ravno izsekavanje gozdov v veliki meri povzročalo spremembe v okolju, ki so lahko lokalno že zgodaj imele negativen vpliv, globalno pa se srečujemo s tem problemom v naših časih. V drugi polovici 20. stoletja smo bili priče tudi povečanemu obsegu sečnje povsod po svetu razen v Evropi (Stanners in Bourdeau 1995) zaradi naraščajočih potreb po lesni masi in v nerazvitem delu sveta tudi zaradi potrebe po kurjavi in novih obdelovalnih površinah ter dohodku od prodaje lesa. Zaradi močnih izsekavanj gozdov upada biotska pestrost. Po ocenah (Dickinson in Murphy 1998) naj bi po letu 1600 izumrlo štiri tisoč vrst sesalcev in 250.000 vrst rastlin. Intenzivne sečnje močno zaznamujejo tudi delovanje gozda. Navadno se močno poveča erozija prsti, humusa in opada, poslabša se zgradba prsti, poveča se hitrost odtoka vode in s tem tudi odnašanje hranilnih snovi in sedimentov, poveča pa se hitrost vetra in s tem tudi eolska erozija. Zaradi ogolelih tal se lahko poveča tudi vpijanje temperature. Če odstranimo gozd na določeni površini, se zmanjša transpiracija, s tem pa tudi delež vlage v zraku; zaradi tega postaja klima v določeni regiji vedno bolj suha. Zaradi vse močnejšega delovanja človeka lahko govorimo o globalnih okoljskih spremembah. V naravi so spremembe nekaj najbolj navadnega. Evolucija planeta je sestavljena iz nenehnih sprememb v življenjskem okolju in prilagoditev organizmov tem spremembam. Z evolucijo se 38 spreminjajo tako biotske kot abiotske danosti, pri čemer velja, da je klima ključni dejavnik, ki regulira te spremembe. Z vidika geološke evolucije Zemlje je obdobje, ko na njej deluje človek, časovno nepomemben drobec. Res pa je, da so ljudje postopno razvijali sposobnost, kako upravljati presežno energijo, in so tako v zadnjem stoletju močno pospešili številne procese, ki vplivajo danes na globalne klimatske in druge spremembe. Velikost in razvoj teh sprememb je težko ocenjevati, saj so spremembe rezultat številnih dejavnikov, katerih učinki se pogosto množijo, včasih pa tudi blažijo. Hkrati pa je ocenjevanje zgradbe, delovanja in še posebej reakcij ekosistemov na spremembe v okolju zelo težavno. Zgradbene spremembe (npr. deležev različno spremenjenih/vplivanih, zaprtih, odprtih ekosistemov) šele povzroče funkcionalne spremembe v celotnem okolju. Prvi pomemben dejavnik, ki navadno odločilno zaznamuje spremembe, so spremembe v toku energije. Po eni strani lahko zaradi povečanega onesnaženja ozračja zemeljska površina prejme manj energije sončnega obsevanja, po drugi strani pa lahko zaradi toplogrednih plinov temperatura tudi naraste. Posledice temperaturnih sprememb se navadno kažejo tudi v spremembi vlažnosti. Drugi pomemben dejavnik so spremembe v snovnih tokovih. Človeške dejavnosti značilno zaznamujejo snovne vnose in snovne iznose iz ekosistemov (npr. vnosi umetnih gnojil in škropiv v intenzivnem kmetijstvu), s tem pa pomembno zaznamujejo delovanje živih organizmov, od proizvajalcev do razkrojevalcev. Spremembe v biogeokemičnih ciklih Vodni cikel Porast temperature na Zemlji bi zaradi povečanega topljenja ledu (ledeniki, polarni kapi) izrazito vplivalo na klimatske spremembe in s tem tudi na spremembe v padavinah in posledično spremembe v evaporaciji na Zemlji. Fosforjev cikel Človek je posegel v ta ciklus z izdelavo umetnih gnojil in praškov, ki jih izdeluje z izkoriščanjem anorganskih kamenin, bogatih s fosforjem. Velike količine tako sproščenega fosforja, ki ga uporablja intenzivno kmetijstvo, se tako vračajo v kmetijske ekosisteme, z izpiranjem pa vstopajo v tekoče vode, jezera in morja. Povprečni iznos fosforja s kmetijskih površin zaradi erozije ocenjujejo na 34 ton/km2 letno (Owen in Chiras 1990). Podobno nevarnost predstavlja sečnja tropskega gozda. Zanj je v razmerah brez motenj značilno tako rekoč stotodstotno kroženje hranilnih snovi; na izsekanih površinah pa padavine intenzivno izpirajo hranilne snovi v tekoče vode. Ta presežek fosforja vodi do t. i. evtrofikacije tekočih voda (povečana rast alg). Žveplov cikel Z izgorevanjem fosilnih goriv se je pojavila sprememba v žveplovem ciklu. SO2 v atmosferi oksidira in tvori žveplasto kislino, ki se kot kisle padavine (pH je nižji kot 5,6) vrača na Zemljo. Kisli dež učinkuje tako na vodne kot kopenske ekosisteme. Jezera se tako lahko zakisajo, kar vpliva na življenjske razmere v njih. To še posebej velja za predele na granitni podlagi, ki so odporni na preperevanje in se kisli dež ne more nevtralizirati v njih. Med kopenskimi ekosistemi so še posebej občutljivi gozdovi. Glavni učinek SO2 se ne kaže neposredno na listih, pač pa na gozdnih tleh. Tla se postopno zakisajo. Za smreko je ugotovljeno, da žveplene koncentracije in prav tako koncentracije nitratov zmanjšajo delež 39 kalcija, kalija in magnezija, ki jih lahko absorbirajo korenine dreves (Krebs 1994). Posledica so orumenele iglice, ki kmalu tudi začno odpadati. Zaradi zmanjšane vitalnosti so drevesa tudi bolj občutljiva za napade škodljivcev in bolezni. Dušikov cikel Človek je s svojimi aktivnostmi močno vplival na dušikov cikel. Velike količine industrijsko proizvedenega dušika so danes tudi vzrok za porušeno ravnovesje v dušikovem ciklu. Zaradi obsežnih sečenj gozdov se je močno povečal delež nitratov v bližnjih vodotokih. Z uvajanjem motorjev z notranjim izgorevanjem se je povečal tudi delež dušikovih oksidov (NOx), ki so aktivni in vplivajo tako na nastanek kislih padavin kot tudi na uničevanje ozonskega plašča. Ogljikov cikel Tu gre za ogljik, ki bi se po naravni poti sproščal zelo počasi, z industrijsko revolucijo pa je človek to sproščanje močno pospešil. Prav te dodatne količine sproščenega ogljika so odločilno vplivale na spremembe v ogljikovem ciklu in v atmosferi. Tako je delež ogljikovega dioksida v atmosferi v zadnjih 200 letih narasel za 15 odstotkov, s tem pa je močno vpival na t. i. pojav tople grede, na katerega pa vplivajo poleg C tudi dušikovi oksidi, metan in različne spojine fluora in ogljika. Strokovnjaki ugotavljajo, da je ob koncu 20. stoletja povprečna temperatura površja Zemlje od 0,3 do 0,7o C toplejša kot pred industrijsko revolucijo. Podvojitev koncentrcije C02 v atmosferi glede na doseženo stopnjo bi dvignilo temperaturo za 3,5 do 4,1o C (Begon et al. 1990), to pa bi močno spremenilo klimatske razmere in posledično možnosti za življenje na Zemlji. Zaradi intenzivne porabe fosilnih goriv se tudi absolutno povečuje delež CO2 v atmosferi. Če bi se ves tako sproščeni CO2 nabiral v atmosferi, bi se tu moral delež CO2 povečevati za 0,7 odstotka letno (Krebs 1994). Strokovne ocene pa kažejo, da raste delež nekoliko bolj počasi, in sicer za 0,4 odstotka letno. Nekateri avtorji menijo (cit. Krebs 1994), da preostali CO2 vstopa v oceane, čeprav poteka ta izmenjava le na morskem površju. Velik del ogljika je v oceanskih globinah, izmenjalni čas za celoten oceanski ogljik ocenjujejo na 350 let. Drugi dodatni vir, ki vpliva na rast CO2 v atmosferi, je uničevanje kopenske vegetacije, še posebej globalno zmanjševanje deleža gozdov. Strokovne ocene za leto 1980 so, da se je zaradi sečnje tropskih gozdov in trajne spremembe teh površin v pašnike povečala količina C za 0,4 do 1,6 × 1015 g (Krebs 1994). Sečnja in požiganje takoj vplivata na sproščanje CO2, zaradi razkroja ostankov vegetacije pa se postopno sprošča še nekaj CO2, nekaj pa se ga sprosti še s povečano erozijo ali mehaničnim odstranjevanjem prsti. Spremembe v zgradbi atmosfere in njihove posledice Povečanje količine plinov, ki vplivajo na t. i. učinek tople grede Spremembe v atmosferi lahko pripisujemo dvema dejavnikoma. Po eni strani gre za dolge ciklične spremembe, ki se vršijo celotno evolucijsko obdobje. Na drugi strani močno vpliva na spremembe človek. Klimatske spremembe se dogajajo znotraj letnega cikla, prav tako pa tudi v posameznih letih. Zato meteorologi pod pojmom klima razumejo značilnosti vremena nad določeno regijo v obdobju, ki traja vsaj 30 let. Veliko težavo predstavljajo znanstvenikom ravno ta velika dnevna in sezonska pa tudi letna nihanja, ki otežujejo točne napovedi gibanja. Tovrstne spremembe so lahko posledica sprememb v gibanju sonca in njegovem sevanju, seveda pa tudi delovanja človeka, zaradi katerega je prepustnost atmosfere lahko različna. Dandanes je mreža opazovanj klimatskih sprememb v svetu dovolj razvita in tudi traja že kar dovolj dolgo, da lahko na podlagi rezultatov tovrstnih opazovanj izdelamo določene zaključke in nakažemo možne smeri gibanja. Vsebnost različnih plinov so znanstveniki analizirali že v 40 vzorcih iz zračnih mehurčkov, ujetih v ledu z Grenlandije in obeh polov. Na podlagi tovrstnih opazovanj lahko zanesljivo ugotovimo, da se je zgradba plinov v atmosferi v zadnjih 200 letih značilno spremenila, s tem pa so povezane tudi temperaturne spremembe. Grafikon 2.2.6–1: Naraščanje toplogrednega plina metana (v ppm), ujetega v zračnih mehurčkih kristalov ledu z Grönlandije (po Graedelu in Crutzenu 1989, s. 33) ppm 1750 • • • • • • • • • • • • 750 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 500 leto 1800 2000 Grafikon 2.2.6–2: Naraščanje deleža CO2 (v ppm) na Havajih v zadnji četrtini 20. stoletja (Colinvaux 1993, s. 593) ppm 360 310 leto 1960 1980 2000 CO2 morajo rastline porabljati s fotosintezo enako hitro, kot se proizvaja z respiracijo in oksidacijo (sežiganjem), sicer bi se pričel nabirati v atmosferi in povzročil pregretje planeta. Prav to pa je eden najresnejših človekovih vplivov na zemeljsko okolje. Grafikon 2.2.6–1 opozarja, da po letu 1800 zaradi delovanja človeka v atmosferi narašča delež metana. Ogljikov dioksid nastaja pri izgorevanju fosilnih goriv, veže pa se pri fotosintezi. Z industrijsko revolucijo narašča poraba fosilnih goriv, obsežne krčitve gozdov po 41 svetu pa zmanjšujejo delež zelenih rastlin, ki lahko vršijo fotosintezo. Metan prav tako nastaja pri izgorevanju, pri razkrajanju organskih snovi, predvsem pa so glavni vir metana črede živine – prežvekovalcev in bakterije, saj ustvarijo bakterije okrog 58 odstotkov vsega metana na Zemlji (Groombridge 1992). Rezultati raziskav (Dickinson in Murphy 1998) sicer kažejo, da so vrednosti obeh plinov v preteklosti občasno že nihale, kar pomeni, da lahko do takšnega povečanja pride tudi po naravni poti. Skrb pa zbuja dejstvo, da je hitrost teh sprememb v zadnjih dveh stoletjih bistveno večja, kot bi bila, če bi se spremembe vršile po naravni poti, poleg tega pa so njune koncentracije sedaj višje kot v preteklih 160.000 letih (Meadows et al. 1992). Ogljikov dioksid in metan sta ključna plina, ki vplivata na t. i. učinek tople grede. Značilno zanju je, da bolje prepuščata energijo krajših valovnih dolžin, zadržujeta pa energijo daljših valovnih dolžin. Tako bolje prepuščata sončno energijo, ki prodira skozi atmosfero in ogreva zemeljsko površino, kot pa energijo, ki jo vrača Zemlja, saj sestavlja zemeljsko sevanje večji delež energija iz dolgovalovnega dela spektra. Tako ostaja ta del spektra (infardeče sevanje ali toplota) ujet v troposferi pod plastjo omenjenih plinov. Posledica tega pojava je prekomerno ogrevanje ozračja. Globalno vzeto, je bilo naslednjih osem let najtoplejših (prikazano v naraščajočem zaporedju) v našem stoletju (Meadows et al. 1992): 1980, 1989, 1981, 1983, 1987, 1988, 1991, 1990). Kljub temu je težko znanstveno zanesljivo napovedati posledice teh sprememb na sedanjo in prihodnjo klimo, vsekakor pa pomenijo trenutna gibanja resno grožnjo za delovanje biosfere in življenje v številnih ekosistemih v sedanji obliki. Delež ogljikovega dioksida v zraku je razmeroma majhen, zato spremembe v deležu tega plina absolutno gledano niso velike, saj predstavljajo komaj 0,1 odstotka v skupni količini vseh plinov; relativno pa je delež tega plina že za okrog 35 odstotkov višji kot pred industrijsko revolucijo. K učinku tople grede prispeva ogljikov dioksid danes okrog 60 odstotkov. Še hitreje narašča delež metana, ki ga je v atmosferi že za 145 odstotkov več, dušikovih oksidov je za okrog 15 odstotkov več, klorfluorogljikov – CFC – pa je za okrog pet odstotkov letno. Tovrstno povečanje vseh omenjenih plinov močno vpliva na sedanje in prihodnje klimatske spremembe. Zaradi povezanosti številnih dejavnikov in nepredvidljivosti vremenskih sprememb govorimo lahko le o okvirnih pričakovanih spremembah. Tako naj bi se po mnenju številnih meteorologov temperatura, globalno vzeto, dvignila od 1o C pa do 5o C, v povprečju za 2o C do leta 2050, največje spremembe naj bi doživele dežele pri obeh polih, najmanjše pa pokrajine okrog ekvatorja. Gibanja, ki so jih potrdili meteorologi na severni polobli, kažejo, da se sicer stratosfera ohlaja, da pa se rahlo do zmerno ogrevajo zgornje plasti troposfere, prizemne plasti zraka, tla in zgornje plasti oceanov. Dnevni temperaturni razpon je nekaj manjši. Zaradi povečanja temperatur se bodo spremenili padavinski režimi, pričakujemo pa lahko tudi vedno več ujm v določenih predelih sveta (El Niño ...). Po scenariju Svetovne meteorološke organizacije za južno Evropo, kamor sodi Slovenija, naj bi se temperatura do sredine 21. stoletja v povprečju dvignila za 2 do 3o C. Višje temperature bodo vplivale na dvig gladine oceanov, hkrati pa naj bi se predvidoma zmanjšale možnosti za preživetje številnih vrst. Za majhno Slovenijo je pomemben tudi pričakovani pomik vegetacijskih pasov, in sicer v smeri jug–sever od 200 do 400 km na sever in 150 do 200m po nadmorski višini navzgor za vsako oC. Zaradi hitre spremembe temperatur, ki se jim bo zlasti rastlinski svet težko prilagajal, bodo rastline ogrožale številne bolezni in škodljivci, še posebej povsod tam, kjer so zaradi nenaravne zgradbe tovrstne težave že sedaj prisotne. Po drugi strani se je pojavilo tudi razmišljanje, v kolikšni meri lahko gozdovi delujejo kot medij, ki veže dodatni ogljikov dioksid. Del “presežka” ogljikovega dioksida vežejo oceani, večina pa ga še vedno konča v atmosferi. Gozdovi naj bi tako vezali atmosferski ogljikov 42 dioksid in ga prek fotosinteze spreminjali v lesno biomaso. Povečan delež ogljikovega dioksida in dušikovih spojin, ki imajo gnojilni učinek, naj bi po mnenju strokovnjakov (Stanners in Bourdeau 1995) vplival tudi na hitrejše priraščanje določenih dreves. Evropski gozdovi vsebujejo okrog 2,8 Gt C v drevesih in opadu, to je približno količina ogljika, ki ga z izgorevanjem fosilnih goriv v štirih letih oddajo v zrak dežele Evropske skupnosti. Tej količini ogljika v gozdovih moramo prišteti še tri do štiri Gt C v gozdnih tleh (Stanners in Bourdeau 1995). Kljub temu predstavlja omenjena količina ogljika le delček v primerjavi z 200 do 250 Gt C, vezanega v vseh gozdovih zmernega podnebnega pasu. Ogljik naj bi najbolje vezale drevesne vrste, ki hitro rastejo, iz katerih pa izdelujejo izdelke s kar najdaljšo dobo trajanja. Kljub temu razmišljanje v to smer ne more voditi k trajni rešitvi, saj je tok ogljika skozi gozdove mnogo premajhen v primerjavi s količinami, ki nastajajo ob izgorevanju fosilnih goriv. Gozdovi naj bi tako po nekaterih ocenah (Stanners in Bourdeau 1995) uskladiščili med 85 in 120 Mt C letno. To pa znaša le okrog pet odstotkov C, ki ga pošljejo v zrak različni emitenti. Svojevrstno težavo predstavljajo tudi prekomerne sečnje gozdov v različnih delih sveta, saj se ob ekstenzivni rabi (npr. kurjava) začne sproščati C, vezan v lesu. Tovrstna raba gozdov tako celo pospešuje delež sproščenega C. Okrog 40 odstotkov vezave ogljika pri fotosintezi izvedejo alge in bakterije, še posebej so pomembne vrste v oceanih. Bakterije prav tako vežejo atmosferski ogljikov dioksid anaerobno. Pomemben delež prispevajo tudi gljive, ki razkrajo les, saj sproščajo okrog 85 bilijonov ton ogljika (kot ogljikov dioksid) v atmosfero vsako leto (Groombridge 1992). Upadanje debeline ozonskega plašča Ozonska plast, ki leži med 15 in 45 km visoko na zgornji plasti atmosfere, absorbira praktično vse ultravijolično sevanje sonca. To sevanje bi bilo sicer lahko škodljivo za zdravje organizmov, če bi prispelo na Zemljo v prevelikih količinah. Ozon (O3) nastane s fotokemičnim razpadom molekule kisika (O2) v atom kisika, ki se potem veže z drugo molekulo kisika v ozon (O3). Ozon veže ultravijolični spekter sevanja, hkrati pa je tudi kemično močno nestabilen in aktiven, saj oksidira skoraj vse, s čimer pride v stik. Zato je ozon v spodnjih plasteh atmosfere lahko celo škodljiv, a k sreči kratkoživ onesnaževalec. V stratosferi ozon ves čas nastaja iz molekul kisika s pomočjo energije sonca, tu se ozonska plast obnavlja. V ozonski plasti je tako dovolj ozona, da zadržuje ultravijolično energijo sončnega sevanja, še posebej t. i. UV-B valovno dolžino, med 0,27 in 0,32 µm (UV-A = 0,32µm – 0,4µm, UV-C = 0,2µm – 0,27µm). Valovna dolžina svetlobe UVB najmočneje razkraja molekule, ki so pomembne za delovanje in reprodukcijo organizmov. UV-B žarki lahko povzročijo nastanek kožnega raka. Po mnenju znanstvenikov (Meadows et al. 1992) naj bi vsak odstotek zmanjšanja ozonske plasti povečal za dva odstotka delež žarkov UV-B, ki dosežejo zemeljsko površje, to pa naj bi za tri do šest odstotkov povečalo delež kožnega raka pri ljudeh. Izpostavljenost UV-B valovni dolžini zmanjšuje listno površino rastlin, njihov višino in fotosintetsko aktivnost in s tem donos. V letih 1950–1975 je v svetu začela skokovito naraščati proizvodnja klorfluorogljikov (CFC) zaradi lastnosti, ki so jim omogočale široko uporabnost v industriji. (Ti plini ne gorijo, ne korodirajo materialov, slabo prevajajo toploto, njihova proizvodnja je poceni.) Po letu 1980 je svetovna proizvodnja CFC znašala že milijon ton letno. Nekaj podrobnosti prinaša preglednica 2.2.6–1. Preglednica 2.2.6–1: Najpomembnejše kemične spojine, ki vpivajo na ozonsko plast (Meadows et al. 1992, s. 143) 43 Ime Formula CFC–011 CFCl3 CFC–012 CF2Cl2 0,9–1,0 CFC–113 CCl3CF3 0,8–0,9 CFC–114 CClF2CClF2 0,7–1,0 hlajenje, kozmetika hlajenje, kozmetika topilo, kozmetika hlajenje CFC–115 CClF2CF3 0,4–0,6 hlajenje 10,0–13,2 gašenje 2.600 110 Halon 1211 CClBrF2 2,2–3,0 gašenje 2.600 15 HCFC–22 CHClF2 0,05 81.200 Metilkloroform Ogljikov tetraklorid CH3CCl3 0,15 hlajenje, gašenje topilo CCl4 1,2 topilo Halon 1301 CBrF3 Uničevalni potencial za ozon 1,0 Uporaba Proizvodnja 1985 (ton) 298.000 Obstoj v atmosferi (leta) 65–75 438.000 100–140 138.500 100–134 300 500 499.500 71.200 16–20 5,5–10 50–69 Že leta 1974 so bila objavljena prva opozorila o možnih poškodbah ozonskega plašča, ki so jih povezali z uporabo CFC. Nastajanje t. i. ozonske luknje so opazili kmalu po letu 1980, sprva nad Antarktiko in nad severnim polom. Leta 1984 so tako zabeležili kar 40-odstotno stanjšanje ozonskega plašča nad Antarktiko. Antarktiko obdajajo oceani, vetrovi lahko nemoteno krožijo nad tem kontinentom. Ko je tam zima, se pojavijo vrtinčasti vetrovi, ki preprečujejo, da bi se zrak nad Antarktiko mešal z drugim zrakom. Ker so zime nad južnim polom Zemlje zelo mrzle, se vodni hlapi v zraku kristalizirajo tudi v velikih višinah. Njihova površina tako še pospešuje kemične reakcije, ki sproščajo klor. Klorovi atomi, ki nastajajo pozimi, se sprva vežejo v ClO, ki se med sabo vežejo v stabilne molekule ClOOCl. Spomladi se s prihodom sonca sproži kemična reakcija, sprostijo se naenkrat velike količine Cl, ta začne uničevati ozonsko plast. S sončnimi žarki tudi prenehajo pihati vrtinčasti vetrovi, zrak nad Antarktiko se začne mešati z drugim zrakom in razmere nad Antarktiko se med letom precej izboljšajo – do naslednje zime. Podobno velja tudi za severni pol. Zaradi visokih koncentracij CFC v stratosferi se ta pojav vsako leto povečuje. Ker trajajo vse omenjene reakcije tako dolgo, lahko pričakujemo, da bo razkrajanje ozonskega plašča trajalo še vsaj stoletje. Prvi koraki za zmanjšanje uničevanja ozonskega plašča segajo v leto 1985, leta 1987 pa so številne države podpisale protokol, po katerem naj bi ustavili proizvodnjo CFC na višini iz leta 1986, do leta 1993 naj bi jo zmanjšali za 20 odstotkov, do leta 1998 pa še za dodatnih 30 odstotkov. Korak dalje predstavlja t. i. Londonski dogovor iz leta 1990, po katerem naj bi do leta 2000 opustili proizvodnjo CFC in tudi drugih kemičnih substanc (haloni ...), ki dokazano uničujejo ozonsko plast. 44 Znanstveniki so kmalu ugotovili, da pospešuje razkrajanje ozonskega plašča skupina plinov z imenom klorfluorogljiki (CFC). Te pline so množično uporabljali kot hladilne elemente v hladilnikih, prav tako pa tudi kot potisne pline v različnih razpršilcih, znani so s popularnim imenom freoni.. Čeprav so zaradi nevarnosti, ki jih za ozonski plašča predstavljajo omenjeni plini, v industriji začeli nadomeščati omenjene pline, bo pojav ozonske luknje še dolgo časa predstavljal resno grožnjo življenju na Zemlji. Plini CFC so namreč močno reaktivni in mnogo hitreje razkrajajo molekule ozona, kot pa se te obnavljajo. CFC se ne raztaplja v vodi, zato ga dež ne izpira iz ozračja. Kemijska zgradba CFC je močna in ga energija sončnih žarkov, ki prodre do spodnje plasti atmosfere, ne razkraja. Razkraja pa jih kratkovalovna UV energija na zgornji plasti atmosfere. Prosti Cl radikali, ki se tako sprostijo, reagirajo z ozonom, nastane kisik in klorov oksid. Atom klora lahko razkroji sto tisoč molekul ozona, preden zapusti stratosfero. Navadno pa klorov atom reagira z metanom, nastane HCl, ki lahko spet razpade v oba sestavna dela – pri čemer Cl spet reagira z ozonom, lahko pa preide HCl v nižje plasti atmosfere, kjer pada kot kisli dež na zemljo. Drugo težavo predstavlja tudi dejstvo, da lahko CFC prihajajo v ozračje iz izdelkov še leta potem, ko je njihova proizvodnja že ustavljena. Tako naj bi molekula CFC potrebovala okrog 15 let, da prispe do vrha stratosfere, kjer začne razkrajati ozon. CFC posredno vplivajo tudi na pojav tople grede, saj zaradi te luknje tudi več sevanja v drugih valovnih dolžinah prodre na zemeljsko površino Prah in aerosoli Prah in aerosoli so trdni delci v atmosferi, ki so v določenih koncentracijah v zraku normalno prisotni. Z delovanjem človeka so se lokalno pojavili problemi zaradi kurjenja. Z industrijsko revolucijo se je nad številnimi mesti pojavil umazan zrak. Ta deluje škodljivo na vse organizme. Pri rastlinah mašijo prašni delci listne reže, kemični elementi, zlasti žveplo, pa v različnih oblikah spojin uničuje ali poškoduje osebke. Skupine onesnaževalcev zraka DELCI PLINI Primarni anorganski CaO, SiO2, Fe, Pb, Zn, NO, NO2, SO2, NH3, Mn, saje, pepel, pelod CO, CO2, H2S, F, Cl PLINI Primarni organski PLINI Sekundarni ogljik. hidrati aldehidi O3 PAN Ocene vpliva človekovih posegov v okolje Breme "racionalizacije" v preteklosti je nosilo okolje. Zakonodaja kot odsev odnosa dane družbe do okolja je prej urejala lastniške odnose (oz. ščitila lastnika) kot pa ščitila okolje. Okolje nima pravic, v novejšem času pa prodira spoznanje, da človek ima pravico do prijaznega okolja. Spoznanje, da zaradi porušenega okolja trpi in ima škodo tudi človek, je v zadnjih dveh desetletjih dalo tudi sektorsko zakonodajo, ki zadeva okolje (na primer: zakoni o zaščiti vode, zraka, varstvu okolja, ohranjanju narave), kar je logičen razvoj. Značilnost ocene vplivov človekovih posegov na okolje je v tem, da ekstrapolira iz trenutnega znanstvenega vedenja, da bi "prerokovala" učinke teh vplivov. Čeprav uporablja znanstvene tehnike, se od običajne znanstvene raziskave razlikuje v tem, da obravnava pojave in dogodke: 45 – ki se še niso zgodili, – ki se morda niti ne bodo zgodili, – katerih verjetnost, da se bodo zgodili, se manjša prav zaradi ocene. Čeprav še nima popolnoma zgrajene teoretične osnove, ocena potemtakem vendarle ni zgolj analiza verjetnosti, da se bo nekaj v resnici zgodilo: – zaradi preventivnega momenta, ki ga vsebuje (o posledicah naj bi premišljeval tudi tisti, ki določeno intervencijo načrtuje), – zaradi kompleksnosti obravnave kompleksnih problemov, – ker nosi zametke neke etike okolja, ki se bo prej ali slej prek ustrezne zakonodaje prenesla v prakso in od tod v ravnanje in zavest vsakega posameznika. Cela vrsta okoljsko nepremišljenih projektov in reakcije javnosti nanje so v ZDA ustvarile ugodne razmere za sprejem NEPA (National Environmental Policy Act 1969) januarja 1970. Zahteva, da morajo projektanti oziroma vlagatelji javnosti razgrniti vse podatke o projektu in njegovih predvidenih učinkih na okolje, po eni strani resda neracionalno zavlačuje izvedbo nekaterih povsem neškodljivih projektov, po drugi pa mnogo prispeva k ozaveščanju javnosti in prisili projektante, da o projektih temeljiteje razmislijo in jih bolje pripravijo. Razne oblike OCEN so uzakonjene v večini zahodnoevropskih držav. Čeprav se v bistvu ukvarjajo z isto problematiko, se jih je domala vsaka država lotila po svoje – v skladu s tradicijo in obstojem že obstoječih institucij, ki so za tako delo usposobljene. Po ameriškem vzorcu naj bi OCENA obravnavala naslednjih pet postavk: 1. učinek (dober, slab, npr. melioracije) predlaganega ukrepa (projekta) na okolje, 2. vse posledice, škodljive za okolje, ki bi nastale, če bi bil projekt izveden, 3. alternative predlaganemu projektu (ukrepi), 4. razmerja med lokalnimi kratkoročnimi uporabami naravnih virov in dolgoročnimi perspektivami njihovega ohranjanja in razvoja, 5. vse nepovratne spremembe na virih, ki bi nastopile, če bi bil projekt izveden. Pri nas prinaša novosti na tem področju Zakon o varstvu okolja (1993), ki v 55. členu predpisuje obvezno izdelavo presoj vplivov na okolje (dalje PVO) tako pri posegih s področja izkoriščanja naravnih dobrin kot tudi pri gradnjah. Vsebina PVO zajema: – opis poročila, – opis ničelnega stanja okolja, – vplivi na okolje, – omilitveni ukrepi, – spremljanje stanja okolja, – opozorila glede celovitosti posega, – povzetek s sklepno oceno. 46 3 EKOSISTEM KOT GRADNIK KRAJINE Poznavanje ekoloških spremenljivk omogoča, da razumemo ekološke sisteme. Slednje je teoretska osnova znanosti o okolju. Preden se lotimo obravnave posameznih ekoloških sistemov, si oglejmo osnovne opredelitve pojmov, s katerimi se bomo v nadaljevanju srečevali. EKOSISTEM – nekaj opredelitev Tansley 1935: Organizmi in njihovo okolje sestavljajo fizičen sistem (= ekosistem) v katerem medsebojno delovanje organizmov in okolja opredeljuje njihovo zgradbo in delovanje Odum 1971: Vsaka enota površine, v kateri organizmi oziroma populacije vzajemno delujejo s fizičnim okoljem tako, da tokovi energije vzpostavljajo jasne prehranske splete, biotsko pestrost in kroženje snovi (torej izmenjavo med živimi organizmi in neživim okoljem), je ekosistem Ellenberg 1973: je splet vzajemnega učinkovanja med živimi organizmi in njihovim neživim okoljem, ki je sicer odprt, vendar pa se do določene mere lahko tudi sam uravnava. Označuje ga specifičen tok snovi in energije Tarman 1992: naravna enota, kjer obstaja ravnovesje med neživimi dejavniki (biotopom) in živimi organizmi, ki tvorijo biocenozo, npr. jezero, pragozd itd. Forman 1995: je relativno homogena površina z organizmi, ki vzajemno delujejo z okoljem. Ekosistem je tudi površina (ali prostor), kjer organizmi vzajemno delujejo s fizičnim okoljem. Dickinson in Murphy 1998: je kompleks združbe organizmov in okolja, ki ga ti organizmi obvladujejo s pomočjo energijskih tokov. EKOSISTEM (Tarman 1992): naravna enota, kjer obstaja ravnovesje med neživimi dejavniki (biotopom) in živimi organizmi, ki tvorijo biocenozo, npr. jezero, pragozd itd. EKOSISTEM (Ellenberg 1973): je splet vzajemnega učinkovanja med živimi organizmi in njihovim neživim okoljem, ki je sicer odprt, vendar pa se do določene mere lahko tudi sam uravnava. Označuje ga specifičen tok snovi in energije. EKOSISTEM (Dickinson in Murphy 1998): je kompleks združbe organizmov in okolja, ki ga ti organizmi obvladujejo s pomočjo energijskih tokov. Nekateri osnovni ekološki pojmi vezani na zgradbo in delovanje ekositemov EKOTON (Tarman 1992): prehodni pas med dvema različnima ekosistemoma. – Razumevanje ekosistema otežuje dejstvo, da pojem "ekosistem" pogosto uporabljamo kot univerzalno shemo povezanosti in kot konkreten pojav hkrati. Za praktično obravnavanje ekosistemov je pomembna njihova razmejitev. Pri tem se najpogosteje sprašujemo, "kako velik je ekosistem". Koristno drugo perspektivo pri razmejevanju ponuja vprašanje, "kako majhen je lahko" določen ekološki sistem, da ga še lahko obravnavamo kot ekosistem. Pri razmejevanju ekostemov se opiramo na bolj ali manj jasne razlike v njihovi zgradbi in iz tega izhajajoče spremembe v njihovem delovanju. Med ekosistemi v naravni krajini meje niso ostre; med njimi so bolj ali manj široke prehodne cone ali ekotoni. Ekotoni so torej prehodi med združbami, kjer se skupaj pojavljajo elementi sosednjih združb in njim lastni elementi, značilni le za ekotone. Ekoton je prehod iz jezera v gozd na obali (primer gornje gozdne – drevesne meje, Pokljuška barja), je gozdna savana med travnato savano in deževnim pragozdom. Že iz tega primera vidimo, da je ekoton ozek ali zelo širok pas med različnimi združbami (Tarman 1992, s. 272). V kulturni krajini so ekotoni (npr. gozdni rob, gornja gozdna meja) prve žrtve sistematičnega urejanja prostora. NIŠA (Begon et al. 1990, Tarman 1992, Krebs 1994, Dickinson in Murphy 1998): vsota in omejitve vseh neživih in živih sestavin ali dejavnikov okolja, od katerih je odvisno preživetje določene vrste in tudi njena vloga in delovanje, “poklic” v okolju. – Pri ekološki niši gre za del ekosistema, mesto, ki ga zavzema določena vrsta. Podobno kot organizmi imajo tudi celotni ekosistemi v svojem okolju (krajini) svojo ekološko nišo (naslov in poklic = funkcijo, zbir strategij, s katerimi svoj prostor branijo – pred drugimi ekosistemi), lahko govorimo o nišah vrst in nišah ekosistemov. V naravni krajini se niše posameznih ekosistemov oblikujejo skladno z naravnimi danostmi. V kulturni krajini je oblikovanje niš ekosistemov – nosilcev funkcij – odvisno tudi od antropogenih momentov oziroma dejavnikov (npr. agrarna prenaseljenost, ki agrarno rabo potiska na marginalna rastišča, postaranost kmečkega prebivalstva, ki sproža zaraščanje kmetijskih zemljišč, uvedba novih tehnologij itd.). SUKCESIJA (Begon et al. 1990, Tarman 1992, Krebs 1994, Dickinson in Murphy 1998): proces, ki označuje nesezonsko zamenjavo določene vrste (razvojne stopnje) združbe na določeni površini z drugo. Gre za zaporedje, pri katerem razvoj poteka od začetnih t. i. pionirskih do stabilnih t. i. klimaksnih oblik. – Zapolnjevanje prostora z biomaso očitno vpliva na razvoj živega – na biološko bodočnost določenega prostora. Gre za tri sočasne procese: a) za razvoj življenjske družbe (ekosistema), b) za povečanje energijske učinkovitosti (P/B tj. razmerja med prispelo energijo in vzdrževano biomaso), ki je povezana z razvojem ekosistema, c) za povečan vpliv ekosistema na njegovo biološko bodočnost. V bistvu je to proces sukcesije, kjer organizmi v določenem okolju vplivajo nanj in ga spreminjajo, tako da postaja primerno za naslednji val organizmov, ki jih bodo nadomestili. Nazoren primer takega procesa je zapolnjevanje jezera z biomaso vodnih rastlin, ki jezero polagoma spremeni v močvirje, ali osvajanje umirjajočega se melišča s pionirskimi združbami (pionirskih) rastlin itd. V obeh primerih se veča v ekosistemu prisotna količina biomase ob praktično konstantnem dotoku energije. V zvezi s tem procesom je treba omeniti nekaj pomembnih načel: – čas je zlasti v zvezi s tlotvornimi procesi (preperevanje substrata etc.) omejujoči faktor razvoja, – vsak val rastlin (in živali) pripravi okolje za nov val organizmov, ki ga potem v konkurenčnem boju nadomestijo, – z vsakim valom prihajajo večje rastline: z vsakim valom se tudi zračni prostor ekosistema vse bolj zapolnjuje (povečana zastornost, stratifikacija, učinkovitejše izkoriščanje sončne svetlobe): lišaji – blazinaste rastline – pritlikavi grmiči – rušje – redko drevje itd., 2 – klimaksna združba ne pripravlja več terena za naslednje valove, ampak nadomesti sama sebe. Zaradi tega ima klimaks največji vpliv na biološko bodočnost, – rastlinske vrste v klimaksnem valu so praviloma največje (drevje – gozd) in živijo najdalj časa. Že s svojo velikostjo močno vplivajo na okolje – krajino, na mikroklimo, tvorbo in zaščito tal itd. V bistvu vse gornje ugotovitve povzema princip Ramona Margalefa (1965), ki pravi, da gre naravno gibanje v sukcesiji proti vse večji organiziranosti ekosistemov. To pomeni, da je relativna količina energije, potrebne za funkcioniranje ekosistema, povezana s stopnjo (razvoja) strukture ali organizacije takega ekosistema. Čim bolj kompleksen je torej ekosistem, tem manj energije (relativno) potrebuje. Nobenega razloga ni, da ne bi naravni zakoni veljali tudi za človeško družbo: ob tako izjemno visoki (in rastoči) stopnji izkoriščanja (fosilne) energije postaja načelo Margalefa pomembno tudi za pogled na prihodnost človeštva, ki meri razvitost določene družbe po absolutni potrošnji energije. To načelo opozarja na nenaravnost energetske situacije (sodobne) industrijske družbe – in na neizogibne posledice. Opozarja tudi na škodljivost odstranjevanja gozda (= zmanjševanje biomase) v svetovnem merilu, ki ne pomeni le zmanjšane energijske učinkovitosti prostora, ampak tudi negotovo biološko prihodnost. 3.1. MODELNE PREDSTAVE EKOSISTEMOV Modeli so besedne, grafične ali matematične formulacije realnih pojavov. Uporabljamo jih predvsem za predstavitev kompleksnih sistemov. Pri tem naj bi modeli ne predstavljali njihove zveste slike, ampak shematično poenostavitev, ki povzema vse obstoječe znanje o prikazanem sistemu, opozarja na področje pomanjkljivega znanja, ločuje bistveno od nebistvenega, zahteva z realnostjo povezan pristop k proučevanju. – Modeli so torej dobro raziskovalno orodje (še posebej za obravnavanje dinamičnih procesov), – izdelava modela nas prisili, da (v mejah poznavanja) domislimo razsežnosti in dinamiko procesa (problema), – modeli so dobro sredstvo za oblikovanje napovedi. Grafikon 3.1–1: Model obratovanja gorske kmetije (Anko 1986a, s. 350) 3 Naravni vhodi ↓ Umetni izhodi ← les ← govedo ← razna prodaja ← rastlin. hrana ← dajatve, prispevki ← strojno delo ← ročno delo Kmetija ← amort. strojev ← vdrž. kmetije ← amort. cest, hiš ← vzdrž. gospod. Umetni vhodi ← strojno delo ← krediti, subv. ← živinska čreda ← kemična sredstva ← najeto delo ↓ Naravni izhodi Različne vidike ekosistema pogosto prikazujemo s t. i. trofičnimi piramidami, ki predstavljajo prehranjevalne stopnje v ekosistemu (producenti, konsumenti, karnivori I. in II. reda) – gl. grafikone 3.1–2, 3, 4. Grafikon 3.1–2: Poenostavljena trofična piramida (Owen in Chiras 1990, s. 30) Mesojedci II Mesojedci I Rastlinojedci Proizvajalci Grafikon 3.1–3: Tok energije v ekosistemu (po Whittakerju 1975, s. 221) 4 Fotosinteza Respiracija porabnikov P H 1000 C2 C1 100 10 1 90 9 900 Respiracija proizvajalcev R Respiracija in razgradnja razkrojevalcev P (proizvajalci), H (rastlinojedci), C1, C2 (mesojedci 1, 2), R (razkrojevalci) Uporabna je tudi Bormannova priredba Eltonove piramide, ki hkrati prikazuje tokove snovi in energije Grafikon 3.1–4: Poenostavljena shema toka energije in kroženje materije po ekosistemu (Krebs 1994, s. 605) R A Z G R A J E V A L N A ⇓ ⇓ Sončna energija ⇓ ⇓ ⇓ Primarni proizvajalci V E R I G A ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ↓ ⇓ Rastlinojedi ↓ ⇓ ↓ ⇓ Mesojedi I ↓ ⇓ ↓ ⇓ ↓ ⇓ ↓ ⇓ Mesojedi II ↓ ⇓ ↓ ⇓ ↓ ⇓ ↓ ⇓ ↓ ⇓ Razkrojevalci Prehranjevalna veriga: ⇓ – tok energije, ↓ – tok snovi Razgrajevalna veriga: Ï – tok snovi 3.2 ZGRADBA IN DELOVANJE EKOSISTEMOV 5 T O P L O T A P R E H R A N J E V A L N A V E R I G A Odum (1971, str. 3) definira ekologijo kot študij zgradbe in delovanja narave. Po njem (op. cit.) so najpomembnejši vidiki zgradbe in delovanja ekosistema naslednji parametri (preglednica 3.2–1): Preglednica 3.2–1: Najvažnejša področja proučevanja ekosistemov (po Odumu 1962, s. 211–212) EKOSISTEM A) ZGRADBA 1. Sestava življenjske skupnosti všteva: – vrste populacij, – število populacij, – biomaso populacij, – življenjski cikel populacij, – prostorski razpored populacij. B) DELOVANJE 1. Obseg biološkega pretoka energije skozi ekosistem, tj. stopnjo proizvodnje in respiracije populacij in skupnosti. 2. Hitrost kroženja snovi ali hranil, tj. biogeokemičnih ciklov. 2. Količina in razporeditev neživih snovi: – vode, – hranil ... 3. Biološko ali ekološko uravnavanje organizmov z okoljem in okolja z organizmi. 3. Obseg ali gradient pogojev za obstoj: – toplote, – svetlobe. 3.3 PRODUKTIVNOST EKOSISTEMOV Če so naravne razmere za uspevanje ugodne (temperatura, vlaga, dostopnost do hranilnih snovi), potem podpira ekosistem tiste organizme, ki dosegajo v danih razmerah najvišjo proizvodnjo. Energijsko vrednotenje različnih ekosistemov Po Odumu (1989) lahko ločujemo t. i. naravne, udomačene in umetne ekosisteme glede na količino letnega energijskega toka in glede na notranja razmerja med prispelimi naravnimi in vnesenimi umetnimi energijskimi tokovi: Preglednica 3.3–1: Ekosistemi glede na vir in količino energije (po Odumu 1989, s. 98) 6 Ekosistem naravni ekosistemi udomačeni ekosistemi umetni ekosistemi Energijski vir sončna energija sončna in fosilna energija fosilna energija Letni energijski tok (kJ/m2) 4.200 – 42.000 42.000 – 170.000 420.000 –12.600.000 1. Naravni ekosistemi: poganja jih sončna energija (fotosinteza) in njene posredne oblike, kot so vetrovi, vodni tokovi, deževja in sila gravitacije. Delujejo torej povsem brez človekovih umetnih energijskih vlaganj. Primer: pragozdovi in nedotaknjena divjina. 2. Udomačeni ekosistemi: še vedno jih poganja prispela sončna energija, del energije pa vnaša v ekosisteme človek prek ročnega, živalskega in strojnega dela ter vnesenih snovi, kot so škropiva, semena in gnojila. Primer: kmetijske površine in gospodarski gozdovi. Tako eni kot drugi predstavljajo nekakšen most med naravnimi ekosistemi na eni in spremenjenimi ekosistemi na drugi strani. Ob nujno potrebni naravni sončni energiji je človek z umetnimi energijskimi vnosi značilno vplival na vrsto proizvodnje in njeno količino. Primer umetnih energijskih vnosov (ročno in strojno delo, amortizacija, rezervni deli, naravna in umetna gnojila, semena, škropiva, premazi in druga zaščitna sredstva) za posamezne ekosisteme na Kočevskem prikazujemo v preglednici 3.3–2. Preglednica 3.3–2: Umetni energijski vnosi (delo in snovni vnosi v kWh/ha) v različne ekosisteme na Kočevskem (po Pirnatu 1998, s. 216) Ekosistem Njiva Travnik Pašnik Gozd Skupaj 5.000 8.000 13.000 2.000 5.000 7.000 1.000 4.000 5.000 2.400 100 2.500 Umetni energijski vnosi – strojno in ročno delo – snovni vložki Če predstavlja sončna energija vez z naravnimi ekosistemi, pa spominjajo mnoge značilnosti tudi na industrijski model umetnih okolij. Tako je zlasti za intenzivno kmetijstvo značilna mnogo manjša vrstna pestrost, na izbor vrst vpliva umetna in ne naravna selekcija, kontrola je zunanja in ne temelji na povratnih zvezah, ki so pomembni sestavni del uravnoteženih naravnih ekosistemov. Ta dva tipa ekosistemov označuje Odum kot ekosisteme, ki podpirajo življenje, saj v enih pridobivamo hrano, prav tako pa v njih s fotosintezo rastline s pomočjo sončne energije ustvarjajo fitomaso, osnovo za prehranjevanje in življenje na višjih prehranjevalnih stopnjah. 3. Umetni ekosistemi: to so urbana in industrijska središča s povezovalno infrastrukturo, ki potrebujejo za svoje delovanje fosilno, vodno in jedrsko energijo. Poleg Oduma (1989) tudi Naveh (1998a, 1998b) predlaga podobno delitev ekosistemov (po njem ekotopov) na podlagi njihovih energijskih in snovnih tokov, organizmov in informacij, ki jih opredeljujejo. Avtor predlaga delitev na štiri skupine osnovnih krajinskih sistemov, ki jih v poenostavljeni obliki prikazujemo v grafikonu 2.3.3–1. Grafikon 3.3–1: Funkcionalni razpored ekosistemov v krajini glede na energijo, snov, 7 organizme in informacijske vložke (po Navehu 1998a, s. 137) Sončna energija Organska snov Naravni organizmi Biofizične informacije Fosilna energija Kemična snov Udomačeni organizmi Kulturne informacije Naravni in sonaravni ekosistemi Polnaravni in tradicionalni Ekositemi Intenzivni agroindustrijski Ekosistemi Urbano-industrijski ekosistemi Avtor opozarja, kako s spremenjenostjo krajinskih ekosistemov upada delež naravne energije, delež naravnih organizmov in biofizičnih informacij ter kontrole, narašča pa delež umetno vnesene kemične energije in snovi, udomačenih organizmov in človekovih artefaktov ter kulturnih informacij in kontrole. Umetne urbano-industrijske ekotope lahko vzdržuje le človek. 3.3.1 Primarna proizvodnja Za bruto primarno proizvodnjo je potrebna energija, ki jo vežejo zelene rastline s fotosintezo v določenem času. Za neto primarno proizvodnjo (NPP) je potrebna energija, ki jo vežejo zelene rastline s fotosintezo, od katere odštejemo energijo, ki jo rastline oddajajo z dihanjem (respiracijo). Neto primarno proizvodnjo predstavlja torej tisti del biosubstance, ki se je dejansko vezal v zelenih rastlinah. V študiji hrastovo-bukovega gozda so ocenili, da znaša neto primarna proizvodnja 45 odstotkov in respiracija 55 odstotkov bruto primarne proizvodnje (Spurr in Barnes 1980). Neto primarno proizvodnjo v biomasi lahko pretvorimo v energijo prek njene kalorične vrednosti. Pri tem je treba upoštevati vrsto rastline in letni čas. Tudi med različnimi rastlinskimi deli so razlike, ki jih prikazuje preglednica 3.3.1–1. Preglednica 3.3.1–1: Povprečne energijske vrednosti različnih rastlinskih delov 57 različnih rastlin v J/g suhe teže (Krebs 1994, s. 607) Listi (J/g) 17.694 Korenine (J/g) 19.748 Semena (J/g) 21.192 Preglednica 3.3.1–2: Ocena letne bruto primarne proizvodnje na Zemlji (po Chirasu 1988, s. 71 in Odumu 1971) 8 Ekosistem Površina Bruto primarna letna (106 km2) proizvodnja (kJ/m2) Morje Puščave in tundre Savane, stepe, pašniki Gozdiči in grmišča Borealni iglasti gozdovi Ekstenzivne obdelovalne površine Gozdovi zmernih širin Intenzivne obdelovalne površine Tropski gozdovi ∑ Kopno ∑ Biosfera (brez polov) 362,4 40,0 42,0 9,4 10,0 10,0 4,9 4,0 14,7 135,0 497,4 5.000 800 10.000 10.000 13.000 13.000 30.000 50.000 80.000 8.000 Svetovna bruto primarna letna proizvodnja (%) 43 1 10 2 3 3 4 5 29 57 100 Kako majhen del prispele sončne energije producenti (rastline) fiksirajo v obliki neto primarne proizvodnje, prikazuje preglednica 3.3.1–3. Preglednica 3.3.1–3: Odstotna razmerja med prispelo sončno energijo in primarno proizvodnjo (Odum 1971, s. 44) Optimalne razmere Srednje razmere Povprečje za biosfero Vsa sončna Absorb. energija avtotrofi 100 50 Bruto prim. proizvodnja 5,0 Neto prim. proizvodnja 4,0 100 50 1,0 0,5 100 50 0,2 0,1 Odstotek energijske učinkovitosti je torej razmeroma nizek (1 do 5 odstotkov). Če upoštevamo le energijo v vidnem delu spektra, ki sodeluje pri fotosintetskih procesih (te je približno 50 odstotkov od vse dospele energije), potem lahko rečemo, da je energijska učinkovitost na prvi trofični stopnji (primarni producenti) približno 0,2- do petodstotna. Kljub nizkemu odstotku prispele sončne energije, ki jo rastline fiksirajo s fotosintezo, primarna proizvodnja za vso biosfero še vedno znaša okrog 170 milijard ton suhe snovi na leto. Tako vezana energija omogoča vse drugo življenje na Zemlji (preglednici 3.3.1–4 in 3.3.1–5). Preglednica 3.3.1–4: Neto primarna produkcija in rastlinska biomasa na Zemlji (Tarman 1992, s. 301) 9 Površina Neto primarna proizvodnja (g/m2/leto) Ekosistem / Biom (106km2) normalni obseg Tropski deževni gozd Tropski sezonski gozd Zimzeleni gozd zmernih š. Listopadni gozd zmernih š. Borealni gozd Gozdne dobrave, grmičje Savana Stepa, prerija Tundra, alpska tundra Puščava, polpuščava Ekstr. pušč. skale, pesek, led Obdelovalno Močvirja Reke in jezera ∑ Celine Odprti ocean Območje upwellinga Celinski prag Koralni grebeni in alge Izlivi rek – estuariji ∑ Oceani ∑ Oceani in kopno srednja vred. 17,0 1000–3500 7,5 1000–2500 5,0 600–2500 7,0 600–2500 12,0 400–2000 8,5 250–1200 15,0 200–2000 9,0 200–1500 8,0 10–400 18,0 10–250 24,0 0–10 14,0 100–3500 2,0 800–3500 2,0 100–1500 149,0 332,0 2–400 0,4 400–1000 26,6 200–600 0,6 500–4000 1,4 200–3500 361,0 510,0 2200 1600 1300 1200 800 700 900 600 140 90 3 650 2000 250 773 125 500 360 2500 1500 152 333 Svetovna neto proizv. Biomasa (kg/m2) (109 ton) normalni obseg srednja vred. 37,4 6–80 12,0 6–80 6,5 6–200 8,4 6–60 9,6 6–40 6,0 2–20 13,5 0,2–15 5,4 0,2–5 1,1 0,1–3 1,6 0,1–4 0,07 0,0–0,2 9,1 0,4–12 4,0 3–50 0,5 0,0–0,1 115,0 41,5 0–0,005 0,2 0,005–0,1 9,6 0,001–0,04 1,6 0,04–4 2,1 0,001–6 55,0 170,0 Svetovna biomasa (109 ton) 45,0 765 35,0 260 35,0 175 30,0 210 20,0 240 6,0 50 4,0 60 1,6 14 0,6 5 0,7 13 0,02 0,5 1,0 14 15,0 30 0,02 0,05 12,3 1837 0,003 1 0,02 0,008 0,01 0,27 2,0 1,2 1,0 1,4 0,01 3,9 3,6 1841 Preglednica 3.3.1.–5:Ocena površin, biomase in proizvodnje za večje sestavne dele biosfere (Likens in Bormann 1995, s. 113) 10 km 57 Suha rast. biom. 9 10 t 1700 149 1837 117,5 1015 827 361 4 55,0 998 3057 510 1841 172,5 2013 3884 Površina 6 Gozdnata površina Vse kopno Vse morje Vsa biosfera 2 Letna neto rast. proizv. suhe snovi 9 10 t 79,9 Suha žival. biom. 6 10 t 680 Letna neto živ. proizv. suhe snovi 6 10 t 442 Gozd torej vsebuje 92 odstotkov vse biomase v biosferi (energijska rezerva!). Njegova neto rastlinska proizvodnja predstavlja 46 odstotkov vse neto proizvodnje biosfere – pri komaj 11 10 odstotkih površine. Agrikulturni ekosistemi predstavljajo pet odstotkov prozvodnje biosfere. Medij, s pomočjo katerega rastline energijo shranjujejo in premeščajo, je ogljik. Če težo suhe organske snovi pomnožimo z 0,45, dobimo količino ogljika (grobo pravilo, sicer je potrebna kvantitativna analiza). Ta podatek poudarja v novejšem času vse bolj vlogo gozda kot akumulatorja ogljika! Razmerje med ustvarjeno suho snovjo in energijo vidnega spektra sončne svetlobe za kopno je 1,0 mg/2,946 kJ. Energijska vrednost rastlinske snovi znaša povprečno 17,78 kJ/gram suhe snovi, pri živalih pa povprečno 20,92 kJ/gram suhe snovi (Whittaker 1975). Povprečno razmerje NPP za posamezne dele dreves prinaša preglednica 3.3.1–6. Preglednica 3.3.1–6: Ocena količine in odstotnih deležev NPP za dele dreves in talno rastje v hrastovo-borovem gozdu v g/m2/leto (po Whittakerju 1975, s. 195) Drevo NPP % Deblo, veje 422 36 Listi, cvetovi 373 31 Korenine 265 22 Talne zeli 134 11 Skupaj 1194 100 Učinkovitost primarne proizvodnje lahko merimo z razmerjem med energijo, vezano v bruto primarni proizvodnji, in energijo prispelega sončnega obsevanja. Dejavniki, ki lahko vplivajo na primarno proizvodnjo, so: evapotranspiracija (ki je vezana na sončno obsevanje, temperaturo, padavine), dolžina vegetacijske dobe, pri gozdovih vpliva tudi indeks listne površine (Leaf Area Index, LAI). Tako različni avtorji ugotavljajo (Krebs 1994), da je NPP iglavcev višja od listavcev, saj imajo iglavci večjo površino listov, zimzeleni pa tudi lahko imajo daljšo vegetacijsko dobo. Poleg omenjenih dejavnikov vplivajo na NPP tudi hranila v tleh. Pri obravnavanju energije v ekosistemih so najpomembnejše naslednje postavke: – količine razpoložljive sončne energije kot edinega vira za primarno produkcijo, – energijska učinkovitost ekosistema (P/B razmerje), – omejujoči dejavniki dotoka energije (relief, ekspozicija, oblačnost, temperaturne inverzije, prašni delci v ozračju etc.) – npr. uporaba sončne energije nerentabilna v inverzijskih legah), – način porabe energije (npr. odboj na tlakovanih površinah ali pretok skozi različno število trofičnih stopenj), – druge (nesončne) oblike energijskega pretoka skozi ekosisteme, ki imajo ob svoji cikličnosti ali sporadičnosti rušilni, omejujoči ali dobrodejni učinek (poplave, plazovi, potresi, koluvij etc.), – količina energije, potrebna za vzdrževanje antropogenih ekosistemov (npr. obramba pred invazijo gozda na poljedelske površine, obramba pred poplavami etc.), – energijski viri (npr. vodni pogoni, veter), ki so v preteklosti močno vplivali na obliko in način poselitve prostora. 3.3.2 Sekundarna proizvodnja Biomasa rastlin lahko konča kot hrana rastlinojedov in jo kasneje razgradijo razkrojevalci, 11 lahko pa razkrojevalci že takoj razgradijo velik del biomase rastlin. Shemo pretoka energije na višji prehranski stopnji prikazuje spodnji grafikon. Grafikon 3.3.2–1: Shema energijskega pretoka na višji prehranski stopnji (Krebs 1994, s. 633) Energija, odvzeta na nižji prehranski stopnji Neuporabljena energija Bruto vnesena energija Izločena energija Asimilirana energija Urinske izgube Življenjska energija Počitek Delovanje = vzdrževanja/respiracija (R) Rast Razmnoževanje = proizvodnja (P) Whittaker (1975) navaja naslednja razmerja med proizvodnjo in respiracijo v izbranem hrastovo-borovem gozdu, ki jih prikazuje grafikon 3.3.2–2. Grafikon 3.3.2–2: Razmerja med proizvodnjo in respiracijo za hrastovo borov gozd v g suhe snovi/m2/leto (Whittaker 1975, s. 196) Bruto rastlinska proizvodnja: 2650 (100 %) ↓ Neto primarna proizvodnja: 1200 (45 %) ↓ Biomasa živali (20 %) Respiracija → živali (3 %), razkrojevalci (22 %) Respiracija rastlin: 1450 (55 %) → Okrog 45 odstotkov bruto rastlinske proizvodnje je na voljo rastlinojedom in razkrojevalcem. Po ocenah naj bi okrog osem odstotkov (oziroma do pet odstotkov) teže listja pojedli insekti. Ker predstavljajo listi okrog tretjine NPP, pomeni omenjenih osem odstotkov le okrog tri odstotke celotne NPP. Drugi rastlinojedi naj bi po ocenah pojedli še okrog sedem odstotkov NPP, skupaj naj bi rastlinojedi použili okrog 10 odstotkov NPP, preostalih 90 odstotkov ostane kot biomasa v gozdu oziroma konča pri razkrojevalcih (Whittaker 1975). Grafikon 3.3.2-3: Shematski pregled energijskega toka skozi ekosistem in različne vrste proizvodnje (Sala in dr. 2000) 12 Od × FAR ¨ ¨ ¨ To × Dp × BPP ¨ Absorb. energ - producenti ¨ Dh × NPP ¨ ¨ ª SP ¨ herbivori ¨ ª Dh × ¨ SP ¨ karn. ¨ © ¨ © NPE ¨ © ª ª © © © ª © Dr × Na © Razgrajevalci ¨ ¨ © © © © © © ¨ ¨ ª Pz ¨ ª Na ¨ ª Nu ¨ ª ª ¨ ¨ Na ¨ ¨ ¨ Nu ¨ © ª ¨ ¨ ¨ FAR- fotosintetsko aktivna radiacija; BPP – bruto primarna proizvodnja; Od - odbita energija; To – toplota; NPP – neto primarna proizvodnja; Dp – dihanje producentov; Dh – dihanje herbivorov; Dr – dihanje razkrojevalcev; Pz – neto proizvodnja združbe; Na – ni asimilirano; Nu – ni uporabljeno; SP – sekundarna proizvodnja; NPE – neto produktivnost ekosistema Preglednica 3.3.2–1: Proizvodnja, biomasa in poraba v gozdovih dveh biomov (po Whittakerju 1975, s. 224–226) Biomasa NPP SNNP (v kg suhe (v 109 ton (kg/m2) 13 Živalska poraba Živalska Živalska proizvodnja biomasa Gozd zmernih širin Borealni gozd snovi/m2 letno 1,2–1,3 suhe snovi letno) 6,5–8,4 30–35 (106 t/leto) (106 t/leto) (kg/m2) 680 68 0,013 0,8 9,6 380 38 0,005 20 NPP = neto primarna proizvodnja (v g suhe snovi/m2 letno) SNNP= svetovna NPP (v 109 ton suhe snovi letno) Živalska proizvodnja znaša manj kot en odstotek rastlinske proizvodnje. Skupna “proizvodnja” razkrojevalcev znaša tako po oceni 21 × 109 t/leto ali 24–krat več kot živalska proizvodnja. Večino živalske biomase predstavljajo majhne živali (členonožci) v zemlji. Ptiči npr. predstavljajo le okrog en odstotek živalske biomase. Proizvodna učinkovitost podaja razmerje med neto proizvodnjo osebkov in celotno asimilacijo osebkov. Učinkovitost sekundarne proizvodnje je zelo različna v povprečju le enodo triodstotna, preostalo gre za respiracijo. Podrobnosti so v preglednici 3.3.2–2. Preglednica 3.3.2–2: Povprečna učinkovitost sekundarne proizvodnje (Krebs 1994, s. 642) Skupina Ptiči Mali sesalci Drugi sesalci Ribe Drugi nevretenčarji (brez insektov) Rastlinojedci Mesojedci Razkrojevalci Insekti Učinkovitost 1% 1–2% 3% 10% 25% 21% 28% 36% 39–56% Na sekundarnih trofičnih ravneh znaša energijska in rastna učinkovitost v povprečju 10 do 20 odstotkov, neredko med 10 in 50 odstotki; nekateri organizmi, ki se hranijo z zelo visoko hranilno hrano, imajo lahko izjemoma tudi stoodstotno asimilacijsko učinkovitost (Odum 1971, s. 76). Naslednji primer proizvodne učinkovitosti prinaša Whittaker (1975). Oceno produktivnosti na eksperimetalnem področju z nizko stopnjo hranil so ocenili na podlagi količine vezanega fosforja. Bolj kot absolutne številke – ki so značilne le za dani primer – nas zanimajo medsebojna razmerja med prehranskimi stopnjami. Rezultati preglednice nazorno kažejo stopnjo učinkovitosti in pojasnjujejo, zakaj je prehranskih stopenj malo. Preglednica 3.3.2–3: Primer piramide produktivnosti, biomase in številčnosti (Whittaker 1975, s. 215) Produktivnost (mg suhe snovi/m2/dan) Biomasa g suhe snovi/m2 14 Število osebkov/m2 Producenti Herbivori Karnivori I Karnivori II 280,00 26,80 1,20 0,10 7,2 × 1010 1,5 × 104 100 15 17,70 1,25 0,66 0,10 Dejavniki, ki vplivajo na sekundarno proizvodnjo v kopenskih ekosistemih, so vezani že na osnovne zakonitosti, ki veljajo pri preobrazbi energije (2. zakon termodinamike). Poleg tega pa na sekundarno proizvodnjo lahko vplivajo tudi (ne)ugodne prehranske in naselitvene naravne danosti – torej lastnosti prostora, ki določajo njegovo nosilno kapaciteto in tudi ekološko nišo posameznih rastlinskih in živalskih vrst ali rabe tal v kulturni krajini. 3.4 NEKATERE EKOLOŠKE ZNAČILNOSTI GLAVNIH EKOSISTEMOV Gospodarski gozd Pašnik Travnik Njiva Urbani ekosistemi Živa organska snov - nadzemni deli - podzemni deli Odmrla organska snov -opad -humus Skupaj Pragozd Preglednica 3.4.-1: Pregled hipotetičnega razporeda rastlinske organske snovi v glavnih krajinskih ekosistemih v tonah suhe snovi / ha (Anko 1982, po različnih virih) 240 -190 - 50 200 - 20 -180 440 230 - 190 - 40 156 - 6 -150 386 11 -6 -5 5.5 - 0.5 -5 16.5 12 -8 -4 4.1 - 0.1 -4 16.1 13 -10 - 3 3.1 - 0.1 -3 16.1 0.11 - 0.10 - 0.01 1.01 - 0.01 - 1.0 1.12 Zanimivo raziskavoo nihanju količne organske snovi po posameznih rastiščih in razvojnih fazah prinaša Debeljak (2002). Ker je raziskava potekala na razmeroma majhnem vzorcu avtor upravičeno svari pred nekritičnim posploševanjem razultatov. Kljub temu pa lahko ocenjujemo velikostne razrede, ki nam kažejo zanimivo primerjavo med vzorci iz pragozda in gospodarskega gozda. Preglednica 3.4.-2. Nihanje organske snovi v različnih razvojnih fazah pragozda in gospodarskega gozda (Debeljak, 2002) Razvojne Pragozd Gospodarski gozd 15 mladovje 50-68 51-67 46-68 35-78 42-94 debeljak debeljak 1 raznomerni razmomerni 410482 33-75 5-6 obnova obnova 303419 31-93 10-11 73-116 321431 86-156 mladovje Živo nadzemno Odmrlo nadzemno Živo podzemno Odmrlo podzemno 8-15 245289 13-14 230337 9-18 237315 13-16 65-76 1-2 39-47 38-55 38-50 47-76 61-67 50-92 53-98 47-71 Zanimive so tudi razlike v nihanjih organske snovi med ekosisitemi v zmernem podnembnem pasu. Medtem ko agrarni ekosistemi /njiv, travnik in pašnik) nihajo v sezonskem ciklu, merimo nihanja v gozdu v desetletjih oziroma stoletjih. Gozd biomaso kopiči in s tem krepi svojo odpornost proti motnjam. 3.5 MANJŠINSKI EKOSISTEMI Raznovrstnost (življenjskih oblik = biodiversity) je kakovost okolja, ki ji ustrezen pomen šele pričenjamo priznavati. V okolju, ki vse bolj nosi pečat človekove prisotnosti in vplivov, je ohranjanje raznovrstnosti odvisno od ohranjenosti osnovnih in manjšinskih ekosistemov. V naravnem (pra)okolju so minoritetni (manjšinski) ekosistemi specializirano prilagojeni posebnim (izjemnim) naravnim razmeram. V kulturni krajini so minoritetni ekosistemi lahko tudi ostanki avtohtonih ekosistemov. Skupna usoda manjšinskih ekosistemov je, da kljub izjemnemu pomenu, ki ga imajo za ohranjanje bogastva življenja, praviloma nimajo neposredne vrednosti za človeka in da so zato prve žrtve najrazličnejših kultivacijskih (= "melioracijskih") ukrepov. Zato so se v preteklosti ohranjali bolj ali manj po naključju – aktivno varstvo narave (raznovrstnost) naj bi to prakso spremenilo. Primeri nekaterih manjšinskih ekositemov: – mlake (ogroženost dvoživk), – živice (drevnina – v agrarnem prostoru nasploh, pomen za ptiče, male sesalce, plazilce), – mokrišča ("kultiviranje", osuševanje) so v isti kategoriji kot "pleveli" ali "škodljivci", – prodišča (regulacija rek, rekreacijski prostor), – trstišča ob rečnih ustjih, – "odpadni" ekosistemi (npr. opuščeni glinokopi, kamnolomi, ob cestnih deteljicah), – obrečni koridorji (usoda drevnine), – izviri (topli vrelec v Pirničah), – stari visokodebelni sadovnjaki (genski fond), – kmetijske terase (reliefna pričevanja o človekovi prisotnosti) ... 16 4 POJEM KRAJINE Kar nekaj pojmov s področij, ki jih obravnava krajinska ekologija, je prostorsko gledano ekosistemu nadrejenih, največkrat so to krajina, regija in biom. Ker se v krajinski ekologiji ukvarjamo predvsem s krajinami, bomo pojma regija in biom le omenili, v nadaljevanju pa se bomo podrobno lotili obravnave pojma krajina. Krajina je poleg ekosistema tista prostorska enota, s katero se tudi v gozdarstvu najbolj pogosto srečujemo, zato si jo oglejmo nekoliko podrobneje. Pojem “krajina” je vpeljal v znanstvene discipline na začetku 19. stoletja A. von Humboldt, čeprav najdemo besedo sicer že v starozavezni knjigi psalmov (Naveh in Lieberman 1984, 1994), edenski vrt (Gen 2,15) pa velja za najstarejši opis kulturne krajine. Humboldt razume besedo krajina kot skupne, s čutili zaznavne lastnosti kakega dela zemeljske površine. Takšna opredelitev temelji na zaznavnem značaju krajine, kjer imajo vidno vlogo zunanje lastnosti obravnavane krajine. Šele v sedemdesetih in osemdesetih letih dvajsetega stoletja so različni avtorji začeli ločevati pojma naravna in kulturna krajina, v osemdesetih letih dvajsetega stoletja pa se uveljavi poleg proučevanja zgradbe tudi študij delovanja krajine in sprememb v njej KRAJINA – nekaj opredelitev: Troll 1939: Krajina je celotno prostorsko in vizualno bistvo človeškega prostora, ki povezuje geosfero z biosfero in noosfero - izdelki človeških rok in uma. Krajina je v celoti povezano holistično bistvo, kjer celota pomeni več kot le vsoto posameznih delov. Neef 1967: Krajina je značilen del zemeljske površine z enovito zgradbo in funkcionalnim razporedom. Hard 1970: (Idealna) krajina je predvsem estetski fenomen, bližji očem kot mislim, bolj je povezana s srcem, dušo in razpoloženjem kot z intelektom. Anko (1982) označuje krajino kot prostorski izraz funkcionalnega sklopa ekosistemov in njihovega anorganskega okolja, ki je sicer odprt, vendar sposoben, da se do neke mere samoregulira Naveh in Lieberman (1984): Krajina je prostorsko in vidno zaokroženo realnost znotraj širšega okolja, ki zajema geosfero, biosfero in noosfero. Haase in sod. (1991): Krajina je del regije, prvotno so jo oblikovale naravne danosti, preoblikovale in nanjo vplivale pa jo je obdelovanje in raba tal. Krajina sestavlja prostorsko in časovno enoto s povezavami med naravo in družbo, ki živi v njej. Forman (1995): Krajina je mozaik, v katerem se skupina ekosistemov ponavlja v podobni obliki na področju, ki se razprostira v kilometrih. Farina (1998): Krajina je obsežen del teritorija, je homogena v določenih značilnostih, ki jih je mogoče razlikovati v medsebojnih odnosih povezanih z zgradbo in delovanjem. Že Troll (1939) opozarja, da moramo krajino obravnavati v vsej njeni celovitosti. Krajino tako opredeljuje kot študij celotnega kompleksa procesov med življenjskimi skupnostmi in njihovim okoljem v izbranem krajinskem prostoru. Bistvo te opredelitve je zajeto v spoznanju, da je potrebno v določenem krajinskem izseku proučevati prevladujoče povezave določenih življenjskih sil in razmer okolja. S krajino so se precej podrobno ukvarjali v drugi polovici 20. stoletja zlasti v Nemčiji številni raziskovalci. Buchwald (1963) je opredelil krajino kot celoten življenjski prostor, kot večplastni sistem medsebojno povezane geosfere in biosfere. Schmithüsen (1963) je prvi opozoril na razlike med naravno in kulturno krajino, z delom pa je nadaljeval Langer (1973); ta je poudaril, da so kulturne krajine povezane tako z naravoslovnimi kot tudi s socio-kulturnimi znanostmi. Thomasius (1973) opozarja, da sestavljajo kulturno krajino manjše enote, to je kulturni ekosistemi. Leser (1976) opredeljuje krajino kot konkreten krajinski ekosistem kakega poljubno omejenega prostorskega izreza geosfere. V večini primerov gre za višje integriran sistem, v katerem je življenje s posebno modrostjo vgrajeno v okolje in mu je prilagojeno ter s samoregulirajočim učinkovanjem sestavlja kompleksne značilnosti prostora, ki jih prepoznamo kot krajinski ekosistem. Krajina je v tem smislu vedno odprt snovni in /ali/ energijski sistem in je v dinamičnem ravnotežju znotraj določene amplitude. Krajina je izrez geosfere z enovito zgradbo in z urejenimi enotami nižjega reda, s skladnimi homogenimi sistemskimi značilnostmi. Buchwald in Engelhardt (1978a) razumeta pod pojmom krajina celotne značilnosti, ki svojevrstno izoblikujejo bistvo določenega dela zemeljske površine. Tu so mišljene vse značilnosti določenega dela zemeljske površine, ki se značilno razlikujejo od okolice. Ista avtorja v drugem delu (1978b) opozarjata na razlike med naravno in kulturno krajino, pri čemer obsega naravna le naravne dejavnike, kulturna krajina pa vključuje človeško družbo. Človek izrablja in preoblikuje zgradbo krajine in preureja procese v okolju. Barner (1983) sicer ne opredeljuje podrobneje kulturne krajine, čeprav se da iz njegovega dela razbrati, da pojmuje kulturno krajino kot prostor, ki ga človek obdeluje in preoblikuje. 2 Leser (1997) označuje krajinski ekosistem (!) kot prostorski vzorec abiotskih, biotskih in antropogenih sestavin, ki sestavlja funkcionalno celoto in nudi človeku okolje. Bastian in Steinhardtova (2002) slikovito opisujeta krajino kot palimpsest z vzorci, naloženimi drug nad drugim, ki prikazujejo lastnosti različnih predelov v času. Poleg Nemčije se razvoj raziskav odvijal tudi v številnih drugih evropskih deželah kot tudi v Avstraliji in Severni Ameriki. Ker je pretežni del tovrstnih raziskav zagledal luč svet a angleščini, jih v nadaljevanju predstavljamo skupaj. Whyte (1976) že ločuje dva pojma, s katerima je mogoče opredeliti krajino Izraz (“land”) uporablja za oznako (navadno velikega) področja, še posebej v administrativnem oziroma političnem smislu. Bralcu, ki izhaja iz slovenskega govornega področja in iz slovenske kulture, je morda teže razumeti določene težave, na katere so naleteli številni nemški in angleško govoreči krajinski ekologi. V renesansi se je namreč pojem “landscape” pod vplivom umetnosti in postopno tudi znanosti razvil v bolj vsestransko širok koncept, ki bi bil po Whytu lahko skoraj identičen s pojmom “okolje”. Pojem “land” se zdi avtorju bolj primeren za različne strokovne ekspertize, še posebej za različne strokovne zemljiške klasifikacije, in sicer v kar najbolj vsestranski obliki - kot sinonim za krajino in okolje. Pojem “landscape” pa se po Whytu lahko uporablja tudi v zvezah, za katere pojem “land” ni ustrezen - kot npr. krajina posebne vrste tal, posebne geologije oziroma geomorfologije. Tu nam pojem krajina nakazuje določen razpored tal, vrsto matične podlage in reliefnih oblik v okolju. Naveh in Lieberman (1984) opozarjata na dvojnost, ki jo zaznavajo germanski jeziki. Od renesanse dalje, še posebej v 18. in 19. stoletju, je povezava z razvijajočo se znanostjo zahtevala bolj izčrpen in širši pomen, kot ga je zajemal jezik likovne umetnosti. V bistvu pa se je z razvojem znanosti pojem krajina zožil na značilnosti fiziografskih, geoloških in geomorfoloških značilnosti zemeljske površine. Avtorja zato opredeljujeta krajino kot prostorsko in vidno zaokroženo realnost znotraj širšega okolja, ki zajema geosfero, biosfero in noosfero. Avtorja ločujeta naravne in kulturna krajine. Forman in Godron (1986) opredeljujeta krajino kot heterogeno področje, kot je sestavljena skupina vzajemno delujočih ekosistemov, ki se ponavljajo v podobni obliki po vsej površini. Krajine se po njunem razlikujejo v velikosti do kilometrskih razdalj v premeru. E. Odum (1989) označuje krajino kot sestav skupine ekosistemov in stvaritve človeka v prostoru. Posamezne krajine so del širših regionalnih enot - biomov. Avtor sicer pri členitvi prostora rajši kot krajina uporablja izraze umetno, udomačeno in naravno okolje. Ob tem je zanimivo njegovo razlikovanje med pojmoma krajina in regija. Zanj je krajina ekološki pojem, ki mu na geografsko-politični ravni ustreza izraz regija. Zonneveld (1989) razume pojma “land” in “landscape” kot sinonima. S pojmom krajina opredeljuje značilnosti oziroma lastnosti dela zemeljske površine ali določenih elementov, ki vsebujejo vse biotične in abiotične vidike, kot jih lahko zaznamo na površini Zemlje. Krajina je del prostora na površini Zemlje, sestavljena iz kompleksa sistemov, ki so jih ustvarili dejavniki tal, vode, zraka, rastlin, živali in človeka. Po svoji fiziognomiji sestavlja razpoznavno bistvo. Krajina je celota, ki je rezultat vzajemnega delovanja žive in nežive narave na prepoznavnem delu zemeljske površine. Pojem krajina torej obsega fizično okolje, 3 ki ga opredeljujejo klima, relief, tla, hidrologija, vegetacija do stopnje, ko vplivajo na potencialne rabe tal. Vos (1990) trdi, da sestavlja krajino v določenem področju značilen prostorski razpored različnih ekosistemov oziroma krajinskih elementov. Vos in Stortelder (1992) opozarjata, da so pojem krajina v angleško govorečih deželah sprva največkrat uporabljali kot sinonim za pejsaž oziroma prizorišče, sliko pokrajine. V naravoslovno znanost so pojem uvedli geografi in tako se je pojem krajina utrdil tudi na področju okoljskih znanosti. Preden je pojem uporabila geografija, je že od srednjega veka dalje pomenil določeno področje, površino, administrativno enoto ter v umetnosti vrsto slike. Danes uporabljamo ta pojem tudi takrat, kadar mislimo subjektivno zaznaven prostor ali tudi kulturno okolje človeka. Naveh in Lieberman (1994) se opirata na pojem “celotni človeški ekosistem”, ki ga je v krajinsko znanost sicer prispeval Egler (1964). Človek in vse njegovo okolje sestavljata nedeljivo celoto, ki naj bi jo proučevali v njeni totalnosti. To je odprt sistem, ki se samouresničuje in sam sebe presega.” Pomen pojma “celotni človekov ekosistem” je v tem, da avtorja upravičeno opozarjata na izjemno zmožnost človeka, da usodno vpliva na smer in jakost umetnih energijskih tokov ter tako umetno določa spremembe v krajini in njihove meje. Naveh (1994) opozarja, da so krajine ne le ponavljajoči se vzorci ekosistemov v kilometrskih dimenzijah, pač pa so konkretni v prostoru in času opredeljeni samostojni ekološki sistemi. Če jih želimo proučevati, moramo združiti področja naravoslovne znanosti s področji humanističnih ved, ki se nanašajo na rabo tal. Krajine sestavljajo danosti določene prostorske matice in živi habitati za vse organizme, vključno človeka. Kot taki so več kot le prostorsko heterogena področja in ponavljajoči se vzorci ekosistemov v kilometrskih razsežnostih. Pač pa so ekološko-geološki sistemi celotnega človeškega ekosistema izraženi v različnih merilih. Avtor ločuje celotni človeški ekositem glede na njegovo delovanje in vplive na okolje na tri razrede: 1. Ekosistemi, ki jih poganja prispela sončna energija 2. Ekosistemi, ki jih poganjata prispela sončna energija in vnesena energija 3. Ekosistemi, ki jih poganja pretežno umetno vnesena energija. Zonneveld (1995) skuša opredeliti razliko med pojmoma “Landscape” in “Land”. Prva znanstvena uporaba izraza za izbran del zemeljske površine je prišla iz Nemčije. Po Zonneveldu je krajina (Landscape) kompleks povezanih, sorodnih sistemov oziroma kompleksno soodvisen sistem višjega reda z več podsistemi, ki skupaj sestavljajo tudi zaradi lastnosti fiziognomije, prepoznaven del zemeljske površine. Sestavlja in vzdržuje ga vzajemno delovanje abiotskih, biotskih sil kot tudi človeka. Krajina je torej kombinacija delovanja narave in človeka. Avtor krajino opazuje s treh zornih kotov: 1. Krajina kot zaznava, podoba, scena 2. Krajina kot prostorski mozaik 3. Krajina kot (eko)sistem Drugi izraz (Land) nastopa kot sinonim za “landscape”. Land je za avtorja področje zemeljske površine, katere značilnosti zajemajo vse (zmerno) stabilne ali predvidljivo ciklične značilnosti geosfere v določenem prostoru, to pa vključuje atmosfero, tla, mati~no podlago, vodne značilnosti, rastlinske in živalske populacije ter posledice oziroma učinke preteklih in 4 sedanjih človeških dejavnosti do tiste stopnje, ko ti znaki odkrivajo značilne vplive na sedanjo in prihodnjo človekovo rabo tega prostora. Oba pojma sta si torej sorodna in ju v bistvu lahko po Zonneveldu (1995) opredelimo kot “bitje”, ki je nastalo z vzajemnim delovanjem žive in nežive narave in kulture na prepoznavne dele zemeljske površine. Po Zonneveldu (1995) naj bi bil “land” bolj konkreten, “landscape” pa naj bi uporabljali v bolj abstraktne, konceptualne namene. Forman (1995) zaznava krajino kot mozaik, v katerem se skupina ekosistemov ponavlja v podobni obliki na področju, ki se razprostira v kilometrih. Znotraj krajine se prepletajo številni znaki, ki so si podobni in se ponavljajo po celotnem področju (geologija, tla, flora, favna, raba tal, oblike naselij). Opredelitev pojma krajina je različna na področju umetnosti in znanosti. Avtorjev koncept temelji na naslednjih postavkah: 1. Prostorski vzorec oziroma razpored 2. Površina, ki jo objamem s pogledom z visokega mesta ali z letalskim posnetkom iz zraka 3. Enotnost, ki se kaže v ponavljajočem se vzorcu razporeda. Ingegnoli (2002): Krajina je določena stopnja v hierarhiji organiziranega življenja, med stopnjo ekocenotopa in stopnjo ekoregije, v značilni zunanji podobi. V Sloveniji se pomembnejše opredelitve krajine pojavijo v sedemdesetih letih 20. stoletja, čeprav o (po)krajinah piše že pred drugo svetovno vojno Melik (1935). Poleg geografov so v zakladnico krajinske misli prispevali tudi arhitekti, gozdarji in krajinski arhitekti. Nekaj najbolj zanimivih pogledov na krajino prinašamo v nadaljevanju. Gams (1975): Pri pokrajini gre za specifično medsebojno povezanost osnovnih delov preko snovne izmenjave med živo in neživo naravo v smislu t.i. ekosistemskega kroženja snovi. Ciglar (1976): Naravna krajina je, kjer ni človekovega vpliva na podobo krajine ali pa je ta nepomemben, kulturno krajino pa označuje človekov prevladujoč in odločujoč vpliv. Anko (1982) označuje krajino kot prostorski izraz funkcionalnega sklopa ekosistemov in njihovega anorganskega okolja, ki je sicer odprt, vendar sposoben, da se do neke mere samoregulira (to je predvsem odvisno od človekovih vplivov nanj). Avtor ločuje naravno in kulturno krajino, slednjo podrobneje razčlenjuje na posamezne skupine, ki jih označuje različna stopnja človekovih vplivov v prostoru. Pri tej opredelitvi gre za analogijo Odumovi opredelitvi ekosistema, ki jo avtor prenaša na krajinski nivo. Lah (1982, 1995) ločuje naravno in kulturno krajino, pri čemer pomeni kulturna krajina prostor, ki ga je človek preobrazil, obdelal, naselil in uredil. Označujejo jo še prometnice, energetski objekti, omrežja, naselja. Avtor v delu iz leta 1995 ločuje pojma kulturna krajina in pokrajina. Pokrajina mu pomeni manjše ali večje ozemlje glede na oblikovanost in obraslost, lego in podnebje ali tudi področje. S tem pojmom pa označuje tudi upravne enote. Pojem krajina se v delu iz leta 1995 ne pojavlja samostojno, pač pa v povezavi s kulturno krajino; to razume kot višjo enoto, ki jo sestavljajo posamezne pokrajine. Gabrijelčič (1985) opredeljuje naravno krajino kot tiste dele zemeljskega površja, ki se kažejo v krajinski sliki kot še nedotaknjen naravni svet, v katerem teče razvoj le po zakonih narave, brez človekovih posegov. Kulturna krajina pa je tisti del naravnega okolja, katerega 5 razvoj, strukturo in kompleks povezav določajo naravni krajinski faktorji in elementi, kot tudi človek in njegova dela. Ogrin (1989) ločuje naravno in kulturno krajino. Za naravno je značilna ohranjenost ekosistema, za kulturno pa je značilna spremenjenost. Odstopanje od naravne krajine je odvisno od namena, zaradi katerega je bila krajina spremenjena. Marušič (1993) označuje krajino kot pojmovno opredelitev, za katero niso opredelilne prostorske meje. Podobno kot podoben pojem ekosistem krajina nima prostorskih meja. To je ime za splet različnih prostorskih sestavin, ki jih v kakšnem prostoru prepoznamo kot njegovo podobo. Krajinska enota, pokrajina, pa ima prostorske meje. Toda ta zaradi regionalizacije postane prostorska enota - subjekt z lastnim imenom. Večina opredelitev opisuje značilnosti, po katerih je mogoče krajine med seboj razlikovati. Največkrat je to mogoče po skupnih značilnostih zemeljske površine, torej zgradbe oziroma po rezultatih človekovega vpliva. Nekateri avtorji se dotikajo tudi delovanja krajine; to opredeljujejo z izrazi, kot so samoregulacija oziroma vzajemno delovanje, dinamično ravnotežje, samouresničenje, samostojni ekološki sistem. Praktično vse opredelitve ločujejo kulturno od naravne krajine oziroma opisujejo človekove posege in vplive kot ključne dejavnike pri oblikovanju kulturnih krajin. Nassauerjeva (1995) opozarja, da kulturni dejavniki odločilno vplivajo na zgradbo oziroma spreminjanje krajin, prav tako pa je njihov vpliv poosebljen v teh krajinah. Misel ni nova, saj je na človekove vplive v kulturni krajini prvi opozarjal že Troll (1939), pri nas pa Ciglar (1973, 1976) in Anko (1982). Zanimiva je Navehova (1994) misel, s katero želi težo človekovega vpliva na okolje opredeliti z novim izrazom “celotni človeški ekosistem”. Nassauerjeva se torej pridružuje Navehovemu pogledu, ko opozarja, da bi moralo biti proučevanje kulturnih vplivov na krajine pomembno področje zanimanja krajinske ekologije, saj lahko zgradbo kake kulturne krajine opredelimo po eni strani kot rezultat vpliva določene kulture, hkrati pa kulturna krajina postane samostojno človekovo delo, izdelek, ki s svojim obstojem povratno zaznamuje kulturo kakega prostora. Tako pojmovana kultura se lepo ujema z opredelitvijo, kot jo prinaša SSKJ II (1993), ki jo poimenuje kot skupek dosežkov, vrednot človeške družbe kot rezultat človekovega delovanja, ustvarjanja. Takšno razumevanje kulturne krajine predpostavlja prepletanje naravoslovnih in socioloških dejavnikov, ki se kažejo npr. v pestrih sistemih poljske delitve, kjer lahko vidimo razlike, ki jih v življenjski ritem prostora prinašajo sklenjene proge, grude in celki. Najbrž ne bomo nikoli imeli poenotene opredelitve pojma kulturna (po)krajina. Kljub temu lahko po tem kratkem pregledu dosedanjih opredelitev izluščimo temeljne značilnosti, po katerih bomo obravnavali krajino v pričujočem delu. Skupno vsem opredelitvam je, da s pojmom krajina razumejo določen izsek zemeljskega površja z določenimi značilnostmi, po drugi strani pa se avtorji izogibajo mejam krajin in s tem vsaj posredno tudi merilu, s katerim prostor obravnavajo. Kljub temu ne moremo brez pomislekov sprejeti opredelitve, da gre pri krajini za poljubno omejen prostorski izrez geosfere. Naravne meje med krajinami je večkrat res težko opredeliti v podrobnostih, kakor to kažejo tudi različni poskusi tipizacij slovenskih krajin pri nas, zato pa si lahko pomagamo tudi z umetnimi, administrativnimi mejami, ki jih je v prostor postavil človek, od meje lastništva, do meja različnih upravnih enot, katastrske občine, občine, krajevne skupnosti, pa ne nazadnje do meja, ki jih pri gospodarjenju s prostorom uporabljajo upravljavci s prostorom, gozdarji, kmetijci. Gotovo so naravne danosti, kot npr. geomorfologija, nagibi, vodne razmere in tla 6 odločilno vplivale na začetne človekove vplive v prostoru, vsaj na poselitev in izbiro kmetijskih zemljišč. Vendar pa je prav s trajno poselitvijo človek že odločilno zaznamoval meje vpliva posamezne skupnosti in s tem sprememb v okolju, ki so bolj ali manj postopno zaznamovale meje med različnimi kulturnimi krajinami. Prav tako je težko sprejeti tezo, naj bi šlo pri krajini za zaporedje ponavljajočih se ekosistemov po vsej površini, še posebej, če ne navedemo hkrati tudi merila, v katerem želimo prostor obravnavati. S to opredelitvijo polemizira tudi Naveh (1987, 1994), ko opozarja, da je bolj kot ponavljajoči se vzorec pomembno, da gre za ekološke sisteme, ki so sposobni, da se samoregulirajo. S tem pa Naveh lepo poudarja bistveno lastnost vsake krajine, ki jo označujemo s sposobnostjo samoregulacije - lastnost, na katero sta opozorila na ekosistemski ravni že Ellenberg (1973) in na krajinski ravni Anko (1982). Krajine so skoraj vedno rezultat naravnih in antropogenih procesov v različnih časovnih obdobjih. Krajine se spreminjajo, včasih postopno, včasih nenadno, celo izjemno hitro (katastrofe), krajin, ki bi bile skozi daljše obdobje nespremenjene, praktično ne poznamo (Bastian in Steinhardt 2002). Kljub temu so za krajine značilne tudi sile ravnovesja, ki po končani motnji skušajo vzpostaviti prejšnje stanje ali vsaj novo ravnovesje na drugi ravni, tako na področju nežive kot žive narave. Za našo uporabo predlagamo naslednjo opredelitev krajine: KRAJINA (Anko 1982): v prostoru in času izražen funkcionalni sklop ekosistemov in njihovega okolja (živega, neživega – v primeru kulturne krajine tudi družbenega), ki je sicer odprt, vendar sposoben, da se do določene mere samoregulira. Poleg krajine nas zanimajo tudi višje prostorske enote, kot sta regija in biom. REGIJA (Forman 1995): območje, ki ga sestavlja več krajin, označuje jo skupna makroklima, v celoto pa jo povezuje človekova dejavnost. – Za regijo je značilno, da je v njej vsaj eno večje mesto, v celoto jo povezuje transport oziroma infrastruktura. Koncept regije združuje v ravnotežju fizične dejavnike okolja (poleg mikroklime lahko tudi talne značilnosti ...) in družbene dejavnike (politično-upravni, gospodarski, socialni in kulturni vidiki). Meje regije je včasih težko določiti, lahko tudi presegajo državne meje, pogosto pa so prav zaradi zaokroženih družbenih dejavnikov znotraj regije ekološko pestre razmere. BIOM (Tarman 1992): geografsko območje Zemlje z značilnimi klimatskimi in talnimi razmerami ter biocenozami, npr. listopadni gozd, tropski deževni gozd, savana, tundra itd. 4.1 Zgradba in delovanje krajine Analogno proučevanju ekosistema je tudi proučevanje krajine mogoče razdeliti na proučevanje zgradbe in delovanja. Drugače od ekosistema, v katerem so sukcesijski procesi 7 praviloma počasni, pa je pri proučevanju (kulturne) krajine pomembna tudi časovna dimenzija in premembe krajine v času. Regresije in progresije, ki predstavljajo sukcesijske procese ekosistemov (zlasti antropogenih), lahko sledimo tudi v razvoju krajine. Kazalci sprememb kulturne krajine so spreminjajoči se deleži različnih vrst ekosistemov z različno količino in strukturo biomase z različno biotsko pestrostjo, snovno in energijsko odprtostjo. V kulturni krajini nas pri študiju sprememb poleg količinskih in kakovostnih posebej zanimajo časovni vidiki. Časovni ritem kulturne krajine je očitno hitrejši od onega v prakrajini. Podrobnosti prinaša preglednica 4.1–1. Preglednica 4.1–1: Najvažnejša področja proučevanja krajine (Anko 1986, s. 19–30) KRAJINA A) ZGRADBA B) DELOVANJE 1. Relief , 2. količina, vrste, porazdelitev, oz.razpoložljivost neživih snovi, potrebnih za primarno proizvodnjo, 1. Obseg in kakovost pretoka energije: – energijski vhodi, izhodi oz. bilanca – energijska učinkovitost, – energijski tokovi med ekosistemi, – energetika abiotskih procesov; 3. energijske razmere, 2. značilnosti kroženja snovi: – nihanje biomase, – biogeokemični cikli, – odprtost, – akumulacije snovi; 4. vpliv antroposfere na kulturno krajino, 5. sestava: – vrste ekosistemov, – številnost ekosistemov, 3. medsebojno uravnavanje krajine in – nastanek in razvoj ekosistemov, ekosistemov z okoljem: – organska snov ekosistemov: – samoregulacija in vzdrževanje, . količina, – prilagajanje okolju, . struktura, – oblikovanje okolja. – prostorski razpored ekosistemov. ___________________________________________________________________________ 8 4.1.1 Zgradba krajine – matica, zaplata, koridor, rudiment Krajinski elementi v prostoru: matica – zaplata – koridor – rudiment Značilnosti rabe tal v prostoru lahko obravnavamo tudi v konceptu matice, zaplate in koridorja, ki ga je leta 1981 predstavil Johnson s sodelavci, podrobno pa sta ga prostorsko dodelala Forman in Godron (1986): Matica je krajinska sestavina – ekosistem, ki A) je najobsežnejši; B) je najbolje povezan; C) ima (potencialno) največji vpliv na razvoj (dinamiko) prostora. Je tudi krajinski element, ki obdaja zaplato. Grafikon : Primeri matice A) površina B) povezljivost 9 C) vpliv na razvoj ↑ ↓ ↓ ← ↓ → → ↓ ← ↑ ↑ ↑ ↑ Poroznost matice D D: poroznost je 0 E F E: poroznost je 1 F: poroznost je 3 Zaplata je nelinearna površina, ki se po videzu loči od okolice. Po nastanku ločimo naslednje vrste zaplat: 1. zaplata, nastala zaradi motnje 2. ostalinska zaplata (naravna ali antropogena motnja v okolici), 3. obnovljena zaplata (je podobna motenjski, le da je drugačnega nastanka – kronične motnje ni več – začne se obnova, sukcesija), 4. rastiščna zaplata kot posledica značilno drugačnih naravnih razmer (močvirje ...), 5. vnesena zaplata (od obnovljene se razlikuje v tem, da ne gre za naravno sukcesijo, pač pa za vpliv človeka). Ad 1. 10 __________________ Ad 2. __________________ Ad 3. __________________ Ad 4. ________________________ Ad 5. ________ _______ Ekološki pomen velikih in malih zaplat (Forman 1995) 11 Velike zaplate Male zaplate KORIDOR je ozek pas zemljišča, ki se na obeh straneh loči od matice. Po nastanku ločimo naslednje vrste koridorjev: 1. motenjski koridor, 2. ostalinski koridor (motnja v okolici), 3. rastiščni koridor kot posledica značilno drugačnih naravnih razmer (npr. obvodna drevnina), 4. obnovljeni koridor. Ločimo naslednje funkcije koridorjev (Forman 1995): a. habitat b. tok, c. filter č. vir d. ponor a. ááá b. c. č. ÄÄ d Å Å Å Å Å Rudiment je nepovezan ostanek (“otok”) nekdanje rabe v spremenjeni matici. Rudimenti praviloma nimajo več t. i. notranjega okolja; ker so premajhni, tudi nimajo vseh lastnosti ekosistema. Za gozdarstvo so zanimivi rudimenti male skupine drevja in/ali grmovja oziroma prosto rastoča drevesa v agrarni in urbani krajini. Rudimente, zaplate in koridorje lahko označujemo tudi s skupnim izrazom krajinski gradniki (Pirnat 2000), s tem da rudimenti nimajo več zgradbernih značilnosti ekosistemov, zaplate in koridorji pa te značilnosti imajo. 12 5 OKOLJE V SLOVENIJI 5.1 UVOD Zgodnja človekova prisotnost (okrog 250.000 let) na naših tleh je dokazana z najdbami iz tople mindel-riške medledene dobe v Jami v Lozi pri Orehku (ZS 1979). Dinamiko poselitve in s tem vsaj delno tudi vpliva na prostor lepo ilustrirajo podatki, da imamo doslej v Sloveniji ugotovljenih: – 30 ledenodobnih postojank (iz stare kamene dobe, ki je trajala približno 240.000 let) – 150 neolitskih postojank (iz mlajše kamene dobe, ki je trajala pribl. 6000 let) – 900 halštatskih postojank (obdobje železne dobe, ki traja pribl. 400 let) – 1300 rimskih postojank (rimsko obdobje pri nas je trajalo okrog 500 let) Pri tem je treba seveda upoštevati trajnost materialov (in trajanje dob). Na poselitev so poleg običajno upoštevanih dejavnikov vplivale tudi pestre naravne razmere, zlasti lega, relief in velik del kraškega sveta (preglednica 5.1–1). Preglednica 5.1–1: Pregled nagibov, nebesnih leg in višinskih pasov za Slovenijo (Kladnik et al. 1995, s. 11, Orožen-Adamič et al. 1995, s. 9–11) Nakloni v o Delež površin Nebesne lege Delež površin 0–1 2–5 6–11 12–19 20–29 30–44 45 in več Slovenija 14,9 15,5 21,8 22,4 15,9 8,3 1,2 100,0 Ravno N NE NW E W SE SW S Slovenija 3,4 11,5 12,7 9,2 12,2 10,7 13,7 11,9 14,7 100,0 Višinski pasovi 0– 99 100–199 200–299 300–399 400–499 500–599 600–699 700–799 800–899 900–999 1000–1099 1100–1199 1200 in več Slovenija Delež površin 1,2 7,5 18,1 15,0 11,8 11,6 8,7 6,6 4,9 3,4 2,6 2,1 6,5 100,0 5.2 KRATEK ZGODOVINSKI ORIS NOVEJŠIH ČLOVEKOVIH VPLIVOV NA NAŠE OKOLJE Če velja, da je bil zlasti v prazgodovinskem obdobju človek še posebej odvisen od naravnih danosti prostora in širših podnebnih značilnosti prostora in časa, pa je postopno tudi sam vedno bolj značilno zaznamoval svoje okolje. Do konca 11. stoletja se je v temeljnih potezah oblikovala osnovna posestna struktura zlasti slovenskega agrarnega prostora. Največje število vasi je tako nastalo v intenzivni kolonizaciji od 10. stoletja dalje, tako je število vasi v ugodnih legah od 12. do 14. stoletja že praktično enako današnjemu številu (Štih in Simoniti 1996). Sledi obdobje, ki ga zaznamuje značilna kolonizacijska zasičenost agrarne zemlje. V tem času nastajajo tudi že trgi in mesta, novi kolonizacijski valovi pa se usmerjajo v hribovite, gozdnate predele. V alpskem svetu se od XIV. stoletja dalje uveljavlja fužinarstvo. S tem pa naraste potreba po oglju, v gospodarjenje z gozdovi vse močneje posegajo fužine s svojimi rudniškimi redi. Pomen gozda kot vira narašča tudi zaradi nastajanja mest in trgov. Preglednica 5.2–1: Okvirni pregled časovnih obdobij v zgodovini človeka na naših tleh (po ZS 1979 in Štihu in Simonitiju 1996) PRAZGODOVINSKO OBDOBJE Paleolitik Mezolitik Neolitik Eneolitik in bakrena doba Bronasta doba Mlajša bronasta doba – kultura žarnih grobišč Starejša železna doba (halštatsko obdobje) Mlajša železna doba (latensko obdobje) ZGODOVINSKO OBDOBJE 250.000–10.000 pr. Kr. 10.000–4.000 pr. Kr. 4.000–2.000 pr. Kr. 2.000–1.700 pr. Kr. 1.700–1.000 pr. Kr. 1.300–800 pr. Kr. 800–400 pr. Kr. 400–0 Rimska zgodnjeantična doba Rimska poznoantična doba Uveljavljanje Slovanov Uveljavljanje frankovskega fevdalnega reda Srednjeveška fevdalna kolonizacija 0–300 300–600 druga polovica 6. stoletja 8. in 9. stoletje 8.–10. stoletje 10.–12. stoletje 12.–15. stoletje 16.–19. stoletje 1853 → Novejši razvoj od zemljiške odveze dalje V tem času je gozdnatost v Sloveniji najnižja v njeni zgodovini. Po Žumru (1976) je znašala gozdnatost leta 1875 približno 38 odstotkov. Spremembe podobe Slovenije v zadnjih 150 letih lahko prikažemo v strnjeni obliki. Glavni vzroki: – zemljiška odveza (krize osamosvojenega kmeta), – gradnja železnic (novi trgi), – stik z inozemsko industrializacijo (propad glažut, fužin) in porajanje novih industrij (papirna), – pojav lesnega trga, – nastanek kapitalistične nefevdalne (gozdne) veleposesti, – ustanovitev Jugoslavije (nekonkurenčnost kmetijstva, odrezanega od tradicionalnega trga), – agrarne reforme, – industrializacija, urbanizacija, razvoj prometa in energetske infrastrukture itd., – relativni upad pomena kmetijstva. Glavne posledice: – deagrarizacija, – socialna praha, ozelenjevanje, – večanje deleža gozdnih površin, – naraščajoča obremenjenost okolja (zraka, vode, tal ...), – upadanje biotske raznovrstnosti, – neugoden prostorski razpored gozda (krčitev v predelih, kjer je najbolj pomemben z vidika ekoloških in socialnih funkcije ter vlog), – prizadetost vsestranske stabilnosti gozdov. Večina našega kulturnega prostora je bila iztrgana gozdu. Spremembe v površinah zemljiških kultur v tradicionalni krajini na svoj način odsevajo spremembe v (načinu) obremenjenosti okolja; podrobnosti prinaša preglednica 5.2–2. Preglednica 5.2–2: Sprememba površin po zemljiških kategorijah v ha v obdobju 1965–1990 (Statistični letopis 1991, s. 214) Leto 1965/1990 Skupna površina 2.025.268 Njive in Sadov– vrtovi njaki + 2.603 – 42.959 Vino– gradi + 966 Travniki Pašniki Ribniki in trstje – 82.564 – 341 + 43.932 Gozdovi + 75.800 Nerodo– vitno + 3.128 5.2.1 Demografski kazalci obremenjenosti okolja V paleolitiku naj bi znašala gostota poseljenosti okrog 1 človek/10 ha. V rimskem času naj bi na naših tleh živelo okrog 200.000 ljudi. Podrobnejše podatke imamo šele od XVIII. stol. dalje (preglednica 4.2.1–1). Preglednica 5.2.1–1: Gibanje števila vsega in kmečkega prebivalstva v Sloveniji (1771–1991) Leto popisa 1771 1857 1869 1880 1890 1900 1910 1931 1948 1953 1961 1966 1971 1981 1991 Skupno prebivalstvo 700.000 1.072.240 1.128.768 1.182.223 1.234.056 1.268.055 1.321.098 1.385.822 1.439.800 1.504.427 1.591.523 1.669.606 1.727.137 1.884.047 1.974.839 Kmečko prebivalstvo 620.000 917.844 919.946 958.758 935.194 929.027 881.743 820.189 692.873 618.074 495.246 436.044 353.031 173.364 145.422 Delež (v odstotkih) kmečkega preb. 88,6 83,3 81,5 81,1 75,8 73,8 66,7 58,8 48,1 41,1 31,1 26,2 20,4 9,2 7,4 Preglednica 5.2.1–2: Pregled poselitve po višinskih razredih po popisu prebivalstva v letu 1991 (Kladnik et al. 1995, s. 11) Višinski pasovi v m n. v. Slovenija 0–99 100–199 200–299 300–399 400–499 500–599 600–699 700–799 800–899 900–999 1000–1099 1100–1199 1200–1299 1300–1399 1400–1499 1500–1599 1600–1699 1700–1799 1800 in več Delež Delež površin (%) naselij (%) 100 1,2 7,5 18,1 15,0 11,8 11,6 8,7 6,6 4,9 3,4 2,6 2,1 1,8 1,3 0,9 0,6 0,5 0,4 1,0 100 1,2 10,0 24,4 24,5 14,0 11,4 6,8 4,5 2,1 0,8 0,2 0,1 Število prebivalcev leta 1991 1.965.986 101.648 216.910 714.552 530.049 181.297 140.356 40.166 23.747 11.885 4.403 875 98 Delež prebivalcev (%) 100 5,2 11,0 36,3 27,0 9,2 7,1 2,0 1,2 0,6 0,2 0,0 0,0 5.3 SISTEMI POLJSKE DELITVE V SLOVENIJI Gostota prebivalcev na km2 97 426 142 195 175 76 60 23 18 12 6 2 0 Indeks rasti števila preb. 1961–91 124 168 123 124 137 116 107 83 75 76 68 55 46