Global Changes, Photosynthesis and sustainability - MB130P60

• Title: Globální změny, fotosyntéza a trvale udržitelný rozvoj
• Czech title: Globální změny, fotosyntéza a trvale udržitelný rozvoj
• Guaranteed by: Department of Experimental Plant Biology (31-130)
• Faculty: Faculty of Science
• Actual: from 2019 to 2023
• Semester: winter
• E-Credits: 3
• Examination process: winter s.:
• Hours per week, examination: winter s.:2/0, Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: 5
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech
• Additional information: http://kfrserver.natur.cuni.cz/global/
• Note: enabled for web enrollment
• Guarantor: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D.
• Teacher(s): prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D.
• Incompatibility : MB130P60E, MB130P68
• Is incompatible with: MB130P60E, MB130P68

Annotation

English

Last update: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (29.10.2019)

The course will give basic information for evaluation of those functions of vegetation which cannot be forgotten when determining favourable conditions for life on the Earth. Simultanesously, it reviews and enlightens the most important relationships among keeping functional plant properties, their effects on life conditions and consequences of changes in extent and way of usage of continents and oceans forced by human demands. The ecosystem services provided by plants will also be discussed. Given the interdependence of climate and vegetation functions, the lecture will focus not only on the effects of climate on plants, but also on influencing local, regional and global climate by plants. The lecture will also address the current climate change and its impact on plants and how plants affect the climate of the planet. Also discussed will be the plants in agroecoystems, basic principles of crop production, different types of agriculture - conventional, alternative, agroforestry, precision agriculture will be mentioned.The course focuses on scientific apsects of real sustainability of human civilizations with emphasis given to plant functions. It contains a range of practical topics related to transformation of petrochemical agriculture to "sun" agriculture, biomass availability as sources of alternative energy, role of plants in global water cycle and water availability for human needs, perspectives of artificial photosynthesis, use of genetically modified plants, etc. It is aimed to give to students background for independent qualified evaluation of extent of indispensable, unaviodable measures to be taken with a priority of respect of natural laws.

A review of physiological aspects of important global changes mankind is facing in the 21st century: food production, global climate changes, and water shortage. Biological bases of crop production. Application of physiological knowledge in crop breeding and technology. Global climate changes, photosynthesis and the role of anthropogenic modification of the carbon cycle on the Earth. The importance of crop irrigation and biological possibilities to reduce water consumption in irrigated crops. Environmental and biological aspects of sustainability.

Czech

Last update: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (08.10.2023)

Tento předmět poskytuje základní informace pro hodnocení těch funkcí rostlin, které jsou nepominutelné z hlediska podmínek příznivých pro život člověka na Zemi. Zároveň podává výklad nejdůležitějších vzájemných vztahů mezi udržením funkčních vlastností rostlin, jejich vlivem na životní podmínky i důsledky změn v rozsahu a způsobu využívání pevnin a oceánů vyvolané expanzí počtu i nároků lidí.Vzhledem k vzájemné provázanosti klimatu a funkcí vegetace bude výklad zaměřen nejen na účinky klimatu na rostliny, ale také na ovlivnění lokálního, regionálního i globálního klimatu rostlinami. Též budou probrány ekosystémové služby, které rostliny poskytují. Přednáška se tedy bude věnovat i současně probíhající klimatické změně a jejímu vlivu na rostliny a jak rostliny ovlivňují klima planety. Též budou probrány rostliny v agroekoystémech, zmíněny základní principy rostlinné výroby, různé typy zemědělství - konvenční, alternativní, agrolesnictví, precizní zemědělství. Výklad je soustředěn na přírodovědné aspekty reálné udržitelnosti lidských společností se zdůrazněním funkcí rostlin a obsahuje i řadu konkrétních témat vztahujících se k přeměně petrochemického na "sluneční" zemědělství, dostupnosti biomasy jako zdroje alternativní energie, funkcí rostlin v globálním cyklu vody a její dostupnosti pro potřeby lidí, perspektivy umělé fotosyntézy, uplatnění geneticky modifikovaných rostlin aj. Studentům poskytne základ pro samostatné kvalifikované hodnocení rozsahu nezbytných, dostupnosti možných i omylů mnoha navrhovaných opatření, a to s prioritním respektováním přírodních zákonů.
Absolvování kurzu by mělo dát solidní základ pro orientaci v problémech globálních změn včetně schopnosti si vytvářet vlastní názor na základě existujících vědeckých fakt. Kurz dá přehled dostupných fakt, zároveň studenti budou vyzváni k prezentaci vlastních názorů a diskusi.

Součástí kurzu je prezentace přečtené vědecké knihy či článku k tématu v kurzu.

Pdf přednášek a další materiály jsou v Moodle.

Literature

English

Last update: RNDr. Hana Konrádová, Ph.D. (29.10.2019)

Literature in Czech:

Nátr, L.: Příroda, nebo člověk? -- Služby ekosystémů. Karolinum. 344 ss. 2011.
Nátr, L.: Fotosyntetická produkce a výživa lidstva.- ISV nakladatelství, Praha 2002. ISBN 80-85866-92-7
Nátr, L.: Země jako skleník. Proč se bát CO2 ?: Academia, Praha 2006. ISBN 80-200-1362-8. 14
Nátr L.: Rozvoj trvale neudržitelný. Nakladatelství Karolinum, 2005.

Doporučená literatura:
Moldan B.: Podmaněná planeta. 2010.
Kadrnožka J.: Globální oteplování Země. 2008.
Lovelock J.: Gaia vrací úder. 2009.
Braniš M., Hůnová I. (eds.): Atmosféra a klima. Aktuální otázky ochrany ovzduší. 2009.
Seják J. a kol.: Hgodnocení funkcí a služeb ekosystémů České republiky. 2010.

In English:

Evans L. T.: Crop evolution, adaptation and yield. Cambridge Univ. Press. 2nd edition. Cambridge. 1996.

Recent literature / papers in English will be available during the lectures.

Czech

Last update: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (16.09.2023)

Nátr, L.: Příroda, nebo člověk? -- Služby ekosystémů. Karolinum. 344 ss. 2011.
Nátr, L.: Fotosyntetická produkce a výživa lidstva.- ISV nakladatelství, Praha 2002. ISBN 80-85866-92-7
Nátr, L.: Země jako skleník. Proč se bát CO2 ?: Academia, Praha 2006. ISBN 80-200-1362-8. 14
Nátr L.: Rozvoj trvale neudržitelný. Nakladatelství Karolinum, 2005.

Doporučená literatura:

Lovelock J.: Gaia vrací úder : proč se Země brání a jak ještě můžeme zachránit lidstvo, 2008.

Lovelock J.: Mizející tvář Gaii: Poslední varování, 2012.

Lovelock J.: 
Moldan B.: Podmaněná planeta. 2010.
Kadrnožka J.: Globální oteplování Země. 2008.
Lovelock J.: Gaia vrací úder. 2009.
Braniš M., Hůnová I. (eds.): Atmosféra a klima. Aktuální otázky ochrany ovzduší. 2009.
Seják J. a kol.: Hgodnocení funkcí a služeb ekosystémů České republiky. 2010.
Evans L. T.: Crop evolution, adaptation and yield. Cambridge Univ. Press. 2nd edition. Cambridge. 1996.

Requirements to the exam

Last update: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (16.09.2023)

Podmínkou pro klasifikaci je absolvování 1 studentské prezentace během přednášek (délka 2 min) dohodnuté literatury pro diskuse  se vztahem k probíraným ttématům. Prezentace budou průběžně po dohodě na začátku přednášek během semestru a zbývající pak na konci semestru.

Vlastní klasifikace je na základě písemného testu složeného z 20 otázek. Za test je možno obdržet maximálně 100 procent.

Hodnocení testu:

Test zkušební: podle počtu otázek (20 nebo 25) každé připadne bodové zastoupení tak, aby celkem odpovídalo hodnocení 100 procentům (tj. 20 otázek po 5 bodech, 25 otázek po 4 bodech). Výborně : 88-100, Velmi dobře: 75-87,5, Dobře: 62-74,5. 

Syllabus

English

Last update: VOTRUB (02.05.2005)

Importance of photosynthesis : production of organic substances and the beginning of the food web and production of the atmospheric oxygen.

A review of photosynthetic structures and processes at the level of chloroplasts, leaves, plants and canopies.

Critical problems of mankind in the 21st century:

1. Shortage of food in the world.

A review of the most important crops. Historical development and projections into future of changes of crop production, yield and land area.

2. Climate changes

Physical principals of the greenhouse changes on the Earth.

Greenhouse gases and historical changes as well as future projection of the changes of their atmospheric concentration. Carbon global cycle and anthropogenic activities modifying it.

3. Water shortage.

The utilization of current water on this planet. The contribution of agricultural irrigation to the world water consumption.

Photosynthetic activity of both wild and cultivated plants and possibilities for its modification in relation to the above mentioned problems of mankind.

1. Biological principles of crop yield formation.

Factors determining (a) solar energy absorption by the canopy, (b) efficiency of the photosynthetic transformation of the absorbed radiation energy, (c) allocation and distribution of assimilate.

The importance of leaf area changes during plant ontogeny. Spatial distribution of assimilation organs in a canopy. Mineral fertilizers and their necessity

Possibilities for an increase in the rate of photosynthesis: (a) morphological modification of the plant type, (b) introduction of genes from the C4 plants into C3 crop species, (c) the use of varietal differences in the crop efficiency to use enhanced CO2 concentration, (d) management (precision agriculture, agroforestry, etc.).

2. The main component of global carbon cycle on the Earth.

The most important antropogenic sources of carbon dioxide (fossil fuels burning and changes of land cover). The effect of enhanced CO2 concentration on plants. Consequences of the increase in CO2 production: an increase in the atmospheric CO2 concentration an in the CO2 absorption by oceans, potential changes in the carbon sequestration by land ecosystems.

Biological, technical and economic possibilities to decrease atmospheric CO concentration.

3. Water consumption and photosynthetic production.

Physiology of water absorption, use and release by plants. He role of water in biomass production.

Irrigation of cultivated plants and methods used to determine the exact time and dose for watering.

Biological and technical possibilities to decrease water use in irrigation.

The necessity to induce sustainable development of mankind and main factors contributing to the present non-sustainable development.

Czech

Last update: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (16.09.2023)

Sylabus:

Přednáška 1: Globální změny, fotosyntéza a trvale udržitelný rozvoj

Přednáška 2: Nepostradatelnost a nenahraditelnost rostlin a zemědělská výroba:

Přednáška 3: Voda na Zemi a rostliny:

Přednáška 4: Sluneční záření, atmosféra, skleníkový efekt, skleníkové plyny 

Přednáška 5: Biogeochemické cykly, Uhlík v atmosféře, zpětné vazby.

Přednáška 6: Klimatické změny a jejich příčiny

Přednáška 7: Klimatická změna a lesy

Přednáška 8: Zamyšlení o extinkcích a změně biodiverzity v důsledku klimatické změny

Přednáška 9: Globální změny a služby ekosystémů, ekologická stopa

Přednáška 10: Klima se měnilo vždycky. Proč se znepokojovat v 21. století? Důsledky a  zmírnění změn klimatu zdroje energie.

Přednáška 11: Politické aspekty řešení environmentálních problémů 

Prezentace studentů a diskuse

 

1. Globální změny, fotosyntéza a trvale udržitelný rozvoj: Opravdu trvale? A trvalý rozvoj na planetě Země?

·        Kdy vznikla současná charakteristika pojmu "trvale udržitelný rozvoj"? Zpráva Brundtlandové pro OSN: Zásadní přínos i opakování chybných představ.

·        Člověk vždy chtěl, chce ale opravdu už nebude chtít stále více (majetku, moci, pohodlí)? Etické a morální aspekty trvale udržitelného rozvoje.

·        Zásadní rozdíly mezi společenskovědními a přírodovědnými přístupy i závěry ve vztahu k trvale udržitelnému rozvoji lidstva.

·        Kdy a jak si lidé začali uvědomovat podmínky pro svoje setrvání na Zemi? (A. Leopold, R. Carssonová, R. Costanza.)

·        Příklady charakteristik trvale udržitelného rozvoje v různých zemích a institucích.

·        Bez čeho se člověk nemůže obejít: Potraviny, voda a prostor.

·        Potraviny pro 9 miliard: vysoké výnosy nebo jaké jsou alternativy.

2. Proč jsou rostliny nepostradatelné a nenahraditelné

·        Potravní pyramida : rostliny, býložravci, masožravci a všežravci.

·        Co potřebují rostliny, aby mohly uživit lidstvo i miliony dalších druhů: Fotosyntéza, vodní režim I minerální výživa.

·        Jak se tvoří biomasa v rostlinách: Fixace CO2 s využitím energie záření.

·        Jak se projevuje změna dopadajícího slunečního záření, koncentrace CO2 a dostupnosti vody na rostliny a výnosy ? Principy rostlinné výroby

·        Zelená revoluce, šlechtění

·        Konvenční a ekologické zemědělství

3. Voda na Zemi a rostliny

·        Rostliny potřebují obrovská množství vody, kterou si však nárokují i lidé. Kdo musí mít přednost?

•        Úroveň rostliny: hospodaření rostliny s vodou

•        Úroveň porostu, ekosystému: evapotranspirace a její klimatotvorný význam

•        Úroveň globální: voda na zemi

•        Voda zelená, modrá a šedá

•        Vodní stopa

•        Virtuální voda

•        Import a export virtuální vody

4: Sluneční záření, atmosféra, skleníkový efekt, skleníkové plyny

•        Jak udržuje Země stálou teplotu na svém povrchu?

•        Sluneční záření: Spektrum, ale I lokální a historická proměnlivost

•        Složení atmosféry

•        Skleníkový efekt - Fyzikální podstata skleníkového efektu.

·        Skleníkové plyny: CO2, metan, oxid dusný, ozón, vodní pára v atmosféře, freony: příčiny změn jejich koncentrací dříve, dnes a zítra.

·        Základní termíny: zesílení skleníkového efektu, radiační účinek, míra zvýšení teploty globální teplotní potenciál

 

5: Biogeochemické cykly, Uhlík v atmosféře, zpětné vazby

•        Biogeochemické cykly – definice

•        Koloběh N, P

•        Koloběh C – terestrická a oceánská část koloběhu

•        Uhlík – sinky atmosférického uhlíku,

•        zpětné vazby: James Lovelock a jeho “Svět sedmikrásek”

6. Klimatické změny a jejich příčiny

•        Klima vs. počasí Klima jako dlouhodobý průměr každodenního počasí, zejména teploty a srážek

•        Faktory ovlivňující klima: přírodní - sluneční záření, sluneční cykly, výkyvy v rotaci Země, kosmické záření, spoečné erupce, earosoly

•        Antropogenní faktory: Emise skleníkových plynů, změny povrchu planety.

•        El Nino, La Nina, ENSO

•        Faktory antropogenní

•        Změny klimatu: projevy změn

•        Dosavadní a předpokládané změny klimatu: teplota, srážky, hurikány, hladiny oceánů

•        Možnosti snižování antropogenních emisí skleníkových plynů: zalesňování, ukládání CO2 do vytěžných dolů a hlubin oceánů, omezení emisí CH4, N2O, geoinženýrská řešení.

7. Klimatické změny a lesy

•        Lesy v klimatické změně

•        Rostliny v koloběhu uhlíku, zdroj a sink C

•        Uhlík v biomech

•        Úloha lesů v tvorbě klimatu aneb Jak lesy ovlivňují klima?: sink CO2, evapotranspirace, přivírání průduchů, albedo

•        výsledné působení lesních porostů na klima

•        Rostliny ve zvyšující se koncentraci CO2 – úroveň porostu, jak toto studujeme

•        Vliv klimatu na lesy v globálním měřítku

•        Lesy v klimatické změně: výskyt škůdců, požáry, změna vegetačních pásem

•        Lesy – zdroju nebo sink uhlíku v současnosti a budoucnosti

 

8. Klimatická změny a biodiverzita

·        Klimatické změny a vliv na biodiverzitu

·        Vymírání druhů – extinkce – v historii planety Země, problémy s odhady vymírání

·        Současné vymírání, současný stav biodiverzity a její změny

·        Hlavní trendy v současné biosféře,

·        Budoucnost biosféry v antropocénu

 

 

9. Globální změny a služby ekosystémů, ekologická stopa

Služby ekosystémů obecně:

•        ekosystém, co poskytuje

•        definice funkcí a služeb ekosystému (SE)

•        vývoj konceptu SE

•        Hodnocení SE – metody, přehled

•        4 kategorie SE a vztah k blahobytu člověka

 

Služby ekosystémů příkladové studie:

•         lesy

•         mokřady – v zahraničí, u nás

•         mangrovy

•         opuncie

•         Opylování

•        Ekologická stopa

•        Biokapacita

•        Den ekologického dluhu

 

10: Klima se měnilo vždycky. Proč se znepokojovat v 21. století? Energie, zmírnění změn klimatu

•        Energie – všechny zdroje:

•        Energie fosilních paliv vs. obnovitelné zdroje energie

•        Emisní scénáře

•        Ekonomické a společenské aspekty klimatických změn

•        fragmenty o stavu planety Země

•        možnosti řešení klimatických změn: adaptace a zmírnění

•        Zmírnění klimatických změn:

•        Snížení energetické náročnosti všeho

•        Alternativní zdroje energie

•        Dlouhodobé ukládání části emitovaného CO2

•        Geoinženýrská řešení

 

11: Politické aspekty řešení globálních problémů

1.      Success Stories:

-        Montreal Protocol

-        Black Triangle

2.      Řešení klimatických změn

-        Zmírnění a adaptace

-        Konkrétně pro lesy

·        Globální akce. Vývoj celosvětového přístupu řešení globálních problémů lidstva: UN, UNESCO, IPCC, FAO

-        Rámcová úmluva o změně klimatu

-        UNFCCC,

-        COP konference : Kyóto a Paris

-        Obchod s emisemi