Környezetvédelem
4. Ökológia, ökoszisztémák
2015/2016. tanév II. félév Dr. Buruzs Adrienn egyetemi tanársegéd
[email protected] SZE AHJK Környezetmérnöki Tanszék
Bevezetés – Vákuumban nem létezik élet • anyag- és energia-utánpótlás, hulladékok eltávolítása • együttműködés az élő és élettelen környezettel
– Abiotikus • alapvető szervetlen alkotók és elemek (víz, CO2, Ca, O)
• fizikai tényezők (talaj, eső, hőmérséklet, nedvesség, szél, napsugárzás) • ezek kísérő jelenségei (fény, hő)
– Biotikus • növények, állatok, mikrobák (energiafüggőség)
Az ökológia fogalma – Oikos (görög) = ház, gazdaság, birtok
– Ökológia • Az élő és élettelen rendszerek kölcsönös egymásra hatása; • milyen feltételek között tartható fenn a kettő egysége a bioszférában; • jelenségek okai; • egyed feletti szerveződési szintek • valamely szempontból egységes rendszert képező élőlénycsoport: populáció
Ökoszisztéma • az élő szervezetek és az élettelen környezetük elválaszthatatlanul kapcsolódik össze és áll kölcsönhatásban egymással • élőlények és élettelen környezetük teljes kapcsolatrendszere, mely nyílt rendszer
Ökoszisztéma • Bármely területi egység , amely élő szervezeteket és élettelen elemeket tartalmaz anyagáramlás • Strukturális szempontok • a fajok elrendezés, típusa, száma és a természeti környezet jellemzői
• Funkcionális szempontok • energiaáramlás és tápanyag-forgalom
Élőhely • Különböző élettelen elemek az ökoszisztémában • levegő, víz, talaj, stb.
• Egy állat, növény vagy személy természetes lakóhelye vagy tartózkodási helye • pl. víz: élőhely a vízi élőlények számára (sós és édesvízi további kategóriák: tó, tavacska, tócsa vagy folyó, folyam)
Abiotikus faktorok • A külső környezetből eredő, és az élőlényeket valamilyen módon befolyásoló különféle hatások • Éghajlati tényezők • napsugárzás, hőmérséklet, szél, eső, légáramlatok
• Fizikai tényezők • fény, tűz, nyomás, geomágnesesség
• Kémiai tényezők • savasság, sósság, a nővények számára szükséges szervetlen tápanyag mennyisége
Biotikus faktorok • Minden élő szervezet • növények, állatok, baktériumok, vírusok fajok
• Faj • genetikailag hasonló
• képesek életképes utódokat létrehozni
Kapcsolatok – hatások • (0,0) Semlegesség (neutralizmus) – a két populáció nincs egymásra hatással (pl. a fácán és a gímszarvas kapcsolata egy erdőben)
• (+,0) Kommenzalizmus – asztalközösség: az egyik fél számára előnyös, a másik számára közömbös (dögevők)
• (-,-) Kompetíció – versengés: mindkét fél számára hátrányos kapcsolata – a más szervezet számára is fontos környezeti tényező (táplálékforrás, víz, fény) elvonását, illetve hasznosítását értjük akkor is, ha ez felismerhető agresszivitás nélkül történik
• (+,-) Predáció – ragadozás
• (+,-) Parazitizmus – élősködés
Kapcsolatok – hatások • (+,+) Mutualizmus – kölcsönös segítség: mindkét fél számára előnyös kapcsolata (ember és vitamintermelő baktérium (K,B vitamin)
• (+,+) Szimbiózis – együttélés: mindkét fél számára előnyös, elsősorban táplálkozási kapcsolat pl. a kérődzők és a bendőjükben élő mikroorganizmusok
• (-,0) Amenzalizmus – antibiózis: az egyik fél számára közömbös, a másik fél számára hátrányos – az egyik populáció jelenléte anélkül káros a másikra nézve, hogy az első számára előnyt jelentene (pl. az egyik faj taposásával a másik faj táplálékát, búvóhelyeit teszi tönkre) – egymás fejlődését különböző vegyületekkel gátolják vagy elősegítik
Egyéb kapcsolatok
szabályos (szegregált)
véletlenszerű (random)
csoportosuló (aggregált)
Egyéb kapcsolatok a természetben a legkevésbé fordul elő
szabályos (szegregált)
véletlenszerű (random)
csoportosuló (aggregált)
Egyéb kapcsolatok
Ökológiai környezet
ANTROPOGÉN HATÁSOK KÉMIAI ABIOTIKUS környezet
FAJON BELÜLI ÉLŐVILÁG
FIZIKAI
FAJOK KÖZÖTTI
BIOTIKUS környezet
Populáció • Egymással együttműködő, általában ugyanahhoz a fajhoz tartozó egyedek csoportja • szarvaspopuláció egy szigeten • halpopuláció egy tóban
• Bármely faj populációjának a méretét két tényező határozza meg • a reprodukciós potenciál • a környezeti ellenálló képesség
Populációdinamika • A populáció nagyságának időbeli változásai • születés/halálozás vagy bevándorlás/elvándorlás • Elvándorlás: egy populációból bizonyos egyedek kiválnak és más területen alkotnak populációt, vagy más populációhoz csatlakoznak • Bevándorlás: egy populációhoz más területről a faj más egyedei csatlakoznak és a továbbiakban mint a populáció tagjai élnek
Populációnövekedési görbék
Egyensúlyi egyedszám
•
• • • •
Nt+1 = Nt + B – D + I – E; B: születések száma, D: halálozások száma, I: bevándorlás, E: elvándorlás Nt+1 = R*Nt R: nettó szaporodási ráta ( =, >, < 1) N: populáció egyedszáma K: környezet eltartó-képessége (összesen hány egyedet tud eltartani egy adott fajból hosszú távon)
A populációt szabályozó tényezők • A környezet fizikai jellegzetességei (pl. éghajlat) • Élelem (minőség és mennyiség)
• Betegségek • Predáció • Versengés (fajon belül és fajok között) • Egy ökoszisztéma növények, állatok és mikrobák különböző fajainak számos populációját magába foglalja együttműködnek, közösségek alkotnak egymással és a fizikai környezettel
A populációt szabályozó tényezők
A zsákmány- és a ragadozópopuláció denzitása az idő függvényében
Ökoszisztéma Biogeocönózis (ökoszisztéma) •
élőlények és élettelen környezetük teljes kapcsolatrendszere, mely nyílt rendszer – komponensei változhatnak – önszabályozásra képes
– meghatározott anyag- és energiaforgalom – állandó tér-idő rendszer
Biotóp (élőhely) •
természetes határait az élőlények kapcsolatai határozzák meg
Biocönózis (életközösség) •
egység a biotóppal
•
térbeli elrendezésű
•
időben ismétlődik
•
biológiai egyensúly
Az ökoszisztémák részei • Energiaáramlás szempontjából • termelők • fogyasztók • lebontók
• A fogyasztói tápláléklánc az energia áramlását az alábbi sorrendben tartalmazza: termelő növényevő ragadozók lebontó
Az ökoszisztémák alapjellemzői • Kapcsolatok •
a szervezetek egymás közötti és a környezettel összefonódó kapcsolatai
• Korlátozó tényezők •
a limitáló tényezők mindenütt jelen vannak a fajok és az egyedek nem növekednek végtelenségig
• Komplexitás •
a kapcsolatok összetettek, gyakran az emberi agy megértésén túl
Természetes ökoszisztémák • Élőlények egymásra utalt közössége – a természeti környezettel állandó anyag- és energiakicserélődési kapcsolatban van
• Önszabályozó képesség
Kultúrökoszisztémák • Agroökoszisztéma – Monokultúra – Kisparaszti gazdaság – Egyik sem önfenntartó!
• Városi ökoszisztéma – Rengeteg mesterséges anyag
Monokultúra
Természetes és kultúrökoszisztémák Természetes ökológiai rendszer
Stabilizáló (negatív visszacsatolás) → dinamikus egyensúlyi állapot Jóval nagyobb az egységnyi területre jutó biomassza
Mezőgazdasági rendszer
Rendszeres energiaés anyagbevitel szükséges
Egyed feletti szerveződési szintek • Biomok – A Föld különböző területein uralkodó éghajlati viszonyok alapján különböztetjük meg őket
– Az éghajlat mindenhol hasonló, de egyéb feltételek többféle ökoszisztéma – A Föld összes biomja bioszféra
Zonális biomok
Biomok a hőmérséklet és a nedvesség függvényében
Egyed feletti szerveződési szintek
Bioszféra mérsékelt övi lomberdő kocsányos tölgyes kocsányos tölgy
Biom Életközösség Populáció
Egyed
Trópusi esőerdő • Mindennapos esők, évi átlag >1500 mm • Gazdag növényzet • Nincsenek évszakok
• Nagy területű füves puszta • A száraz évszak hosszabb, mint az esős • Nagy termetű pázsitfüvek • Elszórtan fák, cserjék
Trópusi szavanna
Trópusi sivatag
• Forró, száraz nappalok – hideg éjszakák • Napi hőingadozás: 25-30 ◦C • Csapadék: 100-200 mm/év
Mérsékelt övi lomberdő • Legalább 500 mm csapadék évente • Szárazföldek tengerhez közel eső részei
Mérsékelt övi füves puszta
• Évi 200-300 mm csapadék • Pázsitfüvek
Tajga
• Nagyon kis fajszámú tűlevelű erdő • A világ legnagyobb szárazföldi életközössége
Tundra
• A fák növését meggátolja az alacsony hőmérséklet • Törpecserjék és havasi gyepek
Tűrőképesség • Környezet változása változás az élővilágban 1. a környezeti tényező változása jól látható következménnyel jár, de még nem tűnik el az adott élőlény
2. az adott élőlény eltűnik a rendszerből 3. nem mutatkozik változás
kulcsszó: TOLERANCIA
Egy ökológiai faktor mértéke (erőssége) és hatása közötti összefüggés
A toleranciagörbe
ökológiai faktor erőssége
minimum
alsó alsó
peiusz pesszimum
maximum
felső felső
szervezet életképessége
Tágtűrésű •
tágtűrésű fajok (hőmérséklet): lucfenyő, gyomnövények, füge oligo~
mezo~
poli~
környezeti faktor erőssége
szervezet életképessége
Szűktűrésű •
szűktűrésű fajok (hőmérséklet): sebes pisztráng, Daphniák, trópusi növények (banán, kakaó) oligo~
mezo~
poli~
környezeti faktor erőssége
Tűrőképesség
Tűrőképesség
Toleranciahatáro k
Életmenet-stratégiák • R-stratégista • magas belső szaporodási ráta • hirtelen elszaporodás, villámgyorsan elérik a környezet eltartó-képességét, majd tömeges pusztulás
• K-stratégista • a populációik egyedszáma a környezet eltartóképességének közelében van • versengésre való képesség
Szaporodási és életmenetstratégiák
Életmenet-stratégiák r-stratégista
K-stratégista
előrejelezhetetlen
előrejelezhető
Testméret
kicsi
nagy
Egyed növekedése
gyors
lassú
Élettartam
rövid
hosszú
Ivarérettség
korán
későn
Szaporodások száma
1
több
Kompetíciós képesség
gyenge
erős
alig
jelentős
Élőhely
Ivadékgondozás
Az ökológiai niche •
Niche • a populációra ténylegesen ható környezeti tényezőkre vonatkozó tűrőképességet reprezentáló modell (virtuális!) • a környezeti tényezők olyan n-dimenziós tere, ahol a populáció egyedei előfordulhatnak és szaporodni képesek • a valós tájnak olyan létező része, amely a populációnak szükséges feltételeket biztosítja
Az ökológiai niche
Társulások változása • Aspektus: az évszakok változásával kapcsolatos szezonális ritmus, évente ismétlődik
Társulások változása • Szukcesszió: növénytársulások egymás után következése
elsődleges szukcesszió
másodlagos szukcesszió
időlépték szerint
Elsődleges szukcesszió
Feltöltő szukcesszió
Ökoszisztémák terhelhetősége • Ökoszisztéma terhelhetősége – érzékenység, regenerációs képesség
• Stabil ökoszisztémák → önszabályozó képesség • Labilis ökoszisztémák → egyensúlyi helyzetből könnyen kibillen • Reguláció szempontjából három fő ökoszisztéma – természetes és önszabályozó – ember által szabályozott – mesterséges ökoszisztémák
A víz • Vízháztartás egyensúlyban legyen – Vízfelvétel és –leadás
• Csapadék (köd, páratartalom) – Időbeli és térbeli eloszlás + hőmérséklet – Limitáló tényező
• Vízi élőlények – Víz só-koncentrációja – Oxigéntartalma
• Talaj nedvességtartalma – Növények vízfelvételének fontos eleme
• Levegő nedvességtartalma – Vízleadás képességét befolyásolja
A hőmérséklet • Élőlények növekedésében és elterjedésében meghatározó tényező • A hőmérséklet függ – napsugárzás – domborzat – légköri viszonyok
• Átlaghőmérséklet csökken – sarkok felé, tengerszinttől felfelé (0,5oC/100 m)
Az élőlények hőtűrő-képessége • Az élőlények hőigénye – – – –
Eltérő, hőtűrő-képességük korlátozott Vízi élőlények: 0 ◦C / -2,5 ◦C Melegvérű állatok: állandó Hidegvérű állatok és növények: <10 ◦C alatt lelassulnak
• Tág hőtűrésűek • Zuzmók, mohák, kékmoszatok
• Szűk hőtűrésűek • Melegkedvelők • Hidegkedvelők
Állatok testhőmérséklete Változó • igazodik a környezethez
Állandó • külső környezettől függetlenített • fejlett hőszabályozás • hőtermelés a testtömeggel, hőleadás a testfelülettel nő
Az állatok hőszabályozása • A testtömeg és a testfelület hányadosa a tömeg növekedésével csökken – Bergmann-szabály: rokonsági körön belül a hideg területeken élő fajok testtömege nagyobb – Allen-szabály: rokonsági körön belül a hideg területeken élő fajok kiálló testrészeinek mérete csökken – Gloger-szabály: közelrokon fajok esetében a hidegebb égövön élők színe világosabb (hermelin: télen fehér, nyáron barna mimikri)
A fény • Hőhatás, fotokémiai átalakulás, fotoszintézishez szükséges energia • Földfelszínt érő fény mennyisége • Szélességi kör és évszak függvénye – Beesési szög – Légköri fényelnyelés – Árnyékoló tényezők
Fényviszonyok meghatározói • Földrajzi szélesség – Egyenlítőnél – sarkvidékek felé
• Magasság – hegytető - tenger
• Légköri viszonyok – szennyezések, felhőtlen és felhős égbolt
• Domborzat – északi és déli lejtők
• Növényzet – sűrűség - fényáthatolás
Növények fénytűrési szempontjai • Fénykedvelők – egész életükben
• Fény- és árnyéktűrők – egyes életszakaszokhoz
• Árnyékkedvelők – képtelenek elviselni az erős megvilágítást
Heterotróf szervezetek fényigénye • • • • •
Fényt nem igénylők Fénykedvelők Aktivitás és elterjedés meghatározója Aktív és pihenő fázisok napi ritmusa Megvilágítás idejének változása
Fényszennyezés = az esti égbolt mesterséges fényforrásokkal történő felesleges megvilágítása • a természetben élő élőlényekre is hatással van • nő a külső megvilágítás igénye is
• A fényszennyezés következményei • • • • • •
az egyes élőlények biológiai órája változik navigációs nehézségek vegetáció kitolódása jelentős pusztulás– világítótestek a madarak fészkelése, párválasztása és szaporodása meghiúsul az éjjeli állatokat zavarja
A Föld fényszennyezése az űrből nézve
forrás: http://www.geocities.com/kayleelayne/images/earthlights_dmsp_big.jpg
Milánó
Brüsszel Amszterdam
London
http://www.origo.hu/tudomany/vilagur/20110906-az-ejszakai-london-parizs-brusszelamszterdam-es-milano-varosfenyei-a.html
Az eltévedt utazó
Levegő • Vegyi összetétel – Kémiai összetétele viszonylag állandó – Szén-dioxid, oxigén
• Áramlás – Szél (mechanikai, élettani) – Beporzás
• Oxigén
Talaj és domborzat • Talaj – Termőképesség – Biológiai mállás
• Domborzat – Tengerszint feletti magasság – Lejtőszög hő- és fényviszonyok
Abiotikus faktorok hatása
Köszönöm a figyelmet!
77
