Ekologie vodního prostředí Mgr. Pavla Řezníčková, Ph.D.
Harmonogram EVP podzim 2012 1. Fyzikální a chemické vlastnosti vody (24.9.) 2. Úvod do hydrobiologie a ekologie, základní ekologické pojmy, společenstva vodních organismů (1.10.)
3. Vodní fauna + přizpůsobení organismů životu ve vodním prostředí (8.10.) 4. Vodní flóra (15.10.) 5. Podzemní + stojaté vod (22.10.) 6. Tekoucí vody (29.10.) 7. Moře a oceány (5.11.)
8. Potravní řetězce, produkce, produktivita, populace, mezidruhové vztahy (12.11.) 9. Aplikovaná hydrobiologie I. – vliv lidské činnosti na vodní prostředí – změny v krajině, nadužívání vodních zdrojů, hydromorfologické úpravy, … (19.11.) 10. Aplikovaná hydrobiologie II. – vliv lidské činnosti na vodní prostředí – znečišťování vod, toxikologie, čištění odpadních vod, … (26.11.) 11. Rybářství a hydrobiologie (3.12.) 12. Bioindikace (10.12.)
Základní učebnice
Ekologie oikos = obydlí - dům - domov
Ernst HAECKEL (1866) Věda o vzájemných vztazích organismů k jejich anorganickému a organickému prostředí, zvláště o jejich přátelských a nepřátelských vztazích k těm rostlinám a živočichům, s nimiž přicházejí do styku. C.J. Krebs (1972) Ekologie je vědecké studium interakcí, které determinují distribuci a abundanci organismů. R. Brewer (1994) Ekologie je studium vzájemných vztahů organismů a jejich prostředí. Hraniční obory biologické i nebiologické.
Ekologie je vědní obor zabývající se vztahy mezi organismy (navzájem) a vztahy mezi organismy a jejich minulým, současným a budoucím prostředím.
Prostředí
abiotická složka
biotická složka
Prostředí obecně: plynné nebo kapalné látky - médium pevné látky - substrát
terestrické - amfibické - akvatické organismy
Základní ekologické pojmy
Vztahy zahrnují fyziologické reakce jedinců strukturu a dynamiku populací interakce mezi druhy
uspořádání biologických společenstev zpracování a využití energie a látek v ekosystémech
ovlivnění organismů prostředím a prostředí organismy
Metody studia ekologie přebírá metody jiných oborů + používá své specifické metody terénní (společenstva, populace, organismus) - přírodní nebo umělé prostředí (antropocenózy) laboratorní systémy
design experimentu využití matematických a statistických metod při zpracování výsledkůinterpretace! matematické modelování – uměle vytvořený systém, možno s ním experimentovat – metodický postup tvorby = modelování - systém – soubor složený minimálně ze dvou prvků (subsystémů) na sobě závislých
Popis (cílený!) vysvětlení predikce kontrola využití
Co a jak studuje ekologie? obecná ekologie - obecné zákonitosti speciální ekologie - podle organismů, taxonomických skupin
- podle prostředí - vodní (akvatické) - suchozemské (terestrické)
- půdní (voda nebo vzduch) - těla organismů Základní a aplikovaný výzkum – spojené nádoby
Škály (scales) prostorová škála - od buňky až po globální ekosystém
časová škála přiměřenost škály studované problematice - význam dlouhodobých studií studium časoprostorových (spatiotemporal) změn
areál - část zemského povrchu (oblast rozšíření) v níž se vyskytuje určitý taxon (druh, rod, atd.). Hranice jsou dány klimatickými, půdními a biotickými podmínkami, člověkem. Areály jsou různě velké. Kosmopolitní taxony - po celém světě (přirozeně nebo s pomocí člověka); endemické taxony – pouze na omezeném území. Vývoj a změny hranice areálu - oscilace - krátkodobá změna hranice areálu; dlouhodobá změna hranice areálu - expanze (rozšíření) a regrese (zmenšení). V současnosti dochází hlavně vlivem člověka ke zmenšování areálů - antropofobní, druhy – ustupují; antropofilní – šíří se pomocí člověka. monotop - prostředí osídlené jedincem určitého druhu demotop - prostředí populace biotop - prostředí osídlené společenstvem - biocenózou lokalita – stanoviště, při výzkumu, přesné vymezení
ekologické názvosloví podle typu prostředí: přípona –kolní (terikolní, silvikolní, agrikolní…)
Biologická škála
jedinec - autekologie – nejužší pojem, ekologie jednoho konkrétního jedince k ostatním jedincům, nebo okolního prostředí; limity přizpůsobení, vliv prostředí na výskyt adaptací, chování, rozšíření, biologické rytmy... (např. ekologie zajíce) populace - demekologie - ekologie populací – vztahy mezi jedinci jednoho druhu a jejich prostředím; abundance, distribuce, struktura, natalita, mortalita, růst a dynamika populace (např. populace blešivce potočního potoka Říčka) společenstva - synekologie - ekologie společenstev, vztahy jedinců různých druhů, pobývajících na jednom stanovišti; jejich složení a struktura, koloběh látek a energie v ekosystémech, produktivita biosystémů, vliv člověka... (např. společenstvo makrozoobentosu rybníka)
Ekologické faktory všechny vlivy a podmínky existence živočichů v prostředí mají pro organismy dočasně nebo trvale určitý význam
nejsou neměnné, mohou se s různou intenzitou měnit v čase s ohledem na interakce umožňují přítomnost, určitých druhů, limitují jejich rozšíření, eliminují výskyt druhů v prostředí, působí na zeměpisné rozšíření druhů mají vliv na rozšíření, aktivitu, metabolismus, růst, rozmnožování, úmrtnost a stěhování živočichů, působí na hustotu jejich populací podporují vznik různých adaptací, evolučních přizpůsobení, vyvolávají druhově příznačné regulační mechanismy umožňující přežívání v nepříznivých podmínkách působí jako podmínky prostředí, nebo se uplatňují jako zdroje
Podmínky a zdroje Podmínky
fyzikálně-chemické vlastnosti prostředí (teplota, vlhkost, pH, rozpuštěný kyslík...), mohou být měněny, ale nespotřebovávají se Zdroje environmentální zdroje jsou živými organismy spotřebovávány v průběhu jejich života a reprodukce (potrava, prostor, samice)
Klasifikace ekologických faktorů Podle stupně cykličnosti primárně periodické faktory – světlo, teplota, slapové jevy, … sekundárně periodické faktory – vlhkost, vnitrodruhové vztahy, …
neperiodické faktory (přírodní, antropogenní)
Klasifikace ekologických faktorů
abiotické - klimatické faktory, hydrické faktory, edafické faktory, veškeré fyzikálně chemické faktory vody (půdy, ovzduší, …) biotické - vnitrodruhové (intraspecifické, homotypické) faktory - mezidruhové (interspecifické, heterotypické) faktory např. antropogenní faktory, trofické faktory, … potravní (trofické) – prolínají se s faktory abiotickými (u rostlin) i biotickými (u živočichů) Ekotop - souhrn abiotických faktorů bez ohledu na organismy a jejich soubory
vztah organismů k ekologickým faktorům - obecná ekologická pravidla
Zákon minima - J. Liebig (1840): “Růst rostlin je limitován tím prvkem, který je v minimu”. jedno ze základních ekologických pravidel život a růst organismů je limitován tím prvkem, kterého je nedostatek (je v minimu). Například pro růst rostlin jsou nejdůležitějšími prvky N, P a K. Draslíku (K) potřebují jen velice málo a v půdě ho je většinou dostatek, dusíku (N) je v mnoha oblastech díky lidské činnosti dokonce nadbytek. Limitujícím prvkem pro rostliny je tedy ve většině společenstev fosfor (P). Rostliny ho potřebují poměrně velké množství a v půdě (ani ve vodě) nebývá hojný. Zákon tolerance Shelford (1943): “Každý druh toleruje určité rozpětí libovolného faktoru a nejlépe v prostředí prospívá, působí-li vlivy v rozsahu optimálních hodnot”. další důležité ekologické pravidlo každý organismus toleruje určité rozpětí faktorů (teplota, vlhkost, zástin, pH...), ve kterém může existovat
Ekologická valence (Hesse, 1924): “Ekologická valence druhu je určena vzdáleností mezi minimem a maximem působení ekologického faktoru”.
rozmnožování růst přežití
Limitující faktory - působí v rozsahu mezních hodnot a jsou pro přežití jedinců zvláště kritické.
Ekologická valence stenovalentní druhy - valence úzká
euryvalentní druhy - valence široká Příklady: k teplotě - stenotermní – eurytermní
k salinitě - stenohalinní – euryhalinní ke kyslíku - stenooxybiontní – euryoxybiontní
k potravě - stenofágní – euryfágní k prostředí - stenoekní - euryekní Poloha optima:
v nízkých hodnotách - oligo ve středních - mezo-
ve vysokých - polynapř. polystenotermní
Ekologická valence výskyt a úspěšné přežívání organismů v přírodě závisí na celém souboru vnějších podmínek každý organismus má své specifické hranice, kterými je omezena jeho snášenlivost (tolerance) k působení jednotlivých ekologických faktorů v prostředí rozsah intenzity nebo koncentrace kteréhokoli faktoru v prostředí, kterému se organismus přizpůsobuje hranice snášenlivosti jsou vymezeny na jedné straně minimální a na druhé straně maximální hodnotou daného faktoru. Střední hodnoty intenzity nebo koncentrace faktoru udávají ekologické optimum pro růst, vývoj a rozmnožování organismu. Pro organismus je důležité, aby všechny podmínky prostředí byly v rozmezí ekologické valence když se kterákoliv z životních podmínek dostane za hranice ekologické valence, organismus umírá
Ekologická nika ekologická nika – popisuje nároky populace určitého druhu v ekosystému podprostor, který v abstraktním mnohorozměrném prostoru tvořeném jednotlivými ekologickými faktory příslušná populace zaujímá. Každý ekologický faktor představuje jeden z rozměrů prostoru (abiotické podmínky - např. teplota, vlhkost, sluneční záření; biotické podmínky - přítomnost potravy, predátorů, zdroje např. živiny). lze vyjádřit i číselně jako rozmezí hodnot ekologických faktorů, při nichž se druh vyskytuje dva druhy s absolutně identickou nikou by se konkurenčně vyloučily
Překrývání nik organismus nevyžaduje jenom určitý typ prostředí, ale také určité rozpětí jednotlivých faktorů (rozsah teplot, velikost potravy, koncentrace živin, rozpětí vlhkosti atd.).
např. v africké savaně žijí na stejném stanovišti (území) jak různé druhy antilop, tak i žirafy. Obě skupiny však mají rozdílnou ekologickou niku z hlediska typu potravy, antilopy spásají traviny a žirafy listy stromů. jestřáb a krahujec mohou hnízdit v jednom lese a lovit stejné druhy ptáků, káně a poštolka mohou na stejném poli lovit stejné druhy hlodavců. V obou případech se ale menší z uvedených dvojic ptáků (krahujec a poštolka) živí menší kořistí a překrytí nik není velké. Druhy, jejichž ekologické niky se překrývají, si při získávání živin nebo potravy konkurují.
Ekologická nika nika fundamentální – potenciální nika využívaná druhem v ideálních podmínkách - absence kompetice a predace, zjištěna kultivací druhu v různých podmínkách (celkový potenciál druhu) nika realizovaná - velikost niky v podmínkách působení limitujících faktorů prostředí, např. kompetice a predace. kompetice a predace obvykle vedou ke zmenšení niky. Mutualismus vede ke zvětšení niky. Alfa nika vlastnosti druhu umožňující koexistenci (spoluvýskyt) v lokálních společenstvech Beta nika vlastnosti druhu umožňující výskyt druhu na širokých ekologických gradientech
Jedinci a populace
Jedinec unitární z jedné zygoty vzniká jeden jedinec
je jasně vymezen tvarem i v čase tvar a forma tohoto jedince je dobře predikovatelná volně pohybliví
Např. většina živočichů hmyz, ryby, ptáci, savci
Jedinec modulární z jedné zygoty vzniká stavební prvek - modul, dává vznik dalšímu modulu tvoří se struktura, která se rozrůstá a větví jsou silně proměnliví, nemají pevný tvar
nepohybliví (přinejmenším dospělá stádia) Např. většina rostlin, houby, koráli, mechovky, sumky….
Genet
i u modulárních organismů je potřebné odlišit geneticky odlišného jedince, tedy úroveň nadřazenou modulu počet modulů je často mnohem důležitější parametr než počet genetů, tj. geneticky odlišných jedinců (tráva) modulární jedinci mají věkovou strukturu - dána buď stářím genet, nebo stářím modulů.
Druh nejmenší evolučně izolovaná linie, skupina jedinců, kteří mají společný evoluční vývoj, oddělený od vývoje jiných druhů u pohlavně se množících organismů je to skupina jedinců, kteří se mezi sebou mohou křížit a mít plodné potomstvo geneticky - založeno především na reprodukčních bariérách
ekologicky - bariéry znamenají, že si každý druh hlídá svoji niku Populace skupina jedinců (všech vývojových stádií) jednoho druhu vyskytující se v určité prostoru a čase, kteří si mohou vyměňovat genetickou informaci otevřený živý systém schopný autoregulace Např. populace jepice druhu Baetis rhodani v jenom potoce na jaře 2010.
Základní charakteristiky populace
denzita (hustota populace), natalita (porodnost), mortalita (úmrtnost), fertilita (plodnost), přirozený přírůstek, migrace – imigrace a emigrace
Populace
má atributy společné s jedinci, kteří ji tvoří, specifické skupinové Populace z hlediska prostoru definováno volněji a často arbitrárně
Metapopulace soubor lokálních populací vyměňujících si jedince migrací Populace lokální
jihomoravská evropská
experimentální
fragmentace populací a její důsledky – význam pro praktickou ochranu přírody např. stavba přehrad na tocích.
Prostorové uspořádání populace - rozptyl, disperse jedinci se mohou rozptylovat po krajině náhodně x shlukovat do hejn (stád nebo rodinných skupin) např. podle nabídky vhodných biotopů x snaží o co nejmenší kontakty, vyhýbají se. specifický soubor vlastností a potřeb druhu určuje obvyklé rozmístění (uspořádání) jedinců v prostoru
Základní typy rozmístění
shlukové (agregované) – nejčastější, vliv stanoviště, přítomnost zdroje, u zvířat rozvinutou sociální strukturou (hejna, stáda); pevnější příbuzenské vazby mezi jedinci, účinnější ochrana a obrana před predátory nebo prostorově omezená nabídka zdrojů potravy a míst pro rozmnožování. protiklad agregace je izolace – důsledek vnitrodruhové kompetice rovnoměrné – výjimečně, u organismů s vyvinutou teritorialitou (stejné nebo podobně velké okrsky); např. někteří ptáci (hnízda terejů) nebo dáno přímými podmínkami prostředí (keře v poušti – kompetice) náhodné – v přírodě vzácně, v uniformním prostředí (škůdci zásob), u některých organismů osídlujících iniciální sukcesní stadia (narušená místa)
Hustota – densita populace nejčastěji počet jedinců na jednotku plochy ks/m2, ks/km2, ks/ha či objemu – abundance biomasa - vyjádření populační hustoty pomocí jednotek hmotnosti (tuny na hektar atd.)
absolutní početnosti ekologická – specifická hustota populace - vztaženo na plochu biotopu, kde příslušný druh skutečně žije hrubá hustota populace - vztaženo na celou sledovanou plochu; lze vyjadřovat také jako biomasu, sušinu, obsah uhlíku, dusíku…na určitou jednotku relativní hodnoty početnosti - indexy (počet jedinců vztažen k jiné jednotce než je plocha nebo objem; jednotka úsilí) Hodnocení density census – zjištění celkového počtu jedinců sčítáním – pracné, mnohdy problematické vzorkování - pravidelný odběr ze známého objemu, plochy, jednotky; nutno znát disperzi organismů, obecně: lépe větší počet menších vzorků
Zjišťování populační hustoty
liniový transekt = ornitologie, pozorovatel na trase zaznamenává všechny druhy ptáků viděné a slyšené, rozlišuje vzdálenost, na niž druh pozoruje (slyší) bodový transekt = ornitologie, obdoba předchozí metody; pozorovatel určí body asi 300 m od sebe, tam se zdrží 5 minut a zaznamenává všechny druhy viděné i slyšené, při přechodu na další bod (stanoviště) žádné druhy nezaznamenává pasti – např. sklapovací (konstrukčně tak, že zvíře zůstane živé, někdy jsou zvířata usmrcena); pasti padací – zakopou se na úroveň terénu, hlodavci (většinou) do nich padají a nemohou ven, uvnitř návnada; po kontrole pastí se vypustí zpět do volné přírody elektrický agregát – při zjišťování populační hustoty ryb, neusmrcují se, jen se omráčí přímé zjišťování populační hustoty – například fotografování nebo filmování z letadla u populací velkých afrických savců, v myslivosti při sčítání zvěře apod. matematické dopočítávání – u populací malých hlodavců, opakovaný odchyt, grafické určení skutečného početu jedinců
Natalita
porodnost, množivost – počet narozených jedinců v populaci za jednotku času (hodina, den, měsíc, rok) zásadní pro hodnocení růstu populace Rostliny generativní reprodukce - reprodukční kapacita - množství semen vyprodukovaných za rok, počet nových jedinců nebývá na ní přímo závislý Rostliny - často modulární organismy
vegetativní šíření (propagace) – často výhodnější než generativní reprodukce, mnoho druhů rostlin oba způsoby
Natalita - živočichové fyziologická natalita - maximální, absolutní - potenciál druhu realizovaná natalita - dána skutečným počtem vzniklých potomků za jednotku času. Je ovlivněna podmínkami jedince a často je závislá na hustotě populace. věkově specifická natalita - počet potomků narozených za jednotku času samicím určité věkové třídy
Fekundita (plodnost) množství pohlavních produktů vytvořených jedincem během jeho života absolutní – např. u ryb počet jiker za celý život samice
relativní – poměr absolutní fekundity k hmotnosti těla samice
Mortalita úmrtnost -množství zemřelých jedinců v dané populaci za jednotku času (hodina, den, měsíc, rok) absolutní - počet uhynulých jedinců v populaci za jednotku času relativní – vztaženo k celkovému počtu jedinců v populaci míra mortality - podíl počtu uhynulých jedinců za jednotku času a průměrné početnosti populace za tuto časovou jednotku fyziologická mortalita - minimální, hynutí přirozenou smrtí specifická mortalita – vztahuje se k věkovým třídám
Přirozený přírůstek rozdíl mezi natalitou a mortalitou, v případě záporného přírůstku se někdy mluví o přirozeném úbytku.
Přežívání
opak mortality, očekávaná délka života průměrná délka života (aritmetický průměr v daných podmínkách) celková délka života (maximum v daných podmínkách)
Křivky přežívání Typ I - nízká mortalita mladých jedinců, avšak vysoká u starších(velcí savci)
Typ II - rovnoměrná mortalita během celého života (někteří ptáci, nezmar) Typ III - velmi vysoká mortalita mláďat, ale nízká ve stáří (ryby, ústřice) I
II
III
Typy životních cyklů
semelparní – monokarpické druhy - pouze jedno reprodukční období za život, běžná u jednoletých rostlin, živočichové – beruška vodní (Asellus aquaticus) iteroparní – polykarpické druhy - více reprodukčních období za život, běžně u živočichů. Rostliny – Poa annua, Veronica.
Šíření populací
Rostliny první podmínka růstu populace rostlin – uchycení a vyklíčení diaspory diaspora – jakýkoliv oddělený orgán nebo část orgánu, schopný vyrůst v novou rostlinu, generativní (např. semeno, výtrus) nebo vegetativní (části oddenků s adventivními pupeny) šíření diaspor – anemochorie, hydrochorie, zoochorie, antropochorie banka semen – zásoba diaspor v půdě
vyklíčení – závisí na podmínkách stanoviště a době klíčivosti – u některých druhů přirozeně krátká doba klíčivosti dormance – stav klidu -
primární - genetická – i v optimálních podmínkách potřebují určitý stimul (mrazy v zimním období)
-
sekundární – vynucená – dána nepříznivými podmínkami
Šíření populací
Živočichové - migrace typická je pohyblivost, u sesilních omezena na juvenilní stádia u větších živočichů aktivní, u menších a u dormantních stadií (spóry) i pasivně (viz rostliny) vnitřní migrace, přebíhání – v rámci uvažované plochy populace imigrace – přistěhování z okolí na plochu populace emigrace – mimo uvažované plochy populace
irupce – hromadná emigrace (z oblasti přemnožení, i mimo areál rozšíření druhu, kobylky, lumíci) komigrace – migrace predátorů vázaná na migraci kořisti Ve výzkumech populace je třeba znát podíl jednotlivých typů migrace
S prostorovou aktivitou souvisí expanze - rozšiřování areálů, jednosměrná, paprskovitá regrese - zmenšování areálů pulsování na hranici areálů migrace – stěhování se zpětným návratem, pravidelné, směrované přesuny (tahy ptáků, ryb) příčiny migrací – potrava, rozmnožování, klima, atd.
Struktura populací
Poměr pohlaví – sex ratio věková struktura - udává relativní počet jedinců v jednotlivých věkových třídách (mnohdy nutno pomocné kategorie - velikostní, hmotnostní, vývojové) u vyšších živočichů i struktura sociální).
důležité je rozlišit - preproduktivní věk, produktivní věk a postproduktivní věk
Růst populace určen mírou růstu populace a počtem jejich jedinců
Počet jedinců v populaci je ovlivněn:
Npres
= Npast + B – D + I - E
Npres
počet jedinců jistého organismu, který v současné době obývá určité místo, je roven součtu:
Npast
počet organismů, které toto místo obývaly dříve
B
organismů nově narozených v období od daného bodu v minulosti po současnost
I
organismů - imigrantů;
od tohoto součtu je odečteno: D
množství jedinců zemřelých a
E
množství organismů-emigrantů.
Růst populace Při neomezených zdrojích roste populace exponenciálně:
dN ------ = rN dt N t r
počet jedinců v populaci čas specifická růstová rychlost populace v daných podmínkách
počítá se: přírůstek děleno počtem jedinců výchozí populace
Přírůstek populace za jednotku času je určován r Ve vyvážené populaci nabývá hodnoty rmax – biotický (maximální) reprodukční potenciál konstantní, druhově příznačné maximum
Růst populace Forma populačního růstu
Křivka typu J (po zlogaritmování lineární) směrnice přímky je hodnota r. V přírodě se r snižuje vlivem limitujících faktorů – rozdíl mezi rmax a r aktuálním je měřítkem limitujícího vlivu prostředí.
Křivka tvar S – sigmoidní Při uplatnění limitujících faktorů - růst nejprve pozvolný, pak rychlý, dále se vlivem limitujícího vlivu zpomaluje – blíží se k horní asymptotě, která představuje nosnou kapacitu prostředí K (maximální možná hustota jedinců).
Životní strategie organismy se musí vyrovnat s vlivy vnějšího prostředí (constrains = omezení, vynucení) za předpokladu využití svých schopností existuje obvykle několik způsobů řešení, která se ale navzájem vylučují – nutnost výběru- trade-off (nikdo nemůže dělat dobře všechno)
2 základní typy strategií (názvy podle koeficientu r a K) typ r – populace mají vysoký reprodukční potenciál, rychlý vývoj, obvykle malé organismy, adapatibilní, osidlují nově vzniklé biotopy typ K – obvykle pomalý vývoj, větší, nízký reprodukční potenciál, členové stabilizovaných ekosystémů
Kolísání početnosti populací
oscilace - kolísání v průběhu roku - úzce spjaty se sezónními změnami faktorů prostředí - nejnápadnější asi v mírném pásu, mohou se projevit i v tropech (kolísání hustoty hmyzu a ptáků v závislosti na kvetení a dozrávání plodů některých rostlin) fluktuace - kolísání v průběhu více let, vliv meziročních rozdílů abiotického prostředí, nepravidelné (př. volavky a krutá zima) někdy jako fluktuace označovány spojené cykly populace kořisti a predátora (zajíc a rys – 10-11 let, lumík a sovice sněžní 3 – 4 letý cyklus)
gradace - katastrofální přemnožení, u některých druhů (gradačních) dochází ve víceméně pravidelných, několikaletých obdobích k silnému přemnožení (gradaci), křivka početnosti vysoko přesáhne nosnou kapacitu prostředí (např. hraboš polní, lumík norský, saranče pustinná, bekyně mniška) latence→ progrese (postupný nárůst) → progradace (rychlý nárůst) → gradační vrchol (kulminace) → retrogradace (pokles)
Interakce v každé biocenóze se vytvářejí vztahy (těsnější nebo volnější) jedinci jedné populace nebo mezi jednotlivými populacemi téhož druhu vnitrodruhové - intraspecifické - homotypické vztahy i mezi jedinci a populacemi různých druhů - mezidruhové - interspecifické heterotypické vztahy
Vnitrodruhové vztahy
Vzájemně prospěšné (synergistické) většinou při středních hustotách populace, zajišťují rozmnožování a přežívání druhů synchronizace pohlavní aktivity soužití živočichů v období reprodukce
vznik skupin živočichů - sociální atraktance, sociální imitace vliv skupiny - zvýšení bezpečnosti, zrychlení metabolismu, zpomalení růstu, prodloužení života, společný lov Konkurenční (antagonistické)
jedinci mají podobné nároky na zdroje proto při vysokých hustotách populace dochází ke stresovým situacím hlavní zpětnovazebný mechanismus zajišťující regulaci početnosti na únosnou míru primární regulační mechanismy populací závislé na hustotě
Vnitrodruhové, konkurenční (antagonistické) nedochází k úplnému vyhubení populace jako u mezidruhové konkurence disperze organismů, ovlivnění růstu rostlin – samozřeďování teritoriální chování živočichů - územní konkurence mezi jedinci téhož druhu (jedinci, páry, smečky). Důsledek teritoriality je regulace populace. vnitrodruhová konkurence posiluje individuální rozdíly - asymetrická kompetice Typy kompetice
exploatační kompetice - cestou spotřeby zdroje, nepřímá interakce druhů, projevuje se jen pokud je zdroje omezené množství (rostoucí hustota prodlužuje dobu růstu - pulci) interferenční kompetice - dochází k přímému kontaktu jedinců (boj o teritorium, o potravu, o prostor přisedlé organismy)
Mezidruhové vztahy
Klasifikace interspecifických interakcí podle typu působení: Typ interakce
reakce druhu A
reakce druhu B
Kompetice
-
-
Predace
+
-
Parazitismus
+
-
Neutralismus
0
0
Amensalismus
0
-
Komensalismus
0
+
Mutualismus
+
+
Protokoperace
+
+
Mezidruhová kompetice plodnost, délku života nebo růst jedinců jednoho druhu omezují svojí přítomností jedinci jiného druhu, kteří odčerpávají zdroje nebo působí jinou interferenci kompetice je určována překryvem nik jednotlivých spolužijících druhů Gauseho principem vyloučení - dva druhy se stejnou nikou nemohou trvale koexistovat v témže prostředí Neutralismus v případě, že niky jsou diametrálně odlišné
Protokooperace soužití dvou druhů, které není závazné oba druhy z něj mají prospěch (kolektivní hnízdění ptáků) těsnější typ - aliance (ptáci s kopytníky - zrak a čich)
Komensalismus interakce dvou druhů, která je zčásti závazná pro komenzála (positivní), ale je bez positivního či negativního významu pro hostitelský druh - např. hyeny, šakali, supi se lvi
Dělení podle stupně vázanosti parekie - jeden druh hledá sousedství s jiným druhem - ochrana před predátorem (sasanky a korálové ryby) epekie - trvalé neparazitární sídlení na povrchu jiného druhu organismu (epizoa, epifyty) entekie - sídlení v tělní dutině hostitele (ryby mezi chapadly sasanek).
synekie - společný výskyt na stejných místech - v doupatech svišťů až 100 druhů brouků phoresie - využití jiného druhu k přenosu - roztoči pod krovkami brouků
Mutualismus
vzájemný positivní vztah dvou nebo více druhů, jehož výsledek je růst fitness obou partnerů Typy mutualismu obligátní mutualismus - permanentní spojení např. lišejníky (řasa+houba) fakultativní mutualismus - většina mutualistů jsou oportunisty mohou se spojovat s různými druhy (opylovači, přenos semen) symbiotický mutualismus - uvnitř těl živočichů - mykorhiza (houby s kořeny stromů) obranný mutualismus - mezi rostlinami a mravenci, mezi trávami a houbami produkujícími různé alkaloidy
Amensalismus
interakce dvou druhů, z nichž jeden inhibitor negativně působí na druhý druh amensál tím, že svými metabolity zpomaluje jeho růst, rozmnožování nebo působí letálně, ač sám není touto interakcí dotčen (allelopatie, antibióza) mikroorganismy, houby, anktinomycety - produkce antibiotik; řasy a sinice vylučují látky (Microcystis aeruginosa, Anabaena flos-aquae, Aphanizomenon flos-aquae)
Predace
konzumace jednoho organismu (kořisti) druhým (predátorem, kořistníkem). Kořist je v živém stavu. Interakce jednostranně prospěšná pro predátora. Typy predace Taxonomická klasifikace masožravci (konzumují živočichy)
býložravci (konzumují rostliny) všežravci (konzumují obojí)
Funkční klasifikace praví predátoři (kořist zabíjejí) spásači (nezabíjejí, části kořisti)
parasitoidi (zabíjejí hostitele) parasiti (nezabíjejí hostitele)
Predace adaptace predátora - rozvoj smyslů, útočné orgány kolem ústního otvoru ...
adaptace kořisti - schopnost úniku, mechanická obrana, budování úkrytů, autotomie - mimeze - homochromie (zbarvení podle okolí), homotypie (tvar jiných předmětů) - mimikry - napodobení jiných, nebezpečných druhů
Společenstvo
soubor populací různých druhů, které se společně vyskytují v prostoru a čase předpokládá se, že jedinci a populace ve společenstvu jsou ovlivňovány prostředím, ovlivňují se navzájem a modifikují své vlastní prostředí fungováním společenstev a vztahem společenstev k prostředí se zabývá synekologie společenstvo - cenóza (fytocenóza… zoo-, bryo-, taxocenóza) společenstva jsou v přírodě rozmístěna podél gradientů prostředí (teplota, vlhkost, pH…)
Složení společenstva
žádný druh se na Zemi nevyskytuje jen zcela náhodně a kdekoliv, každý je rozšířen podle své tolerance k faktorům prostředí – druhy s podobnými tolerancemi a nároky tvoří společenstva o druhové skladbě společenstva rozhodují:
– biota (flóra a fauna) dané oblasti – species pool – ekologická konstituce jednotlivých populací (geneticky zakotvená) – charakter biotopu
– čas (stáří společenstva) hranice společenstev - kontinuita a diskontinuita společenstev
ekotony, okrajový efekt znaky společenstev - prezence/absence, frekvence, dominance, konstance (stálost), similarita, fidelita (stupeň vázanosti)
Diverzita a druhová bohatost
druhová bohatost – počet druhů ve společenstvu (Margalef index) indexy druhové diverzity berou v úvahu i vyrovnanost v rozložení jedinců mezi druhy společenstva (Shannon-Wiener index). alfa diverzita je diverzita (druhová bohatost) určitého konkrétního biotopu (místa) beta diverzita je změna druhového složení mezi jednotlivými společenstvy (množství a vyhraněnost společenstev v určitém území), případně počet druhů celkem zjištěných v určitém opakujícím se společenstvu na určitém území. Obecně se tedy jedná o druhovou bohatost na větším prostorovém měřítku. gama diverzita je celkový počet druhů v určitém území, například ve střední Evropě, kombinuje alfa a beta diverzitu.
Sukcese
druhové složení, druhová bohatost a struktura společenstva se mění v čase sukcese je vývoj společenstva, spočívající v postupném nahrazování populací určitých druhů populacemi jiných druhů. Typy sukcese degradativní - směřuje k degradaci (rozložení) substrátu, probíhá na malé škále - sled společenstev rozkladačů na odumřelé organické hmotě autogenní - způsobená biologickými procesy probíhajícími uvnitř ekosystému (např. akumulace rašeliny a okyselování v rašeliništi)
allogenní - vyvolaná působením vnějších geofyzikálně-chemických sil (např. změna společenstva po naplavení sedimentu, přeplavení vodou, polom)
Primární sukcese
na zcela novém substrátu, bez přítomnosti semenné banky, podzemních orgánů rostlin apod. (např. na lávě, náplavu) Sekundární sukcese znovupokrytí disturbovaného stanoviště (např. mýtina) Mechanismy sukcese
facilitační model - raně sukcesní druhy upravují podmínky novým migrantům (facilitace) inhibiční model - první kolonizátor upraví prostředí tak, že zabrání výskytu dalších druhů (vyhrává ten, kdo přijde první) model tolerance - nahrazení druhů je způsobeno tím, že nastupující druh toleruje menší množství zdrojů než druh předcházející model náhodné kolonizace - výměna druhů nastupuje náhodně (nulový model)
Strategie druhů v sukcesi
r-strategie v iniciálních stadiích sukcese K-strategie v pokročilých stadiích sukcese r-K kontinuum
sukcese směřuje od pionýrských společenstev k tzv. klimaxu Klimax
stav, kdy je společenstvo již prakticky neměnné – případné sukcesní změny nejsme schopni po dlouhou dobu zaznamenat stav může být podmíněn makroklimaticky (tropický deštný les) - klimatický klimax nebo půdními vlastnostmi - edafický klimax (tzv. blokované sukcesní stadium) teoreticky by sukcese měla směřovat k rovnovážnému stavu, kdy je vyrovnaný poměr produkce k respiraci, velká a stabilní druhová bohatost, uzavřený koloběh živin, velká stabilita a homoestáze (vnitřní symbióza), složitá struktura, složité potravní řetězce a úzká specializace nik
Ekosystém
dynamický cirkulační systém producentů, konzumentů, rozkladačů a jejich abiotického prostředí, propojený energeticky s výraznými zpětnými vazbami, schopný samostatné existence a do značné míry homeostatický (homeostáze – vnitřní rovnováha)
živočichové mají směrem na sever tmavší zbarvení srsti, kůže nebo peří. Touto adaptací snižují své albedo, což je schopnost odrážet nebo naopak pohlcovat sluneční záření. Světlé povrchy (např. čerstvě napadlý sníh) mají albedo velké a odráží většinu dopadající energie. Tmavě zbarvené plochy pohlcují velké procento energie ze slunečního záření a tím se oteplují. Platnost tohoto pravidla má řadu výjimek (lední medvěd apod.). Mnozí živočichové upřednostnili před výhodnějším hospodařením s teplem maskování. Hesseho pravidlo Hesseho pravidlo říká, že teplokrevní živočichové žijící v vyšších zeměpisných šířkách nebo ve vyšších nadmořských výškách mají oproti druhům z teplejších oblastí větší srdce. Tato morfologická adaptace jim umožňuje rychlejší cirkulaci krve a tím zmírňuje její ochlazování v okrajových partiích těla. Hopkinsův zákon (též bioklimatologický princip) Toto ekologické pravidlo konstatuje, že začátek jednotlivých biologických událostí, jakými jsou například kvetení nebo rozmnožování, se časově posouvá v závislosti na průměrné teplotě, která v dané oblasti figuruje. Směrem na sever, na východ a do vyšších nadmořských výšek se tyto biologické události opožďují. Časový posun o čtyři dny odpovídá přibližně změně o jeden stupeň zeměpisné šířky, o pět stupňů východní délky a asi o 400 výškových metrů v horách Renschovo pravidlo Renschovo pravidlo formuluje skutečnost, že hustota a délka srsti savců se se vzrůstající teplotou prostředí zmenšuje. V teplejších oblastech nepotřebují savci (ani jiní živočichové) tak dokonalou tepelnou izolaci, a proto je zbytečné investovat do mohutného kožichu.
Biogeografická pravidla Organismy žijící na naší planetě vypadají, nebo se chovají podle určitých zásad. Jsou to nejčastěji adaptace na klimatické podmínky, které panují v areálu, ve kterém konkrétní taxon žije. Po zjištění některých zásad, byla v minulosti formulována řada biogeografických pravidel. Ty mají poněkud omezenější uplatnění než předchozí zákony. Vztahují se často pouze na teplokrevné (homoiotermní) živočichy a na jejich hospodaření s teplem. Studenokrevní (poikilotermní) živočichové si stálou teplotu těla neudržují a jejich teplota kolísá s teplotou okolního prostředí. Allenovo pravidlo Tato zásada se zabývá stavbou těla teplokrevných (homoiotermních) navzájem příbuzných živočichů. Udává, že živočichové žijící ve vyšších zeměpisných šířkách mají menší tělní výběžky (zobáky, uši, ocasy) a končetiny než jejich příbuzní, se kterými se setkáváme blíže rovníku Důvodem tohoto morfologického přizpůsobení je zřejmě zamezení ztrát tepla větším povrchem tělních výběžků v chladných oblastech a naopak rychlejší ochlazování krve u živočichů, žijících v oblastech horkých. Jako vhodný důkaz platnosti tohoto pravidla lze uvést například lišku polární (Alopex lagopus) žijící daleko za polárním kruhem, lišku obecnou (Vulpes vulpes) a severoafrického fenka berberského (Vulpes zerda), které taxonomové řadí mezi psovité šelmy (Canidae). Bergmanovo pravidlo Také Bergmanovo pravidlo se věnuje tělesné stavbě příbuzných živočichů žijících v odlišných klimatických podmínkách a uplatňuje se u teplokrevných obratlovců. Toto pravidlo říká, že druhy a poddruhy žijící v chladnějších oblastech jsou zpravidla větší a mohutnější než jejich příbuzní z nižších zeměpisných šířek. Důvodem rozdílu ve velikosti je poměr mezi objemem a povrchem těla jednotlivých taxonů. Větší živočich má menší poměr povrchu těla vůči objemu a tím menší tepelné ztráty na jednotku hmotnosti.
Voda na Zemi
Vlastnosti vod na Zemi Mořské vody • Zaujímají 2/3 povrchu a cca 97,5 % objemu veškerých vod
•
Původem jsou staré, od začátku existence Země
•
Jsou homogenní, s minimem rozdílů, ve stálé biologické rovnováze, vliv organismů na prostředí je malý
•
•
Vnitrozemské vody • Zaujímají cca 2,5 % objemu veškerých vod a malou část povrchu Země •
Původem jsou mladé, od třetihor a čtvrtohor
•
Charakter složení a života jsou velmi různorodé, vliv organismů na prostředí je významný
Kolují po celé zeměkouli a ovlivňují vody vnitrozemské
•
Mají pouze lokální působnost, neovlivňují vody mořské
Mají vysoký osmotický tlak vlivem vysokého obsahu solí
•
Mají nízký osmotický tlak vlivem malého obsahu solí
Význam vody
Planeta Země je označována jako modrá planeta, protože tři čtvrtiny jejího povrchu tvoří voda
Voda se dostala na Zemi spolu s meteority, pokud byl povrch Země žhavý byla voda pouze v atmosféře. Při pozvolném chladnutí planety voda v atmosféře začala kondenzovat a padat ve formě srážek zpět k Zemi.
Skutečnost, že voda na Zemi je ve všech třech skupenstvích: pevném, plynném i kapalném se bere jako fakt, ale na jiných planetách tak tomu není.
Je tomu tak proto, že Země má od Slunce ideální vzdálenost. Planety bližší Slunci mají vysokou teplotu a kapalná voda zde neexistuje, planety vzdálenější jsou chladnější a pokud zde voda je, tak ve stavu pevném (led).
voda je nezbytnou podmínkou života tam kde je vody dostatek př. tropické deštné lesy existuje obrovská druhová diverzita. Opakem jsou pouště s nedostatkem vody, kde přežívá s obtížemi jen poměrně málo druhů. ve vodě také vznikl první život. Počátek života se odehrál právě v prvotních oceánech. Dokud nebyl v atmosféře Země kyslík potažmo ozon, pronikalo škodlivé UV záření až na povrch planety což znemožňovalo vývoj života na pevnině. pouze vodní prostředí o hloubce nad 10 m dokázalo omezit škodlivé UV záření a proto zde vznikl první život. teprve až se v atmosféře díky asimilačním pochodům ve vodách vytvořil kyslík a následně ozon, mohl přejít i život z moří na pevninu.
Voda je univerzální rozpouštědlo, transportní prostředí pro nejrůznější látky, roznáší po těle teplo i chladí přehřátý organizmus. Všechny reakce v živých buňkách probíhají ve vodním prostředí. Kořeny rostlin přijímají potřebné látky pouze z roztoku a také člověk přijímá živiny rozpuštěné ve vodě, aby se mohly vstřebat do krve v tenkém střevě. Tělo většiny organizmů obsahuje více než 50 %. Rovněž tělo člověka se skládá převážně z vody, jejíž podíl během života klesá z 96 % na počátku života na 45-55 % ve stáří. Člověk ostře reaguje na narušení vodní bilance. Ztráta vody o 0,5 % tělesné hmotnosti vyvolává pocit žízně, ztráta 15-20 % končí smrtí.
Množství vody, která je na planetě k dispozici je konstantní. Významně však roste počet obyvatel planety, takže disproporce mezi zásobami vody a její spotřebou se neustále prohlubuje. Dle některých prognóz se případné další případné války v budoucnu již nepovedou o suroviny či území, ale o pitnou vodu!
Voda má funkci dopravní, slouží k výrobě energie, je významná pro rekreaci člověka, přispívá ke zkrášlování krajiny i lidských sídlišť. Může zmírňovat klimatické výkyvy př. v pouštích může denní žár dosahovat až kolem 50°C, v noci naopak mohou teploty klesat pod bod mrazu. Kolem velkých řek vznikly i první civilizační centra př. Mezopotámie, Egypt.
Koloběh vody v přírodě Voda - nejrozšířenější látka v přírodě. Vyskytuje se trvale v zemské atmosféře, na povrchu i pod povrchem. Je součástí půdy, je nenahraditelnou složkou mnoha technologických procesů, je obsažena i v tělech živočichů a rostlin. Je nezbytnou podmínkou života.
množství vody v atmosféře, na povrchu země i v horninách je víceméně konstantní. voda, která tato množství tvoří, se pohybuje a přechází neustále z jednoho prostředí do druhého. zdrojem její kinetické energie je sluneční záření, zemská gravitace, zemská tepelná energie a geochemická energie. Tyto energetické zdroje jsou příčinou neustálého hydrologického oběhu.
Hydrologický oběh se skládá ze čtyř hlavních částí atmosférické srážky povrchový odtok
podzemní odtok (infiltrace) evapotranspirace (vypařování a transpirace rostlin) Koloběh vody dělíme na:
velký- výpar nad oceány následný přenos nad pevniny malý – koloběh jen nad oceánem nebo jen nad pevninou. Množství vody vydechované do atmosféry živočichy je ve srovnání s transpirací rostlin zanedbatelné.
Věda, která se systematicky zabývá poznáváním zákonů výskytu a oběhu vody v přírodě – Hydrologie.
Mezi moři a pevninami Země koluje cca 110 tis. km3 vody, která ve formě srážek padá na souš. Z ní cca 40 tis. km3 odtéká zpět do moří a 70 tis. se znovu odpaří do ovzduší.
Proces
km3.rok-1
Evaporace a transpirace ze země
71,000
Srážky na zem
111,000
Evaporace z oceánu
425,000
Srážky do oceánu
385,000
Odtok ze země do oceánů
40,000
Řeky
26,000
Přímý podpovrchový odtok
11,500
Odtok v podobě ledovců
2,500
Čistý přenos vláhy z mořské do terestrické atmosféry
40,000
Atmosférické srážky
veškerá atmosférická voda se vymění přibližně během devíti dní
většina vody je přítomna ve formě páry průměrný obsah páry je asi 3,5 g.m-3 koncentrace vodní páry ve vzduchu, při které se začíná srážet kapalná voda, závisí na teplotě a tlaku celková koncentrace rozpuštěných látek v dešťové vodě obvykle nepřesahuje 10 mg.l-1 (antropogenní znečištění až 100 mg.l-1) vodní pára (CO2, O3) spoluvytváří tzv. skleníkový efekt v atmosféře v ČR je průměrné množství srážek za rok cca 700 mm
Povrchový odtok sestává ze srážkové vody a podílu podzemní vody v průměru se voda v říční síti vymění za 11 dní
chemické složení povrchových vod je velmi proměnlivé. Kromě rozpuštěných látek je ve vodě rozptýleno i velké množství suspendovaných částic různého původu a chemického složení odtok kolísá v čase i prostoru
v ČR je nejvyšší na jaře při tání a nejnižší v zimě nebo na podzim po suché letní sezóně
Podpovrchový odtok
tvořen podzemní vodou prosakující pozvolna z daného území podzemní vodu tvoří ta část podpovrchové vody, která vytěsnila veškerý vzduch v hornině a vytvořila zcela nasycené pásmo koeficient infiltrace – udává kolik % vody z celkových srážek je začleněno do oběhu podzemních vod (v ČR kolem 3 % ročních srážek) chemické složení podpovrchových vod je ještě pestřejší, než je tomu u vod povrchových. celkový odtok z ČR kolem 30 % srážek
Evapotranspirace
ta část vody, která spadne na zemský povrch a vrací se do atmosféry
- vypařováním - transpirací rostlin - respirací živočichů - sublimací ledu a sněhu v průměru nepřesahuje evapotranspirace na souších 460 l.m-2.rok-1
Hydrologická bilanční rovnice R=S+V-E-O R = hromadění čili retence vody v území S = atmosférické srážky
V = množství vody přiteklé ze sousedních území E = evapotranspirace O = odtok vody z území hodnoty R a V mohou být kladné i záporné podle toho, dochází-li k hromadění vody nebo k jejímu úbytku v daném území hydrologická bilanční rovnice je základním vztahem pro hydrologické hodnocení zásob přírodních vod
Voda v ČR Veškeré zásoby vody v ČR tvoří sladká voda. Na celkové bilanci se nejvýznamněji podílí podzemní voda. Zásoba vody v tocích je asi 1km3, v nádržích a rybnících je asi 3 km3. Hlavním zdrojem vody v ČR jsou vodní srážky. Území ČR je střechou Evropy, odkud veškerá voda odtéká celkem do tří moří: Severního, Baltického a Černého. Obyvatelé ČR tak mají ve srovnání s jinými zeměmi k dispozici mnohem méně vody. Místo odpovědného hospodaření s vodou, jsme však př. za posledních 200 let zkrátili naše toky o 4 700 km, tj. o 37 % celkové délky. Zkracováním toků je voda z území ČR rychleji odváděna, snižuje se schopnost zasakování do půdy.
K vysychání půdy vede i neuvážené odvodňování půdy př. drenážemi. Nedostatek vody je pak nutno řešit dodatečnou výstavbou nádrží, rybníků, atd.
