DISTANČNÍ OPORY PRO KOMBINOVANÉ STUDIUM BIOLOGIE
EKOLOGIE Karina Kořínková
UNIVERZITA JANA EVANGELISTY PURKYNĚ PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA katedra biologie
Ústí nad Labem 2008
Předmluva:
Předkládaná studijní opora je uceleným souhrnem základních informací z oboru ekologie pro studenty kombinovaného studia biologie. Opora předmětu je vytvořena zejména na základě obsahu přednášek z předmětu Ekologie, doplněná sylabem, doporučenou studijní literaturou, odkazy na nejvýznamnější internetové stránky věnované problematice ekologie a přehledem základních otázek k následné ústní zkoušce.
Autorka: Mgr. Karina Kořínková, Ph.D. PřF UJEP, Za Válcovnou 8 Ústí nad Labem
[email protected], tel.: 475283617
1
Sylabus přednášek (anotace):
1. blok: Ekologie jako nauka o vztazích mezi organismy a prostředím, definice, terminologie, hierarchie, systém ekologických věd, hraniční obory a její rozdělení. Prostředí organismů, ekologické názvosloví, typy adaptací organismů, divergence, konvergence. Ekologické faktory (abiotické x biotické), teplota, pH vody a půdy, salinita, proudění, typy klimatu. Terestrické a akvatické biomy. Prostor jako zdroj, formy výživy organismů (zoofagie, fytofagie, specifické formy výživy). Pedosféra, hydrosféra, atmosféra a jejich charakteristika a vlastnosti. Znečištění a polutanty v prostředí, znečištění ovzduší, vody a půdy lidskou činností.
2. blok: Ekologie populací, jejich charakteristiky a vlastnosti (hustota, rozmístění, struktura, natalita, migralita, růst a dynamika), terminologie. Mezidruhové a vnitrodruhové interakce. Ekologie společenstev, jejich charakteristiky a vlastnosti (hustota, abundance, produkce, dominance, prezence a absence, frekvence, konstance, fidelita, koordinance). Biodiverzita, její složky, indexy. Ekosystém, jeho struktura a funkce, sukcese a klimax. Fenologie. Biosféra, koloběhy nejvýznamnějších prvků v přírodě. Ochrana přírodního prostředí.
2
Definice: biologická věda, která se zabývá vztahem organismů a jejich prostředí a vztahem organismů navzájem. Jako první tak nazval a definoval tento vědní obor Ernst Haeckel v roce 1866 - v širokém smyslu ochrana životního prostředí E. Haeckel (1869), oikos = domov Krebs, Odum, Brewer Prostředí: biotické x abiotické Hierarchie: individuum – populace – společenstvo – ekosystém – biosféra Princip enkapse: vyšší úroveň v sobě zahrnuje úroveň nižší Metody studia ekologie: terénní, laboratorní a matematické modely Ekologie vychází z: biologie, meteorologie, klimatologie, geologie, geografie, fyziky, chemie, antropologie, lékařských věd (hygiena), ekonomiky, práva, historie, psychologie, technických věd. Hraniční obory ekologie: 1) biologické x 2) nebiologické Rozdělení ekologie: 1) obecná 2) speciální podle objektu studia: podle taxonomických skupin: „strom života“ – celkem 1 043 000 popsaných druhů Speciální disciplíny: hydrobiologie pedobiologie parazitologie Autekologie: ekologie individuí Demekologie: ekologie populací Synekologie: ekologie společenstev
Systém ekologických věd obecná ekologie: zabývá se obecně platnými ekologickými principy. ekologie mikroorganismů, ekologie rostlin, ekologie živočichů, ekologie člověka: zabývají se vztahy mezi příslušnými organismy a prostředím. ekologie moře: vztahy mezi organismy a prostředím v mořích.
3
ekologie lesa: vztahy mezi organismy a prostředím v lese. ekologie krajiny: souvislosti mezi částmi krajiny, změny v krajině (včetně důsledků činností člověka). ekologie globální: souvislosti a změny na celé planetě Zemi a jejich vliv na život. aplikovaná ekologie: zabývá se praktickou aplikací ekologických poznatků produkční ekologie: zabývá se produkční analýzou trofických úrovní a koloběhem hmoty a energie v ekosystému
Pojetí ekologie dle šíře zkoumaných objektů: ekologie jedince (autekologie): nejužší pojem, týká se pouze vztahu jednoho konkrétního jedince k ostatním jedincům, nebo k okolnímu prostředí. Příklad: ekologie zajíce ekologie populací (demekologie): zabývá se vztahy mezi soubory jedinců stejného druhu (populace) a prostředím. Příklad: ekologie zaječí populace, osidlující podhorské louky v Pošumaví. ekologie společenstev (synekologie): se zabývá vztahy mezi souborem jedinců různých druhů pobývajících na jednom stanovišti (společenstvo). Příklad: ekologie bukového lesa. ekologie biomů: zabývá se nejvyšší úrovní přírodních objektů (biom), je blízce příbuzná biogeografii, tedy nauce o rozmístění organismů na Zemi. Příklad: ekologie středoevropských opadavých lesů.
Nové hraniční obory ekofyziologie: zabývá se studiem změn a adaptací fyziologických funkcí souvisejících se změnami prostředí ekoimunologie: sleduje vliv prostředí a jeho změn na práci a efektivitu imunitního systému Environmentalistika: je věda zabývající se vztahem člověka a životního prostředí Typy prostředí: monotop demotop biotop ekotop Areál x lokalita
4
Ekologické názvosloví dle typu prostředí: terikolní, arenikolní, petrikolní, limnikolní, kavernikolní, lignikolní, silvikolní, agrikolní, ripikolní, sfagnikolní, kortikolní, nidikolní Adaptace = přizpůsobení se organismu podmínkám prostředí během individuálního života nebo fylogenetického vývoje Typy adaptací: morfologické fyziologické etologické Divergence = rozbíhavost Konvergence = sbíhavost Alopatrie x sympatrie, guild
EKOLOGICKÉ FAKTORY Definice: všechny vlivy prostředí a podmínky existence organismů v prostředí Klasifikace: 1) abiotické – klimatické, hydrické, edafické 2) biotické – intraspecifické, interspecifické, antropogenní, trofické Podle stupně cykličnosti: 1) primárně periodické 2) sekundárně periodické 3) neperiodické Podmínky x zdroje prostředí Teplota Definice, zdroje tepla,ekologická definice tepla, změny teploty: přenos tepla:
insolace konvekce kondukce
Tolerance živočichů k teplotě: 1) stenotermní 2) eurytermní Rozdělení pásem podle teploty: Podnebí (klima) x počasí Základní typy klimatu: 1) makroklima (regionální klima): 2) mezoklima (lokální klima) 3) mikroklima 4) ekoklima (stanovištní klima)
5
a) pevninské b) oceánské
Biomy: definice Klasifikace: 1) terestrické 2) akvatické ad 1) Terestrické biomy: a) tundra - permafrost b) tajga – severský jehličnatý les c) lesy mírného pásma d) travinný biom: - mírného pásma (prérie, step, pampa) - tropického pásma (savana) e) vždyzelené křoviny f) pouště g) tropické deštné lesy ad 2) Akvatické biomy: a) oceány a moře b) sladkovodní Zákon minima: J. Liebig (1840) Zákon tolerance: Shelfold (1843) Křivka aktivity – aktivní a vitální zóna Ekologická valence: Hesse (1924) Klasifikace druhů: 1) stenovalentní 2) euryvalentní - k teplotě, salinitě, kyslíku, potravě,… - podle typu prostředí (- ektní) - podle stanoviště (- topní) Termobiologické typy živočichů: 1) poikilotermní (ektotermní) 2) homoiotermní (endotermní) Působení vysokých x nízkých teplot: Ekologická pravidla: Bergmanovo Allenovo Glogerovo Jordanovo Teplotní poměry ve vodním prostředí: Relativní vlhkost: % Ztráta vody z organismu: Příjem vody do organismu: Obsah vody v těle a vodní bilance živočichů: Tolerance živočichů: stenohygrické x euhygrické druhy Klasifikace prostředí dle vlhkosti: 1) hygrofilní 2) mezofilní 3) xero 6
pH vody a půdy: c H+ iontů tolerance v přírodě: 3 < pH > 9 Tolerance: 1) stenoiontní (nálevníci, perloočka) 2) euryiontní (vířníci, ploštěnka) Druhy: - acidofilní - neutrální - alkalifilní
Salinita: Sladkovodní biotopy x mořské biotopy Tolerance: 1) stenohalinní 2) euryhalinní
Proudění vzduchu (cirkulace) Advekce x konvekce Vítr: Beaufortova stupnice Vliv větru na živočichy: anemotaxe apterismus a mikropterní formy
Proudění vody Teplota vody x proudění: Charakter dna x rychlost toku: PEDOSFÉRA (půda) Humus: organická hmota Edafon: 1) fytoedafon 2) zooedafon Edafobionti: a) epigeické formy b) hypogeické formy Dle stupně vázanosti a adaptací: 1) geobionti 2) geofilové 7
3) geoxenové Dle stupně časové vázanosti na půdu: - permanentní - temporární - periodičtí - parciální - alternující - tranzitorní Zooedafon dle velikosti: - mikrobiota - mezobiota - makrobiota Složení půdy:
- minerální složka (94%) - organická složka (6%) Složení edafonu: Textura x struktura půdy: Pórovitost půdy: kapilární x nekapilární Půdní vlhkost: - evapotranspirace - odtok - infiltrace Podpovrchová voda: a) podzemní b) kapilární c) adsorbční Rozdělení živočichů: 1) hygrobiontní 2) hygrofilní 3) xerofilní Adaptace živočichů žijících v půdě: Půdní struktura:
-
půdní vzduch vzdušná kapacita půdy teplota půdy permafrost světlo v půdě půdní chemismus
Znečištění Kategorie polutantů v prostředí: - kyseliny a zásady - anionty - splašky - odpady - plyny - oteplené vody - kovy - nutrienty 8
-
ropa a oleje org. toxikanty patogenní agens pesticidy PCB Radionuklidy
Účinek látky na organismus: Vliv polutantů na organismy a ekosystém: polutant – prostředí – organismus Znečišťování ovzduší lidskou činností: EMISE = vypouštění plynných, kapalných, pevných odpadních látek, tepla, hluku, radioaktivních látek LÁTKY: • • • • •
jednoduché plynné anorganické sloučeniny (oxid siřičitý, dusnatý, dusičitý, uhelnatý, uhličitý, chlorovodík, fluorovodík) organické sloučeniny (uhlovodíky, halogenderiváty organických sloučenin - freony, PCB - polychlorované bifenyly) látky s obsahem radionuklidů (pokusy s jadernými zbraněmi, havárie jaderných zařízení: nuklidy: 131I, 137Cs, 134Cs, 90Sr...) látky obsahující těžké kovy látky biologického původu s toxickými účinky.
Kyselý déšť: spalovací procesy: 1. SO2 --O2--> SO3 + H2O -----> H2SO4 (déšť, sníh, námraza) 2. NOx -----> HNO3 Opatření: 1. odsiřovací technologie tepelných elektráren (SO2 + Ca(OH)2 -----> CaSO3 -----> CaSO4) 2. odstraňování NOx přidává se NH3, pak průchod vrstvou katalyzátoru (oxidy Ti, Fe, aktivní C), při teplotě 300 - 400oC -----> N2 + H2O Důsledky kyselých dešťů: 1. podporuje korozi 2. ničí vegetaci (jehličnany...)
9
3. ohrožuje lidské zdraví (zánět průdušek, rozedma plic, selhání srdeční činnosti) VZNIK SMOGU Typy: 1. fotochemický smog los angelského typu Podmínky pro vznik: zvýšená koncentrace výfukových a jiných plynů (NOx, nenasycené uhlovodíky - R), slabé proudění vzduchu, nízká vlhkost vzduchu, teplota 25 - 30oC, intenzivní sluneční záření. NO2 --slun. zář.--> NO + O O + O2 -----> O3 (v přízemní vrstvě škodlivý) NO2 + O + R ==O3==> R-C00-0-NO2 (peroxyacylnitráty, např. jedovatý peroxyacetylnitrát: CH3-C00-0-NO2 (PAN)) 2. smog londýnského typu (u nás obvyklejší!) obsahuje: pevné částice, kapičky H2SO4, plynný SO2, vyznačuje se hustou mlhou, vzniká v zimním období, největší koncentrace dosahuje ráno a při teplotě 0 - 5oC. FREONY A OZONOSFÉRA 1. chladiva 2. aerosolové přípravky o vypuzují náplň o rozprašují do kapiček •
Např.: freon 11: trichlorfluormethan CCl3F, freon 12: dichlordifluormethan CCl2F2
V atmosféře působí na freony UV záření, štěpí je, fragmenty rozkládají ozón. Množství ozónu není velké. Za tlaku 100 kPa (při zemském povrchu) by měla ozonosféra tloušťku 3 mm Reakce: 1. O2 -----> O + O O2 + O -----> O3 2. CF2Cl2 -----> .CF2Cl + Cl. (radikál) Cl. + O3 -----> O2 + ClO ClO + O -----> O2 + Cl. 1 atom Cl rozloží 100 000 molekul O3. Důsledky: lidé: poškození zraku, rakovina kůže, snižuje výnosy plodin, ohrožuje živočichy, ohrožuje fytoplankton (hlavní producent kyslíku), roste koroze povrchů.
10
SKLENÍKOVÝ EFEKT CO2, freony, CH4 způsobují, že atmosféra působí jako střecha skleníku, tzn., že zachycuje část sluneční energie odražené zemským povrchem, která by byla vyzářena do vesmírného prostoru. Důsledek: zvyšování průměrné teploty na Zemi (následky: tání ledovců, zatopení pobřežních oblastí, rozšiřování pouští). MIKROKLIMA OBYTNÝCH PROSTOR • • • •
z horninového podloží stoupá do bytů RADON (rakovina plic). z vnitřního zařízení se uvolňuje např. HCHO (formaldehyd) např. z nábytku. z údržby bytu - rozpouštědla (benzín, aceton) kouření tabáku o alkaloid NIKOTIN (z 1 cigarety kuřák vstřebá 1-2 mg, smrtelná dávka pro člověka: 50-60 mg.). o oxid uhelnatý (pevná vazba na Fe hemoglobinu erytrocytů) o karcinogenní látky - PAU - polycyklické aromatické uhlovodíky (benzo(a)pyren)
Znečišťování vody: Voda (podle původu): • •
přírodní (atmosférická, povrchová, podzemní) odpadní
Složení přírodní vody: • • • •
plyny, anorganické a organické látky KYSLÍK (pro samočištění povrchových vod, pro vodní živočichy - např. kapr: 2 mg/l, pstruh: 5 mg/l) OXID UHLIČITÝ: 1% reaguje s vodou (H2O + CO2 -----> H2CO3) ovlivňuje příznivě chuť vody N2, H2S, CH4, Ca2+, Mg2+, K+, Na+, HCO3-, SO42-, Cl-, NO3-, NO2-, fosfáty.
Látky znečišťující vody • •
•
Sloučeniny Hg, Pb, As, Cd, Zn, Al, Ni, Mn, Se, Mo... kyanidy CN-, dusitany NO2-, splachem z polí - NO3-, fosfáty, důsledkem dusičnanů a fosfátů ve vodě je nadměrný rozvoj řas a sinic a z toho vyplývá: ucpávání vodárenských filtrů, pronikání mikroorganismů do upravené vody, vznik toxických sloučenin (produkty metabolismu sinic), pak je znemožněno rekreační využití vody ("vodní květ" - záněty kůže, vyrážky) Organické látky: fenoly
PITNÁ VODA: NO3- - mezní hodnota: 50 mg/l DOBRÁ VODA: NO3-: 0,4 mg/l
11
norma pro kojence: 15 mg/l (NO3- se váže na FeII hemoglobinu erytrocytů a vzniká methemoglobin, železo s oxidačním číslem II přechází na III, znemožněna vazba O2, pozor tedy na pitnou vodu a rychlenou zeleninu s velkým obsahem dusičnanů) Odpadní vody: • •
průmyslové splaškové
obsahují: • •
TENZIDY (prací prostředky) - způsobují silné pěnění, zpomalují průnik O2 do vody, ve vyšších koncentracích působí toxicky na vodní organismy Fenoly, oleje, úniky ROPNÝCH LÁTEK
Látky poškozující půdu: •
• • • •
SO2 -----> kyselé deště (pH < 4,6) -----> okyselování půd. Z toho vyplývá: špatný příjem Ca, vyšší příjem těžkých kovů, zpomalování humifikace a mineralizace, ubývá heterotrofních bakterií, narušení mykorrhizy (např. řepa cukrovka vyžaduje pH: 6,8 - 7,5) těžké kovy z nekvalitních hnojiv, z popílku (As, Cd, Cr, Pb, Ni...) PAU - spalování fosilních paliv, výroba koksu, spalování odpadů PCB - polychlorované bifenyly, obsaženy např. v nátěrových látkách, zjištěny v potravinách pesticidy - hubení škůdců, insekticid: DDT 2,2-bis-(4-chlorfenyl)-1,1,1-trichlorethan, zakázán, jeho zbytky jsou v potravních řetězcích, herbicidy, fungicidy ATMOSFÉRA (záření)
Chemické složení vzduchu: hustota a nosnost vzduchu, létání živočichů Záření: zdroje rozdělení: a) radioaktivní b) ultrafialové c) viditelné d) infračervené e) kosmické Viditelné záření (světlo): zdroje, ekologický význam světla Záření vysílané Sluncem: 1. Sluneční záření: krátkovlnná E, symbol: Qc 1. ultrafialové záření 280-348 nm 2. viditelné světlo 380-780 nm
12
3. infračervené záření 780-3000 nm 2. Tepelné záření: dlouhovlnná E, symbol: Ql delší složka infračerveného záření 3000 - 100 000 nm Celková bilance záření: Q = Qc + Ql G...globální záření, S...přímé sluneční záření, D...rozptýlené sluneční záření (radiace oblohy), aS...sluneční záření odražené od povrchu, A...atmosférické tepelné záření, anA...tepelné záření z atmosféry odražené od povrchu, T...tepelné záření Země. Qc = G - aS - aD Qc = S + D - a.(S + D) Ql = A - anA -T Ve dne nejčastěji: Q > 0, vždy v noci: Q < 0, během celého dne nebo celého roku: Q > 0. Závěr: Atmosféra chladne, povrch země se otepluje, život nemožný! Skutečnost: Klima dlouhé období relativně stálé! Proč? Symbol K - stoupání teplého vzduchu, nahrazování studeným, vzniká vítr. Symbol V - odpařování vody, kondenzace, déšť. Symbol B - absorpce tepla substrátem. Symbol PNB - fotosyntéza. Platí vztah: Q + V + K + B + PNB = 0 Tolerance živočichů ke světlu: 1) stenofotní 2) euryfotní Rozdělení druhů: a) fotofilní b) skiofilní c) fotofobní Biologické rytmy: fotoperioda Rozdělení organismů dle: a) kviescence b) diapauza c) hibernace d) estivace Cirkadiánní rytmy: 1) diurnální 2) nokturnální 3) krepuskulární 4) indiferentní Lunární rytmy: Fotokinetická reakce: a) fototropismus b) fotokineze c) fototaxe d) menotaxe
13
CO2 jako zdroj: Eufotická x afotická zóna O2 jako zdroj: Souš Půda Voda Adaptace živočichů: Prostor jako zdroj: -organismy soutěží o prostor Konkurence mezi org.: a) exploatační b) interferenční
POTRAVA - trofické faktory Co je potrava? Nedostatek potravy: Způsoby a formy výživy org. : 1) autotrofní (fytozoický) 2) heterotrofní (holozoický) - není ostrá hranice = mixotrofní Schéma toku energie v těle organismů: E z nižšího trofického stupně - spotřebovaná E © - odpad Spotřebovaná E – stravitelná E (D) - E ve výkalech Stravitelná E – metabolizovaná E (M) - E v moči Metabolizovaná E – respirace ® - produkce (P) Respirace – odpočinek x aktivita Produkce – růst x reprodukce Fyziologické hledisko potravy:
a) histotrofní
Hlavní formy výživy: biofágové x nekrofágové 14
b) merotrofní
Biofágové : fytofágové x zoofágové Nekrofágové : saprofágové x koprofágové 1) Fytofagie : a) herbivor (fytoepisit) b) fytoparazit specializace: - algofágové - lichenofágové - radicivorní - phyllofágové - mycetofágové - herbivorní - lignivorní (xylofágové) - fruktivorní 2) Zoofagie : a) karnivor (zooepisit) b) zooparazit specializace: - piscivorní - myrmekofágové - planktonofágní - insektivorní (entomofágové) - haemofágové 3) Saprofagie : mrtvá organická hmota 4) Koprofagie: exkrementy (hmyz, buřňáci, králíci) Specifické formy výživy: a) cecidofagie: výživa v hálkách (cecidiích) - zoocecidie - acarocecidie - entomocecidie b) symbiontofagie: symbióza 2 organismů - ektosymbiontofagie - endosymbiontofagie c) trofobióza: forma koprofagie (mravenec) d) kanibalismus: 1) kronismus 2) kainismus Složení potravy = potravní spektrum: Euryfágové (generalisti) x stenofágové (specialisti) 1) univorie (monofagie) – parazit, panda, koala 2) oligofagie – obaleč dubový 3) multivorie (polyfagie) – bekyně mniška, káně, chroust 4) omnivorie (pantofagie) – všežravci 15
Hodnota potravy: - potravní nabídka x dostupnost potravy potrava: - přednostní - příležitostná - nouzová množství potravy: hlavní x vedlejší Změna potravy: - během ontogeneze x sezónní změna Prostředí: - ryby, chrousti, komáři - Fasciola hepatica (motolice) - periodická změna u ptáků během roku - neperiodické změny Množství potravy: a) kvalitativní stránka: bílkoviny, sacharidy, tuky, vitamíny, stopové prvky b) kvantitativní stránka: kalorie (kcal) homoiotermní x poikilotermní živočichové Časové rozložení příjmu potravy: - býložravci x masožravci - zásoby potravy (pijavka, klíště, křeček, včela, …) - zásoby z vlastního těla Hladovění:
- během ontogeneze - schopnost hladovět (štěnice, klíště, krajta, blecha,…)
Význam vody v organismu:
- zárodek x dospělec - univerzální rozpouštědlo
EKOLOGIE POPULACÍ Populus =lid (demograficky) definice: Mc Atee (1907) populace:
- homotypická - ontogenetická - časově vymezená - dědičné vlastnosti - prostor - ekologické a genetické faktory
16
Terminologie: geografická populace - oblast ekologická populace – biotop elementární populace – mikrobiotop lokální populace experimentální populace Proč studovat populace??? - růst jedinců v populaci: t1: N1 = 100 t2: N2 = 200 t3: N3 = 400 - pokles počtu jedinců v populaci: t1: N1 = 100 t2: N2 = 50 t3: N3 = 25
=> počet jedinců v populaci roste jako peníze v bance! Unitární organismy: z 1 zygoty vzniká 1 jedinec Modulární organismy: z 1 zygoty vzniká stavební prvek = modul genety = produkty modulů genetický jedinec = produkt zygoty Rozdíly mezi unitárními a modulárními organismy: - taxonomické vlastnosti - způsob interakce s prostředím
Vlastnosti populace: formální
x
- hustota (denzita) - rozmístění (disperze) - struktura
funkční - plodnost (natalita) - úmrtnost (mortalita) - stěhování (migralita) - růst - dynamika
Disperze (rozmístění) populace: - na demotopu typy: * nahodilá (nepravidelná) - vzácná * rovnoměrná (pravidelná) * nahloučená (agregovaná) - nejčastější
17
Aleeho princip: Disperze x izolace jedinců v populaci:
Hustota (denzita) populace: - na jednotku plochy či objemu vyjádření: - abundance (početnost) – N/m2 ; N/ml (l) - biomasa (váha živé hmoty) - g/m2 ; g/ml (l) a) b) c) d)
hustota absolutní – konkrétní počet hustota relativní – indexy či % hustota hrubá hustota specifická
metody stanovení:
1) absolutní: - sčítání - vzorkování - značkování 2) relativní: - odhad - smýkací metody - lineární metody Lincoln – Petersenův index: H= a1 x t / a2 a1…počet jedinců v 1. odchytu a2…počet znovu odchycených jedinců H…hustota populace t….počet jedinců ve 2. odchytu
Natalita (množivost) populace: - stanovena vznikem nových jedinců a) realizovaná natalita b) fyziologická natalita c) věkově specifická natalita
Mortalita (úmrtnost) populace: - stanovena počtem uhynulých jedinců
18
a) realizovaná mortalita b) fyziologická mortalita c) věkově specifická mortalita Křivky přežívání: 1) typ I: velcí savci 2) typ II: ptáci 3) typ III: ryby
Migralita (stěhovavost) populace: - 3 základní typy:
Další pojmy:
- migrace - emigrace - imigrace - permigrace - komigrace - introdukce - invaze
definice migrace: míra migrace = podíl v % + příklady cyklus migrace: a) diurnální (plankton, edafon) b) jednoleté (většina) c) víceleté (úhoř) podmiňující faktory migrace: a) potrava b) reprodukce c) klima ekologické bariéry migrace:
Struktura populace: •
věková struktura: vliv na natalitu a mortalitu, tzv. věkové třídy: 1) předreprodukční 2) reprodukční 3) postreprodukční
- př. vodní hmyz, hlodavci, octomilky - pyramidová - zvonovitá - urnovitá ● váhová struktura: biomasa a produkce (hlodavci) 19
● pohlavní (sex ratio): 1) primární poměr (X,Y) 2) sekundární poměr 3) terciální poměr ● sociální struktura: předmět etologie
Růst populace: Npres = Npast + B – D + I – E Npres…současnost (počet druhů) Npast…minulost (počet druhů) B…reprodukce (natalita) D…hynutí (mortalita) I…imigrace E…emigrace r = okamžitá míra růstu populace r = ln Ro/t Ro…čistá míra reprodukce (počet potomků na 1 jedince) t…generační čas r › 0, r ‹ 0, r = 0 - v uzavřených populacích (není Imigrace a Emigrace) => r=B–D 1) model kontinuálního růstu (růst nezávislý na hustotě populace) = otevřený růst, křivka tvaru J rN = dN/dt N…velikost populace (počet jedinců) r…okamžitá míra růstu populace dt…míra změny populace v čase 2) model růstu závislého na hustotě = limitované zdroje, křivka tvaru S (sigmoidální) - závislost na kapacitě zdrojů v prostředí rN (1 – N/K) = dN/dt
20
N…velikost populace (počet jedinců) r…okamžitá míra růstu populace dt…míra změny populace v čase K…kapacita prostředí
Dynamika populace: = kolísání početnosti a) oscilace- v rámci 1 roku: 1) univoltinní druhy 2) bivoltinní druhy b) fluktuace- v průběhu více let: pravidelné x nepravidelné 1) latentní 2) temporární 3) permanentní křivka gradace: - katastrofické přemnožení a) fáze latence b) fáze progradace c) fáze kulminace d) fáze retrogradace e) fáze latence Příčiny dynamiky populací: 1) faktory nezávislé na hustotě 2) faktory závislé na hustotě populace Typy strategie živočichů: r – specialisti
x
- specifická rychlost růstu - drobných rozměrů - rychlý růst populace - vysoký biotický potenciál - časná reprodukce - relat. krátkověkost - 1x reprodukce - nízká kompetice - schopnost rychlého šíření - velká dynamika populace - v nevyvážených ekosystémech - hlodavci, mšice
K – specialisti - nosná kapacita prostředí - větších rozměrů - pomalý růst populace - nízký biotický potenciál - pozdní reprodukce - relat. dlouhověkost - opakovaná reprodukce - vysoká kompetice - slabá schopnost šíření - menší dynamika populace - vyvážené ekosystémy - velcí kopytníci tropů
21
INTERAKCE - vztahy mezi jedinci stejného druhu i mezidruhové => intraspecifické x interspecifické interakce Interspecifické (mezidruhové) interakce ● kompetice ● predace ● parazitismus ● mutualismus Intraspecifické (vnitrodruhové) interakce ● kompetice ● kanibalismus ● mutualismus (altruismus)
Kompetice: - stejný a omezený zdroj, důsledkem snížená fitness ekolog. nika: prostředí, kde žije organismus, rozsah významný pro kompetici = nároky organismu na prostředí - podobné nároky na prostředí - vliv na disperzi, teritorialitu a regulační mechanismy habitat: fyzikální prostředí organismů, má mnoho nik a) realizovaná nika: velikost niky v podmínkách působení limitujících faktorů prostředí (kompetice a predace- zmenšení niky; mutualismus- zvětšení niky) b) fundamentální nika: potenciální nika v podmínkách absence kompetice a predace
Klasifikace interakcí dle typu působení Interakce Mutualismus Kompetice Predace Parazitismus Neutralismus Amenzalismus Komenzalismus Protokooperace
druh A + + + 0 0 0 +
druh B + 0 + +
22
Vnitrodruhové vztahy: 1) 2)
synergistické (vzájemně prospěšné) antagonistické (konkurenční)
ad)1) - synchronizace pohlavní aktivity (různá doba říje u srnců a jelenů, generační cyklus hmyzu- vliv fotoperiody na činnost gonád, výskyt pohlavně zralých jedinců v optimální dobu, shromažďování živočichů: hnízdní bazary, stáda, trdliště ryb, hnízdní kolonie, roje hmyzu) - soužití v období reprodukce (život v párech omezený časově, soužití na 1 sezónu, trvalý život v párech) - vznik skupin = societ (sociální útvar udržovaný vnitřními etologickými principy) 2 principy vzniku skupiny: 1) sociální atraktance 2) sociální imitace - vliv skupiny na jedince: ad) 2) – intraspecifická kompetice (sdílejí stejné prostředí, stejné nároky na zdroje) o věkové rozdíly v potravních nárocích o pohlavní rozdíly o důležitý regulační mechanismus důsledky kompetice: a) disperze organismů b) teritoriální chování Teritoriální chování: - soutěž jedinců či skupin o prostor o území konkurence mezi jedinci o důsledkem regulace populace o výhody musí převýšit náklady o značení – pachové, akustické, optické teritorium x - hájí vůči konkurentům - uvnitř okrsku
domovský okrsek - nehájí, sdílí společně - velikost několik m (ryby, ještěrky) až 20 km (lvi, tygři)
- skladba teritoria: př.: lachtan australský, nosorožec indický - důležitý regulační mechanismus! Kompetice dle distribuce zdrojů: 1) utajená kompetice – rovnoměrné využití zdrojů všemi jedinci, všichni hodně či všichni málo => zánik populace 2) ostrá kompetice – nerovnoměrné využití, někteří hodně, jiní hynou Kompetice dle mechanismu působení: 1) interferenční kompetice – přímý kontakt jedinců (boj o potravu) 2) exploatační kompetice – nepřímá interakce, cestou spotřeby zdrojů prostředí 23
Mutualismus: - pozitivní vztah 2 jedinců, důsledkem je růst fitness Typy mutualismu: • obligátní: permanentní spojení (lišejníky, rak se sasankou, korály) • fakultativní: příležitostné spojení (opylování květů hmyzem, kolibříky a netopýry; přenášení semen) • symbiotický: uvnitř těl organismů (mykorrhiza) • obranný: rostliny a mravenci, trávy a houby - souvislost s evolucí eukaryotické buňky (mitochomdrie a chloroplasty)
Komenzalismus: - interakce 2 druhů závazná pro komenzála (+), ale 0 pro hostitele - hyeny, šakali, supi x lvi - hroch a ryby na povrchu - buvol x volavka Dle stupně vázanosti: 1. parekie- sousedství 1 druhu s druhým jako ochrana před predátory (vrabci a obydlí, sasanky a korálové ryby) 2. synekie- společný výskyt 2 druhů (brouci v doupatech svišťů) 3. phoresie- využití jiného druhu k přenosu (lodivod)
Amenzalismus: - 1 druh (inhibitor) působí na druhý druh (amenzála), ale sám není dotčen - „chemický“ boj organismů - mikroorganismy a houby – produkce antibiotik - řasy a sinice vylučují látky inhibující ryby
Protokooperace: - soužití nezávazné, oba druhy mají prospěch (kolektivní hnízdění ptáků)
Preface: - konzumace 1 organismu (kořisti) druhým (predátorem) - prospěch jen pro predátora
24
Typy predace: taxonomicky: masožravci, býložravci a všežravci funkčně: - praví predátoři: kořist zabijí - spásači: nezabíjejí, jen části - parasitoidi: zabíjejí pro svůj vývoj - paraziti: nezabíjejí, ale postupně ničí Adaptace predátora - zrak, čich, sluch - silné a rychlé tělo - útočné orgány u úst - chapadla láčkovců - hltan ploštěnek - ramena hlavonožců - zobák dravců - zuby šelem
x
adaptace kořisti - schopnost úniku - mech. ochrana na povrchu těla - zevní kostry korálnatců a želv - ulity a lastury měkkýšů - jedové žlázky obojživelníků - autotomie ještěrky - budování úkrytů - ochranné zbarvení
Typy ochranného zbarvení: 1) mimeze: - homochromie - homotypie 2) mimikry
EKOLOGIE SPOLEČENSTEV Definice: • v reálném prostoru a čase • vlastnosti dány interakcemi mezi druhy • vlastnosti závislé na diverzitě a distribuci druhů, toku E a interakcemi mezi guildy • vznik v různých podmínkách, různá velikost a rozsah • mohou mít i dílčí části společenstvo = biocenóza: 1) fytocenóza 2) zoocenóza izocenóza: biocenóza v prostředí s podobnými ekologickými podmínkami ekologické vikarianty: - ekologicky ekvivalentní druhy - v izocenózách - př. velcí býložravci (v rámci kontinentů) cenotop: biotické prostředí biocenózy Interakce ve společenstvu: 1) přímé (korelace) A → B→ C
2) nepřímé (interrelace) A→ (B) → C
25
Princip enkapse: biomy > regiony > lokality > mikrohabitaty
Biocenotické principy: 1. bicenotický princip: Thienemann (1918, 1920) - čím jsou podmínky biotopu rozmanitější, tím je v biocenóze zastoupeno více druhů, přičemž jejich hustota je nízká (př. entomocenózy tropického deštného lesa) 2. bicenotický princip: Thienemann (1918) - čím více jsou podmínky biotopu odchýlené od normálu, tím je biocenóza druhově chudší, ale populace druhů dosahují vysoké početnosti (př. znečištěné vodní prostředí) 3. bicenotický princip: Franz (1952) - čím jsou životní podmínky biotopu stálejší, tím je biocenóza druhově bohatší, vyrovnanější a stabilnější (př. korálové útesy)
Členění společenstev: Dílčí společenstva: • producenti • konzumenti • reducenti (dekompozitoři) Dělení dle taxocenózy: např. entomocenóza, ornitocenóza, ichtyocenóza, malakocenóza, parazitocenóza Stratifikace společenstva: A) vertikální x B) horizontální A) vertikální: biostrata (patra, etáže) => stratocenózy př. les: korunové – kmenové – křovinné – bylinné – mechové – hrabankové B) horizontální: biochoria (choriotopy) => choriocenózy př. strom: dutiny stromu – květy – listy – kořeny – kmen – plody biocenotický kodex: heterogenní společenstva organismů s těsným vztahem k prostředí (př. 1 strom až 1000 druhů hmyzu)
Vlastnosti biocenóz: 1) kvantitativní (četnostní) znaky: • hustota druhů • abundance (biomasa) • dominance • produkce
26
2) strukturální (skladebné) znaky: • prezence a absence • frekvence • konstance • faunistická podobnost • diverzita a ekvitabilit 3) vztahové znaky: • fidelita • koordinance Hustota druhů: = počet druhů zoocenózy na jednotku plochy nebo objemu druhové spektrum (species richness): soupis všech druhů zoocenózy minimální plocha či objem: série reprezentativních odběrů křivka druhové četnosti: společenstva: • druhově velmi chudá • druhově chudá • druhově bohatá • druhově velmi bohatá Abundance: = počet všech jedinců ve společenstvu bez ohledu na druhovou příslušnost na jednotku plochy či objemu stupnice odhadu počtu:
0 – nepřítomen 1 – vzácný 2 – chudý 3 – početný 4 – velmi početný 5 – masově početný
křivka abundance:
Biomasa: = hmotnost všech jedinců v biocenóze na jednotku plochy či objemu - čerstvá, fixovaná, v sušině, v proteinech, v biogenních prvcích (C, N), průměrná hodnota E na 1kg hmotnosti těla: 5,4 kcal, 22599J
27
metody stanovení: • obsah tuků, bílkovin a sacharidů • oxidace dvojchromanem draselným • měření spalného tuku Produkce: - produkční biologie, součet produkce jednotlivých populací
Dominance: = % složení biocenózy, bez ohledu na velikost plochy či objemu D = n*100/S n…počet jedinců určitého druhu S…celkový počet jedinců biocenózy nízká x vysoká dominance absolutní x relativní hodnoty Třídy dominance: • hlavní (dominantní) druh: více než 10 % • doprovodný (influentní) druh: 5 – 10 % • přídavný (akcesorický) druh: méně než 5 % Klasifikace do 5-ti tříd: • eudominantní druh: více než 10 % • dominantní druh: 5 – 10 % • subdominantní druh: 2 – 5 % • recendentní druh: 1 – 2 % • subrecendentní druh: méně než 1 % Hmotnostní dominance: D = wi*100/ ws wi…biomasa jedinců určitého druhu ws….biomasa celé biocenózy biocenózy Eltonovy pyramidy:
28
Prezence a absence: = vyjádření přítomnosti (+) a nepřítomnosti (-) druhu v biocenóze, bez ohledu na hustotu, četnost nebo pravidelnost jeho výskytu
Frekvence: = četnost výskytu, udává, jak často se druhy vyskytují v sérii vzorků odebraných z 1 lokality F = ni*100/S ni…počet vzorků, v nichž se druh vyskytuje S…počet všech odebraných vzorků -
největší frekvenci mají dominantní druhy pozitivní vztah k abundanci a závisí na disperzi
Konstance: = stálost druhového složení určité biocenózy v závislosti na čase K = ni*100/S Třídy konstance: • I – druh vzácný: 0 – 20 % • II – druh řídce se vyskytující: 20 – 40 % • III - druh často se vyskytující: 40 – 60 % • IV - druh převážně se vyskytující: 60 – 80 % • V – druh téměř vždy přítomný: 80 – 100 % - synekologicky významné druhy se stálostí nad 50 %
Faunistická podobnost = identita = shoda druhového složení 2 nebo více srovnávaných biocenóz s1…počet druhů v 1. biocenóze s2…počet druhů v 2. biocenóze s…počet společně se vyskytujících druhů Jaccardův index: Jn = s/(s1+s2-s)
29
Sörensenův index: Sö = 2s/(s1+s2) Kulczyňskiego index: Ku = (s/s1 + s/s2) / s
Fidelita: = stupeň vázanosti nebo věrnosti druhů k určité biocenóze • • • • •
vlastní druhy = indigenae: 1) homocenní - celoročně 2) heterogenní- sezónně spřízněné druhy – výskyt i jinde cizí druhy = hospites – potrava, úkryt, nocleh protahující druhy = permigrantes – v době tahu zatoulanci = alieni – zcela náhodně
Kategorie fidelity: •
eucenní druh: - stenoektní, stenotopní (věrný, vlastní) a) cenobiontní druh – úzká valence b) cenofilní druh – menší valence • tychocenní druh: - euryektní, eurytopní (bez těsného vztahu k dané biocenóze) • acenní druh: - nenáročný ubikvist • xenocenní druh: - dané biocenóze cizí Koncovky: - biont: výrazná adaptace na dané prostředí - fil: menší přizpůsobenost, ale preference 1 prostředí - xen: cizí druh, nepřizpůsobený danému prostředí - fob: náhodně zavlečený druh
Koordinance = cenologická afinita: = udává stupeň společného výskytu 2 nebo více druhů v biocenóze Agrellův index: Ag = a*100/s (%) a…počet vzorků, v nichž se druhy společně vyskytují s…celkový počet všech vzorků
30
BIODIVERZITA = druhová rozmanitost = strukturně kvantitativní vlastnost každého společenstva, vyjadřuje poměr počtu druhů k počtu jedinců ve společenstvu - k vyjádření slouží různé indexy biodiverzity Klasifikace dle úrovní biodiverzity:
druhová diverzita (species diversity): počet druhů v daném prostředí genetická diverzita (genetic diversity): genetická rozmanitost uvnitř daného druhu ekologická diverzita (ecological diversity): počet různých ekosystémů v daném prostředí
3 kategorie diverzity (Whittaker, 1972):
α – diverzita: počet druhů ve společenstvu či vymezeném habitatu β – diverzita: způsob změny diverzity mezi jednotlivými habitaty γ – diverzita: celkový počet druhů v regionu, kombinace α a β diverzity
Proč studovat biologickou diverzitu??? ústřední téma ekologie indikátor stavu zdraví ekosystému neustávající diskuze na téma: jak měřit biologickou diverzitu Elementy biodiverzity: Heywood a Baste (1995) Ekologická - biomy - bioregiony - krajiny - ekosystémy - habitaty - niky - populace
Genetická
- populace - jedinci - chromosomy - geny - nukleotidy
Druhová - říše - kmeny - řády - čeledě - rody - druhy - populace - jedinci
Co je druh? - 7 různých koncepcí v rámci biodiverzity: 1. biologický druh 2. kohezní druh 3. ekologický druh
31
4. 5. 6. 7.
evoluční druh morfologický druh fyziologický druh rozpoznatelný druh
Jak měřit biodiverzitu? …. Indexy: 1. Indexy druhové rozmanitosti (species richness): počet druhů v jednotně definovaném vzorku 2. Species abundance models:distribuce počtu druhů, vystihují situace stupně dominance 3. Indexy založené na proporcionální abundanci 1. Indexy druhové rozmanitosti: a) numerical species richness – počet druhů na určitý počet jedinců či biomasy b) species density – počet druhů na jednotku plochy či objemu - Margalefův a Mehnickův index 2. Species abundance models - indexy popisující početnost druhů ve společenstvu - viz. obr. a) geometrické řady: druhově chudá společenstva, nebo v ranném stadiu sukcese, nejdominantnější druh obsadí poměrnou část zdrojů, s postupem sukcese přechází do logaritmických řad b) logaritmické řady: ve společenstvu zastoupeno více druhů, pokročilejší stupeň sukcese, pokračuje dominance 1 druhu, případně se přidává i druh další c) broken stick models („zahnutá hůl“): velká, rozvinutá a pestrá společenstva, rovnoměrné rozložení druhů, představuje nejvyrovnanější stav, , charakterizován počtem druhů, nikoliv dominancí
3. Indexy založené na proporcionální abundanci - předpokladem pro jejich použití je náhodný výběr jedinců z velkého množství, přítomnost všech druhů ve společenstvu - Shannonův a Brillouinův index Měření dominance: - důležitější je početnost než druhová bohatost, hodnota je závislá na nejpočetnějším druhu a proto jsou tyto indexy málo citlivé k méně početným druhům - Simpsonův a Berger- Parkerův index
32
Vztah mezi počtem druhů a plochou: - tzv. koncepce biogeografie ostrovů: • na „ostrovech“ menší početnost druhů než na srovnatelně velkých územích na pevnině • počet druhů klesá se zmenšováním velikosti ostrova „ostrovem“ může být: • ostrov země v moři • jezero (ostrov vody) na zemi • vrchol hory • oblast geologického, půdního či vegetačního typu • organismus hostitele pro parazita • rezervace obklopená zemědělskou nebo průmyslovou krajinou -
počet druhů na „ostrově“ je determinován dynamickou rovnováhou mezi procesem imigrace a extinkce s růstem kompetice mezi druhy roste i míra extinkce bod, ve kterém se počet druhů ustálí je dán rovnováhou mezi mírou imigrace a extinkce nutnost zachování biokoridorů (migračních cest)
A) vliv zeměpisné šířky: biodiverzita klesá směrem od rovníku k pólům - stálý rys historického vývoje - kolem rovníku je gradient rozmístěn asymetricky, rychle roste ze severu k rovníku a pomalu klesá od rovníku k jihu - největší diverzita: 1) na souši = tropické deštné pralesy 2) v moři = korálové útesy B) vliv nadmořské výšky: biodiverzita klesá se stoupající nadmořskou výškou C) vliv hloubky: analogie nadmořské výšky - největší diverzita: 1) pelagiál = hloubka 1000 – 1500m 2) bentál = hloubka 2000 – 3000m
Biodiverzita v čase: = druh se v daném prostředí vyskytuje, pokud: • lokalita je pro něj dostupná • na lokalitě jsou vhodné podmínky a zdroje • lokalitu neučiní předem neobyvatelnou konkurenti a predátoři Sukcese = nesezónní, směrovaný a spojitý proces kolonizace a zániku populace jednotlivých druhů v určitém prostředí
33
Rozdělení sukcese: 1. degradační 2. allogenní 3. autogenní ad a) degradační = rozklad organické hmoty - sukcese na rozložitelném zdroji (procesy ke vzniku humusu, fekálie), zdroj je metabolizován, zmineralizován a rozložen - mikroorganismy a detritovoři ad b) allogenní = změna vlivem vnějším faktorů, nový biotop je osídlován, působení biotických faktorů prostředí - dočasná sukcese (zanášení lokality) ad c) autogenní = sukcese probíhající v určitém čase a na určitém místě řízená procesy probíhajícími uvnitř společenstva - nepůsobí zde biotické faktory prostředí 1) primární sukcese: v prostředí dosud neovlivněném jiným společenstvem (př. ustoupení ledovce, proud lávy, písečné přesypy) 2) sekundární sukcese: v prostředí, kde byla odstraněna vegetace, ale je zachována půda se semeny a sporami (př. les po chorobách stromů, požár, silný vítr, těžba dřeva) 1) vzestupná = progresivní 2) zpětná = regresivní Mechanismy sukcesí: 1)
facilitace = ranně sukcesí druh umožní imigraci nových druhů, tedy připraví podmínky, stanoviště, dostupnost zdrojů - význam u primárních sukcesí (nepříznivé počáteční podmínky)
2)
inhibice (opak facilitace) = rané sukcesí druhy odolávají invazi nových druhů, tedy zamezují jejich existenci v nově vytvořeném prostředí - raně sukcesní druhy mění prostředí v neprospěch pozdně sukcesních druhů
3)
tolerance = modifikace prostředí způsobená sukcesně ranými druhy má pouze nepatrný či nulový účinek na nové (pozdně sukcesní) rozšíření druhů
- sukcesní stádia => sukcesní řady => klimax Klimax = vrcholné stádium sukcese, konečný bod sukcesí řady, společenstvo, které dosáhne stabilního stavu, existuje zde nejvíce mezidruhových interakcí, největší diverzita = homeostatický systém
34
Sukcesní série: sukcese ve vodě = hydrosérie sukcese na souši = xerosérie 1) úplná = sukcese až do stádia klimaxu (př. lesní společenstvo) 2) částečná = klimax nevzniká, vliv půdních podmínek (př. suťový les)
Klimaxová společenstva: 1) klimatický klimax: rovnováha v podmínkách podnebí 2) edafický klimax: podle půdních poměrů 3) antropogenní klimax: člověkem udržované společenstvo Guild = skupina druhů, která obsazuje podobnou niku, druhy využívající stejný zdroj, mezi členy guildu silná mezidruhová kompetice Komplexita společenstva: smíšená společenstva působením zonace Stabilita společenstva: zahrnuje 2 protichůdné principy: 1) resilience = schopnost návratu společenstva do původního stavu 2) rezistence = schopnost společenstva odolávat jeho narušování, které by vedlo ke změnám společenstva Jak souvisí komplexita společenstva s jeho stabilitou? - komplexita společenstva je považována za stabilní, změna na úrovni 1 populace je kompenzována mezidruhovými interakcemi a nevyvolává změnu společenstva jako celku - stabilita společenstva je největší v komplexním společenstvu - tok energie společenstva má vliv na míru jeho resilience (př. tundra má nejmenší obrat energie, tudíž i nejmenší resilienci) - trofická komplexita se zvyšuje s počtem trofických stupňů společenstva a délkou potravního řetězce - míra resilience společenstva jako celku je určena mírou nejméně resilientního druhu
FENOLOGIE (phenology) = studium opakujících se biologických událostí (životní cyklus organismu, vývoj a reprodukce organismu ve vztahu k ročnímu období), periodicita •
různá cirkadiánní aktivita: organismy izolování v čase i prostoru, zabránění mezidruhové kompetici
35
•
sezónní výskyt: sezónní periodicita společenstev, vliv biotických faktorů prostředí: - mírné pásmo: teplota – roční cyklus - tropické pásmo: vlhkost a srážky – střídání období dešťů a sucha - vodní prostředí: teplota a salinita
sezónní aspekty pro mírné pásmo: 1) zimní = hiemální – XI. – pol. III. 2) předjarní = prevernální – pol. III. – IV. 3) jarní = vernální – V. – pol. VI. 4) letní = estivální – pol. VI. – pol. VII. 5) pozdněletní = serotinální – pol. VII. – pol. IX. 6) podzimní = autumnální – pol. IX. – X. Druhy: stenochromní x eurychromní
EKOSYSTÉM = základní funkční jednotka přírody, zahrnuje biotické i biotické podmínky (Tansley, 1935) = biocenóza a její biotop - vyšší úroveň než společenstvo, interakce s biologickými, fyzikálními i chemickými složkami prostředí – propojení biologických společenstev a jejich fyzikálně- chemických prostředí - výměna hmoty a energie mezi živou a neživou přírodou - každý ekosystém se liší biodiverzitou, strukturou živých i neživých složek, koloběhem látek a energií Historie a témata studia ekosystému: - Tansley: pojem ekosystém - Lotka: termodynamické systémy v ekosystému - Odum: energie ekosystému - Lindemann: ekosystém jako systém transformující energii - Starr a Allen: hierarchie v ekosystému Lotkův diagram ekosystému:
Struktura a funkce ekosystému: biotop = souhrn neživých součástí prostředí a prostředí biocenózy ekotop = souhrn hydrických, edafických a klimatických složek prostředí 1) producenti: autotrofní organismy (zelené rostliny, chemotrofní bakterie, nitrifikační, železité a ethanové bakterie) 36
-
primární produkce organické hmoty zdroj potravy pro heterotrofní organismy
2) konzumenti: heterotrofní organismy (živočichové a nezelené rostliny) 3) destruenti: heterotrofní saprofágové (bakterie, houby, plísně) - rozklad organické hmoty - uvolnění minerálních látek Funkce ekosystému: koloběh látek a jednosměrný tok energie Potravní řetězec = série organismů, kteří jsou navzájem spojeni potravními vztahy Dekompozice = rozkladný řetězec, kdy těla organismů hynou a stávají se zdrojem energie a potravy pro dekompozitory Potravní sítě = znázornění jednotlivých fází potravního řetězce - př.: fytoplankton – planktonní korýši – ryba – dravá ryba nebo vodní savec (tuleň)
Biosféra = biota (terestrická a vodní společenstva) + biotické prostředí, mocnost 20 km, horní hranice 8 km (póly), 18 km (rovník) Litosféra = zemský obal + půda (pedosféra), horniny a sedimenty Hydrosféra: hydrologický cyklus: a) biocyklus slanovodní (marinní) b) biocyklus sladkovodní (limnický) = výměna vody mezi zemským povrchem a atmosférou vlivem odpařování a srážek - velký x malý cyklus (vliv vegetace, zachycování vody, evapotranspirace = odpařování vody, infiltrace = vsakování vody, odtok vody) Atmosféra = ovzduší: • troposféra • stratosféra • ionosféra • chemosféra Biogeochemické cykly - homeostatický systém (výměna hmoty a energie) = udržování rovnováhy v prostředí organismy: sacharidy, tuky, bílkoviny, 20 biogenních prvků + 20 dalších prvků:
37
• •
makroživiny (C, O, H, N, P) mikroživiny (S, Cl, K, Na, Ca, Mg, Fe, Cu),…
1) zdrojem prvků je atmosféra (C, N, O) 2) zdrojem prvků jsou sedimenty (P, S)
Koloběh kyslíku (O): • • • • •
život: 3 miliardy let – sopečná činnost, kyslík chyběl v atmosféře, toxický evoluce fotosyntézy: růst obsahu kyslíku v ovzduší vznik vyšších forem života: respirace, metabolismus => kyslík nezbytný pro život zdroj: uvolněný fotosyntézou z H2O, 21% v atmosféře spotřeba spalováním fosilních paliv
Koloběh uhlíku (C): • • • •
• • •
C = nejrozšířenější prvek živé hmoty fotosyntéza x respirace CO2 (hlavní zdroj uhlíku v plynné formě => producenti => konzumenti => destruenti => atmosféra (zdroj) suchozemské rostliny odebírají uhlík z atmosférického CO2, vodní rostliny z uhličitanů rozpuštěných ve vodě => propojení obou subcyklů výměna mezi atmosférou a oceány: atmosférický CO2 ~ rozpuštěný CO2 CO2 + H2O ~ H2CO3 dodatkový zdroj: oceány (50x více než ve vzduchu): výměny mezi plynným CO2 a rozpuštěným ve vodě = difúze přes vodní hladinu obsah CO2 0,03 % v atmosféře, stoupá zvětráváním hornin, spalováním fosilních paliv, kácením tropického pralesa, těžbou fosilních paliv (výroba cementu) a sopečnou činností skleníkový efekt: vysoká koncentrace „ skleníkového plynu“ (tedy CO2) v atmosféře => vzrůstá teplota na Zemi!
Koloběh dusíku (N): • •
N ≡ N: inertní plyn organismy neschopni asimilace dusíku, fixace dusíku a denitrifikace mikroorganismy (denitrifikační bakterie) • zdroj: a) anorganické látky (dusičnany, dusitany, amoniak) b) organické látky (močovina, bílkoviny, nukleové kyseliny) • fixace plynného dusíku: a) fyzikálně – chemická cesta (výboje blesků, bouřka, záření) b) biologická cesta (nitrifikační bakterie) - symbiotičtí vazači dusíku
38
• •
obsah 78 % dusíku v atmosféře antropogenní činnost: zemědělská dusíkatá hnojiva, průmysl (vnitřní spalování, výroba hnojiv), emise z elektráren, eutrofizace (odlesňováním a těžbou dřeva = kácením tropických deštných pralesů nárůst dusičnanů ve vodě), uvolnění oxidů dusíku (NOx) = spalování ropy a uhlí, výfukové plyny => přeměna oxidů na kyselinu dusičnou (HNO3 => kyselé deště)
Koloběh fosforu (P): •
sedimentační (otevřený) cyklus => zdrojem fosforu sedimenty a horniny (fosforečnany a ortofosforečnany), minerální fosfor opouští pevninu a odchází do oceánů a je včleněn do sedimentů obsažen především v půdní vodě, řekách, jezerech, oceánech, horninách a oceánských sedimentech uvolnění fosforu: zvětrávání hornin a metabolismus (katabolismus) organismů
• •
Koloběh síry (S): • • • •
uvolnění síry do atmosféry: a) vytváření mořských aerosolů b) sopečná činnost c) anaerobní respirace bakterií redukujících sírany (H2S) na pevninu: síranové ionty ve srážkách a suchém spadu do vody: ze zvětrávajících hornin a atmosféry antropogenní činnost: spalování fosilních paliv (uhlí, ropa) – SO2 – přeměna oxidací na kyselinu sírovou H2SO4=> kyselé deště
BIOSFÉRA A ČLOVĚK Růst lidské populace : • • • • • • • •
Nutné zabezpečit výživu (kácení lesů, odvodňování mokrých luk a močálů, proměna lesů na pole a pastviny): kácení tropických deštných lesů – následky = změny klimatu Země Regulace vodních toků Výstavba měst Intenzivní lov - velryby, kožešinové druhy Introdukce Znečišťování ovzduší (prach, SO2, NOx, CO, sloučeniny Pb, freony, CO2) Znečišťování půdy (zvyšování acidity půdy, změny v edafonu, přehnojování, těžké kovy) Znečišťování sladkých vod (městské a odpadní vody, ze zemědělství, potravinářského průmyslu, průmyslových závodů).
39
• • •
Znečišťování moře (vrty ropy, doprava, vyvážení odpadů, např. jedy, radioaktivní látky, voda z průmyslových závodů, havárie tankerů) Radioaktivní látky, voda z průmyslových závodů, havárie tankerů). Radioaktivní zamoření (pokusy s atomovými zbraněmi, atomové elektrárny). Pesticidy (herbicidy, fungicidy, insekticidy...)
ANTROPOCENÓZA: společenstvo lidí, potkanů, myší, plevelů molů, vlaštovek... .
OCHRANA PŘÍRODNÍHO PROSTŘEDÍ Zákon České národní rady ze dne 19. února 1992 o ochraně přírody a krajiny (sbírka zákonů č. 114/1992) • •
• • • • • •
Národní parky: ŠUMAVA, PODYJÍ, KRKONOŠSKÝ NÁRODNÍ PARK, ČESKÉ ŠVÝCARSKO Chráněné krajinné oblasti: Beskydy, Bílé Karpaty, Blaník, Blanský les, Broumovsko, České Středohoří, Český kras, Český ráj, Jeseníky, Jizerské hory, Kokořínsko, Křivoklátsko, Labské pískovce, Litovelské Pomoraví, Lužické hory, Moravský kras, Orlické hory, Pálava, Poodří, Slavkovský les, Šumava, Třeboňsko, Žďárské vrchy, Železné hory. Státní přírodní rezervace: Boubínský prales, Lednické rybníky... Chráněné naleziště: Barrandovy jámy, Zábřežské louky... Chráněná studijní plocha Chráněný přírodní výtvor nebo památka: Čedičová Panská skála u České Kamenice... Chráněný park nebo zahrada: Průhonický park... Chráněné druhy rostlin a živočichů
40
Doporučená literatura: • • • • • • • • • • • •
Bannikov, A. & Flint, V. (1986): Přežijí rok 2000? Praha, Lidové nakladatelství, 240 s. Begon, M., Harper, J., Townsend, C.R. (1997): Ekologie. Jedinci, populace a společenstva. Vydavatelství Univerzity Palackého, 949 pp. Divigneaut P. (1988): Ekologická syntéza. Academia. Praha. Dorst, J. (1985): Ohrožená příroda. Praha, Orbis. Jeník J. (1995): Ekosystémy. UK Praha. Kudrna K. a spol. (1988): Biosféra a lidstvo. Academia. Praha. Losos, B., Gulička, J., Lellák, J., Pelikán, J., 1985: Ekologie živočichů. SPN Praha, 320 s. Odum E.P. a kol. (1977): základy ekologie. Praha, Academia. Pivnička K. (1988): Ekologie. Univerzita Karlova. Praha. Pollock, S. (1995): Atlas ohrožených živočichů (The Atlas of Endangered Animals). Praha, NDOP, 64 s. Slavíková J. (1986): Ekologie rostlin. SPN. Praha. Vlasák, P. (1986): Ekologie savců. Academia Praha, 292 s.
www stránky: http://cs.wikipedia.org/wiki/Ekologie www.mendelova.cz/pages/didac/eko/ekologie.htm http://www.sweb.cz/i.s-ecologist/ekologie.htm
Přehled otázek ke zkoušce: 1. • • •
autekologie, demekologie, synekologie pH vody a půdy, tolerance organismů natalita, mortalita populace frekvence a konstance společenstva
2. ekologická hierarchie, princip enkapse, rozdělení ekologie • termobiologické typy živočichů, tolerance organismů k teplu • růst a dynamika populace (r- a K- specialisti) • dominance, hmotnostní dominance, Eltonovy pyramidy 3. • • •
základní typy klimatu, alopatie a sympatrie specifické formy výživy, potravní spektrum biocenotické principy sukcese a klimax
4. • • •
adaptace organismů, divergence a konvergence organismy žijící v půdě, humus populace – definice, vlastnosti, charakteristika species abundance models - indexy
41
5. • • •
ekologické názvosloví, prostředí, ekologické faktory záření jako zdroj, atmosféra zoofagie a fytofagie stratifikace společenstva, členění společenstva
6. • • •
divergence a konvergence, alopatie a sympatrie světlo jako zdroj, biologické rytmy struktura populace fidelita a její klasifikace, migralita
7. • • •
teplota, teplo jako zdroj, tolerance organismů k teplotě složení potravy = potravní spektrum, saprofágie a koprofágie amensalismus a komensalismus, protokooperace koncepce biogeografie ostrovů
8. • • •
klasifikace ekologických faktorů, adaptace organismů biologické rytmy, světlo jako zdroj kompetice mezi organismy, predace a parasitismus společenstvo – definice, vlastnosti, charakteristika
9. • • •
rozdělení ekologie, definice, hraniční obory, ekologické faktory voda v těle organismu, salinita vody migralita populace a struktura populace měření biologické diverzity, indexy
10. terestrické biomy - charakteristika • kategorie polutantů v prostředí, znečištění • prostor jako zdroj, způsoby výživy organismů • struktura a funkce ekosystému
42
