Funkční přístup ke studiu vegetace (EKO/FV) Mgr. Jan Mládek, Ph.D. (2013)
5. blok 11/04/2013
Rozvoj a inovace výuky ekologických oborů formou komplementárního propojení studijních programů Univerzity Palackého a Ostravské univerzity CZ.1.07/2.2.00/28.0149
Kalkulace indexů diverzity ... program FDiversity: extense statistického programu R (Casanoves et al. 2011) ‐možno spočítat všechny indexy diverzity (funkční i taxonomické – Shannon, Evenness aj.) ‐kalkulace funkční diverzity založené na jednom znaku ale i na více znacích (multidimensional, Villeger et al. 2008)
www.fdiversity.nucleodiversus.org ‐extenze programu R ... k instalaci R‐ka nutno doplnit Delphi rozhraní: DCOM 3.01B5 (vše viz manuál)
Kalkulace indexů diverzity ... program FDiversity: extense statistického programu R (Casanoves et al. 2011) ‐okno programu FDiversity (statistický program R běží pouze v pozadí) ‐pracuje se soubory *.FDBB ale umožňuje import dat ze souborů: Excel (*.xls), textové (*.txt, *.dat), ale i R‐ka (*.r)
‐umožňuje slučování tabulek: HORIZONTÁLNĚ (napojení vedle sebe dle kritérií) – např. pro výpočet indexů FD je nutno spojit dvě matice (tabulky) ... plochy (řádky) x druhy (sloupce), druhy x znaky VERTIKÁLNĚ (napojení pod sebe) – např. spojení datových souborů z více lokalit
Jak připravit data pro analýzu funkční diverzity? ‐klasická tabulka „snímky x druhy“ z dlouhodobého monitoringu trvalých ploch ‐plot_ID je 1 m2, subplot_ID je 33 × 33 cm ‐unique udává jedinečné číslo podplochy
Jak připravit data pro analýzu funkční diverzity? ‐klasickou tabulku „snímky x druhy“ nutno předělat nejlépe v R‐ku s využitím logických operátorů a smyček na novou tabulku, která bude pro každý druhový záznam ve snímkované ploše mít právě jeden řádek
Jak připravit data pro analýzu funkční diverzity? ‐ s využitím volby slučování tabulek HORIZONTÁLNĚ (vedle sebe dle kritéria: species) napojíme tabulku záznam druhového složení s tabulkou znaků pro druhy
Jak analyzovat data z hlediska funkční diverzity: výpočet indexu volba pro výpočet indexů multidimensionální indexy f. diverzity (pro více znaků najednou) ‐výběr znaků (nejlépe kvantitativních jako LDMC, seed mass aj); výběr měřítka abundance druhů (pokryvnost); výběr studijní plochy, pro kterou bude spočítána funkční diverzita
Jak analyzovat data z hlediska funkční diverzity: výpočet indexu ‐výstup analýzy multidimensionálních indexů (f. richness, f. evenness, f. divergence)
Listové ekonomické spektrum (Whitfield 2006, Nature 444: 539‐541) ‐přestože listy různých druhů rostlin rostou různě rychle, bylo zjištěno, že každý 1 cm2 jakéhokoli listu asimiluje přibližně stejné množství uhlíku za dobu své životnosti „levná“ konstrukce listů
„drahá“ konstrukce listů
srážky (mm)
‘LEAF ECONOMICS SPECTRUM’ (Wright et al. 2004, Nature)
‐mezi znaky existují určité kombinace, které jsou výhodné při vysoké resp. nízké dostupnosti živin ve všech biomech
‘LEAF ECONOMICS SPECTRUM’ (Wright et al. 2004, Nature) ‐LMA (leaf mass per area, množství sušiny na jednotku plochy listu) představuje funkční znak, jehož vysoké hodnoty mají rostliny s tlustými listy nebo listovými pletivy s velkou hustotou hustota daná vnitřní strukturou listu
Aloe
analýzy na základě měření 2548 druhů ze 175 lokalit napříč biomy po celé světě (mrak černých bodů ‐ 3D, mrak šedých bodů – 2D)
fosfor
‐ LMA negativně koreluje s koncentrací fosforu i dusíku (na málo úživných stanovištích)
dusík
‐i když jsou listy Aloe šťavnaté rostou pomalu ... příčina je vysoká LMA
‘LEAF ECONOMICS SPECTRUM’ (Wright et al. 2004, Nature)
asimilace
(a) LMA negativně koreluje s koncentrací dusíku a také negativně s rychlostí asimilace na jednotku biomasy (pomalu rostoucí druhy)
asimilační komora
respirace
životnost listu
(b) vyšší hodnoty LMA souvisí s nízkými hodnotami respirace (tj. pomalý metabolismus) a s dlouhou životností listů
(mrak černých bodů ‐ 3D, mrak šedých bodů – 2D)
‘LEAF ECONOMICS SPECTRUM’ (Wright et al. 2004, Nature) (b)
srážky
životnost listu
(a)
srážky
‐LMA (leaf mass per area, množství sušiny na jednotku plochy listu) vykazuje z globálního pohledu trend vzhledem k ročnímu úhrnu srážek a průměrné roční teplotě (a) nejnižší hodnoty LMA (vysokou rychlost růstu) mají rostliny v biomech s nízkou průměrnou roční teplotou a vysokým množstvím srážek (travní porosty a opadavé listnaté lesy mírného pásu) (b) nejdelší životnost listů (LL) mají rostliny v oblastech s vyššími úhrny srážek, a to druhy, pro které je typická vysoká LMA ... jehličnany v horských a boreálních lesích
‘LEAF ECONOMICS SPECTRUM’ na sukcesním gradientu (Shipley et al. 2006 ) ‐ po opuštění vinohradu nejdříve převládaly druhy s rychlým růstem (malou životností orgánů), postupně byly nahrazeny druhy z opačné části leaf economics spectrum
Funkční znaky: vnitrodruhová plasticita vs obměna společenstva (Lepš et al. 2011) ‐vážené průměry funkčních znaků pro společenstva mohou být spočítány na základě průměrných hodnot znaku pro druh (z databáze, fixed average) nebo na základě konkrétních měření znaku na jedincích druhu v plochách (specific average)
‐ tým prof. Lepše vyvinul metodu, která umožňuje kvantifikovat jaký podíl na variabilitě váženého průměru znaku (podél gradientu prostředí) má druhová změna (species turnover) a jaký vnitrodruhová plasticita znaku (intraspecific variability)
Výsledky two‐way ANOVA pro výšku rostlin z faktoriálního experimentu (sečení, hnojení)
Funkční znaky: vnitrodruhová plasticita vs obměna společenstva (Lepš et al. 2011) ‐ve většině případů studium změny vážených průměrů znaků na základě fixních hodnot (databáze) podhodnocuje skutečnou změnu znaku (počítanou na základě měření v plochách) ‐vpravo ‐ rozklad celkové variability znaků: šedý sloupec ukazuje význam druhové změny a bílý sloupec význam vnitrodruhové variability, když sloupec nepřekračuje SS ‐ pozitivní kovariance ‐ výška: při změně společenstva k vyššímu porostu ... mezi biologicky vzrůstnějšími druhy rostou i vyšší jedinci menších druhů