Společenstva
Společ Společenstvo = BIOCENÓ BIOCENÓZA Heterotypický soubor složený z populací různých druhů mikroorganismů, rostlin a živočichů, vzájemně spjatý složitými vztahy. různé podmínky, různá velikost a rozsah, méně složitou organizací. Hlavní společenstva - s dostatečnou velikostí a úplnou organizací, jsou poměrně nezávislá na vstupech a výstupech z okolních společenstev Vedlejší společenstva – jsou více či méně závislá na okolních souborech
charakteristické znaky biocenóz stálost (stabilita) nezávislost autoregulace
1
V biocenóze existují dokonalé autoregulační (homeostatické) mechanismy, které nastolují a udržují její vnitřní rovnováhu. Tyto mechanismy se realizují prostřednictvím interakcí uvnitř populací, mezi populacemi i mezi organismy a neživým prostředím a často fungují na principu negativní zpětné vazby. Růst početnosti býložravce
Pokles obsahu toxických látek v rostlině
⇑
Růst obsahu toxických látek v rostlině
⇓
Růst konzumace
Snížení konzumace
Pokles početnosti býložravce
Dělení biocenóz Biocenózy lze rozdělit na: Přirodní – společenstva vzniklá bez jakýchkoli antropických zásahů. Ve střední Evropě už takováto společenstva nejsou.
Přirozené – do jisté míry ovlivněné činností člověka, ale svým složením se blíží přírodním. Umělé (biocenoidy) – jsou vytvářeny člověkem záměrně nebo vznikají neřízeně v důsledku lidské činnosti. Agrocenózy, okrasné a ruderální biocenózy
Všechny živé organismy na Zemi vytvářejí obrovské množství biocenóz, které se dohromady skládají v biosféru. Hierarchicky lze mezi jednotlivými biocenózami rozlišit tři základní superbiocenózy: suchozemskou, sladkovodní a mořskou. Níže v této hierarchii stojí biomy – velké biocenózy, které zaujímají velký prostor a jsou regulovány především makroklimatem – TUNDRA, TAJGA, POUŠTĚ atd.
2
Struktura biocenóz - fytocenóza, zoocenóza, mikrobiocenóza - taxocenózy: ichtiocenóza, ornitocenóza…. - synusie – soubor druhů obývající jen část biocenózya mající určité společné ekologické rysy VERTIKÁLNÍ – rozčlenění na patra či etáže – - společenstva, která je osidlují STRATOCENÓZY (korunové, kmenové, keřové, bylinné, mechové, hrabankové, několik stratocenóz půdních)
HORIZONTÁLNÍ – ani horizontálně nemají společenstva stejné složení, strukturu a funkci Biochoria – koncentrační místa, místa s určitými podmínkami, kde se koncentrují organismy s příslušnými nároky – CHORIOCENÓZY (u rybníku – dané hloubkou vody – hydrofyty, hygrofyty, mezofyty) Merotopy – MEROCENÓZY – společenstva například květů, dutin kmenů, skulin pod kameny
EKOTON Mezi společenstvy existují určité hranice EKOTONY - různě široké přechodné zóny, které jsou často druhově bohatší než sousední společenstva – mohou se zde vyskytovat druhy obou společenstev a navíc druhy typické pro přechodné prostředí - EKOTONÁ EKOTONÁLNÍ LNÍ EFEKT Ostrá hranice mezi dvěma společenstvy je poměrně vzácná – rozhraní mezi suchozemským a vodním prostředím, při výrazném gradientu abiotických podmínek, antropogenně.
3
Druhové bohatství V současné době je na světě popsáno kolem 1.7 miliónů druhů organismů. Odhady se pohybují od 3-50 miliónů.
Biocenóza je druhově tím bohatší, čím jsou podmínky prostředí rozmanitější a stálejší. Čím jsou podmínky extrémnější nebo odchylnější od normálu a prostředí jednodušší, tím je biocenóza druhově chudší.
Gradienty druhového bohatství Zeměpisná šířka - druhové bohatství roste od pólů k rovníku.
< -na 1 ha tropického deštného lesa připadá 40-100 druhů stromů -na 1 ha lesa Severní Ameriky připadá 10-30 druhů stromů -na 1 ha lesa v Kanadě připadá 1-5 druhů stromů
Gradienty druhového bohatství Nadmořská výška – s rostoucí nadmořskou výškou počet druhů klesá, společenstva jsou izolovanější a většinou obývají menší území Hloubka – méně druhů v hlubších, chladných, tmavých a na kyslík chudších vodách než v mělkých povrchových vodách Sukcese – druhové bohatství roste v průběhu sukcese, ale nemusí být nejvyšší v klimaxu
4
Příčiny rů různé zného poč počtu druhů druhů v biocenó biocenóze Evoluční doba Mezi druhově nejbohatší patří biocenózy tropických deštných lesů – jsou značně rozsáhlé a existují desítky miliónů let bez výrazných výkyvů podmínek prostředí.
Příčiny rů různé zného poč počtu druhů druhů v biocenó biocenóze Ekologická doba Doba za kterou dochází k rozptylu stávajících druhů, nikoliv k speciaci.
Příčiny rů různé zného poč počtu druhů druhů v biocenó biocenóze Stálost klimatu V sezónním prostředí jsou druhy specializovány na určité roční období. V nesezónním (tropy) prostředí se vyvíjejí specializace na potravu, která je dostupná celoročně. Nepředvídatelné změny klimatu pravděpodobně působí jako záporný faktor.
5
Příčiny rů různé zného poč počtu druhů druhů v biocenó biocenóze Různorodost biotopu Mozaikovitá povaha prostředí umožňuje koexistenci příbuzných druhů Prostorově různorodější prostředí poskytuje větší spektrum mikroklimatu, více úkrytů před predátory, více hnízdních možností → více druhů druhů Více půdních typů umožňuje přítomnost rozmanitější vegetace → více živoč ivočišných druhů druhů
Příčiny rů různé zného poč počtu druhů druhů v biocenó biocenóze Konkurence Konkurenční vylučování probíhá pouze v nevyvážených ekosystémech. V rovnovážné biocenóze nedochází ke konkurenci, pouze krátkodobě např. při přemnožení nebo místně a nedochází k eliminaci.
Příčiny rů různé zného poč počtu druhů druhů v biocenó biocenóze Predace Vliv predátorů a herbivorů na druhovou početnost se projevuje zejména v málo proměnlivých podmínkách. Pokud predátor preferuje nejpočetnější potravu nebo konzumuje konkurenčně zdatný druh, omezuje konkurenci a umožňuje přežití druhů konkurenčně slabších – zvýšení druhového bohatství biocenózy. Opačný efekt nastává, když je selektivně konzumován konkurenčně slabý druh a ten vymizí.
6
Příčiny rů různé zného poč počtu druhů druhů v biocenó biocenóze
Klima Půda Orografie Velikost území Koncentrace živin a potravy Další mezidruhové vztahy
Choriocenózy
Vertikální struktura společenstva
7
Životní formy
30 cm
Terofyt
Geofyt
Chamaefyt
Hemikryptofyt
Fanerofyt
Hydrofyt
Ekosystém
Ekosystém - systém vzniklý propojením biocenózy s biotopem - otevřený systém, který si vyměňuje s okolím energii, látky a informace a který se v čase vyvíjí - uvnitř fungují autoregulační mechanismy, které udržují jejich rovnovážný stav a mohou ovlivňovat stabilitu energie
energie EKOSYSTÉM
Import hmoty
Export hmoty
8
Ekosystém - složky Anorganické látky Organické látky Producenti Konzumenti Dekompozitoři
Trofické úrovně IV.
Terciární konzumenti
Sekundární masožravci
III.
Sekundární konzumenti
Primární masožravci (karnivoři)
II.
Primární konzumenti
Býložravci (herbivoři)
I.
Producenti
Autotrofní organismy
O m ni v o ři IV. III.
Dekompozitoři
II.
I.
Rys Liška obecná Hraboš polní
Tráva
Potravní řetězce
Pastevně kořistnický Detritový Parazitický
Potravní sítě
9
Pastevně kořistnický
- od producentů přes fytofágy a zoofágům - velikost těl v jednotlivých tofických úrovních se zvětšuje, jejich populační hustota zmenšuje
Detritový - odumřelá organická hmota, nekrofágové, saprofágové, mikroorganismy - velikost těl se zmenšuje, populační hustota roste
Ekosystém - procesy Tok energie Koloběh látek Vývoj – sukcese Autoregulace
10
Tok energie Hlavním zdrojem energie pro všechny ekosystémy je Slunce. Rostliny procesem zvaným fotosyntéza jsou schopny přeměnit energii slunečního záření na energii chemických vazeb.
Fotosyntéza světlo
6 CO2 + 12 H2O -----> C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O chlorofyl
Primární děje jsou bezprostředně závislé na světle (světelná fáze) a probíhají v thylakoidních membránách chloroplastů; Zahrnují pohlcení světla fotosyntetickýme barvivy, redukci koenzymu (viz dále) a syntézu ATP. Sekundární děje nejsou na světle bezprostředně závislé, tj. mohou probíhat na světle i ve tmě (temnostní fáze); Jejich podstatou jsou procesy spojené s fixací CO2 a vznikem šestiuhlíkatého cukru (glukózy). Sekundární děje probíhají mimo thylakoidy, ve stromatu chloroplastů.
11
Tok energie
Produkce - nárůst organické hmoty za jednotku času na jednotku plochy či objemu Primární produkce - množství organické hmoty vyprodukované producenty (rostlinami)
Hrubá primární produkce
-
Energie spotřebovaná na metabolismus
Čistá primární produkce
dýchání 30-40 % + vylučování organických látek kořeny 30-40 %
Produkce Biomasa vytvořená producenty je využívána konzumenty a dekompozitory a vzniká produkce sekundární.
Obecně při přechodu energie z jedné trofické úrovně na vyšší činí ztráty až 90 %.
12
Primární produktivita -
rychlost produkce biomasy rostlinami na jednotku plochy
Suchozemská část Země
110-120x109 t suché hmoty/rok
Mořské oblasti
50-60x109t/rok
produktivita lesů, travinných společenstev, plodin a jezer roste od pólů k rovníku – faktory teplota a záření produktivitu moří omezuje nedostatek živin
Primární produktivita
Primární produktivita Omezující faktory suchozemských společenstev • Nedostatek vody – rychlost fotosyntézy • Nedostatek minerálních živin • Teplota • Nedostatečná hloubka půdy • Neúplný zápoj rostlin • Nízká účinnost fotosyntézy listů
13
Koloběh látek paraziti I.
rostliny
fytofágové
minerální živiny
paraziti II.
predátoři I.
predátoři II.
dekompozitoři
Účinnost přenosu energie Rostliny – ze 100 % globálního záření pohltí pouze 50 % (PAR), fixují 1 % (HPP) a pouze 0,5 % (CPP) Fytofá Fytofágové gové – fixují prům. 10 % energie z rostlin (hraboš 2-5 % v CSP, hmyz až 40 % v CSP) Zoofá Zoofágové gové – fixují až 20 % energie kořisti
Pyramidy početnosti
biomasy
energie
14
Cyklus uhlíku
Cyklus vody
Cyklus dusíku
15
Sukcese - dlouhodobé změny společenstva (ekosystému) - vývoj společenstva Příčiny vzniku sukcese: - autoregulační mechanismy neustále nastolují v biocenóze rovnovážný stav (mezi příjmem a výdejem energie a hmoty); vychýlení z rovnovážného stavu vyvolá řetězec změn uvnitř společenstva, které vedou k opětovnému nastolení rovnováhy - konkurenčně slabší druhy jsou vytěsňovány druhy konkurenčně silnějšími
Sukcese Směřuje k: - větší uspořádanosti biocenózy (menší entropii) - strukturální složitosti b. - akumulaci biomasy, energie a informací exogenní (allogenní) X endogenní (autogenní) primární X sekundární
Sukcese
16
Sukcese - sukcese může být kontinuální nebo může probíhat přes jednotlivá sukcesní stádia – sukcesní řady - závěrečné stádium sukcese se nazývá KLIMAX (dosaženo rovnovážného stavu mezi biocenózou a abiotickýcm prostředím) KLIMAX - klimatický x edafický
Rozdíly mezi ranými stádii sukcese a klimaxem Rané sukcesní stadium druhy
Klimax
malé
velké
krátkověké
dlouhověké
strategie
r-stratégové
K-strategové
čistý přírůstek biomasy
malá
velká
vázaná energie
nízká
vysoká
vázané živiny
málo
mnoho
koloběh látek
rychlý
pomalý
tok energie
rychlý
pomalý
prostorová struktura
jednoduchá
složitá
trofická struktura
jednoduchá
složitá
druhová diverzita
nízká
vysoká
Biomy Společenstva velkých oblastí Země spolu se substrátem a makroklimatem tvoří rozsáhlé ekologické systémy – Biomy. - nejvyšší jednotky používané pro třídění suchozemských ekosystémů - jsou určeny především klimatem a vegetací klimatického klimaxu (společenstvo v rovnováze s podnebím dané oblasti) - vegetace odráží hlavní rysy místního klimatu a také určuje strukturální povahu stanoviště pro živočichy – proto tvoří vhodný podklad pro popis a třídění biomů
17
Základní skupiny biomů:
travinné a lesní
Travinné - méně rozmanité než lesní
vlhké arktické biomy (tundra) travinné biomy mírného pásma (step, prérie, pampa) travinné biomy tropického pásma (savana) pouštní biomy
Lesní
severský jehličnatý les (tajga) opadavý listnatý les mírného pásma listnatý vždyzelený subtropický les chaparraly (subtropická vegetace trnitých keřů a zakrslých stromů s tuhými listy) tropický deštný les tropické opadavé listnaté lesy
Tundra Existují dva hlavní tundrové biomy, které pokrývají velké plochy v arktické oblasti – severní Evropa, severní Amerika. -mnoho druhů se vyskytuje v obou oblastech (mají cirkumpolární rozšíření), jelikož byly obě tyto oblasti propojeny -hlavními mezními činiteli jsou nízké teploty a krátké vegetační období (asi 60 dní) -půda zůstává po celou sezónu zamrzlá až na několik cm při povrchu -vlhké arktické travinné společenstvo, kde převažují lišejníky, trávy, ostřice a zakrslé dřeviny -obratlovci – pouze homoiotermní skupiny – ptáci a savci (lumíci, sovice sněžná, řada druhů bahňáků, bělokur, sob, pižmoň………) -bezobratlí – nejhojnější jsou zástupci dvoukřídlých (komáři a muchničky)
Alpinská tundra - ve srovnání s arktickou tundrou je zde více sněhu, není zde trvale zamrzlá půda, a režim střídání světla a tmy je v důsledku jižnější zeměpisné polohy jiný
Tundra
18
Tajga Rozsáhlé oblasti severského neopadavého lesa se táhnou jako široké pásy napříč celou severní Amerikou a Evropou, další oblasti se vyskytují v horách a to dokonce i v tropech •typickou životní formou je zde neopadavý jehličnatý strom, především smrk, jedle a borovice •celoročně je v porostech silný stín, takže keřové a bylinné patro je velmi málo vyvinuto •přestože jsou zde polovinu roku velmi nízké teploty, je zde velmi vysoká produkce biomasy (dřeva) •jehlice se rozkládají velmi zvolna a v •půdě se tak vytváří charakteristický podzolový profil •místy je tajga prostoupena skupinami listnáčů (osika, bříza, vrba), na kterých jsou potravně vázáni větší savci – losi, zajíci, bobři •silná sezónní periodicita – zajíc a rys, kalamitní druhy hmyzu (především v oblastech s 1-2 stromovými druhy), semenožraví ptáci
Tajga
Opadavý les mírného pásma •oblasti s o něco vyššími teplotami, se zřetelným sezónním rozdělením a rovnoměrně rozloženými srážkami a vysokou vzdušnou vlhkostí •původně pokrývaly vých. část Sev. Ameriky, celou Evropu, část Japonska, Austrálii •jednotlivé oblasti jsou od sebe výrazněji odděleny než např. tundra a tajga – výraznější rozdíly v druhovém složení •část roku jsou keře a stromy bez listí – jiné světelné podmínky – keřové a bylinné patro dobře vyvinuté •velký počet ptáků a savců se živí semeny a plody •výrazněji se zde již uplatňují obojživelníci a plazi •tento biotop byl silně ovlivněn člověkem – omezen výskyt velkých savců (zubr, los, jelen, srnec, medvěd, rys, div. kočka, vlk) •lesy byly z větší části vykáceny – největší rozvoj civilizace bělochů – zemědělská půda, sídla, lesy často přeměněny na nepůvodní jehličnaté
19
Opadavý les mírného pásma
Vždyzelený subtropický les •ostrůvkovité rozšíření •soubor několika značně odlišných prostředí jako je středomořská macchie, americký a australský chaparral, floridský a středoamerický hammock a vždyzelené lesy Japonska •teplota vyšší, menší rozdíly mezi zimou a létem, srážky poměrně vydatné, ale mohou být soustředěny do zimního období •limitujícím faktorem může být např. chaparrelech oheń •velký počet druhů •početné sinusie ptáků •savci spíše střední velikosti (veverky, plši atp.) •hojní plazi – také stromové formy
Vždyzelený subtropický les
20
Travnaté biomy mírného pásma •rozšíření tam, kde jsou srážky příliš malé pro udržení lesa, ale vyšší než srážky vedoucí ke vzniku pouště, nebo kde je vysoká hladina podzemní voda, nebo kde požáry udržují travinná společenstva •půdy jsou bohaté na humus a živiny •bohaté sinuzie drobných savců (křečci, hraboši, sysli, svišti) •velcí kopytníci (sajgy, divocí koně, osli, lamy, klokani)
Travnaté biomy mírného pásma
Tropické savanové biomy •travnaté plochy s roztroušenými stromy či skupinami stromů •oblasti s ročním úhrnem srážek okolo 1 000 – 1 500 mm, ale dlouhým obdobím sucha •významnou součástí jsou požáry •počtem druhů jsou savany chudší než okolní biomy •vysoká produkce biomasy •největší zastoupení v Africe •synuzie velkých kopytníků a velkých šelem
21
Tropické savanové biomy
Pouštní biomy •oblasti s nižšími srážkami než 250 mm, nebo se srážkami značně nerovnoměrně rozloženými •absolutní pouště bez vegetace existují pouze v centrální Sahaře a v severní Chile •nejnižší produkce organické hmoty •3 základní formy pouštních rostlin – jednoletky (přečkávají suché období v podobě semen), sukulenty, keřovité formace (drobné lístky a tuhou a silnou pokožkou)
Pouštní biomy
22
Biomy tropického deštného lesa •velká druhová rozmanitost •srážky vyšší než 2000-2300 mm za rok, jsou rozloženy rovnoměrně •nejvyšší produkce živé hmoty ze všech suchozemských společenstev •pokrývají nížinná pásma poblíž rovníku •výkyvy teplot mezi dnem a nocí jsou větší než mezi létem a zimou 3 hlavní oblasti: 1) povodí Amazonky a Orinoka v J. Americe 2) povodí Konga, Nigeru a Zambezi ve stř. a záp. Africe 3) Borneo a N. Guinea •patrovitost – bylinné, keřové, 3 stromová – přerůstavé stromy, korunové patro, spodní stromové •v korunách stromů žije větší množství živočichu než při zemi •nejhojnější jsou ptáci, savci, ale i obojživelníci jsou přizpůsobeni životu na stromech •žije zde řada specializovaných druhů s úzkými ekologickými nikami
Biomy tropického deštného lesa
Biomy tvrdolisté vegetace, opadavé a suché lesy •vláhové podmínky přechodného rázu mezi pouští a savanou a deštným pralesem •nerovnoměrné rozložení srážek •trnité lesy – buš (Austrálie, Afrika), caatinga v Brazílii •drobné tvrdé dřeviny s malými lístky, které v období sucha opadávají •tam, kde jsou srážky větší a pravidelnější – vyvinutý les (monsunové lesy v tropické Asii)
23
Biomy tvrdolisté vegetace, opadavé a suché lesy
24
