ekologickÉ principy a zÁkonitosti · 2013-09-17 · obor o interakcích mezi organizmy navzájem...
TRANSCRIPT
Alena Ševců
Centrum pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace,
[email protected], tel. 485 353 786
EKOLOGICKÉ PRINCIPY A ZÁKONITOSTI
Ekologie jako věda.
Základní ekologické pojmy a principy.
Sloţky ţivotního prostředí, cykly základních
prvků a sloučenin v biosféře.
Obsah:
Ekologie jako věda
Ekologie - oikos+logos, 1866 Ernst Haeckel
Zdroj: wikipedia
Ekologie jako věda
Obor o interakcích mezi organizmy navzájem a jejich
ţivotním prostředím (minulým, přítomným a budoucím).
• toky energie a látek v ekosystémech
• ovlivnění organismů prostředím a prostředí organismy
• uspořádání společenstev
• struktura a dynamika populací
• mezidruhové interakce
• Některé populace mohou mít zásadní vliv na svoje
prostředí
• Ţijeme nyní, ale vše je důsledkem vývoje, ekologie
zahrnuje minulost, přítomnost i budoucnost prostředí
• Environmentální vědy ≠ ekologie
• Poznatky získané studiem ekologie se mohou
pouţít v environmentálních vědách (studium působení
člověka na ţivotní prostředí a naopak, vyuţití přírodních
zdrojů)
1. Pozorování, popis hypotéza
2. Experimenty, testování hypotéz
3. Modely (funkce prediktivní a explikativní)
Postup při výzkumu nějakého jevu
Vědy uţívané při studiu ekologie:
fyzika, chemie, molekulární a buněčná biologie,
fyziologie, evoluční biologie, taxonomie, pedologie,
geologie, paleontologie,…
APLIKOVANÁ EKOLOGIE
- Uţ lovci a sběrači museli znát ekologii vyuţívaných
druhů rostlin a ţivočichů.
- Dnes je aplikací mnoho, velmi často v ochraně přírody,
ale i jinde (biotechnologie, vodní hospodářství,..).
- Je důleţité si uvědomit, ţe jednotlivé „ekologické“
zájmy mohou jít proti sobě: zabráním-li periodickým
poţárům v savaně, zachráním některé jedince, ale
jiným zabráním v přirozené obnově, naruší se
dynamika ekosystému, nevyhnutelný poţár potom bude
zničující.
Důleţitost opakovaného měření
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010
Po
čet
slu
neč
nýc
h d
nů
v r
oce
jedinec – populace – společenstvo
Základní ekologické pojmy a principy
ekosystém
biotop (habitat)
biosféra
biom
biotop (habitat)
ekosystém
Ohraničený (víceméně) ekologický systém, který se
skládá z organizmů ţijících v určitém prostoru a
čase, a z prostředí, s kterým se vzájemně ovlivňují
Probíhají zde:
Biotické a abiotické procesy
Sociální procesy
Toky prvků a sloučenin
ekosystém
biotické sloţky
Primární producenti,
Herbivoři, karnivoři,
Omnivoři,
detritofágové,…
abiotické sloţky
Teplota, sráţky,
Sluneční záření,
Voda, chemické prvky a
sloučeniny,..
Jednoduchý model ekosystému
ekosystém
Foley et al. 2005
Biomy světa
Česká arkto-alpínská tundra
Christensen, 1991
tenká vrstva kolem Země,
kde organizmy interagují s:
Atmosférou
Hydrosférou
Litosférou
Kryosférou
Biosféra
biosféra
anorg. prvky a sloučeniny
jsou přijímány autotrofy a
přeměňovány na komplexní
organické molekuly
komplexní organické
molekuly jsou přeměňovány v
potravních řetězcích a
částečně uvolňovány zpět
jako prvky a anorganické
sloučeniny
Biodiverzita (biologická rozmanitost)
Nejen počet, ale také relativní zastoupení druhů
(genů) v určitém prostoru.
Ukazatel zdravého ekosystému (různorodost
prostředí), diverzita dělá diverzitu
Biodiverzitu sniţují negativní zásahy člověka,
invazní druhy, přírodní katastrofy
2010 - rok biologické rozmanitosti (OSN)
Kampaň v EU:
„Biologická rozmanitost –
záleţitost nás všech“
Uvědomění si i
ekonomických dopadů
při ztrátě biodiverzity.
Jakým způsobem můţe kaţdý z nás přispět k
obnově a zachování biodiverzity?
www.weareallinthistogether.eu
Myers, N., et al. (2000) "Biodiversity hotspots for conservation priorities." Nature 403:853–858.
Biodiversity hotspots
Ekologická stabilita
Schopnost ekologického systému přetrvávat i za působení
rušivého vlivu a reprodukovat své základní charakteristiky
Rezistence – schopnost společenstva odolávat narušení
Resilience – rychlost s jakou se společenstvo po narušení vrátí
do původního stavu (nízkou pruţnost má tundra, vysokou
eutrofní rybník)
Obecně ekologická stabilita klesá se zvyšující se sloţitostí
společenstev (ale neplatí to jednoznačně, dříve se naopak
věřilo v pravý opak)
Toky energie, prvků a sloučenin
(biogeochemické cykly)
Tok energie a koloběhy látek jsou
vzájemně propojené
Prostředí ovlivňuje organizmy a naopak
organizmy ovlivňují prostředí, ve kterém ţijí
Základní termíny
Prvky v přírodě - definovaný prostor a mnoţství
Zásobník (pool)
Výměna prvků mezi
zásobníky Tok (flux)
Zásoba prvků v zásobníku Doba zdrţení (residence time)
Velikost zásobníků a
rychlost toků Cyklus ţivin
Prostorové měřítko
Globální cykly Lokální cykly
(ekosystémy a jejich části)
- ekosystémy mají
různou velikost, z toho
vyplývá různá úroveň
studia a různé metody
studia
Prostorové měřítko
globální
povodí
lesní ekosystém
půdní ekosystém
Jak zvyšování CO2 v atmosféře
ovlivňuje fotosyntézu v mořských
ekosystémech?
Jak skladba stromů v povodí ovlivní
kvalitu vody?
Jak kyselé sráţky změní
produktivitu lesa?
Jak mnoţství bezobratlých ovlivní
kvalitu půdy?
Časové měřítko
Krátkodobé cykly
Dlouhodobé cykly
otáčení Země kolem své osy (den a noc)
otáčení Země kolem Slunce (sezónnost)
odchylky v oběţné dráze Země kolem Slunce - změny v radiaci – doby ledové
interakce CO2 a litosféry
Časové měřítko Krátkodobé (vteřiny, hodiny): sluneční záření a
fotosyntéza, sráţky a vlhkost půdy,…
Sezónní: opadavý les, primární produkce v jezeře,..
Sukcesní: několik měsíců po poţáru, několik let po
opuštění lomu
Migrační/invazní (roky aţ tisíciletí): spásání porostu,
invaze organizmu
Evoluční e geologická historie (tisíciletí): vývoj řas
a sinic, produkce kyslíku, koloběhy prvků, střídání
ledových dob s meziledovými,…
Pro
stor
ové
měř
ítko
Časové měřítko
dny měsíce roky
10-9
10-3
103
met
ry
Tok energie v ekosystému Všechny organizmy potřebují prvky a
sloučeniny pro svou stavbu a energii pro
svou aktivitu
Biomasa – hmota organizmů na jednotku
prostředí (např. t ha-1, g l-1)
Biomasa rostlin je téměř vţdy větší neţ
ostatních organizmů, protoţe rostliny
dokáţí fixovat C při fotosyntéze (jsou to
primární producenti)
Tok energie v ekosystému Primární produkce je rychlost, se kterou se
biomasa vytváří (např. J m-2 den-1, mg l-1 den-1
nebo g C m-2 rok-1)
Hrubá primární produkce je celková fixace
energie pomocí fotosyntézy
Čistá primární produkce je rozdíl hrubé
primární produkce a respirace
Čistá primární produkce
Zdroj: NASA
Tok energie v ekosystému
Globální cyklus vody – tradiční pohled
whoi.edu
Globální cyklus vody – oceánografický pohled
whoi.edu
Distribuce vody na Zemi
Sladká voda 3 %
Slaná
voda
97 %
Povrcho-
vé vody
0,3 %
Ostatní
0,9 %
Podpo-
vrchová
30,1 %
Ledovce,
permanent
ní sníh
68,7 %
Mokřady 11 %
Jezera
87 %
Zdroj USGS
Předantropogenní cyklus uhlíku
Zdroj: ucar.edu
Krátký cyklus (fotosyntéza a
respirace
Rozkladné procesy
ropa, plyn, uhlí –
podzení zásoby
zvětrávání
vápenců a
fosilní
organické
hmoty
Dlouhý cyklus:
Organizmy
využívají C z
oceánu /
atmosféry pro
svůj
metabolizmus a
schránky
Globální cyklus uhlíku – hlavní toky a zásobníky
Skinner and Porter 1987
Globální cyklus dusíku – hlavní toky a zásobníky
Zdroj ECN Nizozemí
Globální cyklus fosforu – hlavní toky a zásobníky
Před vlivem člověka (Tg P nebo Tg P/ rok)
Vliv člověka
apatit
Zdroj: Filippelli