Ekologie vodního prostředí Mgr. Pavla Řezníčková, Ph.D.
1. Úvod do hydrobiologie a ekologie, význam vody, základní ekologické pojmy. 2. Fyzikální vlastnosti vody - teplota vody, hustota, viskozita, povrchové napětí, hydrostatický tlak, světlo, průhlednost, barva pach, proudění, atd. 3. Chemické vlastnosti vody - ph, alkalita, konduktivita, redox potenciál, salinita, plyny rozpuštěné ve vodě, biogenní prvky, organické látky. 4. Společenstva vodních organismů - vodní flóra. 5. Společenstva vodních organismů - vodní fauna. 6. Podzemní + stojaté vody. 7. Tekoucí vody. 8. Zvláštní vodní biotopy. 9. Moře a oceány. 10.Přizpůsobení organismů životu ve vodním prostředí, potravní řetězce, produkce, produktivita, populace, mezidruhové vztahy. 11.Hydrobiologie v rybářství. 12.Aplikovaná hydrobiologie I. vliv lidské činnosti na vodní prostředí změny v krajině, nadužívání vodních zdrojů, hydromorfologické úpravy, atd. 13.Aplikovaná hydrobiologie II. vliv lidské činnosti na vodní prostředí znečišťování vod, toxikologie, čištění odpadních vod, atd.
Základní učebnice
oikos = obydlí - dům - domov EKOLOGIE 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 sloţka biotická sloţka Prostředí obecně: plynné nebo kapalné látky: médium pevné látky: substrát terestrické - amfibické - akvatické organismy
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 Kolují po celé zeměkouli a ovlivňují vody vnitrozemské Mají vysoký osmotický tlak vlivem vysokého obsahu solí 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 Mají pouze lokální působnost, neovlivňují vody mořské 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. km 3 vody, která ve formě srážek padá na souš. Z ní cca 40 tis. km 3 odtéká zpět do moří a 70 tis. se znovu odpaří do ovzduší. Proces km 3.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 sráţky 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 (CO 2, O 3 ) 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 1km 3, v nádržích a rybnících je asi 3 km 3. 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.
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
Co a jak studuje ekologie? Obecná ekologie 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) biologická - jedinec - autekologie - ekologie jednotlivých individuí limity přizpůsobení, vliv prostředí na výskyt adaptací, chování, rozšíření, biologické rytmy... - populace - demekologie - ekologie populací - abundance, distribuce, struktura, natalita, mortalita, růst a dynamika společenstvo - společenstva - synekologie - ekologie společenstev, jejich složení a struktura, koloběh látek a energie v ekosystémech, produktivita biosystémů, vliv člověka...
Škály (scales) prostorová škála - od buňky aţ po globální ekosystém časová škála přiměřenost škály studované problematice - význam dlouhodobých studií studium časoprostorových (spatiotemporal) změn
Metody studia: - terénní (společenstva, populace, organismus) přírodní prostředí umělé prostředí (antropocenózy) - laboratorní systémy - matematické modely - design experimentu - význam statistických metod - interpretace! Popis (cílený!) vysvětlení predikce kontrola vyuţití
Areál - část zemského povrchu, v níž se vyskytuje určitý taxon Hranice jsou dány klimatickými, půdními a biotickými podmínkami. Monotop - prostředí osídlené jedincem určitého druhu Demotop - prostředí populace Biotop - prostředí osídlené společenstvem - biocenózou Ekotop - souhrn abiotických faktorů bez ohledu na organismy a jejich soubory Lokalita - stanoviště: při výzkumu, přesné vymezení Ekologické názvosloví podle typu prostředí: přípona -kolní (terikolní, silvikolní, agrikolní )
Ekologické faktory všechny vlivy prostředí a podmínky existence živočichů v prostředí eliminují výskyt druhů v prostředích, působí na zeměpisné rozšíření druhů mají vliv na rozmnožování, úmrtnost a stěhování živočichů, působí na hustotu jejich populací podporují vznik různých adaptací, vyvolávají druhově příznačné regulační mechanismy umožňující přežívání v nepříznivých podmínkách.
Podmínky a zdroje Podmínky - fyzikálně-chemické vlastnosti prostředí (teplota, vlhkost...), 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: abiotické - klimatické faktory - hydrické faktory - edafické faktory biotické - vnitrodruhové (intraspecifické, homotypické) faktory - mezidruhové (interspecifické, heterotypické) faktory např. antropogenní faktory, trofické faktory
Klasifikace ekologických faktorů: Podle stupně cykličnosti: - primárně periodické faktory světlo teplota slapové jevy - sekundárně periodické faktory vlhkost vnitrodruhové vztahy - neperiodické faktory (přírodní, antropogenní)
Vztah organismů k ekologickým faktorům Zákon minima J. Liebig (1840): Růst rostlin je limitován tím prvkem, který je v minimu. Zákon tolerance Shelford (1943): Každý druh toleruje určité rozpětí libovolného faktoru a nejlépe v prostředí prospívá, působí-li vlivy v rozsahu optimálních hodnot.
Ekologická valence (Hesse, 1924): Ekologická valence druhu je určena vzdáleností mezi minimem a maximem působení ekologického faktoru. 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 působení faktoru oligove středních.. mezove vysokých.. polynapř. polystenotermní
Ekologická nika habitat je adresa nika je povolání prostorová nika časová nika nika - podprostor v abstraktním mnohorozměrném prostoru lze vyjádřit i číselně jako rozmezí hodnot ekologických faktorů, při nichž se druh vyskytuje dva druhy s absolutně identickou nikou by se konkurenčně vyloučily.
Ekologická nika nika fundamentální potenciální nika využívaná druhem v 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 Teorie limitující podobnosti existuje maximální možná míra podobnosti (ve využívání limitujících zdrojů) mezi druhy, která ještě umožňuje jejich koexistenci menší limitující podobnost větší druhová diverzita ve společenstvech.
Jedinci a populace
Populace skupina jedinců (všech vývojových stádií) jednoho druhu vyskytující se v určité prostoru, kteří si mohou vyměňovat genetickou informaci. 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.
Prostor definováno volněji a často arbitrárně Populace: lokální jihomoravská evropská experimentální Fragmentace populací a její důsledky význam pro praktickou ochranu přírody.
Jedinec unitární z jedné zygoty vzniká jeden jedinec je jasně vymezen tvarem i v čase tvar a forma tohoto jedince je dobře predikovatelná pohybliví Př.: většina ţivočichů 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) Př.: 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.
Populace otevřený živý systém schopný autoregulace má atributy - společné s jedinci, kteří ji tvoří, specifické skupinové: prostorové uspořádání struktura natalita mortalita růst
Prostorové uspořádání populace - rozptyl, disperse rovnoměrné výjimečně, dáno přímými buď prostředím (keře v poušti kompetice) nebo sociabilitou (hnízda terejů) náhodné vzácně, v uniformním prostředí (škůdci zásob) agregované vliv stanoviště, přítomnost zdroje, u zvířat sociální strukturou protiklad agregace je izolace důsledek vnitrodruhové kompetice Hodnocení: počet jedinců v definovaných vzorcích vzdálenosti mezi jedinci výsledek závisí na použité škále
Hustota densita populace Nejčastěji - počet jedinců (modulů) na jednotku plochy či prostoru - abundance 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 urč. 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
Natalita množivost - dána vznikem nových jedinců v populaci, jejich počet za jednotku času je 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 - ţivočichové Fyziologická natalita maximální, absolutní - potenciál druhu Realizovaná natalita je 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 (plodivost) množství pohlavních produktů vytvořených jedincem během jeho života absolutní např. u ryb počet jiker za celý život samice relativní poměr abs. fek. k hmotnosti těla samice.
Mortalita 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.
Přeţívání opak mortality, očekávaná délka života Průměrná délka života (aritmetický p. v daných podmínkách) Celková délka života (maximum v daných podmínkách) Křivky přeţívání: Typ I - nízká mortalita mladých jedinců, avšak vysoká u starších,(velcí savci) Typ II - rovnoměrná mortalita během celého života (někteří ptáci) Typ III - velmi vysoká mortalita mláďat, ale nízká ve stáří (ryby) I II III
Typy ţivotních cyklů Semelparní monokarpické druhy - pouze jedno reprodukční období za život. Běžná u jednoletých rostlin. Živočichové 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, generativního (např. semeno, výtrus) nebo vegetativního (části oddenků s adventivními pupeny). Šíření diaspor anemochorie, hydrochorie zoochorie antropochorie
Šíření populací Rostliny 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 Ţivočichové 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
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). Důleţité je rozlišit preproduktivní věk produktivní věk postproduktivní věk
Růst populace je určen mírou růstu populace a počtem jejich jedinců. Počet jedinců v populaci je ovlivněn: N pres = N past + B D + I - E N pres N past B I počet jedinců jistého organismu, který v současné době obývá určité místo, je roven součtu: počet organismů, které toto místo obývaly dříve organismů nově narozených v období od daného bodu v minulosti po současnost a organismů - imigrantů; od tohoto součtu je odečteno: D E množství jedinců zemřelých a 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 vyváţené populaci nabývá hodnoty r max 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 r max 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).
Ţivotní 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 fluktuace - kolísání v průběhu více let gradace - katastrofální přemnožení gradační vrchol - kulminace retrogradace - pokles latence - progradace rychlý nárůst progrese postupný nárůst
INTERAKCE V kaţdé biocenóze se vytvářejí vztahy (těsnější nebo volnější) mezi: 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 - intraspecifické - homotypické 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
Vnitrodruhové - intraspecifické - homotypické vztahy 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 - intraspecifické - homotypické vztahy Konkurenční (antagonistické) Nedochází k úplnému vyhubení populace jako u mezidruhové konkurence disperze organismů ovlivnění růstu rostlin - samozřeďování teritoriální chování ţivočichů - 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 interspecifické - heterotypické 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 + +
Mezidruhové - interspecifické - heterotypické vztahy 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. Sporné případy - experiment. 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 Fakultativní mutualismus Symbiotický mutualismus Obranný mutualismus permanentní spojení např. lišejníky (řasa+houba) většina mutualistů jsou oportunisty mohou se spojovat s různými druhy (opylovači, přenos semen) uvnitř těl živočichů - mykorhiza (houby s kořeny stromů) 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 inhibující ryby (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: Funkční klasifikace: masožravci (konzumují živočichy) býložravci (konzumují rostliny) všežravci (konzumují obojí) 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, autotomie, 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 )
Sloţení 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: flóra (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 geofyzikálněchemických sil (např. změna společenstva po naplavení sedimentu, přeplavení vodou, polom)
Sukcese 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).
Sukcese 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).