28. VZTAHY MEZI ORGANISMY A PROSTŘEDÍM A. Základní ekologické pojmy B. Organismy a prostředí (biotické a abiotické podmínky), ekologická valence, biotop, biocenóza C. Ekosystém (produkce ekosystému, vzájemné vztahy mezi populacemi) A. Základní ekologické pojmy - ekologie - nauka o vztahu mezi organismy a prostředím a mezi organismy navzájem - pojem zavedl Ernest Haeckel r. 1866 - jako obor se rozvíjí od počátku 20. st. - využívá poznatky biologie, geografie, geologie, chemie, klimatologie, matematiky - základní pojmy - biotop - životní prostor pro určitý organismus - stanoviště - určité místo v biotopu (např. stanovištěm v biotopu lesa je strom) - biocenóza = společenstvo - soubor všech organismů různých druhů vyskytujících se v určitém biotopu (např. zoocenóza, fytocenóza) - populace - soubor jedinců jednoho druhu žijících v určitém místě a čase - ekosystém - zahrnuje biocenózu a faktory neživé přírody (např. louka, rybník) - umělé - např. rostlinné monokultury + plevele - druhově chudší a méně odolnější - biosféra - soubor všech ekosystémů (přirozených i umělých) - biom - soubor různých biocenóz (též ekosystémů) podobné struktury a funkce, které se vyvinuly v určitých podmínkách prostředí B. Organismy a prostředí (biotické a abiotické podmínky), ekologická valence, biotop, biocenóza - organismus - otevřený systém (vyměňuje s prostředím látky a energii) - rostliny - příjem CO 2, H 2 O, slunečního záření, - živočichové - příjem org. látek, H 2 O, látková přeměna - tvorba látek pro stavbu těla, E pro životní procesy - odstraňování látek nevyužitých + odpadních, ztráta E - ekologická valence - rozmezí podmínek, které poskytuje prostředí, v nichž je organismus schopen existovat - pro život organismu je nutné, aby všechny jeho životní podmínky byly v jeho ekologické valenci - organismy - stenoekní - druhy s úzkou ekologickou valencí - mohou sloužit jako indikátory ŽP (např. rak říční) - euryekní - druhy s širokou ekologickou valencí - jsou vysoce adaptabilní - vyskytují se v prostředích se značně odlišnými podmínkami
- limitující faktor - pokud by tento faktor již neexistoval, neexistoval by potom ani daný organismus - areál - místo výskytu určitého organismu, může se měnit - kosmopolit - široký areál, po celém světě (např. moucha, smetanka) - endemit - malý areál, ostrovy jezera (např. haterie novozélandská) - relikt - zbytek druhu na určitém území, po původně větším rozšíření (např. ostružník moruška, glaciální relikt v Krkonoších) - typy areálů - autochtonní - druh je zde původní - allochtonní - druh sem byl zavlečen, je zde cizí (např. ondatra pižmová, mák vlčí) - synatropní - druhy doprovázejí člověka a jeho sídla (např. vrabec domácí) - podmínky prostředí působící na organismus - biotické - působení všech ostatních živých organismů včetně člověka - hustota - počet jedinců na jednotku plochy - rychlost růstu - natalita/mortalita - věkové složení - počet jedinců v reprodukčním věku - vztah mezi hustotou a rychlostí růstu - existence zpětné vazby - rozmnožovací schopnost - teritorialita - jedinci si hájí své teritorium - rozptyl - např. rozmístění v lese - rozmístění - sdružování do hejn, stád, smeček - etologie - chování organismů - abiotické - sluneční záření - hlavní zdroj E pro život na Zemi - (290;5000)nm - UV záření - 90% zachyceno ozonosférou tvorba vitamínu D v kůži člověka brzdí růst rostlin mutagenní účinky - viditelné záření - u různých organismů různý rozsah vnímání - kvalita světla (barva), intenzita, délka osvětlení - fotoperiodismus - přizpůsobení se pravidelným změnám délky osvětlení (např. střídání dne a noci) - vliv na rostliny (zdroj E k fotosyntéze) - stínobytné/světlobytné - vliv na kvetení - dlouhodenní / krátkodenní - vliv na živočichy (orientace, biorytmy) - cirkadianní / lunární / roční - IČ záření - jeden ze zdrojů E pro biochemické pochody - teplo - urychluje nebo zpomaluje biochemické reakce - teplotní optimum - obvykle 15-30 C (extrém - bakterie 300 C) - eurytermní organismy - snesou větší výkyvy teplot
- stenotermní organismy - snesou malé kolísání teplot (teplomilné / chladnomilné) - exotermie / endotermie - sociální termoregulace - pravidla - Glogerovo - v teplejších a vlhčích oblastech jsou organismy téhož druhu tmavší - Allenovo - v teplejších oblastech se organismům zvětšují koncové části těla - Bergmanovo - jedinci téhož druhu mají v teplejších oblastech menší tělo - atmosféra - troposféra, stratosféra, ionosféra, exosféra - fyzikální vlastnosti - teplota, tlak, hustota, směr proudění - chem. složení - O 2-21%, N 2-78%, vzácné plyny-1% - CO 2-0,036% - emise- výdej plynných složek do ovzduší - imise - stav a množství škodlivých látek v prostředí - voda - 2/3 povrchu země, 3% sladké - 2% ledovce, 1% povrchové - významný limitující faktor - hydrologický cyklus (koloběh vody) - narušení - odlesňování - narovnávání meandrů - snížená schopnost retence (= vsakování) - vodní bilance - porovnání příjmu a výdeje vody - rostliny - vlhkomilné (hygrofyty) (slabá kutikula, bez chlupů) - suchomilné (xerofyty) (opak) - sukulenty (zásoby v pletivech) - živočichové - využívají fyzikální vlastností - nadnášení, hydrodynamický tvar - charakter vody udržuje vzhled biocenóz - řeky - horní tok - pstruhové pásmo - střední tok - lipanové pásmo - dolní tok - cejnové pásmo - litosféra - výskyt organismů závisí na minerálním a horninovém složení - pedosféra - vzniká zvětráváním litosféry a činností organismů - složka - pevná, kapalná a plynná - zdroj většiny anorganických látek - po odumření se shromažďují v půdě - činností bakterií, hub anorg. látky - edafon - soubor všech organismů žijící v půdě - vlastnosti - pórovitost - závisí na obsahu H 2 O a vzduchu - absorpční schopnost - schopnost vázat ionty, vodu - životní prostor organismů - nika - soubor všech abiotických faktorů prostředí, které na daný organismus působí - způsob jakým je organismus zapojen do fungování ekosystému
- prostorová nika (např. větší lesní komplex pro rysa) - potravní nika (menší obratlovci pro rysa) - biotop - abiotická složka, kterou využívá určitá biocenóza (voda, břeh, dno) - lokalita - naleziště, místo na němž se druh nalézá - lze určit na mapě - populace - soubor organismů stejného druhu vyskytující se v určitém čase na určitém místě, musí být zajištěna možnost volného křížení - hustota - během roku kolísá - oscilace - krátkodobě v průběhu roku - fluktace - v průběhu několika let (přemnožení) - růst - natalita/mortalita - stěhování - imigrace/emigrace - přizpůsobivost = adaptabilita - dána ekologickou valencí - typ růstu vyjadřujeme křivkou - exponenciální - není nic, co by populaci omezovalo - sigmoidní - populace je omezena - rozmístění - rovnoměrné - (stromy v lese) - náhodné - málo časté (potemníci v mouce) - shloučené - nejčastěji (savci ve stádu) - struktura - složení podle různých hledisek - pohlaví, věk, sociální (hierarchie) - vztahy mezi populacemi - neutrální - neovlivňují se - pozitivní - vzájemně si prospívají - mutualismus - soužití nezbytné pro oba druhy - rak poustevníček + sasanka - mykorrhiza - symbióza - protokooperace - volné vzájemné sdružování - např. společné hnízdiště několika druhů ptáků - komenzalismus - soužití pro jeden druh nutné, druhý druh není poškozen - liány, epifyti - negativní - konkurence (kompetice) - vzájemné soutěžení o prostor, potravu, světlo, úkryt - káně, poštolka - amenzalismus (antibióza, ellelopatie) - jeden druh omezuje druhý chemicky - vnitrodruhová konkurence (uvnitř populace) - predace - vztah predátora a kořisti - větší počet kořisti - predátor početně omezuje populaci kořisti - parazitismus - vztah parazita a hostitele - větší počet parazitů - parazit početně neomezuje populaci hostitele, složitý životní cyklus - bicenóza (společenstvo) - živá část ekosystému, soubor populací v biotopu
- struktura - fytocenóza + zoocenóza (dílčí společenstva - hejna ptáků ) - ráz biocenózy určují dominantní populace - četnost, biomasa - rozvrstvení 1) v prostoru - svislé (vertikální) - vytvoření pater - kořenové - mechové - bylinné - keřové - stromové - vodorovné (horizontální) - okraj lesa - střed lesa - ekotony - přechodná pásma 2) v čase - sezónní změny, kvetení, rychlý vývoj jarních rostlin v lese - vztahy - sukcese biocenózy - interakce - vnitrodruhové (boj o prostor, potravu ) - mezidruhové (viz. populace ) - stabilita - dána dlouhodobým vývojem, který vede k vytvoření složitých vzájemných vztahů - podmínky zachování: 1) druhová pestrost (diverzita) - více druhů v trop. deštném lese než na poušti 2) zachování podmínek biotopu - narušení při nevhodném zásahu umělé biocenózy - nestabilní, ohroženy škůdci - musí být udržovány (např. pole) - sukcese společenstva - dlouhodobý vývoj, směřující k vyváženému, na daném biotopu ustálenému společenstvu = klimaxu - biomy - soubory různých biocenóz (ekosystémů) podobné struktury a funkce, které se vyskytují v určitých podmínkách prostředí - druhy biomů - tropické deštné pralesy - tropické poloopadavé a opadavé lesy - savany - tropické pouště a polopouště - tvrdolisté lesy - opadavé listnaté lesy - stepi - tajga - tundra - vegetační zóny - rozhoduje nadmořská výška a zeměpisná šířka - horizontální směr - vegetační pásma - vertikální směr - vegetační stupně C. Ekosystém (produkce ekosystému, vzájemné vztahy mezi populacemi) - je různě velkým výsekem biosféry (louka, les ) - produkce a konzumace - podle způsobu výživy 1) primární producenti - autotrofní, nově vytvářejí org. hmotu pomocí slunečního záření 2) konzumenti- heterotrofní, živí se vytvořenou org. hmotou - I. řádu - býložravci - II. řádu - masožravci, všežravci
- III. řádu (vyššího řádu) - další masožravci a všežravci - sekundární producenti (svých těl, výměšků) 3) dekompozitoři (reducenti) - rozkládají organickou hmotu zpět až na anorg. látky - humifikace, mineralizace (bakterie, houby) - potravní řetězce (trofické) - energeticko potravní vztahy 1) pastevně-kořistnický - producent konzument - v přírodě bývá rozvětven 2) dekompoziční (detritický, rozkladný) - postupný rozklad organické hmoty - bakterie, houby - rozklad - 2 fáze - tvorba humusu (nejodolnější org. látky - celulóza, lignin ) - postupná mineralizace (bakterie) 3) paraziticko-potravní - umožňuje koloběh látek v ekosystému - dochází též k hromadění škodlivin neodbourávají se, ale hromadí - potravní pyramida - vznikne spojením potravních řetězců - koloběh látek a E je jednosměrný - na každém stupni vznikají ztráty tepelné E - jen cca 1% dopadající sluneční E využijí rostliny, 10-20% energie vytvořené rostlinami využijí býložravci, další menší % využijí masožravci - přírodní ekosystémy - autoregulace - kybernetický systém se zpětnou vazbou - rovnováha mezi složkami - při jemném narušení schopnost obnovy - při vážném narušení zhroucení ekosystému - schopnost vývoje - postupným přizpůsobováním měnícím se podmínkám - velká druhová bohatost, složité vztahy - dnes spíše vzácné - umělé ekosystémy - dnes častější - neschopny autoregulace nestabilní, musí se udržovat dodatkovou E (hnojiva ) - přiměřeným množstvím dodatkové E se zvýší počet produktů - nadměrné množství dodatkové energie - dočasné zvýšení počtu produktů zhroucení ekosystému - druhově chudé - často monokultury (nestabilní, náchylné ke škůdcům) - produktivita - množství organické hmoty vyprodukované na určité ploše za jednotku času - nejčastěji vztažené na produktivitu rostlin = primární produktivita - závisí na množství a dostupnosti H 2 O, t, živin - měření - množství sklizené biomasy - stanovení produkce O 2 - radioizotopové metody
- tok energie - fotosyntéza primární hrubá produkce ekosystému (50% biomasy se spotřebovává k životu rostlin) čistá primární produkce čistá produkce ekosystému - sekundární produkce - pro stavbu vlastní hmoty - produkce pro životní děje konzumentů - biosféra - soubor živých částí všech ekosystémů na Zemi - biogeosféra - i neživé části = globální ekosystém - sahá asi - 12 km do výše - bakterie - 5 km do hloubky na pevnině - 11 km do hloubky v oceánech - úseky biosféry - biomy, biocenózy, ekosystémy, krajiny - tok E v biosféře - přímým ohříváním živých a neživých složek - cestou života - nepřímo, přeměnou přes chemickou E - tok látek (biogeochemické cykly) - koloběh prvků či sloučenin v neživé a živé složce biosféry - hlavně oběh biogenních prvků a vody - biologická část oběhu - rychlejší - nebiologická část oběhu vstupem člověka - tvorba antropogenních látek - buď se včlení nebo se hromadí (kumulují)