EKOSYSTEMY LĄDOWE WBNZ BIOCENOZA ZESPÓŁ RÓŻNORODNOŚĆ

Transkrypt

1 EKOSYSTEMY LĄDOWE WBNZ BIOCENOZA ZESPÓŁ RÓŻNORODNOŚĆ

2 RÓŻNORODNOŚĆ GATUNKOWA FLORY PUSZCZY NIEPOŁOMICKIEJ OKOŁO 250 GAT. L. gat.

3 SKŁADOWE LOKALNEJ RÓŻNORODNOŚCI BIOLOGICZNEJ α = l.gat. w danym środowisku β = zróżnicowanie środowisk w danym obszarze γ = l. gat. w danym obszarze: γ = α β

4 RÓŻNORODNOŚĆ BIOTYCZNA α lokalne bogactwo gatunków; β heterogeniczność siedlisk; γ łączne bogactwo gatunków w dużym obszarze.

5 α=1 α=7 MIARY RÓŻNORODNOŚCI GATUNKOWEJ 1 2 γ=1 γ=4 β=1 β=4 γ= α β γ=7 β=1 A B C

6 γ=? MIARY RÓŻNORODNOŚCI GATUNKOWEJ β=?

7 γ=? MIARY RÓŻNORODNOŚCI GATUNKOWEJ β=? γ=7 β=2,

8 γ=? MIARY RÓŻNORODNOŚCI GATUNKOWEJ β=? γ=7 śr. α = 2,625 β= γ / α = 2,

9 Ile gatunków tworzy funkcjonalny ekosystem?

10 Skład taksonomiczny ekosystemów (biocenoz) - zależnie od biomasy lub liczby gatunków

11 Ekosystem złożony z wielu gatunków Energia Ciepło konkurencja drapieżnictwo pasożytnictwo mutualizm

12 SCHEMAT KRYPTOENDOLITYCZNEGO EKOSYSTEMU Z ANTARKTYDY (Woodward 1994) Biomasa: 125 g/m 2

13 DWA UBOGIE W GATUNKI EKOSYSTEMY ANTARKTYKI (Woodward 1994) Liczba gatunków kępy traw kobierzec mchu

14 Forest Soil Ecosystem Functioning with regard to biotic diversity Siemianice Monokultury doświadczalne

15 Liczba gatunków i osobników w próbach fauny epigeicznej ok. 30-letnich monokultur leśnych (Siemianice) DRAPIEŻNIKI Całkowita liczba gatunków w lesie: 10 3 Taxon No. sp. Spring Autumn Scarabeidae? Carabidae Staphylinidae Curculionidae? Other Coleoptera? Coleoptera larvae? Formicidae Other Hymenoptera? Hymenoptera larvae? Lepidoptera larvae? Other Lepidoptera? Dermaptera? Other Insects? Aranea Opilionida Acarina?? Pseudoscorpionida Chilopoda? Diplopoda? Isopoda? 9 43 Lumbricidae > Total Total predators >

16 SPECJACJA historia = przypadek NIEBYT PULA GATUNKÓW WYMIERANIE ewolucyjna skala czasu ograniczenia dyspersji ograniczenia środowiskowe interakcje LOKALNA BIOCENOZA (ZESPÓŁ) ASSEMBLY RULES ekologiczna skala czasu

17 S = 12 N = 84 Rozkład liczebności osobników w gatunkach

18 Rozkład liczebności gatunków ptaków 150 l. grądu w Puszczy Niepołomickiej Histogram (gęstość rozkładu) dystrybuanta Wykres liczebności względem rang ( ogiwa ) Dopasowane modele: broken stick szereg geometryczny

19 Wykres konsumpcji energii gatunków wg rang PTAKI PUSZCZY NIEPOŁOMICKIEJ, BORY STADIA SUKCESJI

20 MODELE ROZKŁADU LICZEBNOŚCI GATUNKÓW W ZESPOLE SZEREG GEOMETRYCZNY log n x = b ax n x = k x n 1 Każdy kolejny gatunek pobiera stałą frakcję zasobów pobranych przez poprzedni BROKEN STICK S losowych frakcji pobieranych zasobów ( patyk połamany w S-1 przypadkowych miejscach )

21 Rozkład liczebności w trzech zespołach lęgowe ptaki leśne; broken stick rośliny naczyniowe runa lasu liściastego; log-normal rośliny naczyniowe subalpejskiego lasu jodłowego; szereg geometr.

22 względna liczebność populacji, n/n Wykres liczebności gatunków wg rang PTAKI PUSZCZY NIEPOŁOMICKIEJ, GRĄDY 150-LETNIE SZEREG GEOMETRYCZNY BROKEN STICK ranga gatunku wg. liczebności

23 WSKAŹNIKI RÓŻNORODNOŚCI S H = 0,702 H = Σ (p i ln p i ) H = 2,485 i=1 S = 12 N = 84

24 SPECJACJA historia = przypadek NIEBYT PULA GATUNKÓW WYMIERANIE ewolucyjna skala czasu ograniczenia dyspersji ograniczenia środowiskowe interakcje LOKALNA BIOCENOZA (ZESPÓŁ) ASSEMBLY RULES ekologiczna skala czasu

25

26 Preferencje siedliskowe Analiza gradientowa (Whittaker)

27 Klasyczna analiza zbiorowisk w Great Smoky Mountains, Tennessee (Whittaker 1956) Rozkład liczebności gatunków drzew w gradiencie wilgotności

28 Rozmieszczenie wybranych gatunków traw w gradiencie ph Rozmieszczenie gatunków makrofauny wzdłuż ławicy ostryg w Kanadzie

29 SPECJACJA historia = przypadek NIEBYT PULA GATUNKÓW WYMIERANIE ewolucyjna skala czasu ograniczenia dyspersji ograniczenia środowiskowe interakcje LOKALNA BIOCENOZA (ZESPÓŁ) ASSEMBLY RULES ekologiczna skala czasu

30

31 Populacje osobno Konkurencyjne wypieranie Koegzystencja EKSPERYMENT GAUSEGO

32 Separacja nisz u żerujących lasówek (klasyczny przykład MacArthura, 1958) A Dendroica coronata B Dendroica tigrina C Dendroica virens D Dendroica fusca E Dendroica castanea

33 NISZA EKOLOGICZNA: GRINNEL: zbiór cech gatunku, pozwalający na przeżycie i wydanie potomstwa w warunkach konkurencji itd. ELTON: miejsce gatunku w środowisku biotycznym, wyznaczana przez interakcje z innymi gatunkami Odum: zawód gatunku MacFadyen, HUTCHINSON: wielowymiarowa bryła w superprzestrzeni wyznaczonej przez osie zasobów środowiska [Nisza fundamentalna, nisza realizowana]

34 NISZA EKOLOGICZNA

35

36 Nisze hutchinsonowskie par gatunków jaszczurek Anolis sp. na 2 wyspach (Małe Antyle). Nisze realizowane określone jako średnia +- SD

37 Nisze morfologiczne gatunków ptaków wróblowatych (Ricklefs &Travis 1980, za Morin 1999 PCA, 8 cech, 83 gatunki Nisza morfologiczna: substytut niszy ekologicznej

38 Koncepcja oparta na teorii niszy Konkurencja Zasada konkurencyjnego wypierania (Gause) Ograniczone podobieństwo Przesunięcie nisz (nisza fundamentalna / nisza realizowana) Rozsunięcie cech Upakowanie gatunków Biocenoza równowagowa

39 UPAKOWANIE NISZ W PRZESTRZENI ZASOBÓW ŚRODOWISKA

40 CZY ISTNIEJĄ PUSTE NISZE?

41 Roger Levin, 1983: Santa Rosalia was a goat Science 221, 4611: Czy są dowody na zasadę ograniczonego podobieństwa? Czy są dowody na trwałość składu biocenoz?

42 Ograniczone podobieństwo, upakowanie gatunków

43 Pinta GALAPAGOS Marchena Genovesa Fernandina San Salvador Rabida Pinzon Daphne Baltra Santa Cruz Isabela Los Hermanos Santa Fe San Cristobal Santa Maria Espanola

44 Zięby Darwina Jonathan Weiner Dziób zięby Czyli jak dziś przebiega ewolucja KiW, 1997

45 GRYZONIE (KALIFORNIA) GOŁĘBIE Nowa Gwinea REGULARNE ODSTĘPY WIELKOŚCI CIAŁA KOEGZYSTUJĄCYCH GATUNKÓW

46 ZASADA OGRANICZONEGO PODOBIEŃSTWA (Hutchinson 1959) PRZYKŁAD SCHOENERA, 1984 (Accipiter sp.) częstość oczekiwany obserwowany stosunek większy gat./mniejszy gat. wg. Schoener, 1984

47 Diamond 1975 KONKURENCYJNY PODZIAŁ SIEDLISK (KONKURENCYJNE UWOLNIENIE)

48 Species assembly

49 SPECJACJA historia = przypadek NIEBYT PULA GATUNKÓW WYMIERANIE ewolucyjna skala czasu ograniczenia dyspersji ograniczenia środowiskowe interakcje LOKALNA BIOCENOZA (ZESPÓŁ) ASSEMBLY RULES ekologiczna skala czasu

50 Rozmieszczenie 2 gatunków gołębi Ptilinopus sp. ( owocożer ) na wyspach k. Nowej Gwinei (Diamond 1975) Assembly rule czy przypadek?

51 Ptilinopus porphyrea

52 Funkcja częstości występowania ( incidence function ) Ptaki na archipelagu Bismarcka; J = prawdopodobieństwo wystąpienia danego gatunku na wyspie z liczbą S gatunków A tylko na wyspach z dużą liczbą gat. B tylko na wyspach z małą liczbą gatunków ( tramp, super tramp ) Diamond 1975

53 MODELE NEUTRALNE? (TEORIA BIORÓŻNORODNOŚCI HUBBLE A)

54 SPECJACJA historia = przypadek NIEBYT PULA GATUNKÓW WYMIERANIE ewolucyjna skala czasu ograniczenia dyspersji ograniczenia środowiskowe interakcje LOKALNA BIOCENOZA (ZESPÓŁ) ASSEMBLY RULES ekologiczna skala czasu

55 Chaos w długotrwałym eksperymencie z biocenozą planktonową

56 CHAOTYCZNE ZMIANY SKŁADU ZESPOŁÓW BIOCENOZY PLANKTONU Z MORZA BAŁTYCKIEGO W CIĄGU OK. 7 LAT

57 Niska specyficzność gatunkowa roślinożernych owadów w lesie tropikalnym 900 gatunków owadów roślinożernych 51 gatunków roślin monofagia b. rzadka znaczne nakładanie nisz

58 RÓWNOWAGOWE MODELE BIOCENOZY wnioski Konkurencyjne wykluczanie jest rzadkie Puste nisze w wielu zespołach Znaczne nakładanie nisz Brak stałości składu biocenoz Biocenozy (ekosystemy) są z zasady nierównowagowe, przejściowe

59 Koncepcja oparta na teorii dyspersji Głównym ograniczeniem jest dyspersja/rekrutacja Decydująca rola przypadku ( dryf ekologiczny ) Biocenoza nierównowagowa

60 SPECJACJA historia = przypadek NIEBYT PULA GATUNKÓW WYMIERANIE ewolucyjna skala czasu ograniczenia dyspersji ograniczenia środowiskowe interakcje PRZYPADEK! LOKALNA BIOCENOZA (ZESPÓŁ) ASSEMBLY RULES ekologiczna skala czasu

61 NEUTRALNA TEORIA BIORÓŻNORODNOSCI I BIOGEOGRAFII (Hubbell 2001)

62 LASY RÓWNIKOWE OGROMNA LICZBA KONKURUJACYCH GATUNKÓW: RÓZNE NISZE???

63 RÓWNOWAGA W PRZYRODZIE WNIOSKI OGÓLNE Równowaga w układach ekologicznych występuje rzadko i jest trudna do badania Wartością jest środowisko człowieka, a nie abstrakcyjna równowaga w przyrodzie

64 Artykuł do przeczytania:

65