Ekologia ogólna. wykład 10 ekosystem

Transkrypt

1 Ekologia ogólna wykład 10 ekosystem

2 Terminologia ekosystem ogół organizmów zamieszkujących dany obszar + ich środowisko ekosystem = biocenoza + biotop zespół (zbiorowisko / zgrupowanie) grupa gatunków pozostających w interakcji. Biocenoza jest więc rodzajem zespołu. zespół w fitosocjologii zbiorowisko roślinne o określonym składzie gatunkowym gildia grupa gatunków wykorzystujących w podobny sposób fragment ekosystemu wykład 10/2

3 Rodzaje ekosystemów W podobnych warunkach powstają podobne ekosystemy. wykład 10/3

4 Rodzaje ekosystemów Wspólne mechanizmy kształtujące ekosystemy: klimat rodzaj roślinności (nawet, jeśli zbiorowisko tworzą różne taksony) u roślin dobór maksymalizuje wydajność liści (kształt, długowieczność, wielkość) konkurencja o światło struktura pionowa (też w wodach!) zmiany sezonowe, migracje Alaska Syberia wykład 10/4

5 Sieć troficzna n elementów n2-n możliwych połączeń (interakcji między parami gatunków) 10 90, , sieć troficzna sieć zależności pokarmowych między gatunkami w obrębie ekosystemu wykład 10/5

6 Sieć troficzna Uproszczona sieć troficzna Wyspy Niedźwiedziej wykład 10/6

7 Łańcuch troficzny destruneci detrytusożercy łańcuch troficzny droga przepływu materii i energii poziom troficzny ogniwo tego łańcucha konsumenci II rzędu mięsożercy konsumenci I rzędu roślinożercy producenci rośliny wykład 10/7

8 Struktura ekosystemu Najmniejszy ekosystem świata (opisany): dolina Rossa, Antarktyda bakterie (kilka gatunków) substraty nieorganiczne (od destruentów) sinica grzyb pasożytniczy porost (zielenica + grzyb) minerały glon wolnożyjący azot z opadu na skały woda z lodu / kondensacji minerały

9 Ekoton = Strefa przejściowa między dwoma biocenozami (lub innymi układami ekologicznymi) Charakterystyczne dla ekotonu: większa niż w pełnych biocenozach liczba gatunków większa różnorodność gatunkowa odrębność fenotypowa osobników w ekotonie wykład 10/9

10 Rodzje ekotonów Jednolita strefa przejścia (łagodne mieszanie się elementów obydwu biocenoz) Strefa trójczłonowa z odrębnym układem wewnątrz Strefa trójczłonowa z wyspowymi układami wewnątrz wykład 10/10

11 Granice ekosystemu Oczywiście są płynne! Dominujące gatunki drzew w iglastym lesie wyżynnym (Wisconsin) wskaźnik ciągłości (miara gradientu środowiskowego) wykład 10/11

12 Granice biocenozy Model kontinuum biocenozy zmieniają się w przestrzeni stopniowo i w sposób ciągły Model diskontinuum biocenozy rozmieszczone są w przestrzeni w sposób nieciągły gatunki tworzą ugrupowania gradientu środowiskowego Zbiorowiska można wyróżnić na podstawie wzorca rozmieszczenia gatunków A tu nie można wykład 10/12

13 Wzorce w strukturze zespołów 1. Redundancja gatunków jest za dużo w stosunku do potrzeb (realizacji funkcji) wykład 10/13

14 Wzorce w strukturze zespołów 2. Rozkład wielkości populacji liczba gatunków dużo gatunków o niskiej liczebności, mało o wysokiej zagęszczenie wykład 10/14

15 Różnorodność, dominacja Wskaźnik dominacji Simpsona λ=σpi2 Wskaźnik różnorodności Simpsona C=1-Σpi2 lub P-stwo, że dwa wylosowane osobniki należą do tego samego gatunku Odwrotność dominacji (wyrożna od 0 do 1) D=1/Σpi2 Wskaźnik równomierności Simpsona E=D/S pi proporcja gatunku i w zbiorowisku S bogactwo gatunkowe (liczba gatunków) wykład 10/15

16 Różnorodność, dominacja Wskaźnik różnorodności Shannona-Wienera H'= - Σ pi2 x log pi2 Wartość informacyjną sygnału od 1 osobnika mało informacji przy równych proporcjach albo jednym dominancie Wskaźnik równomierności Shannona-Wienera J'= H' / ln S pi proporcja gatunku i w zbiorowisku S bogactwo gatunkowe (liczba gatunków) wykład 10/16

17 Przykład 5 gatunków, 15 osobników dominacja Simpsona (λ) różnorodność Simpsona (D) równomierność Simpsona (E) różnorodność S-W (H') równomierność S-W (J') wykład 10/17

18 Różnorodność, dominacja udział w konsumpcji energii Ale Dla opisu ekosystemu większe znaczenie może mieć biomasa niż liczba osobników! (100 sinic = 100 dębów) ranga gatunków wykład 10/18

19 Wzorce w strukturze zespołów 3. Rozkład wielkości ciała gatunków w zespole mało dużych gatunków zwykle dużo małych, ale nie zawsze Reguły te działają raczej w taksonach (efekt ewolucji), nie zawsze w ekosystemie Ssaki w lasach równikowych Wielkość masy ciała, fauna Ameryki Pn ssaki lądowe ptaki ryby wykład 10/19

20 Wzorce w strukturze zespołów 4. Zasada ograniczonego podobieństwa Gatunki o podobnych wymaganiach środowiskowych różnią się wielkością ciała (każdy kolejny ~1.2x większy) wykład 10/20

21 Wzorce w strukturze zespołów 4. Zasada ograniczonego podobieństwa Rozkład proporcji wielkości ciała gatunków ptaków drapieżnych z rodzaju Accipiter wykład 10/21

22 Wzorce w strukturze zespołów 4. Zasada ograniczonego podobieństwa: konkurencja kształtuje skład zespołu. cecha 1 cecha 1 temp cecha 2 nisza potencjalna cecha 2 nisza realizowana wykład 2/22

23 Wzorce w strukturze zespołów 5. Konwergencja zespołów dł. skrzydła / dł. skoku Podobieństwo morfologiczne owadożernych ptaków wróblowych masa0.33 wykład 10/23

24 Wzorce w strukturze zespołów 5. Konwergencja zespołów Ameryka Pd Afryka Uwaga! Konwergencja może być złudna Powtarzalny wzorzec musi spełniać następujące warunki: podobna liczba i wielkość gildii konwergencje morfologiczne, fizjologiczne i behawioralne Równie dokładne badania nie potwierdziły podobieństw między pustyniami Ameryki Pn, Afryki i Australii. Ssaki lasów deszczowych

25 Dynamika biocenoz: sukcesja proces rozwoju zbiorowisk roślinnych i zwierzęcych: zastępowanie jednych gatunków przez inne, a w efekcie całych biocenoz przez inne sekwencja naturalnych zmian składu gatunkowego i struktury biocenoz stadium pionierskie stadia seralne klimaks wykład 10/25

26 Sukcesja w naszym klimacie jezioro dystroficzne pło torfowisko las ugór łąka las

27 Sukcesja pierwotna kolonizacja nowego obszaru wtórna na obszarze wcześniej skolonizowanym autogeniczna przebieg sukcesji zależy wyłączenie od kolonizujących organizmów allogeniczna wymuszona przez zmiany w środowisku (np. klimat) wykład 10/27

28 Sukcesja: modele Model ułatwiania Gatunek wcześniejszy przekształca środowisko. Staje się ono dla niego nieodpowiednie, ale sprzyja rozwojowi gatunku późniejszego. Gatunek osiedlony ułatwia kolonizację przybyszom sukcesja jest procesem uporządkowanym Zmiany azotu w glebie w trakcie sukcesji na terenie odsłoniętym przez lodowiec (Alaska) wykład 10/28

29 Sukcesja: modele Model hamowania rozwój fitocenozy zależy od tego, jaki gatunek skolonizuje pierwszy dany obszar gatunek osiedlony hamuje rozwój przybyszów przebieg sukcesji jest nieprzewidywalny średnie pokrycie Sukcesja glonów (4 gatunki) na betonowych konstrukcjach czas wykład 10/29

30 Sukcesja: modele Model tolerancji gatunki wczesnego stadia sukcesji nie mają znaczenia skład biocenozy klimaksowej zależy od wyniku konkurencji między nimi przebieg zależy od warunków początkowych osiedlone osobniki nie mają wpływu na przybyszów Model kolonizacji losowej gatunki kolonizują nowe obszary i przeżywają losowo osiedlone osobniki nie mają wpływu na przybyszów wykład 10/30

31 Efekt pierwszeństwa idea towarzysząca koncepcji wielu stabilnych stanów może być hamujący bądź ułatwiający konkurent silniejszy konkurent słabszy A. Pieniążek, praca doktorska (2017) wykład 10/31

32 Efekt pierwszeństwa myszarka polna (Apodemus agrarius) w Warszawie od ponad 100 lat powszechna ucieczka przed konkurencją A. Pieniążek, praca doktorska (2017) myszarka leśna (Apodemus flavicollis) w Warszawie od ok. 15 lat w niektórych lokalizacjach silniejsza konkurencyjnie wykład 10/32

33 Efekt pierwszeństwa liczba osobników/pow IV VI VIII X IV VI VIII X IV serie odłowów [miesiące] A. agrarius miasto A. flavicollis miasto A. Pieniążek, praca doktorska (2017) A. agrarius poza miastem A. flavicollis poza miastem wykład 10/33

34 Efekt pierwszeństwa myszarka polna, rezydent, słabsza populacja miejska liczniejsza niż poza miastem dłuższy czas życia kohorty myszarka leśna, nowa, silniejsza w mieście mniejsze liczebności niż poza populacja niestabilna przesunięcie szczytu liczebności na lato Potencjalnie słabszy gatunek korzysta z efektu pierwszeństwa A. Pieniążek, praca doktorska (2017) wykład 10/34

35 Klimaks =Stabilny, samopodtrzymujący się stan równowagi. Hipotezy: monoklimaks w danym obszarze geograficznym istnieje jedna biocenoza klimaksowa. Ale: Istnieją biocenozy w stanie równowagi, ale nie klimaksowe np. prerie czy naturalne łąki poliklimaks w danym miejscu mogą istnieć różne biocenozy klimaksowe wykład 10/35

36 Równowaga? Hipoteza układów klimaksowych: Nie ma prawdziwej równowagi, bo klimat nie jest stały Istnieje kontinuum klimaksów, w zależności od warunków Przejścia w wyniku sukcesji między 8 typami roślinności pn-zach Szkocji Mała presja roślinożerców, brak pożarów Duża presja roślinożerców, częste pożary

37 Losowo czy deterministycznie? Model Horna W glebie jest zapas nasion różnych gatunków Prawdopodobieństwo zastąpienia rosnącego gatunku innym: macierz przejść wykład 10/37

38 Losowo czy deterministycznie? udział gatunków (%) Znając macierz przejść można wymodelować skład gatunkowy lasu po wielu latach. Fagus Acer Betula Nyssa lata wykład 10/38

39 Losowo czy deterministycznie? Prawdopodobieństwo zmiany w danym momencie zależy od chwilowych warunków: chwilowy skład gatunkowy biocenozy warunki fizyczne ( prawdopodobieństwo wymarcia i kolonizacji) Gdyby warunki były stałe, to sukcesja za każdym razem przebiegały bardzo podobnie. wykład 10/39

40 Zmiany cykliczne w biocenozach Stabilna biocenoza nie musi być układem stabilnym! siewki trawy osiedlają się na nagiej ziemi w dolince kępkę zasiedlają porosty, ulega ona erozji powstaje kępka kostrzewa owcza z wiekiem trawa ulega degeneracji wykład 10/40

41 Zmiany cykliczne w biocenozach wykład 10/41

42 Egzamin: 8 czerwca, 12:30-13:30 J. Weiner. Życie i ewolucja biosfery M. Begon. Ekologia populacji Ch. J. Krebs. Ekologia J. Avise. Markery molekularne wykład 10/42