EKOSYSTEMY LĄDOWE WBNZ RÓŻNORODNOŚĆ GATUNKOWA A FUNKCJONOWANIE EKOSYSTEMÓW

Transkrypt

1 EKOSYSTEMY LĄDOWE WBNZ RÓŻNORODNOŚĆ GATUNKOWA A FUNKCJONOWANIE EKOSYSTEMÓW

2 data Temat konwersatorium Temat wykładu Pojęcie ekosystemu, energetyka ekosystemów, produkcja pierwotna Bilans węgla dekompozycja Produkcja wtórna, budżety energii Sieci troficzne, interakcje Sieci troficzne, interakcje Sieci troficzne, interakcje Bilans węgla w ekosystemie Biocenoza, zespół, różnorodność Biocenoza, zespół różnorodność Metody wielowymiarowe WIELKANOC PROGRAM WYKŁADÓW I KONWERSATORIÓW Metody wielowymiarowe Różnorodność a funkcja ekosystemu Metody badań terenowych Wprowadzenie do badań terenowych (piątek) PRACA W TERENIE 8 GODZ Różnorodność a funkcja ekosystemu Funkcjonowanie ekosystemu Zajęcia indywidualne (lab. konsultacje praca własna) Seminarium końcowe (prezentacje projektów) Seminarium końcowe (prezentacje projektów)

3 Fragment sieci troficznej ekosystemu trawiastego: część podziemna; przeplata się łańcuch spasania i detrytusowy; wiele grup funkcjonalnych; jeszcze więcej gatunków

4 ...It has been experimentally proved, if a plot of ground be sown with one species of grass, and a similar plot be sown with several distinct genera of grasses, a greater number of plants and greater weight of dry herbage can be raised in the latter than the former case...

5 Spór o diversity begets stability Elton, MacArthur... May (1972), Goodman (1975) wątpliwości... pojęcie bioróżnorodności (różnorodności biotycznej) biodiversity and ecosystem functioning

6 Konferencja w Bayreuth P.M. Vitousek, D.U.Hooper: Biological diversity and terrestrial ecosystem biogeochemistry

7 Funkcjonowanie ekosystemu może zależeć od: A. liczby gatunków (redundancja) B. liczebności gatunków (struktura dominacji) C. Specyficzności gatunków (komplementarność)

8 HIPOTETYCZNY WPŁYW REDUKCJI RÓŻNORODNOŚCI na FUNKCJONOWANIE ECOSYSTEMU (>50 HIPOTEZ) Naeem, Lorau, Inchausti 2002

9 DAVID TILMAN JONATHAN LEVINE MICHEL LOREAU

10 MANIPULACYJNE EKSPERYMENTY TERENOWE (CEDAR CREEK LTER SITE) SZTUCZNIE SKŁADANE ZESPOŁY EKSPERYMENTY Z USUWANIEM WPŁYW RÓŻNORODNOŚCI NA: FUNKCJE EKOSYSTEMU ODPORNOŚĆ/ELASTYCZNOŚĆ/ STABILNOŚĆ

11 Cedar Creek Long Term Ecological Research site (LTER-site) (Minnesota, USA)

12 BADANE FUNKCJE EKOSYSTEMU PRODUKTYWNOŚĆ BIOMASA (NADZIEMNA, PODZIEMNA) BIOGENY (KRĄŻENIE, RETENCJA) AZOT (ZUŻYCIE, RETENCJA) DEKOMPOZYCJA CO 2 (PRZEPŁYW, RESPIRACJA) Schwartz et al

13 EKSPERYMENTY DŁUGOTRWAŁE Działki z 16 gatunkami miały 2,7 x większą biomasę niż monokultury (powtórzenia w różnych kombinacjach)

14 EKSPERYMENTY nt. STABILINOŚCI (REZYSTANCJI/RESILIENCJI) Działki wielogatunkowe miały NPP odporniejszą na susze i szybciej wracającą do normy wieloletniej

15 Tilman 1999 Ecology 80: Pokrycie roślinnością i wykorzystanie azotu glebowego są większe na działkach z większą liczbą gatunków.

16 HIPOTEZY WYJAŚNIAJĄCE WPŁYW RÓŻNORODNOŚCI NA FUNKCJONOWANIE EKOSYSTEMU MECHANIZMY EKOLOGICZNE DZIAŁANIA RÓŻNORODNOŚCI komplementarność (complementarity) ułatwianie (facilitation) ARTEFAKT STATYSTYCZNY sampling effect

17 SAMPLING EFFECT : przy dużej początkowej liczbie gatunków jest większe prawdopodobieństwo, że znajdzie się wśród nich gatunek o wysokiej produktywności i kompetencjach konkurencyjnych. Wynik symulacji komputerowych

18 Dwa konkurujące gatunki (A i B), z których każdy ma specyficzne wymagania co do 2 rodzajów zasobów (1 i 2) Ilość zasobów 2 A B Ilość zasobów 1

19 Ilość zasobów 2 B A Ilość zasobów 1

20 C B = C A Ilość zasobów 2 A Tylko A A wyprze B pkt.równowagi (stabilny?) B wyprze A Tylko B B Ilość zasobów 1

21 C A Ilość zasobów 2 Tylko A A wyprze B Niestabilna koegz. C B B wyprze A Tylko B Ilość zasobów 1

22 C B Ilość zasobów 2 A Tylko A A wyprze B Stabilna koegz. A i B C A B wyprze A Tylko B B Ilość zasobów 1

23 Zróżnicowanie nisz - konkurencja na zabór - komplementarność A. Model Tilmana: zakreskowany obszar: zasoby niewykorzystane przez zespół 2 gatunków B. Symulacja komputerowa: ze wzrostem S rośnie całkowita biomasa (do wysycenia) C. Jak wyżej: ze wzrostem S spada ilość niewykorzystanych zasobów

24 Zróżnicowanie nisz: przy większej heterogeniczności siedliskowej wzrasta liczba gatunków i całkowita biomasa zespołu

25 Wpływ cech gatunków na funkcjonowanie ekosystemów: tempo mineralizacji azotu w zal. od gatunku trawy, przy tej samej dostępności (100 g N/m 2 ) (Wedin i Tilman 1990)

26 Ułatwianie (facilitation): Wpływ drzewa wiążącego azot (Myrica faya) na obieg azotu w ekosystemie lasu górskiego na Hawajach

27 Pokrycie i biomasa rośną z liczbą gatunków, efekt powtarzalny (eksperyment Cedar Creek, Tilman & al )

28 Wykorzystanie azotu dostępnego rośnie z liczbą gatunków (eksperyment Cedar Creek, Tilman & al )

29 Wykorzystanie azotu w zal. od liczby gatunków (Tilman et al )

30 Różnorodność (S) a stabilność A. Odporność na suszę (eksperyment Cedar Creek, Tilman & Downing 1994): stosunek biomasy po/przed suszą (rośnie z S) B. Współczynnik zmienności biomasy całego zespołu z roku na rok (maleje z S); Tilman 1996, 1999 C. Współczynnik zmienności biomasy poszczególnych gatunków (rośnie z S); Tilman 1996

31 Odporność na suszę Eksperyment Cedar Creek, Tilman & Downing 1994: log (stosunek biomasy po/przed suszą) (rośnie z S)

32 EKSPERYMENTALNE EKOSYSTEMY ( MICROCOSMOSY, EKOTRONY )

33 Inne podobne eksperymenty A. Całkowita biomasa sztucznych zespołów roślinnych w szklarni (rośnie z S) B. Eksperyment terenowy w murawach kalifornijskich: biomasa zespołu rośnie z liczbą grup funkcjonalnych

34 SPORY METODOLOGICZNE

35 BIODEPTH: BIODiversity and Ecosystem Process in Terrestrial Herbaceous Ecosystems STANOWISKO BIODEPTH W PORTUGALII

36 WYNIKI EKSPERYMENTU BIODEPTH (Hector at al )

37 BIODEPTH EXPERIMENT: NET EFFECT OF BIODIVERSITY COMPLEMENTARITY *** SELECTION (Hector at al )

38 ZALEŻNOŚĆ STABILNOŚCI EKOSYSTEMU OD RÓŻNORODNOŚCI GATUNKOWEJ W LATACH Tilman, Reich, Knobs 2006

39 Wpływ zróżnicowania ( dissimilarity ) funkcjonalnego makro- detrytusojadów na ekosystem glebowy (mikrokosmos). Science 306, Nov respiracja respiracja ubytek masy ściółki ubytek masy ściółki

40 RÓŻNORODNOŚĆ ROŚLIN WPŁYWA NA BIOMASĘ I STABILNOŚĆ STAWONOGÓW Borer, Seabloom, Tilman, 2012

41 FUNKCJE EKOSYSTEMU ZALEŻĄ OD RÓŻNORODNOŚCI α Pasari et al. 2013

42 WIELOFUNKCYJNY WPŁYW RÓŻNORODNOŚCI ROŚLIN NA EKOSYSTEMY SUCHE W SKALI GLOBALNEJ Maestre et al. 2012

43 RÓŻŃORODNOŚĆ LASU WSPIERA INDYWIDUALNY PRZYROST DRZEW Chamagne et al. 2016

44 2002

45 jw MARTWE DREWNO W LESIE

46 jw

47 jw

48 jw

49 jw Sabah, Borneo (Malezja) FOREST GAP SCI, : 7589 HITS

50