(Microsoft PowerPoint - W04-Ekologia zespo\263\363w.ppt)

EKOLOGIA
Ekologia zespołów
1
Ekologia
Struktura zespołów
Jak moż
można scharakteryzować
scharakteryzować strukturę
strukturę zespoł
zespołu:
cechy charakterystyczne
Ile gatunkó
gatunków (bogactwo gatunkowe)
Wzglę
Względna czę
częstość
stość wystę
występowania (dominacja,
jednorodność
jednorodność))
Różnorodność
norodność (bogactwo + jednorodność
jednorodność))
Jakiego rodzaju gatunki?
Ekologia
2
Bogactwo i jednorodność gatunkowa
Indeks bogactwa gatunkowego Margalefa
S −1
ln N
D=
Indeks ShannonaShannona-Wienera
S
H ' = −∑ pi log pi
i =1
Indeks jednorodnoś
jednorodności gatunkowej Pielou
J=
Ekologia
H'
H 'max
H 'max = log S
3
1
Co oznacza „bioróżnorodność”?
10 gatunków
4 gatunki
2.00
1.50
Margalef
Shannon
Pielou
1.00
0.50
0.00
1
2
3
4
Ekologia
4
Interakcje międzygatunkowe
Mutualizm (+/+)
np. zapylanie, mikoryza, roznoszenie nasion
Komensalizm (+/0)
np. kraby pustelniki
Pasoż
Pasożytnictwo (+/(+/-)
drapież
drapieżnictwo, roś
roślinoż
linożerność
erność,, ektoekto- i
endopasoż
endopasożytnictwo
Konkurencja ((-/-)
np. interferencyjna, eksploatacyjna
Ekologia
5
Historyczna debata na temat zespołów
Szkoł
Szkoła „superorganizmalna”
superorganizmalna” (Clements i Tansley)
Tansley)
W przyrodzie obiektywnie istnieją
istnieją fundamentalne jednostki
organizacji organizmó
organizmów
Zespoł
Zespoły istnieją
istnieją w postaci zintegrowanych jednostek („
(„supersuperorganizmó
organizmów”, „nibyniby-organizmó
organizmów”)
Zespoł
Zespoły roś
roślin lub zwierzą
zwierząt da się
się opisywać
opisywać jako wyodrę
wyodrębnione
jednostki
Szkoł
Szkoła indywidualistyczna (Gleason
(Gleason))
Każ
Każdy gatunek ma wł
właściwy sobie areał
areał
Zespoł
Zespoły są
są ubocznym produktem poszukiwania przez gatunki
najlepszych warunkó
warunków środowiskowych i zachodzenia na
siebie zasię
zasięgów poszczegó
poszczególnych gatunkó
gatunków
Zespoł
Zespoły zmieniają
zmieniają się
się, gdy zmianie ulegają
ulegają warunki
środowiskowe
Ekologia
6
2
Jak powinien wyglądać świat „superorganizmów”?
Zespó
Zespół vs.
vs. stanowisko
Granice mię
między zespoł
zespołami powinny być
być wyraź
wyraźne
Stanowiska „przejś
przejściowe”
ciowe” (mieszane) powinny zdarzać
zdarzać
się
się tylko wyją
wyjątkowo
Mozaikowatość
cznie na granicach
Mozaikowatość dopuszczalna wyłą
wyłącznie
zespoł
zespołów (np. tajga/tundra)
Zmiana warunkó
warunków środowiskowych powinna pocią
pociągać
gać
za sobą
sobą równoczesną
wnoczesną zmianę
zmianę cał
całych zespoł
zespołów
Oddzielne zespoł
zespoły na gradientach środowiskowych
(przestrzennych lub czasowych)
Ekologia
7
Liczebność gatunku
Świat „superorganizmów”
Gradient środowiskowy
Ekologia
8
Jak powinien wyglądać świat
indywidualistów?
Granice mię
między zespoł
zespołami powinny być
być rozmyte,
determinowane ró
różnymi wymogami siedliskowymi
gatunkó
gatunków
Stanowiska mieszane i mozaikowate powinny być
być regułą
regułą
Zmiana warunkó
warunków środowiskowych winna pocią
pociągać
gać za
sobą
sobą stopniowe zmiany skł
składu gatunkowego
Na gradientach środowiskowych (w czasie lub
przestrzeni) moż
można obserwować
obserwować cią
ciągłość zastę
zastępowania
jednych gatunkó
gatunków innymi.
Ekologia
9
3
Liczebność gatunku
Świat indywidualistów
Gradient środowiskowy
Ekologia
10
Liczebność gatunku
Świat konkurujących ze sobą indywidualistów:
model kontinuum podziału zasobów
Gradient środowiskowy
Ekologia
11
Liczebność gatunku
Świat konkurujących ze sobą indywidualistów:
model kontinuum podziału zasobów w wielu warstwach
Gradient środowiskowy
Ekologia
12
4
Występowanie trzech gatunków sosny w Ameryce Północnej
Ekologia
13
Przestrzenne zróżnicowanie zespołów:
Puszcza Niepołomicka
Ekologia
14
Analiza pyłków roślinnych: ostatnie 30 tys. lat
Ekologia
15
5
Skąd „łaciatość” zespołów?
Humus acidity (pH)
Water content (% dwt)
Zróżnicowanie przestrzenne warunków środowiskowych –
wyniki badań w Puszczy Niepołomickiej
360
360
280
280
200
200
120
Pino-Quercetum
Tilio-Carpinetum
5.2
120
PQ1 PQ3 TC1 TC3 TC5
PQ2 PQ4 TC2 TC4
5.2
5.0
5.0
4.8
4.8
4.6
4.4
4.6
Pino-Quercetum
Tilio-Carpinetum
4.4
PQ1 PQ3 TC1 TC3 TC5
PQ2 PQ4 TC2 TC4
Ekologia
16
znaczne różnice
9.7
9.7
8.7
8.7
7.7
7.7
6.7
6.7
-1
Log Ca (mg kg )
niewielkie różnice
Są jednak wyraźne różnice środowiskowe
między dominującymi zespołami
5.7
1
-
Pino-Quercetum
Tilio-Carpinetum
5.7
) 8.2
gk 7.8
g
m
( 7.4
K7.0
go
L6.6
8.2
6.2
6.2
PQ1 PQ3 TC1 TC3 TC5
PQ2 PQ4 TC2 TC4
7.8
7.4
7.0
6.6
Pino-Querceum Tilio-Carpinetum
PQ1 PQ3 TC1 TC3 TC5
PQ2 PQ4 TC2 TC4
Ekologia
17
Przestrzenne zróżnicowanie gleb w
Puszczy Niepołomickiej
Ekologia
18
6
Zatem jaki jest świat?
Stanowiska mozaikowe i mieszane wystę
ciej, niż
występują
pują częś
częściej,
niż
wymagał
wymagałby tego model „superorganizmalny”
superorganizmalny”;
Analizy pył
pyłków roś
roślin na przestrzeni ostatnich dziesią
dziesiątek tysię
tysięcy
lat nie wskazują
wskazują na radykalne zmiany cał
całych zespoł
zespołów, lecz raczej
na stopniową
stopniową wymianę
wymianę gatunkó
gatunków;
Granice mię
między zespoł
zespołami bywają
bywają zaró
zarówno rozmyte, jak i ostre;
W wielu wypadkach daje się
się jednak wyodrę
wyodrębnić
bnić dość
dość jednolite
zespoł
zespoły;
„superorganizmy”
superorganizmy” nie istnieją
istnieją, jednak gdybyś
gdybyśmy znali
szczegó
szczegółowo charakterystykę
charakterystykę środowiska i gdyby to
środowisko pozostawał
pozostawało niezmienne, to potrafilibyś
potrafilibyśmy
przewidzieć
przewidzieć z jakich indywidualnych gatunkó
gatunków bę
będą się
się
skł
składał
adały zespoł
zespoły.
Ekologia
19
Wpływ na funkcjonowanie ekosystemu
Wpływ zespołu na funkcjonowanie ekosystemu:
gatunki rzadkie, pospolite i zwornikowe
Liczebność gatunku
Ekologia
20
Stabilność ekosystemów
Stabilność
Stabilność jest wewnę
wewnętrzną
trzną
odpornoś
odpornością
cią systemu na
zewnę
zewnętrzne zakł
zakłócenia;
Więcej gatunków ofiar większa stabilność populacji
drapieżników
Np.: roczne opady o 30%
mniejsze od średniej wieloletniej
redukcja produkcji o 20% redukcja liczebnoś
liczebności
roś
roślinoż
linożercó
erców o 10% brak
wpł
wpływu na liczebność
liczebność
drapież
drapieżców.
Ekologia
21
7
Równowaga neutralna, niestabilna, stabilna
Ekologia
22
Równowaga neutralna, niestabilna, stabilna
Ekologia
23
Równowaga neutralna, niestabilna, stabilna
Ekologia
24
8
Czynniki determinujące stabilność ekosystemu
Stał
Stałość środowiska (zewnę
(zewnętrznych warunkó
warunków
fizykochemicznych)
Przewidywalność
Przewidywalność środowiska
Homeostatyczne mechanizmy organizmó
organizmów
wchodzą
wchodzących w skł
skład biocenozy i dynamika ich
populacji
Struktura troficzna ekosystemu
Ekologia
25
Środowisko zewnętrzne a stabilność ekosystemów
Trzy skł
składowe zmiennoś
zmienności środowiska:
fluktuacje sezonowe i ich regularność
regularność
zmienność
zmienność norm charakterystycznych dla poszczegó
poszczególnych sezonó
sezonów
przewidywalność
przewidywalność zmiennoś
zmienności kró
krótkoterminowej
Tropiki:
Tropiki: mał
mała zmienność
zmienność
warunkó
warunków środowiskowych
czy obiektywnie wię
większa
stabilność
stabilność ekosystemó
ekosystemów?
niewielkie wahania warunkó
warunków
środowiskowych potencjalnie
poważ
poważne zaburzenia (?)
Ekologia
26
Wielkość organizmów a stabilność ekosystemów
Istotny czynnik stabilnoś
stabilności ekosystemó
ekosystemów – tempo odpowiedzi
organizmó
organizmów na fluktuacje czynnikó
czynników środowiskowych
mał
małe organizmy wysokie tempo reprodukcji szybka
reakcja na zmiany w środowisku szybkie zmiany
duż
duże organizmy niskie tempo reprodukcji powolna
reakcja na zmiany środowiskowe niewielkie zmiany
trudno wyrokować
wyrokować, któ
które należ
należy uznać
uznać za bardziej stabilne
Proponowane kryterium stabilnoś
stabilności: stabilne są
są te populacje,
któ
które utrzymują
utrzymują się
się jako stał
stały skł
składnik ekosystemu w dł
dłuższej
perspektywie czasowej niezależ
niezależnie od wielkoś
wielkości fluktuacji
liczebnoś
liczebności ich populacji.
Ekologia
27
9
Różnorodność gatunkowa a stabilność ekosystemów
Najbardziej stabilne ekosystemy na Ziemi – deszczowe
lasy tropikalne (?) – najdł
najdłużej istnieją
istnieją na Ziemi w
niezmiennej postaci; tu takż
także najwię
największe bogactwo
gatunkó
gatunków
klasyczna hipoteza MacAthura „diversity makes
stability”
stability” (ró
(różnorodność
norodność sprzyja stabilnoś
stabilności)
ale: duż
dużemu bogactwu gatunkowemu lasó
lasów deszczowych
towarzyszy silniejsza konkurencja wiele populacji o
mał
małej liczebnoś
liczebności wię
większe prawdopodobień
prawdopodobieństwo
ekstynkcji
Czy wię
więc bardziej stabilne są
są ekosystemy klimatu
umiarkowanego i borealne?
Ekologia
28
10