Ekologie
= nauka o vztazích mezi organismy a prostředím a mezi organismy navzájem
– pojem zavedl Ernest Haeckel r. 1866, jako samostatný obor se rozvíjí od počátku 20. stol.
– rozdělení podle :
- a) oblasti zájmu (skupin organismů) – ekologie bakterií, R, hub, Ž, člověka (antropoekologie)
- b) úrovně ekologických vztahů
– autoekologie – studuje jednotlivé druhy a vztahy mezi nimi
– demoekologie – studuje populace (demografie – studuje populace člověka)
– synekologie – studuje společenstva a ekosystémy
- c) prostředí – ekologie vod, půdy, lesa, lidských sídlišť, …..
Základní pojmy
¤ biotop = místo ( prostor ), které poskytuje organismům podmínky pro život (rybník, les, louka)
– charakterizován určitými abiotickými faktory (poloha, klima, půda, voda, …)
¤ lokalita = stanoviště, naleziště, topograficky vymezené místo výskytu
¤ areál = prostor zeměpisného rozšíření druhu ( např. vačnatci v Austrálii )
¤ populace = soubor jedinců urč. druhu v urč. čase na urč. místě
¤ biocenóza = společenstvo = soubor jedinců různých druhů na určitém biotopu
– fytocenóza = rostlinné společenstvo, zoocenóza = živočišné společenstvo
¤ ekosystém = soubor organismů a prostředí (biotop + biocenóza), (les, zahrada, louže)
¤ biom = soubor podobných ekosystémů (tropické deštné pralesy, tajga, tundra)
¤ biosféra = všechen zem. povrch oživený organismy, soubor všech biomů
¤ nika = celkový vzájemný vztah mezi organismem ( popř. populací ) a jeho prostředím
Život a podmínky jeho existence
– život = způsob existence vysoce organizované hmoty, který se vyznačuje zákl. znaky :
– chem. složení (NK a bílkoviny), metabol., dráždivost, množivost, dědičnost, vývoj (evoluce)
– všechny živé systémy (kromě virů) mají buň. organizaci a schopnost autoregulace
– existence života vyžaduje zachování určitých podmínek :
- a) abiotické
- b) biotické – dány vztahy mezi organismy
– zákl. podmínky musí platit současně, limitující je faktor, který je v minimu (Liebingův z. minima)
– živé systémy jsou schopny adaptace na měnící se podmínky prostředí
– EKOLOGICKÁ VALENCE = rozmezí podmínek, v nichž je org. schopen existovat
(pro život org. je nutné, aby všechny živ. podmínky byly v jeho ekologické valenci)
– druhy — stenoekní – druhy s úzkou E. V. (nesnášejí výraznější kolísání podmínek)
– mohou sloužit jako bioindikátory (lišejník, rak)
euryekní – druhy se širokou E. V. (dobře snášejí kolísání faktorů)
– mají velkou adaptabilitu (smrk, kopřiva)
– vymezena hranicemi: minimum, maximum, optimum
AREÁLY
= soubory stanovišť na Zemi, splňují životní podmínky jednotlivých druhů
– podle druhu je malý, střední, velký
– souvislý x nesouvislý – více samost. částí – odděleny hiáty (org. se zde nevyskytuje)
– kosmopolit = druh se širokým areálem
– člověk, moucha domácí, smetanka lékařská, potkan, bakterie
– endemit = druh, který je na urč. území původní a jinde se nevyskytuje
– krocan (Amerika), lýkovec slovenský, hatérie novozélandská, kivi
– relikt = zbytek druhu, který na urč. území byl původně více rozšířen a přečkal určité změny
– např. glaciální relikt (ostružiník moruška, jeřáb sudetský v Krkonoších)
– typy areálů 1) původní – druh je zde původní (autochtonní)
2) druhotný – druh je zde cizí, byl sem zavlečen (allochtonní)
– mandelinka, brambor, akát, ondatra pižmová, borovice vejmutovka
– synantropní druhy – doprovázejí člověka a jeho sídla
– moucha, vrabec domácí, pěťour maloúborný, myš domácí
Abiotické podmínky
= soubor fyzikálních a chemických fakrotů
– klimatické (světlo, teplo, srážky, ..), edafické (vlhkost, pH, ..), topografické (geogr. poloha,..)
- 1. záření
– zdroj energie, světla, tepla na Zemi, o rozsahu vlnové délky 290-5000 nm
- a) ultrafialové záření (100-390 nm)
– 90% zachyceno ozonosférou
– pozitivní – způsobuje tvorbu vit. D v kůži člověka
– negativní – brzdí růst (rostliny na horách jsou menší)
– mutagenní účinky => rakovina, šedý zákal
- b) viditelné světlo (260-760 nm)
– různý rozsah spektra vnímaného daným druhem org. (čl. 400-750 nm, včela 300-600 nm)
– rozhoduje barva, intenzita světla, doba a směr osvětlení, vlnová délka, stupeň polarizace
– fotoperioda (= změny v délce světelné části dne) – příčina biorytmů = periodicita biol. jevů
– fotoperiodismus = přizpůsobení se pravidelným změnám délky osvětlení
– nároky na světlo – světlomilné (fotofilní), stínomilné (skiofilní), temnomilné (fotofobní)
– vliv na R – zdroj energie k fotosyntéze (světlobytné × stínobytné)
– rozvoj fytohormonů – => kvetení (r. krátkodenní, dlouhodenní, neutrální)
– vliv na Ž – umožňuje orientaci zrakem ( ve tmě redukce zraku )
– barevnost živočichů ( ve tmě ztráta pigmentu )
– ovlivňuje aktivitu ( noční × denní živočichové )
– ovlivňuje biorytmus – nástup rozmnož., migrace, výměna srsti a peří
- c) infračervené záření (800-5000 nm) – nejvýznamnější zdroj tepla pro organismy
- 2. Teplo
– u většiny organismů je optimum 15-30°C
– zdroje : infračervené záření, příjem z okolí, vznik při exoterm. procesech metabolismu
— eurytermní – snesou větší výkyvy teplot ( zmije, pampeliška )
stenotermní – malé výkyvy teplot ( tučňák )
– chladnomilné, kryofilní, teplomilné
– ovlivňuje rychlost biochemických reakcí (aktivita enzymů)
– vliv na rostliny
– zvýš. teplota – odpar vody, odrážení světla pomocí lesklých listů
– sníž. teplota – snížení obsahu vody, ztrácí veget. orgány, obranou – trichomy
– vliv na živočichy
— ektotermní (exotermní = poikilotermní = studenokrevní) – teplota se mění s okolím
endotermní (homoiotermní = teplokrevní) – savci 36-37°C, ptáci 39-40°C
– při poklesu těles. teploty – stav strnulosti – nebezpečné (u čl. 28°C – smrt)
– ovliv. zbarvení (v teple tmavší), velikost těla (v teple menší), těl. výběžků (teplo větší)
– chlad => zimní spánek = hibernace (ježek, netopýr)
– teplo => letní spánek = estivace (drobní hlodavci)
– mezi teplokr. a studenokr. řada přechodných forem (ježura, ptakopysk)
- 3. Vzduch
– v atmosféře žijí organismy většinou v nejnižší vrstvě (= troposféra) – do 7000 m
– stenobarní – ptáci, savci x eurybarní – hmyz
- a) fyzikální vlastnosti
- tlak – klesá se stoupající nadm. výškou => potíže s dýcháním, sterilita samců, …
- hustota – klesá se stoupající nadm. výškou
- proudění -umožňuje opylení rostlin, přenos semen a plodů, migraci, orientaci
– může ničit porosty, vysušovat
- b) chemické složení
O2 – ve vzduchu 21%
– produkují ho hlavně trop. pralesy (x kácení) a moř. řasy (x znečišť. moří)
– živočichové — aerobní – pro ně nezbytný
anaerobní — obligátní – trvale bez kyslíku (pro ně je toxický)
fakultativní – příležitostně
– ve vodě O2 ubývá se zvyšující se teplotou, v půdě ubývá se zvyšující se vlhkostí
CO2 – normálně 0,03%, neustále stoupá
– produkce : dýchání organismů, sopeč. činnost, spalování fosilních paliv
– nutný pro fotosyntézu
– oteplování planety => tání ledovců => zvyšování hladiny oceánů
N2 – ve vzduchu 78% , organismy přijímají jako NO2– NO3–
– přímo využitelný jen některými bakteriemi (hlízkové)
– nečistoty – SO2 – dlouhodobě 150 g/m3, krátkodobě (30min.) 500 g/m3
– NO, NO2 – 100 g/m3
– prachové částice – 100 g/m3
- 4. Voda
– vodní plochy pokrývají 2/3 zemského povrchu (3% z toho sladká)
– přítomna ve třech skupenstvích
- tlak – přímo úměrný hloubce (v 10km – 108 Pa)
- hustota – 775 krát větší než vzuchu, největší při 41°C
– vodní Ž – větší rozměry i hmot., hydrodynamický tvar, menší pohyblivost
- propustnost světla
– množství světla závisí na hloubce a množství přítomných látek
– vliv na rostliny – v hloubce jiné pigmenty – chaluhy, ruduchy
– vliv na živočichy – volný prostor vody (= pelagiál) – žijí zde plankton a nekton
– v hlubinách (= bentál) žije bentos
- salanita – sladká voda 0,05-0,04 , slaná 35
– suchozemské organismy
– živočichové – příjem pitím a rozkladem živin z metabolismu(štěpení tuků)
– rostliny – příjem ze země kořenovým systémem (znemožněn ve zmrzlé půdě)
— hygrofyté – v blízkosti vod, slabá kutikula, bez ochlupení (puškvorec)
hydrofyté – přímo ve vodě
xerofyté – velice suché prostředí – silná kutikula, ochlupení, trny
– sukulenty – zdužn. listy (zásoby vody)
- 5. Půda
– vzniká zvětráváním litosféry a činností organismů
– obsahuje pevnou, kapalnou i plynnou složku
– je zdrojem většiny anorganických živin
– edafon = soubor všech organismů žijících v půdě
- pórovitost – ovlivněna velikostí částic (písčité x jílovité půdy)
– závisí na ní obsah vody a vzduchu
- sorbční schopnost = schopnost vázat vodu a ionty – zvyšována humusem
- teplota – v hloubce se nemění, v povrch. vrstvách značně kolísá
- obsah iontů
– ovlivňuje : a) kyselost půdy (pH) – kyselé půdy – vřes, borůvka
– zásadité (obsah Ca) – třemdava, koniklec
– půdy chudé na N – rosnatka okrouhlolistá
- b) slanost – ve větším množ. omezuje příjem vody, živin (přímoř. obl.)
– halofyty – adaptovány na vyšší obsah (solnička přímořská)
Biotické faktory
Populace
– charakterizována hustotou (= denzitou)
– vyjadřuje se —- počtem jedinců
množstvím biomasy na jednotku plochy, objemu
strukturou – poměr pohlaví, věková struktura, sociální struktura (hierarchie)
Růst populace
– závisí na :
- a) natalitě (= množivost, porodnost)
—- fyziologická = biotický potenciál populace – max. množení
ekologická = skutečná – je umožněna systémem
- b) mortalitě (= úmrtnost) – vysoká u druhů s vysokou natalitou (až 99% – hmyz)
- c) migraci (= stěhování) + emigrace + imigrace
– růst – exponenciální (= typ tvaru J) – chybí omezující faktory => max. množení (králík v Austr.)
sigmoidní (= typ tvaru S) – přítomnost brzdných faktorů
– rozmístění (= rozptyl) populace — rovnoměrné (stromy v lese)
náhodné (potemníci v mouce)
shloučené – nejčastější (stáda)
Vztahy mezi populacemi
– populace na sebe působí :
- a) pozitivně :
- protokooperace = může být kdykoliv přerušeno, vzájemně prospěšné sdružování (ptáci v lese)
- komenzálismus – jednomu prospívá, druhému neškodí (liány, epifyty – stromy, lvi – hyeny)
- symbióza – nutná pro oba (mykorhiza, lišejníky, rak poustevník- sasanka)
- b) negativně :
- konkurence – vzájemné soutěžení o potravu (káně – poštolka, akát x ostatní )
- predace – vztah predátora a kořisti – predátor je větší, závislý na kořisti
- parazitismus – vztah parazita a hostitele (je větší a méně početný)
- c) neutrálně – neovlivňují se (stromy v určité vzdálenosti)
Biocenóza
= společenství = soubor jedinců různých druhů na urč. biotopu
– největší společenstva ČR :
Ekosystém
= určitý úsek biosféry, soubor biocenózy a biotopu (les, louka, akvárium)
– dochází v něm k toku látek a energie
– potravní řetězec = řada organismů přímo na sobě závislých výživou
- pastevně kořistnický – nejvýznamnější
– býložravec (konzument I. řádu) => masožravec (II.řádu) => dravec (III.řádu)
– s řetězcem ubývá počtu, přibývá velikosti organismů
- dekompoziční – postupný rozklad org. hmoty na humus a min. látky
– saprofytní hmyz => houby => bakterie
– s řetězcem přibývá počet, ubývá velikost organismů
- parazitický – opak k 1., velikost těla konzumentů se zmenšuje, počet roste
Potravní pyramida
– vzniká propojením potr. řetězců
– koloběh látek a tok energie je jednosměrný
– na každém stupni dochází ke ztrátám
Typy ekosystémů
- a) přírodní – schopny autoregulace a adaptace, stabilní
– druhotně pestré, složité potr. vztahy
- b) umělé – vznik zásahem člověka, nestabilní, snadno narušitelné
– nejsou schopny autoregulace, málo adaptabilní
– musí jím být dodávána energie (pesticidy, hnojiva)
– druhově chudé, často monokultury
Produktivita ekosystému
= množství org. hmoty vyprodukované na určité ploše za čas. jednotku
– měří se množstvím sklizené biomasy, izotopovou metodou
– ekosystémy s :
- a) vysokou produktivitou – tropické pralesy, lužní lesy
- b) střední produktivitou – savany, louky, pastviny, pole, rybníky
- c) nízkou produktivitou – pouště a polopouště, tundra, moř. hlubiny
Vývoj ekosystému = sukcese
– 3 stadia :
1) zmlazení ekosystému = nástup nových druhů po zhroucení původního ekosystému
– jednoduché vzájemné vztahy, velká produkce, málo druhů
2) vyzrávání ekosystému – druhotně bohatší, složité vzájemné vztahy, stoupá počet druhů
3) vrcholné = klimax (= ustálené společenstvo) – složité vztahy, schopnost autoregulace
– urč. druh může dominovat => po dlouhé době vede ke zhroucení ekosystému
Rozbor ekosystému řeky
– charakteristika biotopu : poudění vody, vyšší obsah kyslíku, důležitá role pobřežních
porostů, odlišnost podmínek na horním, středním a dolním toku
– charakteristika biocenóz – úseky :
– horní tok – rychlé proudění, vysoký obsah O2, chladná voda, kamenité dno
– chybí plankton, nízká produktivita
– rybné pásmo pstruhové
– střední tok – mírnější proudění vody, písčitého
– plankton
– rybné pásmo lipanové a parmové
– dolní tok – pomalý tok, větší hloubka, bahnité dno, málo O2, více živin, vyšší teplota, vysoká produktivita
– hodně planktonu a benthosu
– rybné pásmo cejnové
– brakická voda – v ústí řek (mísení sladká a studené), vliv přílivu a odlivu
– Ž snášejí kolísání salinity, velmi vysoká produktivita
Biomy
= soubory různých ekosystémů podobné struktury a funkce
– vytvářejí
- a) vegetační pásma
– v horizontálním směru (od rovníku k pólům)
– tropické deštné lesy
– průměrná teplota 25 °C
– liány, epifyty, papoušci, opice, velké množství hmyzu
– savany – teploty klesají až k 0 °C
– trávy, stáda antilop, gazel, zeber, lvi, hyeny
– tropické pouště a polopouště – teplotní rozdíly mezi dnem a nocí 40 °C
– sukulenty, efemery, hadi, ještěři
– tvrdolisté lesy – teploty 15-20°C
– pinie, blahovičníky, kozy, ovce, koala
– opadavé listnaté lesy – nejchladnější měsíc -5 – +2 °C, nejteplejší 14-19 °C
– doubravy, bučiny, veverky, lišky
– stepi (prérie, pampy, louky) – zimní teploty -10 – -15 °C, letní 20-25 °C
– trávy, cibulnaté rostliny, koně, sysli, bizoni
– tajga (jehličnaté lesy) – rozdíly teplot 30-50 °C
– limba, jedle, vrby, medvědi, soboli, losi
– tundra – zima 9-11 měsíců
– zakrslé dřeviny, trávy, mechy, lišej., sobi, liška polární, sova sněžná, medvěd
- b) vegetační stupně
– ve vertikálním směru (nadmořská výška)
– nížinný – do 200 m n. m.
– pahorkatinový – do 250 m n. m.
– podhorský – do 500 – 1000 m n. m. (záleží na oblasti)
– horský – do 1000 – 1400 m n. m. (záleží na oblasti)
– klečový – do 1200 – 1600 m n. m. (záleží na oblasti)
– alpinský – nad 1800 m n. m.
Tok energie a látek v biosféře
– dochází k převodu sluneční energie na tepelnou 2 cestami :
- a) přímým ohřívaním živých i neživých složek biosféry (hlavně v oběhu vody)
- b) nepřímo – přeměnou přes chemickou energii prostřednictvím potravních řetězců
Biochemické cykly
– zahrnují koloběh prvků či sloučenin v neživé i živé složce biosféry
– nejvýznamější je oběh biogenních prvků (C, N, S, P) a vody
– biologická část oběhu je rychlejší, nebiologická část funguje jako zásobník látek
– do všech cyklů vstupuje člověk produkcí různých antropogenních látek (hnojiva, pesticidy, umělé hmoty, CO2, SO2, radioaktivní látky, těžké kovy, …)
– tyto látky jsou —- včleněny do uvedených cyklů
hromaděny (= kumulovány) v organismech, půdě, vodě, …