EKOLOGIE KRAJINY RNDr. Martin Culek, Ph.D. Pojem ekologie • Ekologie: Ernest Haeckel (1869): • oikos – domov logos – věda nomos – řízení „Ekologií rozumíme soubornou vědu o vztazích organismů k okolnímu světu, kam můžeme počítat v širším smyslu všechny existenční podmínky.“ My: „Ekologie studuje vztahy organismů k okolí a k sobě navzájem“ Jaké problémy ekologie řeší: • Tolerance a adaptace organismů k prostředí • Ekologické podmínky rozšíření organismů na Zemi • Časoprostorové změny výskytu, početnosti a aktivity organismů • Vzájemné vztahy organismů v populacích a společenstvech, evoluce těchto vztahů • Ekosystém, jeho struktura a funkce • Produktivita ekosystémů, produkce a rozklad • Prognózování vývoje ekosystémů Úrovně organizace biosféry 1 Úrovně organizace biosféry 2 Úrovně organizace biosféry 3 • Biologické společenstvo (biocenóza) • Ekosystém – nejkomplexnější úroveň, vč. anorganického prostředí a energie Členění ekologie Demekologie Krajinná ekologie (geoekologie) Ekologie – věda o vztazích a vazbách Základ: Zpětná vazba Složitější vazby mezi objekty Logistická křivka Existenční možnosti organismů • Ekologické podmínky – obecné (např. poloha, georeliéf, klima), projevují se vlivem: • Ekologické faktory – konkrétní působící činitelé (minimální teploty…) – často charakter limitů. Dělíme: • Abiotické • Biotické (+ potravní) • Antropogenní Ekologická valence - amplituda perspektiv druhu, společenstva široká x úzká Příklad: Závislost rozšíření rostlin na hloubce vody Ekologická valence – obecně: Druhy euryvalentní Druhy stenovalentní Rozdíl fyziologického a ekologického optima Ekologická nika: ZAČLENĚNÍ DRUHU V PROSTŘEDÍ: • V potravních sítích • V nárocích na další zdroje (světlo, voda…) • V prostorových nárocích (umístění hnízda, úkryty…) • Požadavky na místa a období rozmnožování • Čím ekologické niky podobnější…. • Nika – základní (fyziologická - maximální) -- realizovaná – vždy užší Vlhkost, Voda_1 • Nejzákladnější životní potřeba • Voda pro rostliny - půda: Gravitační, kapilární a adsorbční voda • % vody v půdě x vodní potenciál • Vodní potenciál – půdní hydrolimity: • Plná polní kapacita, Bod trvalého vadnutí • Organismy: euryhydrické x stenohydrické: – Hygrofilní (hygrofyty) – Mezofilní (mezofyty) – Xerofilní (xerofyty) – sukulenty (netřesk) – sklerofyty (máčka ladní) Součinnost s teplotou Vlhkost, Voda_živočichové • Suchomilní - xerotolerantní, xerofilní: • Morfologicky – chitinový skelet, šupiny, krunýř • Fyziologicky – štěpením tuků – velbloudi • Etologicky – anabióza (nižší bezobratlí, rostliny) – letní spánek (polopouštní hlodavci) – noční živočichové ( štíři ) – odpočívání na nebo pod vegetací (lev) – periody rozmnožování • Vlhkomilní – hygrofilní – žádná ochrana Voda – limita nadbytku • Růst ve vodě – stromy ne, omezeně rostliny x mangrove • Proud vody – vyloučení (leknín) a poškozování (zlomy, oděry) • Poškození deštěm – květy, kroupami - vše • Poškození sněhem a námrazou – závěs • Poškození velkou akumulací – závěje • Poškození a změny lavinami Tisovec - Everglades Brtnice – vliv ledových ker Vliv námrazy a sněhu Sněhová políčka Chionofil – protěž nízká (Gnaphalium supinum) 7.-8. Vegetační stupeň - lavina Voda – životní prostředí • Moře, jezera, toky, mokřady, prameny (vyv.) • Hloubka vody – tlak – stenobatní, eurybatní (vorvaň) • Teplota vody – korálové útesy, žraloci, prameny • Obsah kyslíku – dostatek x anoxické zóny • Chemismus vody (miner. prameny, živiny, znečištění • - oligotrofní, mezotrofní, eutrofní • H[2]S – stojaté vody – mrtvé zóny (Č. moře) • Slanost (salinita) – osmotická rovnováha - - fyziologická bariéra (x úhoř, losos, jeseteři) • V tocích přistupuje: • Proudění vody – adaptace - tvar těla: Mangrove za přílivu Teplota • Rozhodující – sluneční záření • Tělesná teplota – poikilotermní (= prostředí) • -- homoiotermní (ptáci a savci) • Eurytermní x stenotermní • Stenotermní: – termofilní (termofyty) – mezotermofilní, (mezotermof.) mezické, (mezofyty) – psychrofilní (psychrofyty), oreofilní (oreofyty) – kryofilní (chionofyty, kryofyty) Délka vývoje (efektivní teplota) – dána: suma (efektivních) teplot: S = (T-K) .D T – průměrná denní teplota, K – teplota zastavení vývoje, D – doba vývoje Termo-fyt: dub šípák (Quercus pubescens) Mezotermofyt: Lýkovec jedovatý Oreofyt: Vrba bylinná (www/botany.cz) Sal i x her bacea Kryofil: Lední medvěd (Ur-sus ma- riti-mus) Světlo • Ozářenost (J.s^-1.m^-2.sin a) • Druhy euryfotní x stenofotní (poly-, oligo-) • Míra světlomilnosti – dáno schopností asimilace: • Heliofilní (heliofyty) – sv. komp. bod - 1000 lx • Fotofilní (heliosciofyty) • Sciofilní (sciofyty) – sv. komp. bod - 250 lx • Fotofobní – živočichové, houby, bakterie (edafobionti, troglobionti, abysální dr., endoparazité, …) • Efemeroidy • Jeskyně a vodní nádrže - zóny: • Eufotická, dysfotická, afotická Sciofyt – Jelení jazyk celolistý (Phyllitis scolopendrium) Vzduch – fyzikální vlivy_1 • Teplota, hustota + tlak, proudění • Malá hustota – malá nosnost – žádný živočich trvale • Tlak: v 5800 m: ݣ nad 6000m – u homoiotermních ž. : • Vítr – deformace korun dřevin - unášení částic (polštářová v., vlajkové stromy), • zlomy a vývraty • opylující hmyz • Hmyz a ptáci – zakrnělá křídla, silné nohy, zmenšený povrch těla • Zvyšování transpirace – vysychání, ochlazování • => Vrcholový fenomén Vrcholový fenomén Polštářová vegetace – mydlice nejmenší Vzduch – fyzikální vlivy_2 • Přenos pylu (anemofilie), semen (anemochorie), pachů • Termické proudy – dravci, aeroplankton - hilltoping • Oheň – udržuje urč. stadium sukcese („ohňový klimax“) – urychluje rozklad i obnovu…. • Pyrofyty: Sekvojovec obrovský Vzduch – chemické vlivy Nedostatek kyslíku: • Půda • Mokřady – aerenchym (říd. pl.) – sítiny – pneumatofory – mangrove, tisovec dvouřadý - Everglades • CO[2] : 0,03%, rostliny: 0,2-5%, živočich – do 1% • SO[2 ]- H[2]SO[3 ]- kyselé deště - listy, jezera, půda • Solný aerosol Půda – fyzikální vlivy • Soudržnost, vzduch, teplota, vedení tepla – hl. rostliny • Zrnitost - (druh) půdy: • Petrofyty – Chasmofyty - skalní trhliny (tařice) – Epility – plochy (lišejníky, mechy) • Psamofyty – byliny – vodorovné oddenky (C. supina - stepní), regenerační schopnost, stromy – hluboké kořeny – borovice. – – Psamofilní živočichové (mravkolev) • Pelofyty – často zamokřené – trhání kořenů, chůdovité kořeny – mangrove, povrchové kořeny – adaptace (smrk) • Teplota – např. permafrost – limita, tání, vývraty • Vedení tepla – půdy fyziologicky chladné, kontrastní, teplé Psamofyty na duně Půda – chemické vlivy 1 • Dusík – nitrofilní (nitrofyty) x nitrofobní • NO[x] – lesnická typologie • Fosfor – často s dusíkem, 1:10 • - eutrofizace vod • Vápník – kalcifilní (kalcifyty) x kalcifobní • Alkalické půdy – rychlá mineralizace, půdní koloidy nasyceny Na^+,^ Ca^2+, Mg^ 2+, těžko dostupné živiny (P, Mn, Fe) • Sůl – hl. NaCl, KCl • Halofyty x příležitostné halofyty x halofobní org. Slanorožec (Salicornia) Slanisko u Nesytu – jitrocel přímořský Půda – chemické vlivy 2 • pH dáno H[2]CO[3] : RCO[3] => H^+ • nízké pH – příjem živin, osmoregulace, výměna plynů, aktivita enzymů – ochuzení edafonu, bakterie => pomalý rozklad • Druhy stenoiontní: • aciofilní (acidofyty) – pH do 4,5 • neutrofilní (neutrofyty, mezofyty) – pH 4,5 - 7 • alkalofilní, bazifilní (bazifyty) – pH nad 7 • Bioindikace: Konkurence • Podobné nároky na zdroj • Vzájemný negativní vztah • Rostliny – světlo, voda, minerální látky • Živočichové – potrava, prostor, úkryt, místo rozmnožování • Konkurence: interferenční x exploatační • součást – amensalismus (alelopatie) • Ekologické niky – podobnost => rozdělení x vytěsnění x překrývání x koexistence => • Rozšíření na lokalitě i Zemi Antropogenní faktory 1. • Vliv člověka všestranný, na: • Historie vlivu člověka: • do 40 000 let př.n.l. • 40 000 – 10 500 př. n.l. (paleolit) • 10 500 – 6 500 př. n. l. (mezolit ve stř. Evropě) • 6 500 – 200 n.l. (neolit – latén) T+2-4 st, S+70% • 200 n. l. – 700 n.l. (latén – Slované) • 700 n.l. – 1250 n.l. (raný středověk) • 1250 – 1950 n.l. • 1950 – 1992 • 1992 - dodnes Antropogenní faktory 2. • Synantropní druhy - • Domestikace – samovolná (pes, kočka, holub) • -- násilná • Introdukce (40% flóry!) – cílená x nechtěná • Archeofyty x neofyty (po r. 1500) – vl. mák x bolševník, netýkavky Neofyty = často expanzivní druhy • Repatriace (reintrodukce) - ?? Bolševník (Heracleum mantegazzianum) Antropogenní faktory 3. • Přímé vlivy: • mýcení (dřevo), žďáření lesa (půda) • Kosení – louka, spásání – pastvina (jalovec, hlohy, bodláky) • Vypalování – mineralizace, vyplavování (třtina křovištní, borovice) • Sešlap – zvířata, lidé – narušení… (rdesno ptačí) • Úmyslné výsevy a vysazování, rostliny - pole i lesy – s tím šíření synbiontů živočichové – (kamzík, muflon) • Úmyslná likvidace rostlin (plevele - koukol) i živočichů (predátoři) • Likvidace biotopů při výstavbě Šíření introduko-vaného druhu - ondatry Antropogenní faktory 4. • Nepřímé vlivy: mění stanoviště a/nebo konkurenční vztahy • Vysušování – hl. prameniště • Zavlažování (+zasolování) – v ČR málo • Hnojení – hl. louky, rybníky • Akcelerovaná eutrofizace - splach vodou – louky, rybníky, spad dusíku – NO[x ]– lesy • Ochuzování půdy – hrabání, pasení v lesích • Imise – hl. jezera, smrkové a jedlové lesy • Pesticidy – vliv i mimo cílené škůdce (DDT) • Konkurence zavlečených druhů domácím • Zestepnění krajiny • Opuštění hospodaření – u antropog. podmíněných spol. - louky, pastviny (jalovec), lesní pastva (jedliny) • Globální změna klimatu (kudlanka?) Přizpůsobení organismů prostředí • Anabolismus - přizpůsobení si prostředí (lesní mikroklima) • Adaptace – „přizpůsobení se“ vnějším dlouhodobým podmínkám, formou vytváření odchylek a přírodního či umělého výběru, prostředí působí jen selekčně. • Adaptace umožňuje osídlit specifická prostředí. • Formy adaptace: • 1. většími změnami dědič. znaků – „náhodně“ x mutageny => trvalé - druhy – nemohou se křížit 2. méně fixované modifikace (ekomorfózy) (trvalé u jedince) - ekotypy, geografické rasy 3. aklimatizace – krátkodobé změny • Zdatnost (fitness) – schopnost zanechat co nejvíc potomků. Přizpůsobení se organismů prostředí 2. • Divergence x a fixace znaků (pěnkavy, šatovníci) Horský ekotyp smrku Životní strategie • r-stratégové („oportunisté“): Většinou drobní živočichové, pionýrské rostliny • Rychlé rozmnožování => rychlý počáteční vzestup populace (pak ale rychlý pokles) • Široká ekologická amplituda • => rychlé šíření • Krátkověkost ( efemery ) • k-stratégové („konzervativci“): Bývají větší. Většina lesních stromů, velcí živočichové. • Pomalé rozmnožování => pomalý a pozdní vzestup populace (ale pak její dominance) • Úzká ekologická amplituda • => pomalé šíření • Dlouhověkost (a tvoří klimax) Ekosystémy • Ekosystém – označuje propojení biocenózy a jejího abiotického prostředí • Ekosystém: Obecný pojem, nevyjadřuje prostorovou velikost a hierarchii (ekosystém akvária, planety)! • Zavedl Angličan A.G. Tansley v r. 1935 • Analogie Rus A.N. Sukačev 1942 – biogeocenóza • Analogie Čech A. Zlatník – 60. léta 20. stol. – Geobiocenóza • Ekosystém – vždy otevřený systém !! • Tj. neustálá výměna látek a energie s okolím ekosystému Schéma ekosystému Energetická bilance ekosystémů Koloběh uhlíku a kyslíku – základních stavebních prvků organismů Koloběh prvků v ekosystémech - N Další ekologické pojmy • Producent – autotrofní část bioty (zelené rostliny+sirné řasy) • Konzument (reducent) – heterotrofní část bioty (fytofágové = býložravci, predátoři = masožravci, paraziti, dekompozitoři = rozkladači mrtvé hmoty) • => Potravní řetězec – tok energie i hmoty společenstvem (růže-mšice-chalcidka-pavouk-skokan-užovka-čáp-hrobařík) • Potravní pyramida = schéma úbytku chemicky vázané energie v potravním řetězci Potravní řetězec (řetězce) Potravní pyramida • Problém: • Směrem nahoru ubývá biomasy a v ní vázané energie, ale ne škodlivin, ty se kumulují (dravci, člověk). CHOVÁNÍ EKOSYSTÉMŮ: Pojmy_1: Sukcese • Uspořádaný vývoj bioty na daném místě, kdy jedno společenstvo přechází v druhé a po staletích přechází v závěrečné stádium = klimax. Sukcese – členění dle: • Příčiny: endogenní (autogenní) • exogenní (alogenní) • Původu stanoviště: primární • sekundární • Rychlosti: Probíhající • Blokovaná • Hospodářské hled.: žádoucí • nežádoucí Endo-genní sukcese: Počáteční stadium rašeliniště Třeboňsko – Červené blato Závěrečné stadium rašeliniště Šumava – Horská Kvilda Sukcese exogenní – příklad vodního ekosystému Primární sukcese: Surtsey – 1964 (1963-1967) Surtsey - 1998 Počet druhů rostlin 1965-2000 Salix phylicifolia – od r. 1998 Sukcese sekundární: dřeviny na bývalé pastvině Průběh sukcese Sekundární sukcese na úhorech (v Českém krasu) Chování ekosystémů – pojmy_ 2 • Ekologická stabilita = „zdraví“ ekosystému • Ekologická stabilita = schopnost ekosystému vyrovnávat změny způsobené vnějšími činiteli a zachovávat přirozené vlastnosti a funkce. (§5 zákona o ŽP z r. 1991). Není to stav! • Ekol. stabilita – vnitřní – vnější • Udržovaný ekosystém (nutná dodatková energie) • Překroční prahu odolnosti ekosystému • Zhroucení ekosystému Chování ekosystémů – pojmy_3 • Ekosystém rezistentní - většina klimaxů • Ekosystém resilientní - blokovaná sukcesní stádia, ohňové ekosystémy, rybníky CHOVÁNÍ EKOSYSTÉMŮ - pojmy_4: Stresory ekosystémů dle délky a intenzity působení Vyplavování živin v různých typech lesa Vliv množství dusíku na biodiversitu Ekologická diversita a stabilita • Zpravidla – čím větší biodiversita, tím větší stabilita. Proč: • Klimax: (příklad: tropický prales) • Změněný ekosystém: nižší diversita, nestabilní, snaha o sukcesi, nutnost dodatkové energie, čím více změněný, tím více energie • Sekundární diversita (krajiny): Odizolování+koridory • Kostra ekologické stability krajiny: • Propojením většiny částí kostry: Územní systém ekologické stability krajiny (ÚSES) Použitá literatura a podklady: • Barevné fotografie (není-li uvedeno jinak): Kolektiv (1996-2003) : Edice svazků Chráněná území ČR, Agentura ochrany přírody a krajiny ČR, Praha. • Barevné kresby: Kynčl, M. (nedat.): Přednášky z aplikované ekologie. MS. Fakulta architektury VUT v Brně. Brno. • Černobílé kresby: Šeda, Z. (1982): Ekologie rostlin. Skripta UJEP Brno. Brno. Forman, T.T., Godron, M. (1993): Krajinná ekologie. Překlad z anglického jazyka. Academia, Praha 1993.