BIOCENOLOGIA: dział ekologii wyspecjalizowany w analizach, badaniach struktur i procesów zachodzących w pliocenach.

Biocenologia jest silnie powiązana z naukami o ziemi (geografia, geochemia, geologia, hydrografia, gleboznawstwo, klimatologia, limnologia, oceanografia, geomorfologia)

Podstawowym czynnikiem różnicującym środowisko Ziemi jest nierównomierny dopływ promieniowania słonecznego. Zasadnicze rysy przestrzennego zróżnicowania warunków życia w znacznej mierze pokrywają się strefami klimatycznymi. Konsekwencją jest strefowość głównych układów przyrodniczych (roślinnych i zwierzęcych). W mniejszej skali zróżnicowania biocenoz jest pochodną lokalnych warunków fizjograficznych.

EKOLOGIA BIOCENOZ

KLASYFIKACJE PLEOCENÓW wg KRYTERIÓW:

• HISTORYCZNYCH (czasu trwania, który warunkuje stopień rozwoju bioróżnorodności, pleoceny lasów równikowych czy Bajkału trwają 50mln lat, w Europie Północnej tylko kilka tys. Lat)

• STRUKTURALNO-FIZJONOMICZNYCH (charakterystyczna budowa szaty roślinnej oraz występowanie specyficznych zwierząt, Np. tundra z lemingami, lasy równikowe z małpami człekokształtnymi)

• GEOGRAFICZNYCH (z uwzględnieniem stref klimatycznych, w tym zwłaszcza czynników termicznych oraz wilgotnościowo-opadowych; definiowaną całą gamą wskaźników)

PLEOCENY: Kryteria i Klasyfikacja

pleoceny wodne:

• stopień zasolenia (słonowodne i słodkowodne)

• wielkość akwenu słonowodnego (powierzchnia, głębokość)

1. Oceany

2. Morza przybrzeżne

• Skala przepływu wody w akwenach słodkowodnych

1. wody płynące (rzeki i strumienie)

2. wody stojące (jeziora, stawy, młaki, bagna)

pleoceny lądowe:

• temperatura powietrza (średnie, roczny rytm zmian)

• opady atmosferyczne (suma i rozkład w ciągu roku)

EKOLOGIA PLEOCENÓW- ZASADY BIOCENOTYCZNE

• Zasada jedności biotopu i biocenozy/ zasada kompleksowości powiązań:

Wszystkie komponenty abiotyczne i biotyczne w pleocenie są ze sobą funkcjonalnie powiązane w taki sposób, że zjawiska zachodzące w jednych komponentach wpływają na procesy i stany w innych składnikach układu.

WNIOSEK: w miarę upływu czasu izolacja i odległość nie są przeszkodami w dyspersji rozmaitych substancji (Np. przez trofię lub cykle biogeochemiczne) do wszystkich części układu a nawet do układów sąsiednich czy bardzo odległych.

• Zasada autonomii pleocenu:

UWAGI:

1.Autonomia pleocenu jest nieodłącznie związana z jego organizacją wewnętrzną. Efektem zakłócenia tej organizacji SA procesy dezintegracji układu. Zakłócenia te najczęściej wywołuje antropopresja (presja człowieka na środowisko)

2.Zaden pleocen, mimo autonomii, nie jest układem zamkniętym. W każdym pleocenie zachodzi import i eksport materii i energii (zwłaszcza przez łańcuchy troficzne). W efekcie zjawiska wewnątrz pleocenu są po części uwarunkowane przez procesy w sąsiednich pleocenach.

Autonomia pleocenu jest konsekwencja:

• Odrębności terytorialnej

• Organizacji wewnętrznej

• Powiązań (troficznych, konkurencyjnych i innych)

• Wzajemnych uwarunkowań wszystkich komponentów

WNIOSEK: Autonomia oznacza, że procesy przebiegające w obrębie pleocenu znajdują się pod przemożnym wpływem stosunków wewnętrznych (pleocen może więc być samowystarczalny i to w długim okresie).

• Zasada organizacji biocenozy:

Biocenoza nie stanowi luźnego agregatu genów o podobnych wymiarach środowiskowych. Gatunki dzięki powiązaniom i zależnością, wytwarzają specyficzną strukturę organizacyjną (skład gatunkowy, stosunki ilościowe, struktura troficzna, struktura przestrzenna, zespoły konkurencyjne)

Efekt: pleocen jest układem zintegrowanym, w którym zjawiska zachodzące w populacjach, uwarunkowane są przez stan całego układu.

• Zasada zachowania obiegu materii oraz przepływu materii

Gęstość procesów obiegu materii i przepływu energii stanowi podstawową cechę ekosystemów. Przerwanie tej ciągłości prowadzi do załamania i dezintegracji układu. Dlatego, wśród mechanizmów homeostazy muszą być wytworzone kanały poboczne (obiegi awaryjne) na wypadek zablokowania głównego kanału troficznego.

Zasadniczym instrumentem homeostazy w zakresie zachowania ciągłości procesów obiegu materii i przepływu energii jest bioróżnorodność ekologiczna.

• Zasada „Jedna nisza-jeden gatunek”:

Dwa różne gatunki nie mogą mieć tej samej niszy.

Współzawodnictwo (konkurencja) o niszę zawsze prowadzi do:

• Zagłady jednego punktu

Albo do

• Przystosowania się do warunków choćby nieznacznie odmiennych i wtedy gatunek przegrany w konkurencji może przetrwać dzięki poszukiwaniu (wg zasady „natura nie znosi próżni biologicznej) i „znalezieniu” nowej niszy.

• Zasada „natura nie znosi próżni biologicznej”:

Podstawą sukcesji ekologicznej jest to, że każdy dostępny do życia skrawek biosfery jest zasiedlany przez organizmy pionierskie. Niektóre z tych gatunków (te, które już na wstępie tolerują warunki biotopowi i potrafią się do nich dobrze zaadoptować) stają się trwałym składnikiem biocenozy.

WNIOSEK: W przyrodzie nie spotyka się nisz nie zajętych.

• Zasada równowagi biologicznej:

Rozmiar wahań biologicznych w ekosystemach jest uwarunkowany:

• Skalą i tempem zmian zachodzących w środowisku

• Zdolnościami kompensacyjnymi i regulacjami biocenozy

UWAGA: Równowaga ekologiczna wyraża się przez stabilność układu jako całości (z nie jego komponentów) , co umożliwia trwanie pleocenu w czasie.

• Zasada równowagi ekologicznej:

Destabilizacja i utrata równowagi ekologicznej pod wpływem katastrof przyrodniczych lub antropogenicznych zaburzeń pełzających może prowadzić do:

• Rozpadu układu

• Przekształcenia pleocenu w układ lepiej dostosowany do warunków

• Zasada stabilizacji procesów:

WNIOSEK: Homeostaza biocenoz dąży do wytworzenia zdolności przeciwstawiania się wszelkim fluktuacjom, zwłaszcza mającym źródło poza układem. Dzięki temu zmniejszają się straty w liczebności poszczególnych komponentów biocenozy (populacji) w reakcji na stres środowiskowy.

• Zasada zachowania produktywności/optymalizacji produkcji biologicznej:

1. Procesy gospodarki energetycznej i materiałowej realizują się przez trofię (łańcuchy i sieci pokarmowe)

2. Podstawa produktywności pleocenu jest produkcja pierwotna

3. Struktura biocenozy powinna zapewniać optymalną (maksymalną) produkcję pierwotną nawet w zmiennych warunkach środowiska.

4. Celem ukierunkowania homeostazy pleocenu na zachowanie optymalnego poziomu produkcji pierwotnej jest zabezpieczenie bazy troficznej dla następnych etapów troficznych.

• Zasada liczebności gatunków i osobników:

Przy zaburzeniach i kryzysach funkcjonowania ekosystemu (Np. przy oddziaływaniu czynników niszczących ekosystem):

• Zmniejsza się liczba gatunków

• Wzrasta liczebność osobników gatunków ocalałych

Powrót ekosystemu do stanu równowagi (na drodze sukcesji ekologicznej uwewnętrznia się):

• Wzrostem liczebności gatunków

• Ograniczeniem liczebności osobników reprezentujących poszczególne gatunki.

• Zasada sukcesji ekologicznej:

Sukcesja ekologiczna- procesy rozwoju pleocenu prowadzące do wzrostu stabilności układu. Rozwój pleocenu następuje poprzez stopniowy wzrost stopnia interpretacji komponentów składowych oraz przez dostosowanie się do zmieniających się warunków środowiska.

Sukcesja ekologiczna jest procesem uporządkowanym.

Na podstawie stanu aktualnego można więc określić przebieg dokonanych już przemian oraz prognozować charakter i kierunek przyszłych zmian.

Sukcesja może zachodzić lokalnie ale także w skali regionu czy nawet strefy geograficznej.

Sukcesja jest powodowana:

• Naturalnymi lub antropogenicznymi przemianami środowiska (biotopu)

• Przekształceniami biotopu przez aktualną biocenozę (dane zbiorowisko roślin i zwierząt oddziałując chemicznie np. biotop.

UWAGA: Chemiczne przemiany biotopu stwarzają warunki do rozwoju innej roślinności, lepiej dostosowanej do zmiennego biotopu. Szczególne nasilenie przemian następuje zazwyczaj jako efekt antropopresji [np. chemizacja środowiska, zaburzenie stosunków wodnych, zbyt długa uprawa tych samych roślin prowadząca do wyjałowienia gleby(niedobór rekwizytów)]

TYPY SUKCESJI EKOLOGICZNEJ [!!!]

Sukcesja pierwotna- rozpoczyna się na dziewiczym obszarze (nie zajętym poprzednio przez inną biocenozę)

Przykłady: po ustąpieniu morza, po wybuchu wulkanu, na nowym nasypie, po osunięciu/spływie wierzchnich warstw ziemi.

Sukcesja wtórna- zachodzi na obszarach, z których poprzednia biocenoza została usunięta.

Przykłady: po pożarze stepu lub lasu, po wykarczowaniu lasu, po ekstremalnych warunkach klimatycznych (np. długotrwałych i silnych mrozów, które spowodowały wymarcie gatunków)

UWAGA: Sukcesja ekologiczna jest procesem ciągłym o zmiennym tempie przebiegu.

ZASADY PRZEBIEGU SZEREGU SUKCESYJNEGO

• Sukcesje wtórne mają charakter restytucyjny, efektem jest odtwarzanie biocenozy pierwotnej przy czym pełna restytucja jest możliwa tylko przy niezbyt głębokich zmianach środowiska.

• Szeregi sukcesyjne w tej samej krainie geobotanicznej mają charakter zbieżny, zmierzają więc do jednego lub kilku zespołów klimaksowych.

(klimaks-stan maksymalnego, najpiękniejszego rozwoju)

UWAGA: Czas trwania i tempo naturalnych przemian sukcesyjnych jest bardzo zróżnicowana. Przykłady:

• Odbudowa zespołów stepowych na preriach USA: 20-40 lat

• Stabilizacja lasów liściastych: 150-200 lat

• Sukcesja pierwotna na wydmach ok. 1000 lat

• Kierunkowość rozwoju (przebiegu) sukcesji wyraża się przechodzeniem do układów mniej zwartych do bardziej zwartych, od jednowarstwowych do wielowarstwowych, więź między komponentami biocenozy wzrasta na każdym kolejnym etapie szeregu sukcesyjnego.

• Sukcesja naturalne są jednokierunkowe.

Sukcesje antropogeniczne mogą być dwukierunkowe, często mają maja kierunek odwrotny (od układu bardziej zwartego do układu mniej zwartego)

UWAGA: Sukcesje antropogeniczne zazwyczaj przebiegają bardzo szybko, czasem gwałtownie.

PRZYKŁAD ZAŁAMANIA HOMEOSTAZY PALEOCENU

Łańcuch troficzny w wysokim Atlasie (Płn. Afryka)

1. lasy cedrowe (orzeszki cedrowe)

2. małpy (magoty) żywiące się głównie orzeszkami cedrowymi

3. lamparty żywiące się głównie małpami

Po tysiącach lat funkcjonowanie paleocenu z takim łańcuchem troficznym w XIX wieku rozpoczęła się jego degradacja i dezintegracja. Stan obecny: las składa się tylko z samych starych drzew, brak małp i lampartów.

Dlaczego? Co było przyczyną?

Nie jest to obszar gęsto zaludniony, zurbanizowany, uprzemysłowiony

Przyczyny pierwotne (wg Gaussena, 1952)

• Wzrost demograficzny w Afryce, wzrost gęstości zaludnienia podnóża Wielkiego Atlasu

• Wzrost liczebności stad zwierząt hodowlanych (owce, kozy)

• Transgresja pól, pastwisk i zabudowy pasterskiej na wyższe partie Wielkiego Atlasu.

Przyczyny wtórne i efekty „domino”:

• Lamparty (skutecznie) polują na zwierzęta hodowlane

• Pasterze i myśliwi (skutecznie) polują na lamparty

• Populacja małp szybko i znacząco wzrasta (brak lampartów, które regulowały liczebność populacji małp)

• Zagęszczenie żerujących na cedrach małp powoduje częściową degradację koron drzew (obłamania)

• Znaczne zwiększenie stopnia ażurowości koron

• Silniejsza operacja promieniowania słonecznego do dna lasu

• Przesuszenie gleby

• Brak/niedobór wilgoci w glebie uniemożliwia kiełkowanie orzeszków oraz rozwój podrostu. Zostały tylko stare drzewa.

WNIOSEK: Degradacja ekosystemu nastąpiła jako efekt uszkodzenia łańcucha troficznego.

---