Ekologia

Ekologia

Pojecia podstawowe

Ziemia jako środowisko życia

EKOLOGIA - nauka o związkach między organizmami lub grupami organizmów i
zależnościach pomiędzy żywymi organizmami a ich środowiskiem.
Ekologia - gr. oikos - miejsce życia (E. Haeckel, 1869)

Ekologia - nauka przyrodnicza zajmująca się zjawiskami trwającymi na Ziemi od
kilku miliardów lat, dotyczącymi wszystkich form życia.

Ochrona środowiska - praktyczna działalność człowieka - prawno-organizacyjna,
techniczna i technologiczna - mająca na celu racjonalne gospodarowanie zasobami
przyrodniczymi i elementami środowiska, przeciwdziałanie i zapobieganie zjawiskom
uciążliwym dla środowiska oraz przywracanie środowiska lub jego elementów do
właściwego stanu.

Ochrona przyrody - działania na rzecz zachowania, racjonalnego wykorzystania i
restytucji różnych składników przyrody, szczególnie dziko żyjących roślin i zwierząt,
oraz ochrony całych układów przyrodniczych i krajobrazu.

Ekologia opisowa - opisuje całe formacje roślinne kuli ziemskiej i związane z nimi
gatunki roślin i zwierząt

Ekologia funkcjonalna- poszukuje i bada związki, wzajemne zależności i
oddziaływania między składowymi jednostek opisywanych przez ekologię opisową,
poszukując ogólnych zasad funkcjonowania systemów ekologicznych.

Ekologia ewolucyjna - bada przyczyny historyczne, dla których dobór naturalny
faworyzował określone, obserwowane obecnie, typy przystosowań.

Autekologia - ekologia pojedynczych organizmów lub pojedynczych gatunków

(wpływ różnych czynników ekologicznych, zwłaszcza abiotycznych, na rozwój,
rozmnażanie się organizmu, na jego właściwości morfologiczne, fizjologiczne i
behawioralne)

Synekologia - ekologia grup organizmów tworzących pewną całość (interakcje

między populacjami różnych gatunków, struktura i funkcjonowanie większych
jednostek: biocenoz, ekosystemów, krajobrazów i biosfery, w tym również
problematyka wpływu człowieka na układy ekologiczne).

POPULACJA - układ biologiczny, złożony z osobników jednego gatunku występujących na
danym obszarze i w określonym czasie, w którym istnieje duże prawdopodobieństwo
krzyżowania się, a więc możliwość wymiany materiału genetycznego. Populacja w ujęciu
ekologicznym to zbiór jednogatunkowych osobników oddziałujących nawzajem na siebie.

BIOCENOZA
Zespół wszystkich żywych organizmów zamieszkujących określony obszar, powiązanych
zależnościami troficznymi i innymi inteakcjami międzygatunkowymi, który wraz z
elementami środowiska abiotycznego - nieożywionego (biotop) - tworzy lokalny ekosystem.

Zbiór populacji gatunków, z których każdy znajduje w danym miejscu warunki odpowiednie
dla siebie; liczba i liczebność gatunków oraz interakcje między nimi wynikają z warunków
środowiska w danym miejscu.

EKOSYSTEM - wyodrębniony fragment biosfery, złożony z żywych organizmów (elementy
biotyczne) i składników nieożywionych (elementy abiotyczne), połączonych relacjami
troficznymi, w którym zachodzi przepływ energii i krążenie pierwiastków chemicznych.

KRAJOBRAZ - fragment powierzchni Ziemi
z charakterystycznym ukształtowaniem będącym efektem wzajemnego oddziaływania wielu
czynników (m.in. rzeźby, gleb, wód, flory, fauny) z mozaiką rozmaitych ekosystemów, wraz
z elementami gospodarki człowieka, stanowiący zintegrowany układ.

BIOSFERA - strefa biotyczna, ekosfera - strefa, w której występuje życie na Ziemi. Biosfera
stanowi ekosystem globalny, w którym dzięki udziałowi procesów fizycznych i żywych
organizmów w zamkniętych obiegach krążą pierwiastki. Proces ten zasilany jest energią
promieniowania słonecznego oraz, w niewielkim stopniu, energią reakcji promieniotwórczych
w głębi planety.

Zasięg

Biomasa

Gatunki

(mln km

)

(km

)

(tys.)

Biosfera

1400

2488

1800

Fitosfera

280

2487

300

Zoosfera

1400

1500

GEOSFERY

Litosfera - skorupa ziemska

Atmosfera - płaszcz gazowy otaczający powierzchnię Ziemi

Hydrosfera - płaszcz wodny pokrywający większość Ziemi i przenikający w głąb
pozostałych geosfer

Biosfera - żywe organizmy zasiedlające wody oraz powierzchnię litosfery i
przenikające do dolnych warstw atmosfery

Etapy powstawania Ziemi

1. Pierwotna Ziemia jako ciało homogeniczne.
2. Stopniowa koncentracja żelaza w centralnej upłynnionej Ziemi i migracja lżejszych

materiałów ku powierzchni.

3. Zróżnicowanie Ziemi na jądro, płaszcz i skorupę.

Bilans wodny Ziemi

Kontynent

Opad
(mm)

Parowanie
(mm)

Odpływ
(mm)

Europa

790

507

283

Azja

740

416

324

Afryka

740

587

153

Ameryka Pn

756

418

339

Ameryka Pd

1600

910

685

Australia i Oceania 791

511

280

Antarktyka

165

Średnia światowa 800

485

315

Czynniki ekologiczne wpływające na rozmieszczenie organizmów
Czynniki abiotyczne w środowisku lądowym

Czynniki kształtujące warunki środowiska życia na Ziemi

Czynniki astrofizyczne

Czynniki geofizyczne

Czynniki geograficzne

Czynniki astrofizyczne

Dopływ energii promienistej od Słońca

Grawitacja Słońca i Księżyca

Ruch planety jest wypadkową przyciągania Słońca i tendencji planety do poruszania się po
linii prostej
Siły grawitacji Słońca i Księżyca są przyczyną powstawania ruchów pływowych wód

Czynniki geofizyczne

Ruch Ziemi po eliptycznej orbicie wokół Słońca

Obrót Ziemi wokół własnej osi

Nachylenie płaszczyzny równika do płaszczyzny orbity Ziemskiej

Kulisty kształt Ziemi

Ruch Ziemi po eliptycznej orbicie wokół Słońca różnicuje dopływ energii promienistej od
Słońca i liczbę godzin usłonecznienia.

Obrót Ziemi wokół własnej osi jest przyczyną nocy i dni oraz powoduje powstawanie tzw.
siły Coriolisa

Efekt Coriolisa widoczny w prądzie mas powietrza płynących z północy ku równikowi

Nachylenie płaszczyzny równika do płaszczyzny orbity ziemskiej powoduje, że Zwrotnik
Raka i Koziorożca mają szerokość geograficzną 23°, a koła podbiegunowe – 66°. Między
zwrotnikami Słońce bywa w zenicie, a na północ i południe od kół podbiegunowych
występują dni i noce polarne

Kulisty kształt Ziemi powoduje konieczność pokonania przez wiązkę promieni słonecznych
dłuższej drogi w wyższych szerokościach geograficznych. Nagrzewanie powierzchni Ziemi i
atmosfery rośnie ze wzrostem kąta padania promieni słonecznych.

Czynniki geograficzne

Rozmieszczenie lądów, oceanów i mórz na kuli ziemskiej

Ukształtowanie pionowe lądów

Zróżnicowana powierzchnia lądów

Podstawowe czynniki ekologiczne w środowisku lądowym

Światło

Woda

Gleba

Powietrze

ENERGIA SŁONECZNA DOCHODZĄCA DO POWIERZCHNI ZIEMI:

ultrafiolet (300-400 nm) - 10%

promieniowanie widzialne (400-700 nm) - 45%

Gleba – warstwa litosfery, w której korzenią się rośliny

Skład gleby:

mineralne części stałe pochodzące z wietrzenia skał

woda wraz z rozpuszczonymi w niej substancjami

próchnica powstająca z martwej materii organicznej

organizmy żywe

Właściwości gleby:

fizyczne

chemiczne

Formy wody w glebie

promieniowanie podczerwone (>700 nm) - 45%

Natężenie promieniowania słonecznego na górnej granicy
atmosfery ziemskiej (stała słoneczna) - 8,39 kJ/cm

/minutę

Natężenie promieniowania słonecznego przy
powierzchni ziemi - 5,62 kJ/cm

/minutę

Dzienna dawka energii w strefie umiarkowanej
- 12,6 - 16,8 MJ/m

H – woda higroskopowa
B – woda błonkowa
K – woda kapilarna
W – woda grawitacyjna
G – cząstki gleby

Właściwości atmosfery:

Właściwości chemiczne

Naturalne składniki powietrza: tlen, dwutlenek węgla, para wodna

Antropogeniczne zanieczyszczenia: np. dwutlenek siarki, amoniak

Właściwości fizyczne

Naturalne składniki powietrza: pyły unoszące się z powierzchni
pustyń, popioły i dymy wulkaniczne

Zntropogeniczne zanieczyszczenia: np. pyły wapienne, popioły
wytwarzane przy pożarach wywołanych przez człowieka

Ruchy poziome mas powietrza: wiatry

WIATRY

Działanie bezpośrednie

mechaniczne (odkształcenie roślin, uszkodzenia roślin)

wysuszające (zwiększa transpirację i parowanie wody glebowej)

udział w rozmnażaniu roślin (anemogamia, anemochoria)

Działanie pośrednie – modyfikacja innych czynników środowiskowych

wpływ na erozję

kształtowanie opadów atmosferycznych

Kształtowanie opadów atmosferycznych
0° - ciepłe powietrze wznosi się, ochładza się i traci wilgoć (niskie ciśnienie)
30° - suche powietrze zstępuje, ogrzewa i staje się jeszcze suchsze – pustynie (wysokie
ciśnienie)
60° - deszcze (niskie ciśnienie)
90° - chłodne zstępujące powietrze - pustynie lodowe (wysokie ciśnienie)
Powstawanie cienia opadowego: Wznoszące się powietrze oziębiając się traci wilgoć, która w
formie deszczu spada po dowietrznej stronie gór. Powietrze staje się jeszcze suchsze,
zstępując i ogrzewając się po zawietrznej stronie gór, co prowadzi do ukształtowania się
warunków pustynnych.

Czynniki abiotyczne w środowisku wodnym

Czynniki ekologiczne w środowisku wodnym:

o    Światło
o    Temperatura
o    Skład chemiczny

Ubytek naświetlenia przestrzeni wodnej w miarę wzrostu głębokości w Morzu Śródziemnym
Głębokość

Ilość
docierającego
światła (%)

Ilość
docierającego
światła (luksy)

100

44 000

82,3

32 200

70,4

31 000

44,6

19 600

24,0

10 50

7,6

3 300

1,0

440

120

0,5

200

Piętrowe rozmieszczenie światła w środowisku wodnym
STREFA FOTYCZNA

max. głębokość: ok. 80 m

wystarczająca ilość światła dla fotosyntezy

wielkość produkcji autotrofów przewyższa ich respirację

STREFA DYSFOTYCZNA

max. głębokość: 500 – 600 m

niewystarczająca ilość światła dla fotosyntezy, jednakże dostateczna dla
reakcji świetlnych (wędrówki pionowe) bytujących w niej zwierząt

wielkość produkcji i wielkość espiracji autotrofów równoważą się

STREFA AFOTYCZNA

brak światła powierzchniowego o znaczeniu biologicznym

Podział wód ze względu na zasolenie

1.  Oligohalinowe – słodkie – jeziora, rzeki – zawartość soli <0,5 g/dm3
2.  Mezohalinowe – słonawe – zawartość soli: 0,5-16 g/dm3
3.  Polihalinowe – słone – morza oceany – zawartość soli ≈ 35 g/dm3
4.  Hiperhalinowe – mineralne – zawartość soli >> 35 g/dm3

Sole rozpuszczone w wodzie

Zawartość soli
(g/dm3)

Chlorki

chlorek sodu (NaCl)

27,21

chlorek magnezu (MgCl2)

3,83

Siarczany

siarczan magnezu (MgSO4)

1,66

siarczan wapnia (CaSO4)

1,26

siarczan potasu (K2SO4)

0,86

Węglany

węglan wapnia (CaCO3)

0,12

Bromek magnezu (MgBr2) i inne

0,02

Razem

35,00

Woda

Chlorki (%) Siarczany (%)Węglany (%)

Morska

88,7

10,8

0,4

Słodka

6,9

13,2

79,9

Skład florystyczny różnego typu akwenów
Grupa
systematyczna

Wody słodkie Wody

słonawe

Wody słone

Sinice

+++

Okrzemki

+++

Sprzężnice

+++

Ramienice

+++

Brunatnice

+++

Krasnorosty

+++

Grzyby

+++

Mszaki

+++

Paprotniki

+++

Nagonasienne

+++ liczne gatunki; ++ dość liczne gatunki; + kilka gatunków; r – nieliczne; - brak

Organizacja biosfery

BIOM jest to fragment biosfery odznaczający się typowymi warunkami
środowiskowymi determinującymi tempo produkcji i dekompozycji – czyli bilans
materii organicznej, a w konsekwencji rozwój charakterystycznych gleb i roślinności

CZYNNIKI ŚRODOWISKOWE DETERMINUJĄCE ROZWÓJ BIOMÓW:

klimatyczne – związane z wpływami atmosfery (promieniowanie, temperatura,
skład i ruchy powietrza, wilgotność i opady atmosferyczne, elektryczność
atmosferyczna)

glebowe (=edaficzne – odżywcze) – związane z pedosferą (fizyczne, chemiczne i
biologiczne właściwości gleb)

biotyczne – związane z działalnością organizmów żywych – roślinnych lub
zwierzęcych

KLIMAT – okresowo i nieokresowo zmieniający się całokształt warunków
atmosferycznych i stanów pogody, właściwy dla danego miejsca (obszaru) i danego
czasu, określany zwykle na podstawie wieloletnich obserwacji

klimat powierzchni granicznych – klimat znikomych powierzchni, np. liścia

mikroklimat – klimat małego obiektu, np. kępy traw, skrawka wydmy

topoklimat – klimat miejsca, jednostki geograficznej najniższego rzędu, np.
polana leśna, zbocze pagórka

mezoklimat – klimat samoistnych jednostek geograficznych, np. dolina, miasto,
jezioro

makroklimat – klimat regionów geograficznych, np. Niziny Mazowieckiej

geoklimat – klimat dużej części kontynentu lub oceanu, np. Europy Zachodniej

klimat planetarny – klimat całej półkuli lub dużej części kuli ziemskiej

CZYNNIKI KLIMATYCZNE

promieniowanie słoneczne

długość dnia

natężenie promieniowania

temperatura powietrza

chemiczne właściwości atmosfery

wiatr

opady atmosferyczne

zależność między temperaturą powietrza i opadami atmosferycznymi:

Okresy wilgotne w ciągu roku to te, w których miesięczne sumy opadów Pm wyrażone w
milimetrach mają wartość liczbową większą od podwojonej wartości średniej
miesięcznej temperatury Tm wyrażonej w stopniach Celsjusza: Pm > 2Tm. W
miesiącach, dla których Pm < 2Tm panuje susza.

TYPY KLIMATÓW ZIEMI (H. WALTER)

klimaty tropikalne

równikowe (10°szer. geogr. Pd – 10°szer. geogr. Pn) – gorące,
zawsze wilgotne

podrównikowe (10° - 20° szer. geogr. Pn i Pd) – gorące, zmienne, z
letnią porą deszczową

klimaty subtropikalne

zwrotnikowe (po obu stronach zwrotników) – gorące, suche

podzwrotnikowe (pas 40° szer. geogr. Pn i Pd) – zmienne, z zimową
porą deszczową

klimaty umiarkowane

umiarkowane ciepłe i wilgotne

umiarkowane chłodne i wilgotne

umiarkowane chłodne i suche

umiarkowane bardzo chłodne i wilgotne

klimaty podbiegunowe

azonalne klimaty górskie

GLEBA – wierzchnia warstwa skorupy ziemskiej, będąca pod wpływem klimatu i istot
żywych. Gleba składa się z produktów wietrzenia skał macierzystych i próchnicy
(substancji organicznej powstającej z resztek roślin i zwierząt przerabianych i
rozkładanych przez mikroorganizmy i zwierzęta znajdujące się w glebie)

Mineralne produkty wietrzenia i próchnica tworzą układ warstwowy, zwany
PROFILEM GLEBOWYM.

Poziom A – powierzchniowa warstwa gleby, mniej lub więcej przemieszana z
próchnicą – poziom wymywania (eluwialny)

Poziom B – podglebie – substancje z poziomu A są tu gromadzone lub strącane
– poziom wmycia (iluwialny)

Poziom C – skała macierzysta gleby

Roślinność i świat zwierzęcy związane są z glebą bardzo ściśle, tworząc zintegrowany
system, który zależy od klimatu

Charakter gleby określa głównie wilgotność (opady) i temperatura

WPŁYW KLIMATU NA BUDOWĘ PROFILU
GLEBY

klimat suchy

klimat średnio
suchy

klimat średnio
wilgotny

klimat
wilgotny

poziom
eluwialny

poziom
iluwialny

poziom
skały
macierzystej

poziom
eluwialny

poziom
iluwialny

poziom
skały
macierzystej

ruch w

ody

ruch w

ody

PROCESY GLEBOTWÓRCZE

gleizacja

bielicowanie

brunatnienie

lateryzacja

kalcyfikacja, salinizacja

GLEIZACJA – redukcja mineralnych części gleby w warunkach silnej wilgotności i
obecności substancji organicznej; głębsze warstwy gleby zasobne w zredukowane żelazo
przybierają barwę zielonkawą, niebieskawą lub popielatą
BIELICOWANIE – wymywanie składników pochodzących z rozkładu glinokrzemianów
i koloidów glebowych przy kwaśnym odczynie gleby; poziom wymywania przybiera
barwę białą a poziom wmywania – barwę brunatną
BRUNATNIENIE – tworzenie trwałych kompleksów próchniczno-ilasto-żelazistych;
kompleksy te nadają glebie barwę brunatną
LATERYZACJA – wytrącanie czerwonych tlenków glinu i żelaza w postaci twardych
laterytów w warunkach szybkiego rozkładu materii organicznej i braku akumulacji
próchnicy
SALINIZACJA – wynoszenie ku powierzchni gleby wypłukanych z niższych warstw soli
mineralnych przez wodę parującą z gleby w warunkach suszy
KALCYFIKACJA – wzbogacanie poziomu podglebia w sole mineralne w warunkach
opadu równego lub mniejszego od ewapotrwnspiracji

KLASYFIKACJA GLEB

Genetyczne systematyki gleb (np. systematyka polska) – opierają się głównie na
budowie profilu glebowego, uwzględniając ważniejsze cechy morfologiczne, fizyczne
i chemiczne wszystkich poziomów gleby; grupowane są gleby o zbliżonych cechach i
głównym kierunku procesu glebotwórczego

Klasyfikacja amerykańska – systematyzuje gleby głównie pod względem
właściwości poziomów gleby; grupowane są gleby od względem podobieństwa profilu
glebowego i występowania charakterystycznych poziomów o określonych cechach

Klasyfikacja FAO – uwzględnia tradycyjne nazewnictwo pochodzace z klasyfikacji
genetycznej; łączone są ze sobą gleby pod względem ważniejszych cech wynikajacych
z ich genezy

KLASYFIKACJA GLEB
(Kornaś, Medwecka-Kornaś, 2002)

Gleby niestrefowe (azonalne i intrazonalne)

regosole

gleby litogeniczne

gleby hydrogeniczne

Gleby strefowe

gleby klimatów wilgotnych

ferrasole – gleby czerwonożółte

ferruginosole (lateryty) – gleby czerwone

planosole – czerwone i żółte gleby subtropikalne

kalcisole – gleby cynamonowe

kambisole – gleby brunatne leśne

podsole – gleby bielicowe

gleby tundrowe

Współzależności między glebą, klimatem i roślinno

gleby pustyń zimnych

gleby klimatów półsuchych i suchych

czarnoziemy

gleby kasztanowe

buroziemy

szaroziemy półpustynne

prymitywne gleby pustynne

Gleby

czerwone

szaroziemy i sołonczaki 17
gleby terenów górskich 16
powierzchniowe pokryte
lodem

bielicowe i bagienne

brunatne

kasztanowe, bure i
sołońce

czarnoziemy

tundrowe

aluwialne (mady)

•

szaroziemy

•

szare pustyń

•

czerwone pustyń

pustynie i
półpustynie

•

czarnoziemy

•

kasztanowe

•

bure

prerie

kalcyfikacja
salinizacja

SUCHY
(chłodny do gorącgo)

•

laterytowe

lasy
międzyzwrotnikowe

GORĄCY

•

brązowe-

niewapienne

roslinność
twardolistna

•

szaro-brunatne

•

bielicowo-łąkowe

•

czerwono-żółte

zbielicowane

lasy strefy
umiarkowanej

bielicowanie

lateryzacja

UMIARKOWANY

•

bielicowe

•

bielicowo-brunatne

•

szare leśne

tajga

•

tundrowe

tundra

gleizacja

brunatnienie

CHŁODNY

WILGOTNY

Typ gleby

Typ roślinności

Typ procesu
glebotwórczego

Klimat

BIOMY LĄDOWE ZIEMI

BIOM
jest to fragment biosfery odznaczający się typowymi warunkami środowiskowymi
determinującymi tempo produkcji i dekompozycji – czyli bilans materii organicznej, a w
konsekwencji rozwój charakterystycznych gleb i roślinności

Podział biomów ze względu na uzależnienia klimatyczne

Formacje zonalne

panują z natury w określonej strefie klimatycznej, tworzą tu końcowy etap rozwoju
roślinności, zajmują siedliska najbardziej dojrzałe pod względem rzeźby i gleb i są
szczególnie trwałe. Formacje zonalne rozmieszczone są wzdłuż gradientów klimatycznych:
termicznych i wilgotnościowych

Formacje intrazonalne

rozmieszczone w sąsiedniej lub kilku sąsiednich strefach (np. torfowiska wysokie)

Formacje azonalne

spotykane we wszystkich strefach Ziemi (np. roślinność wydm i solnisk nadmorskich)

Formacje ekstrazonalne

formacje zonalne występujące poza zasięgiem strefy, wyspowo, na siedliskach o szczególnym
klimacie lokalnym (np. skrawki roślinności stepowej w strefie tajgi)

FORMACJE ZONALNE (Kornaś, Medwecka-Kornaś, 2002)

Formacje leśne

Formacje sawannowe

Formacje bezdrzewne

Formacje pustynne

FORMACJE LEŚNE

Las wiecznie zielony równikowy

Las wiecznie zielony subtropikalny

Las zrzucający liście w porze suchej (monsunowy)

Las suchy (kserofityczny)

Las wiecznie zielony twardolistny

Las zimozielony strefy umiarkowanej

Las zrzucający liście na zimę

Las szpilkowy borealny – TAJGA

FORMACJE SAWANNOWE

Sawanna

FORMACJE BEZDRZEWNE

Step

Tundra

FORMACJE PUSTYNNE

Pustynia gorąca

Pustynia strefy umiarkowanej

Pustynia zimna

Las wiecznie zielony równikowy

Klimat: równikowy gorący, zawsze wilgotny

wyrównane temperatury dobowe (22-26˚C)

opady obfite (ponad 2000 mm rocznie)

Charakterystyka:

rytmika sezonowa roślinności nie występuje

duże bogactwo florystyczne

znaczne zróżnicowanie struktury pionowej lasu

duża ilość lian i epifitów

runo skąpe

pierścienie przyrostów rocznych w drewnie nie zaznaczają się

Występowanie: Amazonia, Gwinea, Kongo, Malezja
Świat zwierzęcy

najbogatszy spośród wszystkich typów formacji roślinnnych

znaczna większość gatunków prowadzi nadrzewny tryb życia

(np. ok 150 gat. żab, 150 gat. węży)
Bioróżnorodność

ok. 1, 5 mln gat. zwierząt

ok. 100 tys. gat. roślin naczyniowych

ogromna różnorodność ekosystemów (zróżnicowanie głównie pionowe)

ekosystemy są względnie trwałe – wszelkie nisze ekologiczne są wypełnione

Biomasa: 440 - 500 t/ha (średnio)
Produkcja pierwotna netto: 32,5 t/ha (średnio suchej masy)
(Kostrowicki, 1999)

Las wieczniezielony subtropikalny

Klimat: podzwrotnikowy stale wilgotny

pośredni między klimatem podzwrotnikowym zmiennym a
umiarkowanym ciepłym i wilgotnym

wahania temperatury i wielkości opadów są małe

Charakterystyka:

zubożona postać wieczniezielonych lasów równikowych

Występowanie: okolice zwrotników
Świat zwierzęcy

mało gatunków endemicznych – ekosystemy otwarte, dostępne dla gatunków
z sąsiednich biomów

endemity (jeśli są) to głównie monofagi żywiące się reliktowymi roślinami
(panda wielka, koala)

Bioróżnorodność

ok. 11 tys. gatunków roślin naczyniowych (ok. 40% to gatunki endemiczne)

Biomasa: 350 – 450 t/ha
Produkcja pierwotna netto: 15 – 20 t/ha

Las zrzucający liście w porze suchej (monsunowy)

Klimat: podrównikowy gorący zmienny o wysokich opadach

opady dość obfite (500-1500 mm rocznie) w czasie pory deszczowej;
wyraźna pora sucha

temperatury wysokie (17˚ - 28˚C)

Charakterystyka:

wyraźna rytmika sezonowa roślinności, wyraźne pierścienie rocznego
przyrostu drewna; większość drzew zrzuca liście prawie jednocześnie z
nastaniem pory suchej

drzewa o grubej korze i powyginanych pniach i gałęziach

duże zróżnicowanie ekologiczne (kilkadziesiąt formacji)

Występowanie: Afryka, Ameryka Środkowa, Brazylia, Indochiny, pn Australia, Jawa

Świat zwierzęcy

bardzo zróżnicowany

biom podrównikowych lasów zrzucających liście jest jednym z najstarszych
na Ziemi (kreda); jest matecznikiem prawie wszystkich (ok. 73%) gatunków
zasiedlających dziś otwarte ekosystemy (leśne i sawannowe)

Bioróżnorodność

3 000 (Australia) – 6 000 (Ameryka Pd) – 10 000 (Indie) gatunków roślin
naczyniowych

ok. 15-20 % (Indie – 40%) gatunków endemicznych

Biomasa: 100 – 250 t/ha
Produkcja pierwotna netto:
15 – 25 t/ha

Las suchy (kserofityczny)

Klimat: podrównikowy gorący zmienny o niskich opadach

opady niskie (400-900 mm rocznie) w czasie krótkiej pory
deszczowej

Charakterystyka:

drzewa o niskim wzroście (8-20 m), kseromorficznej budowie i płaskiej,
parasolowatej koronie

gruba kora, drewno zwięzłe lub gąbczaste, magazynujące wodę

Występowanie: lasy kolczaste w Ameryce Środkowej i Południowej (caatinga),

lasy eukaliptusowe w Australii, afrykańskie lasy kolczaste

z balsamowcami i akacjami

Biomasa: 100 – 250 t/ha
Produkcja pierwotna netto:

15 – 25 t/ha

Las wiecznie zielony twardolistny

Klimat: podzwrotnikowy zmienny („śródziemnomorski”)

wilgotna i chłodna zima, suche i gorące lato

Charakterystyka:

dwa okresy spoczynku roślinności: zimą i latem

drzewa i krzewy o liściach skórzastych, kolczaste, krępe i silnie
rozgałęzione, kora gruba, wyraźne przyrosty drewna

Występowanie: obrzeża Morza Śródziemnego, Kalifornia, Chile, Afryka pd, Australia
pd-zach.
Makia – zarośla i karłowate drzewa (1-4 m wys.); dobre warunki hydrologiczne; podłoże
ubogie w węglan wapnia
(Europa)
Garig (garrigue) – zarośla i krzewy do wys. 1 m; miejsca suche i kamieniste, podłoże
bardziej zdegradowane niż makia
(Europa)
Chaparral – zarośla z sucholubnych krzewów o drobnych liściach i łodygach
uzbrojonych w kolce
(Kalifornia)
Fynbos – zimozielone krzewy (1-4 m) o drobnych, sztywnych liściach pokrytych
kutnerem; drzew brak, z wyj. srebrnego drzewa Leucadendron argenteum

(Afryka Pd)
Świat zwierzęcy

bogactwo faunistyczne duże, lasy te są związane z wieczniezielonymi
lasami podzwrotnikowymi

licznie zasiedlone przez gatunki pochodzące ze strefy gorącej, zwłaszcza
płazy i gady

Bioróżnorodność

Eurazja – ponad 8000 gat. roślin, Ameryka Pn – 2700 gat, Australia –
1500.

Endemizm flory i fauny duży (od 18% w Ameryce Pd, do 69% w
Australii)

Biomasa: formacje leśne 160 – 200 t/ha

formacje krzewiaste 20 – 60 t/ha

Produkcja pierwotna netto: formacje leśne: 16 – 18 t/ha

formacje krzewiaste: 5 – 8 t/ha

Las zimozielony strefy umiarkowanej

Klimat: oceaniczny – umiarkowany ciepły i wilgotny

opady 1500 – 3000 mm rocznie

brak mroźnej zimy, wyraźna pora chłodna (tr: 11˚ - 18˚C)

Charakterystyka:

rytmika sezonowa roślinności występuje

panują drzewa wieczniezielone (20-30 m wys.), obfitość paproci

Występowanie: Ameryka Pn: m.in. Floryda, pn Kalifornia; Chile, Nowa Zelandia, pd-wsch.
Australia i Tasmania
Świat zwierzęcy

Półkula Pn: gatunki holarktyczne

Azja Wsch.: gatunki orientalne właściwe strefom przyrównikowej i
podzwrotnikowej

Ameryka Pd: gatunki neotropikalne

Tasmania: 10,6 % gatunków endemicznych (kręgowce; przed przybyciem
człowieka)

Nowa Zelandia: 58,8% gatunków endemicznych (kręgowce; przed
przybyciem człowieka)

Biomasa: 200 – 400 t/ha
Produkcja pierwotna netto: 6 - 25 t/ha

Las zrzucający liście na zimę

Klimat: umiarkowany chłodny i wilgotny

opady obfite (600-800 mm rocznie)

zima mroźna, lato ciepłe (tr: 7˚ - 10˚C)

Charakterystyka:

wyraźna rytmika sezonowa; kolejne okresy wegetacji zaznaczają się
pierścieniami rocznych przyrostów drewna

dość ubogi skład warstwy drzew

Występowanie: prawie wyłącznie półkula północna: Europa, Azja Wsch., Ameryka Pn, pd
Chile i Argentyna

Świat zwierzęcy

Półkula Pn: gatunki holarktyczne

Azja Wsch.: gatunki orientalne właściwe strefom
przyrównikowej i podzwrotnikowej

Ameryka Pd: gatunki neotropikalne

Bioróżnorodność

w Europie Środkowej warstwa drzew złożona z nielicznych gatunków, często
dominuje jeden gatunek

na południe od Europy Środkowej lasy bogatsze, dminują różne gatunki dębów

na Dalekim Wschodzie lasy bogate, nawiązujące do amerykańskich

Ameryka Pd: środkowe Chile – las lenga

Biomasa: 200 – 400 t/ha
Produkcja pierwotna netto: 8 - 20 t/ha

Las szpilkowy borealny – TAJGA

Klimat: umiarkowany bardzo chłodny i wilgotny

opady niezbyt obfite (300 – 600 mm rocznie)

zima długotrwała, bardzo mroźna (tr: 1˚- 3˚C)

Charakterystyka:

panują zimozielone drzewa szpilkowe

znaczna rola naziemnych mszaków i porostów

Występowanie: wyłącznie borealna strefa półkuli północnej – Eurazja i Ameryka Pn
Świat zwierzęcy

Podobny w Eurazji i Ameryce Pn

udział gatunków panborealnych: 10-15 %

liczba wspólnych rodzajów: 60-85%

Gatunki endemiczne: więcej w Eurazji, niż w Ameryce Pn

Bioróżnorodność

około 3000 gat. roślin wyższych, większość ogólnotajgowych

Biomasa: 80 – 350 t/ha
Produkcja pierwotna netto: 4 – 10 t/ha

FORMACJE SAWANNOWE

Sawanna

Klimat: podrównikowy zmienny o niskich opadach

i wybitnej porze suchej

opady niskie (400-600 mm rocznie)

Charakterystyka:

główną masę roślinności tworzą bujnie rozwijające się trawy; na jej tle
występują pojedyncze drzewa lub grupy drzew. Postać sawanny zależy od
rodzaju podłoża, wypasu zwierząt i częstości pożarów

Występowanie: Azja, Afryka, Ameryka Południowa, Australia
Zróżnicowanie ekologiczne sawann

sawanny naturalne – wykształciły się pod wpływem warunków
klimatycznych

sawanny zoogeniczne (20 %)

sawanny antropogeniczne (20 %)

Ekologiczne typy sawann

zalewowe – na pobrzeżach rzek, przy wysokim poziomie wód gruntowych

wilgotne – w bezodpływowych zagłębieniach, w strefie dość dużych opadów;
pirogeniczne

suche – najpowszechniejsze, w strefie pory suchej ok. 7 miesięcy

kolczaste – głównie kseromorficzne trawy, drobne krzewy i karłowate
drzewa

termitowe – 10-30 kopców termitów/ha (nawet do1000 kopców/ha)

Świat zwierzęcy

fauna sawanny jest przykładem koewolucji roślin i zwierząt

sawanny są kolebką rodzaju ludzkiego

Bioróżnorodność

Ameryka Pd: ok. 10 000 gat. roślin; Afryka – ok. 200-1900 gat.; Australia –
ok. 700 gat.

większość gatunków to gatunki wspólne dla sawanny i suchych lasów

Biomasa: 15 - 60 t/ha
Produkcja pierwotna netto: 6 – 15 t/ha

FORMACJE BEZDRZEWNE

Step

Klimat: umiarkowany chłodny i suchy (kontynentalny)

mroźna zima, suche gorące lato (opady < 500 mm rocznie; tr: 5˚-
10˚C)

Charakterystyka:

stepy trawiaste (obszary suchsze)

stepy łąkowe (obszary wilgotniejsze)

Występowanie: Eurazja, Ameryka Pn („preria”), Ameryka Pd („pampa”)
Świat zwierzęcy

świat zwierzęcy swoisty, wiele gatunków kopytnych (bizon, koń
Przewalskiego, suhak); wiele gatunków ryjących nory (susły, ślepce, tchórze)
lub gniazdujących na powierzchni gleby

Bioróżnorodność

stepy eurazjatyckie: ok. 1000 gatunków roślin (57% endemity)

prerie i pampasy: ok. 700 gatunków (60% gatunków introdukowanych)

Biomasa: 15 – 25 t/ha
Produkcja pierwotna netto: 5 – 15 t/ha

Tundra

Klimat: podbiegunowy

długotrwała mroźna zima (śr t. stycznia -20˚do -30˚C)

w glebie utrzymuje się wieczna zmarzlina

Charakterystyka:

gatunki trwałe o przyziemnym wzroście

tundra krzewiasta – karłowate brzozy i wierzby (rejony cieplejsze)

tundra krzewinkowa i darniowo-krzewinkowa – liczne gatunki wrzosowatych
(rejony chłodniejsze)

Występowanie: na północ od polarnej granicy lasu w Eurazji, Ameryce Pn i wyspach Arktyki;
wyspy subantarktyczne
Świat zwierzęcy

Fauna tundry jeśt ściśle uzależniona od klimatu:

migracje: pieśce, białe niedźwiedzie

zmiana barwy: pieśce, zające

utrata zdolności latania (motyle, muchówki, pingwiny)

Bioróżnorodność

Rośliny naczyniowe: Ziemia Franciszka Józefa (40), Grenlandia (400),
półkula południowa (280)

Liczne gatunki porostów i mchów (Grenlandia: 300 i 600, odpowiednio)

Biomasa: 5 – 30 t/ha
Produkcja pierwotna netto: 1 – 2,5 t/ha

FORMACJE PUSTYNNE

Pustynia gorąca

Klimat: zwrotnikowy gorący, suchy

opady nieregularne, skąpe (poniżej 200 mm rocznie)

temperatury wysokie (tr: 20˚-26˚C), wahania dobowe znaczne

Charakterystyka:

trawy, niskie krzewy, sukulenty

pustynie absolutne (opady poniżej 20 mm rocznie) – brak roślinności

pustynie typowe (opady do 50 mm rocznie) – roślinność skupia się
wyłącznie w zagłębieniach terenu

półpustynie (opady powyżej 50 mm rocznie) – roślinność może
zajmować siedliska poza zagłębieniami terenu

Występowanie: pd-zach Ameryka Pn, Afryka Pn, Ameryka Pd, Afryka Pd, Australia
Charakter podłoża pustyń

pustynie skaliste (HAMADA)

pustynie żwirowe (SERIR)

pustynie piaszczyste (ERG)

Bioróżnorodność

200 – 500 gatunków roślin, 200 – 500 gatunków zwierząt, głównie
stawonogów

91% gatunków pustynnych i 52% gatunków półpustynnych to endemity

Biomasa: 0,5 – 1,5 t/ha
Produkcja pierwotna netto: 0,05 – 1 t/ha

Pustynia strefy umiarkowanej

Klimat: umiarkowany chłodny i suchy (skrajnie kontynentalny)

mroźna zima i gorące lato (opady poniżej 250 mm rocznie)

Charakterystyka:

odporne na suszę półkrzewy i krzewy, oraz trawy

Występowanie: Azja (Gobi), Ameryka Pn (Wielka Kotlina), Ameryka Pd (Patagonia)
Świat zwierzęcy

większość gatunków żyje w podłożu i prowadzi nocny tryb życia

niewiele gatunków endemicznych (Azja – 6%; Ameryka – 9%)

Bioróżnorodność

Azja: ok. 2500 gatunków roślin naczyniowych (ok. 80% endemicznych)

Ameryka: ok. 1700 gatunków roslin, większość endemicznych

Biomasa: 3 – 9 t/ha (90% korzenie)

Produkcja pierwotna netto: 0,5 – 5 t/ha

Pustynia zimna

Klimat: podbiegunowy skrajny

susza mrozowa, niskie temperatury

Charakterystyka:

nieliczne kseromorficzne rośliny kwiatowe o poduszkowatym wzroście;
rośliny zarodnikowe – porosty, mchy

Występowanie: Arktyka poza strefą tundr, Antarktyda (wyłącznie mszaki i porosty)
FORMACJE AZONALNE

Biomy bagienne

Biomy przymorskie

Biomy górskie

BIOMY GÓRSKIE

Gradient termiczny – im wyżej, tym średnie temperatury są niższe

Gradient atmosferyczny – w miarę wzrostu wysokości masy powietrza stają
się lżejsze, a udział tlenu maleje

Gradient fotochemiczny – w miarę wzrostu wysokości zwiększa się dopływ
promieniowania ultrafioletowego i kosmicznego oraz związana z tym ilość
cząstek zjonizowanych

Piętrowy układ roślinności w górach

zmiany panujących zbiorowisk roślinnych zachodzą skokowo

typ układu pietrowego zależy od położenia geograficznego i przebiegu
pasma, wielkości zajętego przez nie obszaru i charakteru roślinności na
terenach przyległych

wraz ze wzrostem wzniesienia liczba gatunków maleje

szczególną rolę odgrywa roślinność niezonalna, związana ze szczelinami
skalnymi, nieckami torfowiskowymi itp.

Piętrowy układ roślinności w górach

Analogie pięter roślinności w górach ze strefami roślinności na niżu w
odpowiednich szerokościach geograicznych zaznaczają się w strefach
pozazwrotnikowych.

W górach stref tropikalnych bardzo swoiste warunki klimatyczne powodują
istnienie form życiowych nie mających analogii w innych obszarach Ziemi.

las mglisty, Costa Rica (1500-3000 m npm)
Paramo – formacja krzewiasto-zielna, Andy (3000 – 3500 m npm)

FUNKCJONOWANIE EKOSYSTEMU
Metabolizm Biocenozy

Miary znaczenia gatunku w biocenozie:

•    Biomasa
•    Transport substancji chemicznych
•    Przepływ energii

Większość energii przepływa przez biocenozę tylko raz.
Energia nie krąży, ale jest zamieniana na ciepło i ostatecznie tracona przez system

PRAWA TERMODYNAMIKI
I prawo termodynamiki:
Zmiana energii wewnętrznej układu równa się sumie dostarczonego do układu ciepła i pracy.
Energia może przemieniać się w inną postać, nigdy jednak nie powstaje ani nie ulega
zniszczeniu
II prawo termodynamiki:
Ciepło zawsze przekazywane jest przez ciało cieplejsze ciału zimniejszemu.
Układ nie może przekazywać ciepła innemu układowi o niższej temperaturze bez
wprowadzenia zmian w otoczeniu.
Przy każdym przekształceniu energii pewna jej część ulega rozproszeniu.

ENERGIA SŁONECZNA DOCHODZĄCA DO POWIERZCHNI

ultrafiolet (300-400 nm) - 10%

promieniowanie widzialne (400-700 nm) - 45%

promieniowanie podczerwone (>700 nm) - 45%

Energia promieniowania słonecznego docierającego do
atmosfery ziemskiej: 1,3 kW/m

Globalna suma promieniowania fotosyntetycznie czynnego
(PAR) na poziomie morza: 80,9 x 10

MW/rok

Średnie natężenie PAR w okolicach
Krakowa: 42,5 W/m

/rok

Źrodło: J. Weiner (1999)

4. metody pośrednie:

• wielkość aparatu asymilacyjnego

współczynnik powierzchni liści (LAI = leaf area index)

• ilość chlorofilu

współczynnik asymilacji:
O2

wydzielony

(g/h)

chlorofil

(g)

ODDYCHANIE
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + energia zużywana na procesy życiowe

PRODUKCJA PIERWOTNA

• Produkcja pierwotna brutto = energia (lub węgiel) wiązana w procesie

fotosyntezy w jednostce czasu

• Produkcja pierwotna netto = energia (lub węgiel) wiązana w fotosyntezie –

energia (lub węgiel) tracone

w procesie oddychania w jednostce czasu

wydajność produkcji pierwotnej brutto = energia wiązana w produkcji pierwotnej brutto /
energia zawarta w docierającym promieniowaniu słonecznym

Czynniki ograniczające produkcję w biocenozach:

D    genetyczne
D    klimatyczne
D    edaficzne
D    biotyczne
D    antropogeniczne
genetyczne

◊ niska zdolność do wyrastania

◊ niska zdolność regeneracyjna
◊ słaby aparat asymilacyjny

◊ słaby system korzeniowy

1. Bezpośredni pomiar zmiany stężenia CO

lub O

wokół rośliny

2. Pomiar absropcji izotopu

3. Metoda „żniw”

ΔB = B

– B

gdzie:
ΔB = zmiana biomasy w biocenozie pomiędzy czasem 1 (t

) a

czasem 2 (t

)

= biomasa w czasie t

Możliwe źródła strat:

L = straty biomasy w wyniku śmierci roślin lub obumierania ich części

G = straty biomasy na rzecz konsumentów

produkcja pierwotna = ΔB + L + G

◊ podatność na choroby

◊ wrażliwość na czynniki zewnętrzne

klimatyczne

◊ krótki okres wegetacyjny
◊ chłód lub nadmiar ciepła

◊ nieodpowiednie naświetlenie

◊ susza glebowa i atmosferyczna
◊ nadmiar opadów

◊ nieodpowiednie stężenie CO2
◊ wiatr

edaficzne

◊ wadliwa tekstura

◊ niewłaściwa struktura gleby lub jej brak

◊ brak lub nadmiar składników pokarmowych
◊ brak substancji organicznej

◊ brak tlenu

◊ substancje toksyczne
◊ erozja gleby

biotyczne

◊ wiek

◊ choroby
◊ szkodniki

◊ nadmierne spasanie

◊ deptanie
◊ wpływy allelopatyczne

antropogeniczne

◊ rabunkowe wykorzystanie

◊ niestosowna uprawa
◊ niewłaściwa chemizacja

◊ zanieczyszczenie wody

◊ emisje chemiczne w powietrze (gazy i aerozole)
◊ niewłaściwa ingerencja zoocenotyczna

◊ obciążenia turystyczno-rekreacyjne

Produkcja wtórna – biomasa wyższych poziomów troficznych (od drugiego)

biomasa będąca pokarmem

(MA)

zapas nienaruszony

(MJ)

pokarm zdobyty

(MR)

pokarm nie zjedzony

(NU)

pokarm zjedzony

(C)

ekskrementy

(Fu)

metabolizm

(R)

biomasa wyprodukowana

(P)

produkty rozkładu

wyzwolona energia

zapas nienaruszony

(MJ)

pokarm zdobyty

następnego poziomu

troficznego

(MR)

pokarm przyswojony

(A)

energia pobrana z niższego poziomu troficznego (M)

energia nie zużyta

pobór energii brutto

(C)

fekalia

(F)

energia przyswojona

(D)

mocz

(U)

asymilacja

(A)

w spoczynku

energia zużywana

wzrost

rozmnażanie

koszt utrzymania lub oddychanie

(R)

„produkcja”

(P)

Przeciętna wydajność produkcji (%)

Grupa

wydajność

produkcji

liczba badań

Owadożerne 0,86
Ptaki 1,29
Zespoły drobnych ssaków

1,51

Pozostałe ssaki

3,14

Ryby i owady społeczne 9,17

Inne bezkręgowce (poza owadami)

25,0

roślinożerne 20,8

drapieżne 27,6

detrytusofagi

36,2

Owady niespołeczne 40,7

roślinożerne 38,8

drapieżne 47,0
detrytusofagi

55,6

6
9

Czynniki determinujące długość łańcuchów troficznych:

    Liczbę poziomów troficznych ogranicza dostępna energia
    Układy zawierające zbyt wiele poziomów troficznych są niestabilne
    Długość łańcuchów zależy od liczby wymiarów przestrzeni, jaką zajmuje ekosystem

Mechanizmy kształtowania struktury ekosystemów

„z dołu” – kontrolujacy wpływ polega na wyczerpywaniu się zasobów
„z góry” – kontrolę sprawuje drapieżca nad ofiarami, lub roślinożerca nad

roślinnością

Struktura i produktywność ekosystemów lądowych

Środowiska życia na Ziemi

środowiska wodne – 71% powierzchni kuli ziemskiej

środowiska lądowe - 29% powierzchni kuli ziemskiej

ekosystemy leśne – 32% lądów

ekosystemy trawiaste – 21% lądów

EKOSYSTEMY LEŚNE ŚWIATA

Międzyzwrotnikowe lasy wiecznie zielone – 11,3%

Międzyzwrotnikowe lasy sezonowe – 5,0%

Lasy strefy umiarkowanej

zawsze zielone – 3,2%

zrzucajce liście – 4,5%

Tajga – 8,0%

ZNACZENIE EKOSYSTEMÓW LEŚNYCH

asymilacja dwutlenku węgla

produkcja biomasy

stabilizacja gleby

oczyszczanie atmosfery z pyłów

i zanieczyszczających gazów

sprzyjanie tworzeniu się opadów

nasycenie atmosfery parą wodną

WARUNKI ŚWIETLNE W LESIE
WARUNKI TERMICZNE W LESIE
STRUKTURA LASU

Znaczenie roślin runa w różnych typach lasu

133

166

Tworzona
sucha masa
(g/m

)

132

198

266

331

487

780

Liczba
osobników na
1 m

Liczba
gatunków
runa

Bory
suche

Olsy

Bory
świeże

Bory
mieszane

Grądy

Łęgi

Typ lasu

CZYNNIKI OGRANICZAJĄCE PRODUKCJĘ CENOZ LEŚNYCH

niestosowna do warunków siedliska struktura drzewostanu

niska troficzność siedliska

niedobory wodne

nadmierne żerowanie zwierząt roślinożernych

EKOSYSTEMY TRAWIASTE ŚWIATA

naturalne

stepy, sawanny, łąki wysokogórskie

antropogeniczne

niżowe i górskie łąki i pastwiska strefy leśnej

EKOSYSTEMY TRAWIASTE:

Okrywa roślinna złożona jest w większości z traw, czasem turzyc, z różnym
udziałem jedno- i dwuliściennych bylin

Rośliny te tworzą darń, która odznacza się silnym zwarciem rozłogów i korzeni
w powierzchniowej warstwie gleby

Darń przykrywa glebę, przeciwdziała erozji, chroni przed nadmiernym
wysychaniem wierzchniej warstwy glebowej, ułatwia wsiąkanie wody

SKŁAD FLORYSTYCZNY POLSKICH ŁĄK

około 400 gatunków, w tym:

trawy

turzycowate i sitowate

motylkowate

CZYNNIKI OGRANICZAJĄCE PRODUKCJĘ CENOZ TRAWIASTYCH

poziom pozyskiwania biomasy

troficzność siedliska

stosunki wodne

sposób użytkowania

Struktura i produktywność ekosystemów wodnych

WODY KULI ZIEMSKIEJ:

71 % powierzchni Ziemi
Środowiska wodne:

o Słodkowodne

o    Wody stojące (lenityczne): jeziora, zbiorniki zaporowe
o    Wody płynące (lotyczne): rzeki, potoki, strumienie
o    Źródła

o Estuariowe
o Morskie: morza, oceany

Struktura strefowa zbiorników wodnych:

o    Litoral
o    Pelagial
o    Bental (profundal)

Czynniki ekologiczne w środowisku wodnym:

o    Światło
o    Temperatura
o    Skład chemiczny

Podział wód ze względu na zasolenie

Podział jezior ze względu na cechy cyrkulacji wody

1. Dimiktyczne – dwa okresy pełnej cyrkulacji, czyli pełnego wymieszania wody
2. Monomiktyczne zimne – temperatura wody nigdy nie przekracza 4°C (jeziora

polarne); jeden okres cyrkulacji w lecie

3. Monomiktyczne ciepłe – temperatura wody nigdy nie spada poniżej 4°C (jeziora

ciepłej części strefy klimatu umiarkowanego i strefy subtropikalnej); jeden okres
cyrkulacji w zimie

4. Polimiktyczne – stała cyrkulacja z krótkim okresem stagnacji lub bez tego okresu

(jeziora wysokogórskie i jeziora w strefie równikowej)

5. Oligomiktyczne – rzadko (lub bardzo wolno) mieszane (ustabilizowane termicznie);

większość jezior strefy tropikalnej

6. Meromiktyczne – trwale stratyfikowane, najczęściej w wyniku zróżnicowania składu

chemicznego wód hypo i epilimnionu

Limnologiczny podział jezior
Podział jezior ze względu na troficzność

1. Dystroficzne – woda zawiera substancje humusowe; podłoże torfowe lub inne

organogeniczne; pH<5

2. Oligotroficzne – woda zawiera mało substancji pokarmowych; ilość azotu i fosforu

śladowa, pH>7 (wody wapienne) lub pH<7 (wody bezwapienne)

3. Mezotroficzne – średnio żyzne; przejściowe między jeziorami oligotroficznymi i

eutroficznymi

4. Eutroficzne – woda zawiera dużo substancji pokarmowych; ilość azotu > 1mg/l, ilość

fosforu > 0,5 mg/l, pH=>7

EUTROFIZACJA – proces wzrostu żyzności zbiorników wodnych spowodowany
zwiększonym dopływem mineralnych substancji odżywczych (związków azotu i fosforu)

Produkcja pierwotna netto trzech typów jezior w żyznych siedliskach, dane ogólnoświatowe
(Likens, 1975)
Typ roślin Sucha

masa

(g/m2/rok)

Zawartość węgla
(mg/m2/d)

Fitoplankton
jeziorny

100-900 100-1200

Makrofity
zanurzone

500-2700 400-2000

Makrofity
nawodne

1200-4100 3000-8000

Estuaria
ESTUARIUM (aestus - przypływ) – częściowo odcięty przybrzeżny zbiornik wodny mający
swobodne połączenie z otwarym morzem
Estuaria:

o    Położone są w zatokach i ujściach rzek kontaktujących się z morzem
o    Podlegają pływom morskim
o    Zasilane są wodami lądowymi
o    Zawierają wody słonawe
o    Zawieraja florę i faunę zarówno morską, jak i słodkowodną oraz gatunki

endemiczne

Ekosystemy morskie
Ruch wirowy Ziemi w połączeniu z wiatrami wiejącymi w kierunku równika i od wybrzeży w
stronę oceanu powoduje zepchnięcie ciepłej warstwy wody powierzchniowej w głąb oceanu.
W konsekwencji, zimna woda podnosi się z głębi oceanu i zastępuje wodę ciepłą.
Zjawisko wypychania wód głębinowych ku powierzchni nosi nazwę prądów wstępujących
(upwellingów) i występuje m.in. w pasie wód wokół Antarktydy, u wybrzezy Peru i wokół
Labradoru. Upwelling powoduje powstanie wysokoproduktywnych rejonów oceanów.
Wysokoproduktywne obszary oceanów występują w rejonie upwellingów, zwłaszcza w
sąsiedztwie szelfów kontynentalnych.

Człowiek i środowisko. Cykle biogeochemiczne

ZAGROŻENIE WARSTWY OZONOWEJ
Powstawanie ozonu stratosferze
Rola ozonu w stratosferze
Promieniowanie UV:

UV-C: 200-280 nm – szkodliwe dla organizmów żywych – nie dociera do
powierzchni Ziemi, uczestniczy w powstawaniu warstwy ozonowej

UV-B: 280-320 nm – szkodliwe dla organizmów żywych (działa mutagennie)
– duża część pochłaniana przez ozon, część dociera do powierzchni Ziemi,
powoduje produkcję witaminy D w skórze

UV-A: 320-400 nm – względnie bezpieczne dla organizmów żywych, ważne
dla procesów życiowych roślin, odpowiedzialne za opalanie (wytwarzanie
melaniny przez skórę), dociera bez przeszkód do powierzchni Ziemi

Warstwa ozonowa zatrzymuje szczególnie szkodliwą frakcję promieniowania UV - UVB
Mechanizm rozpadu ozonu przy udziale freonu
1. Atomy chloru uwalniane z rozpadającej się cząsteczki freonu „atakują” cząsteczkę ozonu i
odrywając jeden atom tlenu pozostawiają cząsteczkę O2
2. Związek chloru i tlenu nie jest trwały: atom tlenu odrywa się i przyłącza się do innej
cząsteczki ozonu.
3. Powstają 3 cząsteczki tlenu: 2 cząsteczki ozonu stają się 3 cząsteczkami tlenu O2
Atom chloru pozostaje w atmosferze i dołącza do następnej cząsteczki ozonu.....
Geofizyczne przyczyny zaniku ozonu nad Antarktydą
1. Przy braku ruchu powietrza w atmosferze, największa ilość ozonu występowałaby na
wysokości ponad 30 km nad równikiem.
2. Wiatry stratosferyczne spychają powietrze wzbogacone w ozon znad równika w
stronę biegunów, szczególnie silnie pod koniec nocy polarnej.
3. Ruchy powietrza są niesymetryczne i półkula północna otrzymuje ponad połowę
ozonu wytwarzanego w ciągu roku nad równikiem.
4. Na początku antarktycznej nocy polarnej (okres początku wiosny na półkuli pn) nad
obszarem Antarktydy formuje się wir, w którym przez pół roku powietrze krąży wokół
bieguna.
5. Obszar Antarktydy zostaje odizolowany od dopływu powietrza równikowego: procesy
rozpadu ozonu przeważają nad procesami wytwarzania i ilość ozonu zaczyna maleć.

Efekt cieplarniany – efekt szklarniowy – dodatni bilans energii promieniowania
słonecznego spowodowany wzrostem stężenia niektórych gazów w atmosferze Ziemi.
Nazwa „efekt cieplarniany” pochodzi od porównania atmosfery ziemskiej do szyb szklarni,
które przepuszczają promieniowanie słoneczne i zatrzymują ciepło wewnątrz budynku.
99% energii decydującej o temperaturze
i gospodarce cieplnej powierzchniowych warstw Ziemi pochodzi ze Słońca.
Część promieniowania ulega rozproszeniu w atmosferze oraz odbiciu przez chmury
Atmosfera stanowi filtr dla promieniowania Słońca.

1. Większą część promieniowania UV pochłania warstwa ozonowa.
2. Dużą część promieniowania podczerwonego pochłania para wodna i dwutlenek węgla

i inne gazy zwane GAZAMI CIEPLARNIANYMI.

3. Do Ziemi dociera głównie promieniowanie widzialne (400-700 nm).

Powierzchnia Ziemi nagrzewa się i wypromieniowuje energię cieplną w postaci
promieniowania długofalowego (podczerwonego, cieplnego)

Wskutek zmiany składu chemicznego atmosfery ziemskiej, głównie wzrostu zawartości CO2,
duża część promieniowania cieplnego zostaje zatrzymana
Wzrost zawartości gazów cieplarnianych w atmosferze powoduje dodatni bilans
promieniowania (czyli efekt cieplarniany) i prowadzi do wzrostu temperatury (czyli
globalnego ocieplenia).
W historii geologicznej Ziemi skład atmosfery Ziemi zmieniał się, a wraz z nim natężenie
efektu cieplarnianego i średnia temperatura na powierzchni planety.
Obecnie obserwowane ocieplenie globalne przypisuje się wzmożonemu efektowi
cieplarnianemu na skutek uwalniania do atmosfery znacznej ilości gazów cieplarnianych,
zwłaszcza dwutlenku węgla i metanu pochodzenia przemysłowego.
Ocieplenie klimatu pociąga za sobą szereg zmian widocznych zarówno w środowisku
przyrodniczym , jak i działalności gospodarczej człowieka:

zmiany cyrkulacji atmosferycznej i wód

zmiany bilansu wody

zmiany w długości okresu wegetacji i zasięgu uprawy roślin

zmiany w strukturze zużycia energii

Kwaśne deszcze

W skład atmosfery ziemskiej, oprócz innych gazów, wchodzi również para wodna.

Przy spadku temperatury poniżej granicy odpowiadającej punktowi nasycenia
powietrza parą wodną pewna jej ilość przechodzi w stan ciekły (kondensacja) lub stały
(krystalizacja).

Produkty procesu kondensacji lub krystalizacji pary wodnej nazywamy opadem
atmosferycznym.

Opad atmosferyczny pochłania z atmosfery gazowe składniki powietrza i wypłukuje z
niej cząstki materii.

Jakość i ilość występujących w opadzie składników i ich wzajemne relacje pozwalają
na określenie stanu zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego.

W warunkach naturalnych kwasowość opadu atmosferycznego wynosi 5,65 i określa
ją zawartość CO2.

Opad, którego wartość pH jest niższa od 5,6 określa się jako kwaśny opad
atmosferyczny.

Ponieważ dominującą formą opadu jest deszcz, stąd tego typu opad nazywa się
potocznie kwaśnym deszczem.

Głównymi czynnikami powodującymi wzrost kwasowości opadów atmosferycznych są
przenikające do atmosfery tlenki siarki (SOx) i tlenki azotu (NOx) pochodzenia
antropogenicznego.
Kwaśny deszcz – opad atmosferyczny, którego wartość pH jest niższa od 5,6.
Na obszarze prawie całej Europy występują opady, których pH zawiera się w przedziale 4-
4,5. Są zatem około 10 razy bardziej kwaśne niż tzw. normalny deszcz.
SKUTKI KWAŚNYCH DESZCZY

Dla roślinności: uszkodzenie liści, głównie aparatów szparkowych, osłabienie
procesu fotosyntezy, przedwczesne opadanie liści, gromadzenie metali ciężkich – w
efekcie obumieraja lasy i żyjąca w nich fauna

Dla wody i fauny wodnej: spadek zawartości wapnia w wodzie (degeneracja
szkieletów i tkanek fauny wodnej – ryby i ptaki żywiące się rybami mają coraz mniej
pokarmu – w efekcie zamiera życie organiczne)

Dla człowieka: schorzenia układu oddechowego

STRUKTURA I ZMIENNOŚĆ BIOCENOZ
SUKCESJA EKOLOGICZNA

BIOCENOZA jest zbiorem populacji organizmów wszystkich gatunków żyjących w
określonej przestrzeni, czyli biotopie.

BIOCENOZA jest zintegrowana dzięki koewolucji grup oddziaływujących na siebie
gatunków.

BIOCENOZA jest kształtowana przez dobór naturalny działający na osobniki
tworzące biocenozę.

Warunki istnienia biocenoz
1. Charakterystyczny skład gatunkowy
2. Pełność składu gatunkowego
3. Trwanie w czasie
4. Obszar i granice

Charakterystyczny skład gatunkowy

lista gatunków jest specyficzna

liczba gatunków i ich kompleksy wykazują znaczną stałość oraz
powtarzalność

zbiór gatunków danej biocenozy różni się istotnie od innych zbiorów
gatunków

rola gatunku w biocenozie:

gatunki dominujące

gatunki kluczowe (=zwornikowe - „keystone species”)

Pełność składu gatunkowego zapewnia realizację obiegu materii i energii

   grupa producentów ( autotrofy)
   grupa konsumentów (heterotrofy)
   grupa destruentów

Trwanie w czasie
Biocenozy mają tendencję do utrzymywania się w stanie dynamicznej równowagi. Biocenoza
ma zdolność samoregulacji (homeostazy) - zmierza do równowagi (stanu stabilności) po tym,
jak zostanie z równowagi wytrącona.
Obszar i granice
Sposoby wyznaczania granic biocenoz:

zróżnicowanie biotopów

odmienność składu organizmów - biocenozy są zbiorami populacji o
tych samych wymaganiach środowiskowych - grupy gatunków

w różnych miejscach nie są takie same.
Granice biocenoz:

ostre

nieostre

mozaikowate

Biocenozy zmieniają się stopniowo w przestrzeni i czasie.

Struktura biocenozy

Struktura biotyczna

Struktura przestrzenna

Struktura biocenoz

Struktura biotyczna

Skład gatunkowy

Struktura troficzna

Struktura konkurencyjna

Struktura paratroficzna

Struktura przestrzenna

Zróżnicowanie pionowe

Zróżnicowanie poziome

Struktura biotyczna - skład gatunkowy

Charakterystyka stosunków ilościowych

dominacja

zagęszczenie

Charakterystyka porównawcza

stałość

wierność

zróżnicowanie

podobieństwo

Dominacja – określenie roli, jaką odgrywa dany gatunek w biocenozie
D = s / S * 100
D – dominacja
s – liczba osobników danego gatunku
S – liczba osobników wszystkich gatunków badanej
jednostki

dominanty – gatunki najliczniejsze

influenty – gatunki średnio liczebne

gatunki akcesoryczne – słabo liczebne

Zagęszczenie gatunków – liczba gatunków, jaka występuje w danym siedlisku na określoną
jednostkę powierzchni lub objętości
Ag = Ng / S
Ng - liczba gatunków
S – powierzchnia lub objętość
Stałość – obecność danego gatunku w obrębie biocenozy

C = na / N * 100

na – liczba prób zawierających badany gatunek
N – liczba prób w badanej serii
Wierność

gatunki charakterystyczne

gatunki towarzyszące

gatunki przypadkowe

Wskaźnik zróżnicowania (bogactwa gatunkowego zespołu) Simpsona
d = (S – 1) / log N
S – liczba gatunków w zespole
N – ogólna liczba osobników
Współczynnik podobieństwa zespołów (liczba Sörensena)
So = 100 2c / (a+b)

c – liczba gatunków wspólnych dla dwóch zespołów
a – liczba gatunków w zespole pierwszym
b – liczba gatunków w zespole drugim

Struktura biotyczna
Struktura troficzna

poziom troficzny – grupa organizmów spełniająca podobną funkcję w
procesach energetycznych biocenozy

piramida troficzna – proporcja udziału liczby osobników, biomasy lub
przepływu energii w poziomach troficznych

łańcuch troficzny – sekwencja organizmów połączonych
zależnościami pokarmowymi w taki sposób, że każde ogniwo
poprzedzające jest pokarmem dla następnego

sieć troficzna – schemat powiązań troficznych między gatunkami lub
grupami gatunków o podobnych zwyczajach pokarmowych; sieci
troficzne tworzą krzyżujące się łańcuchy pokarmowe

Nisza ekologiczna – ogół wszystkich przystosowań gatunku i jego pozycja w środowisku
biotycznym; sposób, w jaki gatunek korzysta z różnych zasobów, a także w jaki może być
wykorzystany przez inne gatunki – rola gatunku w biocenozie
Biotop – obszar jednolity pod względem warunków życia, miejsce zajmowane przez
biocenozę, lub populację danego gatunku.
Siedlisko – środowisko życia gatunku, obejmujące zespół wszystkich biotycznych i
abiotycznych czynników.
Struktura przestrzenna
Zróżnicowanie pionowe (struktura warstwowa, piętrowość):
Strukturę warstwową biocenoz lądowych i wodnych kształtuje zróżnicowanie warunków
oświetlenia, które decydują o produkcji pierwotnej, to znaczy ilość fotosyntetycznie czynnej
energii słonecznej w różnych warstwach biocenozy.

Struktura przestrzenna
Zróżnicowanie poziome

strefowość

biocenozy wodne: strefy różnią się warunkami życia;
podział na strefy kształtowany jest przez dostęp światła,
temperaturę, zasolenie, warunki troficzne

biocenozy lądowe: roślinność wykazuje ciągłą
zmienność wzdłuż gradientu środowiskowego, tj.
uporządkowanie według jakiegoś czynnika lub
czynników ekologicznych. Biocenozy kontaktują się
przez tzw. strefy przejścia – EKOTONY, w których
występują elementy z sąsiadujących zbiorowisk.

mozaikowatość

mozaikowatość biocenoz związana jest ze
zróżnicowaniem podłoża, oraz z agregacyjnym
rozkładem przestrzennym określonych populacji

Zmiany w biocenozach

Charakter zmian

Zmiany sukcesywne (kierunkowe)

Zmiany cykliczne

Zmiany fluktuacyjne

Żródło zmian

Egzogenne

Endogenne

Okres zmian

Krótkoterminowe

Sekularne (czas ekologiczny)

Czas geologiczny

Zmiany sukcesywne - SUKCESJA
Rodzaje sukcesji ze względu na sytuację wyjściową

Sukcesja pierwotna

Sukcesja wtórna

Rodzaje sukcesji ze względu na czynniki odpowiedzialne za jej przebieg

Czynniki autogenne - zmiany spowodowane przez rośliny

Czynniki egzogenne - zmiany właściwości gleby, pożary, gospodarka
człowieka itp.

SUKCESJA EKOLOGICZNA

Sukcesja jest to uporządkowany proces rozwoju biocenozy obejmujący zmiany w
strukturze gatunkowej i procesach biocenotycznych zachodzące w czasie; proces ten
jest w pewnej mierze ukierunkowany i przewidywalny.

Sukcesja jest wynikiem zmian zachodzących w środowisku abiotycznym pod
wpływem roślin i zwierząt; jest więc zależna od biocenozy, choć abiotyczne
właściwości środowiska określają jej kierunek i szybkość.

Punktem kulminacyjnym rozwoju jest ekosystem ustabilizowany, w którym
utrzymują się stale maksimum biomasy i maksymalnie rozwinięte symbiotyczne
związki między organizmami.

Sukcesja to rozwój biocenozy przez oddziaływanie roślinności na środowisko,
prowadzący do osiedlania się nowych gatunków.
Rozpoznajemy ją dzieki progresywnym zmianom w składzie gatunkowym biocenozy.

Stadia sukcesji

Stadium początkowe. Sukcesja

jest

poprzedzona pojawieniem się wolnej

przestrzeni. Jeżeli rozwój rozpoczyna się na powierzchni, która nie była zajęta przez
żadną biocenozę – proces ten nazywa się sukcesją pierwotną; jeżeli biocenoza
rozwija się na obszarze, na którym poprzednia biocenoza została zniszczona lub
zaburzona – proces ten nazywa się sukcesją wtórną.

Stadium pośrednie. Pod

wpływem biocenozy zmieniają się właściwości środowiska,

a jednocześnie między gatunkami zasiedlającymi wolną przestrzeń trwa konkurencja o
zasoby i przestrzeń. Te dwa procesy pociągają za sobą wymianę gatunków.

Stadium końcowe. Stabilizacja

zbiorowiska

KLIMAKS – ukształtowanie się

takiej kompozycji gatunkowej, która w danym klimacie jest zdolna trwać w czasie i
przestrzeni.

Modele sukcesji

Model ułatwiania (model klasyczny) - jeden gatunek zastepuje drugi,
ponieważ w każdym stadium gatunki tak przekształcają środowisko, że dla
nich samych staje się ono mniej odpowiednie, dla innych zaś bardziej
odpowiednie.

Model hamowania - sukcesja jest niejednorodna, ponieważ rozwój fitocenozy
w dowolnym miejscu zależy od tego, jaki gatunek dotrze tam pierwszy.

Model tolerancji (sekwencja początkowego składu florystycznego) - obecność
gatunków wczsnych stadiów nie ma zasadniczego znaczenia - sukcesję może
rozpocząć każdy gatunek. Gatunki są wymieniane przez inne, które lepiej
tolerują działanie czynników ograniczających.

RÓŻNORODNOŚĆ BIOLOGICZNA
RÓWNOWAGA BIOCENOTYCZNA
RÓŻNORODNOŚĆ BIOLOGICZNA A RÓWNOWAGA BIOCENOTYCZNA

RÓŻNORODNOŚĆ BIOLOGICZNA = „biodiversity” - rozmaitość form życia na Ziemi

bogactwo gatunkowe - liczba gatunków

zróżnicowanie gatunkowe - względna liczebność poszczególnych gatunków

Zróżnicowanie gatunkowe

zróżnicowanie wewnątrzsiedliskowe - różnorodność alfa (α )

zróżnicowanie międzysiedliskowe - różnorodność beta (β)

Różnorodność alfa

Miejsce A

Miejsce B

Liczba gatunków na siedlisko

Liczba różnych siedlisk

10 10

Różnorodność beta

Miejsce A

Miejsce B

Liczba gatunków na siedlisko

10 10

Liczba różnych siedlisk

Aspekty różnorodności biologicznej

historyczny - historia różnorodności gatunkowej, a zwłaszcza jej wzrostu w
procesie ewolucji

geograficzny – gradient różnorodności w skali kuli ziemskiej

środowiskowy - zależność różnorodności od heterogenności środowiska

Czynniki wpływające na różnorodność gatunkową:

historia - więcej czasu pozwala na bardziej kompletną kolonizację i ewolucję
nowych gatunków

heterogenność powierzchni - bardziej złożone fizycznie lub biologicznie
siedliska stwarzają więcej nisz

konkurencja - konkurencja sprzyja mniejszej szerokości nisz; konkurencyjne
wypieranie eliminuje gatunki

drapieżnictwo - drapieżnictwo opóźnia konkurencyjne wypieranie

klimat - korzystne warunki klimatyczne pozwalają na obecność większej
liczby gatunków

zmienność klimatu - stabilność umożliwia specjalizację

produktywność - bogactwo gatunkowe jest ograniczone podziałem dostępnej
produkcji między gatunki

zmiany środowiska - umiarkowane zmiany opóźniają konkurencyjne
wypieranie

HISTORIA - różnorodność gatunkowa zwiększa się w czasie geologicznym
HETEROGENNOŚĆ POWIERZCHNI - im bardziej zróżnicowane i złożone środowisko
fizyczne, tym bardziej złożone są zespoły roślin i zwierząt oraz większa różnorodność
gatunkowa.
KONKURENCJA - uwidacznia się przez zależność między niszami różnych gatunków w
biocenozie

DRAPIEŻNICTWO - może zwiększać różnorodność gatunkową ofiar jeżeli jeden z gatunków
ofiar ma zdolność do zdobywania dominacji.
KLIMAT I JEGO ZMIENNOŚĆ - im bardziej stabilne parametry klimatu i klimat bardziej
sprzyjający, tym więcej będzie gatunków.

Rejony o stabilnym klimacie stwarzają warunki do ewolucji bardziej wyrafinowanych
specjalizacji niż tereny o zmiennym klimacie. Prowadzi to do mniejszych nisz i
większej liczby gatunków na jednostkę powierzchni siedliska.

W strefie równikowej Ziemi tempo wymierania gatunków jest niskie.

Model energetyczny: Różnorodność gatunkowa jest skorelowana z ilością dostępnej energii
słonecznej.
PRODUKTYWNOŚĆ - dłuższy sezon wegetacyjny w tropikach pozwala gatunkom
tworzącym biocenozę dzielić się środowiskiem zarówno w przestrzeni, jak i w czasie, co
pozwala na współwystępowanie większej liczby gatunków.

ZMIANY ŚRODOWISKA
ZABURZENIE - jest to jakikolwiek proces powodujący usunięcie dużej części żyjącej
biomasy w zbiorowisku; jest to zmiana wywołana przez naturalne i antropogeniczne czynniki
zakłócające strukturę populacji, zbiorowiska i biocenozy.
Hipoteza średniego poziomu zaburzeń:

Kiedy zaburzenia zachodzą zbyt często, a populacje odznaczają się małym
tempem wzrostu, gatunki wymierają.

Jeżeli zaburzenia są rzadkie, system uzyskuje stan równowagi konkurencyjnej
i gatunki o niskiej sprawności konkurencyjnej giną.

Pośredni poziom zaburzeń maksymalizuje różnorodność gatunkową.

PODSUMOWANIE

Wszystkie czynniki mogą współdziałać w kształtowaniu różnorodności.

W skali regionalnej najważniejszymi czynnikami są historia i klimat, a w skali
lokalnej - heterogenność powierzchni, drapieżnictwo i konkurencja.

RÓWNOWAGA BIOCENOTYCZNA - stan dynamicznej równowagi w biocenozach lub
ekosystemach.
Równowaga biocenotyczna polega na tym, że mimo stałego przybywania i ubywania
osobników, spowodowanego przez rozród, śmiertelność, emigrację i imigrację, liczebność
populacji i liczba gatunków pozostają w przybliżeniu stałe, charakterystyczne dla danego typu
biocenozy.

Ogólne hipotezy organizacji biocenoz
1. Model klasyczny - biocenozy znajdują się w równowadze - ich skład gatunkowy i
względna liczebność są kształtowane przez interakcje biotyczne.
2. Model nierównowagi - stan stabilny równowagi nie istnieje - biocenozy po zakłóceniach
powracają zawsze do początkowego stanu.

Biocenozy naturalne mogą tworzyć spektrum stanów od równowagi do nierównowagi.
Przyjmuje się, że zrównoważona biocenoza jest globalnie stabilna, to znaczy, że po każdym
zaburzeniu system powraca do punktu równowagi.

Miary stabilności biocenoz

Stałość - brak zmian, np. na skutek izolacji

Elastyczność - miara szybkości powrotu do stanu początkowego po
zaburzeniach

Oporność - brak reakcji na czynniki zaburzające

Trwałość - stałość składu gatunkowego

Równowaga dynamiczna - wyrównane działanie różnych sił, np. dopływ i
odpływ składników.

Gradient stabilności biocenoz:
Biocenozy stabilne

biocenozy wysycone biotycznymi interakcjami; biocenozy w stanie
równowagi

Biocenozy niestabilne

biocenozy, w których zachodzące interakcje biotyczne nie prowadzą do
trwałej równowagi

biocenozy, w których zachodzą słabe oddziaływania biotyczne i w których
czynniki fizyczne (np. temperatura, zasolenie, pożary) nie pozwalają na
osiągnięcie trwałej równowagi

Znaczenie różnorodności gatunkowej

Hipoteza wypadających nitów

Hipoteza gatunków kluczowych

Hipoteza redundancji

EKOLOGIA KRAJOBRAZU

Krajobraz w naukach przyrodniczych:
Aleksander von Humboldt (1769 – 1859): krajobraz to całościowa charakerystyka regionu
Ziemi

Krajobraz jako przedmiot badań różnych dyscyplin:

Geografia fizyczna: krajobraz to geokompleks – zewnętrzny wygląd Ziemi z
określonego miejsca – wyróżniony na podstawie cech przyrodniczych (gleby,
wody, roślinności potencjalnej):

Krajobrazy nizin (np. glacjalne, eoliczne)

Krajobrazy wyżyn i niskich gór (np. lessowe-eoliczne,
węglanowe i gipsowe – erozyjne)

Krajobrazy gór średnich i wysokich (np. średniogórskie
erozyjne)

Krajobrazy dolin i obniżeń (np. zalewowych den dolin –
akumulacyjne)

Krajobraz jako przedmiot badań różnych dyscyplin:

Geochemia: badanie cech chemicznych poszczególnych składowych układów
przyrodniczych i sposobu przemieszczania się substancji chemicznych w
krajobrazie:

Autonomiczny (eluwialny)

Eluwialno-akumulacyjny

Akumulacyjno-eluwialny

Transeluwialny

Nadwodny

Podwodny

Geobotanika: elementami składowymi krajobrazu są ekosystemy (których
granice i zasięg wyróżnia się najczęściej na podstawie zróżnicowania
zbiorowisk roślinnych), połączone między sobą nieprzypadkowymi relacjami
wzajemnymi i zależnością od wspólnych warunków środowiska

Ekologia zwierząt: badania aspektów funkcjonalnych krajobrazu – np.
wykrycie i opisanie integrującej roli populacji zwierzęcych zasiedlajacych
jednocześnie dwa lub więcej ekosystemów. Zwierzęta mogą być stałym
nośnikiem materii i energii między ekosystemami i mogą odgrywać rolę
zasilającą i sterującą na poziomie całego układu ponadekosystemalnego.

KRAJOBRAZ – fragment biosfery składający się z grup
powiązanych ze sobą funkcjonalnie ekosystemów.

Głównymi cechami krajobrazu są:

struktura – rozmieszczenie gatunków roślin

i zwierząt, kształt i liczba, rodzaj i układ wzajemny ekosystemów

funkcjonowanie – interakcje pomiędzy przestrzennymi
jednostkami krajobrazu, jak obieg materii

i przepływ energii oraz migracje organizmów żywych między ekosystemami

zmienność w czasie – przekształcenie struktury

i funkcji mozaiki układów ekologicznych w czasie

Ekologia krajobrazu (geoekologia) – jest to nauka zajmująca się kompleksem powiązań
między biocenozami i ich środowiskowymi uwarunkowaniami w określonym fragmencie
krajobrazu.

Krajobraz jako funkcja przemian spowodowanych ludzką działalnością:

krajobraz pierwotny – nie zmieniony przez działalność ludzką

krajobraz naturalny – znajdujący się częściowo pod wpływem działalności
ludzkiej

krajobraz kulturowy (antropogeniczny) – całkowicie objęty działalnością
ludzką

krajobraz zdewastowany (zdegradowany) – pozbawiony zdolności
samoregulujących z powodu cłkowicie zaburzonej równowagi biologicznej

Elementy krajobrazu ekologicznego:

Płaty – pojedyncze ekosystemy lub grupa ekosystemów o zbliżonym
charakterze (pojedyncze pole, łąka, las, jezioro).

Korytarze – różne struktury pasmowe (rzeka, dolina, pas zadrzewień).

Tło – element łączący lub otaczający płaty i korytarze

PŁATY

Zgrupowanie płatów ekologicznych jednej formacji roślinnej uważane jest za
strefę ekologiczną: leśną, łąkową, polną.

Jeżeli w danym rejonie wystepuje duża zróżnicowanie płatów różnych
formacji, bez wyraźnej dominacji mówimy o strefie mozaikowej.

Istotnymi cechami płatów są kształt i natura ich krawędzi.

Kształt i natura granic – EKOTONÓW

Granica w sposób ciągły oddziela różne układy

Granica zbudowana jest prawie całkowicie z materiałów i gatunków
występujących po obu jej stronach

Granice o nieregularnej linii zapewniają miejsca żerowania roślinożercom, schronienie
drapieżcom oraz zabezpieczają możliwość migracji gatunków

Wielkość płatu i odległość od ostoi ma wpływ na jego różnorodność gatunkową.

Wyspy środowiskowe – niewielkie powierzchnie leśne, zadrzewienia, zakrzaczenia w
krajobrazie rolniczym lub zurbanizowanym, przestrzenne układy izolowanych torfowisk
oddzielonych od siebie siedliskami o odmiennym charakterze ekologicznym.

Biogeograficzna teoria wysp
MacArthur i Wilson (1967)
W zależności od wielkości wyspy i jej odległości od kontynentu różnie kształtuje się tempo
imigracji i lokalnego wymierania gatunków.

S = CAz

S – liczba gatunków
A – wielkość wyspy
C – stała określająca liczbę gatunków na jednostkę powierzchni
z – stała opisująca nachylenie linii określającej zależność między S i A.

Podstawową rożnicą funkcjonalną między wyspami oceanicznymi i środowiskowymi jest
redukcja rzeczywistego stopnia izolacji między powierzchniami o identycznym charakterze
przez połączenia korytarzowe.

Korytarze

Istotnymi cechami korytarzy są: długość, szerokość, stopień powiązania z
innymi elementami układu, kształt linii, przepustowość.

System korytarzy odgrywa kluczową rolę w kontrolowaniu stosunków
wodnych i pokarmowych w krajobrazie, w utrzymywaniu się gatunków w
terenie.

Rodzaje korytarzy:

reliktowe – pozostałości układu starszego, np. pasy drzew, żywopłoty

powstałe w wyniku zakłóceń środowiska, np. drogi i linie wysokigo napięcia

determinowane zasobami środowiska, np. strumienie lub ścieżki bydlęce

świadomie zakładane korytarze, np. żywopłoty, pasy wiatrochronne

Podział korytarzy ze względu na strukturę:

Korytarze liniowe – wąskie – warunki środowiskowe i skład gatunkowy są
pod wpływem otaczajacego tła; dają efekt krawędzi, a nie samodzielnego
układu.

Korytarze pasmowe – szerokie – mają swoiste warunki siedliskowe.

Funkcje korytarzy:

PRZEWODNICTWO: Zmniejszenie stopnia izolacji oddzielnych
elementów (wysp) krajobrazowych i ułatwienie przemieszczania się roślin i
zwierząt w obrębie krajobrazu

FILTR LUB BARIERA: Efekt bariery półprzepuszczalnej, modyfikujący
odpływ powierzchniowy i podziemny oraz ograniczający działania wiatru,
wywiewanie gleby, przemieszczanie aerozoli i biernie unoszonych
organizmów, oraz rozprzestrzenianie się zakłóceń (pożar, gradacja
szkodników)

SIEDLISKO: Funkcja siedliskowa dla specyficznych grup gatunków; udział
takich gatunków zależy głównie od kontrastu ekologicznego między
korytarzem a otaczającym tłem oraz od obecności analogicznych miejs w
sąsiedztwie

ŹRÓDŁO: Wzbogacające i regulujące (biotyczne i abiotyczne)
oddziaływania na otaczające tło, m.in: przemieszczanie materii i energii,
wzbogacanie w gatunki, zmiana warunków siedliskowych terenów
przyległych)

Cechy połączonych sieci korytarzy:

„Węzły” łączące korytarze

Rodzaje połączeń między korytarzami (np. t-kształtne, krzyżowe,
gwiaździeste)

Pętle – zespoły korytarzy umożliwiających przejście kilku węzłów i powrót
do początku oraz alternatywne trasy dla gatunków wędrujących wzdłuż
korytarzy

Ciągłość korytarzy jest warunkiem spełniania wszystkich ich funkcji

Praktyczne zastosowania ekologii krajobrazu:

Gospodarowanie przestrzenią – optymalizacja krajobrazu

Zrównoważony rozwój

Planowanie krajobrazu
Jest to ciągły proces zmierzający do optymalizacji sposobu wykorzystania określonych
fragmentów powierzchni Ziemi, z zachowaniem ich produktywności i piękna.
Prawidłowo opracowany i wdrożony plan rozwoju krajobrazu powinien obejmować
następujące etapy:

gromadzenie informacji i identyfikację wszelkich źródeł

określenie celów

wyodrebienie możliwych opcji i ich ocenę

wdrożenie odpowiedniego programu działań

stały monitoring, okresowe przeglądy, rewizję planu.

Renaturalizacja

Jest to odtworzenie krajobrazu – powtórne stworzenie stanu, jaki występował przed
zaistnieniem czynników degradujących.

Celem jest stworzenie systemu quasi-naturalnego, samoregul;ującego sie i
zintegrowanego, nie wymagajacego stałej kontroli i podtrzymywania ze strony
człowieka.

Renaturalizacja krajobrazu obejmuje m.in. rekonstrukcję warunków hydrologicznych,
glebowych i geomorfologicznych, usunięcie zaniczyszczeń chemicznych i
manipulację biologiczną, polegającą na powtórnym wprowadzeniu roślinności i
reintrodukcji wybranych gatunków roślin i zwierząt.

Zrównoważony rozwój – Sustainable development
Jest to taki sposób gospodarowania, w którym eksploatacja szeroko rozumianych zasobów
naturalnych nie prowadzi do degradacji eksploatowanych systemów i ich otoczenia, a
jednocześnie pozwala na zaspokojenie obecnych i przyszłych potrzeb i aspiracji
społeczeństwa.