EKOLOGIA OGÓLNA
472 B
Wykład 8
Ekosystemy:
ogólne prawidłowości,
stabilność i pojęcia pokrewne
EKOLOGIA OGÓLNA
472 B
Wykład 8
Ekosystemy:
ogólne prawidłowości,
stabilność i pojęcia pokrewne
OCEAN
ALOKACJA W
Ę
GLA PRODUKCJI PIERWOTNEJ
W OCEANIE ANTARKTYCZNYM
RAFA KORALOWA
Ekosystem rafy koralowej
• Tylko w wodach tropikalnych
(temp.>18
o
C;optimum 23-25
o
C)
• Płytko (max. 150 m, zwykle do 50 m)
• Maksymalna Pp (2500 – do 4000 g/m
2
)
• Maksymalna bioróŜnorodność
• ZłoŜone interakcje (symbioza zooksantelli z
koralowcami i in.)
• Znaczenie biogeochemiczne (obieg wapnia,
tworzenie skał)
GLOBALNY SYSTEM PR
Ą
DÓW MORSKICH
EL NIÑ0
PRZEKROJE TERMICZNE OCEANU SPOKOJNEGO NA
RÓWNIKU CZASIE EPIZODU EL NINO 1996/97 (ODCHYLENIA
OD
Ś
REDNIEJ WIELOLETNIEJ)
g
łę
b
o
k
o
ść
,
m
El Niño 2002
Sea surface temperature measurements collected from November
23-30, 2002, by the Moderate Resolution Imaging
pectroradiometer (MODIS), aboard NASA’s Terra satellite
vs. 15-y average (AVHRR data)
Ciepło utajone (ciepło kondensacji pary wodnej); 1998
EL NIÑO
LA NIÑA
SPADEK JESIENNYCH PLONÓW W Z.K. SKUTKIEM SUSZY
PRODUKCJA PIERWOTNA
ANOMALIA Pp
GLOBALNY WPŁYW EL NIÑO
NAJWI
Ę
KSZE DAWNIEJ
ZAREJESTROWANE
EPIZODY ENSO:
1790-93,
1828,
1876-78,
1891,
1925-26,
1972-73,
1982-83,
1997-98.
OSTATNIE
WYST
Ą
PIENIA
EL NINO
1986-1987,
1991-1992,
1993,
1994,
1997-1998,
2002-2003,
2004-2005,
2006-2007.
HISTORIA WYDARZEŃ „ENSO”
ś
ycie biosfery = cykl redoks w
ę
gla
CO
2
(CH O)
2
n
REDUKCJA
tylko
Ŝ
ywe
organizmy
UTLENIANIE
organizmy: szybko
procesy abiotyczne:
powoli
energia
energia
DEPOZYCJA
(ocean, osady)
DEPOZYCJA
(zło
Ŝ
a paliw)
PRODUKCJA
DEKOMPOZYCJA
EKOSYSTEM
EKOSYSTEM:
• Dowolny fragment biosfery,
• w którym grupa organizmów realizuje procesy
produkcji i dekompozycji,
• przy chociaŜ częściowo zamkniętym obiegu materii,
• z wykorzystaniem przepływającej przez ten system
energii.
Elementami nieoŜywionymi ekosystemu są pule
związków chemicznych: akceptorów i donorów
elektronów, substratów mineralnych i organicznych.
Nieudana próba przedstawienia sieci zaleŜności
pomiędzy elementami prostego ekosystemu
Schemat prostego ekosystemu, przedstawiający tylko
sieć zaleŜności troficznych
UPROSZCZONA
SIEĆ
TROFICZNA
PÓŁNOCNEGO
ATLANTYKU
Ekosystem - pojęcie wieloznaczne...
„WYDAJNOŚCI EKOLOGICZNE”
C
i+1=
/C
i„
= wydajność ekologiczna (Lindemann)
P/C = wydajność produkcji (brutto)
P/(C-FU) = P/A = wydajność wzrostu (netto)
A/C = wydajność asymilacji
Model przepływowy hipotetycznego ekosystemu
f
1,4
f
1,4
= c(t)
f
6,0
= z
3
f
0,3
= g(X
6
)
Macierz przepływów dla modelu ekosystemu
O
0
= suma odpływów zmiennej 0 (=otoczenia)
I
0
= suma dopływów zmiennej 0 (=otoczenia)
B
=
Bilans
=
I
0
- O
0
Model przepływowy hipotetycznego ekosystemu
Ekosystem jako
„czarna skrzynka”
STRUKTURA TROFICZNA EKOSYSTEMU
Liczba gatunków S
Łańcuch troficzny:
dł.łańcucha ●→●→● = 2
Cykl
●→●
Kanibalizm
↑
↓
●
●←●
Liczba powiązań L
Maksymalna liczba powiązań L
max
= S
2
- S
L
max
z kanibalizmem = S
2
L
max
asymetrycznych = L
max
/2
Współczynnik konektancji C = L/L
max
Gęstość powiązań d = L/S
Sieć troficzna ekosystemu glebowego - dekompozycja
Sieć troficzna ekosystemu gleby leśnej
Liczba gatunków
S = 7
Maks. liczba powiązań
L
max
= S
2
-S = 42
-
asymetrycznych
L’
max
= L
max
/2 = 21
Rzeczywista l. powiązań
L = 11
Konektancja
C = L/L
max
=11/21 = 0.52
Gęstość powiązań
d = L/S = 1.57
L. poziomów troficznych
: 4
ŚREDNIA DŁ. ŁAŃCUCHÓW TROFICZNYCH
17/9 = 1.89
Ś
REDNIA
17
9
RAZEM
3
3
1
8
4
2
6
2
3
DŁ
×
MODA
MODA
DŁUGOŚĆ
ŁAŃCUCHÓW
WODNE
3,2 (28)
„Trójwymiarowe”
2,4 (40)
„Dwuwymiarowe”
3,1
±
0,55 (3)
Pustynia
2,5
±
0,67 (9)
Tundra
2,1
±
0,29 (3)
Trawiaste
2,6
±
0,41 (8)
Lasy
2,6
±
0,57 (24)
Wszystkie
L
Ą
DOWE
2,6
±
0,68 (11)
Rzeczne
2,6
±
0,59 (45)
Denne
3,6
±
0,97 (30)
Pelagiczne
Ś
rednia długo
ść
ła
ń
cucha
troficznego
±
SD (n)
EKOSYSTEMY
Ś
REDNIA DŁUGO
ŚĆ
ŁA
Ń
CUCHÓW TROFICZNYCH
W 113 ZBADANYCH SIECIACH
(Hairston i Hairston 1993)
„
WYDAJNO
Ś
CI EKOLOGICZNE”
C
i+1=
/C
i„
= wydajność ekologiczna (Lindemann)
P/C = wydajność produkcji (brutto)
P/(C-FU) = P/A = wydajność wzrostu (netto)
A/C = wydajność asymilacji
„WYDAJNO
ŚĆ
” PRODUKCJI I ASYMILACJI
32
0,48
1,5
81
4,2
5,2
96
2,2
2,3
27
37
10
14
37
37
92
62
32
28
35
45
A/C
P/C
P/A
ORGANIZMY
EKOSYSTEM
LASU
EKOSYSTEM
TRAWIASTY
EKOSYSTEM
PELAGIALU
JEZIORA
PBRANIE ENERGII Z POZIOMU PRODUCENTÓW
W RÓśNYCH EKOSYSTEMACH LĄDOWYCH
PROPORCJE POWI
Ą
ZA
Ń
TROFICZNYCH
W ZBADANYCH EKOSYSTEMACH
0,05 – 0,08
0,10-0,35
0,27-0,53
0,30-0,32
KONSUMENCI
SZCZYTOWI
KONSUMENCI
PO
Ś
REDNI
KONSUMENCI
PODSTAWOWI
0,01-0,06
0,44-0,86
0,13-0,50
PROPORCJA
GATUNKÓW
PROPORCJE POWIĄZAŃ
SIECI TROFICZNE JEZIOR
Liczba powiązań L w zaleŜności
od liczby gatunków S
Gęstość powiązań d w zaleŜności
Od liczby gatunków S
PROBLEM STABILNO
Ś
CI
EKOSYSTEMÓW
(I NIE TYLKO)
•
ZDEFINIOWA
Ć
BADANY UKŁAD
• ZDEFINIOWA
Ć
OBSERWOWAN
Ą
ZMIENN
Ą
• STAŁO
ŚĆ ≠
RÓWNOWAGA
≠
STABILNO
ŚĆ
!!!!
Cecha:
STAŁOŚĆ
Mechanizm:
ODPORNOŚĆ
System:
NACZYNIE
Zmienna:
Ilość (poziom) wody Q
Cecha:
ZMIANA (+.-) lub
STAŁOŚĆ
Mechanizm:
RÓWNOWAGA
DYNAMICZNA
(regulacja zewnętrzna)
Cecha:
DĄśENIE DO
RÓWNOWAGI
Mechanizm:
RÓWNOWAGA
DYNAMICZNA
(warunki „brzegowe”)
Cecha:
DĄśENIE DO
RÓWNOWAGI
Mechanizm:
RÓWNOWAGA
DYNAMICZNA
(warunki „brzegowe”)
Cecha:
STABILNOŚĆ
Mechanizm:
SAMOREGULACJA,
nastawiona z zewnątrz systemu
• STAŁOŚĆ:
obserwowany brak zmian danej
zmiennej, przyczyny mogą być rozmaite;
• RÓWNOWAGA
(statyczna, dynamiczna):
obserwowana stałość danej zmiennej, dzięki
znoszeniu się róŜnych oddziaływań (statycznych lub
dynamicznych), w wyniku regulacji lub przypadku:
• STABILNOŚĆ:
zdolność układu do przywracania
tej samej (
zadanej)
wartości zmiennej; wynik
regulacji lub samoregulacji, zwykle celowej.
• HOMEOSTAZA:
stabilność uzyskiwana przez
celową samoregulację na zadanym poziomie (tylko:
organizmy, systemy sztuczne). NIE DOTYCZY
EKOSYSTEMÓW!
TERMINY EKOLOGICZNE
ZWI
Ą
ZANE Z POJ
Ę
CIEM STABILNO
Ś
CI
• constancy, persistence
[oporność; brak zmian]
– resistance, inertia (=persistence)
[miara
oporności na zaburzenia; tym większa, im
mniejsze zmiany]
• Resilience
[tendencja do powrotu do stanu przed
zaburzeniem]
– elasticity, amplitude
[miary
resilience
:
szybkość powrotu, zakres, z jakiego powraca]
„ŚLAD EKOLOGICZNY” („HUMAN FOOTPRINT”)
Oszacowany obszar powierzchni Ziemi potrzebny do zregenerowania
zasobów zuŜywanych przez ludzi (w „global ha”/osobę).
PORÓWNANIE WSKA
Ź
NIKA STOPY
ś
YCIOWEJ
I
Ś
LADU EKOLOGICZNEGO RÓ
ś
NYCH PA
Ń
STW
Ś
LAD EKOLOGICZNY POLSKI (gha/osbę)
http://www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/page/trends/poland/
