EKOLOGIA I OCHRONA ŚRODOWISKA
Ekologia - to nauka zajmująca się wzajemnymi zależnościami między żywym (biotycznym) a martwym
(abiotycznym) środowiskiem.
Cechy populacji:
•
rozmieszczenie,
•
liczebność,
•
zagęszczenie,
•
rozrodczość,
•
śmiertelność,
•
struktura wiekowa,
•
struktura płciowa.
Rozmieszczenie to sposób występowania osobników na określonym terenie. Wyróżniamy
rozmieszczenie równomierne, przypadkowe i skupiskowe.
Liczebność to liczba osobników danej populacji mieszkającej na określonym terenie.
Zagęszczenie to liczba osobników populacji przypadająca na daną jednostkę.
Rozrodczość to zdolność populacji do wydawania na świat potomstwa (ilość osobników nowo
narodzonych do ilości osobników całej populacji)
Śmiertelność to wymieranie osobników w czasie danej populacji (ilość osobników ginących do ilości
osobników całej populacji). Przyczynami śmiertelności są: choroby, starość, drapieżniki, zmiany
klimatyczne, brak pożywienia, kataklizmy.
Struktura wiekowa to stosunek liczebności do śmiertelności w danej populacji. Wyróżniamy trzy typy
populacji ze względu na strukturę wiekową: rozwijająca(r>ś), ustabilizowana(r=ś), wymierająca(r<ś).
Struktura płciowa to stosunek ilości samców do samic w danej populacji.
Oddziaływania między populacjami:
1)
Neutralne - żaden organizm nie ponosi strat, ani korzyści, ich nisze w żaden sposób nie
pokrywają się.
Przykłady - wróbel i dżdżownica
2)
Antagonistyczne.
Przynajmniej jedna z populacji ma straty, natomiast druga „+”, „-‘’ ,albo „0”
Oddziaływania antagonistyczne dzielą się na:
•
Konkurencja - dwie populacje konkurują ze sobą o wszystkie zasoby środowiska. Ich
nisze potencjalne są dokładnie takie same, lub bardzo zbliżone. Przykłady - jastrząb i
sokół wędrowny konkurują o pożywienie.
•
Drapieżnictwo - żywienie się jednego osobnika osobnikiem drugim. Przykłady wilk i
zając
•
Pasożytnictwo - kiedy jeden gatunek żywi się drugim gatunkiem nie powodując jego
śmierci. Przykłady – tasiemiec u człowieka
•
Allelopatia – hamowanie wzrostu innych gatunków poprzez wydzielanie do gleby
substancji toksycznych, na które szczególnie wrażliwe są gatunki o najbardziej
podobnych wymaganiach pokarmowych.
Przykłady - grzyb ( penicilum ) i bakterie
•
Amensalizm - jedna z populacji ponosi szkody, druga nie ma ani szkód, ani korzyści,
np. bóbr buduje żeremie, przez co giną niektóre gatunki roślin.
3)
Nieantagonistyczne
•
Mutualizm - nierozerwalny związek dwóch organizmów. Symbioza mutualistyczna.
Przykłady - Glony i grzyby, Drzewa i grzyby ( MIKORYZA )
•
Protokooperacja – współżycie dwóch organizmów oparte na obopólnej korzyści
(każdy gatunek może żyć osobno)
Przykłady - Ukwiał i rak pustelnik ( raka chronią parzydełka ukwiału, ukwiał zaś ma
transport i resztki pokarmowe )
•
Komensalizm – jedna strona ma korzyści, druga nic nie traci, ani nie zyskuje.
Przykłady - Rekiny i drobne ryby ( rekiny rozszarpują ofiary, rybki żywią się nimi )
Elementy środowiska przyrodniczego i zasoby naturalne.
Środowisko to całokształt otaczających nas i wzajemnie powiązanych oraz przenikających się
elementów przyrody, do których zaliczamy składniki abiotyczne (litosfera, hydrosfera, atmosfera,
czynniki kształtujące klimat) i biotyczne (bakterie, grzyby, protesty, rośliny, zwierzęta i człowiek).
Zasoby nieodnawialne – to takie, które w wyniku działalności człowieka mogą ulec całkowitemu
wyczerpaniu.
Zasoby odnawialne – to takie, które mimo użytkowania nie zużywają się i ulegają samoodtwarzaniu
w naturalnych procesach ziemskich.
Wyczerpywanie się zasobów odnawialnych jest spowodowane rabunkową działalnością człowieka
między innymi : całkowitą wycinką lasów, zbyt intensywnym połowem ryb, rosnącym
zapotrzebowaniem na energię wytwarzaną z paliw kopalnych, wzrostem zużycia wody pitnej, co
prowadzi do poważnych jej braków dla znacznej części ludzkości.
Tolerancja organizmu na określony czynnik
Tolerancja ekologiczna to zdolność organizmu do życia w określonym przedziale wartości danego
czynnika środowiska (np. temperatura).
Tolerancję organizmu czyli oddziaływanie czynników środowiskowych na organizm opisują dwa
prawa:
Prawo minimum Liebiga głosi, że każdy czynnik, którego jest najmniej (czyli ten czynnik, który jest w
minimum) działa ograniczająco na dany organizm. Czynnikiem ograniczającym wzrost i rozwój
organizmu zwierzęcego może być niedobór białka, witamin, niska temperatura, natomiast u roślin –
niedobór światła, niskie stężenie dwutlenku węgla, soli mineralnych, wody.
Przykłady:
Obniżona temperatura jesienią zmusza rodzime gady do przejścia w stan letargu.
Ograniczony wzrost i rozwój kiełkujących wiosną ziemniaków bez dostępu światła.
Prawo tolerancji (zasada) Shelforda jest rozszerzeniem prawa minimum. Mówi, że czynnikiem
ograniczającym wzrost i rozwój jest czynnik niedoboru jak i nadmiaru.
Zakres tolerancji ekologicznej
Zakres tolerancji to przedział wartości danego czynnika w jakim może żyć dany organizm. Określamy
go trzema wartościami: dolną granicą tolerancji czyli minimum życiowym, najbardziej korzystną
wartością dla życia organizmów czyli optimum życiowym oraz górną wartością tolerancji czyli
maksimum życiowym.
Organizmy, które wykazują szeroką skalę ekologiczną wobec większości czynników
środowiskowych, nazywamy eurybiontami, a gatunki charakteryzujące się wąskim zakresem
tolerancji – stenobiontami.
Do określenia czynników środowiskowych stosuje się nazwy:
•
termiczny – odnosi się do pokarmu
•
fagiczny – odnosi się do pokarmu
•
halinowy – odnosi się do zasolenia
•
hydryczny – odnosi się do wody
Polibionty są to organizmy, które zachowują aktywność w górnej granicy zmienności czynników
środowiska (w wąskich, lecz względnie wysokich zakresach tolerancji).
Oligobionty są to organizmy, które zachowują aktywność w dolnej granicy zmienności czynników
środowiska (w wąskich, lecz względnie niskich zakresach tolerancji).
Typy sukcesji ekologicznej
Sukcesja to uporządkowany, stopniowy i ciągły proces kierunkowych zmian składu gatunkowego
biocenozy, polegający na przekształceniu prostych ekosystemów w bardziej złożone. Składa się ona z
wielu tak zwanych stadiów sukcesywnych (seralnych). Końcowe stadium rozwojowe, w którym
biocenoza osiąga homeostazę nazywamy klimaksem.
Wyróżniamy dwa typy sukcesji:
•
pierwotną – zachodzi na terenach niezasiedlonych wcześniej przez żadną biocenozę. Jest
procesem bardzo powolnym trwającym ok. 1000 lat. Przykładem sukcesji pierwotnej są:
pustynie, nagie skały, wydmy, hałdy, lawy wulkaniczne.
•
wtórna – zachodzi na obszarze zajmowanym uprzednio przez inną biocenozę, która
została zniszczona w wyniku działalności człowieka lub innych czynników (np. wichury,
powodzie, pożary). Jest o wiele szybsza od sukcesji pierwotnej, trwa ok. 200 lat. Przykładem
jest: odtworzenie biocenozy po pożarze lub zaoraniu łąki, zarastanie jeziora, pojawienie się
lasu na ugorze.
Etapy sukcesji pierwotnej i wtórnej
W przebiegu sukcesji ekologicznej wyróżnia się kilka stadiów seralnych, pomiędzy którymi są mało
wyraźnie zaznaczone granice, mianowicie:
•
stadium przedsukcesyjne – stadium, w którym nie występują żadne organizmy żywe. W
przypadku sukcesji wtórnej – obszar posiada ograniczoną ilość gatunków.
•
stadium imigracji polega na zajmowaniu wolnych przestrzeni przez organizmy pionierskie.
•
stadium kolonizacji – skutecznie rozprzestrzeniają się organizmy , stopniowo wypełniając
wolne przestrzenie przez nowe gatunki o większych wymaganiach ekologicznych (większym
zakresie tolerancji).
•
stadium konkurencji (współzawodnictwa) – komplikują się łańcuchy i sieci troficzne.
•
stadium stabilizacji (klimaksu) – struktura biocenozy ma charakter złożony, utrwalony, jest w
homeostazie (równowadze) biocenotycznej.
Schemat obrazujący etapy sukcesji wtórnej
Sukcesja ekologiczna w jeziorze. A – stadium przedsukcesyjne, B – wypłycanie jeziora w wyniku
odkładania się materii organicznej, C – wypłycanie i zarastanie jeziora, D – trzęsawisko, E – podmokły
las ( stadium klimaksu).
Zanieczyszczenia wody
Do głównych rodzajów i źródeł zanieczyszczenia wody należą:
•
pochodzenia naturalnego
zanieczyszczenia osadami pochodzącymi z erozji gleby.
zanieczyszczenia biologiczne – spowodowane obecnością drobnoustrojów
chorobotwórczych (np. bakterii, grzybów, protistów).
•
pochodzenia antropogenicznego ( związanego z działalnością człowieka) do których
zaliczamy:
detergenty – z gospodarstw domowych, myjni samochodowych, pralni, przemysłu
papierniczego, tekstylnego, gumowego i budownictwa.
środki ochrony roślin i nawozy – z przemysłu chemicznego i rolnictwa
fenole – z rafinerii naftowych, przemysłu chemicznego.
związki metali ciężkich – z przemysłu samochodowego, metalurgii, górnictwa,
hutnictwa i ścieków komunalnych.
węglowodory aromatyczne – z przemysłu chemicznego i petrochemii.
benzyna, smary, nafta – komunikacja i transport samochodowy, transport wodny,
przemysł paliwowy.
Polska należy do najuboższych w zasoby wodne krajów Europy. Dlatego szczególnie
powinniśmy dbać o czystość wód powierzchniowych. Stopień zanieczyszczenia zbiornika
wodnego można ustalić na podstawie wskaźników fizykochemicznych lub za pomocą tzw.
biowskaźników, czyli organizmów o znanym zakresie tolerancji na określony rodzaj
zanieczyszczenia. Poważnym problemem jest eutrofizacja, czyli jej nadmierne przeźyźnienie
spowodowane przedostaniem się do wody zbyt dużej ilości pierwiastków biogennych
(głównie fosforu, azotu i potasu), które są używane do użyźniania pól. Stanowią one
doskonałą pożywkę do rozwoju glonów, protistów i roślin wodnych, które okresowo
doprowadzają do „zakwitów wód”( masowego namnażania się). Na dnie zbiornika odkłada
się duża ilość materii organicznej, która jest rozkładana przez mikroorganizmy pochłaniające
z wody duże ilości tlenu. Zmniejsza się ilość tlenu dla innych organizmów, co na ogół
prowadzi do ich śmierci. Zbiornik ulega spłyceniu a z czasem zarasta.
Źródła i skutki zanieczyszczenie powietrza
Główne źródła zanieczyszczeń powietrza
•
Pochodzenia naturalnego
erupcje wulkanów,
pożary lasów,
huraganów,
•
Pochodzenia antropogenicznego
przemysł – dwutlenek siarki, dwutlenek azotu, tlenek węgla, siarkowodór, pyły i
dymy,
transport samochodowy – węglowodory, tlenek azotu, tlenek węgla, dymy,
gospodarstwa domowe – dwutlenek węgla, dwutlenek siarki, tlenek azotu,
Skutki zanieczyszczenia powietrza:
•
choroby ludzi – alergie, nowotwory płuc, zapalenie błony śluzowej, zapalenie spojówek,
zaburzenia krążenia,
•
choroby zwierząt hodowlanych,
•
choroby roślin (zaburzenie fotosyntezy),
•
niszczenie zabytkowych budowli,
•
korozja metali,
•
niszczenie skóry, odzieży,
Zjawiska związane z zanieczyszczeniem atmosfery:
•
smog
•
kwaśne deszcze
•
dziura ozonowa
•
efekt cieplarniany
Ocenę stanu czystości powietrza bada się, monitorując stężenie gazów w atmosferze. Do oceny
stanu czystości powietrza możemy również wykorzystać porosty. Są to organizmy, które dzięki swojej
wrażliwości na zanieczyszczenie powietrza mogą być wykorzystane jako bioindykatory, czyli
biologiczne wskaźniki. Zróżnicowana wrażliwość porostów na tlenki siarki i azotu posłużyła do
opracowania tzw. skali porostowej, przy pomocy której można ocenić stopień zanieczyszczenia
atmosfery.
Rodzaje smogów
Smog jest to specyficzny rodzaj zanieczyszczenia powierza występujący w warstwie przyziemnej.
Powstaje na obszarach o dużym zanieczyszczeniu. Wyróżniamy:
•
smog fotochemiczny ( typu Los Angeles ) związany jest z dużą emisją spalin samochodowych
zawierających tlenki azotu (NO, NO
2
) ,węglowodory aromatyczne, aldehydy, alkeny i czad
przy równoczesnym silnym promieniowaniu słonecznym. Powstaje w okresach letnich, w
klimacie tropikalnym lub subtropikalnym. Bardzo niebezpieczny dla ludzi (kaszel, łzawienie) a
także dla zwierząt i roślin.
•
smog siarkowy (typu londyńskiego) – powstaje w dużych aglomeracjach miejskich w okresie
jesienno – zimowym, tworząc tzw. mgłę przemysłową. Charakterystyczny dla klimatu
umiarkowanego. Związany jest z dużą zawartością tlenków siarki, dwutlenku węgla i sadzy
przy bardzo wysokiej wilgotności powietrza. Niebezpieczny dla ludzi (duszności, podrażnienia
skóry, zaburzenie krążenia)a także dla zwierząt i roślin – może powodować śmierć człowieka.
W Polsce występuje na terenie Śląska, Krakowa i w kotlinach górskich.
Kwaśne deszcze
Kwaśne deszcze to opady atmosferyczne (np. deszczu, śniegu)powstające w wyniku emitowania do
atmosfery dużych ilości tlenków siarki i tlenków azotu. Tlenki siarki i azotu w atmosferze po
zetknięciu się z parą wodną ulegają przemianą tworząc kwasy nieorganiczne, głównie kwas siarkowy
(VI) i kwas azotowy (V). Kwaśne opady przenoszone są przez wiatr na znaczne odległości i
przyczyniają się do zakwaszenia gleby i wód powierzchniowych. Wywierają również szkodliwy wpływ
na organizm człowieka powodując poparzenia (oczu i powiek), podrażnienia dróg oddechowych i
wiele innych chorób a także na szatę roślinną, szczególnie na lasy.
Dziura ozonowa
Dziura ozonowa to zjawisko ubytku ozonu w górnej warstwie atmosfery. Najważniejsza przyczyna
zaniku ozonu jest wzmożona emisja do atmosfery chlorofluoropochodnych węglowodorów tzw.
freonów (występujących w aerozolach, chłodziwach używanych w klimatyzatorach i lodówkach oraz
w sterylizatorach medycznych). Związki te unoszą się do stratosfery, gdzie promieniowanie UV
powoduje ich rozpad uwalniając chlor, który niszczy cząsteczki ozonu. Innym źródłem substancji
niszczącym ozon są: halony (występujące w gaśnicach), bromek metylu (używany w rolnictwie), tri -
chloroetanu (używany do odtłuszczania metali).
Schemat niszczenia warstwy ozonowej pod wpływem chlorofluoropochodnych węglowodorów tzw.
freonów.
Efekt cieplarniany
Efekt cieplarniany –to proces wzrostu temperatury na powierzchni Ziemi spowodowany
zatrzymaniem pewnej ilości ciepła emitowanego do atmosfery. Główną przyczyną tego zjawisk jest
wzrost zawartości gazów cieplarnianych takich jak: dwutlenek węgla, metan, freony, podtlenku
azotu, pośrednio – tlenek węgla, węglowodory, tlenki azotu.
Wzrost ilości gazów cieplarnianych może wywołać globalne podwyższenie temperatury, co prowadzi
do:
•
topnienia lodowców i podniesienia poziomu mórz,
•
zwiększenia zagrożenia pożarami,
•
zmian klimatycznych polegających zwiększeniu częstotliwości pojawiania się ekstremalnych
zjawisk pogodowych – huragany, powodzie, upały,
•
ograniczenia zasobów wody pitnej w związku z przyspieszonym parowaniem i opadaniem jej
w nowych regionach,
•
braku warunków do upraw tradycyjnych roślin,
•
zagrożenia ludzkiego życia w związku z zwiększeniem zasięg patogenów,
Antropogeniczne źródła gazów cieplarnianych:
•
dwutlenek węgla
spaliny samochodowe
wypalanie lasów tropikalnych
spalanie węgla kamiennego, drewna i paliw olejowych
•
chlorofluorowęglowodory
wycieki chłodziwa z lodówek
wycieki chłodziwa z klimatyzatorów
•
metan
utylizacja odpadów
uprawa roślin
hodowla zwierząt
•
podtlenek azotu
spaliny samochodowe
Zanieczyszczenie i ochrona gleb
Główne źródła zanieczyszczeń gleby
•
Pochodzenia naturalnego
erozja,
pożary,
susza,
trzęsienia ziemi,
•
Pochodzenia antropogenicznego
przemysł chemiczny – zanieczyszczenie gleby metalami ciężkimi, kwasami i zasadami,
chemizacja rolnictwa,
wylesienie i rolnicze użytkowanie gruntów – stepowienie i pustynnienie,
kwaśne deszcze
eksploatacja kopalin metodą odkrywkową i podziemną
melioracje odwadniające – obniżanie poziomu wód gruntowych wywołujące
przesuszanie gruntów,
zabudowa powierzchni: budownictwo mieszkaniowa, przemysłowe i szlaki
komunalne,
Sposoby ochrony gleb:
•
ograniczenie stosowania nawozów mineralnych i środków ochrony roślin,
•
ograniczenie erozji wodnej i wietrznej poprzez zwiększenie zalesień i ograniczenie wyrębu
lasu,
•
przeznaczenie najsłabszych jakościowo gruntów pod budownictwo,
•
właściwe składowanie śmieci,
•
ograniczenie emisji pyłowo – gazowej do atmosfery,
Formy ochrony przyrody w Polsce – parki narodowe
Do form ochrony przyrody w Polsce zaliczamy:
•
Parki narodowe
•
Rezerwaty przyrody
•
Parki krajobrazowe
•
Pomniki przyrody
•
Obszary chronionego krajobrazu
•
Obszary Natura 2000
•
Użytki ekologiczne
•
Stanowiska dokumentacyjne
•
Zespoły przyrodniczo – krajobrazowe
•
Ochrona gatunkowa
Parki narodowe – obszary o powierzchni minimum 1000 ha, obejmujące jeden lub więcej
ekosystemów, wcale lub niewiele przekształconych przez człowieka, o szczególnych wartościach
przyrodniczych, kulturowych, naukowych, społecznych i wychowawczych. Jest to najwyższa rangą
forma ochrony przyrody w Polsce. Obecnie w Polsce są 23 parki narodowe.
Pozostałe formy ochrony przyrody w Polsce
Do form ochrony przyrody w Polsce oprócz parków narodowych zaliczamy:
•
Rezerwaty przyrody – obejmuje obszar o różnej wielkości od 1 do 1000 ha. Jest tworzony
w celu ochrony konkretnego elementu środowiska. Charakteryzuje się jednorodnością
ekosystemu. Ze względu na przedmiot ochrony dzieli się je na: leśne, florystyczne,
faunistyczne, torfowiskowe, krajobrazowe, stepowe, wodne, słonoroślowe i rezerwaty
przyrody nieożywionej.
•
Parki krajobrazowe – duży obszar chroniony ze względu na wartości
przyrodnicze,
kulturowe i historyczne. Pełnią również funkcje turystyczne i krajobrazowe.
•
Pomniki przyrody – są to , wyróżniające się obiekty przyrody ożywionej lub nieożywionej
o szczególnej wartości naukowej, historycznej, kulturowej i krajobrazowej, np.
pojedyncze okazy drzew, skupiska, aleje, skały, głazy narzutowe.
•
Obszary chronionego krajobrazu - bardzo duże obszary - doliny rzeczne, kompleksy
leśne, ciągi wzgórz, pola wydmowe, torfowiska. Pełnią funkcję rekreacyjną, często tworzą
strefy ochronne (otuliny wokół parków).
•
Obszary Natura 2000 – obszary specjalnej ochrony dla wyznaczone celem ochrony dziko
żyjących roślin i zwierząt oraz siedlisk przyrodniczych. W Polsce wprowadzone od 2004r
w ramach w ramach europejskiej sieci ekologicznej .
•
Użytki ekologiczne – obszary posiadające niewielka powierzchnię, o mniejszej randze ich
walorów przyrodniczych. Zaliczamy do nich: naturalne zbiorniki wodne, śródpolne i
śródleśne oczka wodne, kępy drzew i krzewów, bagna, torfowiska, wydmy, starorzecza,
wychodnie skalne, skarpy, kamieńce, siedliska przyrodnicze oraz stanowiska rzadkich lub
chronionych gatunków roślin, zwierząt, i grzybów, ich ostoje oraz miejsca rozmnażania.
•
Stanowiska dokumentacyjne - miejsca występowania formacji geologicznych,
nagromadzeń skamieniałości lub tworów mineralnych. Są bardzo ważne pod względem
naukowym i dydaktycznym.
•
Zespoły przyrodniczo – krajobrazowe – fragmenty krajobrazu przyrodniczego i
kulturowego chronionego ze względów estetycznych.
•
Ochrona gatunkowa – ma na celu zabezpieczenie ciągłości występowania gatunków dziko
żyjących a szczególnie rzadkich lub zagrożonych wyginięciem. Wyróżniamy dwie metody
ochrony gatunkowej – ochronę ścisłą (organizmy zagrożone wyginięciem) i ochronę
częściową (organizmy mające istotne znaczenie dla gospodarki i przyrody).