Oblast ekologie jako vědní disciplíny Ekologie věda o vzájemných vztazích mezi organismy a jejich prostředím, ve kterém žijí, věda o struktuře (na různých úrovních) a funkci přírody Tradiční dělení: autekologie – objasňuje vlivy abiotických faktorů na organizmy Demekologie – studuje podmínky života jednotlivých druhů organizmů Synekologie – hledá formy koexistence polydruhových systémů Demekologie Jedinec (individuum) – samostatný organismus (rostlina, živočich, houba aj.) schopný existence pomocí výměny látek a energie (metabolismu) s vnějším prostředím Populace - soubor všech jedinců téhož druhu (homotypický soubor) v určitém prostoru a čase (možnost produkce potomstva) Skupinové charakteristiky (atributy) populace Rozptyl (rozmístění, disperze) jedinců v prostoru. Rovnoměrné x náhodné x shloučené. Shlukování (agregace) - různé příčiny (ochranně-obranné, úkrytové, trofické, rozmnožov. aj.). Hustota (denzita) - počet jedinců na jednotce plochy Množivost (natalita) - schopnost rozmnožovat se realizovaná v čase. Úmrtnost (mortalita) - počet uhynulých za jednotku času. Obojí: předpoklad růstu populace. Rozptylování (migralita, disperze) - nejnápadnější znak živočišných populací. Pohyb mimo plochu obývanou populací - vystěhování (emigrace). Šíření rostlin - diaspory (anemochorie, hydro-, zoo-, antropo-) x vegetativně Složení populace - věková struktura - pre-, reprodukční a post- věk. Věkové pyramidy. Struktura populace - pohlavní - proměnlivá podle stáří, rozmnožování, populační hustoty, i ročního období. Rozhodující podíl samic. S. hmotnosti (při obtížích určení věku), sociální struktura. Růst populace - výslednice poměru natality a mortality s vlivy emigrace. Exponenciální (logaritmický) růst. Kolísání početnosti populace: a) v průběhu jednoho roku (oscilace) b) kolísání v průběhu více let (fluktuace). Zvláštní případ - gradace (katastrofální přemnožení - hlavně fytofágové). Modely růstu populací - r- a K- stratégové (dva krajní extrémy). U r-specialistů roste populace velmi rychle ale krátkodobě, jsou schopny osídlovat nové prostory, rychle sníží početnost (živočichové středních a vyšších zeměpisných šířek). K-specialisté mají pomalý populační (většinou i individuální růst), nízký vrozený rozmnožovací potenciál, ale dlouhou délku života s opakovaným rozmnožováním, mortalitou závislou na populačních hustotách a postihující hlavně staré jedince. Početnosti populace jsou stálé, blízko hranice únosnosti prostředí. Do nového prostředí pronikají zvolna (tropičtí kopytníci). Různé přechodné strategie. Mezidruhové vztahy Neutralismus - bez působení Protokooperace - nejvolnější kladné vztahy (společná hnízda, hejna). Aliance Komenzalismus – potravní nebo sídelní prospěch jednoho Mutualizmus (symbióza) - trvalá a nezbytná vazba Amenzalismus (antibióza)- inhibice jednoho metabolity druhého Kompetice - společná nika - čerpání stejných potřeb, soutěž Predace - potravní vztah většího predátora, který zabíjí kořist Parazitismus - soužití menšího parazita s hostitelem, který strádá Vzájemné vztahy mezi rostlinami a živočichy A) přímé - trofické (pastva, okus) - destrukční vliv fytofágního hmyzu B) nepřímé - změna prostředí (sešlap -> změna rostlinných společenstev) C) netrofické vztahy destrukční - využití rostlinného materiálu pro hnízda (racci) netrofické vztahy nepřímé - vliv půdních organismů (hraboši) Strategie populací rostlin - uplatňování souborů vhodných adaptací k prostředí. Faktory konkurence ostatních populací. Synekologie Společenstva (cenózy) - heterotypické kolektivy složené z jednotlivých populací se vzájemnými složitými vazbami. Jsou víceméně stálé, nezávislé se schopností autoregulace. Nejsou ale schopny samostatné existence (např. živočišná společenstva). Vazba na biotop. Přirozené dělení - dílčí společenstva. Umělé dělení - podle systému (ornito-, entomo- aj.). Dílčí, komplexní, přechodná (ekotonová) společenstva. Kvantitativní znaky společenstev - hustota druhů - počet druhů na jednotce plochy - abundance - počet všech jedinců na jednotce plochy, objemu. Vzorkování - abundance jednotlivých druhů, součet dává abundanci cenózy. - biomasa - hmotnost všech organismů cenózy (na ploše, ..) - dominance - procentuální složení cenózy - pokryvnost fytocenóz - velikost plochy, kterou pokrývají rostliny svými nadzemními částmi Strukturální znaky - prezence, absence (přítomnost, ne-) - frekvence (četnost výskytu v sérii vzorků) - konstance (stálost složení např. v čase ale i regionálně) - stratifikace biocenóz - vertikální struktura rostlinných společenstev vyjádřená početním zastoupením, nebo distribucí nadzemní biomasy do jednotlivých pater např. v lese, (stromové korunové a kmenové, keřové, bylinné, mechové, hrabankové patro), podobně i u živočišných společenstev a horizontální biochoria s rozdílnou koncentrací organizmů (např. členění ve stromovém patře na kmeny, větve, listí, květy, plody apod.) - podobnost (shoda druhového složení srovnávaných cenóz) - diverzita a ekvitabilita (druhová rozmanitost a vyrovnanost) Přirozené (primární) biocenózy - stále více narušovány a nahrazovány druhotnými (sekundárními) společenstvy (antropogenoidy). Nezbytnost opakovaných lidských zásahů (agrocenózy). Přechody s obtížným rozlišováním. Bez řízení - autoregulační mechanismy a sukcese směřují k obnově víceméně přirozené biocenózy. Sukcese - dlouhodobý neperiodický vývoj ke konečnému (klimaxovému, homeostatickému) stadiu. U nás listnatý, popř. smíšený les. Vývoj biocenóz (sukcese) - sukcesní stadia vedou ke konečnému uspořádání klimaxu. Biomy - společenstva velkých oblastí Země (se substrátem a makroklimatem) s jednotnou fyziognomií podle převládajících dominantních druhů (opadavé listnaté stromy v biomu opadavého listnatého lesa) (tudra, tajga, opadavé listnaté lesy – silvaea, pouště, stepi, suché stromové a křovinné formace – skleraea, pobřežní a břehové ekosystémy – litoraea, deštné lesy – hylaea). Ekosystém - strukturální a funkční celek biocenózy a jejího prostředí. Nezbytné složky: 1. biotop 2. producenti (zelené rostliny, autotrofní baktérie) . 3. konzumenti (živočichové) 4. destruenti (dekompozitoři, rozkladači) (baktérie, plísně, houby a někteří saprotrofní živočichové) Organismy jednotlivých úrovní mohou sloužit jako potrava následujícím. Přenos látek a energií – potravní řetězce. Ztráty energií na jednotlivých úrovních (odpady, teplo, metabolismové ztráty aj.) Potravní řetězce (základní typy): 1. pastevně-kořistnický 2. parazitický 3. dekompoziční (detritový). Propojení potravních řetězců - potravní síť. Ekologická nika - postavení každého organizmu v ekosystému (prostorová, trofická aj.). Koloběh látek, jednosměrný tok energie. Vstupy anorganických látek činností producentů, max. 20 %(5 – 10 %) fytomasy pro živočichy (potravní závislosti), zbytek do dekompozičních procesů. Stejně u živočichů. Rozdílná rychlost dekompozicí. Mineralizace – postupný vznik anorganických látek. Opakovaná recyklizace (vstup do koloběhu). Přechody látek mezi ekosystémy. Význam koloběhu vody pro existenci života a funkci ekosystémů vůbec. Návaznost koloběhů základních biogenních prvků. Geochemické a biogeochemické cykly - tok látek, koloběh látek. Chemický, geologický, biologický a biogeochemický tok látek. Toky prvků a toky látek (sloučenin). Antropogenní faktor v biogeochemických cyklech. Srovnání koloběhu látek a toku energií. Typologie koloběhů - typy plynné (O[2] a C jako CO[2], N[2]), sedimentární (P a S) a koloběhy vody (malý a velký). Kvalitativní a kvantitativní pohled na biogeochemické cykly. Vzájemné vazby koloběhů látek. Vlivy lidské společnosti – narušení množstevních poměrů – dopady (skleníkový efekt, kyselé deště, problematika ozónové díry, eutrofizace vod aj. – viz dále). Tok energie. Energie jako obecný pojem. Ekologické pyramidy. Produkce a produktivita Biomasa. Primární a sekundární produkce. Efektivita přenosu energie mezi trofickými úrovněmi. Biosféra. Autekologie - vztah organizmu a prostředí Faktory prostředí - všechny existenční potřeby uspokojované z vnějšího světa. Mezi nimi má zvláštní místo potřeba energie. Upřednostňování určitého rozsahu faktoru (valence) je výsledkem schopnosti organismu vyrovnat se s vnějšími podmínkami (potence organismu, tolerance pouze při škodlivém rozsahu) - eury x stenopotentní organismy Faktory: abiotické x biotické a) klimatické vnitrodruhové b) hydrické mezidruhové(+antropogenní+trofické) c) edafické Ekologické faktory ovzduší Hustota a nosnost vzduchu - umožňuje létání (hmyz 98,9 %) Mimozemské záření - sluneční konstanta 1,381 .10^3 Jm^-2s^-1 – různá vlnová délka 1. z. radioaktivní <3 nm 2. ultrafialové 3-400 nm 3. světlo 360-760 nm 4. infračervené /tepelné/ 760 nm - 400 μm) Světlo (48 % kosmic. záření) - vliv na rostliny – nezbytnost pro fotosyntézu - vliv na živočichy - velikost, zbarvení (babočka síťkovaná), aktivitu (diapauza, biologické rytmy), orientaci, rozmnožování Teplo - (48 % kosmic. záření) - vliv na rostliny - protoplazmatická činnost, zbavování tepla, tvar. Adaptace na t. Výškový teplotní gradient => vegetační výškové stupně podle dominantní dřeviny: 1. doubravy do 500 m n.m. 2. bučiny (500-1000) 3. smrčiny (1000-1500) 4. kleče (1400-1800) 5. alpin. pralouky (> 1800 m n.m.). Další dělení jednotlivých stupňů, zvraty stupňů (teplotní a vegetační inverze). - vliv na živočichy - poikilotermní x homoiotermní. Pohyb, potrava, velikost těla, zbarvení, klimatická pravidla. Složení vzduchu: N[2] 78%, O[2] 20,9, O[3] 0,000 002-7, CO[2] 0,03. Znečišťování atmosféry (smog, ozónová díra, skleníkový efekt). Smog – znečišťování vzduchu koncentrované za určitých podmínek (teplotní inverze a lokalizace v kotlině). Zimní („londýnský“) a letní („losangeleský“) smog – rozdílné příčiny, rozdílné působení a důsledky. Ozónová díra - ozón v atmosféře má největší koncentraci ve výšce okolo 23 km. Význam vrstvy: filtrace UV (2.) záření. Freony (znečišťující l., nově i jiné) štěpí ozón, snižování koncentrace O[3] => horší filtrace - ozónová díra - nemoci z UV záření. - CO[2] - pro rostliny málo, je doplňován respirací půdních mikroorganismů, makroorganismů, spalováním. Skleníkový efekt – přirozený jev, podmínka života. Antropogenní oteplování - zvýšení koncentrace CO[2] až na 0,3% - vrstva vrací odražené tepelné záření od povrchu Země do kosmu (albedo) zpět na zemi => oteplování povrchu – změny klimatu, rozpouštění polárního ledu => zvýšení hladiny oceánů => záplavy přímořských oblastí (Holandsko) - O[2] dost i pro rostliny - mangrove Hydrofaktory - původ života, nezbytnost stavby organismů. Salinita - organismy mořské x sladkovodní. Teplota (skočná vrstva) - pohyb, rozšíření pH - kyselost vod - antropogenní zátěž oxidy síry a dusíku - pH až pod 4,5, následné změny ve stoj. vodě (tři prahy smrti limitující přežívání různě citlivých organismů) Obsah plynů - O[2], N[2], CO[2], H[2]S ostatních látek - anorganické pevné (zákaly), anorganické rozpustné - sloučeniny N a P - dusičnany a fosforečnany (i z pracích prášků) - zvýšený přísun a vyšší teploty - eutrofizace vod => masový rozvoj bakterií a fytoplanktonu - řas a hlavně sinic. Negativní účinky (jedovaté). Rekreace, vodárenské vody. Po změně teplot a snížení slunečního svitu - odumírání, metabolizace detritofágy za výrazné spotřeby kyslíku - udušení ostatních živočichů, anaerobní procesy (hnití), akumulace toxických látek (botulotoxin aj.) - organické - biologická (biochemická) spotřeba O[2] za 5 dní BSK[5] - ukazatel kvality vod (v normální vodě 2 mg/l, cukrovarnické odpadní vody - 700 mg/l, komunální odpadní vody 3000 mg/l). Procesy samočištění (hlavně u tekoucích.) U rostlin posuzujeme vodní bilanci stanoviště - kapalné, sněhové, horizontální (kondenzační) srážky. Dostupnost vody limituje přizpůsobení kořenového systému. Adaptace rostlin na nedostatek vody, a. na vodní prostředí. Stojaté a tekoucí vody (členění podle obsahu látek, teploty aj.), podzemní vody, zvláštní vodní stanoviště (rašeliniště, periodické vody, saliny) Edafofaktory - půda. Třífázový polydisperzní systém (pevná, kapalná, plynná) s živou a neživou složkou. Druhy půd. Půdní typy. Význam rostlin pro tvorbu půd, humusu a opačně. Významné faktory: a) edafon, klasifikace b) vzduch c) voda (vlhkost) d) teplota e) chemismus f) světlo (málo významné) Biotické faktory Výživa (u rostlin ne, zde abiotický fakt.) - auto- x heterotrofie (jedno- x různostranná strava) Fytofagie - výživa rostlinami (fytoepisiti x fytoparaziti) Zoofagie – výživa živočichy (zooepisiti – dravci - karnivorové x zooparaziti) Nekrofágové – výživa mrtvou organickou hmotou Vnitrodruhové vztahy - kladné x záporné Solitér - častější u rostlin nebo u živočichů přisedlých, hermafroditů a množících se nepohlavně. Živočichové - society, homotypické kolektivy, výhody. Změna chování. I. skup. reprodukční versus II. nereprodukční Teritorialita - vazba k životnímu prostoru (teritorium, revír, domovský okrsek). Vyznačování, hájení, velikost.