Ekologia i Ochrona przyrody

Nazwisko i Imię prowadzącego kurs: Dr Waldemar Adamiak

ĆWICZENIE 3 STRUKTURA POPULACJI I BIOCENOZY- BADANIA LABORATORYJNE

Imię i nazwisko:	Dawid Kaczmarczyk
Wydział:	Inżynierii Środowiska
Nr albumu:	191845
Termin zajęć: dzień tygodnia, godzina	wt 15:15-18:45,TN

Cele ćwiczenia:

• Analiza wyników badań terenowych

• Badanie struktury wiekowej populacji rzęsy drobnej (Lemna minor) i salwini pływającej (Salvinia natans)

• Badanie zmienności osobniczej populacji

• Zapoznanie się z pojęciami: struktura i funkcjonowanie ekosystemu , produkcja pierwotna i wtórna, struktura wiekowa itp.

I. Wstęp teoretyczny:

Ekosystem jest układem ekologicznym, który składa się z biocenozy oraz biotopu. Biocenozę stanowią organizmy żywe, biotopem jest środowisko abiotyczne. W ekosystemie biocenoza jest ściśle powiązana z biotopem i tworzy z nim funkcjonalną całość. Ekosystemy posiadają określoną strukturę, a ich funkcjonowanie uwarunkowane jest dopływem energii z zewnątrz i jej przepływem przez ekosystem oraz obiegiem materii. Ekosystemy podlegają rozwojowi, którego przejawem jest sukcesja ekologiczna. Uszkodzenie nawet jednego elementu w ekosystemie powoduje zaburzenie w jego funkcjonowaniu.

Charakterystycznymi cechami ekosystemu jest:
• struktura przestrzenna,
• struktura troficzna,
• przepływ energii i obieg materii,
• rozwój ekosystemu,
• zdolność do samoregulacji i względna stabilność.

Struktura przestrzenna ekosystemu:
Każdy ekosystem zajmuje określony obszar i jest wydzielony przestrzennie. Wielkość tego obszaru uwarunkowana jest jednolitością i rozkładem warunków biotopowych w przestrzeni, stąd ekosystemem jest zarówno las lub morze, jak i źródło czy zagajnik.

Granicę między ekosystemami stanowi przejściowy pas o różnej szerokości zwany ekotonem charakteryzujący się dużą różnorodnością gatunkową.

Struktura troficzna ekosystemu
Struktura troficzna dotyczy powiązań pokarmowych w obrębie ekosystemu. Ze względu na podobną rolę w procesach energetycznych zachodzących w obrębie ekosystemu wyróżnia się dwie grupy organizmów: producentów i konsumentów, przy czym spośród konsumentów wyodrębnia się grupę destruentów.

Obieg materii i przepływ energii:

Ekosystem jest układem otwartym, który wymaga ciągłego dopływu energii z zewnątrz i nieustannie wymienia materię i energię między swoją częścią biotyczną a abiotyczną, jak również między sąsiednimi ekosystemami.

Produktywność ekosystemów to wskaźnik szybkości magazynowania energii zawartej w materii organicznej. Wyróżnia się produktywność pierwotną i produktywność wtórną.
Produktywność pierwotną określa szybkość, z jaką producenci gromadzą energię świetlną w materii organicznej, która zawarta jest w ich biomasie.
Produktywność wtórna to szybkość kumulowania energii w biomasie konsumentów.
Przepływ energii z jednego poziomu troficznego na drugi zachodzi w biocenozie poprzez łańcuchy pokarmowe..

Cykle biogeochemiczne:
W ekosystemie między biocenozą a biotopem odbywa się ciągłe krążenie materii. Obiegi pierwiastków w przyrodzie noszą nazwę cykli biogeochemicznych. Szczególną uwagę poświęca się obiegowi węgla i azotu.

W obieg węgla włączona jest fotosynteza i oddychanie wewnątrzkomórkowe. Węgiel pobrany przez organizmy autotroficzne w postaci dwutlenku węgla, jest wykorzystywany do syntezy związków organicznych, a następnie służy organizmom na kolejnych poziomach troficznych jako składnik materiałów budulcowych i energetycznych. Powrót dwutlenku węgla do atmosfery odbywa się dzięki oddychaniu wewnątrzkomórkowemu w żywych organizmach.
Obserwuje się podwyższanie ilości CO₂ w atmosferze ustalonej w toku ewolucji na stałym poziomie. Przyczyną jest efekt cieplarniany spowodowany nadmiernym spalaniem paliw kopalnych

Obieg azotu uwarunkowany jest przez kilka procesów:
– wiązanie azotu atmosferycznego przez bakterie oraz sinice i przetwarzanie go w azotany dostępne roślinom;– wytwarzanie organicznych związków azotowych przez rośliny oraz pobieranie i przetwarzanie ich przez zwierzęta;
– uwalnianie amoniaku ze szczątków organicznych przez bakterie i grzyby;
– nitryfikację prowadzoną przez bakterie, które umożliwiają przetworzenie amoniaku w azotany
– denitryfikację polegająca na rozkładzie przez bakterie azotanów do azotu atmosferycznego.

Sukcesja ekologiczna:
Sukcesja jest uporządkowanym procesem przekształcania się ekosystemu, podczas którego zachodzą stopniowe zmiany jego składu gatunkowego i warunków środowiska abiotycznego pod wpływem biocenozy.

W przemianach sukcesyjnych kolejne zespoły organizmów zastępowane są przez inne o coraz większym stopniu złożoności. Sukcesję rozpoczyna stadium pionierskie, po którym następują stadia pośrednie, zwane seralnymi, prowadzące do stadium trwałego i w pełni ustabilizowanego, zwanego klimaksem. Wyróżnia się sukcesję pierwotną i wtórną.

Sukcesja pierwotna rozpoczyna się na terenie uprzednio niezasiedlonym przez żadną inną biocenozę, np. na piaskach odsłoniętych przez cofające się morze, nagiej skale.
Sukcesja wtórna odbywa się na terenie zajętym wcześniej przez inną biocenozę, np. podczas zarastania jeziora, na terenach zniszczonych przez pożar.

Równowaga ekologiczna
Ustabilizowany ekosystem ma zdolność do wyrównania różnych zakłóceń uwarunkowanych jego otwartym charakterem, zmianami czynników środowiskowych lub działalnością człowieka. Stan równowagi wewnętrznej ekosystemu nosi nazwę homeostazy. Cechuje ją równowaga w stosunkach między populacjami /ilościowych i jakościowych/ oraz niezakłócony przepływ energii i obieg materii.

II. Część doświadczalna

1. Analiza wyników badań terenowych:

Dąb szypułkowy – aleja Kazimierza Bartla	Dąb szypułkowy – Park Szczytnicki
Średnica [cm]	Wiek
6	Do 9 lat
7
12
12
12
13
13
14
15
16
16
17
20	Do 18 lat
27
34
35
36
42	Do 35 lat
56
57
57
61
62
66
70	Do 47 lat
83
108	Do 55 lat
110
111
112

Klon zwyczajny – aleja Kazimierza Bartla
Średnica [cm]
4
6
10
10
10
11
12
13
13
14
14
14
15
15
17
18
19
19
19
29
31
37
39
41
43
50
53
61
61
67

Rys. Przedziały wiekowe i procentowy udział osobników należących do każdego przedziału badanych drzew

2.Badanie struktury wiekowej populacji rzęsy drobnej (Lemna minor) i salwini pływającej (Salvinia natans)

a.) Liczba liści z gatunku: rzęsa drobna na 100 przypadkowych wybranych osobnikach:

Liczba liści	Liczba osobników	Udział procentowy
1.	7	7%
2.	28	28%
3.	33	33%
4.	26	26%
5.	6	6%

Histogram ilustrujący graficzna strukturę wiekową rzęsy drobnej:

Widzimy na podstawie wykresu, że rozkład rzęsy drobnolistnej jest identyczny jak rozkład normalny.

b.) Liczba liści z gatunku: Salwinia pływająca (jeziorna) na 50 przypadkowo wybranych osobnikach:

Liczba liści	Liczba osobników	Udział procentowy
1.	1	2%
2.	10	20%
3.	5	10%
4.	7	14%
5.	4	8%
6.	4	8%
7.	3	6%
8.	4	8%
9.	6	12%
10.	2	4%
11.	0	0%
12.	1	2%
13.	2	4%
14.	1	2%

Histogram ilustrujący graficzną strukturę wiekową salwinii pływającej (jeziornej):

Rozkład salwinii pływającej (jeziornej) kompletnie różni się od rozkładu normalnego.

c) Liczba liści z gatunku: Salwinia pływająca (akwariowa) na 50 przypadkowo wybranych

osobnikach:

Liczba liści	Liczba osobników	Udział procentowy
1.	1	2%
2.	9	18%
3.	3	6%
4.	10	20%
5.	5	10%
6.	6	12%
7.	1	2%
8.	4	8%
9.	1	2%
10.	0	0%
11.	2	4%
12.	4	8%
13.	2	4%
14.	1	2%
15.	0	0%
16.	1	2%
17.	0	0%
18.	0	0%
19.	1	2%
25	1	2%

Histogram ilustrujący graficzną strukturę wiekową salwinii pływającej (akwariowej):

Rozkład salwinii pływającej (akwariowej) kompletnie różni się od rozkładu normalnego.

3.Badanie zmienności osobniczej populacji:

a.) Długość porcelanek na 28 dostępnych osobnikach:

Przedziały długości	Liczba osobników	Udział procentowy
1.9-2.2	6	20.7%
2.3-2.5	10	34.5%
2.6-2.9	9	31%
3>	4	13.8%

Histogram ilustrujący graficzny rozkład długości porcelanek:

Rozkład długości porcelanek jest w ręcz taki sam jak rozkład normalny, ponieważ zachowana jest struktura Gaussa.

b.) Długość porcelanek ( koloru zielonego) na 44 dostępnych osobnikach:

Przedziały długości	Liczba osobników	Udział procentowy
2	2	4.5%
2.1	15	34.1%
2.2	12	27.3%
2.3	8	18.2%
2.4	7	15.9%

Histogram ilustrujący graficzny rozkład długości porcelanek (koloru zielonego):

Zauważamy, że rozkład porcelanek (koloru zielonego) przypomina jedną stronę rozkładu normalnego tak, więc możemy stwierdzić, że różni się on rozkładu normalnego.

III. Wnioski:

• Wiekiem drzewa jest ściśle związany z obwód drzewa, w dwóch badanych gatunkach dominują gatunki młode – populacja rozwijająca się

• Rozkład struktury wiekowej rzęsy drobnolistnej jest identyczny jak rozkład normalny

• Rozkład struktury wiekowej salwinii pływającej (jeziornej) oraz salwinii pływającej (akwariowej) kompletnie różni się od rozkładu normalnego

• Rozkład długości porcelanek jest w ręcz taki sam jak rozkład normalny, ponieważ zachowana jest struktura Gaussa

• Rozkład porcelanek (koloru zielonego) przypomina jedną stronę rozkładu normalnego tak, więc możemy stwierdzić, że różni się on rozkładu normalnego