EKOLOGIA

Nauka o współzależnościach między organizmami i otaczającym środowiskiem. Termin pochodzi od greckiego oikos - „dom, miejsce życia”. Wprowadził go niemiecki zoolog Ernest Haeckel w 1869 r. Obecnie ekologię można określić jako naukę o ekonomice przyrody. Szerzej - nauka o strukturze funkcjonowania przyrody, badająca wzajemne zależności między organizmami i ich zespołami a otaczającym środowiskiem.
Ekologia jest nauką interdyscyplinarną, łączy działy biologii (fizjologia, genetyka, ewolucjonizm) i taksonomię (zoologia, botanika itd.). Współcześnie objęła swymi badaniami biosferę, ekosystem, biocenozą, populację i organizm.
W przyrodzie gatunek reprezentowany jest przez populację, a każdy osobnik jest reprezentantem populacji. Termin populacja oznacza grupę osobników jednego gatunku zamieszkujących wspólny obszar, mogących się między sobą krzyżować.
Zespół populacji różnych gatunków żyjących w określonej przestrzeni środowiska - biocenoza (np. leśna)
Główne zależności, którymi połączone są poszczególne populacje w biocenozie: pokarmowe, zwane troficznymi. Tak więc biocenoza to wielogatunkowy zespół organizmów wzajemnie powiązanych różnymi zależnościami biologicznymi i żyjącymi w określonym środowisku zwanym biotopem.
Biotop - obszar o określonych warunkach będący siedliskiem dla biocenozy lub osobnika., np. strefa litoralna.
Biocenoza ze swym abiotycznym środowiskiem - biotopem tworzy układ ekologiczny zwany ekosystemem. Biocenoza nie istnieje bez biotopu.
Zespoły ekosystemów na ziemi np. step, pustynia nazywamy biomami. Te tworzą środowisko życia naszej planety - biosferę = ekosferę (są to wszystkie ekosystemy).

Biosfera obejmuje:
troposferę - dolna część atmosfery 10-15 km
hydrosferę - wszystkie wody ziemi
litosferę - powierzchniowa warstwa skorupy ziemskiej do 1 km w tym gleby do 3 m

Działy ekologii:
autekologia - ekologia organizmów, wzajemne oddziaływanie środowiska na organizmy
synekologia - ekologia ekosystemów, badanie grup organizmów w biocenozach, zbiorowisko organizmów a ich środowisko
sozologia - ochrona przyrody i jej zasobów

Ekologię podobnie jak całą biologię można podzielić wg grup taksonomicznych m. in. na ekologię roślin, owadów, drobnoustrojów, pasożytów itp.

Czynniki środowiska ograniczające występowanie organizmów:
Na Ziemi występują 2 główne środowiska życia org. : wodne i lądowe. Różnice: wł. fizyczne, temp., zawartość gazów, warunki świetlne, odczyn, oddziaływaniem czynników mechanicznych (np. wiatrów, ciśnieniem, prądów morskich)

Czynniki środowiska Śr. wodne Śr. lądowe
gęstość duża mała
ilość tlenu 3,5 % 21 %
ilość C02 1,7 % 0,03 %
ilość azotu 63% 78%
wahanie temp. małe duże
oświetlenie zewn. rozproszone pełne

Występowanie organizmów w danym środowisku zależy od ich wymagań w stosunku do środowiska i od warunków panujących w tym środowisku
Czynniki środowiska dzielimy na:
-abiotyczne - nieożywione elementy środowiska oddziaływujące na org. ; klimatyczne (temp. woda, światło, ciśnienie, wiatr) oraz edaficzne (gleba, jej struktura, skład)
-biotyczne - żywe składniki środowiska (rośliny, zwierzęta, człowiek) wywierające bezpośredni lub pośredni. Wpływ na siebie wzajemnie i otaczające abiotyczne składniki środowiska

Czynniki abiotyczne i biotyczne -> ograniczające czynniki ekologiczne
Z reguły działają kompleksowo zwiększając adaptacje org. do warunków środ., współdziałanie tych czynników decyduje o przebiegu rozwoju i życiu org. zwierzęcych i roślinnych. Zmiana jednego wpływa na oddziaływanie pozostałych

CZYNNIKI ABIOTYCZNE: temperatura, ilość światła, wody, powietrze (źródło tlenu), CO2, azot i inne gazy, prądy, ciśnienie, ilość składników pokarmowych, , zawartość substancji toksycznych.

Temperatura - życie:: -200C do + 150C, większość organizmów przejawia aktywność życiową w strefach geograficznych gdzie średnia temperatura to: +30C
Dolna granica życia - zazwyczaj temp. zamarzania słodkiej wody wynosi 0C, górna - proces denaturacji białka 40-50C, jednak są org. które przystosowały się do skrajnych temp. W bardzo niskich (np. Syberia -70C): bakterie, sinice, porosty, mszaki, zwierzęta polarne, do +80C (np. pustynie) - wiele gatunków roślin i zwierząt
U zwierząt formą przystosowania do temp. jest: sen zimowy (hibernacja) lub letni (estywacja)
W wodzie wahania temp. są mniejsze, bo woda ma duże ciepło właściwe, duża pojemność cieplną -> org. wodne mają mniejsze zakresy tolerancji
Temperatura wód śródlądowych: 0C-40C, w gejzerach 100C. Ruch wody w zależności od gęstości powoduje wytworzenie warstwowości wód (stratyfikacji termicznej) lub pionowy układ temp. (im głębiej tym chłodniej). Wahania temperatury wpływają na przebieg procesów fizjologicznych a intensywność tych procesów podwajają się przy podnoszeniu temp. o każde 10 stopni (zgodnie z regułą Vant Hoffa: wzrost temp. o 10C przyspiesza tempo procesów metabolicznych 2-3 krotnie)

Światło - promieniowanie słoneczne to podstawowe źródło energii, wpływ zależy od natężenia, jakości, czasu naświetlania. Emitowane przez Słońce promieniowanie elektromagnetyczne ma b. szeroki zakres (10-7 - 109 nm) z których tylko 0,4 - 0,7 μm wykorzystywane jest przez org. (promieniowanie widzialne)
fioletowe 390 - 422 nm żółte 535 - 586 nm
niebieskie 422 - 492 nm pomarańczowe 586 - 647 nm
zielone 492 - 535 nm czerwone 647 - 760 nm
Te zakresy są aktywne podczas fotosyntezy, bo z największym natężeniem docierają przez atmosferę do powierzchni Ziemi.
W pozostałym zakresie są: promieniowanie gamma, X (Roentgena), UV, widzialne, IR (podczerwone), radiowe
Światło docierające do roślin lądowych nie zmienia się w znaczący sposób, by mieć wpływ na proces fotosyntezy. Dla roślin żyjących w wodzie, na różnych głębokościach światło stanowi istotny czynnik ograniczający.
Światło zielono-niebieskie (glony - np. krasnorosty - obok chlorofilu mają barwnik czerwony - fukoerytynę oraz niebieski - fukocyjaninę)
Dla zwierząt światło reguluje aktywność, wzrost, tempo przemian metabolicznych, zachowanie się, orientację

Woda - niezbędny składnik każdego żywego org. Ilość zależy od wieku, cyklu rozwojowego, części ciała. Stanowi średnio 70-80% masy ciała, u form wodnych do 99%, u lądowych 65%)
Decyduje o wszystkich procesach metabolicznych oraz:
-stanowi niezbędny element przy syntezie i hydrolizie wielu związków organicznych
- rola przy pobieraniu skł. pokarmowych i soli mineralnych
-rozpuszczalnik w płynach ustrojowych, uzupełnienie pokarmu
-środek transportu wewnątrz ustrojowego (np. produktów przemiany materii), hormonów, witamin, enzymów
-uczestniczy w regulacji: temp, ciśnienia osmotycznego

Gazy - głównie H, CO2, azot
Środowisko lądowe: N 78%, 02 21%, CO2 0,03%
Środowisko wodne: zależy od temperatury, zasolenia, ciśnienia atmosferycznego, rozpadu gazów w wodzie (maleje ze wzrostem temp.). Gazy w wodzie pochodzą z dyfuzji z powietrza lub powstają w wyniku procesów biologicznych i chemicznych w zbiornikach wodnych

Tlen w wodzie - 20-30 krotnie mniej niż w powietrzu, pochodzi z fotosyntezy, częściowo z dyfuzji z powietrza.Wskutek eutrofizacji wód lub zanieczyszczeń może występować niedobór tlenu (ogranicza to występowanie org.)

CO2 - więcej niż w powietrzu, bardzo dobrze rozproszony w wodzie. Jego źródłem są procesy oddechowe i rozkładu, niezbędny dla roślin jako źródło węgla do budowy związków organicznych, nadmiar CO2 wpływa na zakwaszanie środowiska. Więcej CO2 w powietrzu atmosferycznym -> efekt cieplarniany (ocieplenie klimatu, podniesienie temp., upały itd.) Powstaje w skutek spalania paliw.

Ciśnienie
- Atmosfera - w atmosferze ziemskiej zależy od temp i wysokości nad poziomem morza (wzrost wysokości powoduje zmniejszenie ciśnienia)
-Hydrociśnienie - w zbiornikach wodnych rośnie o 1 atmosferę na 10 m głębokości, ogranicza życie org. ale część np. ryby głębinowe dostosowały się (duże ciśnienie wewn. płynów ustrojowych)

CZYNNIKI BIOTYCZNE: oddziaływanie org. na siebie, zależności międzygatunkowe, wewnątrzgatunkowe, wpływ org. na czynniki abiotyczne.
Organizmy przystosowują się do środowiska, środowiska do siebie - wprowadzają nowe związki i źródła energii (wpływ na skład chemiczny gleby, wody itp.)
Wzajemne oddziaływanie - współzawodnictwo o światło, wodę, pokarm.. Niektóre rośliny wydzielają substancję hamujące lub uniemożliwiające rozwój innych roślin.
Wpływ zwierząt na rośliny: zapylanie przez owady, rozsiewanie nasion, poprawa struktury gleby przez dżdżownice, zwierzęta roślinożerne-> wpływ na ilościowy i jakościowy skład szaty roślinnej, oddziaływanie ma charakter antagonistyczny i protekcyjny

Bytowanie org. lub grupy org. zależy od całego kompleksu czynników, ich ilości i natężenia, gdy czynniki zbliżą się do granicy tolerancji danego gatunku lub gdy ją przekroczą-> czynniki ograniczające (czynniki abiotyczne i biotyczne: konkurencja, drapieżniki, pasożyty)
Tolerancję organizmu na dany czynnik opisują dwa prawa:
Prawo minimum - Liebiga - mówi, że możliwości rozwoju i wzrostu organizmu określa ten czynnik, którego jest najmniej w stosunku do zapotrzebowania. Np. czynnikiem ograniczający wzrost i rozwój może być brak wody.
Prawo tolerancji Shelforda - rozszerzenie prawa minimum, mówi, że możliwości bytowania organizmów określają minima i maksima danego czynnika.
Regułami pomocniczymi są stwierdzenia, że
- tolerancja w stosunku do jednego czynnika zmienia się w zależności od sumy czynników działających w tym samym obszarze.
- organizmy mogą mieć szeroki zakres tolerancji wobec jednego czynnika, a wąski w stosunku do innego.
- organizmy o szerokim zakresie tolerancji wobec wszystkich czynników są najszerzej rozpowszechnione.
- kiedy warunki nie są optymalne dla gatunku ze względu na 1 czynnik ekologiczny to jego granice tolerancji wobec innych czynników mogą być zawężone


Zakresy tolerancji organizmów.
U jednych gatunków zakres tolerancji jest szeroki, u innych wąski. Np. organizm może mieć szeroki w stosunku do temperatury, a wąski do pH.

Dla wyrażenia stopnia tolerancji w ekologii używa się terminów z przedrostkami:
- steno - wąski
- eury - szeroki

Gatunki eurytropowe - szeroki zakres tolerancji, mogą żyć w środowisku o zróżnicowanych warunkach o dużych wahaniach czynników zewnętrznych
Gatunki stenotropowe - mała tolerancja, w ściśle określonych warunkach, o niewielkich wahaniach czynników zewnętrznych
EURY - termiczny temperatura
STENO - hydryczny woda
halinowy zasolenie
fagiczny pokarm

Szerokość zakresu tolerancji świadczy o specjalizacji org. Może być duża w przypadku jednego czynnika, a mała w przypadku 2 lub więcej czynników.
Gdy strefa tolerancji stenobiontów mieści się w górnej granicy zmienności czynników środowiska a wymagania org. są zarazem wąskie i względnie wysokie to takie org. -> polibionty
Eurybionty zachowujące aktywność w wąskich lecz względnie niskich granicach tolerancji -> oligobionty

Min, max i opt. temp.dla gatunku stenotermicznego są zbliżone, mała ich zmiana może być krytyczna, u eurybiontów nie wywiera wpływu
Org. o podobnych zakresie tolerancji w stosunku do określonych czynników- grupy ekologiczne np.:
nitrofile rośliny azotolubne - pokrzywa, burka, rzodkiew
kalcyfile wapniolubne - jaksier, szarotka
halofity słonolubne -solanka kolczysta, piołun
kserofity sucholubne - kaktus, wilczomlecz
higrofity wilgotnolubne - mchy, ryż
acydofile kwasolubne, niskie pH plechy - wrzos
bazofile zasadolubne, wysokie pH - koniczyna
heliofile światłolubne - słonecznik, rumianek
skiofile cieniolubne - paproć, bluszcz

Gat.o wąskim zakresie tolerancji w stosunku do określonych czynników.
Czynniki wskaźnikowe - pozwalają na szybkie określenie stanów środowiska (np. siarczcy - kwaśna gleba)

POPULACJA - zespół osobników jednego gatunku wzajemnie na siebie oddziałujących i zamieszkujących w tym samym czasie na określonej przestrzeni. Jest formą istnienia gat. biologicznego. Zajmuje przestrzeń zapewniającą niezbędne warunki życiowe i funkcje jakie spełnia w ekosystemie czyli niszę ekologiczną.
siedlisko - miejsce w którym żyje
areał osobniczy - obszar zajmowany przez pojedynczego osobnika populacji danego gatunku
zasięg przestrzenny - suma areałów

Cechy populacji:
-liczebność - liczba osobników składających się na populację, związane z nią zagęszczenie populacji, czyli liczba osobników przypadająca na określone jednostki np. 500 sosen/hektar, liczebność i zagęszczenie zależy od wielkości org. - im większe tym mniejsza ich liczebność i zagęszczenie.

Zagęszczenie = liczba osobników / jednostki przestrzenne

Wpływ na liczebność - głównie wydajność pokarmowa, rozrodczość, śmiertelność, migracja.
Tempo wzrostu populacji wskazują 2 krzywe wzrostu liczebności
1.esowata- przy ograniczającym się wzroście, zw. z istnieniem czynników ograniczających biotycznych i abiotycznych
2.jotowata - przy wzroście nieograniczonym (brak czynników ograniczających)

czas czas
Fluktuacje - ulega im liczebność populacji na skutek np. drapieżnictwa:
-rozrodczość - stosunek nowonarodzonych osobników do liczebności całej populacji
-śmiertelność - proces przeciwstawny, dotyczy umieralności osobników w populacji, może być powodowany brakiem pokarmu, starzeniem się osobników, przegęszczeniem, konkurencją, kanibalizmem, drapieżnictwem, pasożytami, chorobami
-rozprzestrzenianie - przemieszczanie się osobników między populacjami powoduje to zmianę liczebności populacji i zależy od barier środowiskowych i aktywności życiowej osobników.

3 formy rozprzestrzeniania:
-emigracja - jednokierunkowy ruch osobników na zewnątrz, opuszczenie populacji
-imigracja - jednokierunkowy ruch do wewnątrz, przybywanie
-migracja - dwukierunkowy ruch osobników, między populacjami
STRUKTURA POPULACJI - w populacji zróżnicowane są osobniki wiekowo, płciowo, przestrzennie, socjalnie`
-struktura płciowa - charakterystyczna dla gatunków o dymorfizmie płciowym, obejmuje zależności pomiędzy liczebnością samic i samców np. 1:5 lub procentowo 40%:60%. Nie dotyczy osobników populacji obojnaczych lub jednopłciowych rozmnażających się partenogenetycznie
-struktura wiekowa - to udział osobników różnych grup wiekowych w populacji: młode, dojrzałe, stare. Dzielimy na:
- populacje rozwijającą się (głównie młodzi)
- populacje ustabilizowaną (równy udział gr. wiekowych)
- populację wygasającą (głównie starzy)
-struktura przestrzenna - związek z rozmieszczeniem osobników w populacji na danym terenie:
- równomierne - b.rzadko występuje
- losowe - np. drzewa w lesie mieszanym
- skupiskowe - np. kolonie bakterii, kolonie nietoperzy
-struktura socjalna - związek socjalny między osobnikami w populacji np. zachowanie terytorium, dominacja osobników, przewodzenie, hierarchia, podział pracy

Interakcja między populacjami: 2 populacje mogą a siebie oddziaływać korzystnie lub nie. Gdy nie mają na siebie wpływu -> neutralizm

1 niekorzystne:
-amensalizm - 1 hamuje rozwój drugiego. np. wydziela zw. chemiczne do podłoża
-konkurencja - między osobnikami o tych samych wymaganiach życiowych. Prowadzi do wyparcia słabszych gatunków przez silniejsze
-drapieżnictwo -gdy jedna populacja przynosi szkodę innej, sama czerpiąc korzyści, układ drapieżca - ofiara powoduje to niekiedy spadek liczebności drapieżców, bo brak pokarmu -> rozwój ofiar - proces cykliczny
-pasożytnictwo - zależność między pasożytem a żywicielem. Pasożyt żyje kosztem gospodarza osłabiając go, może być zewnętrzny (kleszcz lub wewnętrzny (tasiemiec)

2. korzystne:
-komensalizm - między 2 gat., gdy jeden czerpią korzyści nie szkodząc drugiemu
-protokooperacja - 2 gat. czerpią korzyści, ale nie są całkowicie uzależnione od siebie
- mutualizm - nieodzowne współżycie 2 gat., 1 nie może żyć bez drugiego

BIOCENOZA - ożywiona część ekosystemu czyli zespół wszystkich organizmów zajmujących określone nieożywione środowisko, powiązane ze sobą zależnościami.
Wyróżniamy biocenozy:
-sztuczne - np. staw hodowlany -naturalne - np. rzeki, lasy naturalne

Cechy biocenozy:
-jedność biotopu i biocenozy - wszystkie elementy biotyczne i abiotyczne są ze sobą ściśle powiązane i wpływają na siebie
- warunkiem egzystencji biocenozy jest istnienie 3 współzależnych grup organizmów (producentów, konsumentów, reducentów), co jest warunkiem istnienia obiegu materii w biocenozie.
-organizacja biocenozy - układ oparty na powiązaniach pokarmowych i konkurencyjnych. Obejmuje skład gatunkowy, stosunki ilościowe, interakcje, strukturę troficzną, strukturę przestrzenną.
-autonomia biocenozy - odrębność terytorialna, organizacja wewnętrzna, powiązania między komponentami
-względna równowaga biocenotyczna - stały skład gatunkowy i równowaga będąca wynikiem adaptacji org. do warunków środowiska

Sukcesja ekologiczna - prowadzi do większej stabilizacji biocenozy, wynika ze stopniowego jej wytworu i dostosowania się org. do istniejących warunków
Struktura troficzna - powiązania pokarmowe biocenozy między jej elementami strukturalnymi, tj. producenci i konsumenci i reducenci -> dzięki temu otoczenie jest samowystarczalne
Producenci - org. samożywne, autotroficzne, zdolne do wyprodukowania materii organicznej w procesie foto lub chemosyntezy - rośliny zielone, część bakterii (foto i chemosyntetyzujące)
Konsumenci - org. cudzożywne, heterotroficzne, głównie zwierzęta, część bakterii, grzyby, przystosowane do pobierania gotowej materii organicznej. Należą:
-fitofagi - zw. roślinożerne -zoofagi - zw. mięsożerne -saprofagi - żywiące się martwą materią
Grupy konsumentów:
-konsumenci I rzędu - pokarm roślinny
-konsumenci II rzędu - odżywiają się kosztem roślinożerców - drapieżcy i pasożyty zwierzęce
-konsumenci III rzędu - odżywiają się mięsożernymi konsumentami

Reducenci - grupa heterotrofów (głównie bakterii i grzybów saprofitycznych) , rozkładając i redukując substancje organiczne powodują mineralizację.

Łańcuch pokarmowy (troficzny) - szereg org. ustawionych w takiej kolejności że każda poprzedzająca grupę (ogniwo) jest podstawą pożywienia następnej.
a) łańcuch spasania - zaczyna się od roślin zielonych i przechodzi przez zwierzęta do drapieżników odżywiających się zwierzętami np.
-fitoplankton - zooplankton - ukleja- szczupak
-kłykcie ziemniaka - stonka - bażant - człowiek
-koniczyna - ślimak - jaszczurka - jastrząb
b) łańcuch detrytusowy - zaczyna się od martwej materii organicznej przez żywiące się nią mikroorganizmy i zwierzęta saprofityczne do zjadających je drapieżników np.
-obumarłe liście roślin wodnych - nicienie - larwy owadów - traszka
-obumarłe szczątki zwierząt wodnych - wieloszczet - ślimak - ryba

Poziomy troficzne - grupa org. zajmujących taką samą pozycję w łańcuchu pokarmowym.
Liczba poziomów zależy od stopnia złożoności biocenozy.
I poziom troficzny - organizmy samożywne - rośliny zielone, fitoplankton
II poziom troficzny - grupa konsumentów I rzędu - roślinożercy, zooplankton
III poziom troficzny - grupa konsumentów II rzędu - ryby (ukleja, płotka)
IV poziom troficzny - grupa konsumentów III rzędu - drapieżcy II rzędu zjadający drapieżców I rzędu np. ryby drapieżne, okoń
V poziom troficzny i ew. dalsze - drapieżcy dalszego rzędu np. ptaki drapieżne

Jeżeli org. są monofagami, to z reguły należą do jednego poziomu troficznego np. koala - liście.
Jeżeli pokarm jest zróżnicowany to org. te nazywamy polifagami, mogą one należeć do różnych poziomów troficznych np.świnia

W trakcie każdego z kolejnych przekształceń materii w łańcuchu ubywa znaczna część energii (80-90%) rozpraszając się jako ciepło. Stad liczba ogniw w łańcuchu przemian troficzno-energetycznym jest ograniczona do 4ł.
Krótkie łańcuchy -> w biocenozach ubogich, mało zróżnicowanych np. Tundra. Im bardziej bogata biocenoza tym dłuższe łańcuchy pokarmowe.

EKOSYSTEM - STRUTKURA I FUNKCJONOWANIE
Jest to zespół żywych org. tworzących biocenozę łącznie ze wszystkimi elementami środ. nieożywionego (biotop). Każdy naturalny ekosystem to układ otwarty, funkcjonuje dzięki przepływowi energii i krążeniu materii. Źródłem energii jest energia słoneczna - wykorzystywana do budowy związków organicznych (fotosynteza) i podstawowych procesów metabolicznych, część tracona w postaci ciepła
Do funkcjonowania ekosystemu i obiegu energii niezbędni są producenci, konsumenci i reducenci.
Dzięki producentom -> syntetyzowana jest materia organiczna
Dzięki konsumentom -> zjadana jest materia organiczna żywa lub martwa
Dzięki reducentom -> rozkładana jest martwa materia organiczna i uwolnione zostają nieorganiczne składniki pokarmowe dla producentów i zamyka się obieg materii, zachodzi produkcja pokarmu dla org. samożywnych

Obecność lub brak producentów:
a) ekosystemy autotroficzny (99,9%)
b) ekosystemy heterotroficzne (b. rzadkie)
- podstawą funkcjonowania jest obecność światła i materii organicznej zwanej autochtoniczną wytwarzaną w procesie fotosyntezy np. las
- niepełny, samowystarczalny, pozbawiony producentów, materia pochodzi z zewnątrz (alochtoniczna) np. jaskinia w której brak światła. Związki mineralne wytworzone przez destruentów nie są wykorzystywane do produkcji materii organicznej.

PRODUKTYWNOŚĆ (produkcja) ekosystemu jest to ilość substancji organicznej wytwarzanej w jednostce czasu lub intensywność magazynowania energii w związki organiczne.
a)pierwotna - tempo wytwarzania materii organicznej przez producentów:
- brutto - produkcja materii organicznej z nieorganicznej
- netto - produkcja brutto minus straty związane z oddychaniem
b)wtórna - tempo przyswajania materii organicznej i magazynowania energii przez
konsumentów

ad. a) - to szybkość z jaką producenci przekształcają promieniowanie słoneczne w procesie fotosyntezy na energię wiązań chemicznych ( to procesy syntezy związków org. przez producentów). Pomiar -> mierząc intensywność fotosyntezy
-brutto - mierzona szybkością fotosyntezy, ilość materii org. wytworzonej przez producentów łącznie z tą materią którą producenci zużywają na oddychanie
-netto - mierzona tempem magazynowania materii organicznej w tkankach roślinnych bez materii wykorzystywanej na oddychanie. To produkcja brutto A (asymilacja) pomniejszona o straty związane z oddychaniem (R), przyrost masy roślin to: P = A - R
Możemy mierzyć tylko wartość netto, brutto teoretycznie. Najważniejsze jest netto bo przenoszona jest na następny poziom troficzny.

ad. b) - tempo wiązania energii przez konsumentów, czyli proces przyswajania materii organicznej i magazynowania energii przez konsumentów.

Mierzony ilością biomasy wyprodukowanej przez konsumentów w jednostce czasu na jednostkę powierzchni. Parametrem jest energia spożyta lub konsumpcyjna (C)
Część tej energii - budowa ciała (P), część oddychanie (R), część zwracana jako odchody (F) i mocz (U)
C = P + R + FU
energia rzeczywiście przyswojona to produkcja p i oddychanie R -> asymilacja A
A = p + R = C - FU
suma produkcji p = C - (R + FU)
ocena produkcji metodą wagową

Produktywność ekosystemu zależy od wielu warunków. Jest różna na całej Ziemi, jej miarą jest produkcja pierwotna ( 500 -2000 g/m2/rok)

puszcza tropikalna 2200
las liściowy 1300
plantacja trzciny cukrowej 4000
rafa koralowa 2500
ocean 125
tundra 140
płytkie jezioro około 2000

SUKCJESJA EKOLOGICZNA - uporządkowany stopniowy proces kierunkowych zmian biocenozy prowadzący do przeobrażania się prostych ekosystemów w bardziej złożone.
1.Sukcjesja pierwotna - dotyczy terenów dotąd nie zmienionych przez działalność org. żywych a więc terenów niekorzystnych dla życia (pustynie, skały, wydmy) - sukcesja pierwotna bardzo powolna
2. Sukcesja wtórna - szybsza, na obszarach wcześniej zajętych przez inną biocenozę - warunkiem są sprzyjające rozwojowi innych org. np. sukcesja jeziora.
Proces sukcesji wynika z tego, że org. żyjące w biocenozie zmieniają ją.



Wybrane ekosystemy:

-LAS - najbardziej złożony ekosystem lądowy. Wyróżnia się w nim:
-drzewostan
-podszyt
-runo leśne

W procesie rozkładu martwej materii organicznej biorą udział organizmy zwane saprotrofami:
-org. roślinne (saprofity) i zwierzęce (saprofagi) rozkładające resztki organizmów.
Typowi reducenci - saprofity (bakterie i grzyby saproficzne) przetwarzają martwą materię organiczną w związki nieorganiczne, które potem są wykorzystywane przez rośliny.

Udział saprofagów (drobne bezkręgowce żyjące w glebie, osadach dennych) polega na odżywianiu się szczątkami roślin i zwierząt.
Dzielimy je na:
-detrytofagi - zwierzęta odżywiające się detrytusem
-koprofagi - odchodami, fekaliami
-nekrofagi - padłymi zwierzętami

JEZIORO - naturalny zbiornik wodny cechujący się najczęściej uwarstwieniem, posiada 3 strefy:
-litoral - strefa przybrzeżna
-pelagial - otwartej wody
-profundal - przydenna

W każdym środ. istnieją inne warunki fizyczno-chemiczne i inne organizmy. Wyróżniamy inne grupy ekologiczne:
-makrofity - rośliny przytwierdzone do dna
-peryfiton - drobne rośliny i zwierzęta przytwierdzone do podłoża
-neuston - org. żyjące na powierzchni wody lub tuż pod nią
-nekton - zwierzęta czynne poruszające się w wodzie
-bentos - org. denne
-plankton - drobne org. biernie unoszone przez wodę

Największą lądową jednostka biocenotyczną jest biom. W jego obrębie przeważa jednolita forma życiowa roślinności będąca w stanie równowagi i uwarunkowana klimatem. O rozkładzie biomów decyduje temp. i nasłonecznienie
Główne biomy:
-tundra - w strefie okołobiegunowej, w klimacie subpolarnym
-tajga - w północnej Eurazji o Kanadzie, klimat umiarkowan
-lasy liściaste - w strefie klimatu umiarkowanego
-step - klimat kontynentalny umiarkowanie suchy
-sawanna - strefa podrównikowa
-pustynia - klimat zwrotnikowy skrajnie suchy
-puszcza tropikalna - klimat równikowy wybitnie wilgotny
-roślinność wysokogórska - szczyty gór

W każdym biomie występują producenci, konsumenci i reducenci, ale stanowią je różne gatunki org. charakterystyczne dla danej strefy klimatycznej

OCHRONA SRODOWISKA PRZYRODNICZEGO
Środowisko - ogół elementów przyrodniczych znajdujących się w stanie naturalnym lub przekształconym przez człowieka. Obejmuje powierzchnię ziemi z glebą, kopaliny, wody, powietrze atmosferyczne, świat roślinny i zwierzęcy, krajobraz.
Zasoby przyrody - to bogactwa naturalne: woda, powietrze, gleba, energia wód i wiatru, en. ciepła słonecznego i ziemskiego, rośliny i zwierzęta. Dzielimy je na:
a) niewyczerpalne
b) wyczerpalne: odnawialne i nieodnawialne

ad. a) ich eksploatacja nie zagraża wyczerpaniem, np. en. słoneczna, wiatr, prądy morskie, energia geotermiczna

ad. b) nieodnawialne - ich wykorzystanie powoduje stałe i bezpowrotne ich ubywanie prowadzące do całkowitego wyczerpania. Są to surowce stałe (węgiel kamienny i brunatny, nidy metali, np. Cu, Zn i niemetali np. S, NaCl), płynne (ropa naftowa, wody mineralne), gazowe (gaz ziemny). Nieodnawialność surowców mineralnych wynika z długiego czasu ich powstawania
-odnawialne - mimo użytkowania ulegają samoodtwarzaniu się w toku naturalnych procesów zachodzących na ziemi, powietrzu, atmosfera, woda, gleba, lasy, rośliny, zwierzęta.

Większość zasobów przyrody nieożywionej należy do kategorii nieodnawialnych. Należy w większym stopniu wykorzystywać odnawialne źródła energii np. słoneczną, geotermiczną, wiatru, atomową.

OCHRONA I ZANIECZYSZCZENIA POWIETRZA ATMOSFERYCZNEGO
Zanieczyszczenia:
-pochodzenia naturalnego powstałe wskutek wybuchów wulkanów, pożarów lasów, burz piaskowych, huraganów, rozkładu materii organicznej np. na bagnach
-pochodzenia antropogenicznego (działanie człowieka) np. płyny, gazy:
- zakłady produkujące energię elektryczną i cieplną (elektrownie, elektrociepłownie)
- zakłady przemysłowe (różne procesy technologiczne)
- pojazdy mechaniczne
- rozproszone źródła sektora komunalno-bytowego, gospodarstwa rolne (paleniska indywidualne, domowe)

W technologiach tych źródeł dominują procesy spalania paliw kopalnianych -> emisja pyłów, SO2, NO, NO2, N2O, CO, CO2 i węglowodorów (np.metan)
Inne zanieczyszczenia gazowe - związki siarki (SO2, SO, H2S, NH3)
Zanieczyszczenia pyłowe - cząstki od 0,001 do 10nm, pył o wielkości ziaren 35-100 opada na ziemię stosunkowo szybko, 0,1-3,5 dłużej, <0,1nm elektryzują się ujemnie i nie opadają na ziemię. Dla człowieka niebezpieczny jest pył o wielkości >5nm

Ze względu na zagrożenie pyły dzielimy na:
-pyły o działaniu klasycznym - powodują szybkie zatrucie organizmu np.pyły zawierające metale ciężkie Hg, Cd, Hs, Zn, Pb, pyły radioaktywne, azbestowe i fluorka i niektóre rodzaje nawozów mineralnych
-szkodliwe o działaniu pylicotwórczym lub uczulającym np. pyły krzemionkowe, pyły drewna, bawełny, pyły glinokrzemionkowe. Rozpuszczają się one w płynach ustrojowych i rozkładają białko, zmniejszają odporność na choroby zakaźne
-neutralne o działaniu drażniącym - pyły żelaza, wapienia, gipsu, węgla. Są nierozpuszczalne blokują powierzchnię płuc - niewydolność oddechowa, niedotlenienie organizmu (nieżyty oskrzeli, rozedma płuc, łatwość infekcji bakteriami, grzybami i innymi pasożytami)

W Polsce emisja gazów jest duża. W 1998 do powietrza przedostało się 2,522 tyś. ton zanieczyszczeń w tym 10,1% pyłów, oparowe 89,9% - głównie SO2 - 58,9%, CO - 16,3%, NO, NO2 - 18,3%, węglowodory i inne 6,5%

Zanieczyszczenia pyłowe - popiół lotny 83,3%, z produkcji cementu - 3,8%
Następuje ograniczenie emisji zanieczyszczeń - w 1998 o 86% mniej niż w roku 1987, gazowe 56%. Przyczyną jest wytwarzanie energii w elektrowniach opalanych węglem.
Główne miasta zagrożone - Konin (160tys ton/rok), Bogatynia (136tys.), Połaniec (82 tys.), Warszawa(162tys.), Kraków (87tys.)

Skutki:
-choroby układu oddechowego (zapalenie błony śluzowej jamy nosowej, gardła, skrzeli, nowotwory płuc)
-zaburzenia centralnego układu nerwowego (bezsenność, bóle głowy, złe samopoczucie)
-choroby oczu, zapalenie spojówek oka
-reakcje alergiczne ustroju
-zaburzenia w układzie krążenia, choroby serca
-niszczenie budowli
-korozja metali, zwiększone zużycie metali i urządzeń
-niszczenie skóry, odzieży, papieru
-wydłużenie czasu wysychania farb i lakierów
-redukcja promieniowania słonecznego na wskutek absorbowania go i rozpraszania

Niekorzystne zjawiska związane z zanieczyszczeniem atmosfery
1.Smog - mgła inwersyjna - powstaje przez połączenie dymu i mgły lub pary wodnej, na obszarach o dużej emisji zanieczyszczeń, znacznej ich koncentracji oraz w sprzyjających warunkach meteorologicznych.
Np. a) smog utleniający (fotochemiczny) typu Los Angeles
b ) smog kwaśny typu „londyńskiego”

ad. a) w warunkach klimatu tropikalnego lub subtropikalnego przy dużej emisji spalin samochodowych zawierających węglowodory, tlenki azotu, czad, w warunkach intensywnego promieniowania słonecznego - pod jego wpływem powstają substancje silnie utleniające. Smog ten atakuje drogi oddechowe, zmniejsza odporność na choroby, szkodliwy jest dla roślin

ad. b) siarkowy, w wielkich aglomeracjach, klimat umiarkowany, duża wilgotność, silna emisja spalin (głównie SO3).
Duża koncentracja sadzy i tlenku węgla. W kropelkach mgły następuje szybkie utlenianie SO3 do aerozolu, kwasów siarkowego, który działa na org. parząco, porasta drogi oddechowe, wpływa na układ krążenia, powoduje nagłe zgony.

2.Kwaśne deszcze - opady atmosferyczne (śnieg, deszcz, grad, mżawka, mgła) zawierające m.in.produkty przemian tlenku azotu, dwutlenku siarki, tlenku węgla, w atmosferze zachodzi utlenianie tych związków do kwasu siarkowego, azotowego, węglowego w postaci opadów na powierzchnię Ziemi. Zakwaszają one glebę, wody powierzchniowe, mają szkodliwy wpływ na rośliny, zwierzęta, człowieka, poparzenia, podrażnienia dróg oddechowych, niszczą budowle głównie z wapienia i piaskowca (zabytki)

3.Dziura ozonowa - zjawisko ubytku ozonu w ozonosferze, związane z zanieczyszczeniami atmosfery związkami reagującymi ozonem: chloro-fluoropochodne węglowodorów (freony)m chlorek metylu, CH3Cl, czterochlorek węgla CCl4, bromek metylu CH3Br, tlenek azotu. Następuje spadek stężenia ozonu i tworzenie się dziur ozonowych.
Skutek - zwiększenie natężenia promieniowania ultrafioletowego zabójczego dla org. żywych, wzrost zachorowania skóry, choroby oczu (zaćma, ślepota), zakłócenia układu immunologicznego, wzrost zachorowań na choroby zakaźne. Nadmiar promieniowania UV uszkadza kwasy nukleinowe, powoduje mutacje genetyczne, upośledza fotosyntezę.

4.Ekeft cieplarniany (szklarniowy) - ocieplenie klimatu Ziemi - polega na zatrzymywaniu pewnej ilości ciepła emitowanego do atmosfery, spowodowane wzrostem zawartości gazów cieplarnianych (CO2, freon, metan, podtlenek azotu). Gazy te absorbują promieniowanie podczerwone (cieplne) zapobiegając ucieczce ciepła atmosferycznego w kosmos. Konsekwencją są zmiany klimatu, upały, topnienie lodowców, podnoszenie poziomów mórz, zatapianie lodów.

Źródła gazów powodujących efekt cieplarniany - procesy spalania paliw, wycinanie lasów tropikalnych, pożary sawanny, uprawa ryżu, hodowla bydła (powstaje metan),wysypiska odpadów, górnictwo, gazownictwo naturalnych procesów beztlenowego rozkładu materii

SPOSOBY ZAPOBIEGANIA:
1.odpylanie - unieszkodliwianie gazów odlotowych i wyziewów przemysłowych urządzeniami odpylającymi i oczyszczającymi (filtry, odpylacze np.cyklony,multicyklony,filtry tkaninowe, elektro-filtry)

Cyklon - urządzenie do oczyszczania gazów z cząstek stały pozwalających skutecznie usunąć ziarna pyłu o wymiarach >60nm (skuteczność 70-99%), stosowany w hutach, ciepłowniach elektrowniach, zakładach chemicznych itp.
Elektrofiltr - elektryczne urządzenie odpylające 99% skuteczności, wychwytuje pyły na zasadzie jonizacji gazów odlotowych w polu elektrycznym.

2.Hermetyzacja produktów przemysłu i transportu
3.Odsiarczanie paliw
4.Zmiany w technologii spalania paliw (kotły fluidalne, palniki niskoemisyjne)
5.Zmniejszenie uciążliwości pojazdów - wprowadzenie benzyny bezołowiowej, katalizatorów paliw gazowych (propan, butan), silniki elektryczne

W ograniczaniu zanieczyszczeń - pasy zieleni np. powietrze zanieczyszczone H2S i CO2 po przejściu przez 500m. lasu 20 letniego traci około 2/3 zawartości tych gazów.

ZANIECZYSZCZENIA I OCHRONA WÓD

Całkowita ilość wody w przyrodzie - stała. W 3 stanach skupienia - ciekłym, gazowym i stałym. Podlega stałemu krążeniu w przyrodzie. Większość w morzach i oceanach, część w lodzie i lodowcach, jako wody podziemne i wilgotność gleby, reszta w jeziora i rzekach i atmosferze. Lądy otrzymują wodę z opadów atmosferycznych, część paruje, część do cieków wodnych, reszta zasila grunt wsiąkając w niego.
Parowanie - ewapotranspiracja - odbywa się z powierzchni wód, gleby i żywych organizmów.
W zależności od pochodzenia:
-opadowe
-powierzchniowe
-podziemne
Zanieczyszczenia - niekorzystne zmiany właściwości chemicznych i fizycznych i bakteriologicznych spowodowane wprowadzeniem w nadmiarze substancji organicznych (stałych, płynnych, gazowych), radioaktywnych i ciepła, które ograniczają lub uniemożliwiają wykorzystywanie wody do picia i celów gosp.
Mogą być:
-naturalne - z domieszek w wodach powierzchniowych i podziemnych (np.zasolenie, zanieczyszczenie humusem, związkami żelaza)
-sztuczne - antropogeniczne - z działalności człowieka, ze ścieków, płynów powierzchniowych, z terenów przemysłowych, rolniczych, składowisk odpadów komunalnych. Mogą być biologiczne(drobnoustroje patogenne) chemiczne (oleje, benzyna, detergenty, środki chemiczne, pestycydy, sole metali ciężkich)

Zanieczyszczenia wód ściekami:
W Polsce głównie ścieki z miast i przemysłu, spływy z terenów rolniczych, nieskanalizowanych odprowadzanie do wód powierzchniowych kanalizacją lub zrzucone bezpośrednio

Ścieki - mieszanina zużytej wody i różnego rodzaju substancji płynnych, stałych i gazowych, radioaktywnych i ciepła, usuwanych z terenów miast i zakładów przemysłowych

W zależności od pochodzenia dzielimy je na:
-bytowo-gospodarcze - z bezpośredniego otoczenia człowieka (domów mieszkalnych, budynków gospodarczych, miejsc użyteczności publicznej, zakładów pracy) Powstawanie - zaspakajanie potrzeb higieniczno-sanitarnych. Zawierają wirusy, bakterie jaja pasożytów, zagrożenie higieniczne i epidemiologiczne.
-przemysłowe - w zakładach produkcyjnych i usługowych (np. w przemyśle paliwowo-energetycznym, metalurgicznym, górniczym, maszynowym, włókienniczym, chemicznym)
-opadowe - spływy deszczowe, topnienie śniegu, mycie i polewanie ulic miast

Rozwój gosp. i zwiększenie liczby ludności powoduje mgły wzrost ilości ścieków przemysłowych i bytowo-gospodarczych np. w Polsce w 1998 do wód powierzchniowych 2802 km3 ścieków wymagających oczyszczenia, 15% w ogóle nie było oczyszczonych.
Najbardziej niekorzystny wpływ wywiera 3028 dużych zakładów przemysłowych, 833 skanalizowanych miast. W 1998 odprowadzono 2,8km3 ścieków wymagających 1,7km3 z miast, 1,1km3 z zakładów przemysłowych. Z 875 miast 130 nie posiadało oczyszczalni, 50 tylko mechaniczne. 54% ludności korzysta z kanalizacji komunalnej

Ochrona:
-stosowanie bezściekowych technologii w przemyśle
-napowietrzanie wód stojących
-zamykanie obiegów wodnych w cyklach produkcyjnych
-odzysk wody ze ścieków
-utylizacja wód kopalnianych
-zabezpieczanie hałd i wysypisk
-oczyszczenie ścieków i unieszkodliwienie osadów ściekowych

Metody oczyszczania ścieków:
a) mechaniczna - na zasadzie odcedzania
b) chemiczna - wytrącanie związków (koagulacja, sorpcja na węglu aktywnym)
c) biologiczna (najlepsza) - zmineralizowanie zanieczyszczeń dzięki mikroorganizmom występującym w osadzie czynnym (złoża biologiczne, komory osadu czynnego, komory fermentacyjne)
d) z podwyższonym usuwaniem biogenów - redukcja azotu i fosforu

Ochrona gleby - powierzchniowe warstwy skorupy ziemskiej
-degradacja gleby - zniszczenie ekologicznej i produkcyjnej wartości gleby:
- zakwaszanie gleby
- mechaniczne zniekształcenia gruntów, niszczenie gleby, roślin
- zniekształcenie rzeźby terenu
- wylesianie
- przesuszenie gruntów
- chemiczne zanieczyszczenie gleby
- -biologiczne zanieczyszczenie gleby

-erozja - proces naruszania lub rozwiewanie powierzchniowej warstwy gleby
-pustynnienie, stepowienie - niedobór wody
-przemysłowe zanieczyszczenie związkami siarki SO2, SO3, H2SO4, FeS, H2S - zakwaszanie gleby, związki sodu NaCl, Na2SO4, Na2CO3 - zasolenie gleb, związki azotowe - amoniak, azotany) substancje ropopochodne, radioaktywne, metale ciężkie.
-rolnicze zanieczyszczenia - nieumiejętne nawożenie (gnojowica, pestycydy, związki chemiczne)

Ochrona środowiska przed odpadami
-odpady przemysłowe (np. górnicze szlamy, poflotacyjne, popioły)
-bytowo-gospodarcze -komunalne

Metody zaradcze:
-kompostowanie odpadów -składowanie odpadów
-segregacja odpadów -wtórne wykorzystywanie odpadów

Ochrona przed hałasem i wibracjami (hałas komunikacyjny, przemysłowy, osiedlowy, mieszkaniowy)
0dB - próg słyszalności, 130dB - granica bólu
Uszkodzenie słuchu, choroba wibracyjna (zaburzenie układu nerwowego, krążenia, ruchu pokarmowego)

1

---