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 bioróżnorodność
• Złożone 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

ż

ywe

organizmy

UTLENIANIE
organizmy: szybko
procesy abiotyczne:
powoli

energia

energia

DEPOZYCJA

(ocean, osady)

DEPOZYCJA

(zło

ż

a paliw)

PRODUKCJA

DEKOMPOZYCJA

EKOSYSTEM

EKOSYSTEM:

• Dowolny fragment biosfery,
• w którym grupa organizmów realizuje procesy
produkcji i dekompozycji,
• przy chociaż częściowo zamkniętym obiegu materii,
• z wykorzystaniem przepływającej przez ten system
energii.

Elementami nieożywionymi ekosystemu są pule
związków chemicznych: akceptorów i donorów
elektronów, substratów mineralnych i organicznych.

Nieudana próba przedstawienia sieci zależności

pomiędzy elementami prostego ekosystemu

Schemat prostego ekosystemu, przedstawiający tylko

sieć zależności 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 zależności
od liczby gatunków S

Gęstość powiązań d w zależności
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 różnych 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 zużywanych 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/