Ekologia-Zajmuje się strukturą i funkcjonowaniem ekosystemów (układów ekologicznych w przyrodzie)
*struktura układu ekologicznego -zarówno skład gatunkowy, liczebność, biomasę i sposób rozmieszczenia organizmów, jak też warunki klimatyczne i glebowe
*funkcjonowanie układu ekologicznego - intensywność produkcji materii organicznej oraz metabolizm różnych grup organizmów. Najogólniej sprowadza się ono do krążenia materii i przepływu energii.
Środowisko -Jest to ogół czynników ożywionych (biotycznych) i nieożywionych (abiotycznych), mających bezpośrednie znaczenie dla życia i rozwoju organizmu danego gatunku lub jego populacji.
Ekosystem-Układ ekologiczny. Każdy ekosystem składa się z czynników ożywionych (biotycznych) i nieożywionych (abiotycznych), podobnie jak środowisko.
Inaczej można powiedzieć, że ekosystem jest sumą siedliska i biocenozy, w pewnej określonej przestrzeni.
Ekosystem a Środowisko
W przypadku ekosystemu interesuje nas jak pewien fragment przyrody jest zbudowany (złożony) i jak funkcjonuje. Patrzymy na to niejako od zewnątrz. Pojęcie to jest częściej stosowane wsynekologii.
W przypadku środowiska interesuje nas jak czynniki, które tworzą ten sam fragment przyrody, oddziałują na jakiś organizm (populację) – jakie warunki życia im stwarzają. Patrzymy na to niejako od wewnątrz. Pojęcie to jest częściej stosowane w autekologii.
Siedlisko-Można zdefiniować na trzy sposoby:
1 – jest to abiotyczna część środowiska (ekosystemu)
2 – jest to suma czynników klimatycznych i glebowych
3 – jest to wypadkowa położenia
Siedlisko jako wypadkowa położenia:
P -K + G- S
Biocenoza -Jest naturalnym zespołem organizmów żywych danego środowiska (ekosystemu), powiązanych ze sobą przez rozmaite czynniki ekologiczne i tworzących organiczną całość, która dzięki rozmnażaniu i samoregulacji utrzymuje się trwale w przyrodzie w stanie dynamicznej równowagi.
Krajobraz-Jest to zespół różnych ekosystemów. Strefę przejściową między różnymi ekosystemami nazywamy ekotonem.
Biom-Jest to zespół wszystkich ekosystemów tego samego typu na kuli ziemskiej.
Biosfera- Jest pojęciem nadrzędnym dla krajobrazu i biomu. Można powiedzieć, że wszystkie ekosystemy na kuli ziemskiej tworzą razem biosferę. Niekiedy pojęcie biosfery jest tez używane jako nadrzędne względem środowiska, lub siedliska.
Przykładowe teorie:
*teoria ewolucji
*teoria dynamiki biocenoz
-teoria sukcesji (teoria monoklimaksu, teoria poliklimaksu)
Przykładowe prawa:
*prawo czynników ograniczających
-prawo Liebiga
-prawo Shelforda
zasada kompleksowego działania czynników środowiska
zasada kompensowania się czynników środowiska
*prawo samoregulacji w przyrodzie
Prawo Liebiga (1840)
Plon roślin jest ograniczany przez brak w glebie któregokolwiek potrzebnego do rozwoju pierwiastka
– pierwiastki te muszą występować przynajmniej w minimalnych dla danego organizmu ilościach
– o rozwoju organizmu decyduje najsłabsze ogniwo jego potrzeb
Prawo Shelforda (1913)
Istnienie i pomyślne bytowanie organizmu w jakimś środowisku zależy od pełności całego kompleksu czynników
- niewystępowanie lub degeneracja organizmu mogą być wywołane zarówno niedostatkiem, jak i nadmiarem któregokolwiek czynnika środowiskowego
- czynniki zbliżające się do granic tolerancji organizmu nazywamy czynnikami ograniczającymi
Punkty kardynalne: minimum, optimum, maksimum
Przedział tolerancji -zakres dowolnego czynnika, w którym organizm może egzystować (mogą przebiegać wszystkie procesy fizjologiczne)
Eurybionty - szerokie przedziały tolerancji
Stenobionty – wąskie przedziały tolerancji
wody – organizmy eury- stenohydryczne
temperatury – organizmy eury- stenotermiczne
pokarmu – organizmy eury- stenofagiczne
warunków życiowych – organizmy eury- stenotopowe
*Organizmy mogą mieć szeroki zakres tolerancji względem jednego czynnika, a wąski względem innego
*Organizmy o szerokim zakresie tolerancji względem wielu czynników mają najczęściej szeroki zasięg występowania
*Granice tolerancji organizmów mogą podlegać zmienności sezonowej
*W przypadku organizmów danego gatunku obserwujemy zmienność granic tolerancji w zależności od stadium rozwojowego (wieku) oraz geograficznego występowania populacji (rasy, ekotypy)
Zasada kompensowania się czynników środowiska
*Przedział tolerancji względem jakiegoś czynnika jest tym szerszy im bliższe optimum jest natężenie pozostałych czynników
*Przedział tolerancji względem jakiegoś czynnika jest tym węższy im dalsze od optimum jest natężenie pozostałych czynników
przykłady kompensacji
- światło i temperatura …
- dwutlenek węgla i światło …
- opady i gleba …
- światło i gleba …
CZYNNIKI OGRANICZAJĄCE rozwój i występowanie drzew: ŚWIATŁO:
*NADMIERNA INSOLACJA
*Podwyższone Natężenie PROMIENIOWANIA UV
*PRZEKROCZENIE PUNKTU KOMPENSACYJNEGO
CIEPŁO:
*SKRAJNE TEMPERATURY DODATNIE
*SKRAJNE TEMPERATURY UJEMNE
*PRZYMROZKI WODA:
*SUSZA GLEBOWA
*SUSZA FIZJOLOGICZNA
*NADMIAR WODY
*SZKODY OD ŚNIEGU
WIATR, SZKODLIWE IMISJE, POżARY, ZAGROśENIA ZE STRONY GRZYBÓW , ROŚLIN, zwierzat
Mechanizmy homeostatyczne (samoregulacyjne)-zapewniają zdolność powracania do stanu dynamicznej równowagi na wszystkich poziomach przyrody
Kluczowa zdolność organizmów i całej przyrody, zapewniająca istnienie gatunków, biocenoz, ekosystemów – całej biosfery
Przykłady samoregulacji u roślin
Ośrodkami zawiadującymi (modulującymi) w roślinach są stożki wzrostu - wierzchołkowe merystemy korzeni i pędów. Pod wpływem bodźców (wewnętrznych i zewnętrznych) operony komórek merystemowych uruchamiają produkcję hormonów (auksyny, gibereliny), które regulują procesy życiowe w roślinach
Hormony (transportowane wraz z wodą i sokami) zapewniają kontakt między tkankami i organami roślin (np. między korzeniami i aparatem asymilacyjnym)
Z kolei mechanizmy samoregulacji na wyższych poziomach organizacji przyrody bazują bezpośrednio na przeżywalności:
*osobników, populacji, gatunków, biocenoz
Procesy samoregulacyjne przebiegają najszybciej i najbardziej precyzyjnie na poziomie komórki i organizmu
Na wyższych poziomach przebiegają wolniej i mniej dokładnie (Im dalej od genów, tym mniejsza precyzja procesów samoregulacyjnych)
Bez procesów samoregulacji nie ma ŻYCIA, Są one wszechobecne w całej przyrodzie.
Geny strukturalne- geny transkrybowane na mRNA i dalej na sekwencje aminokwasów w cząsteczce białka. ( przy operonie)Ekologiczna adaptacja- samoregulacja na poziomie populacji, gatunku:
• jest związana z procesami ewolucyjnymi - powstawaniem i wewnętrznym różnicowaniem gatunków (specjacja, podgatunki, rasy)
• jest przykładem samoregulacji na poziomie populacji (danego gatunku) i całego gatunku.
Samoregulacja na poziomie populacji polega na:(Właściwa adaptacja to A, ale B z nią współdziała)
coraz lepszym dostrajaniu jej struktury genetycznej w kolejnych pokoleniach poprzez:
eliminację lub nie dopuszczanie do rozrodu osobników gorzej przystosowanych;(filiogeneza)
dostrajaniu ekspresji genów w wyselekcjonowanych osobnikach poprzez:(ontogeneza)
programowanie rozwoju osobników w zarodkach nasiennych
reakcje fizjologiczne i morfologiczne w różnych fazach rozwoju osobnika (adjustacje)
Zmienność osobnicza-Tworzywo ekologicznej adaptacji wynikające z:
- mutacji genowych i chromosomowych,
- corssingover,
- rozszczepienia chromosomów i wymiany nici chromatydowych(w mejozie i mitozie)
- losowości kojarzenia gamet (możliwej dzięki rozmnażaniu generatywnemu i panmiksji).
Głównymi mechanizmami decydującymi o postępie ekologicznej adaptacji są:
naturalna selekcja
• przyczynia się do środowiskowej specjalizacji populacji danego gatunku (a więc jest motorem adaptacji)
przepływ genów.
przyczynia się do wyrównywania pul genowych populacji tworzących dany gatunek
Ekoklin-zmienność jakiejś cechy u osobników danego gatunku - wzdłuż gradientu środowiskowego (rosnącej szerokości geograficznej, wysokości n.p.m., pH gleby …)
Ekoklin może być fenoklinem lub genoklinem:
Fenoklin- może być wynikiem działania gradientu środowiskowego na osobniki o tym samym genotypie (np. rozmnożone wegetatywnie),
- ale najczęściej jest efektem współdziałania genoklinu i gradientu środowiskowego.
*Istnienie genoklinu możemy wykazać eliminując wpływ gradientu środowiskowego
- w doświadczeniu, w którym nasiona zebrane wzdłuż gradientu środowiskowego wysiewamy w tych samych warunkach środowiskowych (szkółka, szklarnia, fitotron).
Zmienność cech wyhodowanego w ten sposób potomstwa różnych populacji, korespondująca z ich gradientem środowiskowym, jest dowodem ekologicznej adaptacji o charakterze klinalnym.
Ekotyp-można zdefiniować, jako fragment klina,różniący się od pozostałych jego fragmentów,na skutek przewagi selekcji nad przepływemgenów.
Jako oddzielne ekotypy można zwłaszcza traktować silnie różniące się, oddalone względem siebie fragmenty klina.
Proweniencja- oznacza pochodzenie nasion.
*Zazwyczaj wskazuje ona na drzewostan o utrwalonych genetycznie, korzystnych cechach Gospodarczych (przyrost grubości i wysokości, łatwość oczyszczania, dobra jakość drewna), ale nie mówi nic o środowiskowym przystosowaniu, w przeciwieństwie do ekotypu.
Migracja naturalna- polodowcowa. Migracja taka w przypadku większości gatunków drzew na naszym terenie trwała od kilku do kilkanastu tysięcy lat.
Sztuczna migracja,-wywołana przez człowieka spowodowała bezładne przemieszczenie ekotypów, często do środowisk, do których nie były one przystosowane.
Sprowadzane z wielkich wyłuszczarni nasiona dały początek wielu drzewostanom (sosny, świerka, dębu, buka) o trudnej do ustalenia proweniencji.
Określa się je mianem drzewostanów obcego lub nieznanego pochodzenia.
Identyfikacja ekotypów drzew:
- Określanie ekotypów na podstawie fenotypowych cech drzewostanów matecznych jest zawodne.
- Konserwatywne jakościowe cechy szyszek i nasionpozwalają raczej odtworzyć historię naturalnej migracji i są bardziej przydatne przy wyodrębnianiu podgatunków niż ekotypów.
- W identyfikacji ekotypów bazuje się przede wszystkim na badaniu adaptacyjnych (genotypowych) cech potomstwa.
Jak można tłumaczyć dobre środowiskowe przystosowanie potomnych populacji świerka w naszych górach, pomimo importu obcych nasion w przeszłości?
1. Najbardziej nieprzystosowane z introdukowanych ekotypów zostały wyeliminowane przez czynniki obcego dla nich środowiska. Na ich miejsce sprowadzano nowe nasiona i sadzonki, aż wreszcie trafiono na lepiej przystosowane ekotypy.
2. Świerk pospolity jest gatunkiem młodym, odznaczającym się wyjątkowym polimorfizmem genetycznym, co stwarza możliwość ostrej kierunkowej selekcji i szybkiej ekologicznej adaptacji.
3. W rozmnażaniu uczestniczą przede wszystkim najlepiej przystosowane z introdukowanych osobników.
4. Przy wolnym zapyleniu zapewniona jest dominacja pyłku z rodzimych drzewostanów.
5. Wszystko to sprzyja przystosowaniu genetycznej struktury introdukowanych populacji do zastanych warunków siedliskowych.
Modele dynamiki fitocenoz w zależności od okresu, źródła i progresjizmian?
Progresja zmian ( sukcesywne, cykliczne, fluktuacyjne-raz większe raz mniejsze)
Źródlo zmian ( egzogenne, endogenne)
Okres zmian (krótkoterminowe, sekularne, czas geologiczny)
Fluktuacja- trwałość fitocenozy i powtarzalność kombinacji gatunkowej zapewnione poprzez krazeniepropagul wewnątrz fitocenozy
Regeneracja- odtworzenie zniszczonych lub zniekszalconychfragmentow fitocenozy przez propagule pochodzące z tej samej fitocenozy
Sukcesja- tworzenie lub odtwarzanie całej fitocenozy przez propagule pochodzące z innej fitocenozy
Regresja- zanik fitocenozy. Zanik produkcji i krążenia propagul.
Sukcesja pierwotna- wystepuje wtedy , gdy organizmy zywe kolonizują obszar dotychczas jałowy
Sukcesja wtórna- przebiega na obszarze mocno zmienionym, ale nie jałowym, już skolonizowanym.
Sukcesja autogeniczna- przebieg zależy od organizmow biorących w niej udział
Sukcesja allogeniczna- wymuszona przez zmiany w srodowisku
Klimaks- końcowe, stabilne stadium rozwoju roslinnosci i gleby, osiagajacegorownowage produkcji, dekompozycji i ilości gatunkow.
Monoklimaks- końcowe stadium jednoznacznie określone przez warunki klimatyczne
Poliklimaks- koncepcja która dopuszcza możliwość formowania się roznych postaci klimaksu (klimatyczny, edaficzny, topograficzny)
Dysklimaks-biocenoza zastepujaca klimaks na skutek zaburzen środowiskowych np. intensywny wypas może przeksztalcic step (klimaks) w pustynie (dysklimaks)
Plagioklimaks- trawale stadium rozwoju roślinności, powstające w wyniku zmiany kierunku lub zatrzymania sukcesji przez człowieka (np. koszenie łak zatrzymuje sukcesje w kierunku lasu)
Mechanizmy ułatwiania, tolerancji i hamowania w sukcesji?
Ułatwienie- modyfikacja środowiska przez wczesnych okupantow ułatwia rekrutacje „późno sukcesyjnych” gatunków
Tolerancja- modyfikacja środowiska przez wczesnych okupantow ma mały albo żaden wpływ na rekrutacje „pozno sukcesyjnych” gatunkow
Hamowanie- modyfikacja środowiska przez wczesnych okupantow ogranicza rekrutacje „poznosukcesyjnych” gatunkow
Ogólna charakterystyka pionierów, postpionierów i driad?
Pionierzy- gatunki drzewiaste we wszystkich fazach rozwoju światłożadne
Postpionierzy- gatunki drzewiaste cienioznosne.
Driady- gatunki drzewiaste cienioznosne. W fazie kiełkowania i siewki wykorzystują swiatlo przefiltrowane
Charakterystyka pionierskich gatunków drzew?
*Pinus, Populus, Salix, Betula, Alnus
*szybki wzrost w młodości, światłolubne
*szeroka tolerancja w zakresie klimatycznym i glebowym
*anemogamia, obfite coroczne owocowanie,
*wczesne zakwitanie i owocowanie
*tendencja do rozmnażania wegetatywnego
T: Ekosystem leśny
Typy rozsiewania nasion:
*autochory- rosliny rozprzestrzeniające nasiona samoczynnie
*anemochory- rozsiewane przez wiatr
*barochory- rozprzestrzeniane pod wpływem silyciezkosci , nasiona przez specjalnych przystosowan
*egzochory- nasiona czepne, przenoszone na powierzchni cialazwierzat
*endozoochory- połykane i przenoszone w układzie pokarmowych zwierzat
*myrmekochory- rozsiewane przez mrowki
Dynamika ekosystemu leśnego (wg Thomasiusa)?
T: Polodowcowa historia lasów
• Dzięki procesom dynamicznym (sukcesyjnym i innym) ukształtowała się szata roślinna (w tym lasy) na całej kuli ziemskiej
• W różnych regionach historia powstawania szaty roślinnej wyglądała nieco inaczej, w zależności od zjawisk geologicznych, geoklimatycznych …
• W naszych szerokościach geograficznych decydujący wpływ na obecny krajobraz wywarły zlodowacenia
• Dokładniej tę historię można zbadać za pomocą metod palinologicznych
Zmiany klimatu a sukcesja
• Od okresu Preborealnego do Atlantyckiego - sukcesja pierwotna, zakończona klimaksem
• Od okresu Atlantyckiego do Subatlantyckiego - regresja allogeniczna (ochłodzenie klimatu)
• Obecne globalne ocieplenie – kolejna sukcesja allogeniczna … ?
• Osiągnięcie klimaksu nie oznacza wiecznej stabilności, bo w dłuższych okresach czasu klimat się zmienia … „wyznaczając” sukcesji nowy cel …
Wykorzystanie map palinologicznych
- renaturalizacja ekosystemów leśnych
- ułatwianie procesów sukcesyjnych
Jaki % energii słonecznej jest przez roślinność leśną: A) absorbowany fizycznie, B) wiązany fotosyntetycznie, C) lokowany w przyroście biomasy?
*A- 24%, B- 1,2 %, C- 0,5 %
Jaki % biomasy wyprodukowanej przez roślinność leśną jest pobierany przez konsumentów?
*sawanna 14-16 %, step-10-12%, tropikalny las deszczowy 6-8%
*lasy liściaste strefy umiar 4-6%, tajga 4 %, tundra 3 %
Struktura troficzna i przepływ energii w ekosystemach lądowych?
Przepływ energii a krążenie materii w ekosystemach lądowych?
Ogólny schemat funkcjonowania ekosystemu leśnego?
Liczebność i masa najważniejszych grup organizmów glebowych? (liczebność/masa (g))
*Bakterie- 1.1012/50g
*grzyby- 1.109/100g
*ślimaki- 5.10/1g
*chrząszcze i ich larwy- 1.102/1,5g
*dżdżownice- 4.10/40g
Podstawowe typu próchnicy leśnej:
*Mull, Moder, Mor
Sprawny i stabilny ekosystem?
Sprawny ekosystem
• niezakłócony, płynny obieg materii i przepływ energii (bez przestojów, zatorów, jałowej kumulacji)
- cała wyprodukowana materia organiczna ulega szybkiemu rozkładowi (mineralizacji)
- wszystkie pierwiastki są dostępne i pobierane przez rośliny
- synteza materii organicznej przebiega intensywnie
- biomasa biocenozy jest zbliŜona do maksymalnej (w danych warunków siedliskowych)
Stabilny ekosystem
• działają mechanizmy samoregulacji …
Przykład:
- rośnie biomasa drzew i zagęszczenie koron
- za mało opadów i promieniowania wnika do dna lasu
- słabną procesy próchnicowania i mineralizacji (gromadzi się nadmiar próchnicy nadkładowej) pogarszają się warunki odżywiania
- mniejsze: produkcja, biomasa, zagęszczenie koron
- wnika więcej opadów i promieniowania
- poprawiają się warunki: próchnicowania, mineralizacji,
- rośnie produkcja biomasy i zagęszczenie koron
Jakie ilości ścioły (rząd wielkości) opadają rocznie na powierzchni 1 ha w naszych lasach?
*Masa liści opadłych w ciągu całego roku u gatunków liściastych zamyka się w przedziale od 1,6 T/ha (grab) do 5,2 T/ha (dąb czerwony). U gatunków iglastych wielkość ta wynosi od 0,3 T/ha (jodła) do 3,2 T/ha (sosna).
T: Las w krajobrazie
1.Do czego dąży sukcesja ekologiczna na lądzie?
*Sukcesja ekologiczna na lądzie kończy się zazwyczaj klimaksem w postaci formacji leśnej
2.Porównaj powierzchnię lasów na kuli ziemskiej i uch udział w biomasie biosfery?
*Lasy są najpotężniejszymi fitocenozami lądowymi • Zajmują:
- 8 % powierzchni całego globu
- 30 % powierzchni lądów
3.Dzięki czemu ekosystemy leśne mogą tak skutecznie pełnić swoją rolę buforów (regulatorów) środowiskowych?
*Dzięki swojej dużej biomasie, a także dużej zawartości wody w glebie, ekosystemy leśne działają jako bufor (regulator) w szeroko pojętym środowisku (wewnętrzne, krajobraz, biosfera).
4. Wymień najważniejsze aspekty środowiskotwórczej roli lasu?
• Środowisko wewnętrzne lasu (fitoklimat i gleba)
• Retencja (regulacja stosunków wodnych, ograniczanie erozji)
• Klimat lokalny (wilgotność powietrza, opad, temperatura, promieniowanie, wiatr)
• Inne funkcje ochronne ( lawiny, hałas, oczyszczanie wód, oczyszczanie gleby, fitoremediacja)
• Produkcja tlenu i absorpcja dwutlenku węgla
• Bioróżnorodność
5.Kształtowanie środowiska wewnętrznego przez las?
Fitoklimat leśny (w porównaniu z przestrzenią otwartą)
• ŚWIATŁO
- mniejsze natężenie (do 100 x; Bk - 5%, So - 20%)
- przewaga rozproszonego; światło obrazkowe
- zubożone widmo ( mniej promieniowania fotosyntetycznieczynnego)
• TEMPERATURA
- średnia roczna nieznacznie niższa (~ 1 °C)
- średnia okresu wegetacyjnego niższa (~ 1,5 °C)
- średnia okresu spoczynku wyższa (~ 0,5 °C)
- amplitudy roczne mniejsze o kilka stopni
- amplitudy dobowe mniejsze o kilkanaście stopni
- pod okapem nie ma przymrozków radiacyjnych
• WODA
- większa wilgotność powietrza (średnio ~ 5%; do 25%)
- znacznie mniejsza ewaporacja (~ 50%)
- dociera ~ 75% opadów (intercepcja ~ 25%)
- znacznie większy udział opadów poziomych ( do ~ 50%)
• WIATR
- wnika na ~ 50 m do zwartego drzewostanu z okrajkiem
- wnika na ~ 250 m do rozrzedzonego drzewostanu bez okrajka
- pionowe ruchy powietrza związane ze stosunkami termicznymi
Gleby leśne (w porównaniu z glebami nieleśnymi)
• Charakterystyczne typy gleb: bielicowe, rdzawe; płowe, brunatne
• Charakterystyczne typy próchnic: mull, moder, mor
• Duża ilość materii organicznej
• Latem nieco zimniejsze, ale zimą płycej zamarzają
• Stosunkowo kwaśne (pH przeważnie od 4 do 7)
• Duża aktywność edafonu
• Większa aktywność grzybów niż bakterii
• Silnie przerośnięta korzeniami; dużo kanałów korzeniowych
• Duża porowatość
• Specyficzne stosunki wodne: wierzchnia warstwa, rizosfera, poziom wód gruntowych
• Właściwości retencyjne
Udział drzew i krzewów w zestawie gatunkowym roślin nasiennych jest stosunkowo mały:
- drzew: około 45 gatunków (2 %)
- krzewów: około 160 gatunków (7 %)
Ile gatunków bytuje w polskich lasach ?
• Około 32 000 gatunków, a więc 65 % (Podczas gdy lasy pokrywają tylko 30 % kraju)
• Większość z tych gatunków może żyć wyłącznie w środowisku leśnym
• Część z nich bytuje jednak jednocześnie w innych ekosystemach tworzących krajobraz
T: Las jako zjawisko geograficzne
Lasy występują wszędzie tam, gdzie:
- odpowiedni klimat
- odpowiednia gleba
- zanieczyszczenie środowiska na to pozwala (nie przekracza krytycznego progu)
- człowiek ich nie usuwa bezpośrednio
Niektóre współczynniki klimatyczne określające występowanie formacji leśnej:
• TetratermaMayra:
las może występować tam, gdzie średnia temperatura czterech miesięcy okresu wegetacyjnego (V-VIII) przekracza 10°C
• Kryterium Rubnera:
las może występować tam, gdzie długość okresu wegetacyjnego (temperatury > 10°C) przekracza 60 dni
• Współczynnik hydrotermiczny Langa:
L = roczna suma opadów / średnia roczna temp. (> 40 = las)
• Współczynnik hydrotermiczny Sielianinowa:
K = 10 x suma opadów / suma średnich temp. dobowych (dla roku lub okresu wegetacyjnego) - dla lasu wynosi od 1 do 3; (dla półpustyni wynosi on około 0,5 a dla tundry około 4)
Klimat zależy między innymi od:
- nachylenia osi Ziemi do ekliptyki i jej ruchu wokół Słońca
- szerokości geograficznej
- prądów morskich
- panujących wiatrów
- odległości od wybrzeża
- usytuowania względem łańcuchów górskich
- wysokości nad poziomem morza
- topografii i innych czynników
Dlatego:
- strefy klimatyczne nie są równomierne
- strefowość gleb nie jest równomierna
Z nierównomiernej strefowości klimatu i gleby wynika nierównomierna strefowość formacji roślinnych
Dodatkowo na ukształtowanie biomów wpływają:
• wielkość i kształt kontynentów
• historia kontynentów:
- bliskie sąsiedztwo innych kontynentów w przeszłości
- historia flory i fauny
Strefy klimatyczne ziemi:
*równikowa, podrównikowa, zwrotnikowa, podzwrotnikowa, umiarkowana, podbiegunowa, biegunowa
T: Drzewostan
Drzewostan – zespół drzew, tworzących główny składnik leśnej szaty roślinnej, które rosnąc w bliskim sąsiedztwie wzajemnie oddziałują na siebie i wraz z innymi komponentami lasu kształtują w specyficzny sposób warunki środowiska leśnego, a przy tym same w swym indywidualnym i zespołowym życiu pozostają pod wielostronnym wpływem tego środowiska
*Drzewostanem nazywamy też część lasu, różniącą się od swego otoczenia: sposobem powstania, wiekiem, składem gatunkowym, zwarciem, zagęszczeniem, jakością techniczną drzew, siedliskiem, obecnością nalotów lub podrostów itp., a która dzięki zajmowaniu większej powierzchni pozwala na odrębny sposób jej zagospodarowania
CECHY drzewostanu:
1. Pochodzenie
• W sensie genetycznym: - proweniencja, ekotyp
• W sensie hodowlanym (sposób powstania):
A: generatywne lub wegetatywne
B: naturalne lub sztuczne
Ad. A
• Generatywne:
Drzewostany powstałe z nasion:
- bezpośrednio: samosiew, siew
- pośrednio: siewki, sadzonki
Drzewostany takie tworzą „gospodarstwo wysokopienne”
• Wegetatywne:
Drzewostany powstałe z odrośli, odkładów lub zrzezów:
- odrośla (z korzeni lub pnia) tworzą np.: Wb, Os, Ol, Lp, Gb, Db,
- odkłady tworzą np.: Św, Wb, płożące krzewy
- ze zrzezów można odnawiać np.: Tp, Wb
Drzewostany takie tworzą „gospodarstwo niskopienne”
Ad B
• Naturalne:
Drzewostany zarówno
- generatywnego (samosiew, zoochoria),
- wegetatywnego (odrośla, odkłady) pochodzenia.
• Sztuczne:
Drzewostany zarówno
- generatywnego (siew, sadzenie), jak i
- wegetatywnego (zrzezy) pochodzenia.
Jak rozpoznać pochodzenie drzewostanu ? (gdy nie dysponujemy dokumentacją drzewostanową)
• Przygotowanie gleby
- ślady przygotowania wskazują na sztuczne pochodzenie
• Rozmieszczenie drzew
- regularne, schematyczne – wskazuje na pochodzenie sztuczne
- losowe lub grupowe – wskazuje na pochodzenie naturalne
• Liczba pni wyrastających z korzenia
- pojedyncze pnie wskazują na ziarnówki
- wielokrotne pnie z tego samego korzenia – na odrośla
• Wiek drzew
- wyrównany wiek sugeruje pochodzenie sztuczne
- różnica wieku powyżej 10-20 lat – naturalne
2. Wiek
• W zasadzie nie spotyka się drzewostanów absolutnie równowiekowych
• Najczęściej spotyka się drzewostany względnie równowiekowe lub różnowiekowe
• Za równowiekowe uznaje się drzewostany, w których różnica wieku między drzewami nie przekracza jednej klasy (lub podklasy) wieku Do 40 roku życia jest to więc różnica 10, a powyżej 40 roku życia – 20 lat
• Gdy różnica ta jest większa – drzewostany różnowiekowe
„fazy rozwojowe”:
1 – uprawa (nalot)
2 – młodnik (podrost)
3 – tyczkowina
4 – drągowina
5 – drzewostan dojrzewający
6 – drzewostan dojrzały
7 – starodrzew
3. Wysokość i grubość
• Od wysokości drzewostanu zależy m. in. wewnętrzna przestrzeń, w której może się kształtować fitoklimat leśny. Ma ona też znaczenie dla pionowej budowy drzewostanu (i lasu).
• Grubość drzew w drzewostanie jest związana głównie z cechami zwarcia i zagęszczenia, które decydują o fitoklimacie wnętrza drzewostanu i przestrzeni życiowej drzew.
• Wysokość drzew silniej reaguje natomiast na zmiany klimatu zewnętrznego.
• Na ogół w drzewostanie mierzy się grubość wszystkich drzew powyżej 7 cm pierśnicy (d 1,3 m) i przedstawia ich frekwencję w klasach grubości.
• Sposób określania wysokości drzew w drzewostanie zależy m. in. od jego wieku.
W młodszych drzewostanach określa się wysokość „górną”, a w starszych – „średnią”.
W tym celu:
- w młodnikach mierzy się tylko wysokości drzew I klasy Krafta,
- w drągowinach mierzy się wysokości 20 % najgrubszych drzew,
- w starszych drzewostanach mierzy się 10 % drzew
(we wszystkich klasach grubości, co pozwala na wykreślenie „krzywej wysokości”)
*Stosunek wysokości do grubości (h/d) jest bardzo ważnym wskaźnikiem odporności drzew na zginanie i łamanie.
(Na ogół nie powinien on być wyższy od 100, a w drzewostanach silnie zagrożonych przez wiatr lub śnieg – znacznie niższy od tej wartości)
4. Wielkość i kształt
• Wielkość drzewostanu samodzielnego w sensie ekologicznym (w którym może powstać fitoklimat leśny) jest względna – zależy od stopnia zamknięcia jego brzegów. Nawet przy zamkniętych brzegach musiałby taki drzewostan mieć od 0,5 do 1 ha
• Drzewostany wydzielane w trakcie urządzania lasu mają przynajmniej 0,5 ha
• Według Bauera (za Szymańskim 2000) drzewostany od 0,5 do 1 ha zalicza się do małych, a powyżej 1 ha – do dużych
• Poniżej 0,5 ha mówi się o kępach lub grupach:
- grupa mała: 1 - 3 arów
- grupa duża: 4 - 10 arów
- kępa: 11 - 50 arów (wg Scamoniego)
• Wielkość i kształt wydzieleń (drzewostanów) zależy m. in. od siedliska, topografii, czy infrastruktury
• Kształty drzewostanów (wydzieleń) mogą być nieregularne, koliste, kwadratowe lub wydłużone.
W tym ostatnim przypadku mówi się często o smugach (około 1H, czyli 20-30 m) lub pasach (2H, czyli 40-60 m).
5. Skład gatunkowy
• Lite – bezwzględnie (brak domieszki) lub względnie (< 10% domieszki) jednogatunkowe. (Domieszki < 10% określa się jako sporadyczne)
• Mieszane - mogą zawierać różne gatunki liściaste, różne gatunki iglaste, lub różne gatunki liściaste i iglaste jednocześnie.
• Skład gatunkowy określa się np.:
6So 4Db (drzewostan dębowo-sosnowy), 5Bk 3Jd 2Św (drzewostan świerkowo-jodłowo-bukowy)
Wyróżnia się następujące formy zmieszania:
A – według ugrupowania (rozmieszczenia i kształtu): jednostkowe, grupowe, kępowe, rzędowe, smugowe i pasowe.
B – według czasu trwania:
- trwałe (produkcyjne, pielęgnacyjne, biocenotyczne)
- przejściowe (przedplon, podgon).
Przedplonu (osłony przed nadmierną insolacją i przymrozkami) wymagają gatunki klimaksowe (Jd, Bk), a tworzą go gatunki pionierskie (Brzb, So, Os, Md, Olsz, Olz, Jb).
Podgonu (pobudzenia do szybszego wzrostu na wysokość) potrzebują m. in. Db, Bk i Jd, a mogą go tworzyć: So, Brz, Olcz oraz wszystkie inne gatunki rosnące szybciej niż gatunek główny.
C – według wzajemnego położenia koron (zwarcia):
- poziome (korony obok siebie),
- pionowe (w drzewostanach dwu- i wielopiętrowych) (np. drugie piętro Db, Bk, Gb pod So albo Bk, Gb)
- schodkowe (korony leżą względem siebie ukośnie, schodkowo)
D – według składu docelowego:
- początkowe (wprowadzone na uprawie, lecz eliminowane przed użytkowaniem rębnym),
- końcowe (wprowadzane w różnym czasie, ale dożywające użytkowania rębnego)
Zalety drzewostanów mieszanych
- wykorzystywana jest optymalnie przestrzeń i zasoby (światło, powietrze, woda, gleba),
- optymalnie przebiega rozkład ścioły i pielęgnacja gleby,
- optymalnie kształtuje się stabilność i produkcyjność drzewostanów
• Do iglastych należy wprowadzać zwłaszcza Gb, Lp i Bk.
• Do litych drzewostanów świerkowych, jodłowych czy bukowych na pogórzu i w górach dobrze jest wprowadzać domieszki drzew światłożądnych (Md, So)
Co należy rozważyć przy planowaniu odnowienia o składzie mieszanym?
1. Jak zasobne jest siedlisko?
2. Jakie są wymagania planowanych gatunków?
3. Kiedy gatunki te osiągają dojrzałość rębną?
4. Jakie jest tempo wzrostu tych gatunków w młodości?
5. Które gatunki mają produkować cenne drewno (ich udział)?
6. Które gatunki mają pielęgnować drzewostan główny i glebę?
7. Które gatunki mają dostarczać użytków przedrębnych?
8. Jakie formy domieszek należy zastosować?
6. Budowa pionowa
• Wykształcanie się pięter w drzewostanie wynika zazwyczaj z jego zróżnicowania co do:
- składu gatunkowego (tempo i potencjał wzrostu, cienioznośność)
- wieku drzew (wynikającego ze sposobu odnowienia),
• Budowa drzewostanu decyduje o wielu czynnościach
gospodarczych (wybór rębni i sposobu odnowienia oraz sposobu pielęgnacji drzewostanu)
• W lasach zagospodarowanych wyróżniamy drzewostany: jednopiętrowe, dwupiętrowe i wielopiętrowe
Drzewostany jednopiętrowe
• Zdecydowanie przeważające
• Najczęściej są to drzewostany równowiekowe
• Nawet w drzewostanach zdecydowanie jednopiętrowych w pułapie koron można wyodrębnić drzewostan główny i podrzędny (co ma doniosłe znaczenie hodowlane),
W drzewostanach dwupiętrowych:
*Górne piętro tworzą najczęściej gatunki światłożądne (So, Md), a dolne – cienioznośne lub cieniolubne (Db, Bk, Gb); zwarcie pionowe
*Górne piętro pełni głównie funkcje produkcyjne, natomiast dolne – funkcje pielęgnacyjne
Drzewostany wielopiętrowe:
• Są zazwyczaj różnowiekowe
• Tworzą je głównie gatunki cieniste
• Poszczególne piętra mogą wykazywać zwarcie zarówno pionowe, jak i schodkowe
• Drzewostany takie spotyka się u nas bardzo rzadko
Lasy pierwotne i naturalne
• Nie zawsze mają budowę wielopiętrową. Jako przejściowe ogniwa sukcesji mają one często budowę dwupiętrową, a na skrajnych siedliskach i w wyniku zaburzeń o dużym zasięgu mogą powstawać lasy jednopiętrowe
6 a. Klasyfikacja drzew w drzewostanach jednopiętrowych
*Zjawisko wysokościowego różnicowania się drzew i rozwarstwiania się pułapu koron w drzewostanie znajduje wyraz między innymi w tzw. klasach biologicznych (i innych klasyfikacjach trzebieżowych),
• Seebach (1843), drzewa: 1) dominujące, 2) opanowane, 3) przygłuszone i 4) wydzielone.
• Burkchardt (1848), drzewa: 1) panujące, 2) współpanujące, 3) umiarkowanie panujące, 4) słabo panujące, 5) z opanowanymi wierzchołkami, 6) ucieśnione i obumarłe
• Kraft (1884) - zaproponował dobrze przemyślaną klasyfikację biologiczną, która do dziś jest stosowana (zwłaszcza w badaniach naukowych):
I. Drzewostan główny:
• drzewa górujące – wystają ponad główny pułap, dobrze rozwinięte korony;
• drzewa panujące – tworzą główny pułap, dobrze rozwinięte korony;
• drzewa współpanujące – dość korzystnie usytuowane w pułapie, korony dość dobrze rozwinięte, ale nieco ściśnięte.
II. Drzewostan podrzędny:
• drzewa opanowane – nieco poniżej głównego pułapu, korony zdeformowane:
• drzewa przygłuszone – całkowicie pod okapem:
• a) korony jeszcze żywe (u gatunków cienistych),
• b) korony obumierające lub martwe (posusz).
• Schaedelin (1931) - opracował klasyfikację o fundamentalnym znaczeniu dla szeroko pojętej selekcji w pielęgnacji drzewostanów. Przejawia się w niej dążność do lepszego ujęcia wartości poszczególnych drzew. Po raz pierwszy zastosował on trójcyfrowy klucz oceny drzew:
W setkach określa się stanowisko drzewa:
100 – panujące (1 + 2 K)
200 – współpanujące (3 K)
300 – opanowane (4 K)
400 – przygłuszone (5 K)
W dziesiątkach określa się jakość strzały:
10 – dobra20 – średnia30 – zła
W jednostkach określa się żywotność i jakość korony:
1 – dobra2 – średnia3 – zła
Trzebież selekcyjna - polega na popieraniu w drzewostanie odpowiedniej liczby równomiernie rozmieszczonych drzew dorodnych, poprzez usuwanie z ich pobliża drzew szkodliwych, a pozostawianie pożytecznych:
Dorodne – drzewa jakościowo najlepsze, stanowiące trzon drzewostanu, będące przedmiotem pielęgnacji.
Pożyteczne – drzewa o cechach wyraźnie gorszych, pielęgnujące drzewa dorodne oraz glebę; usuwane gdy przestają pełnić te funkcje.
Szkodliwe – drzewa przeszkadzające w rozwoju drzew dorodnych i pożytecznych oraz stanowiące zagrożenie dla ich zdrowia. Usuwa się je w pierwszej kolejności (ale stopniowo).
7. Zagęszczenie
• Cecha ta oznacza liczbę drzew rosnących na jednostce powierzchni
• Rozmieszczenie drzew w drzewostanie może być regularne, losowe albo skupinowe (biogrupowe).
• Występowanie biogrup w drzewostanie nasila się w miarę pogarszania się warunków środowiskowych
• W biogrupach drzewa są często zrośnięte korzeniami, a kooperacja przeważa nad konkurencją.
8. Zwarcie
• Jest to stosunek powierzchni rzutów koron drzew (p) do powierzchni drzewostanu (P):Z = p/P
Szacunkowo określa się zwarcie przy użyciu następującejskali:
≤ 0,3 - brak
0,4 - luźne
0,5-0,6 - przerwane
0,7-0,8 - umiarkowane
0,9-1,0 - pełne
1,1-1,2 – silne
9. Jakość
• Cecha ta zależy od:
- genotypu (cech wrodzonych)
- środowiska (siedlisko, zagęszczenie, zwarcie, oddziaływanie czynników biotycznych)
- zabiegów gospodarczych (ochrona, pielęgnacja, podkrzesywanie).
10. Struktura
• Jest to frekwencja osobników w uporządkowanych (rosnąco) przedziałach wartości danej cechy.
DYNAMIKA ROZWOJU DRZEWOSTANU
*Dynamika - zmiany (procesy) zachodzące w czasie (z różną prędkością).
• Dynamika drzewostanu obejmuje między innymi:
- cykle dobowe (fizjologiczne, przyrostowe),
- cykle sezonowe (fizjologiczne, przyrostowe, fenologiczne),
- cykle wieloletnie i procesy kierunkowe (fazy rozwojowe; fluktuacje, degeneracje i regeneracje, sukcesje i regresje).
Z fazami rozwojowymi wiążą się zjawiska:
-wypadania drzew,
- przemieszczania się koron drzew względem siebie,
- oczyszczania się drzew z gałęzi,
- wydzielania się drzew z drzewostanu,
- starzenia się drzewostanów (przemiany pokoleń).
T: Aktualne trendy w leśnictwie
dążyć do realizacji celów hodowlanych zachowując różnorodność i trwałość ekosystemów leśnych poprzez:
• Dążenie do pełnej zgodności składu gatunkowego z siedliskiem.
• Przebudowa drzewostanów w celu odtworzenia naturalnego składu gatunkowego.
• Maksymalne wykorzystanie naturalnego odnowienia (docelowo około 25 %).
• Maksymalne wykorzystanie procesów dynamicznych (sukcesja, regeneracja)
• Odchodzenie od zbyt intensywnego przygotowania gleby.
• Pielęgnowanie gleby poprzez kształtowanie składu gatunkowego i fitoklimatu leśnego.
• Odchodzenie od dużych zrębów zupełnych
• Maksymalne wykorzystanie lokalnych ras rodzimych gatunków drzew leśnych
• W szkółkach: biologiczne metody ochrony, racjonalne nawożenia, mikoryzowanie sadzonek ... Wymagania drzew w stosunku do różnych czynników
Światło: 1.drzewa światłożądne: Md, Brzbrod, Tp, Sozw., Olsz, Rb; 2.drzewa cienioznośne, czyli półcieniste:a)gorzej znoszące ocienienie:Dbsz, Wzg, limba, Olcz, Js, Os, Brzom b)lepiej znoszące ocienienie:GB, Św, Dg, Lpd, Klzw, Jw., Dbbezsz, Db cz, Sowej; 3.drzewa cieniolubne:Jd, Bk, cis
Temperatura niziny: a)drzewa o dużych wymaganiach:Lesz, Jd, Bk, Jw., Dbbezsz b)drzewa o średnich wymaganiach: GB, Dbsz, Lpd, Klzw, Js, Ol, Wzg c)drzewa o małych wymaganiach: Św, So, Md, Os, Brz
Temperatura pogórze i góry: a)drzewa o dużych wymaganiach: Olcz, GB, Dbsz, So b)drzewa o średnich wymaganiach: Olsz, Js, Lpd, Lesz, Brz, Wzg, Klzw, Jd, Bk, Os, Jw. C)drzewa o małych wymaganiach: Md, limba, Św, Jb
Przymrozki: 1.drzewa bardzo wrażliwe:Js, Bk, Db, Rb, Jd 2.drzewa mniej wrażliwe: Kl, Lp, Md, Św, Dg 3.drzewa odporne:Brz, Os, Ol, Wz, GB, Wb, Jb, So
Wilgotnośc – zapotrzebowanie na wodę: a)higrofity- drzewa o dużych wymaganiach wilgotnościowych:Olcz, Brzom, Js, Wzg, Tp, Dbsz, Św, b)mezofity-drzewa o średnich wymaganiach wilgotnościowych: Jd, Klzw, Bk, GB, Dbbezsz, Dacz, Md, Sowej, Dg; c)kserofity-drzewa o małych wymaganiach wilgotnościowych:Rb, Os, Brzbrod, Szw., Socz,
Wymagania do wilgotności powietrza: a)drzewa o dużych wymaganiach: Jd, Św, Js; b)drzewa o dość dużych wymaganiach: Dg, Mdjap, Bk, Jw., Klzw, c)drzewa o małych wymaganiach: pozostałe gat drzew