Ekologia krajobrazu
BRAK WYKŁADU I
pojęcia: populacja, biom, biocenoza, biosfera, poziom troficzny, krajobraz, ekosystem, homeostaza, biotop, nisza ekologiczna, ekotop (siedlisko), ekoton, sukcesja
WYKŁAD II
Przyczyny heterogenności krajobrazu
środowisko abiotyczne (nieożywione)
środowisko biotyczne
Zaburzenia i sukcesja
działania człowieka
1. Wpływ środowiska
klimat
podłoże
rzeźba terenu
2. Powiązania biotyczne
Nawet w jednorodnej przestrzeni, interakcje między organizmami powodują powstawanie różnorodnych płatów
- konkurencja, dominacja, wybiórczość pokarmowa
3. Zaburzenia i sukcesja
zdarzenia nieciągłe, często gwałtowne, nieprzewidywalne, które zmieniają strukturę biocenozy, dostępność zasobów oraz warunki abiotyczne
wybuchy wulkanów, powodzie, pożary, huragany, masowe pojawy roślinności, wypadanie drzew, zaburzenia antropogeniczne
Małe zaburzenia
małe płaty o krótkiej trwałości
zaburzenie > gwałtowny spadek liczebności populacji > rozwój populacji, które przetrwały > ...
Rozległe zaburzenia
duże płaty
o dużej trwałości
zaburzenie > gwałtowny spadek liczebności populacji > stopniowy spadek populacji, które początkowo przetrwały > imigracja - wymieranie (oscylacje) > zarastanie płatu
4. Działalność człowieka
zmiany użytkowania gruntów
zmiany struktury dominacji gatunków
zmiany zasięgu gatunków
zmiany zasobności gleb
wpływ pośredni (zmiany klimatu)
SKALA
Skala przestrzenna i czasowa
Różne gatunki - różna percepcja
Problem hierarchii systemów
"zagnieżdżenie" krajobrazu na jego różnych poziomach
niezależna od skali ... są heterogenne (ich zróżnicowanie nie maleje ze zmianą skali)
Krajobrazy frektalne - ???
Skala = wymiar przestrzenny lub masowy danego obiektu lub procesu
ziarno - rozmiar najmniejszej jednostki obserwacji
zasięg - ...
Skala czasowa - to, co jest brakiem równowagi dla pojedynczego krajobrazu, jest równowagą w skali całego krajobrazu
Problem skali - podsumowanie
różne gatunki - różna percepcja
mrówka - lis - człowiek
różne procesy - różny zasięg przestrzenny i czasowy
oddychanie - fitofagi - pożary - zmiany klimatu
zasięg oddziaływania obiektów większy niż ich wielkość
różne skale - różne wyniki
skala odbierana jest w zależności od....
...
Struktura krajobrazu - zmiany
Poziom I
pojedyncze płaty - podstawa do kolejnych obliczeń, ważne przy określaniu możliwości przetrwania gatunków
Poziom II
Klasy płatów jednego typu - liczba i rozmieszczenie podobnych płatów, fragmentacja środowisk
Poziom III
Całość krajobrazu - wszystkie typy (klasy) płatów, skład, różnorodność i układ przestrzenny całej mozaiki w krajobrazie
Miary pojedynczych płatów
wielkość - powierzchnia płatu, powierzchnia wewnętrzna (duże, małe)
kształt
Duże płaty
siedlisko dla "gatunków wnętrza" źle znoszących wpływ tła (np. ryś)
siedliska dla gatunków o dużych terytoriach, np. dla dużych drapieżników (wilk nawet kilka tysięcy km2)
źródło gatunków rozprzestrzeniających się na siedliskach tła
różnorodność siedlisk dla gatunków wielosiedliskowych (głuszec)
mała szansa zniszczenia całego płatu
Małe płaty
mała szansa zniszczenia wszystkich płatów
umożliwiają ucieczkę przed drapieżnikami lub konkurencją
rozwinięte granice zapewniają dużą liczebność i różnorodność gatunków ekotonowych i wszędobylskich (np. dzierzba gęsiorek, lis)
ułatwiają dyspersję zwierzętom i roślinom pomiędzy izolowanymi płatami, są tzw...
...
...
Ekotony ?????
----------
Zlewnia hydrologiczna - obszar, z którego wszystkie wody spływają do jednego cieku (zbiornika)
tu przekrój 1
Podejście krajobrazowe
miarą interakcji między ekosystemami (płatami) jest wymiana materii i energii
wszystkie ekosystemy są połączone
pewne ekosystemy są połączone ściślej niż inne
Czynniki wpływające na tempo transportu geologicznego/hydrologicznego
nachylenie
...
...
Czynniki
Obecność i typ pokrywy roślinnej
wiązanie gleby
intercepcja wody w koronach
zatrzymywanie śniegu
wolniejsze roztopy
pochłanianie wody przez korzenie
przesiąkanie zamiast spływu
Podsumowanie
Dominacja ruchu w dół w przyrodzie
z wyżyn na niziny
z lądów do wód
z wód słodkich do mórz i oceanów
substancje rozpuszczone...
...
...
...
Areozole: areozol morski, areozol pustynny, pył z erupcji wulkanu, pyłek kwiatu głogu, pleśń, sadza
----------
FRAGMENTACJA KRAJOBRAZU
Fragmentacja krajobrazu - proces, w wyniku którego...
Zmiany użytkowania ziemi: starożytność - 80% stanowiły lasy, współczesność >60% tereny uprawne
Gatunki wrażliwe na fragmentację (na małą powierzchnię)
duże gatunki
końcowi drapieżnicy
specjaliści wykorzystujący rzadkie zasoby środowiska (ryś, wilk, niedźwiedź...)
Izolacja płatów
Stopień izolacji wysp krajobrazowych zależy od:
...
...
Gatunki wrażliwe na izolację
małe gatunki
gatunki o ograniczonych możliwościach dyspersji
gatunki ginące w obcym środowisku
gatunki ograniczone behawioralnie, nie wkraczające w obce środowiska
Od czego zależy liczba gatunków?
Liczba gatunków na wyspie jest funkcją tempa kolonizacji (imigracja) i wymierania (ekstyncja).
Metapopulacja
Wiele gatunków zwierząt dobrze funkcjonuje jako metapopulacje pod warunkiem zachowania łączności ekologicznej... ... ...
Ekologiczne konsekwencje fragmentacji
Efekt wielkości i kształtu płatu
zanikanie środowiska życia
spadek liczby gatunków
niższe liczebności populacji
większy udział ekotonu, zmiany mikroklimatu
więcej gatunków wszędobylskich, mniej specjalistów
Efekt łączności... ... ...
Izolowane populacje
większe oddziaływanie zjawisk losowych (nawet krótkotrwały wzrost śmiertelności może prowadzić do wyginięcia subpopulacji)
dryft genetyczny prowadzi do spadku zmienności genetycznej oraz obniżenia odporności i żywotności osobników i populacji
wraz z utratą zmienności genetycznej gatunku, maleje jego potencjał ewolucyjny, czyli możliwość przystosowywania się do zmieniających się warunków środowiska (globalnych zmian klimatu, środowiska itp.)
Minimalna żywotna populacja
Liczebność populacji zapewniająca przetrwanie gatunku w danym terenie przez 100 lat (np. wilki 120-200 osobników).
Wpływ na sukces rozrodczy
Brak dobrych miejsc rozrodu
Trudności w znalezieniu partnera
Wpływ na śmiertelność
Zmiana warunków abiotycznych
Drapieżnictwo
Zjawiska losowe - np. epidemie, fluktuacje liczebności
Wpływ sieci komunikacyjnej
Sieć dróg w Polsce
380 tys. km dróg, w tym 250 tys. km drogi utwardzone
gęstość dróg - 123 km/100 km2
liczba pojazdów mechanicznych >20 mln
podwojenie natężenia ruchu pojazdów w latach 1990-2001
20 tys. km sieci kolejowej
Skutki budowy i modernizacji dróg
fragmentacja i izolacja
utrata siedlisk
zmiana warunków siedliskowych
mikroklimat
osuszanie, nasypy
skażenie gleb i wód - smary, paliwa, sól (do 150 m od szosy)
hałas i wibracje (nawet do 2 km)
bariery ekologiczne - utrudnianie przejścia, kolizje ze zwierzętami
synantropizacja flory i fauny (migrowanie, nasadzenia - świdośliwka, robinia, berberys koreański)
zmiana reżimu zaburzeń (pożary)
Kolizje ze zwierzętami
Dania - lata 60 - 1,5 mln ptaków/rok zginęło na drogach (54 tys. km)
Anglia - 60% śmiertelności borsuków
Ameryka Pn - 60% śmiertelności wilka spowodowanej antropogenicznie
Szwajcaria - 30% śmiertelności rysia
Niemcy - 30% sarny
Polska - 118 kolizji z kopytnymi w 2002 r.
2002/02 Warszawa-Wyszków - zginęło 9 łosi
Duże ssaki (duże areały, potrzeba migracji dobowych/sezonowych - żubry - nawet 700 km/sezon)
Zwierzęta poruszające się powoli (płazy, jeż, borsuk)
Zapobieganie konfliktom
realizacja alternatywnych projektów dróg
minimalizacja negatywnych skutków:
nadziemne i podziemne przejścia dla zwierząt (mosty, przepusty, tunele, estakady)
ograniczenia prędkości pojazdów
punktowe elementy odblaskowe
kompensacja
Rodzaje przejść dla zwierząt:
Przejścia nad drogą
Przejście górne ("Zielone mosty")
Przejścia nad tunelem (w górach)
Przejścia pod drogą
Estakady
Mosty poszerzone
Inne przejścia dolne (tunele)
Przejścia dla płazów
Przejścia po powierzchni drogi
Projektowanie przejść dla zwierząt - lokalizacja i parametry przejść
Czynniki wpływające na wybór typów parametrów i zagęszczenia (lokalizacji) przejść dla zwierząt:
Położenie względem korytarzy migracyjnych, obszarów chronionych i siedlisk ważnych gatunków zwierząt (największe zagęszczenie przejść w obrębie korytarzy ekologicznych);
Gatunki zwierząt występujące na danym obszarze i mogące migrować w przyszłości;
Topografia terenu i rodzaj środowiska (możliwości techniczne).
Zalecenia do tworzenia przejść
wszędzie tam, gdzie ruch > 10 tys. pojazdów/dobę
ten sam typ gleb i roślinności co otoczenie
zróżnicowanie roślinności (większa atrakcyjność)
odpowiednia wysokość roślin (schronienie)
odpowiednia szerokość (Szwajcaria 130-200 m)
pobocza na poście ograniczające hałas
część wejściowa znacznie szersza
ciągi naprowadzające wzdłuż drogi (krzewy)
wysokie wygrodzenia wzdłuż szosy (1.5 - 2 m)
Typowe błędy
Zła lokalizacja przejść
Zbyt mała liczba przejść na danym odcinku trasy
nie rzadziej, niż co 2 km dla dużych ssaków
co 1 km dla średnich ssaków
co 0.5 km dla małych ssaków
co 100 metrów dla płazów
Zły dobór typu przejść do charakterystycznego gatunku zamieszkującego dany obszar (bóbr, wydra)
Zbyt małe rozmiary przejść
Łączenie funkcji przejść dla zwierząt z funkcjami gospodarczymi lub szlakami turystycznymi dla ludzi
Nieprawidłowe zagospodarowanie przejścia i jego okolic
Zmiany użytkowania ziemi
Ekstensyfikacja
Wzrost użytkowanej powierzchni
- konwersja (np. wylesienia, zalesianie, urbanizacja, budowa dróg)
- modyfikacja (np. wypas bydła na sawannie, wypalanie łąk, gospodarka leśna)
Intensyfikacja
Wzrost dopływu energii (subwencja) na jednostkę powierzchni (np. nawozy, paliwo, pestycydy)
Zmiany użytkowania ziemi – Świat
Obszary rolnicze – 35% lądów
Pola uprawne 10
Pastwiska
Lasy 30
Inne 35
Zmiany pokrywy roślinnej – dane globalne 1700-1980
Lasy -18
Pola uprawne +466%
Polska grunty orne 45, łąki 8,pastwiska 5, lasy 29, inne 12, sady
Obszary rolnicze ~60%
78% pola uprawne głównie zboża i ziemniaki
| 1990 | 2001 | |
|---|---|---|
| Orne | 76 | 67,5 |
| Pastwiska | 8,5 | 8 |
| Łąki | 13,1 | |
Żyzne obszary rolnicze
Transport
Woda do picia
Źródło energii (młyny wodne)
Odprowadzanie ścieków
Dziś – praca, status społeczny, szkoły itp.
---
Zanieczyszczenia wód
Bariera ekologiczna
Zniszczenie roślinności
...
...
Urbanizacja
Ok 60% populacji człowieka żyje w miastach.W Europie ok. 80%.
Szybkie tempo wzrostu
Miasto – ekosystem o max imporcie (żywność, woda energia) i eksporcie materii (ścieki, śmieci,ciepło)
Różnorodność biologiczna miast
Niewiele gatunków, ale populacje bardzo liczne
Stosunkowo niska presja drapieżników
Brak polowań
Dostępność pokarmu przez cały rok
Łagodniejsze zimy
Siedliska zastępcze, lepsze od naturalnych:
Gołąb, jerzyk, jaskółki gnieżdżą się normalnie na skałach, w miastach znacznie liczniejsze
Kos wielokrotnie liczniejszy w parkach niż w lesie (podobnie drozd śpiewak, kwiczoły)
Zaczynają wnikać drapieżniki (sroka, sokoły)
Masowe zimowanie ptaków wodnych
Ssaki:
Szczury, myszy, zdziczałe koty i psy
Kuna, jeże, dziki i in. w środku miasta
Liczne populacje synantropijnych ciepłolubnych owadów:
Karaluchy, prusaki, mrówki faraona, pluskwy itp.
Wiele zwierząt korzysta z zasobów pokarmowych pochodzących od człowieka
Odpadki, dokarmianie
Wpływ rolnictwa i leśnictwa
Czynniki degradujące w rolnictwie:
Wprowadzenie wielkopowierzchniowych monokultur – likwidacja skarp, miedz, zadrzewień, oczek wodnych – PGR głównie w Polsce NW
Wprowadzanie obcych odmian roslin i zwierząt oraz GMO
Chemizacja rolnictwa (głównie lata 70-te) – nawozy, środki ochrony roślin
Melioracja odwadniające „każdy hektar musi rodzić”
Zmniejszenie retencji wodnej w dolinach – przyspieszenie odpływu, wycinanie drzew i krzewów w dolinach, osuszanie terenów podmokłych
Produkcja żywności
Plony:
1,8 t/ha – 1987
2,5 t/ha – 2006
(nawozy, pestycydy, nawodnienia, paliwa)
Powierzchnia upraw:
0,44 ha/os – 1960
0,26 ha/os – 2000
0,22 ha/os – 2006
Produkcja rolna
Rośliny
6 tys. gat. uprawnych
1 tys. – 99% powierzchni upraw
Zboża – 70% pow. upraw
Pszenica – 15 pow. upraw
(pszenica, ryż, ziemniak, kukurydza)
Zwierzęta:
14 gatunków – 90% produkcji
(bydło, owce, trzoda chlewna, drób)
Monokultury
Mniejsza różnorodność
GMO – nieznane skutki
Uproszczona struktura przestrzenna
Mniejsza wydajność wykorzystania zasobów
...
...
Zmiana rytmu zaburzeń (m.in. częstość i intensywność pożarów, gradacji, huraganów)
Praktyka rolnicza a praktyka leśna
Krótszy czas rotacji
Bardziej intensywna uprawa gleby
Dłuższy czas odsłonięcia gleby
Mniej gatunków roślin
Bardziej uproszczona struktura pionowa
Pozyskanie biomasy roślinnej
Eksport biomasy – zubożenie gleby
Odsłonięcie gleby
Szybsza mineralizacja materii organicznej
Mniejsza zdolność do zatrzymywania wody i składników pokarmowych w biomacie i w glebie
Ubytki glebowej materii organicznej
Nasilona erozja
Orka gleby
Szybszy rozkład materii organicznej
Mniejsza akumulacja C i N
Fizyczna degradacja gleby (podeszwa płużna, niszczenie agregatów glebowych)
Nasilona erozja
Nawadnianie pól
Zasolenie gleb
Szybszy spływ powierzchniowy
70% zużycia wody na świecie – irygacja
10% nawadnianych pól zniszczonych (zasolenie, przesycenie)
Skrajne przypadki nadmiernej ekosystemów
Pustynnienie – ok. 6 mln ha rocznie
Stepowanie
Woda
Zasoby wody na świecie 510 tys km3
Oceany 97% objętości (71% powierzchni)
Wody słodkie
Lodowce 2,4
Wody powierzchniowe i gruntowe 0,6
Do bezpośredniego wykorzystania przez ludzi nadaje się tylko 0,007% zasobów
Zużycie wody
Przeciętne zużycie wody przez jednego mieszkańca na dobę
Europa 100-200 l
Usa 500-800 l
Kraje trzeciego świata 10-15 l
Woda w Polsce
Zasoby wody w Polsce 22 km3 tj. 1600 m3/os/rok
22 miejsce w Europie (na 26 krajów)
3x mniej wody niż średnia w Europie
Pobór wody 12 km3
66%...
...
Kuwejt – 10m3/os/rok
Islandia – 610m3/os/rok
Do 2050 r. 2-7 mld ludzi w 48-60 krajach będzie cierpieć na defiyt wody
Deficyt wody w PL – Śląsk,Kraków, Łódź, Kielce
Osuszanie torfowisk
Spadek poziomu wód gruntowych
Osiadanie złoża torfu
Zmniejszenie miąższości
Procesy rozkładu (murszenie)
Mniejsza pojemność wodna
Mniejsze podsiąkanie
Wyspy mineralne
„bezpłomieniowe spalanie”
Żyzne gleby dla rolnictwa
Gleby torfowe > torfowo murszowe > ... > czarne ziemie, mady
Regulacja rzek
„prostowanie” koryta rzecznego
Pogłębianie koryta
Umacnianie brzegów (obudowywanie)
Odcięcie od doliny... ...
Skutki:
Większy spadek – skrócenie drogi – wzrost objętości wód
Większa prędkość odpływu
Przyśpieszenie odpływu wody
Większa erozja brzegów
...
...