Ocena liczebności i zagęszczenia

Zagęszczenie - liczba osobników danego gatunku przypadająca na jednostkę powierzchni lub objętości

Metody oceny dzielimy na:

Metody względne- nie jesteśmy w stanie obliczyć zagęszczenia a jedynie wskaźnik zagęszczenia (prawdopodobieństwo, z jakim dane zagęszczenie ma miejsce)

Metody bezwzględne- to takie, których ostatecznym wynikiem jest zagęszczenie (np.. 30 osobników na km²

Metody pośrednie - osobniki zlicza się na podstawie śladów obecności

Metody bezpośrednie - gdy mamy bezpośredni kontakt z organizmami, czyli gdy możemy je policzyć

Przykładowe metody oceny zagęszczenia i liczebności

Pułapkowa- np. pułapki żywołowne

Metoda liczenia odchodów- trzeba znać średnią defekowania

Metoda liczenia głosów

Typy rozkładu przestrzennego

Równomierny- Nadmiar odległości średnich niedomiar odległości Małych i dużych. rzadko spotykane w przyrodzie. Odległości między osobnikami są równe, np. kaktusy na pustyniach, ryby raf koralowych, pingwiny.

Losowy - rzadko spotykane w przyrodzie. Rzadziej spotykane w przyrodzie, np. pająki, wije, pasożyty. Osobniki występują nieregularnie.

Skupiskowy- Nadmiar odległości dużych i małych a niedomiar średnich. otyczy np. stada reniferów, antylop, szpaków, ławic ryb, owadów społecznych.

Oprócz tego mogą istnieć różne typy kombinacji:

Rozm. skupiskowe równe - duże skupiska z osobnikami rozmieszczonymi równomiernie

Rozm. skuiskowo grupowe - w ramach dużego skupiska występują mniejsze grupy

Rozm. Skupiskowo losowe - w ramach dużego skupiska występują grupy losowe

Czynniki determinujące rozkład przestrzenny:

Równomierny- Organizmy oddziałują na siebie negatywnie i dążą da zwiększenia odległości między sobą. Np. Orzeł, kaktus

Skupiskowy- Organizmy żyjące w stadach czerpią z teo korzyści na skutek mechanizmów działających w stadzie: mniejsze ryzyko śmierci (osobniki chore i stare giną najpierw), skuteczniejsza reprodukcja 9osobnik nie traci czasu na poszukiwanie partnera).

Metody analizy rozkładu przestrzennego

Metoda powierzchniowa

Powierzchnię badaną dzieli się na równe kwadraty, zlicza się ilość osobników w każdym kwadracie liczy się średnią ważoną i wariancję

N - liczba gniazd

S- powierzchnia

D= N/S R= 1/ 2* d^1/2 (pierwiastek)

L=1 - losowe
L<1 - rownomierne
L>1 - skupiskowe
gdzie L - wskaznik Lexisa

Struktura biocenozy

Producenci - są to organizmy samożywne (autotroficzne), które są zdolne do do  produkowania materii organicznej, w procesie fotosyntezy   lub chemosyntezy.

Konsumenci I- go II-go rzędu - to organizmy cudzożywne (heterotroficzne) przystosowane do  gotowej materii organicznej, wyprodukowanej przez rośliny bądˇ zawartej w tkankach  zwierząt, zalicza się  do nich; zwierzęta roślinożerne (fitofagi), mięsożerne (zoofagi)  i saprofagi  (odżywiające się materią organiczną)

Reducenci- Są to organizmy heterotroficzne (destruenci) które rozkładają i redukują  substancje  organiczne pochodzenia,  roślinnego i zwierzęcego  powodując ich  mineralizacje. Należy do nich  głównie  bakteria i grzyby saprofitytyczne 

Gat. dominujące i kluczowe

Gatunki dominujące- Jest ich najmniej, ale są najbardziej liczne i gromadzą największą energię potencjalną ekosystemu.

Gat. Kluczowe (rzadkie)- Jest ich najwięcej, ale są najmniej liczne i kluczowe dla funkcjonowania ekosystemów

Subdominanty- Nie są to gatunki najbardziej liczne, ale reprezentowane są przez znacznye ilości osobników.

Bioróżnorodność- to zróżnicowanie organizmów rozpatrywane na wszystkich poziomach organizacji przyrody:

Poziom osobniczy

Poziom genetyczny

Poziom ekosystemalny

Gradient bioróżnorodności

Od tropików po strefę około biegunową gradienty bogactwa mogą być determinowane przez 8 różnych czynników, wśród których najważniejsze są:

1 Czynnik historyczny, czyli historia Ziemi- Brak katastrof = więcej gatunków im dłuższy proces ewolucji tym więcej gatunków

2 Zróżnicowanie rzeźby terenu- im większe zróżnicowanie środowiska fizycznego tym bardziej złożone zespoły roślin i zwierząt oraz większa różnorodność gatunków.

Oprócz tego na zróżnicowanie wpływa dodatnio proces zawężania niszy, który przynosi korzyści w postaci braku konkurencji oraz efektywnego wykorzystania pokarmu.

Na północy nisze są szersze niż na południu, dlatego tam zachodzi intensywniejsza specjacja (organizmy zawężając niszę dostosowują się do nowych warunków)

Nisza ekologiczna- to zespół warunków ekologicznych, w zakresie, których gatunek może eksploatować zasoby na tyle skutecznie aby mógł się rozmnażać i zajmować podobne środowiska.

Wskaźniki różnorodności

Bogactwo gatunkowe (S)

Wskaźnik dominacji Simsona

Wskaźnik różnorodności Sharona-Weinera (H)

Wskaźnik równomierności (e)

Wskaźnik różnorodności Simsona (C)

Indeks ABC

Metoda zakłada, ze w ekosystemie zrównoważonym wszystkie gatunki są reprezentowane przez zbliżoną liczbę osobników, liczebność nie jest zdominowana ale biomasa jest zdominowana. W ekosystemach gdzie działają czynniki stresowe zaczynamy obserwować zanik dużych osobników czyli liczebność jest zdominowana ale biomasa nie.

ABC< 0 stan degradacji

ABC >0 stan równowagi

ABC= 0 sytuacja mieszana

Można to przedstawić w formie graficznej w postaci wykresu liczebności i biomasy. Jeżeli Krzywa liczebności biegnie wyraźnie ponad krzywą biomasy (liczebność jest zdominowana) to w ekosystemie działają czynniki stresowe. Jeżeli jest odwrotnie to ekosystem znajduje się w równowadze.

Populacja

Populacja to zespół organizmów jednego gatunku zamieszkujących ten sam teren i mogących się wzajemnie krzyżować

Parametry demograficzne populacji

1.Rozrodczość- produkcja nowych osobników

Realizowana- 1 noworodek na jedną kobietę w wieku rozrodczym, na 15 lat

Potencjalna- teoretycznie możliwe jest, aby każda kobieta w wieku rozrodczym rodziła dziecko, co 10-11 miesięcy

2.Śmiertelność lub jej przeciwstawieństwo, czyli przeżywalność- ilość osobników, które umierają w danym wieku lub przezywają do danego wieku.

Realizowana- dla rudzika 1 rok

Potencjalna- dla rudzika 11 lat

Rudzik mógłby żyć 11 lat, ale przeważnie umiera w wieku 1 roku

3. Imigracja - ilość osobników napływająca do populacji z innej populacji

4. Emigracja- ilość osobników wypływających z danej populacji

Śmiertelność to liczba osobników ginących w populacji. Śmiertelność populacji obrazują tzw. krzywe przeżywania.

Rys. Podstawowe rodzaje krzywych przeżywania: a - wypukła, b - prosta jednostajnie nachylona, c - wklęsła

• krzywa „a” wskazuje na niewielką śmiertelność we wczesnym okresie życia, gwałtownie rośnie wśród osobników starych, Ma miejsce, gdy środowiska życia jest przyjazne. Wysoka konkurencja powoduje allokacje energii we wzrost, a co za tym idzie opóźnienie rozrodu. Organizmy potomne, w niewielkiej liczbie, pozostają pod opieką rodziców aż do osiągnięcia samodzielności. Przykładem jest tu większość ssaków. np. słonie, nosorożce, człowiek;

• krzywa „b” ilustruje sytuację rzadką w przyrodzie; tempo wymierania osobników jest stałe, np. u stułbi rozmnażającej się przez pączkowanie w warunkach laboratoryjnych;

• krzywa „c” charakteryzuje populację wydającą na świat liczne potomstwo i o wysokiej śmiertelności osobników młodych, ma on miejsce, gdy środowisko życia jest nieprzyjazne. Organizmy allokują energie w rozród, aby jak najszybciej wydać potomstwo i przedłużyć w ten sposób istnienie gatunku. Liczba organizmów potomnych jest tu duża, a przeżywalność wieku młodocianego bardzo mała, na co wpływ ma brak opieki rodziców nad potomstwem. Przykładem może być tutaj daphnia. np. ryby morskie, tasiemce, żółwie, większość roślin.

Czynniki determinujące liczebność populacji

K- pojemność środowiska, czyli maksymalna liczba osobników, jaka może istnieć w danym środowisku

Czynniki zależne od zagęszczenia

Liczebność populacji wzrasta aż do osiągnięcia liczebności K, kiedy dalszy wzrost populacji jest niemożliwy ze względu na ograniczone zasoby (pokarm, dostępne siedliska)

Czynniki niezależne od zagęszczenia

Liczebność populacji jest redukowana przez zaburzenia środowiska, dzięki którym nigdy nie dochodzi do osiągnięcia liczebności K

Mówiąc krótko liczebność populacji może być regulowana przez czynniki środowiskowe, które są niezależne od zagęszczenia, ale może też być regulowana przez czynniki zależne od zagęszczenia, (gdy czynniki środowiskowe nie działają) takie jak rywalizacja o pokarm i siedlisko.

Regulacja liczebności populacji

Kiedy wzrost populacji jest nieograniczony

Czyli gdy dochodzi do kolonizacji nowego siedliska bądź do jego rekolonizacji, wtedy przyrost liczebności zależy jedynie od początkowej liczebności populacji

Gdy wzrost populacji jest ograniczony to ze wzrostem zagęszczenia spada ilość zasobów dostępnych dla jednego osobnika, pojawia się konkurencja o pokarm i miejsce.

Gdy wzrost populacji jest ograniczony, ale nie zależny od zagęszczenia czyli gdy zasobów jest pod dostatkiem ale pojawiają się katastrofy naturalne, nowe prawa łowieckie (działalność człowieka) lub drapieżnictwo

Parametry demograficzne populacji wpływają na zagęszczenie następująco

Imigracja+

Rozrodczość+ -> zagęszczenie <- śmiertelność -

Emigracja -

Emigracja i śmiertelność wpływają ujemnie na zagęszczenie, rozrodczość i imigracja wpływają dodatnio na zagęszczenie.

Produkcja pierwotna i wtórna w biocenozie

Produkcja pierwotna:

Brutto- całość energii słonecznej związanej przez producentów (rośliny) w postaci wiązań chemicznych.

Netto- Energia związana i zgromadzona przez autotrofy (producentów) po odjęciu tej części energii, którą . Zużywają one na procesy życiowe (oddychanie). Tylko część energii może być użyta na produkcję biomasy, ponieważ reszta zostaje zużyta na procesy życiowe.

PAR- Część widma promieniowania słonecznego asymilowana przez chlorofil roślin i glonów

Produkcja wtórna- całość produkcji wszystkich konsumentów ekosystemu. Przyrost masy organizmów tworzących populację w określonym czasie + te organizmy, które nie dożyły do końca tego okresu.

Produktywność lądów jest większa w strefie okołorównikowej następnie spada prawie do zera w okolicach 20 równoleżnika by ponownie wzrosnąć miedzy 30 a 40 równoleżnikiem

Produktywność na lądach determinowana jest przez:

Dostępność światła

Temperatura

Wilgotność

W oceanach produktywność determinowana jest przez dostępność biogenów

Produkcję biomasy podaje się w g(kg) biomasy na m² (km²) na rok

Metody oceny produkcji

Bezpośrednie

Metoda żniwne- ścina się całe rośliny i mierzy ich suchą i mokrą masę

Pośrednie

Bada się, w jaki sposób tempo produkcji zależy od łatwych do zmierzenia czynników takich jak wilgotność temperatura, długość okresu wegetacyjnego, masa lub powierzchnia liści, ilość chlorofilu, od którego zależy tempo asumilacji

Poziomy troficzne (patrz struktura biocenozy)

Do producentów należą: wszystkie rośliny zielone, bakterie foto- i chemosyntetyzujące (w śr. wodnym glony i sinice)

Łańcuchy troficzne (pokarmowe)

Łańcuch spasania

Producenci-> konsumenci I -> konsumenci II i III -> reducenci

Łańcuch detrytusowy

Martwa materia (org. detrytusożerny: detrytofagi, saprofagi) -> konsument I-> konsument II-> konsument III-> reducenci

I zasada termodynamiki - zasada zachowania energii

Ilość energii pozostającej w ekosystemie jest różnicą miedzy ilością energii doprowadzonej do układu a energią utraconą, czyli rozprowadzoną w postaci ciepła na skutek wykonania pracy.

II zasada termodynamiki- zasada entropii

Naturalnym kierunkiem przemian energetycznych we wszechświecie jest wzrost entropii, czyli nieuporządkowania. Ilość energii dostępnej na kolejnych poziomach troficznych jest ograniczona (na każdy kolejny poziom troficzny przechodzi jedynie 10 % energii z poprzedniego poziomu). Energia płynie przez ekosystem by ostatecznie zostać rozproszoną w postaci ciepła.

Zależności (interakcje) międzygatunkowe - oddziaływania i relacje zachodzące między różnymi osobnikami lub populacjami wspólnie bytującymi w określonym środowisku. Dzielimy je na:

• Oddziaływania antagonistyczne, działanie jednej populacji danego gatunku na niekorzyść populacji innego. Ponoszona szkoda może mieć różny charakter.

Konkurencja - jedna z antagonistycznych interakcji międzypopulacyjnych, w której dwie populacje tego samego lub różnych gatunków, zazwyczaj o podobnych wymaganiach środowiskowych, rywalizują o tę samą niszę ekologiczną. Dochodzi do współzawodnictwa o ograniczone zasoby środowiska, np. o pożywienie, miejsce do życia. W wyniku tego oddziaływania obie populacje tracą. W przypadku populacji tego samego gatunku mówi się o konkurencji wewnątrzgatunkowej. Konkurencja ta redukuje szybkość wzrostu populacji proporcjonalnie do częstości spotkań osobników tego samego gatunku. Może doprowadzić do zajęcia przez słabszą populację niszy o mniej optymalnych warunkach. W przypadku populacji różnych gatunków mówi się o konkurencji międzygatunkowej. Konkurencja ta redukuje szybkość wzrostu populacji proporcjonalnie do częstości spotkań osobników różnych gatunków. Może doprowadzić do zrównoważonego dopasowania się gatunków lub do tego, że jedna populacja zastąpi drugą albo zmusi ją do zajęcia innej niszy ekologicznej (np. inne pożywienie, okresy aktywności). Szczególnie silnie proces ten zachodzi dla gatunków blisko ze sobą spokrewnionych, o podobnych wymaganiach, zajmujących w naturalny sposób podobne nisze. Zjawisko separacji gatunków blisko spokrewnionych nazywane jest zasadą Gausego, od rosyjskiego biologa, który jako pierwszy potwierdził tę zasadę doświadczalnie. Konkurencja może być bezpośrednia (populacje wzajemnie szkodzą sobie ograniczając możliwość rozwoju, nawet jeśli zasoby środowiska są nieograniczone) lub pośrednia (populacje wzajemnie szkodzą sobie wykorzystując ograniczone zasoby środowiska).Konkurencja jest jednym z mechanizmów doboru naturalnego w teorii ewolucji Darwina. Konkurencja jest typowym oddziaływaniem np. wśród roślin.

Pasożytnictwo to forma współżycia dwóch organizmów, w której jeden czerpie korzyści ze współżycia, a drugi ponosi szkody. Osobnik, który czerpie korzyści z pasożytnictwa nazywany jest pasożytem, a ten, który ponosi szkody - żywicielem. Im układ pasożyt-żywiciel trwa dłużej, tym jest bardziej stabilny. Istnieją dwa rodzaje pasożytnictwa - pasożytnictwo zewnętrzne i wewnętrzne. W przypadku śmierci żywiciela ginie także pasożyt. Z tego powodu pasożyty starają się utrzymywać swego żywiciela przy życiu, np. w organizmie ludzkim może żerować tylko jeden tasiemiec. W niektórych przypadkach (np. owsików) pasożyt nie jest jednak bardzo dobrze przystosowany do funkcjonowania w ciele żywiciela. Większe ich ilości przyczyniają się do rozwoju owsicy i mogą zakończyć się śmiercią żywiciela. Wówczas giną również pasożyty, które tracą dostęp do pokarmu.

Drapieżnictwo - sposób odżywiania się zwierząt, polegający na wykorzystaniu jako pokarm ciała innego zwierzęcia i w odróżnieniu od pasożytnictwa prowadzący do śmierci ofiary. Jest jedną z form oddziaływań antagonistycznych, korzystną dla drapieżnika, a niekorzystną dla ofiary; może mieć charakter międzygatunkowy lub wewnątrzgatunkowy (kanibalizm).

Allelopatia (z gr. - allelon (wzajemny) i pathos (cierpienie)) - szkodliwy lub korzystny wpływ substancji chemicznych wydzielanych przez rośliny lub grzyby danego gatunku lub pochodzących z rozkładu tych roślin. Allelopatia odnosi się głównie do substancji chemicznych wydzielanych do podłoża, które wpływają na wzrost innych organizmów w bezpośrednim otoczeniu, głównie roślin i bakterii. Substancje mogą pobudzać lub hamować kiełkowanie, a także wzrost i rozwój innych gatunków roślin żyjących w bliskim sąsiedztwie lub zajmujących bezpośrednio po nich to samo miejsce. Allelopatia może być dodatnia (jako forma symbiozy) lub ujemna, antagonistyczna (rodzaj amensalizmu, jako forma obrony przed konkurentami). Najbardziej znanym przejawem antagonistycznych oddziaływań allelopatycznych są antybiotyki wydzielane najczęściej przez grzyby. Biologicznym ich zadaniem jest zahamowanie rozwoju bakterii i innych grzybów, np. przez blokowanie syntezy ich białek (Penicillum wytwarza penicylinę, a Acremonium - cefalosporynę). Również bylice (Artemisia) rosnące na półpustynnych terenach wydzielają terpentyny (np. kamforę) i alkaloidy (np. absyntynę), które pozwalają kontrolować ich bezpośrednie otoczenie. Allelopatia jest wykorzystywana w rolnictwie i ogrodnictwie. Allelozwiązki wykorzystuje się w ochronie roślin przeciw szkodnikom (owadom, nicieniom), a także w walce z chorobami roślin i chwastami.

Amensalizm - jedna z antagonistycznych zależności międzygatunkowych, w której obecność i czynności życiowe jednego gatunku wpływają niekorzystnie na gatunek drugi, przy czym jest to relacja jednostronna tj. obecność tego drugiego gatunku dla pierwszego jest obojętna. Dokładne określenie bilansu takich interakcji nie jest proste, gdyż osłabienie przedstawicieli jednego gatunku przez zmniejszenie konkurencji, może przynieść pewną korzyść przedstawicielom gatunku innego. Przykładem amensala jest pędzlak (Penicillium notatum) - grzyb, który produkując antybiotyk (penicylinę) - ogranicza rozwój bakterii. W zasadzie, rodzajami amensalizmu są antybioza (wydzielanie antybiotyków) i antagonistyczna forma allelopatii.

• Oddziaływania nieantagonistyczne. Rodzaj zależności międzygatunkowych polegających na tym, że żadna ze stron (populacji) nie ponosi szkody na skutek wzajemnych oddziaływań.

Dzielimy je na:

Symbioza - obustronne korzyści, zjawisko ścisłego współżycia przynajmniej dwóch gatunków, które przynosi korzyść każdej ze stron (mutualizm) lub jednej, a drugiej nie szkodzi (komensalizm). W nowszym podejściu, ze względu na częste trudności w dokładnym ustaleniu bilansu strat i zysków współżyjących organizmów, niektórzy naukowcy symbiozą nazywają każde trwałe współżycie organizmów, także pasożytnictwo. Jest to uzasadnione m.in. dlatego, że w niektórych układach charakter współżycia może zmieniać się w czasie i jeden z symbiontów może w pewnych okresach czerpać więcej korzyści, stając się pasożytem i doprowadzając do upośledzenia lub śmierci drugiego symbionta. Przykład symbiozy: ukwiał oraz pustelnik.

Mutualizm - z silnym, wzajemnym uzależnieniem, jedna z interakcji protekcjonistycznych między populacjami, charakteryzująca się obopólnymi korzyściami (symbioza) o takim stopniu, który praktycznie wzajemnie uzależnia istnienie obu populacji.

Przykłady:

* przeżuwacze i ich bakterie jelitowe,

* mikoryza - współpraca roślin naczyniowych z grzybami,

* rośliny bobowate i bakterie asymilujące azot,

* storczyki i grzyby,

* termity i ich fauna jelitowa (wiciowce rozkładające celulozę).

Protokooperacja - bez uzależnienia, (in. mutualizm fakultatywny) oddziaływanie międzygatunkowe w przyrodzie, polegające na współpracy dwóch populacji odnoszących wzajemne korzyści, lecz mogących żyć także samodzielnie. Protokooperacja jest rodzajem symbiozy przygodnej (nieprzymusowej). Często występuje okresowo. Przykładem protokooperacji jest związek jamochłonów (ukwiały) z krabami pustelnikami. Na muszlach pustelników żyją przytwierdzone różne jamochłony. Ułatwiają one krabom maskowanie się i pełnią funkcję obronną, otrzymując w zamian niedojedzone resztki pokarmu pustelnika. Jednak ani pustelnik, ani jamochłon nie są ściśle zależne od swego partnera. Podobnie sprawa ma się z mrówkami i mszycami. Wydzielina mszyc jest spożywana przez mrówki, które z kolei chronią mszyce przed np. biedronkami. Innymi słowy, protokooperacja to współżycie korzystne, lecz niekonieczne.

Komensalizm - korzysta jedna ze stron, dla drugiej relacje są obojętne, (współbiesiadnictwo; od łac. commensalis = współbiesiadnik) - jest najbardziej pierwotnym typem oddziaływania protekcyjnego. Typ zależności o charakterze symbiozy między dwoma lub więcej gatunkami, przy czym jeden z gatunków czerpie z tej zależności wyraźne korzyści, nie szkodząc pozostałym (np. rekin i podnawka; lew i hiena). Innym przykładem komensalizmu może być odżywianie się owadów żyjących w ptasich gniazdach resztkami pokarmu gospodarzy lub znalezionymi w gnieździe piórami. Komensalizm jest więc współżyciem korzystnym dla jednego z partnerów, dla drugiego obojętnym. Komensalizm jest najbardziej luźnym i najmniej obligatoryjnym związkiem międzygatunkowym, jako że obaj partnerzy często mogą egzystować niezależnie od siebie. Obaj partnerzy odnoszą tu korzyść i mają biologiczną przewagę nad osobnikami tych samych gatunków, które nie pozostają w takim związku. Przykładem komensalizmu jest flora fizjologiczna człowieka.

Neutralizm - brak wzajemnych oddziaływań, jedna z nieantagonistycznych zależności międzygatunkowych, w której osobniki jednego gatunku nie wpływają w żaden sposób na przedstawicieli drugiego. W zasadzie neutralizm jest brakiem oddziaływań między gatunkami. Przykładem populacji, między którymi zachodzi relacja neutralizmu, mogą być populacje bocianów i sikorek.

---