Otázka: Základy ekologie
Předmět: Biologie
Přidal(a): Andy
Vymezení vědního oboru
Environmentální věda
Věda o vztazích mezi organismy a o vztazích mezi organismy a prostředím
Ernst Haeckel v roce 1866 definoval tento vědní obor
Rozdělení
Podle skupin
AUTOEKOLOGIE – vlivy působící na jednotlivce/druh
DEMEKOLOGIE – studuje populace (soubor jedinců stejného druhu)
SYNEKOLOGIE – studium skupin organismů a jejich vztahů
Podle skupin druhů (bakterií, rostlin, hub…)
Podle prostředí (les, vody…)
Základní ekologické pojmy
Biotop – místo, které poskytuje podmínky pro život, soubor abiotických faktorů – neživé faktory (teplota, vlhkost, kyslík, oxid uhličitý, světlo)
Stanoviště/Naleziště – místo výskytu
Areál – soubor stanovišť
Populace – soubor jedinců stejného druhu, kteří žijí na určitém místě v určitém čase
Biocenóza/Společenstvo – soubor jedinců různých druhů
Ekosystém – biotop + biocenóza
Ekologická nika – souhrn životních podmínek, které umožňují životaschopnou existenci populace určitého druhu. Prostorová X Potravní
Vztahy uvnitř populace a mezi nimi
Vztahy mezi populacemi
Mohou působit: pozitivně/ negativně/ neutrálně
Protokooperace – volné, vzájemně prospěšné sdružování (společná hnízda několika druhů ptáků)
Komenzálismus – soužití pro jeden druh nutné, druhý není poškozen (hyeny X lvi)
Mutualismus – soužití je nezbytné pro oba druhy (rak x sasanka, houby x kořeny rostlin)
Konkurence – soutěžení o potravu, prostor, světlo… (Káně x poštolka)
Amenzálismus – jeden druh omezuje druhý výměšky (antibiotika bakterií a hub, akát vylučuje jedovaté látky do půdy)
Predace – vztah dravce a kořisti, predátor je větší, početně slabší, požírá více druhů, predátor je na kořisti závislý – neusiluje o vyhubení, vyhubení predátora vede k přemnožení kořisti
Parazitismus – parazit a hostitel, parazit bývá menší, početnější, rychleji se rozmnožuje, hostitele nelikviduje, spíše omezuje
Vztahy ve společenstvu
Populace ve složité vzájemné závislosti
S časem se vyvíjí, struktura se stává složitější (více druhů, pater…)
Vztahy vnitrodruhové – konkurence o prostor, potravu, spolupráce ve stádu…
Vztahy mezidruhové – viz vztahy mezi populacemi
Potravní řetězec
Organismy jsou při získávání potravy a energie ke svému životu na sebe napojeni ENERGETICKO-POTRAVNÍMI VZTAHY
Potravní řetězec – řada organismů přímo na sebe závislých výživou
Příklady potravních řetězců
Pastevně kořistnický: býložravci à řada masožravců…. V přírodě bývá rozvětven
(býložravé larvy hmyzu – dravý hmyz – pěvci – drobnější dravci a šelmy – velcí dravci a šelmy)
Dekompoziční (rozkladný): postupný rozklad organické hmoty
(saprofytní hmyz – houby – řada bakterií)
2 fáze – Tvorba humusu, Postupná mineralizace humusu
V potravinovém řetězci dochází též k nahromadění škodlivých látek. Konečným článkem řady bývá člověk!!!
Složení ekosystému
Ekologické systémy, které jsou tvořeny společenstvem organismů a jeho abiotickým prostředím
Základní funkční jednotka přírody, kterou charakterizují složité potravní vztahy, koloběh látek a tok energie.
Abiotické prostředí – sluneční energie, vzduch a voda
Sluneční záření, světlo – hlavní zdroj energie pro život na zemi
Ultrafialové – 90% zachyceno ozonosférou
Tvorba vitaminu D v kůži člověka, brzdí růst rostlin (horské ekotypy), mutagenní účinky (rakovina)
Viditelné světlo – rozhoduje kvalita světla (barva), jeho intenzita a délka osvětlení
Fotoperiodismus – přizpůsobení se pravidelným změnám délky osvětlení (den, noc)
Vliv na rostliny – zdroj energie k fotosyntéze (rostliny světlobytné, stínobytné), fotoperiodický vliv na přechod do fáze květení (rostliny dlouhodenní, krátkodenní, neutrální)
Vliv na živočichy – umožňuje orientaci zrakem, barevnost živočichů, ovlivňuje aktivitu živočichů (noc/den), ovlivnění biorytmů, fotoperiodický vliv (nástup rozmnožování, migrace, výměna srsti/peří)
Infračervené záření (teplo)
Teplo urychluje či zpomaluje biochemické reakce
Vliv na rostliny – regulace tepla pomocí transpirace (odnímá teplo): sklápění listů, opad listů, lesklé listy
Odolnost semen nebo spor: snížením obsahu vody
Biochemické adaptace vůči zvýšené teplotě
Kolísání teplot: nutné pro klíčení semen…
Vliv na živočichy – EXOTERMNÍ (STUDENOKREVNÍ)
Malá produkce tepla a vysoké ztráty, teplota těla závisí na okolí
Teplota ovlivňuje: rozmnožování (kladení vajíček, typ rozmnožování, zbarvení (nižší teploty podporují vznik tmavých forem), aktivitu (zvýšení pohybu, konzumace potravy
Snížení teplot – pokles aktivity, vyhledávání úkrytů strnulost až smrt chladem
ENDOTERMNÍ (TEPLOKREVNÍ)
Velká produkce tepla, dobrá izolace a dokonalá termoregulace, teplota těla je téměř nezávislá na okolí – udržování teploty
Teplota ovlivňuje – zbarvení: nízké teploty podporují vznik světlých forem (liška polární), změny chování živočichů (koupání zvířat, vyhledání úkrytů, možnost migrace)
GLOGEROVO PRAVIDLO – V teplejších a vlhčích oblastech jsou živočichové téhož druhu nebo příbuzní tmavší
BERGMANNOVO PRAVIDLO – Jedinci téhož druhu mají v teplejších částech svého areálu menší tělo
ALLENOVO PRAVIDLO – V teplejších oblastech mají živočichové větší tělní výběžky
Vzduch
Působí tlakem, hustotou, prouděním
Tlak: Klesá se stoupající nadmořskou výškou. Některé organismy jsou schopny žít v prostředí s neobvykle vysokým tlakem (klidová stadia bakterií)
Hustota: malá à malá nosnost à menší rozměry a hmotnost létajících živočichů, velká pohyblivost
Proudění – vítr: umožňuje opylení rostlin, přenos semen a plodů, migraci organismů, orientaci
Kyslík 21% vzduchu – produkce: zelené rostliny (tropické pralesy, mořské řasy)
Nezbytný pro aerobní organismy, ve vodě se obsah kyslíku snižuje se zvyšující se teplotou
Oxid uhličitý 0,03% vzduchu – produkce: dýchání organismů, činnosti sopek, SPALOVÁNÍ
Nutný pro fotosyntézu
Dusík 78% vzduchu – přímo využitelný pouze některými bakteriemi
Voda
Na Zemi přítomna ve všech třech skupenstvích
2/3 vodní plochy z povrchu Země
Z celkového množství jen 3% sladké vody z toho 2/3 v ledovcích
Působí salinita, hustota, viskozita, tlak, propustnost tepla, pH
Tlak: přímo úměrný hloubce 10km – 108 Pa – i zde je možný život, ale jen s velkými adaptacemi
Hustota: 775x větší než u vzduchu – větší nosnost à umožňuje velké rozměry a hmotnost, menší pohyblivost, vliv na tvar těla
Propustnost: množství světla závisí na hloubce a množství přítomných látek
Vliv na rostliny: žijí li ve větších hloubkách (chaluhy, ruduchy) obsahují barviva pohlcující zejména modrou, fialovou a zelenou složku spektra
Vliv na živočichy: jejich pohyb závisí na pohybu planktonu ve vodním sloupci, u hlubinných živočichů často světélkující orgány
Půda
Vzniká zvětráváním litosféry a činností organismů
Obsahuje pevnou, kapalnou i plynnou složku
Zdroj většiny anorganických živin
Působí: pórovitost, sorpční schopnosti, teplota půdy, obsah iontů
Pórovitost: ovlivněna velikostí částic (písek x jíl) – na ní závisí obsah vody a vzduchu
Sorpční schopnosti: schopnost částic půdy vázat na svém povrchu vodu a ionty, zvyšuje ji obsah humusu
Teplota půdy: v hloubce se skoro nemění, v povrchových vrstvách silně kolísá
Obsah iontů: ovlivňuje kyselost půdy pH
Kyselé půdy (rašeliník, vřes, borůvky) Zásadité půdy (obsah vápníku)(třemdava, bělozářka)
Slanost půdy: je-li větší, omezuje příjem živin a vody
Ekologická valence
Ekologická valence je vyjádření schopnosti organismů snášet určitý faktor prostředí (např. teplotu, vlhkost,…). Znázorňuje se pomocí Gaussovy křivky. Šířka křivky odpovídá šíři valence, tedy rozsahu hodnot faktoru (na horizontální ose), které je daný druh schopen snášet (nejsou pro něj smrtící). Např. teplotní valence (termovalence) vyjadřuje, v jakém rozmezí teplot je schopen daný druh přežívat.
Liebigův zákon minima
Říká, že život a růst organismů je limitován tím prvkem, kterého je nedostatek (je v minimu)
Biotické podmínky
Vlastnosti populace:
- Hustota
- Růst
- Oscilace a fluktuace
- Rozmístění
- Struktura
Hustota populace: vyjadřuje se počtem jedinců v populace nebo biomasou na jednotku plochy nebo objemu
Oscilace: krátkodobé kolísání (v průběhu roku), může být 1 i více maxim v průběhu roku
Fluktuace: kolísání v průběhu několika let, u některých druhů dochází k pravidelnému přemnožení
Rozmístění:
Struktura populace: podle
- Pohlaví
- Věku
- Sociální struktury (hierarchie)
pyramida/zvon/urna
Růst populace:
- Množivost
- Úmrtnost
- Stěhování
J-křivka: exponenciální, chybí přirozený nepřítel
S-křivka: sigmoidní, velikost populace regulována vnějšími faktory
Vývoj ekosystému – SUKCESE
Dlouhodobý vývoj směřující k vyváženému, na daném biotopu ustálenému společenstvu – KLIMAXU
Tři fáze:
- 1. Zmlazení ekosystému
- 2. Vyzrávání ekosystému
- 3. Vrcholové stádium – KLIMAX
Primární – zničení předchozího ekosystému
Sekundární – po menším poničení ekosystému
Globální problémy lidstva
Sociální, ekonomické, environmentální
a) Sociální
Explozivní růst lidské populace – problém především rozvojových zemí, hospodářsky vyspělé země prošly demografickou transformací (snížením mortality zejména u dětí díky zlepšení lékařské péče vedlo k zásadnímu nárůstu populace. S růstem populace se zvyšuje i potřeba surovin, energie, potravin i prostoru.
Nedostatek kvalitních potravin – Přestože se ve světě neustále zvyšuje produkce potravin, 17% obyvatel rozvojových zemí trpí v současnosti podvýživou. Přispívá k tomu rostoucí populace, ekonomická a politická nestabilita rozvojových států či nepříznivé klimatické podmínky. Ve vyspělých státech se obyvatelé potýkají s přebytkem potravin a trpí nadváhou či obezitou.
Šíření epidemií a drogových závislostí – infekční choroby (malárie, tuberkuloza, tubera, AIDS, tyfus) jsou hlavní příčinou úmrtí obyvatel rozvojových zemí. Na světě je přibližně 40 milionů lidí nakažených HIV/AIDS, každý den se nově nakazí okolo 6000 lidí. Šíření nemocí souvisí se špatnou zdravotní péčí a hygienou, zvýšenou migrací lidí. Produkce a spotřeba drog roste. Mezi nejrozšířenější drogy patří opiáty (heroin, opium)
Ozbrojené konflikty, terorismus – Ztráty na lidských životech, obrovské finanční výdaje na zbrojení a negativní dopad na ekonomickou situaci válčících zemí. V rozvojových zemí jsou výdaje na zbrojení dvakrát vyšší než výdaje na zdravotnictví. Terorismus souvisí často s náboženskými, politickými či etnickými konflikty
b) Ekonomické
Chudoba a zaostalost – jsou důsledkem a zároveň i příčinou řady dalších globálních problémů lidstva (nedostatek potravin, přístup k nezávadné pitné vodě, chybějící vzdělání, zdravotnická péče, špatné hygienické podmínky, vysoká porodnost a úmrtnost). Pod hranicí bídy žije přibližně 1/5 populace.
Surovinový a energetický problém – 60% vyráběné energie se získává z ropy a zemního plynu, tedy z neobnovitelných zdrojů. Vyčerpání zásob ropy se očekává na konci 21. Století. Současným trenden je proto hledání nových technologií, které umožňují získávání energie z obnovitelných zdrojů (voda, vítr, slunce, zemské jádro) a využívat bezpečněji jadernou energii.
c) Environmentální
Globální klimatické změny – porušení rovnováhy mezi lidskou společností a přírodou může vést k tomu, že ekologický zásah lokálního charakteru může mít globální dopady. Globální změna klimatu (skleníkový efekt) a narušení ozonové vrstvy jsou největší klimatické změny
Snižování biodiverzity – biologická rozmanitost je negativně ovlivňována lidskou činností – odlesňováním, zavlékáním nepůvodních rostlin a živočichů na nová území, nepřiměřen lov živočichů. Tyto zásahy mohou vést k vymizení druhů.
Znečištění ovzduší – pevné, plynné nebo kapalné látky dostávající se do ovzduší nazýváme emise. Jejich reakcí s dalšími emisemi nebo složkami vzduchu a následným dopadem na zemský povrch vznikají imise. Hlavními zdroji znečišťování ovzduší u nás jsou tepelné elektrárny, domácí topné systém, doprava…
Plyny přirozeně se vyskytující v atmosféře, zejména CO2, v důsledku lidské činnosti je produkován v nadbytečné míře, je jedním z hlavních skleníkových plynů způsobujících skleníkový efekt.
Skleníkové plyny nahromaděné v atmosféře odrážejí část tepla vyzařovaného zemským povrchem zpět k zemi. à Globální oteplování — > Tání ledovců à Zvýšení hladiny oceánů à ohrožení
Nejedovaté sloučeniny škodící nepřímo svými reakcemi s dalšími látkami ovzduší (freony) à oslabení ozonové vrstvy a vznik ozonových děr. Freony ve stratosféře jsou rozkládány za vzniku atomů volného chloru, který způsobuje rozklad ozonu
Toxické látky
Oxid siřičitý SO2 – vzniká spalováním fosilních paliv (obsahujících síru), v atmosféře reaguje s vodou a kyslíkem za vzniku H2SO4 a se srážkami padá na zem v podobě kyselých dešťů. – Koroze kovů, porušují strukturu budov, památek a soch. SO2 se podílí také na vzniku londýnského smogu – směs exhalací kouřových plynů a mlhy, která se vytváří v průmyslových městech.
Oxidy dusíku (N2O, NO, NO2) – NOx na vzniku se podílí energetiky a průmysl, doprava a vytápění. Dráždí dýchací cesty a snižuje obranyschopnost. V atmosféře se můžou měnit na kyselinu dusičnou a podílet se na kyselých deštích. Losangelský smog – vzniká za slunečních dnů ve velkých městech v důsledku vysoké koncentrace výfukových plynů. Vytváří se přízemní ozon, který je pro organismus toxický.
Organické látky – jedná se zejména o methan, toluen, polyaromatické uhlovodíky PAH, dioxiny…
Znečištění vody
Vpouštěné odpady, zemědělství (hnojiva, pesticidy(, spad z ovzduší… Voda má do určité míry samočisticí schopnost spočívající v oxidačních procesech a v rozkladu látek.
Znečištění vody – biologické/chemické/fyzikální
Biologické – znečištění silážními šťávami, močůvkou, fekáliemi, hnojící organickou hmotou, městskými odpadními vodami, odpady z nemocnic…
Chemické – průmyslová hnojiva – obsahují fosfor, dusík, jsou srážkami splachována do odpaadních toků a nádrží, kde způsobují tzv. eutrofizaci vody (nadměrnou zásobenost živinami) à přemnožení řas a sinic à zahnívání vod
- Ropa a ropné produkty – vytváří na hladině tenký film, který zabraňuje okysličování vody a způsobuje zahnívání, slepuje peří a srst
- Těžké kovy, detergenty (vytváří pěnu(čistící prostředky)). PCB (polychlorované bifenyly)
Fyzikální – způsobené například odpadním teplem (z elektráren), radioaktivním zářením (ukládání radioaktivního odpadu v kontejnerech na dno moří)
Ohrožení půdy
Půda je v těsném vztahu k ovzduší i vodě a je ohrožována každým jejich znečištěním. Na znečištění půdy se podílí kromě průmyslových odpadů především zemědělství a stavebnictví.
Půdu ohrožuje: Zhutňování půdy – slehnutí půdy díky těžké mechanizace, zhoršuje provzdušnění a prosakování
Eroze – rozrušování a odnos půdy díky vodě a větru způsobené nevhodným hospodařením
Chemizace – používání pesticidů a hnojiv
Imise – prostřednictvím srážek se do půdy dostávají kyseliny, těžké kovy, uhlovodíky
Skládky komunálního odpadu – průsak škodlivých látek
Možnosti řešení problémů
Znečištění ovzduší – omezením spalování fosilních paliv, používáním čistících zařízení, ekologické způsoby dopravy
Znečištění vody – budování čistíren odpadních vod, zamezení průsaku do spodních vod
Ohrožení půdy – umírněným využíváním hnojiv, dodržováním agrotechnických postupů
