Környezetvédelem 4. Ökológia, ökoszisztémák 2015/2016. tanév II. félév Dr. Buruzs Adrienn egyetemi tanársegéd buruzs@sze.hu SZE AHJK Környezetmérnöki Tanszék
Bevezetés Vákuumban nem létezik élet anyag- és energia-utánpótlás, hulladékok eltávolítása együttműködés az élő és élettelen környezettel Abiotikus alapvető szervetlen alkotók és elemek (víz, CO 2, Ca, O) fizikai tényezők (talaj, eső, hőmérséklet, nedvesség, szél, napsugárzás) ezek kísérő jelenségei (fény, hő) Biotikus növények, állatok, mikrobák (energiafüggőség)
Az ökológia fogalma Oikos (görög) = ház, gazdaság, birtok Ökológia Az élő és élettelen rendszerek kölcsönös egymásra hatása; milyen feltételek között tartható fenn a kettő egysége a bioszférában; jelenségek okai; egyed feletti szerveződési szintek valamely szempontból egységes rendszert képező élőlénycsoport: populáció
Ökoszisztéma az élő szervezetek és az élettelen környezetük elválaszthatatlanul kapcsolódik össze és áll kölcsönhatásban egymással élőlények és élettelen környezetük teljes kapcsolatrendszere, mely nyílt rendszer
Ökoszisztéma Bármely területi egység, amely élő szervezeteket és élettelen elemeket tartalmaz anyagáramlás Strukturális szempontok a fajok elrendezés, típusa, száma és a természeti környezet jellemzői Funkcionális szempontok energiaáramlás és tápanyag-forgalom
Élőhely Különböző élettelen elemek az ökoszisztémában levegő, víz, talaj, stb. Egy állat, növény vagy személy természetes lakóhelye vagy tartózkodási helye pl. víz: élőhely a vízi élőlények számára (sós és édesvízi további kategóriák: tó, tavacska, tócsa vagy folyó, folyam)
Abiotikus faktorok A külső környezetből eredő, és az élőlényeket valamilyen módon befolyásoló különféle hatások Éghajlati tényezők napsugárzás, hőmérséklet, szél, eső, légáramlatok Fizikai tényezők fény, tűz, nyomás, geomágnesesség Kémiai tényezők savasság, sósság, a nővények számára szükséges szervetlen tápanyag mennyisége
Minden élő szervezet Faj Biotikus faktorok növények, állatok, baktériumok, vírusok fajok genetikailag hasonló képesek életképes utódokat létrehozni
Kapcsolatok hatások (0,0) Semlegesség (neutralizmus) a két populáció nincs egymásra hatással (pl. a fácán és a gímszarvas kapcsolata egy erdőben) (+,0) Kommenzalizmus asztalközösség: az egyik fél számára előnyös, a másik számára közömbös (dögevők) (-,-) Kompetíció versengés: mindkét fél számára hátrányos kapcsolata a más szervezet számára is fontos környezeti tényező (táplálékforrás, víz, fény) elvonását, illetve hasznosítását értjük akkor is, ha ez felismerhető agresszivitás nélkül történik (+,-) Predáció ragadozás (+,-) Parazitizmus élősködés
Kapcsolatok hatások (+,+) Mutualizmus kölcsönös segítség: mindkét fél számára előnyös kapcsolata (ember és vitamintermelő baktérium (K,B vitamin) (+,+) Szimbiózis együttélés: mindkét fél számára előnyös, elsősorban táplálkozási kapcsolat pl. a kérődzők és a bendőjükben élő mikroorganizmusok (-,0) Amenzalizmus antibiózis: az egyik fél számára közömbös, a másik fél számára hátrányos az egyik populáció jelenléte anélkül káros a másikra nézve, hogy az első számára előnyt jelentene (pl. az egyik faj taposásával a másik faj táplálékát, búvóhelyeit teszi tönkre) egymás fejlődését különböző vegyületekkel gátolják vagy elősegítik
Egyéb kapcsolatok szabályos (szegregált) véletlenszerű (random) csoportosuló (aggregált)
Egyéb kapcsolatok a természetben a legkevésbé fordul elő szabályos (szegregált) véletlenszerű (random) csoportosuló (aggregált)
Egyéb kapcsolatok
Ökológiai környezet ANTROPOGÉN HATÁSOK ABIOTIKUS környezet KÉMIAI FIZIKAI ÉLŐVILÁG FAJON BELÜLI FAJOK KÖZÖTTI BIOTIKUS környezet
Populáció Egymással együttműködő, általában ugyanahhoz a fajhoz tartozó egyedek csoportja szarvaspopuláció egy szigeten halpopuláció egy tóban Bármely faj populációjának a méretét két tényező határozza meg a reprodukciós potenciál a környezeti ellenálló képesség
Populációdinamika A populáció nagyságának időbeli változásai születés/halálozás vagy bevándorlás/elvándorlás Elvándorlás: egy populációból bizonyos egyedek kiválnak és más területen alkotnak populációt, vagy más populációhoz csatlakoznak Bevándorlás: egy populációhoz más területről a faj más egyedei csatlakoznak és a továbbiakban mint a populáció tagjai élnek
Populációnövekedési görbék Egyensúlyi egyedszám N t+1 = N t + B D + I E; B: születések száma, D: halálozások száma, I: bevándorlás, E: elvándorlás N t+1 = R*N t R: nettó szaporodási ráta ( =, >, < 1) N: populáció egyedszáma K: környezet eltartó-képessége (összesen hány egyedet tud eltartani egy adott fajból hosszú távon)
A populációt szabályozó tényezők A környezet fizikai jellegzetességei (pl. éghajlat) Élelem (minőség és mennyiség) Betegségek Predáció Versengés (fajon belül és fajok között) Egy ökoszisztéma növények, állatok és mikrobák különböző fajainak számos populációját magába foglalja együttműködnek, közösségek alkotnak egymással és a fizikai környezettel
A populációt szabályozó tényezők A zsákmány- és a ragadozópopuláció denzitása az idő függvényében
Ökoszisztéma Biogeocönózis (ökoszisztéma) élőlények és élettelen környezetük teljes kapcsolatrendszere, mely nyílt rendszer komponensei változhatnak önszabályozásra képes meghatározott anyag- és energiaforgalom állandó tér-idő rendszer Biotóp (élőhely) természetes határait az élőlények kapcsolatai határozzák meg Biocönózis (életközösség) egység a biotóppal térbeli elrendezésű időben ismétlődik biológiai egyensúly
Az ökoszisztémák részei Energiaáramlás szempontjából termelők fogyasztók lebontók A fogyasztói tápláléklánc az energia áramlását az alábbi sorrendben tartalmazza: termelő növényevő ragadozók lebontó
Az ökoszisztémák alapjellemzői Kapcsolatok a szervezetek egymás közötti és a környezettel összefonódó kapcsolatai Korlátozó tényezők a limitáló tényezők mindenütt jelen vannak a fajok és az egyedek nem növekednek végtelenségig Komplexitás a kapcsolatok összetettek, gyakran az emberi agy megértésén túl
Természetes ökoszisztémák Élőlények egymásra utalt közössége a természeti környezettel állandó anyag- és energiakicserélődési kapcsolatban van Önszabályozó képesség
Agroökoszisztéma Monokultúra Kisparaszti gazdaság Egyik sem önfenntartó! Városi ökoszisztéma Kultúrökoszisztémák Rengeteg mesterséges anyag
Monokultúra
Természetes és kultúrökoszisztémák Természetes ökológiai rendszer Mezőgazdasági rendszer Stabilizáló (negatív visszacsatolás) dinamikus egyensúlyi állapot Jóval nagyobb az egységnyi területre jutó biomassza Rendszeres energiaés anyagbevitel szükséges
Egyed feletti szerveződési szintek Biomok A Föld különböző területein uralkodó éghajlati viszonyok alapján különböztetjük meg őket Az éghajlat mindenhol hasonló, de egyéb feltételek többféle ökoszisztéma A Föld összes biomja bioszféra
Zonális biomok
Biomok a hőmérséklet és a nedvesség függvényében
Egyed feletti szerveződési szintek Bioszféra mérsékelt övi lomberdő kocsányos tölgyes kocsányos tölgy Biom Életközösség Populáció Egyed
Trópusi esőerdő Mindennapos esők, évi átlag >1500 mm Gazdag növényzet Nincsenek évszakok
Nagy területű füves puszta A száraz évszak hosszabb, mint az esős Nagy termetű pázsitfüvek Elszórtan fák, cserjék Trópusi szavanna
Trópusi sivatag Forró, száraz nappalok hideg éjszakák Napi hőingadozás: 25-30 C Csapadék: 100-200 mm/év
Mérsékelt övi lomberdő Legalább 500 mm csapadék évente Szárazföldek tengerhez közel eső részei
Mérsékelt övi füves puszta Évi 200-300 mm csapadék Pázsitfüvek
Tajga Nagyon kis fajszámú tűlevelű erdő A világ legnagyobb szárazföldi életközössége
Tundra A fák növését meggátolja az alacsony hőmérséklet Törpecserjék és havasi gyepek
Környezet változása változás az élővilágban 1. a környezeti tényező változása jól látható következménnyel jár, de még nem tűnik el az adott élőlény 2. az adott élőlény eltűnik a rendszerből 3. nem mutatkozik változás kulcsszó: TOLERANCIA Tűrőképesség
Egy ökológiai faktor mértéke (erőssége) és hatása közötti összefüggés A toleranciagörbe minimum alsó ökológiai faktor erőssége alsó peiusz felső pesszimum felső maximum
szervezet életképessége Tágtűrésű tágtűrésű fajok (hőmérséklet): lucfenyő, gyomnövények, füge oligo~ mezo~ poli~ környezeti faktor erőssége
szervezet életképessége Szűktűrésű szűktűrésű fajok (hőmérséklet): sebes pisztráng, Daphniák, trópusi növények (banán, kakaó) oligo~ mezo~ poli~ környezeti faktor erőssége
Tűrőképesség
Tűrőképesség Toleranciahatáro k
R-stratégista magas belső szaporodási ráta hirtelen elszaporodás, villámgyorsan elérik a környezet eltartó-képességét, majd tömeges pusztulás K-stratégista Életmenet-stratégiák a populációik egyedszáma a környezet eltartóképességének közelében van versengésre való képesség
Szaporodási és életmenetstratégiák
Életmenet-stratégiák r-stratégista K-stratégista Élőhely előrejelezhetetlen előrejelezhető Testméret kicsi nagy Egyed növekedése gyors lassú Élettartam rövid hosszú Ivarérettség korán későn Szaporodások száma 1 több Kompetíciós képesség gyenge erős Ivadékgondozás alig jelentős
Az ökológiai niche Niche a populációra ténylegesen ható környezeti tényezőkre vonatkozó tűrőképességet reprezentáló modell (virtuális!) a környezeti tényezők olyan n-dimenziós tere, ahol a populáció egyedei előfordulhatnak és szaporodni képesek a valós tájnak olyan létező része, amely a populációnak szükséges feltételeket biztosítja
Az ökológiai niche
Társulások változása Aspektus: az évszakok változásával kapcsolatos szezonális ritmus, évente ismétlődik
Társulások változása Szukcesszió: növénytársulások egymás után következése elsődleges szukcesszió másodlagos szukcesszió időlépték szerint
Elsődleges szukcesszió
Feltöltő szukcesszió
Ökoszisztémák terhelhetősége Ökoszisztéma terhelhetősége érzékenység, regenerációs képesség Stabil ökoszisztémák önszabályozó képesség Labilis ökoszisztémák egyensúlyi helyzetből könnyen kibillen Reguláció szempontjából három fő ökoszisztéma természetes és önszabályozó ember által szabályozott mesterséges ökoszisztémák
A víz Vízháztartás egyensúlyban legyen Vízfelvétel és leadás Csapadék (köd, páratartalom) Időbeli és térbeli eloszlás + hőmérséklet Limitáló tényező Vízi élőlények Víz só-koncentrációja Oxigéntartalma Talaj nedvességtartalma Növények vízfelvételének fontos eleme Levegő nedvességtartalma Vízleadás képességét befolyásolja
A hőmérséklet Élőlények növekedésében és elterjedésében meghatározó tényező A hőmérséklet függ napsugárzás domborzat légköri viszonyok Átlaghőmérséklet csökken sarkok felé, tengerszinttől felfelé (0,5 o C/100 m)
Az élőlények hőtűrő-képessége Az élőlények hőigénye Eltérő, hőtűrő-képességük korlátozott Vízi élőlények: 0 C / -2,5 C Melegvérű állatok: állandó Hidegvérű állatok és növények: <10 C alatt lelassulnak Tág hőtűrésűek Zuzmók, mohák, kékmoszatok Szűk hőtűrésűek Melegkedvelők Hidegkedvelők
Állatok testhőmérséklete Változó igazodik a környezethez Állandó külső környezettől függetlenített fejlett hőszabályozás hőtermelés a testtömeggel, hőleadás a testfelülettel nő
Az állatok hőszabályozása A testtömeg és a testfelület hányadosa a tömeg növekedésével csökken Bergmann-szabály: rokonsági körön belül a hideg területeken élő fajok testtömege nagyobb Allen-szabály: rokonsági körön belül a hideg területeken élő fajok kiálló testrészeinek mérete csökken Gloger-szabály: közelrokon fajok esetében a hidegebb égövön élők színe világosabb (hermelin: télen fehér, nyáron barna mimikri)
A fény Hőhatás, fotokémiai átalakulás, fotoszintézishez szükséges energia Földfelszínt érő fény mennyisége Szélességi kör és évszak függvénye Beesési szög Légköri fényelnyelés Árnyékoló tényezők
Fényviszonyok meghatározói Földrajzi szélesség Egyenlítőnél sarkvidékek felé Magasság hegytető - tenger Légköri viszonyok szennyezések, felhőtlen és felhős égbolt Domborzat északi és déli lejtők Növényzet sűrűség - fényáthatolás
Növények fénytűrési szempontjai Fénykedvelők egész életükben Fény- és árnyéktűrők egyes életszakaszokhoz Árnyékkedvelők képtelenek elviselni az erős megvilágítást
Heterotróf szervezetek fényigénye Fényt nem igénylők Fénykedvelők Aktivitás és elterjedés meghatározója Aktív és pihenő fázisok napi ritmusa Megvilágítás idejének változása
Fényszennyezés = az esti égbolt mesterséges fényforrásokkal történő felesleges megvilágítása a természetben élő élőlényekre is hatással van nő a külső megvilágítás igénye is A fényszennyezés következményei az egyes élőlények biológiai órája változik navigációs nehézségek vegetáció kitolódása jelentős pusztulás világítótestek a madarak fészkelése, párválasztása és szaporodása meghiúsul az éjjeli állatokat zavarja
A Föld fényszennyezése az űrből nézve forrás: http://www.geocities.com/kayleelayne/images/earthlights_dmsp_big.jpg
Milánó Brüsszel Amszterdam London http://www.origo.hu/tudomany/vilagur/20110906-az-ejszakai-london-parizs-brusszelamszterdam-es-milano-varosfenyei-a.html
Az eltévedt utazó
Levegő Vegyi összetétel Kémiai összetétele viszonylag állandó Szén-dioxid, oxigén Áramlás Szél (mechanikai, élettani) Beporzás Oxigén
Talaj és domborzat Talaj Termőképesség Biológiai mállás Domborzat Tengerszint feletti magasság Lejtőszög hő- és fényviszonyok
Abiotikus faktorok hatása
Köszönöm a figyelmet! 77