(KM002_1) 2. A környezetvédelem ökológiai alapjai 2007/2008-as tanév I. félév Dr. Zseni Anikó egyetemi docens SZE, MTK, BGÉKI, Környezetmérnöki Tanszék Az ökológia fogalma ecology = szünbiológia Szünbiológia az egyed feletti szerveződési szintekkel foglalkozik Szünfenobiológia Az egyed feletti szerveződési szintek jelenségeivel foglalkozik (biogeográfia, populációdinamika stb.) Ökológia A szünfenobiológia által leírt jelenségek okaival foglalkozik (tájökológia, közösségi ökológia, evolúciós ökológia, viselkedésökológia stb.) 1
Az ökológia fogalma Az ökológia olyan szünbiológiai tudomány, amely azt vizsgálja, hogy melyek a növények, állatok és mikroorganizmusok egyed feletti szerveződési szintjeire ható kényszerfeltételek, és hogy e feltételek hogyan határozzák meg térbeli eloszlásukat, viselkedésüket, működésüket. Egyed feletti szerveződési szintek Bioszféra mérsékelt övi lomberdő Biom kocsányos tölgyes Biogeocönózis Életközösség = Biocönózis klímazonális társulás kocsányos tölgy Koalíció Populáció intrazonális társulás Csoport Egyed 2
Zonális biomok Trópusi esőerdő 3
Trópusi szavanna Trópusi sivatag 4
Mérsékelt övi lomberdő Mérsékelt övi füves puszta (sztyepp) 5
Boreális tűlevelű erdő (tajga) Tundra 6
ökoszisztéma ~: élőlények és élettelen környezetük teljes kapcsolatrendszere, mely nyílt rendszer (azaz komponensei változhatnak), és bizonyos mértékű önszabályozásra képes ~: egy populáció vagy populációkollektívum ökológiai szemléletű tanulmányozására létrehozott rendszermodell biotóp (élőhely): az életközösség (biocönózis) élőhelye, természetes határait az élőlények kapcsolatai határozzák meg Ökológiai környezet és tűrőképesség Ökológiai környezet: a külvilág azon feltételeinek halmaza, amelyek ténylegesen és közvetlenül hatnak valamely szünbiológiai objektumra Környezeti tényezők abiotikus (fény, víz, talaj, hő, levegő, domborzat stb.) biotikus (populációk egymásra gyakorolt hatása) 7
tűrőképesség Ökológiai környezet és tűrőképesség tágtűrésűek szűktűrésűek (indikátor szervezetek) generalisták specialisták ökológiai alkalmazkodás (adaptáció) Shelford toleranciatörvénye környezeti tényező 8
Az ökológiai niche ~: a populációra ténylegesen ható környezeti tényezőkre vonatkozó tűrőképességet reprezentáló modell - fundamentális niche - realizált niche Kétdimenziós niche Biomok a hőmérséklet és a nedvesség függvényében 9
A populációk csoporttulajdonságai A, a populáció nagysága meghatározza: születések, halálozások, beés kivándorlás Túlélési programok túlélési görbe halálozási arány 10
A populációk csoporttulajdonságai B, Az egyedek térbeli eloszlása (diszpergáltsága) szabályos (szegregált) véletlenszerű (random) csoportosuló (aggregált) Populációdinamika N t+1 = N t + B D + I E N t+1 = R*N t R: nettó szaporodási ráta ( =, >, < 1) N: populáció egyedszáma populációnövekedési görbék A környezet eltartóképessége (K): összesen hány egyedet tud eltartani egy adott fajból hosszú távon 11
Életmenet stratégiák Élőhely Testméret Egyed növekedése Élettartam Ivarérettség Szaporodások száma Kompetíciós képesség Ivadékgondozás r-stratégista előrejelezhetetlen kicsi gyors rövid korán 1 gyenge alig K-stratégista előrejelezhető nagy lassú hosszú későn több erős jelentős Populációk közötti kölcsönhatások Interspecifikus kölcsönhatások (-,-) Kompetíció (versengés) Gaus-féle elv (kompetitív kizárás elve) (+,-) Predáció (ragadozás) (+,-) Parazitizmus (élősködés) (+,+) Mutualizmus (kölcsönös segítség) (+,0) kommenzalizmus (asztalközösség) dögevés ürülékevés mimikri (álcázás) (-,0) amenzalizmus (pl. antibiózis) 12
Életközösségek (biocönózisok, társulások) adott helyen egy időben létező, együtt élő és kölcsönhatásban álló növény- és állatpopulációk együttese jellemző tulajdonságai: diverzitás (sokféleség) térszerkezet horizontális és vertikális elrendeződés 45 40 felső lombkoronaszint 35 30 liánok 25 20 középső lombkoronaszint 15 10 5 alsó lombkoronaszint gyepszint mohaszint 13
Táplálkozási hálózatok Az élőlények alapvető típusai: A, autotróf szervezetek termelő (producens) szervezetek: zöld növények, fotoszintézis primer produkció B, heterotróf szervezetek fogyasztó (konzumens) szervezetek: növényevők, mindenevők, ragadozók, élősködők szekunder produkció lebontó (reducens) szervezetek: dögevők, szerves törmelékevők, gombák, baktériumok szekunder produkció Termelő (producens) szervezetek 14
Fogyasztók (konzumensek) növényevők: pl. gazella Konzumensek: növényevő (hócipős nyúl) ragadozó (hiúz) 15
Konzumensek: ragadozó (lazac) ragadozó (barnamedve, halászsas) Konzumensek: élősködők (a: kullancs, (b: fagyöngy), c: aranka) 16
Lebontó (reducens) szervezetek (ganajtúró bogár) Tápláléklánc Táplálékhálózat Elton-féle piramis 17
egy tengeri táplálékhálózat Társulások változása Aszpektus: az évszakok változásával kapcsolatos szezonális ritmus, évente ismétlődik Szukcesszió: növénytársulások egymás után következése szekuláris szukcesszió biotikus szukcesszió időlépték szerint elsődleges (primer) szukceszió másodlagos (szekunder) szukcesszió: az eredeti növényzet nem minden faja semmisült meg, a növényzet fejlődése a talajban megmaradt propagulumokból indul meg 18
elsődleges szukcesszió 19
Zátonyok benépesülése: 1. Csupasz homok- vagy kavicsfelület 2. Pionír növények megtelepedése (pl. keserűfüvek) 3. Igényesebb fajok megjelenése (pl. fűzbokrok) 4. Fűz-nyár ligeterdő kialakulása 20
Zátonyok benépesülése Felhagyott termőföldek szukcessziója: 1. Egyéves növények 2. Évelő fűfélék és más évelő lágyszárúak megjelenése 3. Fás növényzet kialakulása 21
Felhagyott termőföldek szukcessziója - Az évenkénti talajműveléssel az ember meggátolja a szukcesszió előrehaladását, ezáltal a termőföldek növényzete permanensen iniciális fázisban marad, ami kedvez az r-stratégista gyomnövények tartós fennmaradásának. - a tipikus szántóföldi gyomok csak az első évben képesek a fennmaradásra, ha a zavarás elmarad, a szukcesszió folyamán hamar kiszorulnak. A szántóterület felhagyása után néhány évtizeddel az adott területre jellemző zárótársulás alakul ki. (Pinke- Pál: Gyomnövényeink) 22
Felhagyott termőföldek szukcessziója - A gyomnövények a másodlagos szukcesszió pionír fajai, ahol a szántóföld egy speciális terület. (in Pinke-Pál: Gyomnövényeink eredete, termőhelye és védelme) Szántóföldi szukcesszió: Fás növények (zárótársulás) Évelő fűfélék és más évelő lágyszárúak Egyéves gyomnövények Mezőgazdasági ökoszisztéma 23
Ökoszisztémák anyag- és energiaforgalma A szén körforgása Ökoszisztémák anyag- és energiaforgalma A nitrogén körforgása 24
A nitrogén körforgása Anyag- és energiacsere az élő szervezetekben producens növények fotoszintézise szerves anyag 6 CO 2 + 6 H 2 O + napfény + klorofill C 6 H 12 O 6 (glükóz) + 6 O 2 + 2850 kj/mol (megkötődik) glükóz: 1. nyersanyag (glükóz + N, P, K, Ca stb. a talajból szerves molekulák) 2. energiaszolgáltató (sejtlégzés) 25
fotoszintézis Anyag- és energiacsere az élő szervezetekben konzumens élőlények sejtlégzése: C 6 H 12 O 6 (glükóz) + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O - 2850 kj/mol felszabadul táplálék emésztés lebontás glükózt minden sejthez eljuttatja O 2 is jön a vérrel energiafelszabadítás a sejtekben 26
Az energia útja az ökoszisztémában az ökoszisztémák energia-átalakító rendszerek forrás: a Nap sugárzó energiája fotoszintézis növényekben tárolt energia hőenergia hőenergia növényevőkben tárolt energia ragadózókban tárolt energia az elfogyasztott táplálék egy része lebontódik, hogy energiát kapjon az élőlény kevesebb növényevő, mint növény kevesebb ragadozó, mint növény a biomassza tömege szintenként csökken 1. Táplálkozási szint Producensek (növények) 2. Táplálkozási szint Elsődleges konzumensek (növényevők) 3. Táplálkozási szint Másodlagos konzumensek (ragadozók) 4. Táplálkozási szint Harmadlagos konzumensek (csúcsragadozók) Hő Hő Hő Hő Napenergia Hő Hő Reducensek (dögevők, törmelékevők, baktériumok, gombák) Hő Az energia veszteséggel lép tovább! 27
28