(KM002_1) 2. A környezetvédelem ökológiai alapjai 2016/2017-es tanév I. félév Dr. habil. Zseni Anikó egyetemi docens SZE, AHJK, Környezetmérnöki Tanszék Bármely faj bárhol, bármilyen mennyiségben megtalálható Milyen mértékben és miért tér el ettől a valóság? az ecology tudománya 1
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.) 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. 2
Egyed feletti szerveződési szintek mérsékelt övi lomberdő kocsányos tölgyes kocsányos tölgy Bioszféra Biom Biogeocönózis Életközösség Koalíció Populáció Csoport Egyed = életközösségek együttese = életközösség + élőhelye = Biocönózis klímazonális társulás intrazonális társulás Biomok elhelyezkedése és területe a Földön 3
Trópusi esőerdő Trópusi szavanna 4
Trópusi sivatag Mérsékelt övi lomberdő 5
Mérsékelt övi füves puszta (sztyepp) Boreális tűlevelű erdő (tajga) 6
Tundra 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 7
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) tűrőképesség Ökológiai környezet és tűrőképesség tágtűrésűek szűktűrésűek (indikátor szervezetek) generalisták specialisták ökológiai alkalmazkodás (adaptáció) Shelford tolerancia törvénye környezeti tényező 8
Az ökológiai niche ~: a populációra ténylegesen ható környezeti tényezőkre vonatkozó tűrőképességet reprezentáló modell - fundamentális niche - realizált niche Kétdimenziós niche 9
Biomok a hőmérséklet és a nedvesség függvényében A biomok elhelyezkedése a hőmérséklet és a csapadék függvényében 10
A populációk csoporttulajdonságai A, a populáció nagysága meghatározza: születések, halálozások, beés kivándorlás Túlélési programok túlélési görbe halálozási arány 11
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 Környezet eltartóképessége (K): összesen hány egyedet tud eltartani egy adott fajból hosszú távon 12
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 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) 13
Életközösségek (biocönózisok, társulások) adott helyen egyidőben 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 14
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 15
Fogyasztók (konzumensek) növényevők: pl. gazella Konzumensek: növényevő (hócipős nyúl) ragadozó (hiúz) 16
Konzumensek: ragadozó (lazac) ragadozó (barnamedve, halászsas) Konzumensek: élősködők (a: kullancs, b: fagyöngy, c: aranka) 17
Lebontó (reducens) szervezetek (ganajtúró bogár) Tápláléklánc Táplálékhálózat Elton-féle piramis 18
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 szukcesszió 19
elsődleges szukcesszió 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 21
Felhagyott termőföldek szukcessziója: 1. Egyéves növények 2. Évelő fűfélék és más évelő lágyszárúak megjelenése 3. Fás növényzet kialakulása az évenkénti talajművelés meggátolja a szukcesszió előrehaladását a termőföldek növényzete permanensen iniciális fázisban marad 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 a gyomnövények a másodlagos szukcesszió pionír fajai, ahol a szántóföld egy speciális terület Ökoszisztémák anyag- és energiaforgalma A szén körforgása 22
Ökoszisztémák anyag- és energiaforgalma A nitrogén körforgása A nitrogén körforgása 23
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) fotoszintézis 24
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 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 25
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! 26