Ekologie - Abiotické faktory

Ekologie

Základní ekologické pojmy:

biotop - místo, které poskytuje podmínky pro život, liší se klimatem, polohou, hydrologickými poměry, půdou,…

(např. les, louka)

stanoviště /lokalita /naleziště - topograficky vymezené místo výskytu organismu

(např. Prales Mionší v Dolní Lomné)

areál - zeměpisné rozšíření druhu

(např. Antarktida - tučňák císařský,… Austrálie - ptakopysk podivný, klokan rudý,…)

populace  - soubor jedinců téhož druhu na určitém místě v určitém čase

(např. populace v Ostravě v r. 2015 - vrabci domácí,…)

biocenóza (= cenóza) / společenstvo - soubor populací různých druhů na určitém biotopu, nezahrnujeme neživou složku,

(např. Beskydy – populace medvědů, populace jelenů,…)

dělí se na: zoocenóza a fytocenóza (rostliny)

ekosystém - soubor všech organismů a jejich prostředí (biocenóza + biotop),

(např. les, rybník, ztrouchnivělý pařez,…)

biom – soubor podobných ekosystémů

(např. savany, pouště,…)

biosféra – soubor všech biomů (všech ekosystémů na Zemi)

ekologická nika:

a)     prostorová nika – místo organismu v daném ekosystému („adresa“)

(např. mravenec → mraveniště, strakapoud → dutiny stromů)

b)     potravní nika – funkční zařazení organismu v ekosystému („práce“)

(např. datel → žere dřevokazný hmyz → predátor, bakterie v půdě rozkládá → rozkladači)

Ekologie 

= věda o vzájemném vztahu organismů navzájem a organismy a prostředím

zakladatelem je Ernst Hekl

Obory ekologie:

1.      podle organismů, které studuje: ekologie rostlin, ekologie živočichů, ekologie bakterií,…

2.      podle zkoumaného prostředí: ekologie lesa, ekologie rybníka, ekologie půdy,…

3.      podle úrovně vztahů:

-          autekologie = zkoumá druhy (chování, rozšíření, hustota,…)

-          demekologie = zkoumá populace (jeleni, blatouchy,…)

-          demografie = u lidí (populace člověka)

-          synekologie = zkoumá společenstva (populace různých druhů) nebo ekosystém

ekologie využívá poznatky – biologie, geografie, chemie, fyziky, matematiky, geologie,…

Vztahy mezi organismy a prostředím

₪ živá příroda je závislá na neživé ₪

mezi organismy a prostředím dochází k výměně látek a energií (dýchání, příjem potravy,…)

Prostředí tvoří:

a)      abiotická složka – neživá příroda (vzduch, voda, světlo,…)

b)     biotická složka – organismy (rostliny, živočichové, bakterie,…)

Organismy se přizpůsobují svému prostředí, ale pouze do určité míry,

míru popisuje tzv. ekologická valence

Ekologická valence = míra přizpůsobení, je dána rozmezím podmínek na nichž je organismus schopen žít a rozmnožovat se (rozmezí teplot, pH, salinita,…)                                           

Euryvalentní  - druhy se širokou ekologickou valencí, snášejí velké kolísání faktorů (velké koncentrace pH, kolísání kyslíku,…) a mají velkou toleranci ke změnám

Stenovalentní – druhy s úzkou ekologickou valencí, nesnášejí kolísání podmínek prostředí, mají malou toleranci ke změnám (koala – potravní specialista, arktické ryby – teploty pouze od 2°C do -1°C)

Stenovalentní druhy slouží jako bioindikátory = indukují i malou změnu podmínek (např. když jsme dlouho neviděli rostlinu, tak zjišťujeme proč, co se stalo s půdou např. atd.)

Bioindikátory – některé druhy lišejníků (schopny indukovat znečištění)

Leigibův zákon minima:

Úspěšnost organismu je limitována tím faktorem (teplota, pH,…), jehož hodnota je mu nejméně příznivá

(např. Květina v květináči – dáme ji na světlo, pohnojíme, ale dáme jí jen trošku vody – pokud se jedna složka přibližuje hranici – organismus nepřežije. Limitujícím faktorem je voda.)

 Tím, že se rostliny nebo živočichové adaptují na různé podmínky, vznikají tzv. Ekotypy

Ekotypy – různé formy organismu v rámci druhu

(např. Smrk ztepilý – Šumavský ekotyp, Krkonošský ekotyp,…)

Ekologická pravidla

(neplatí 100%)

1.      Bergmannovo pravidlo – velikost těla

Platí, že větší a těžší jsou živočichové (příbuzní) žijící na severu v chladu. (medvěd lední a medvěd hnědý)

2.      Glogerovo pravidlo – zbarvení

Platí, že v chladných a sušších oblastech mají živočichové světlejší zbarvení (medvěd lední a medvěd hnědý)

3.       Allenovo pravidlo – délka tělních přívěsků (uši, ocas,…)

Platí, že v chladných oblastech mají živočichové kratší tělní přívěsky (liška polární a fenek[1]) 

Abiotické podmínky života

1.       podmínky klimatické (světlo, teplo, srážky,…)

2.       podmínky edafické (půdní – pH půdy, salinita, struktura,…)

3.       podmínky topografické (jak jsou organismy ovlivněny polohou, reliéfem,…)

1.   Sluneční záření

-          elektromagnetické vlnění o vlnové délce 290 – 5000nm (to, co pronikne na zemský povrch)

UV záření

-          100 – 390nm (v důsledku ozonové vrstvy více)

vliv záření: (+) podporuje vznik vitamínu D v kůži

                        (-) způsobuje mutace, rakovinu kůže, poškozuje zrak, brzdí růst rostlin,…

- asi 90% záření je zachyceno ozonovou vrstvou

            Viditelné světlo

-          390 – 750nm

vliv na organismus: vlnová délka, směr dopadu, intenzita, délka osvětlení,

fotoperioda = světelný režim (střídání dne a noci), ročních období, řídí biorytmy

            FAR

-          400 – 750nm

nejdůležitější záření – zdroj energie

fotosynteticky aktivní záření – vlnové délky, při kterých probíhá fotosyntéza (400-750nm), energie fotonů se přeměňuje na ATP (rostliny díky fotosyntéze, chlorofylu,…)

Děje na listech

Reflexe (odražení) -    může odrazit až 80%

-          hladké a lesklé listy odrážejí nejvíce, zvadlé a chlupaté (trichomy) odrážejí méně

-          různé vlnové délky jsou odráženy různě

Absorpce (pohlcení) -               většina záření se absorbuje

-  98% využito na teplo, 2-10% na fotosyntézu

Transmise (průchod) -    záleží na tloušťce

-          tenké mladé listy propouští až 40% záření

-          prochází světlo o vlnové délce cca 500nm

při fotosyntéze se může využít pouze FAR → podrost se musel přizpůsobit

Dopadajícím světlem je ovlivněn vegetační rytmus podrostu = fenologický aspekt

Fenologický aspekt u opadavého lesa:

a)      jarní aspekt

-          tvořen rostlinami náročnými na přímé osvětlení (stromy nemají listy → dostatek světla)

*česnek medvědí, sasanka hajní

b)     letní aspekt

-          tvořen druhy, které mají malé nároky na světlo (stromy s listy vrhají stín → málo světla)

*lipice luční, starček

Dělení rostlin podle nároku na světlo:
I.  Heliofyty (světlomilné) – pouštní, stepní, tundrové, horské rostliny

II. Sciofyty (stínomilné) – kapradiny, česnek medvědí

III. Heliosciofyty – mají širokou ekologickou valenci, snášejí zastínění i plné oslunění (šalvěj, muškáty)

Vliv světla na organismy

Rostliny

§  zdroj energie pro fotosyntézu,

§  podporuje tvorbu fytohormonů (ovlivňují rozkvétání, pohyby – slunečnice za sluncem)

Živočichové

§  umožňuje zrakovou orientaci,

§  ovlivňuje aktivitu (denní, noční, soumrační),

§  podporuje tvorbu některých hormonů (u savců ovlivňuje línání, rozmnožování,…)

§  ovlivňuje migrace ptáků (táhnou, až se zkracuje/prodlužuje den)     

Infračervené záření

-          750 – 5000nm

-          nevidíme, ale vnímáme jako teplo, teplotní optimum 15°C - 30°C

 

Podle tolerance organismů k teplotě je dělíme na:

1.       Eurytermní – mají širokou teplotní valenci

§  většinou od -5°C do 55°C (většina živočichů)

§  některé bakterie -190°C až +100°C

2.       Stenotermní – úzká valence, *arktické ryby, jednobuněčná řasa pláštěnka

Podle nároku na teplo je dělíme na:

1.       Psychrofilní (živ.), Psychrofyty (rostl.) = chladnomilné

-  chladné oblasti (polární, vysokohorské, chladné vody,…)

psychrofyt: sněženka

2.       Termofilní (živ.), Termofyty (rostl.) = teplomilné

-  vyžadují teplé oblasti (tropické, pouštní)

termofyt: mordovka písečná (orobanche arenaria)

3.       Kryofilní (živ.), Kryofyty (rostl.)

-  organismy, které žijí na sněhu a ledu, *ledovce, řasa pláštěnka

 

Vliv tepla na organismy, rostliny

-  čím větší teplota → aktivita enzymů, rychlost metabolismu, zrychlení biochemických reakcí uvnitř těla

-  u rostlin ovlivňuje opad listů, zrání a klíčení (ke klíčení nepotřebuje světlo)

Adaptace na zvýšenou teplotu

adaptace kvůli stresovým podmínkám = adaptovaly se

u rostlin se zvyšuje transpirace (odpařování vody), odráží záření lesklými listy (až 70%)

Adaptace na nízkou teplotu

rostliny snižují obsah vody (když voda zmrzne - roztrhá pletiva)

dojde k opadávání listů, vytvářejí se trichomy (chlupy)

Vliv tepla na živočichy

I.            Exotermní = Poikilotermní = chladnokrevní

-  teplota těla závisí na teplotě okolí a mění se s ní

-  ještěrky např. hibernují, některé zmrznou

-  teplota u nich ovlivňuje aktivitu, dokážou se dostat do stavu strnulosti, určuje pohlaví u plazů

-  ovlivňuje zbarvení, vývoj (rychlost svlékání larev atd.)

Adaptace chladnokrevných (ryby, obojživelníci, plazi)

a)      na chlad – zpomalení metabolismu, vytváření klidových stádií, vytváří si ochranné obaly (prvoci cysty, spory), vyhledávají si úkryt (žába do listí před tím, než strne)

b)     na teplo – při vysokých teplotách probíhá estivace = letní spánek – jsou ve stavu strnulosti, snaží se roztáhnout, rozplácnout, aby byl tělní povrch co největší a mohlo jím vyzařovat teplo

II.          Endotermní = Homoiotermní = teplokrevní

-  teplota těla nezávisí na prostředí

-  schopni si udržet po nějakou dobu svoji tělní teplotu → dáno dobrou schopností termoregulace

-  vytváří si různé typy izolace (tuk, peří, srst)

-  ovlivňuje zbarvení (lední medvěd – světlý), chování (vyhledávání úkrytu), migraci (přesuny), příjem potravy a vody

Adaptace teplokrevných

a)      na chlad – zimní spánek = hibernace

 

2.   Atmosféra

-          plynný obal země

Vrstvy atmosféry:

a)      troposféra – dole, zasahuje do výšky 10-11km, tvoří prostředí organismů (sinice, bakterie, spory, pylová zrna)

b)     stratosféra – nad troposférou, do výšky od 11 do 50km, součástí je ozonosféra (ozonová vrstva O3 – ochrana před UV a kosmickým zářením)

c)      mezosféra, ionosféra, exosféra

Působí na organismy: složením, tlakem, hustotou, prouděním, vlhkostí,…

Složení atmosféry:

Dusík, Kyslík, Oxid uhličitý,…

Dusík (78%)

-          je nutný pro syntézu bílkovin (zákl. stav. jedn. aminokyselin)

-          zdrojem jsou bakterie, které rozkládají dusíkaté látky (př. denitrifikační bakterie)

rostliny do těla dostávají dusík:

1.       ve formě dusičnanů v půdě

2.       některé bakterie dokážou vychytat dusík ze vzduchu → za pomoci hlískových bakterií, které vážou vzdušný dusík a přeměňují ho na dusičnany → rostlina z toho má užitek

Kyslík (21%)

-          s nadmořskou výškou jeho množství klesá (horolezci)

-          zdrojem jsou rostliny, které provádějí fotosyntézu

-          slouží k dýchání aerobních organismů, rostlin i živočichů (oba dýchají)

Oxid uhličitý (0,03%)

-          pro rostliny veledůležitý zdroj uhlíku → přemění pomocí fotosyntézy na cukr (umí i tuky a bílkoviny)

-          tvorba veškeré organické hmoty na Zemi

-          zdroj dýcháním rostlin i živočichů, spalování, hoření, sopečné výbuchy

-          skleníkový efekt (CO2 se hromadí, vodní pára,…)

Tlak atmosféry

o   s nadmořskou výškou tlak klesá (dýchací obtíže ve větších výškách), rostliny reagují zvýšením transpirace (vypařováním) – přicházejí o vodu

o   různá tolerance vůči nízkému tlaku:

A.      stenobarní organismy – mají úzkou toleranci ke kolísání tlaku (ptáci, savci)

B.      eurybarní organismy – snášejí kolísání tlaku (hmyz)

Proudění vzduchu = vítr

-          pozitivní

1.       opylování

2.       využívání při letu (plachtění)

3.       roznášení semen

4.       přenáší drobné živočichy (pavoučci v babím létě)

-          negativní proudění vzduchu

1.       ochlazování

2.       vývraty stromů

3.       vysoušení

Vzdušná vlhkost = ovlivňuje vodní bilanci (porovnání příjem a výdej vody)

snášenlivost výkyvů ve vlhkosti:

a.       Stenohydrické organismy – nesnášejí kolísání vlhkosti (obojživelníci)

b.       Euryhydrické organismy – nevadí jim kolísání vlhkosti (rostliny v lužních lesích, savci)

nároky na vlhkost:

a.       Hygrofilní = vlhkomilné organismy

*obojživelníci; hygrofyty: rákos, blatouch bahenní

b.       Xerofilní = suchomilné organismy – pouštní organismy

*xerofyty – pouštní rostliny: sukulenty (kaktus)

c.       Mezofilní = střední vlhkost vyžadují

*mezofyty – většina, většina organismů

d.       Hydrofyty – vodní rostliny

-          tvoří pupeny pod vodou (chaluhy, leknín, stulík)

Při nadměrné vlhkosti:

-          zhoršuje termoregulaci u živočichů (pocení), u rostlin zhoršuje transpiraci

-          podporuje rozvoj hub a bakterií

Při suchém vzduchu:

adaptace → vytváří si nepropustný tělní povrch (silné šupiny, rostliny silná kutikula), noční aktivita, sníží výdej vody

3.   Hydrosféra = VODA

-          vodní obal Země (voda ve všech formách)

-          limitující faktor – bez vody nepřežijí vodní ani suchozemské organismy

-          významná – univerzální rozpouštědlo, umožňuje metabolické děje

 

Rozložení vody na zemském povrchu (objemově)

§  světový oceán (97,68% mořská voda)

§  ledovce (1,72%)

§  řeky, podzemní vody, pára (sladká voda asi 1%)

Povrchová voda:

                Stojaté – jezera, bažiny, močály

                Proudící – řeky

Členění povrchové vody:

a.       Pelagiál – volná voda, není poblíž břehu, obýván (zoo-/fyto-)planktonem (volně se vznáší) a nektonem (větší organismy, které většinou aktivně plavou – ryby, korýši, hlavonožci)

b.       Bentál – oblast dna nádrže, organismy bentos (např. nitěnky, škeble)

c.       Litorál – příbřežní prosvětlené pásmo

d.       Abysál – pásmo nejhlubšího dna

zdroj enegie pro vypařování → sluneční záření → koloběh vody

Podle nároku na vodu organismy: hygrofilní, xerofilní, mezofilní

Vliv vody na vodní organismy

1.       Salinita – souvisí se zamrzáním (mořská voda -2°C,-1,8°C;  sladká voda 0°C)

2.       Hustota – větší hustota než vzduch

výhody: nadlehčuje, nadnáší, největší organismy Kytovci (musí být ve vodě, i když jsou savci, na souši je jiný tlak a oni by se udusili), hydrodynamický tvar těla

3.       Povrchové napětí = pleuston/neuston – umožňuje vznik povrchové blanky, organismus se po blance pohybuje

pleuston: organismy žijící na povrchu (bruslařka)

neuston: organismy žijící pod povrchem (hladiny)

Hydrostatický tlak – s hloubkou roste, zvyšuje rozpustnost CO2 ve vodě s rostoucí hloubkou, způsobuje rozpustnost rozrušování vápenatých solí (spousta hlubinných živočichů nemá kostru)

Propustnost světla

-          čím hlouběji, tím je menší propustnost

-          kolísá: rozdíl den X noc, v ročních obdobích zákal způsobený bouří s velkými vlnami

-          nejvíce organismů se pohybuje v eufotické vrstvě (je dostatečně prosvětlená, dochází k fotosyntéze – je dostatečně okysličená a více využita fotosyntéza než dýchání)

-          ve volném oceánu do 200m

-          pobřeží nebo ve sladkých vodách několik cm až pár metrů (hloubka a mocnost eufotické vrstvy)

Adaptace:

řasy – speciální typy fotosyntetických barviv

hlubinné organismy – vytváří si světélkující orgány

ovlivňuje to migraci řas a sinic (směr nahoru)

Teplota vody

-          ve velkých mořích kolísá méně, mělké nádrže – kolísání je značné

-          ovlivňuje obsah kyslíku – čím vyšší, tím méně kyslíku

pH faktor

-          mořská pH = 8, dešťová 5-6 (kyselejší)

-          podle pH organismy:

alkalifilní (zásadité prostředí)

acidofilní (kyselé prostředí)

neutrální (neutrální prostředí)

Obsah plynů ve vodě

Obsah kyslíku je kolísavý, kolísá vlivem tlaku i teploty

př. vysoké nároky na kyslík – pstruh (chladné vysokohorské tekoucí vody)

malé nároky na kyslík – kapr (stojaté, zabahněné vody)

Obsah oxidu uhličitého je ve vodě vyšší než ve vzduchu, roste směrem do hloubky (převažuje dýchání nad fotosyntézou)

Vliv vody na suchozemské organismy

-          limitujícím faktorem je pro ně voda

-          živočichy přijímána s potravou, někteří si ji umí vyrobit (velbloud – metabolická voda, v hrbu štěpí tuk a vzniká voda)

nízké nároky na vodu má hmyz a pouštní organismy (pískomil, plazi)

vysoké nároky na vodu mají všichni, kteří jsou na ni vázáni – buď se tam rozmnožují, nebo tam kladou vajíčka (hroch, obojživelníci, aligátoři, vážky, komáři)

Adaptace:

§  Nesmáčivý povrch těla – mastný povrch těla nebo mastná srst, peří (kachna, vydra)

§  zvýšený výdej vody – močení, pocení

§  zadržování vody – redukce potních žláz, malý výdej vody – suché výkaly, močení

§  málo propustný povrch těla (vytváření šupin; silná kutikula, trichomy; např. baobab má silná pletiva, která zadržují vodu; pouštní rostliny mají velmi hluboké kořeny)

4.   Pedosféra

-          vzniká zvětráváním matečné horniny a působením organismů 

Tvořena:

1.      Zvětralá hornina 

2.       Humus - neživá organická složka

3.       Půdní edafon - živé organismy v půdě

Edafon: fytoedafon (řasy sinice, bakterie, houby) zooedafon (žížaly, larvy, krtek, ploštěnci) 

Edafon rozmělňuje organické zbytky( = tzv. Detritus) na malé částice, ty se snadněji rozkládají na anorganické složky (koloběh), tzv. Mineralizace (minerály dusík, fosfor,….)

Členění edafonu podle velikosti: 

§  Mikroedafon - fytoedafon a půdní prvoci 

§  Mezoedafon

§  Makroedafon

§  Megaedafon- hmyz, stonožky, plži,…)

Členění podle využití půdy:

§  Euedafon - trvale žijící v půdě

§  Protoedafon - v půdě se vyvíjejí, ale dospělci ji opouštějí (cikády,)

§  Hemiedafon - do půdy příležitostně (stonožka)

§  Pseudoedafon - druhy, které se v půdě ukrývají, pŕezimovávají (králik, medvěd) 

Členění podle nároku na půdu:

§  Chazmofyty - moc velké nároky nemají, stačí jim skalní štěrbina (př. Tařice skalní, netřesk)

§  Petrofyty - schopny žít na skále, kamenech (př. Lišejníky, mechy)

§  Psamofyty - stačí jim písčitá půda (př. mateřídouška, paličkovec) 

Vlastnosti půdy důležité pro organismy 

1.       Struktura - způsob uspořádání do hrudek, čím větší -> tím větší póry

2.       Pórovitost - velikost a množství pórů; umožňuje výměnu vzduchu a vody; souvisí s půdním vzduchem 

3.       Půdní vzduch - méně kyslíku, více CO₂ a NH₃ (hnilobné procesy, toxický), H₂S (toxický)

4.       Teplota - kolísá, největší rozdíly na pouštích (i 50°C)

5.       pH - různé nároky organismu na pH:

§  acidofyty - snáší a vyžadují pH menší než 6,7 (vřes, borůvka)

§  alkalofyty - vyžadují pH větší než 7,2 (routička) 

§  neutrofyty - vyžadují pH asi 7 

6.        Salinita - obsah solí, koncentrace půdního roztoku:

§  halofyty - velká konc. solí 

§  halofobní - malá konc. solí (mrkev, listnaté stromy)

Rostliny podle nároku na obsah živin:

§  Oligotrofní (vřes) - malé 

§  Mezotrofní (trávy) - střední

§  Eutrofní (lilie) - půdy bohaté na živiny

---

[1] fenek se ochlazuje ušima, jsou silně prokrvené a krev z vlásečnic sálá do okolí