ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ Α: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ

Transcript

1 ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ Α: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Γενική Οικολογία ΕΝΟΤΗΤΑ 5: ΟΙΚΟΛΟΓΙΚΗ ΔΙΑΔΟΧΗ Εισηγήτρια: Δρ. Γιάννη Αρετή

2 Οικολογική διαδοχή και σταθερότητα βιοκοινοτήτων

3

4 Τα οικοσυστήματα τείνουν με φυσικό τρόπο να μεταβάλλονται μέχρι τη δημιουργία ενός σταθερού συστήματος Οικολογική διαδοχή είναι το σύνολο των αλλαγών στη σύνθεση μιας νέας ή διαταραγμένης βιοκοινότητας με το πέρασμα του χρόνου Η βιοκοινότητα ξεκινά με λίγα πρωτοπόρα είδη (pioneers) και εξελίσσεται μέσα από την αυξανόμενη πολυπλοκότητα των σχέσεων μέχρι να φτάσει σε μια σταθερή κοινότητα (climax community) Το τελικό στάδιο εξαρτάται από τους κλιματικούς περιορισμούς Μπορεί να διαρκέσει εκατοντάδες ή χιλιάδες χρόνια Γίνεται σε όλα τα φυσικά οικοσυστήματα

5 Διάκριση σε: Πρωτογενής διαδοχή (primary succession): ξεκίνημα έπειτα από μια κατακλυσμική διαταραχή Δευτερογενής διαδοχή (Secondary succession): ξεκίνημα από μια μεγάλη διαταραχή, η οποία δεν εξαφανίζει κάθε μορφή ζωής

6 Πρωτογενής διαδοχή Πραγματοποιείται σε ένα σύστημα στο οποία δεν προϋπήρχε κάποια βιοκοινότητα Δεν υπάρχει καθόλου έδαφος στην αρχή Σε περιοχές όπως: Ηφαιστειακά πετρώματα Αμμοθίνες Γυμνά πετρώματα Υποχώρηση παγετώνων Τσιμέντο πόλεων

7

8 Ξεκινά με την άφιξη πρωτοπόρων ειδών (Pioneer species), όπως λειχήνες που δεν χρειάζονται έδαφος για να αναπτυχθούν Μπορούν να αντέξουν σε ακραίες συνθήκες θερμοκρασίας Παρατεταμένη ξηρασία Τα πρωτοπόρα είδη μεταφέρονται στην περιοχή είτε με τον αέρα είτε με το νερό

9 Τα είδη που διασπείρονται με φυσικό τρόπο φτάνουν πρώτα σε νεοσύστατα περιβάλλοντα August 27, 1883 Island of Krakatau

10 Καταλυτική δράση λειχήνων Ο μύκητας προσκολλάται στο πέτρωμα και κρατά υγρασία για τον οργανισμό, το φύκος φωτοσυνθέτει (παράγει θρεπτικά) Οι λειχήνες παράγουν οξέα που επιταχύνουν τη διάβρωση των πετρωμάτων, επιταχύνοντας τη δημιουργία άμμου Το πέτρωμα διαβρώνεται ακόμα περισσότερο από το νερό Οι λειχήνες που πεθαίνουν συγκεντρώνονται στα ρήγματα και δημιουργούν κατάλληλες συνθήκες για την αύξηση μικροοργανισμών που συμβάλλουν στην αύξηση των θρεπτικών στο έδαφος Ξεκινάει ο κύκλος του αζώτου

11 Μικρά φυτά, όπως βρύα μπορούν να μεγαλώσουν στο νέο έδαφος Τα βρύα αυξάνονται και όταν πεθάνουν θα εμπλουτίσουν περισσότερο το έδαφος Γόνιμο έδαφος δημιουργείται από διαβρωμένα πετρώματα, αποικοδομημένους οργανισμούς, νερό και αέρα

12 Στάδια πρωτογενούς διαδοχής M-DCC / PCB 2340C

13 Κόλπος των Παγετώνων, Αλάσκα ιδανικό εργαστήρι γιατί η υποχώρηση των παγετώνων επισημάνθηκε από το 1794

14 Μεταβολή του αριθμού των ειδών σε σχέση με το χρόνο

15 Μεταβολή της σύστασης της δομής της βιοκοινότητας σε σχέση με το χρόνο

16 Πρωτογενής διαδοχή σε αμμοθίνες

17 Προστατευόμενες περιοχές Natura Κουκουναριές - Σκιάθος Κεδρόδασος- Χανιά

18 Δευτερογενής διαδοχή Ξεκινά σε ενδιαιτήματα όπου οι βιοκοινότητες καταστράφηκαν τελείως ή μερικώς από κάποια καταστροφή Φωτιές, τυφώνας, καλλιέργειες, εξόρυξη υλικών Το έδαφος όμως παραμένει ανέπαφο και η περιοχή ξεκινά να επανέλθει στο αρχικό της Επιπρόσθετα στο έδαφος προϋπάρχουν σπόροι φυτών Η παρουσία εδάφους έχει σαν αποτέλεσμα η δευτερογενής διαδοχή να είναι 5-10 φορές ταχύτερη σε σχέση με την πρωτογενή διαδοχή Έχει διαφορετικά πρωτοπόρα είδη σε σχέση με την πρωτογενή διαδοχή

19 General Ecology, D.T. Krohne

20 Γενικά, για τη διαδικασία της δευτερογενούς διαδοχής χρησιμοποιείται ο όρος sere (ως δεύτερο συνθετικό) Με βάση τον τύπο ενδιαιτήματος, η διαδοχή παίρνει και το αντίστοιχο όνομα: σε υδάτινα συστήματα (λίμνες, γούρνες) ονομάζεται hydrosere σε χερσαία συστήματα ονμάζεται xerosere σε θαλασινό νερό halosere

21 Αιτίες διαδοχής Η διαδοχή γίνεται κάτω από δυο κύριους παράγοντες: (a) Αβιοτικούς παράγοντες: Κλίμα ph Θρεπτικά στοιχεία εδάφους (b) Βιοτικούς παράγοντες: αποτέλεσμα των σχέσεων ανάμεσα στους οργανισμούς της κοινότητας Αποικισμός Αλληλεπίδραση, σχετίζεται περισσότερο με το φως που επιτρέπει ο πάνω όροφος του δάσους να φτάσει στον υποόρορφο Διαειδικός ανταγωνισμός

22 Στάδια δευτερογενούς διαδοχής 1. Απογύμνωση - δημιουργία κενής επιφάνειας 2. Αποικισμός νέων ειδών 3. Εγκατάσταση και ωρίμανση των ειδών 4. Αλληλεπίδραση ανάμεσα στα είδη και στο ενδιαίτημα 5. Ενδο- και διαειδικός ανταγωνισμός 6. Climax κοινότητα- το τελικό στάδιο της βιοκοινότητας

23 Στάδια διαδοχής Αρχικό: μικρά φυτά σε μέγεθος, με μικρούς κύκλους ζωής (ετήσια), μεγάλη διασπορά. Ενδιάμεσο: φυτά με μεγαλύτερους κύκλους ζωής (πολυετή), μικρότερη ικανότητα διασποράς. Προχωρημένο: φυτικά είδη αναπτύσσονται με αργούς ρυθμούς, μεγάλους κύκλους ζωής και ιδιαίτερη αντοχή στη σκιά. Τελικό Climax?

24

25 Μηχανισμοί δευτερογενούς διαδοχής Διευκόλυνση Πρωτοπόρα είδη τροποποιούν το περιβάλλον με τέτοιο τρόπο που γίνεται ακατάλληλο για αυτά και καταλληλότερο για τα είδη μεταγενέστερων σταδίων Αρχικά είδη εξαφανίζονται Διαδικασία συνεχίζεται μέχρι κλίμαξ κοινότητα

26 Πρωτοπόρα είδη αναπτύσσονται γρήγορα μετά την διαταραχή Ανταγωνίζονται πόες και θάμνους

27 Καθώς η κόμη των δέντρων πυκνώνει, τα αρτίβλαστα αυτών των δέντρων δεν μπορούν να αναπτυχθούν στην σκιά

28 Πέρα από τη σκιά, τι άλλα χαρακτηριστικά μεταβάλλουν τα πρώτα είδη που να ευνοούν τα επόμενα; Άλλα είδη, με μεγαλύτερη αντοχή στη σκιά εγκαθίστανται στον υποόροφο των πρωτοπόρων ειδών

29 Μόλις κλείσει ο κύκλος ζωής των πρωτοπόρων, τα πιο ανθεκτικά είδη θα καταλάβουν τη θέση τους Αυτό επιφέρει αλλαγές και στα ζωικά είδη του δάσους

30 Είναι πιθανό κάτω από τα νέα είδη να αναπτυχθούν άλλα περισσότερο ανθεκτικά στη σκιά

31 Η διαδικασία της διαδοχής συνεχίζεται μέχρι το πιο ανθεκτικό στη σκιά είδος να κυριαρχήσει (climax species)

32 Η βιοκοινότητα αυτή θα διατηρηθεί μέχρι μια καταστροφή να ξεκινήσει και πάλι τη διαδικασία της δευτερογενούς διαδοχής

33 Τα είδη των οποίων τα αρτίβλαστα κυριαρχούν στον υποόροφο του δάσους, είναι αυτά που θα κυριαρχήσουν στα επόμενα στάδια της διαδοχής

34

35 Οι αφθονίες όλων των ζωντανών οργανισμών παρουσιάζουν παρόμοιο πρότυπο μεταβολής Αυξάνονται με τον χρόνο και μετά σταθεροποιούνται Ακολουθούν το πρότυπο αύξησης των φυτικών οργανισμών

36 Παρεμπόδιση Τα πρώτα είδη τροποποιούν το περιβάλλον κάνοντάς το ακατάλληλο για άλλα είδη Αρχικές αφίξεις εμποδίζουν τις μετέπειτα Είδη επόμενων σταδίων μπορούν να εισέλθουν μόνο αν ανοίξει χώρος μετά από διαταραχή

37 Ανοχή Στα αρχικά στάδια δεν έχουμε λίγα πρωτοπόρα είδη Είδη της κλίμαξ κοινότητας μπορεί να υπάρχουν από τα πρώτα στάδια αποίκισης Επικρατούν τελικά τα πιο ανθεκτικά στις περιβαλλοντικές συνθήκες

38 Κλίμαξ κοινότητα (Climax) Το τελευταίο στάδιο της οικολογικής διαδοχής μια διαρκής ισορροπία οργανισμών που μένει αδιατάραχτη μέχρι το επόμενο καταστροφικό γεγονός Μια ώριμη και σταθερή βιοκοινότητα Οι συνθήκες ανάπτυξης είναι κατάλληλες για όλα τα μέλη της κοινότητας Κάθε περιοχή έχει τα δικά της climax είδη, που είναι φυτά καλύτερα προσαρμοσμένα στην περιοχή (δεν περιλαμβάνει πάντα μεγάλα δέντρα) Πόες σε αλπικά λιβάδια Κάκτοι σε ερήμους

39 Δυο είναι οι κύριοι παράγοντες που καθορίζουν τη φύση της βιοκοινότητας που θα αναπτυχθεί σε μια περιοχή Θερμοκρασία και βροχόπτωση

40 Διάφοροι τύποι climax κοινοτήτων

41

42 Δευτερογενής διαδοχή σε χερσαίο οικοσύστημα (xerosere)

43 Στάδια δευτερογενούς διαδοχής σε μια λίμνη (Hydrosere) Το νερό είναι βαθύτερο από 3m, παρουσία μόνο φυκών Νερό περίπου 1.6 m, κυριαρχούν νούφαρα Βάθος νερού ( m), κυριαρχούν ελώδη φυτά Βάθος νερού (2.6 cm- 7.6 cm), κυριαρχούν καλάμια Κυριαρχούν ξυλώδεις θάμνοι με αντοχή σε συνθήκες ανοξίας

44

45 Μεταβολή της αφθονίας ειδών και της συνολικής βιομάζας κατά τη διάρκεια της δευτερογενούς διαδοχής Συνεχής αντικατάσταση του κάθε τύπου βλάστησης από κάποιον άλλο επόμενου σταδίου.

46 Αλλαγές στον πλούτο ειδών στη διάρκεια δευτερογενούς διαδοχής δάσους Ο πλούτος ειδών αυξάνει στα τέλος του ποώδους σταδίου, μειώνεται στο θαμνώδες στάδιο, αυξάνεται στο πρώιμο δασικό στάδιο και στη συνέχεια ξαναμειώνεται Αποίκιση αυξάνει τον πλούτο ειδών, η αντικατάσταση αντίθετα τον μειώνει

47 Μοντέλο αποκατάστασης οικοσυστήματος μετά από διαταραχή (μοντέλο συσσώρευσης βιομάζας) Bormann και Likens 1981

48 Χαρακτηριστικά σταδίων διαδοχής Μεταβλητή Πρώιμη διαδοχή Μετέπειτα διαδοχή Φωτοσύνθεση/αναπνοή >1 Περίπου 1 Φωτοσύνθεση/βιομάζα Υψηλή Χαμηλή Βιομάζα/ενέργεια χαμηλή Υψηλή Τροφική αλυσίδα γραμμική Πολύπλοκη Οργανικό υλικό Λίγο Πολύ Βιοχημική ποικιλότητα χαμηλή Υψηλή Αρ. Ειδών Μικρός Μεγάλος Εξειδίκευση οικοθέσης ευρεία στενή Μέγεθος Μικρό Μεγάλο Βιολογικός κύκλος Σύντομος, μικρός Πολύπλοκος, μεγάλος Επιλογή αυξητικής μορφής r K Συμβίωση Μη ανεπτυγμένη Ανεπτυγμένη Διατήρηση θρεπτικών φτωχή Πλούσια Κύκλοι θρεπτικών ανοιχτοί Κλειστοί Ανταλλαγή θρεπτικών γρήγορη Αργή

49 Η Διατήρηση της Φύσης Μέσω της Θρησκείας Τα Ιερά Δάση Της Ηπείρου Εκτίμηση βιοποικιλότητας Βλάστησης Λειχήνων Πτηνών Μυκήτων Εντόμων Μικροβίων Νηματωδών

50 Ο ρόλος της φωτιάς στη δευτερογενή διαδοχή Οι φωτιές (με φυσικό τρόπο) αποτελούν βασική παράμετρο της δευτερογενούς διαδοχής Κάποια είδη δέντρων(πεύκα) μπορούν να απελευθερώσουν τους σπόρους τους μόνο κάτω από συνθήκες φωτιάς H φωτιά αποτελεί ανταγωνιστικό πλεονέκτημα για κάποια είδη

51 Οικολογική διαδοχή

52 Πως ο άνθρωπος επηρεάζει τη διαδικασία της οικολογικής διαδοχής; Καταπολέμηση πρωτοπόρων ειδών Τα πρωτοπόρα είδη θεωρούνται από πολλούς ζιζάνια Χρήση ζιζανιοκτόνων και φυτοφαρμάκων για να καταπολεμηθούν Χωρίς αυτό το ενδιάμεσο στάδιο το διαταραγμένο ενδιαίτημα δεν μπορεί να επιστρέψει ποτέ σε μορφή δάσους Υπερβόσκηση Άλλο πρόβλημα είναι η εισβολή προβάτων για βόσκηση Τα ζώα καταναλώνουν τα αρτίβλαστα και δεν επιτρέπουν στο δάσος να αναπτυχθεί και να εξελιχθεί

53 Σταματάει ποτέ η οικολογική διαδοχή; Ένα οικοσύστημα όσο σταθερό και ανθεκτικό και αν είναι δέχεται την επίδραση εξωτερικών παραγόντων που μπορούν ανά πάσα στιγμή να ενεργοποιήσουν τη διαδικασία Επιπλέον, οι κλιματικές συνθήκες δεν είναι σταθερές, όπως έχει φανεί από τις γεωλογικές περιόδους Μεταβολές σε αυτήν την κλίμακα δεν γίνονται αντιληπτές στο δικό μας «οικολογικό χρόνο» Κανένα οικοσύστημα δεν έχει υπάρξει ή θα υπάρξει αμετάβλητο στο βάθος του χρόνου

54 Οικολογική διαδοχή με τη βοήθεια της Παλαιοοικολογίας