ΑΡΧΕΣ ΟΙΚΟΛΟΓΙΑΣ Οργανισμοί και Αβιοτικό Περιβάλλον (Περιβαλλοντικοί παράγοντες) Δρ. Κώστας Ποϊραζίδης, Δασολόγος ΤΜΗΜΑ ΟΙΚΟΛΟΓΙΑΣ & ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΧΕΙΜΕΡΙΝΟ ΕΞΑΜΗΝΟ 2009-2010
Από τα προηγούμενα ΕΔΑΦΟΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑ Η ΣΤΡΩΜΑΤΩΣΗ (ΠΡΟΦΙΛ) ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ Τρεις τουλάχιστον ορίζοντες, συμβολίζονται με κεφαλαία γράμματα Επιφάνεια = Ορίζοντας Α, περιέχει υψηλό ποσοστό οργανικής ύλης Ορίζοντας C = αποσαθρωμένο μητρικό πέτρωμα Ορίζοντας Β = ενδιάμεσος ορίζοντας, χαρακτηριστικά και από τους δύο προηγούμενους.
ΕΔΑΦΟΣ - ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑ Η ΣΤΡΩΜΑΤΩΣΗ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ
ΕΔΑΦΟΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑ ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΕΔΑΦΩΝ Τύποι εδαφών Λόγω μεγέθους σωματιδίων πορώδες (μεγάλο στα αμμώδη) διαπερατότητα (μικρή στα λεπτόκοκκα, μεγάλη στα αμμώδη)
ΕΔΑΦΟΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑ ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΕΔΑΦΩΝ
ΕΔΑΦΟΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑ ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΕΔΑΦΩΝ Οξύτητα και αλκαλικότητα Η οξύτητα εξαρτάται από τη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου (ιόν = ηλεκτρικά φορτισμένο τμήμα μορίου) Ο βαθμός οξύτητας ή Ph = αρνητική λογαριθμική κλίμακα Κυμαίνεται από 0 = εξαιρετικά όξινο έδαφος έως 14 = εξαιρετικά αλκαλικό έδαφος.
ph [H+]= 10-1 M ph = log [H+] Log scale means 10X change per unit! [H+]= 10-9 M
ΕΔΑΦΟΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑ ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΕΔΑΦΩΝ Οξύτητα και αλκαλικότητα
ΕΔΑΦΟΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑ ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΕΔΑΦΩΝ ΧΟΥΜΟΣ Χούμος ονομάζεται το σύνολο της οργανικής ύλης η οποία βρίσκεται στα επιφανειακά στρώματα του εδάφους και η οποία προέρχεται σε συνεχείς διεργασίες αποσύνθεσης και σύνθεσης νέων ουσιών.
ΕΠΙΣΤΡΟΦΗ Περιβαλλοντικοί παράγοντες
Οι παράγοντες οι οποίοι επιδρούν στη ζωή ενός οργανισμού κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης του ονομάζονται ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ
Κλίμα (φως, θερμοκρασία, νερό, άνεμος) Έδαφος (θρεπτικά, οξύτητα, υγρασία) Τοπογραφία (υψόμετρο, προσανατολισμός) Βιοτικοί παράγοντες (σχέσεις με άλλους οργανισμούς)
Περιβάλλον κάθε οργανισμού Αβιοτικό (κλίμα, πέτρωμα, κλίση εδάφους, έκθεση, ph, αλατότητα) Βιοτικό (άλλοι οργανισμοί και ομάδες) Οι αβιοτικοί παράγοντες οριοθετούν τις περιοχές που μπορεί να αναπτυχθεί ένας οργανισμός Οι βιοτικοί παράγοντες θα καθορίσουν τελικά τη δυνατότητα ύπαρξης ενός οργανισμού σε μια περιοχή
Ναι αλλά... οι βιοτικοί παράγοντες πολλές φορές διαμορφώνουν τους αβιοτικούς Π.χ. θερμοκρασία-υγρασία ή μετρίαση δράσης ανέμων από τα δέντρα
Για να υπάρχει ένας οργανισμός σε μια περιοχή πρέπει 1. να μπορεί να ανέχεται ακραίες τιμές αβιοτικών παραγόντων και 2. τις επιδράσεις άλλων οργανισμών
Πόρος Κάποιοι από τους αβιοτικούς παράγοντες θεωρούνται πόροι. Πόρος: οποιαδήποτε ουσία ή παράγοντας που είναι «καταναλώσιμος» από τους οργανισμούς Ο πόρος όταν είναι περιοριστικός αυξάνει την παραγωγικότητα του οργανισμού με την αύξηση της διαθεσιμότητάς του (Tilman 1982)
Πόροι και συνθήκες Πόροι: Ν, Ρ για τα φυτά, κ.α. Πόροι αναφέρονται σε ποσότητες μειώνονται με την κατανάλωση Συνθήκες: αβιοτικοί παράγοντες που επηρεάζουν την παραγωγικότητα των οργανισμών, αλλά δεν καταναλώνονται από αυτούς (Begon et al. 1996) Συνθήκες: θερμοκρασία, υγρασία, το ph, η αλατότητα, η ταχύτητα του ανέμου, η συγκέντρωση ενός ρύπου, κ.α.
Ηλιακή ακτινοβολία Η μόνη πηγή ενέργειας για τα φυτά η πιο σημαντική για όλους τους οργανισμούς Δεν διατηρείται ως απόθεμα αν δεν χρησιμοποιηθεί χάνεται... Ένα μικρό μέρος του φάσματος καταναλώνεται από τους αυτότροφους οργανισμούς
Θρεπτικά στοιχεία στα φυτά Ο άνθρακας, το υδρογόνο και το οξυγόνο είναι βασικές ενώσεις του φυτού (95%). Μακροστοιχεία: στοιχεία που χρειάζονται σε μεγάλα σχετικά ποσά: N, K, Ca, P, Mg, S. Μικροστοιχεία: χρειάζονται σε μικρότερες συγκεντρώσεις: Cu, Zn, Mn, Mo, B. Ο σίδηρος (Fe) βρίσκεται ανάμεσα στις δύο κατηγορίες. Τροφοπενίες: ανωμαλίες στην αύξηση ενός φυτού λόγω έλλειψης κάποιου στοιχείου
Θρεπτικά στοιχεία στα φυτά Κάποια στοιχεία είναι εξειδικευμένα για διαφορετικούς οργανισμούς Σημαντικός ο τρόπος πρόσληψης και οι συνθήκες που την επηρεάζουν Τα ζώα καταναλώνουν οργανικές ενώσεις Υπάρχει σημαντική ποικιλότητα ως προς τις ανάγκες των οργανισμών σε θρεπτικά συστατικά, τόσο σε είδος, όσο και σε ποσότητα Για τα φυτά, η εξειδίκευση αυτή είναι μικρότερη, καθώς χρειάζονται όλα τα θρεπτικά συστατικά που αναφέρθηκαν
Σύστημα πόρου-καταναλωτή
Σύστημα πόρου-καταναλωτή Εισαγωγή σταθερής θνησιμότητας Διαθεσιμότητα πόρου πάνω από R* - πληθυσμός αυξάνει
Σύστημα πόρου-καταναλωτή Μεταβολές πληθυσμιακού μεγέθους καταναλωτή και διαθεσιμότητας πόρου με το χρόνο R* = κρίσιμο επίπεδο πόρου = ελάχιστη απαίτηση πόρου από έναν πληθυσμό Είδη με μικρότερο R* πιο ανθεκτικά
Αβιοτικοί παράγοντες Ένταση αβιοτικού παράγοντα ποικίλει ως προς το χρόνο και το χώρο Ένας οργανισμός πρέπει να αντέχει σε όλο το εύρος της διακύμανσης του κρίσιμου παράγοντα Δυο βασικοί νόμοι: Νόμος του ελαχίστου Νόμος των ορίων ανοχής
Νόμος του ελαχίστου Justus von Liebig (1803-1873)
Νόμος του ελαχίστου Justus von Liebig (1840) Η απόδοση καλλιεργούμενων φυτών περιορίζεται από τη διαθεσιμότητα των θρεπτικών συστατικών του εδάφους Περιορισμός ισχύει ακόμα και αν ένα μόνο θρεπτικό στοιχείο είναι σε έλλειψη «η αύξηση ενός οργανισμού περιορίζεται από την ανεπάρκεια μιας απαραίτητης για την αύξηση ουσίας, ακόμα και όταν οι άλλες απαραίτητες για την αύξηση ουσίες διατίθενται σε άριστες συγκεντρώσεις»
Νόμος του ελαχίστου Justus von Liebig (1840)
Νόμος του ελαχίστου Ισχύει στις γεωργικές καλλιέργειες προσθήκη λιπασμάτων Δεν αφορά απόλυτες συγκεντρώσεις θρεπτικών συστατικών, αλλά σχετίζεται με τις αναγκαίες συγκεντρώσεις Ισχύει για οποιονδήποτε βιοτικό ή αβιοτικό παράγοντα, όταν: Δύο επιμέρους αρχές ισχύουν συνθήκες σταθερής κατάστασης δεν αλληλεπιδρά με άλλους παράγοντες
Νόμος του ελαχίστου
Νόμος του ελαχίστου αλληλεπίδραση παραγόντων
Νόμος του ελαχίστου αλληλεπίδραση παραγόντων
Νόμος των ορίων ανοχής Δεν είναι μόνο οι χαμηλές τιμές περιοριστικές, αλλά και οι υψηλές Victor Shelford 1913
Νόμος των ορίων ανοχής Σχέση αβιοτικού παράγοντα / αύξησης οργανισμού (πληθυσμού) έχει κωδωνοειδή μορφή με ακραίες τιμές και περιοχή αρίστης επιβίωσης στη μέση
ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΠΑΡΑΓΟΝΤΩΝ Απόκριση οργανισμού -- Καμπύλη ανοχής Μέγιστο για το είδος Α Μέγιστο για το είδος Β Τιμή απόκρισης οργανισμού Μέγιστο για το είδος Γ Τιμή περιβαλλοντικού παράγοντα
Νόμος των ορίων ανοχής Καμπύλες ανοχής
ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΠΑΡΑΓΟΝΤΩΝ Απόκριση οργανισμού -- Καμπύλη ανοχής σε ποικίλες συνθήκες
ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΠΑΡΑΓΟΝΤΩΝ Απόκριση οργανισμού -- Καμπύλη ανοχής στη θερμοκρασία
ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΠΑΡΑΓΟΝΤΩΝ
Νόμος των ορίων ανοχής Η απόκριση σε κάποιον παράγοντα επηρεάζεται και από τις τιμές άλλων παραγόντων Π.χ. Σε έλλειψη νιτρικών η αντοχή στην ξηρασία μειώνεται
Νόμος των ορίων ανοχής Σπάνια η κατανομή στις βέλτιστες συνθήκες ο ανταγωνισμός περιορίζει τα είδη σε ορισμένες μόνο θέσεις π.χ. τα ανθεκτικά στην ξηρασία είδη επιβιώνουν καλύτερα και σε μεγαλύτερη υγρασία αλλά περιορίζονται εκεί από ανταγωνιστές
Νόμος των ορίων ανοχής Ούτε μόνος του ο νόμος του ελαχίστου ούτε απόλυτα οι θεωρίες περί ανοχής και ορίων Συνδυασμός τους και γενικότερη έννοια περιοριστικών παραγόντων άρα πλέγμα συνθηκών καθορίζει την εξάπλωση
Όρια ανοχής & γεωγραφική εξάπλωση Ένα είδος μπορεί να παραμείνει στο εύρος τιμών που μπορεί να αναπαράγεται Ευρύτερα όρια ανοχής = ευρύτερη εξάπλωση Μεταβολή αβιοτικών παραγόντων μεταβολή ορίων ανοχής μεταβολή εξάπλωσης ειδών
Όρια ανοχής & γεωγραφική εξάπλωση Παγετώνες Αυξομειώσεις θερμοκρασίας σε 5 περιόδους Τελευταίος παγετώνας (Würm) πριν από 15.000 χρόνια Μεγαλύτερο μέρος εύκρατης ζώνης ακατοίκητο
Όρια ανοχής & γεωγραφική εξάπλωση - Παγετώνες Μεταβολή κλιματικών συνθηκών Μεταβολή ορίων ανοχής ειδών Μετανάστευση ειδών Υβριδισμός Επαναποίκηση Κέντρα διασποράς στο νότο Υψηλή βιοποικιλότητα Κλιματική αλλαγή;
Μεταβολές στη γεωγραφική εξάπλωση Quercus petraea
Όρια ανοχής & οικολογικοί χαρακτηρισμοί ειδών Ονομασίες ειδών με προθέματα στενο- & ευρυ- Π.χ. στενοθερμικό είδος = είδος που ευδοκιμεί σε μικρό εύρος θερμοκρασίας Ευρύοικοι και στενόοικοι οργανισμοί αναφέρεται σε όρια ανοχής πολλών παραγόντων
Αλληλεπίδραση παραγόντων Στη φύση, οι παράγοντες δεν δρουν μεμονωμένα (π.χ. υγρασία θερμοκρασία = έλεγχος του ενός επηρεάζει το άλλο) Περιορίζονται τα όρια ανοχής ενός παράγοντα, όταν ένας άλλος βρίσκεται σε ακραίες τιμές Οργανισμοί που ζουν στο μέσο των ορίων ανοχής ενός παράγοντα αντέχουν περισσότερο τις ακραίες τιμές ενός άλλου παράγοντα
Αλληλεπίδραση παραγόντων Βαθμός προσαρμοστικότητας
Όρια ανοχής - σημασία Στη φύση πολλές περιπτώσεις σύνθετων ορίων ανοχής Οι αβιοτικοί παράγοντες θέτουν τα πλαίσια ύπαρξης ενός οργανισμού σε μια περιοχή Απουσία οργανισμού μπορεί να οφείλεται και σε: Μη εποικισμό Δυσμενείς βιοτικές συνθήκες Εισβολή ανταγωνιστικών οργανισμών
Όρια ανοχής - σημασία Η παραλλακτικότητα στις τιμές των αβιοτικών παραγόντων καθορίζει αν ένας οργανισμός ΔΕΝ μπορεί να ζήσει σε ένα βιότοπο Ύπαρξη οργανισμού προϋποθέτει ανοχή οργανισμού σε ακραίες τιμές αβιοτικών παραγόντων + αποικισμό του είδους στην περιοχή + ευμενείς βιοτικές συνθήκες και αλληλεπιδράσεις με άλλα είδη. Φυσιολογικό και οικολογικό εύρος συνθηκών προσαρμογής ενός είδους
Φυσιολογικό & οικολογικό εύρος συνθηκών
Φυσιολογικό & οικολογικό εύρος συνθηκών
Αλληλεπίδραση μεταξύ ειδών
Οικοθέση Το εύρος των τιμών στους οποίους ευδοκιμεί ένας οργανισμός για το σύνολο των αβιοτικών και βιοτικών παραγόντων καθορίζει την οικοθέση του (niche) Ενδιαίτημα: ο χώρος που απαντάται ένας οργανισμός (habitat) Η οικοθέση είναι δύσκολη έννοια και για να περιγραφεί χρειάζεται πληροφορίες σχετικές με τους αβιοτικούς παράγοντες, τη διαθεσιμότητα της τροφής, της φωλεοποίησης, της αναπαραγωγής, του ανταγωνισμού...
Οικοθέση
Οικοθέση
Οικοθέση
Οικοθέση Γίνετε μέρος της κατάκτησης μιας οικοθέσης
Οικοθέση Κατσουλιέρης Α 1 Β 1 Γ 1 Σκουρόβλαχος Α 1 Β 1 Γ 2 Κοκκινοσπιζα Α 1 Β 2 Γ 2 Ασπροκωλίνα Α 2 Β 1 Γ 4 Μαυροτσιροβάκος Α 2 Β 3 Γ 3 Μαυρολαίμης Α 2 Β 4 Γ 3 Γερακίνα Α 3 Β 4 Γ 4
Οικοθέση - ενδιαίτημα Δύο είδη με τελείως διαφορετικά ενδιαιτήματα μπορούν να μοιράζονται την ίδια οικοθέση Δύο πολύ διαφορετικά είδη μπορούν να μοιράζονται την ίδια οικοθέση σε διαφορετικές περιοχές Δύο είδη με την ίδια οικοθέση ΔΕΝ μπορούν να συγκατοικήσουν φυσιολογικά και ανεξάρτητα στην ίδια περιοχή
Οικοθέση - ενδιαίτημα Οικοθέσεις μπορεί να μείνουν και κενές Οικοθέση: σποροφάγος Περιοχή: δάσος Δαδιάς, Ενδιαίτημα: δάση κωνοφόρων
Οικοθέση - ενδιαίτημα
Οικοθέση - προσεγγίσεις Grinnell: το είδος και το περιβάλλον του ΟΙΚΟΘΕΣΗ Elton: ρόλος του είδους στη βιοκοινότητα Hutchinson: συνδυασμός των παραπάνω Χώρος πολλαπλών διαστάσεων: πόροι περιορισμοί υπηρεσίες
Οικοθέση - εξάπλωση ΟΙΚΟΘΕΣΗ Χώρος πολλαπλών διαστάσεων: πόροι περιορισμοί υπηρεσίες Ανταπόκριση του είδους Ανάδραση μεταξύ παραμέτρων και διαδικασιών κλιμάκωση
Εξειδίκευση δύο ειδών Δύο είδη έχουν κοινό ένα μέρος της οικοθέσης τους Στο κοινό μέρος, λόγω ανταγωνισμού οι απόγονοι είναι λιγότεροι Τελικά τα δύο είδη εξειδικεύονται προς διαφορετικές οικοθέσεις
Θεμελιώδης & επιτυγχανόμενη οικοθέση
Μηχανισμοί ανοχής Οι περιοριστικοί παράγοντες δεν καθορίζουν απόλυτα την εξάπλωση των οργανισμών, καθώς πολλοί από αυτούς αναπτύσσουν μηχανισμούς φυσιολογικής ή συμπεριφορικής προσαρμογής ανοχής (tolerance) Η αδυναμία μετακίνησης επιταχύνει την ανάπτυξη των μηχανισμών αυτών
Εγκλιματισμός Εγκλιματισμός: τροποποίηση του εύρους ανοχής των οργανισμών Ύστερα από παραμονή κοντά σε όρια ανοχής μετακίνηση ορίων και αρίστου Αλλαγή φυσιολογικών λειτουργιών Χρόνος εγκλιματισμού ποικίλει
Εγκλιματισμός
Αναστολή λειτουργιών Αναστολή λειτουργιών και δραστηριοτήτων όταν οι συνθήκες είναι δυσμενείς, π.χ.: Χειμερία νάρκη Λήθαργος σπερμάτων Διάπαυση εντόμων
Ομοιόσταση Μηχανισμοί των οργανισμών για την εξασφάλιση ευνοϊκών συνθηκών διαβίωσης, π.χ.: Ομοιοθερμία σε θηλαστικά, πτηνά Συμπεριφορά στα ποικιλόθερμα Διαπνοή στα φυτά CAM φυτά στην έρημο Κοινωνικότητα Κατασκευές, κλπ.
Ομοιόσταση
ΑΣΚΗΣΗ ΠΕΡΙΓΡΑΨΤΕ ΤΟΥΣ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΥΣ ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗΣ ΤΩΝ 1. ΠΕΡΙΓΡΑΨΤΕ ΕΝΑ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ ΤΟ ΔΙΑΜΕΡΙΣΜΟ ΚΟΙΝΩΝ ΠΟΡΩΝ (ΟΙΚΟΘΕΣΕΙΣ) ΑΠΟ ΤΑ ΠΤΗΝΑ ΠΟΥ ΤΡΕΦΟΝΤΑΙ ΜΕ ΤΗΝ ΙΔΙΑ ΤΡΟΦΗ (ΣΠΟΡΟΦΑΓΑ, ΨΑΡΟΦΑΓΑ κλπ).
Δομή της εργασίας Εισαγωγή με τοποθέτηση του προβλήματος (γιατί υπάρχει πρόβλημα) Περιγραφή της διαφορετικής χρησιμοποίησης του ενδιαιτήματος και διαχωρισμός οικοθέσεων Γενικά συνοπτικά συμπεράσματα σε σχέση με τους μηχανισμούς προσαρμογής τους.