Podstawy ekologii

PODSTAWY EKOLOGII

Ekologia – wzajemne stosunki
Olkos = dom, miejsce życia logos = nauka
Twórca: Ernest Haeckel (biolog niemiecki 1869)
Definicja:
Ekologia - biologia środowiskowa
- ekonomika przyrody
- nauka o strukturze i funkcjonowaniu przyrody
- całość i model stosunków między ...
Biosfera jako środowisko życia
- pojęcie
- zakres przestrzenny – dolna troposfera, hydrosfera, litosfera, atmosfera
- cechy szczególne
- uwarunkowania trwałości

Biosfera jako środowisko życia, które obejmuje cienką powierzchniową warstwę Ziemi, w której występują organizmy żywe.
Cechy:
- kształt nieregularny, niewymierny
- cechuje się asymetrią
- mozaikowość struktury
Cechy szczególne:
- woda występuje w różnych postaciach (najważniejsze znaczenie ma jej forma ciekła)
- występują w niej powierzchnie graniczne między płynną, stałą i gazową postacią materii (obejmuje przestrzenie, atmosferę, hydrosferę i litosferę)
- otrzymuje energię od słońca
Definicja ekologiczna:
Biosfera jest to układ (system) wzajemnych relacji – złożony, termodynamicznie otwarty, samoregulujący ogromne zasoby energii.
Biosfera jest mało stabilna i łatwo ulega wszelkiego rodzaju odkształceniom i modyfikacjom.
W obrębie biosfery zachodzą nieustannie procesy fizyczne i chemiczne powodujące wymianę energii i materii pomiędzy organizmami żywymi a ich otoczeniem – atmosferą, hydrosferą i litosferą.
Najważniejsze zjawiska tego typu:
- wiązanie energii słonecznej przez rośliny zielone
- gromadzenie jej w formie produktów fotosyntezy
- dalsze przekazywanie organizmom niesamożywnym
Jeżeli biosfera ma rozwijać się prawidłowo to biologicznie ważne związki muszą ulegać cyklicznym zmianom.
EKOSYSTEM – PODSTAWOWA JEDNOSTKA BADAŃ EKOLOGICZNYCH
- skład ekosystemu
- cechy szczególne ekosystemu
- definicja
KRĄŻENIE MATERII W EKOSYSTEMIE podstawą równowagi ekologicznej.
Rośliny (z punktu widzenia ekologicznego) należą do grupy organizmów samożywnych [autotroficznych]; natomiast zwierzęta i człowiek do cudzożywnych [heterotroficznych]; grzyby są również cudzożywne.
(chodzi o to, że to co jemy pochodzi od zwierząt lub roślin i dlatego jesteśmy cudzożywni, mimo że sami się żywimy).

Podstawą pożywienia wszystkich organizmów są związki organiczne (białko, tłuszcze, węglowodany itd.), które pochodzą z biomasy innych organizmów.
Organizmy heterotroficzne korzystają z biomasy innych organizmów, nie potrafią wytworzyć tych związków samemu.
Rośliny wytwarzają sobie same związki organiczne i dlatego są samożywne.
Fotosynteza = woda + dwutlenek węgla w obecności światła tam gdzie chloroplasty (zielone komórki roślin)
Rośliny jako autotrofy to producenci materii organicznej (wytwarzają związki organiczne); natomiast heterotrofy to konsumenci (żyją kosztem substratów wytworzonych przez inne organizmy)
Mikroorganizmy (grzyby i bakterie) powodują powrót do H2O i CO2 – są to reducenci (destruenci), powodują proces odwrotny fotosyntezy.
Krążenie materii – coś jest wytwarzane by potem było na nowo rozkładane; autotrofy w procesie fotosyntezy wytwarzają związki organiczne, a reducenci je rozkładają.
ekosystem = biocenoza + siedlisko
Ekosystem – fragment biosfery stanowiący funkcjonalną całość, w której zachodzi wymiana substancji i następuje przepływ energii między jej częścią żywą i nieożywioną,
- w skład ekosystemu wchodzą żywe organizmy i abiotyczne elementy (czynniki) środowiska tworząc nierozerwalną współzależną całość, której istnienie jest niezbędnym warunkiem podtrzymania życia na Ziemi.
Skład ekosystemu [siedlisko + biocenoza]
Cechy ekosystemu
- ekologiczna współzależność siedliska i organizmów
- zdolność samoregulacji uwarunkowana krążeniem materii
1. RÓWNOWAGA EKOLOGICZNA W EKOSYSTEMIE I PRZYCZYNY NARUSZANIA
2. CHARAKTERYSTYKA GŁÓWNYCH CZYNNIKÓW ABIOTYCZNYCH.
Ad.1
Równowaga ekologiczna zależy od prawidłowego funkcjonowania wszystkich ogniw współdziałających w krążeniu materii i przepływie energii.
Równowaga ekologiczna jest uwarunkowana prawidłową liczebnością producentów, konsumentów i destruentów oraz bilansem zerowym substratów (pobranych z siedliska i ponownie zwróconych do siedliska).
Ingerencja człowieka (powodująca zaburzenie równowagi) polega na:
- wprowadzaniu elementów nowych (dodawania) np. wprowadzanie odpadów (szkło, plastyk, detergenty, substraty ropopochodne); nowe organizmy (królik w Australii, norka amerykańska w Europie).
- usuwaniu z układów naturalnych jego elementów (wycofywanie) („eksport plonów”, mikroelementów z gleby, eliminacja drapieżników)
- zmianie warunków siedliskowych np. melioracje jednostronne, bariery na drogach migracji zwierząt
Ad.2
WODA
- „dziwny substrat” cechy chemiczne
cechy fizyczne
warunek procesów życiowych
- woda w biosferze
zasoby wody
1.5 mld km3
97% wody słone (mórz i oceanów)
2% wody słodkie

Cykl hydrologiczny (obejmuje hydrosferę, atmosferę i powierzchnie styku z litosferą)
O = P Bilans zerowy ( = ilość wody, która pojawiła się na powierzchni Ziemi
P = O w postaci OPADÓW równa się masie wody wyparowującej i odpływającej
z tej powierzchni)

Parowanie (ewapotranspiracja, transpiracja), kondensacja

Opady (przez spływ zasilają zbiorniki powierzchniowe lub przesiąkają do gleby stanowiąc źródła dla roztworów glebowych istotnych dla producentów)

Ekosystemy klimaksowe wykształcone w zależności od opadów
0 – 250 mm/rok  pustynia
250 – 750 mm/rok  step, sawanna, lasostep
750 – 1250 mm/rok  las
powyżej 1250 mm/rok  wilgotny las
ŚWIATŁO
1. Promieniowanie optyczne
(ultrafiolet, podczerwień)
2. Znaczenie
- decydująca rola jako źródła życia na Ziemi
- rośliny zielone włączają światło w obieg biologiczny
- reguluje wzrost i rozwój organizmów
- źródło ciepła
TEMPERTURA
1. Efekt promieniowania słonecznego
Zmienność temperatury powietrza zależy od:
- położenia
- stopnia zachmurzenia
- charakteru pogody
- typu napływających mas powietrza
gLEBA
Glebę tworzą:
faza mineralna 45%
faza materii organicznej 5%
faza wody 25%
faza powietrza glebowego 25%


TEORETYCZNE PODSTAWY WIEDZY O ZANIECZYSZCZANIU ŚRODOWISKA (POWIETRZA, WODY, GLEBY, GOSPODAROWANIE ODPADÓW)

Zanieczyszczenie powietrza

Pojęcie:
„substancje jakościowo i ilościowo odmienne od składu powietrza czystego”
Pochodzenie/źródła:

naturalna emisja antropogeniczna emisja

procesy gnilne działalność gospodarcza
wietrzenie skał i przemysłowa
wybuchy wulkanów

Struktury fizyczne:
kurz  pył o uziarnieniu grubym  100 - 10 (mikron)
pył  pył drobny zawieszony w powietrzu  10 – 0.1
dym  mieszanina pyłu, pary wodnej i gazów utrzymująca się okresowo w powietrzu
smog  mieszanina pary wodnej z dymem utrzymująca się równomierną i długotrwałą WARSTWĄ przy powierzchni Ziemi.
Substancje chemiczne:
SO2 (dwutlenek siarki)  emisja przemysłowa (spalanie węgla kamiennego) i „domowa”
CO (czad)  transport (spalanie paliw płynnych)
Nox (tlenek azotu)  transport, energetyka (synteza N atmosferycznego z O podczas spalania)
OZON  zanieczyszczenie wtórne – reakcje w przyziemnej warstwie atmosfery pod wpływem promieniowania słonecznego
METAN  źródło – rolnictwo (procesy rozkładu, odgazowywania odchodów zwierzęcych)
WĘGLOWODORY  niekompletne spalanie paliw, odpadów, odparowywanie paliw
METALICZNE ZWIĄZKI TOKSYCZNE Pb (ołów), Hg (rtęć)
DIOXYNY (PCV)  pochodzą z materiałów nie podlegających biodegradacji, wydzielają się w czasie spalania [dibenzoparadioxyny, dibenzofurany]
związki mutagenne, zakłócają system przekazywania kodu genetycznego (uszkadzają płód), wywołują alergie, obniżają działalność układu immunologicznego
FREONY  chlorofluorowęglowce
Skutki/efekty/zagrożenia:
- zagrożenie zdrowia ludzi (w miejscach koncentracji)
- „kwaśne deszcze”
- „efekt cieplarniany”
tzw. gazy cieplarniane zatrzymują promieniowanie długofalowe (ciepło) wypromieniowane przez Ziemię: zapobiega to wychłodzeniu dolnych warstw atmosfery, ale ich „nadmiar” może spowodować wzrost średnich temperatur rocznych w skali całej planety, co skutkuje /może skutkować?/ zmianę stref klimatycznych i podwyższeniem poziomu oceanów.
Zanieczyszczenia wód

Rodzaj: Pochodzenie: Substancje:

Ścieki przemysłowe  przemysł: s. toksyczne
- celulozowo – papierniczy - różne
- tekstylny
- cukrowniczy
- metaliczny
- górniczy

Ścieki komunalne  miasto
szpitale

Transport  drogi

Odpady stałe  składowiska różne np.
wysypiska oleje,
fenole,
benzyna
a
Rolnictwo  procesy fermentacyjne biogeny
odchodów zw. azotu
środki ochrony roślin zw. potasu
pestycydy

Wody opadowe  deszcze kwaśne roztwory
H2CO3
HNO3
H2SO4

Pyły  atmosfera kurz: cząstki C, Ca, Si,
asfaltu, opon

Degradacja gleb
Przyczyny niszczenia produktywności gleb:

1. Zakwaszenie
kwaśne deszcze
wymywanie wapna (niewystarczające wapnowanie gleb)

2. Chemiczne zanieczyszczenia
przedawkowanie soli
zanieczyszczenia z tras komunikacyjnych
przemysł, rolnictwo
3. Biologiczne zanieczyszczenia
obornik, fekalia, gnojowice
4. Przesuszenie
melioracje, erozja (niszczenie szaty roślinnej, błędy upraw)
5. Zniekształcenia rzeźby i degradacja pokrywy glebowej
wyrobiska
zwałowiska, kopalnie odkrywkowe
składowanie odpadów
Gospodarowanie odpadami

Sposoby „traktowania”
- wywożenie na składowisko
- spalanie
- recykling
- utylizacja
pODSTAWY PRZYRODOZNASTWA

1. Przyroda Polski na tle formacji roślinnych świata
Strefy klimatyczne Świata

* strefa klimatów okołobiegunowych
- klimat subpolarny TUNDRA

* strefa klimatów umiarkowanych
- klimat umiarkowany chłodny – kontynentalny TAJGA
- klimat umiarkowany ciepły – morski WILGOTNY LAS SZPILKOWY
- klimat umiarkowany ciepły – przejściowy LAS LIŚCIASTY (zrzucający liście)

* strefa klimatów podzwrotnikowych
- klimat podzwrotnikowy morski LAS LIŚCIASTY WIECZNIE ZIELONY (obszar Morza Śródziemnego)
- klimat podzwrotnikowy suchy – kontynentalny MACCHIA, CHAPPARAC (zarośla)
- klimat podzwrotnikowy suchy STEP (roślinność wysokich traw)

* strefa klimatów zwrotnikowych
- klimat zwrotnikowy suchy PUSTYNIA

*strefa klimatów podrównikowych i równikowych
- klimat równikowy wybitnie wilgotny (brak wyraźnej pory deszczowej) TROPIKALNY LAS RÓWNIKOWY
- klimat podrównikowy suchy (pora deszczowa ograniczona do kilku miesięcy) SAWANNA


2. Historia kształtowania się podstawowej szaty roślinnej w środkowej Europie
Nasuwanie i wycofywanie się lodowca z ziem polskich

Czwartorzęd (ok. 2mln lat temu) dzieli się na:
- plejstocen (epoka lodowa)
- holocen (epoka polodowcowa)

1. Zlodowacenie krakowskie (południowo polskie) ok. 650 000 lat temu
2. Zlodowacenie środkowopolskie ok. 70 000 lat temu
3. Zlodowacenie bałtyckie ok. 10 300 lat temu
Rys historyczny polodowcowej historii lasów na ziemiach polskich

Po ustąpieniu lądolodu roślinność napływała z innych terenów Europy (z południa, południowego wschodu i południowego zachodu) kształtując fitocenozy w zależności od oscylacji klimatu, zmian edaficznych i oddziaływania komponentów biotycznych.

3. Współczesna naturalna, półnaturalna i synantropijna roślinność Polski
Pierwotna roślinność Polski
...rozległa puszcza (wielogatunkowe lasy liściaste) poprzerywana bezleśnymi obszarami bagien i moczarów (torfowisk) w dolinach (pradolinach) rzek i rynien jeziornych. Miejscami na piaszczystych wzniesieniach sandrowych – bory sosnowe lub zbiorowiska roślin napiaskowych. Na stromych zboczach murawy kserotermiczne.

ANTROPOPRESJA – złożony wielostopniowy system modyfikacji istniejących w przyrodzie czynników ekologicznych, a także wprowadzanie czynników nowych (chemizacja)

Etapy antropopresji
...do średniowiecza (XII w.)
karczowanie lasów - pod osadnictwo
- pod uprawy
...do XVII w. intensyfikacja
początki przemysłu (hutnictwo)
polowania
wojny – pożary (sukcesja wtórna)
czasy nowożytne: spotęgowanie antropopresji, której efektem w przyrodzie staje się
tzw. SYNANTROPIZACJA


Współczesna szata roślinna Polski:

Zespoły / fitocenozy NATURALNE
- lasy rezerwatowe
- wodne, torfowiskowe ważne chronione
- murawowe / napiaskowe / kserotermiczne ok. 3%
- roślinność górska

Zespoły / fitocenozy ZASTĘPCZE, WTÓRNE
Seminaturalne / „półnaturalne”
- monokultury leśne
- roślinność łąkowa ok. 30%
- roślinność pastwisk
Synantropijne
- rośliny segetalne (chwasty)
- rośliny ruderalne (na terenach zurbanizowanych)

4. Zróżnicowanie borów i lasów

Nasuwanie i wycofywanie się lodowca z ziem polskich

Czwartorzęd (ok. 2mln lat temu) dzieli się na:
- plejstocen (epoka lodowa)
- holocen (epoka polodowcowa)

1. Zlodowacenie krakowskie (południowo polskie) ok. 650 000 lat temu
2. Zlodowacenie środkowopolskie ok. 70 000 lat temu
3. Zlodowacenie bałtyckie ok. 10 300 lat temu

Rys historyczny polodowcowej historii lasów na ziemiach polskich

Po ustąpieniu lądolodu roślinność napływała z innych terenów Europy (z południa, południowego wschodu i południowego zachodu) kształtując fitocenozy w zależności od oscylacji klimatu, zmian edaficznych i oddziaływania komponentów biotycznych.

ad.3

Pierwotna roślinność Polski
...rozległa puszcza (wielogatunkowe lasy liściaste) poprzerywana bezleśnymi obszarami bagien i moczarów (torfowisk) w dolinach (pradolinach) rzek i rynien jeziornych. Miejscami na piaszczystych wzniesieniach sandrowych – bory sosnowe lub zbiorowiska roślin napiaskowych. Na stromych zboczach murawy kserotermiczne.

ANTROPOPRESJA – złożony wielostopniowy system modyfikacji istniejących w przyrodzie czynników ekologicznych, a także wprowadzanie czynników nowych (chemizacja)

Etapy antropopresji
...do średniowiecza (XII w.)
karczowanie lasów - pod osadnictwo
- pod uprawy
...do XVII w. intensyfikacja
początki przemysłu (hutnictwo)
polowania
wojny – pożary (sukcesja wtórna)
czasy nowożytne: spotęgowanie antropopresji, której efektem w przyrodzie staje się
tzw. SYNANTROPIZACJA


Współczesna szata roślinna Polski:

Zespoły / fitocenozy NATURALNE
- lasy rezerwatowe
- wodne, torfowiskowe ważne chronione
- murawowe / napiaskowe / kserotermiczne ok. 3%
- roślinność górska

Zespoły / fitocenozy ZASTĘPCZE, WTÓRNE
Seminaturalne / „półnaturalne”
- monokultury leśne
- roślinność łąkowa ok. 30%
- roślinność pastwisk
Synantropijne
- rośliny segetalne (chwasty)
- rośliny ruderalne (na terenach zurbanizowanych)

ZASOBY PRZYRODY POLSKI I ICH OCHRONA

1. Zasoby leśne. Zróżnicowanie lasów Polski
 wg funkcji
 wg siedlisk
2. Światowa strategia ochrony przyrody
3. Cele ochrony przyrody w Polsce (wg ustawy...)
4. Zróżnicowanie form i sposobów ochrony przyrody w Polsce

ad.1
Różne sposoby klasyfikacji lasu

*wg pełnionej funkcji
grupa I – lasy rezerwatowe (chronione, najbardziej naturalny charakter)
grupa II – lasy ochronne
gleboochronne, wodoochronne, w strefie górnej granicy lasu, uzdrowiskowo – klimatyczne, strefy zieleni wysokiej, masowego wypoczynku, krajobrazowe, w strefie oddziaływania przemysłu
grupa III – lasy gospodarcze (produkcja drewna)

*wg siedliska:
bór suchy – świeży, wilgotny, bagienny
bór mieszany – świeży, wilgotny, bagienny
las mieszany – świeży, wilgotny, bagienny
las – świeży, wilgotny, bagienny

BORY LASY
CZYSTE IGLASTE
MIESZANE MIESZANE CZYSTE LIŚCIASTE
BÓR SUCHY --------------------- ----------------------- --------------------
BÓR ŚWIEŻY BÓR MIESZANY ŚWIEŻY LAS MIESZANY ŚWIEŻY
(grądy) LAS ŚWIEŻY
(grądy)
BÓR WILGOTNY BÓR MIESZANY WILGOTNY LAS MIESZANY WILGOTNY
(grądy) LAS WILGOTNY
(łęgi)
BÓR BAGIENNY BÓR MIESZANY BAGIENNY LAS MIESZANY BAGIENNY
(łęgi) LAS BAGIENNY
(oles)
grądy – las pierwotny, wielogatunkowy


ad. 2
Ochrona przyrody dla trwałego rozwoju
Cele szczególne:
1. utrzymanie podstawowych PROCESÓW EKOLOGICZNYCH i systemów będących ostoją życia (jak np. ochrona i regeneracja gleb, powrót do obiegu substancji odżywczych, samooczyszczanie się wód) [uczenie się procesów]
2. zachowanie RÓŻNORODNOŚCI GENETYCZNEJ (zasobów genów zgromadzonych w ziemskich organizmach) [zachowanie gatunków]
3. zapewnienie TRWAŁEGO UŻYTKOWANIA gatunków i ekosystemów (szczególnie ryb i innych dzikich zwierząt oraz lasów i pastwisk naturalnych)
ad. 3
Ustawa z dnia 16 października 2004 roku o ochronie przyrody

Ochrona przyrody ma na celu:
1. Utrzymanie procesów ekologicznych i stabilności ekosystemów
2. Zachowanie różnorodności gatunkowej
3. Zachowanie dziedzictwa geologicznego
4. Zapewnienie ciągłości istnienia gatunków i ekosystemów
5. Kształtowanie właściwych postaw człowieka wobec przyrody
6. Przywracanie do stanu właściwego zasobów i składników przyrody
Ochrona przyrody jest częścią polityki ekologicznej państwa.

Ochrona przyrody oznacza:
 zachowanie i racjonalne użytkowanie zasobów naturalnych
 odtwarzanie lub rewaloryzacja walorów częściowo zmienionych
 kształtowanie właściwych postaw ludzi wobec przyrody

Cele, formy i zasady działań na rzecz ochrony przyrody zawarte są w USTAWIE o ochronie przyrody z dnia 16 kwietnia 2004 roku



ad.4
Formy ochrony przyrody i ich realizacja

Ochrona gatunków
 Listy gatunków objętych ochroną prawną (Rozporządzeniami Ministra...)
 Czerwone Księgi Roślin
 Czerwone Księgi Zwierząt (gatunki zagrożone wyginięciem)
 pomniki przyrody

Ochrona siedlisk / ochrona biocenotyczna
 rezerwaty (pierwszy XIX w.)
 parki narodowe (początek XX w.)
 parki krajobrazowe (1970)
 obszary chronionego krajobrazu
 zespoły przyrodniczo – krajobrazowe
 użytki ekologiczne
 stanowiska dokumentacyjne przyrody nieożywionej
 obszary NATURA 2000 tworzone zgodnie z prawem Unii Europejskiej – Dyrektywy Ptasiej i Dyrektywy Siedliskowej (od 2004)