Ochrona środowiska

Biocenoza (gr. bios życie i koinos wspólny) - naturalny zespół populacji organizmów żywych danego środowiska (biotopu), należących do różnych gatunków, ale powiązanych ze sobą różnorodnymi czynnikami ekologicznymi i zależnościami pokarmowymi, tworząc całość, która pozostaje w przyrodzie w stanie homeostazy (czyli dynamicznej równowagi). Biocenoza wraz ze środowiskiem fizycznym to ekosystem. Inna nazwa dla biocenozy to pleocen.
Biocenozy można podzielić na naturalne (sawanna, las, jezioro) i sztuczne (park, ogród).
Biocenozę tworzą:
• fitocenoza - organizmy roślinne
• zoocenoza - organizmy zwierzęce
• drobnoustroje
biocenoza - zespół populacji roślinnych oraz zwierzęcych powiązanych wzajemnymi zależnościami i żyjących w określonym środowisku
producenci - organizmy, głównie rośliny zielone, wytwarzające związki organiczne w procesie fotosyntezy
konsumenci - organizmy cudzożywne, które odżywiają się innymi organizmami
destruenci - organizmy przetwarzające martwą materię organiczną w związki mineralne łańcuch pokarmowy - sieć pokarmowa
Antagonistyczne
-konkurencja - populacje rywalizują o zasoby środowiska: pokarm, przestrzeń, światło (lis i jastrząb o zająca; ślimak i stonka o liście ziemniaków)
-drapieżnictwo - ofiara jest pokarmem drapieżcy (lew i gazela; jastrząb i mysz)
-pasożytnictwo - pasożyt jest ściśle związany z organizmem gospodarza, który jest jego żywicielem (tasiemiec pchła)
Nieantagonistyczne
-mutualizm - populacje nie są zdolne do życia jedna bez drugiej (grzyb i glon; storczyki i grzyby)
-protokooperacja - populacje odnoszą wzajemne korzyści, ale mogą żyć samodzielnie (krab pustelnik i ukwiał; miodowody i ratel)
-komensalizm - współżycie przynosi korzyści populacji jednego z gatunków, ale nie wywiera wpływu na populację drugiego. Związek dotyczy najczęściej pożywienia (żarłacz tygrysi - ryby zwane pilotkami; człowiek i wróble domowe).

BIOCENOZA

Biocenoza to ożywiona część ekosystemu, czyli zespół wszystkich populacji wzajemnie od siebie uzależnionych zajmujących określone środowisko. Biocenozy dzielimy na naturalne (jezioro, las, rzeka) oraz sztuczne (pole, sad, łąka). Każda biocenoza charakteryzuje się określoną strukturą troficzną. Struktura ta przedstawia powiązania pokarmowe między organizmami tworzącymi określony poziom troficzny.

Poziom troficzny - to grupa organizmów zajmująca taką samą pozycję w łańcuchu pokarmowym. Wyróżniamy poziom: producentów, konsumentów, reducentów.

Producenci - to organizmy autotroficzne, zdolne do wytwarzania materii organicznej.

Konsumenci - to organizmy heterotroficzne, przystosowane do pobierania materii organicznej od innych organizmów. Są to np.: roślinożercy, drapieżcy, pasożyty.

Reducenci - to organizmy, które rozkładają, redukują substancje organiczne powodując ich mineralizację.

Organizmy należące do różnych poziomów troficznych ustawione w takiej kolejności, że każdy poprzedni jest pokarmem dla następnego, tworzą łańcuch troficzny.

Wyróżniamy dwa typy łańcuchów:
łańcuch spasania - rozpoczyna się od producentów, następne ogniwa tworzą roślinożercy, drapieżcy, np. liście ziemniaka - stonka - bażant - człowiek lub liście drzew - larwa owada (gąsiennica) - szpak - kuna
łańcuch detrytusowy - rozpoczyna się od martwej materii organicznej (detrytusu), kolejne ogniwa tworzą reducenci oraz konsumenci, np. detrytus - bakterie - pierwotniaki - skorupiaki - ryby - człowiek
Każdą biocenozę można przedstawić za pomocą sieci zależności pokarmowych utworzonych z licznych łańcuchów pokarmowych.


Produktywność to intensywność, z jaką produkowana jest materia i magazynowana energia w związkach organicznych. Produkcja pierwotna brutto to ilość materii wyprodukowanej przez producentów w jednostce czasu na jednostkę powierzchni (np. kg/ha/dzień).
Przykład produkcji pierwotnej:
pustynia - 0,1 kg/ha/dzień
plantacja trzciny - 47,3 kg/ha/dzień
uprawa pszenicy - 9,4 kg/ha/dzień
las - 30,0 kg/ha/dzień
Producenci część wytworzonej materii zużywają w swoich procesach fizjologicznych. Ostatecznie tworzą produkcję pierwotną netto, która jest produkcją pierwotną brutto pomniejszoną o straty związane z oddychaniem.
Produkcja wtórna - to masa substancji organicznej wytwarzana przez konsumentów.
Wszystkie organizmy tworzące biocenozę stanowią jej biomasę.
(Biomasa = fitomasa + zoomasa).
Strukturę troficzną biocenozy można przedstawić graficznie w postaci piramidy.
Wyróżniamy:
piramidę liczebności - przedstawiającą ilość osobników w poszczególnych poziomach troficznych
piramidę biomas - przedstawiającą masę organizmów poszczególnych poziomów troficznych
piramidę energii - przedstawiającą przepływ energii i produktywność poszczególnych poziomów troficznych. Ilość energii przepływającej z jednego poziomu na następny zawsze maleje. Powodem jest jej rozproszenie jako ciepła oraz zużycie dla potrzeb organizmów na niższym poziomie.


Populacje występujące w biocenozie mogą na siebie wzajemnie oddziaływać. Interakcje mogą być protekcyjne lub antagonistyczne. Przy braku zależności mówimy o neutralizmie. Do zależności protekcyjnych, nazywanych nieantagonistycznymi, zaliczamy:
symbiozę - która jest rodzajem współżycia organizmów czerpiących obopólne korzyści, np. bakterie brodawkowe i korzenie roślin motylkowych. Jeśli występuje rodzaj współżycia tzw. koniecznego, wówczas ten układ nazywamy mutualizmem - przykładem są porosty, których ciało zbudowane jest z glonów i strzępek grzyba.
komensalizm - jeden z występujących organizmów w układzie jest komensalem, czerpiącym korzyść z obecności drugiego osobnika, tzw. gospodarza, który nie ponosi szkód, np. porosty występujące na pniach drzew.
protokooperacja - dotyczy dwóch organizmów świadczących sobie wzajemnie usługi, “korzyści”, ale nie jest to konieczne do ich egzystencji.
Do zależności antagonistycznych zaliczamy:
Konkurencję - występuje wówczas, gdy są w danym siedlisku populacje o podobnych wymaganiach życiowych (np. podobne sposoby odżywiania, jednakowe wymagania środowiskowe). W konkurencji wygrywa populacja liczebniejsza lub mająca większe umiejętności przystosowawcze.
Pasożytnictwo - polega na wykorzystywaniu organizmu żywiciela przez pasożyta. Wyróżniamy pasożyty zewnętrzne i wewnętrzne. Pasożyty wytworzyły wiele cech przystosowujących do pasożytnictwa, np. narządy czepne, oskórki chroniące przed strawieniem, doskonałe rozmnażanie.
Drapieżnictwo - dotyczy sytuacji, w której osobnik jednego gatunku (drapieżnik) chwyta, zabija i zjada osobniki drugiego gatunku (ofiara). Drapieżca w stosunku do ofiary jest zwykle większy (gdy jest mniejszy poluje stadnie). Zabijane są zwykle osobniki młode, stare, słabe, chore. Ilość osobników drapieżców jest ściśle uzależniona od ilości ofiar. Drapieżcy posiadają szereg przystosowań ułatwiających zdobycie pożywienia (dobry węch, wzrok, rozwinięte kły, pazury, ewentualnie dzioby), a ofiary do obrony przed pożarciem (barwa ochronna, szybkie nogi, czujność).
Amensalizm - występuje wówczas, gdy czynności życiowe jednej populacji szkodzą innym, np. tworzone przez bobry żeremia zmieniają warunki wodne w biocenozie, wykluczając obecność dotychczasowych populacji.
Antybioza - wytwarzanie antybiotyków (związków chemicznych) przez jedną grupę bakterii powoduje zahamowania wzrostu innej.

EKOSYSTEM
Ekosystem to zespół populacji łącznie z elementami środowiska nieożywionego - biotopem. Ekosystem stanowi układ otwarty, który funkcjonuje dzięki przepływowi energii i krążeniu materii. Energia przepływa jednokierunkowym strumieniem w układzie otwartym, materia krąży w obiegu zamkniętym. Najważniejszym źródłem energii jest energia słoneczna. Wyróżniamy ekosystem:

Antotroficzny, czyli samowystarczalny, posiadający wszystkie poziomy troficzne, np. las, łąka, jezioro.
Heterotroficzny, pozbawiony producentów, nazywany ekosystemem niepełnym, np. jaskinie.

Podstawą funkcjonowania ekosystemu są: obieg materii i przepływ energii.



Schemat przepływu Energii i obiegu Materii


W ekosystemie materia w formie pierwiastków chemicznych krąży w obiegach zamkniętych nazywanych cyklami biogeochemicznymi. Pierwiastki krążą między środowiskiem - producentami - konsumentami - reducentami i ponownie wracają do środowiska. Przedstawić to można na przykładzie obiegu azotu (patrz rola bakterii).
Azot jest pierwiastkiem wchodzącym w skład aminokwasów, tworzących białka, budujące ciało organizmów. Duże ilości azotu występują w atmosferze, ale jest on przyswajalny tylko dla sinic, bakterii (Azotobacter, Clostridium, Rhizobium), które wbudowują azot w białka i kwasy nukleinowe występujące w ich komórce. Rośliny pobierają azot w postaci jonów amonowych lub azotanowych obecnych w glebie. Budują białka będące pokarmem dla konsumentów. Produkty metaboliczne wydalane przez zwierzęta oraz martwe organizmy roślinne i zwierzęce są w procesie nitryfikacji przy udziale bakterii (Nitrosomonas i Nitrobacter) przekształcane w przyswajalne azotany. Mogą ponownie wrócić do obiegu. W przyrodzie równocześnie zachodzi proces denitryfikacji uwalniający wolny azot do atmosfery.
W ekosystemie energia przepływa. Dociera na ziemię ze słońca. Producenci fotosyntetyzujący przekształcają energię słoneczną w energię chemiczną (w procesie fosforylacji fotosyntetycznej), którą wykorzystują wszystkie organizmy do czynności fizjologicznych oraz wszelkich reakcji metabolicznych. Przepływ energii z jednego poziomu troficznego na następny łączy się zawsze ze stratami. Im krótszy łańcuch pokarmowy tym większy zysk energetyczny. Ostatecznie energia rozprasza się, musi być ciągle przekształcana i dostarczana przez producentów.


W ekosystemach w miarę upływu czasu zmienia się stan gatunkowy roślin i zwierząt oraz warunki środowiskowe. Zmiany w ekosystemie mogą być antropogeniczne (wywołane działalnością człowieka) oraz naturalne. Zmiany naturalne mogą być sezonowe, odwracalne. Mogą wystąpić zmiany naturalne wieloletnie, nazywane sukcesjami. Sukcesje są procesami nieodwracalnymi, trwającymi do ustalenia pełnej równowagi między asymilacją (produkcją) a dysymilacją (konsumpcją). Równowaga osiągana jest w stadium nazywanym klimaksem (najbardziej stabilne stadium sukcesji).
Sukcesja jest procesem kierunkowych zmian biocenozy, powodujących przeobrażenie się prostych ekosystemów w bardziej złożone. Mechanizm sukcesji polega na tym, że organizmy przekształcając środowisko, w czasie bytowania w nim, czynią je przydatnym dla innych organizmów.
Wyróżniamy dwa typy sukcesji:
Sukcesja pierwotna - występuje na terenach dziewiczych, pozbawionych jakichkolwiek organizmów. Miejsca objęte sukcesją pierwotną to: wydma, skała, hałda, zatopiony statek.
Sukcesja wtórna - występuje na miejscu zniszczonego ekosystemu lub na obszarach zajętych przez inną biocenozę. Sukcesja wtórna zachodzi o wiele szybciej niż pierwotna (od kilku do kilkudziesięciu lat). Miejscem występowania sukcesji wtórnej jest: pozbawione upraw pole, zarastający staw, pozostawiony bez opieki trawnik.
NISZA EKOLOGICZNA - przestrzeń fizyczna zajmowana przez organizm oraz jego funkcje w określonych warunkach ekologicznych (gospodarstwo dla danej populacji - pokarm + mieszkanie + miejsce do rozmnażania).
Nisza ekologiczna - pozycja danego gatunku, jaką zajmuje on w biocenozie. Obejmuje czynniki (np. światło, pokarm, miejsce), o które dany gatunek konkuruje z innymi gatunkami w biocenozie.
Określa znaczenie i rolę danego gatunku w ekosystemie, tj. sposób przetwarzania energii (miejsce w łańcuchu pokarmowym), zachowania się, wpływ na środowisko i zależności od innych gatunków.
Czynniki biotyczne - oznaczają czynniki środowiska występujące w wyniku oddziaływania żywych organizmów w sposób bezpośredni lub pośredni na inne żywe organizmy. czynniki biotyczne, podobnie jak czynniki fizykochemiczne, regulują rozmieszenie i liczebność populacji roślin i zwierząt.
Przykładem może być oddziaływanie pasożytów na swoich żywicieli.
Czynniki abiotyczne - czynniki natury fizycznej określające uwarunkowania środowiska nieorganicznego (przyrody nieożywionej), które samodzielnie lub wraz z innymi czynnikami wywierają wpływ na ekosystemy będące na różnym poziomie organizacji.
Do czynników abiotycznych zaliczamy:
• jonizacja powietrza,
• typ gleby,
• ukształtowanie powierzchni terenu,
• temperatura
• światło
• ciśnienie atmosferyczne
• wilgotność powietrza
• czynniki chemiczne np.: skład chemiczny atmosfery, wód, osadów dennych i gleby.
Nazbyt gwałtowne i silne zmiany czynników abiotycznych mogą zahamować rozwój organizmów oraz zmienić strukturę biocenoz.
Populacja biologiczna — zespół organizmów jednego gatunku żyjących równocześnie w określonym środowisku i wzajemnie na siebie wpływających, zdolnych do wydawania płodnego potomstwa. Nie jest to jednak suma osobników jednego gatunku, a zupełnie nowa całość.
Ważniejsze parametry charakteryzujące populację:
• odziedziczalność
• powtarzalność
• podobieństwo fenotypowe krewnych
• korelacje genetyczne
• korelacje fenotypowe
• korelacje środowiskowe
Inny podział cech charakteryzujące populację:
• rozrodczość
• śmiertelność
• areał (obszar występowania)
• zagęszczenie populacji
• liczebność
• struktura płci i wieku
• struktura socjalna
• strategia życiowa
• dynamika liczebności
Rodzaje oddziaływań między populacjami:
I. Antagonistyczne
• konkurencja
• drapieżnictwo
• pasożytnictwo
• allelopatia
• amensalizm
II. Nieantagonistyczne
• mutualizm
• protokooperacja
• komensalizm
Rodzaje przestrzennego rozmieszczenia osobników w populacji:
• przypadkowe - rozmieszczenie losowe, bez jakichkolwiek zasad. Występuje bardzo rzadko, głównie w przypadku bakterii i innych organizmów niższego rzędu.
• równomierne - spotykane głównie na polach uprawnych, ogródkach np. równomierne rozsianie roślin. Ten typ jest bardzo rzadko spotykany w przyrodzie.
• skupiskowe - osobniki łączą się w grupy, kolonie lub stada, razem mają bowiem większe szanse na przetrwanie (łatwiej zdobywają pokarm). Ten typ rozmieszczenia spotykamy najczęściej, dotyczy wielu gatunkow - chociażby stad wilków.
Populacja,

1) w bilogii grupa osobników tego samego gatunku (w obrębie której możliwa jest wymiana genów), zasiedlająca pewien obszar, izolowana barierami (genetycznymi, geograficznymi, etologicznymi) od innych podobnych grup, posiadająca specyficzne właściwości, takie jak liczebność populacji, zagęszczenie, tempo rozrodczości i śmiertelności, rozkład wiekowy (demografia) oraz sposób rozmieszczenia w przestrzeni.
Ekologia (gr. okos + lógos = dom + nauka, słowo, wiedza) to nauka o strukturze i funkcjonowaniu przyrody, zajmująca się badaniem oddziaływań pomiędzy organizmami, a ich środowiskiem.
Określenia ekologia, ekologiczny są często używane w języku potocznym, mając szeroki i czasem nieprecyzyjny sens znaczeniowy, nie zawsze związany z ekologią jako nauką. Często odnoszą się do sozologii, tj. nauki o ochronie środowiska lub samej ochrony środowiska jako takiej.

Termin ten wprowadził, od słowa oecologia, niemiecki biolog i ewolucjonista Ernst Haeckel w 1869 roku, by określić badania nad zwierzętami i ich relacjami z otaczającym światem nieorganicznym jak i organicznym, ze szczególnym uwzględnieniem interakcji, przyjaznych lub wrogich z organizmami roślinnymi i zwierzęcym, z którymi wchodzą w kontakt. Słowo ekologia pochodzi od dwóch greckich słów, "oikos" czyli dom i "logos" czyli nauka, słowo, opowieść. Ekologia jest to nauka o domu, zamieszkałym przez wszystkie organizmy. By dom ten był bezpieczny dla wszystkich jego mieszkańców musi panować w nim porządek. Ekologia opisuje czynniki potrzebne do utrzymania takiego porządku - równowagi przyrodniczej.
Na organizmy w środowisku oddziałują czynniki abiotyczne i biologiczne, a najważniejszym pojęciem ekologii jest ekosystem.
Obecnie ekologia posługując się specyficzną metodologią określa funkcjonowanie jednostek wyższego rzędu niż organizm - populacji, zespołów, biocenoz, ekosystemów, krajobrazów ekologicznych.
Podłożem do właściwego zrozumienia pojęcia ekosystemu jest uświadomienie sobie, że układy biologiczne istnieją w nierozerwalnej sieci powiązań między sobą i otaczającym środowiskiem. Istnieje stała wymiana materii i energii między poszczególnymi elementami łańcucha powiązań, a prawidłowe funkcjonowanie wszystkich elementów jest możliwie tylko w stanie wzajemnej dynamicznej równowagi (homeostaza).
W początkowym okresie kształtowania się ekologii wyróżniano w niej podział na:
• Autekologię czyli ekologię organizmów, zajmującą się badaniem wzajemnego oddziaływania środowiska abiotycznego na poszczególne organizmy, i odwrotnie.
• Synekologię czyli ekologię ekosystemów, zajmującą się badaniem grup organizmów (jako całości) w biocenozach oraz zależności między zbiorowiskami organizmów a ich siedliskiem.

Ekologia, dziedzina nauk przyrodniczych badająca wzajemne stosunki pomiędzy organizmami żywymi (lub ich grupami), a otaczającym je światem zewnętrznym (środowisko). Dzieli się na autekologię i ekologię ogólną - synekologię. Ta ostatnia na ekologię populacji i badania ekosystemów.

Autekologia jest nauką o wymaganiach poszczególnych organizmów względem czynników ekologicznych. Synekologia zajmuje się grupami organizmów, ich wzajemnymi relacjami (np. konkurencją biologiczną), a także zależnością od warunków środowiska.

Cechą charakterystyczną ekologii ogólnej, odróżniającą ją od innych nauk biologicznych (biologia), jest zainteresowanie strukturą i funkcjonowaniem układów ponadorganizmalnych, tzn. powyżej poziomu pojedynczego organizmu, np. populacjami, biocenozami, biosferą. Duże praktyczne znaczenie, ze względu na wzrastające zagrożenie środowiska życia człowieka, posiada ekologia środowiskowa (sozologia), zbliżająca ekologię do nowocześnie ujmowanej geografii, a także ekologia człowieka.

W zależności od zainteresowania strefą, w której żyją organizmy, ekologię dzieli się na ekologię morza (oceanologię), wód śródlądowych (limnologię) i lądów (epeirologię). Określaniem warunków życia organizmów i budową zbiorowisk roślinnych w minionych epokach geologicznych zajmuje się paleoekologia. Główną zasadą ekologii jest jedność organizmu ze środowiskiem.
Przyroda - świat organizmów wraz z ich środowiskiem życia. Na przyrodę składają się obiekty, procesy, zjawiska przyrodnicze, które człowiek bada, opisuje, zmienia poprzez użytkowanie. Jako składnik przyrody można wydzielić jej elementy ożywione (np. rośliny, zwierzęta i nieożywione (np. atmosfera, gleby, wody, jeziora, rzeki), jak również zachodzące w niej zjawiska i procesy (np. sukcesja). Składa się z biocenozy (przyroda ożywiona) i biotopu (przyroda nieożywiona).
Środowisko – ogół elementów nieożywionych i ożywionych, zarówno naturalnych jak i powstałych w wyniku działalności człowieka, występujących na określonym obszarze oraz ich wzajemne powiązania, oddziaływania i zależności. Jest to pojęcie podrzędne w stosunku do przyrody, obejmującej również elementy ożywione.
• Środowisko przyrodnicze (środowisko naturalne) - zespół naturalnych elementów ściśle ze sobą powiązanych otaczających organizmy żywe. W jego ramach można wyróżnić następujące elementy: budowa geologiczna
• rzeźba terenu
• klimat
• stosunki wodne
• gleba
• organizmy żywe
Środowisko przyrodnicze znajduje się w ciągłej interakcji z człowiekiem.