Struktura ekosystému

= prostorové uspořádání složek a funkcí ekosystému (tok energií, látek a informací ) – je dána jeho složením – představuje souhrn znaků, které lze v daném časovém úseku pozorovat 1. horizontální (jedná se o vylišení a popis částí lesa (souboru porostů, ekosystémů) s výrazně odlišným vzhledem 2. vertikální (jednotlivé dílčí ekosystémy s relativně homogenní skladbou)
Z pohledu struktury lesního ekosystému lze vylišit složku:
– nadzemní části vegetace – dřevinnou (stromovou, keřovou) a bylinnou
– podzemní části vegetace – dřevinnou (stromovou, keřovou) a bylinnou
– nadložního humusu
– vzdušného prostředí
– půdy
– živočišnou

Druhová struktura

– aspekt diverzity, biodiverzity biodiverzita, hledisko druhové, i hledisko genetické (tedy složení populací a zastoupení proveniencí a klonů)
– rozeznáváme původní (autochtonní) a nepůvodní (alochtonní) druhy a populace (ty mohou být z např. z pohledu ochranářského, pěstebního apod. stanovištně vhodné nebo nevhodné

Biodiverzita

= různorodost všech žijících organizmů, suchozemských, mořských a sladkovodních ekosystémů i ekologických systémů, jejichž jsou součástí.
– druhová = rozmanitost žijících organizmů na zemi
– genetická = součet celkové genetické informace obsažené v genech jedinců rostlin, živočichů a mikroorganizmů, které obývají zemi
– ekosystémová = rozmanitost biotopů a na ně vázaných společenstev živých organizmů v biosféře.
– je významně redukována určitými lidskými činnostmi (různorodost druhů, včetně diverzity jejich genetických informací, společenstev a ekosystémů, je třeba chránit především na územích, kde se přirozeně vyvíjela a zachovala (in situ). Tam, kde prostředí neskýtá dočasné nebo trvalé podmínky pro udržení biodiverzity, je třeba chránit a udržovat různorodost rostlin, živočichů, mikroorganizmů a jejich genetických informací v lokalitách a zařízeních ekologicky vhodných (ex situ). Ty slouží k zachování životaschopných populací pro znovuzavedení na jejich někdejší přirozená stanoviště.
příklad

Druhové bohatství společenstev:

= počet druhů, které se v daném místě vyskytuje
– souvisí s mnoha faktory různého typu:
– geografické: zeměpisná šířka, nadmořská výška (popř. hloubka ve vodních prostředích)
– fyzikální a chemické: často zastírají nebo ruší vztahy mezi druhovým bohatstvím a dalšími faktory
– primární: produktivita prostředí, proměnlivost podnebí, pravděpodobné stáří a tvrdost prostředí
– sekundární (vznikají v důsledku vnějších, tj. mimo společenstvo existujících vlivů): jsou vlastně biologickými vlastnostmi společenstva, ale současně také výrazně ovlivňují strukturu vlastního společenstva. Nejvýznamnější z nich jsou: rozsah predace ve společenstvu, rozsah konkurence, prostorová nebo strukturální heterogenita vytvářená samotnými organizmy a sukcesní* stav společenstva

Produktivita vs. diverzita

– u rostlin může produktivita prostředí záviset na kterémkoli zdroji nebo podmínce, nejvíce omezujících jejich růst (v závislosti na růstu intenzity slunečního záření, průměrné teploty a délce vegetační sezóny primární produktivita obecně stoupá od pólů k tropickým oblastem; v suchozemských prostředích produktivita obecně klesá s rostoucí nadmořskou výškou, nápadné snížení produktivity nastává také při zvýšené ariditě prostředí apod.)
– produktivita však téměř vždy stoupá s rostoucím množstvím dostupných základních živin, jakými jsou dusík, fosfor, a draslík
– produktivita prostředí pro živočichy podléhá v hrubých rysech stejným zákonům (ovlivňují ji jak změny množství zdrojů v základě potravního řetězce, tak i změny teploty a ostatních podmínek)

Pokud růst produktivity vede k většímu rozsahu dostupných zdrojů, pak také pravděpodobně vede k větší druhové bohatosti. Ale produktivnější prostředí může sice obsahovat větší množství nebo přísun zdrojů, ale rozmanitost zdrojů to nemusí ovlivnit. V důsledku toho se v oblasti může vyskytovat více jedinců jednotlivých druhů, ale nikoli větší počet druhů. Na druhé straně je možné (a to dokonce i tehdy, nezvýší-li se celková rozmanitost druhů), že vzácné zdroje nebo málo produktivní segmenty zdrojového spektra, které nestačí uživit druhy v neproduktivním prostředích, mohou být v produktivních prostředích dostatečně hojné, aby uživily i další druhy. Obecně tedy můžeme očekávat, že se druhové bohatství zvyšuje s rostoucí produktivitou. Daleko obtížněji lze objasnit pokles druhového bohatství, spojený s dalším růstem produktivity. Jednou z příčin tohoto jevu může být skutečnost, že vyšší produktivita vede k vysokým rychlostem růstu populace a tak se rychle dovrší možné vylučování konkurenčních druhů. Při nižší produktivitě se mohlo prostředí snáze změnit dříve, než došlo ke konkurenčnímu vyloučení. Druhým důvodem může být, že se souběžně s produktivitou mění i některé další faktory a ty (nikoli produktivitu sama) kauzálně ovlivňují druhové bohatství.

Funkční struktura

– daná podílem a zastoupením složek prostředí, kterými jsou:
– geosféra
– pedosféra
– hydrosféra
– atmosféra
– abiotická složka
– biotická složka

Mezi jednotlivými složkami prostředí probíhá tok energií tok_energiía výměna látek, která má z dlouhodobého hlediska poměrně vyrovnaný (stabilní či cyklický) charakter.

Zdrojem veškeré energie na Zemi je Slunce. Energii slunečního záření mohou přijímat pouze zelené rostliny, které ji fixují do rostlinné biomasy. Ta je zdrojem energie pro všechny následné trofické úrovně konzumentů. Při každém přenosu mezi články potravních řetězců uniká značná část energie ve formě tepla (respirační ztráty). Poslední zbytky energie, fixované původně zelenými rostlinami, unikají v dekompozičním řetězci* při humifikaci a konečné mineralizaci odumřelých organických materiálu. Tím se veškerá energie, fixovaná rostlinami, vrací zpět do vesmíru. Průtok energie trofickými řetězci, ekosystémy i celou biosférou je jednosměrný.

Další toky energií, koloběh látek a reprodukce se týkají jednotlivých společenstev, druhů, populací i jedinců ekosystému. Z tohoto hlediska lze rozlišit:
– producenty = autotrofní organismy (tvoří organické látky z látek anorganických v procesech fotosyntézy zelených rostlin), vytvářejí primární produkci
– konzumenty = heterotrofní organizmy (nejsou schopni fotosyntézy = živočichové, nezelené rostliny, houby…)
konzumenti I. řádu – býložravci (herbivoři)
konzumenti II. řádu – masožravci (karnivoři), všežravci (omnivoři)…
– destruenty (reducenty) = rozkladači (dekompozitoři) = heterotrofní mikrokonzumenti, živí se mrtvou organickou hmotou v různém stupni rozkladu (bakterie, plísně… jejich působením organické látky postupně přecházejí na anorganické).

Tyto skupiny organizmů vytvářejí v reálných podmínkách potravní (trofické) řetězce a při komplikovanějších systémech častěji potravní sítě a určují rozhodujícím způsobem toky látek a energií i jejich změny v čase.

Potravní (trofické) řetězce

= přenos látek v potravě od zelených rostlin (primárních producentů) ke konzumentům, kteří tvoří sérii živočichů postupně konzumovaných. Obvykle je v potravním řetězci 4-5 článků (při každém přenosu potravy a její transformaci z jednoho konzumenta na druhý se část potenciální energie ztrácí (největší část asimilované energie se ztrácí dýcháním); na jednotlivých trofických úrovních se proto množství biomasy a v ní vázané energie zmenšuje, takže velikost potravní základny pro následující trofický stupeň se snižuje; proto je počet článků v trofickém řetězci omezen), kdy za sebou následují vždy větší a větší predátoři, v jiných zase menší a menší paraziti

Články trofického řetězce:

1. autotrofní rostliny (producenti P),
2. fytofágové (konzumenti K1),
3. zoofágové požírající fytofágy (K2),
4. zoofágové požírající popř. jiné zoofágy (K3),
5. vrcholoví predátoři (K4)
– konečným článkem, i když ne vždy vrcholovým, je často člověk

Potravní stupeň (trofická úroveň)

= organizmy, které získávající potravu ze stejné trofické kategorie (článku potravního řetězce) představují stejnou trofickou úroveň

Potravní sítě = jednotlivé potravní řetězce spolu vzájemně souvisejí, některý organismus může být článkem různých potravních řetězců a tak se vytvářejí složité potravní sítě

Rozlišujeme 3 základní potravní řetězce:

Pastevně kořistnický řetězec

producenti – primární konzumenti (býložravci) – sekundární konzumenti (masožravci, zoofágní predátoři) – terciální konzumenti (predátor masožravců)

– velikost těla organismů se v jednotlivých trofických úrovních tohoto řetězce zvětšuje
– populační hustota klesá
Př.: jetel luční – hraboš polní – lasice kolčava – výr velký
obvykle 3-5 článků

Parazitický řetězec

hostitel (je zdrojem potravy) – parazit – a popř. ještě jeho parazit, tj. hyperparazit

– velikost těla organismů se v jednotlivých trofických úrovních tohoto řetězce zmenšuje
– populační hustota vzrůstá
Př.: člověk – Anopheles – Plasmodium malariae
krátký, 2-3 článků

Dekompoziční (detritový) řetězec

odumřelá rostlinná a živočišná hmota – nekrofágové (hmyz, drobní korýši) a saprofágové (kteří mrtvou hmotu narušují a urychlují tak proces rozkladu a konečné mineralizace) – houby (humus – mineralizace až na jednoduché anorganické sloučeniny)

– velikost těla dekompozitorů se v jednotlivých trofických úrovních zmenšuje
– populační hustota roste
nejvíce energie obsažené v ekosystému (cca 80-90%) protéká právě v dekompozičních procesech
rychlost dekompozice rozhoduje o rychlosti primární produkce

Ekologické pyramidy

– slouží ke grafickému znázornění kvantitativního vyhodnocení jednotlivých článků potravního řetězce nebo celé potravní úrovně
– znázorňují jednotlivé trofické úrovně, ty jsou navrstveny nad sebou v tom pořadí, jak po sobě následují v potravních řetězcích – základnu tvoří producenti a nad nimi jsou úrovně konzumentů
– mezi jednotlivými úrovněmi platí tyto souvislosti: z 1. trofické úrovně může být primárními konzumenty využito 10 – 20%, konzumenty 2. řádu opět 10 – 20% atd.
– mohou být trojího typu

Typy ekologických pyramid:

Pyramida početnosti

– trofické úrovně (resp. články potravního řetězce) jsou vyjádřeny populační hustotou (početností jedinců)
– čím větší je počet trofických úrovní, tím strmější je pyramida (vojtěška 4ha, telata 4ks, 1 člověk 12letý); s rostoucí úrovní v pastevně kořistnickém řetězci klesá počet a roste velikost individuí (opačná tendence je patrná u jiných typů řetězců)
– je nejméně instruktivní, není možno uvést energetické vztahy, nadhodnocuje význam a funkci malých, ale početných druhů

Pyramida biomasy

– trofické články jsou vyjádřeny v biomase (hmotnosti), která se momentálně nachází na jednotce plochy
– lépe vystihuje trofickou strukturu, je to však statické vyjádření, které ukazuje pouze okamžitý nebo průměrný stav
– nadhodnocuje význam a funkci velkých organizmů.

Pyramida energie (produkce)

– trofické úrovně jsou vyjádřeny velikostí jejich produkce – množstvím energie (na jednotku plochy nebo objemu za jednotku času)
– je vždy správně orientována, základnou dolů a vrcholem nahoru
– dynamicky znázorňuje průchod potravy trofickým řetězcem, zohledňuje časové hledisko, dovoluje srovnání jednotlivých ekosystémů

Trofická struktura a stabilita ekosystému

Homeostatická vyváženost (stabilita), ekosystému je tím větší, čím bohatší a rozmanitější je v něm sít potravních vazeb (trofická struktura). Tento vztah je hlavním regulačním mechanizmem zpětné vazby každého ekosystému. Síť potravních vazeb je tím rozmanitější, čím větší je druhová pestrost (diverzita) biocenózy. Tento princip platí obecně na všech trofických úrovních, včetně producentů. Nadměrné výkyvy, obvykle způsobené člověkem, mohou vyváženou dynamickou rovnováhu narušit, takže systém již není schopen vrátit se zpět k rovnovážnému stavu a dojde k jeho dočasnému nebo trvalému zhroucení.

Prostorová struktura

– plocha (produkční, disponibilní) na zemském povrchu v kombinaci s výškou vegetace a hloubkou jejího kořenového systému = produkční (disponibilní) prostor
Využití disponibilního prostoru určuje výškovou strukturu lesa (stromy s podobnou růstovou dynamikou dělíme mezi jednotlivé stromové třídy). Tloušťková struktura porostu, respektive rozdělení počtu stromů v jednotlivých tloušťkových třídách (zásadní informace z hlediska obhospodařování porostů v hospodářských lesích a jeden z hlavních údajů pro posouzení dynamiky přírodních lesů včetně lesů v chráněných územích) nepřímo charakterizuje i věkové složení porostů jako dominantní složky lesních ekosystémů.
– vylišujeme: korunový, kmenový a kořenový prostor
– pozn.: Systémů podrobnějšího členění nadzemního prostoru lesního ekosystému je celá řada. Tyto soustavy byly vytvořeny pro nejrůznější potřeby: analýza ekosystémů, fytocenologie, pěstování lesů apod.