Funkce rostlin v ekosystému

Rostliny hrají zásadní roli ve fungování ekosystémů a celé planety Země. Vzhledem k vzájemné provázanosti klimatu a vegetace bude výklad zaměřen nejen na účinky klimatu na rostliny, ale také na ovlivnění lokálního, regionálního a globálního klimatu rostlinami.

Vliv biodiverzity na fungování ekosystému

V rámci systematické rešerše 258 studií publikovaných do 1. října 2018 byl zkoumán vliv biodiverzity na fungování ekosystému. Kritéria pro výběr studií zahrnovala statistické testování vlivu biodiverzity na fungování ekosystému v prostředí a ve společenstvu, kde nebyla přímo manipulována biologická rozmanitost a kde alespoň jedna kovarianta souvisela s abiotickými podmínkami a/nebo s funkčním složením společenstva. Pozornost byla zaměřena především na ekosystémové funkce, kterými jsou:

• Produkce biomasy
• Míra rozkladu odpadu
• Ukládání organického uhlíku v půdě
• Stabilita biomasy ve společenstvu
• Poškození býložravci nebo patogeny
• Opylování (soubor plodů nebo semen ve vztahu k rozmanitosti opylovačů)
• Multifunkčnost ekosystému

Na základě těchto kritérií bylo nalezeno 726 publikovaných vztahů BEF v přirozeně sestavených společenstvech. Většina studií byla provedena na severní polokouli, zejména v Severní Americe (61 článků), Evropě (72 článků) a Asii (56 článků).

Teorie naznačuje, že různé mechanismy, včetně rozdělení zdrojů, kompetice či facilitace, mohou vést k pozitivním vztahům mezi rozmanitostí určité trofické skupiny a její produkcí biomasy. Metaanalýzy ukázaly, že v experimentálně manipulovaných komunitách jsou takové pozitivní vztahy skutečně rozšířené.

Vztahy mezi diverzitou a produkcí biomasy v různých ekosystémech

U přirozeně shromážděných společenstev byly nalezeny stejné vztahy u lesů mírného pásma, kde více než polovina studií uvedla pozitivní vztahy mezi druhovou rozmanitostí stromů a produkcí biomasy a mírně méně než polovina uváděných vztahů mezi diverzitou stromů a zásobami biomasy stromů byla rovněž pozitivní. Naproti tomu v tropických lesích byly pozitivní vztahy mezi diverzitou stromů a zásobami biomasy nebo produkcí biomasy přibližně stejně časté jako negativní vztahy a byly převažovány neutrálními. V travních porostech bylo nalezeno 102 vztahů mezi diverzitou rostlin a zásobami biomasy nebo její produkcí. Pozitivní vztahy převyšovaly negativní vztahy, ale ještě více vztahů bylo neutrálních. Na experimentálně manipulovaných společenstvech travních porostů pak tato společenstva vykazovala mnohem vyšší podíl výrazně pozitivních vztahů. V aquatických společenstvech byl nalezen pozitivní vztah mezi diverzitou primárních producentů a biomasou, a to jak v experimentálních studiích, tak i v přirozeně vzniklých komunitách.

Čtěte také: Ekosystém lesa

Rozklad odpadů a diverzita rostlin

Rozklad odpadů je klíčový proces umožňující recyklaci uhlíku a živin. Dal by se očekávat negativní vliv diverzity rostlinných odpadů na jejich rozklad, protože větší počet typů odpadů zvyšuje pravděpodobnost, že alespoň jeden z typů nebudou dekompozitoři zpracovávat. Zároveň také můžeme očekávat pozitivní vliv diverzity dekompozitorů na rychlost rozkladu, neboť dojde k rozdělení zdrojů - odpadů mezi různé dekompozitory. Pokud tedy diverzita rostlin podporuje rozmanitost rozkládajících se organismů, může mít diverzita rostlin také nepřímé pozitivní účinky na rychlost rozkladu odpadů. Ovšem studie v přirozeně sestavených společenstvech ukázaly, že pozitivní účinky diverzity rostlin nebo dekompozitorů na rychlost rozkladu nejsou příliš rozšířené, což naznačuje, že ve složitých přírodních systémech fungují jiné faktory, jako např.

Experimentální studie ukázaly, že pestrá rostlinná společenstva mají vyšší zásoby uhlíku v půdě než méně různorodá společenstva. Existují různé mechanismy, které vysvětlují pozitivní vztahy mezi různorodostí taxonomické / funkční skupiny a stabilitou biomasy v celém ekosystému, experimentální důkazy pak tyto pozitivní vztahy mezi diverzitou rostlin a stabilitou biomasy rostlinné komunity potvrzují.

Vliv diverzity na poškození rostlin

Mohli bychom očekávat, že vysoká diverzita společenstva sníží poškození patogenem nebo býložravcem, pokud se tyto patogeny či býložravci specializují pouze na jeden nebo několik hostitelských druhů, neboť vysoká rozmanitost je obvykle spojena s nízkým relativním výskytem každého jednotlivého druhu, což způsobuje tzv. „ředicí účinek“. Důležité ale je, že tento efekt se uplatní pouze u specializovaných patogenů či herbivorů. Pokud se pak na situaci podíváme z obrácené strany, vysoká diverzita herbivorů či patogenů naopak zvýší úroveň poškození ekosystému díky rozdělení zdrojů.

Výsledky zkoumaných studií naznačují, že rozmanitost rostlin je pro úspěch opylování méně důležitá než rozmanitost opylovačů. Vzhledem k tomu, že s rostoucí biodiverzitou se očekává zvýšení jednotlivých funkcí ekosystémů, lze také očekávat pozitivní reakce multifunkčnosti ekosystému. V experimentálních studiích se tato teorie potvrdila, avšak v přirozeně vzniklých ekosystémech není výsledek tak jednoznačný.

Další faktory ovlivňující fungování ekosystému

Kromě biodiverzity může být fungování ekosystému ovlivňováno i dalšími faktory, např. klimatickými změnami. Ukázalo se, že ve většině případů měla změna funkční skladby na fungování ekosystému větší vliv než samotná biodiverzita, avšak relativní vliv biodiverzity a funčního složení silně závisel na typu ekosystémové funkce (např. účinky funkčního složení byly zvláště důležité při změnách zásob a produkce biomasy). Účinky funkčního složení byly obecně nejsilnější v mírných lesích a travních porostech, zatímco v tropických lesích byla biologická rozmanitost a funkční složení přibližně stejně důležité.

Čtěte také: Přehled a výhody zpožděného odpadu

Co se týče abiotických podmínek, jejich vliv se také ukázal jako nejdůležitější, ale i zde relativní význam biologické rozmanitosti silně závisel na typu funkce ekosystému. Např. pro produkci biomasy byly ve většině případů abiotické faktory důležitější než biologická rozmanitost.

Typy biodiverzity a jejich vliv na ekosystém

Aby bylo možné posoudit, který typ biologické diverzity ve studiích nejsilněji ovlivňuje fungování ekosystému, byly jednotlivé typy biodiverzity kategorizovány jako:

• Taxonomická rozmanitost (která zohledňuje pouze informace týkající se přítomnosti, hojnosti a identity druhů)
• Funkční rozmanitost (která zahrnuje informace týkající se funkčních vlastností druhů)
• Fylogenetická rozmanitost (která bere v úvahu informace týkající se evolučních vztahů mezi druhy)

V případech, kdy byly společně studovány účinky funkční a taxonomické rozmanitosti bylo zjištěno, že účinky funkční diverzity jsou důležitější oproti taxonomické rozmanitosti. Studie, ve kterých bylo možné srovnávat účinky taxonomické a fylogenetické diverzity, byly mnohem vzácnější. U malé (a nesignifikantní) většiny z nich byly účinky fylogenetické rozmanitosti silnější než účinky taxonomické rozmanitosti, ale vzhledem k nízkému počtu studií z toho nelze vyvozovat závěry. Při srovnání účinků funkční a fylogenetické diverzity, výrazně převažovaly případy, kdy byla důležitější funkční rozmanitost.

Protože většina studií byla provedena na relativně malém prostoru, je otázkou, zda sledované vztahy budou stejně fungovat i ve výrazně větší lokalitě. Různé teoretické studie předpovídají, že pozitivní vlivy biologické rozmanitosti na fungování ekosystémů by měly být přítomny také na větších lokalitách, ačkoliv ve větším prostorovém měřítku se stávají důležitými i jiné mechanismy. Metaanalýza ukázala, že experimenty s diverzitou rostlin, které proběhly na větším území, ukazují obvykle silnější vztah mezi biodiverzitou a produktivitou, ačkoli je ale nutno poznamenat, že se hodnocené experimenty lišily ve více aspektech.

Mezigenerační paměť rostlin a její vliv na ekosystém

Rostliny, které zažily nehostinné prostředí, plodí zdatnější potomky. Aspekty mezigenerační paměti rostlin popsal tým, jehož součástí jsou i vědci z Česka. Potomci zkoumaných rostlin byli podle výzkumníků zdatnější v boji o životní prostor a další dopady to mělo na celý ekosystém.

Čtěte také: Nové zemědělské funkce

Podle spoluautora výzkumu Víta Latzela hraje u rostlin zásadní roli konkurence. „Nemají možnost pohybu a nemohou si jednoduše vybrat místo svého pobytu. Jakmile jednou zakoření, musí být schopné si udržet svůj životní prostor. A o ten neustále bojovat,“ uvedl vědec, který pracuje v oddělení populační ekologie Botanického ústavu Akademie věd.

Dodal, že těmto mechanismům vědci věnují velkou pozornost, ale dosud přehlíželi mezigenerační paměť rostlin. Právě ta má podle Latzela značný vliv na konkurenční schopnosti rostlin i fungování celých ekosystémů.

Jako mezigenerační paměť odborníci popisují například situaci, kdy rostlina zažije strádání, sucho či nedostatek světla a tuto zkušenost předá svým potomkům. Ti jsou tak lépe připraveni na možné nesnáze a mají výhodu proti rostlinám, které od předků tuto zkušenost nezískaly.

Zážitek strádání podle výzkumu rostlina předává skrze epigenetické procesy. Pomocí takzvané metylace cytosinu v DNA může organismus zapínat či vypínat aktivitu genů a rostlina tak svým potomkům předá „předaktivované“ geny užitečné pro boj s nehostinným prostředím.

Experimenty s pampeliškami

To, že rostliny, které rostly například v hustém porostu, plodí zdatnější potomky, zjistili vědci při experimentech s pampeliškami. Zkoumané rostliny rychleji klíčily a celkově měly rychlejší vývoj či intenzivnější růst kořenů. Byly tak úspěšnější v boji o životní prostor s jinými rostlinami. To, že se tato paměť přenášela epigenetickými procesy, výzkumníci ověřili tím, že u části rostlin odstranili některé epigenetické značky. Takto zasažené rostliny se pak chovaly tak, jako by jejich předci náročnější podmínky nezažili.

Výzkum také ukázal, že listy konkurenčně zdatnějších rostlin se rozkládají po odumření mnohem pomaleji než listy geneticky totožných rostlin bez zmíněných zkušeností. To podle týmu naznačuje, že paměť rostlin má dopad i na související procesy v přírodě -⁠ v tomto případě koloběh živin v ekosystému.

Výstupy výzkumu podle ústavu přináší nový pohled na některé přírodní procesy. Podle odborníků si mezigenerační paměť zaslouží více pozornosti a měla by být zohledněna třeba při modelování funkce ekosystémů během klimatické změny nebo při produkci osiv v zemědělství.

Výzkum se uskutečnil ve spolupráci BÚ AV s Jihočeskou univerzitou a vědeckými institucemi z Irska, Španělska a Estonska.

tags: #funkce #rostlin #v #ekosystému

Oblíbené příspěvky:

• Moderní řešení pro shoz odpadu
• Odpadkové koše z kartonu Žďár
• Odpady v ČR a Evropa
• Srovnání emisí CO2 na obyvatele v ČR
• Kritický stav korálových útesů