Ekologie: Od sběru dat po analýzu a interpretaci

Ekologie je vědní obor, který se snaží porozumět dynamice procesů a vztahů v přírodě, zejména pak vztahům mezi organismy a jejich prostředím a organismy navzájem. Pouze znalost a porozumění těchto souvislostí umožňuje chápat, co život a jeho prostředí ohrožuje.

Základní koncepty a metody

Studenti se v rámci předmětu seznámí s lesem jako specifickým prostředím pro život organismů. Budou rozebrány základní konstituční prvky jako klimatické a substrátové podmínky v lesích, stromové a bylinné patro, edafon. Důraz bude kladen na různé prostorové a časové měřítko, od lokálního po globální a od sezónních změn po holocenní glaciální cyklus. Představeny budou hlavní živiny a jejich koloběh v lesním ekosystému.

Kurz seznámí posluchače s interakcemi, které ovlivňují výskyt a četnost organismů na třech organizačních úrovních (jednotlivý organismus, populace, společenstvo).

Mezi hlavní faktory prostředí patří jejich dynamika. Organismy slouží jako bioindikátory stanovištních podmínek. Populace, základní charakteristiky populací a jejich vzájemné vztahy zahrnují: konkurence, trofické vztahy, alelopatie, parazitismus, mutualismus, herbivorie, predace, teritorialismus aj. Důležitá je ekologická nika a koevoluce. Základní strategie populací tvoří společenstvo, struktura rostlinných společenstev a její změny v čase. Ekosystém má prostorovou a trofickou strukturu: producenti, konzumenti, destruenti, trofické řetězce a sítě; primární a sekundární produkce ekosystémů. Důležitá je ekologie fotosyntézy (C3-, C4- a CAM rostliny); vývojové změny ekosystémů (fluktuace, sukcese, cyklické změny), reakce ekosystémů na globální změnu klimatu.

Lesní ekosystémy

Studenti se seznámí s klasifikací lesních společenstev ve střední Evropě a v hrubším rozlišení v celosvětovém měřítku. Budou představeny základní přístupy ke studiu lesních ekosystémů, od ekofyziologických přes vegetační po makroekologické. V rámci terénního cvičení budou navštíveny lokality s dobře vyvinutými lesními typy vegetace a výskytem charakteristických druhů rostlin, které by studenti měli umět poznat.

Čtěte také: Studium ekologie v Olomouci

Sylabus:

1. Les jako typ ekosystému, za jakých podmínek se vyskytuje, co les charakterizuje.
2. Toky energie a koloběhy prvků v lesním prostředí.
3. Co les konstituuje: stromy, bylinná vegetace, půdní organismy, bezobratlí, obratlovci. Rozlišení na podmínky střední Evropy a v celosvětovém měřítku.
4. Typy lesa: různé přístupy ke klasifikaci.
5. Diverzita lesního prostředí na různých měřítcích.
6. Dynamika lesa: od sezónních k holocenním cyklům, současné trendy.
7. Člověk a jeho interakce s lesem v historii a v současnosti.

Populační biologie rostlin

Věda, zabývající se početností jedinců rostlin a početností alel až genotypů. Stala se v 80. letech 20. století nejdynamičtější botanickou disciplínou zabývající se jevy na úrovni jedince a jejich populací. Došlo k postupnému propojení evoluční biologie a biosystematiky na jedné straně se studiem "community ecology", t.j. se studiem procesů probíhajících uvnitř společenstev.

Problematika jedince u rostlin; definice populace. Životní cykly, postavení vegetativního a generativního rozmnožování, evoluční souvislosti dlouhodobého způsobu života. Typy life histories u rostlin mírného pásma. Struktura populací. Populační genetika, dynamika. Přežívání, vliv ostatních faktorů závislých na densitě. Biologie klonálních rostlin, jejich fyziologická integrace, její ekologické a evoluční následky (přenos živin a asimilátů, integrace signálů z prostředí). Dynamika na úrovni metapopulací (vztahy k fytogeografii). Vztahy mezi populacemi: kompetice. Evoluce v populacích. Problematika malých populací, minimální velikost populace.

Sběr a analýza dat v ekologii

Třídenní terénní cvičení probíhá podle následujícího časového schématu: první dva dny jsou věnovány získávání dat a odběru vzorků na vybraných lokalitách střední Moravy, první a třetí den účastníci cvičení zpracovávají v laboratoři odebrané vzorky a třetí den účastníci vyhodnocují zjištěná data a vypracovávají prezentace z tohoto cvičení. Hlavním cílem cvičení je naučit studenty základům terénní ekologie - od sběru dat, přes jejich zpracování až po konečné grafické výstupy.

Nejčastěji zpracovávané úkoly:

Čtěte také: Přehled studijních programů – ekologie

1. Analýza vybraného typu lesní či nelesní vegetace, nejčastěji ekosystému lužního lesa a suchých trávníků (technika vegetačního snímkování, stanovení nadzemní biomasy, populační struktura vybraných druhů, určení denzity stromů).
2. Zjišťování některých ekologických charakteristik na stanovišti s xerotermní travinnou vegetací (měření pH půdy a intenzity světla; srovnání s charakteristikami biotopu získanými s pomocí tzv. Ellenbergových ekočísel) a studium gradientů prostředí.
3. Využití párových ploch pro studium změn vegetace v důsledku invaze či expanze nepůvodních druhů, využití v ochraně přírody.
4. Metodické přístupy pro studium rozšíření (včetně odchytu) vybraných skupin živočichů.
5. Stanovištní preference živočichů na příkladu housenek vybraného druhu motýla.
6. Enemy-free space (prostor bez nepřátel)
7. Diskriminace barev u motýlů.

Cílem třídenního kurzu je zdokonalení praktických zkušeností studentů z ekologie rostlin a živočichů, tedy od sběru dat v terénu přes jejich vyhodnocení v laboratoři, přes statistickou analýzu dat až k prezentaci výsledků na závěrečné "minikonferenci" poslední den. Na cvičení budou studovány přírodní populace a společenstva rostlin a živočichů s využitím různorodé metodologie při sběru, analýze a interpretaci ekologických dat.

Metody mnohorozměrné analýzy

• Nepřímá a přímá gradientová analýza (ordinace): typy analýz, programy CANOCO verze 5, prostředí R: VEGAN, PERMANOVA.
• Klasifikační metody: nehierarchická klasifikace, shluková analýza, divizivní klasifikace, diskriminační analýza, regresní a klasifikační stromy, speciální techniky, PC-ORD, VEGAN, TWINSPAN, STATISTICA, NCSS 9, klasifikační a analytický program JUICE.

Využití mocného nástroje analýzy dat - programovacího jazyku R - v ekologii: seznámení se základními funkcemi a potenciálem tohoto freeware.

Odborníci a Realizační tým

• Duchoslav Martin, RNDr.
• Mazalová Monika, Mgr.
• Hédl Radim, Mgr. MgA.
• Hroneš Michal, RNDr.

Doporučená literatura

• Barnes, B. V. et al. (1998). Forest ecology. 4th ed.. New York.
• Begon, M., Harper, J., Townsend, C.R., 1997: Ekologie. Jedinci, populace a společenstva. Vydavatelství Univerzity Palackého 949 pp.
• Beissinger, S. R., & McCullough, D. R. (2002). Population viability analysis. Chicago.
• Crawley M. J. (1997). Plant ecology..
• Ebert T. (1999). Plant and animal populations. Methods in demography.-. San Diego.
• Gibson D. (2002). Methods in comparative plant population ecology.
• Gilliam, F. (Ed.). (2014). The herbaceous layer in forests of eastern North America.
• Gurevitch J., Scheiner SM., Gordon AF. (2002). The ecology of plants. Sunderland, MA, USA.
• Henderson P. (2003). Practical methods in ecology.-. Oxford.
• Hendry, G. A. F., & Grime, J. P. (1993). Methods in comparative plant ecology: a laboratory manual. London.
• Jongman, R.H., Braak ter, C.J.F., Tongeren van, O.F.R. (1995). Data analysis in community and landscape ecology..
• Keddy P.A. (2017). Plant Ecology.
• Kent, M., Coker, P. (1992). Vegetation Description and Analysis.. London.
• Krebs C. (1999). Ecological methodology. Addison Wesley.
• Larcher, W. (2003). Physiological Plant Ecology. 4th ed..
• Legendre P., Legendre L. (2012). Numerical Ecology. 3rd edition. Elsevier.
• Lepš, J., & Šmilauer, P. (2003). Multivariate analysis of ecological data using CANOCO. Cambridge.
• Losos B. a kol. (1984). Ekologie živočichů.. Praha.
• Magurran, A. E., McGill, B. J. (2011). Biological diversity: Frontiers in measurement and assessment.
• Mayhew P. (2006). Discovering Evolutionary Ecolology.
• Míchal, I. et al. (1992). Obnova ekologické stability lesů. Academia, Praha, 170 pp.
• Neuhäuslová-Novotná, Z., Moravec, J., & Neuhäuslová-Novotná, Z. (1997). Mapa potenciální přirozené vegetace České republiky. Praha.
• Otto, H.-J. (1994). Waldökologie. Stuttgart.
• Pastor, J. (2008). Mathematical ecology of populations and ecosystems. Chichester.
• Perry, P.A. (1994). Forest ecosystems. The John Hopkins Univ. Press.
• Rackham, O. (2003). Ancient woodland: its history, vegetation and uses in England. Dalbeattie.
• Schneiner SM., Gurevitch J. (2001). Design and analysis of ecological experiments.
• Silvertown J., Charlesworth D. (2001). Introduction to plant population biology.- Blackwell Publ..
• Slavíková J. (1982). Ekologie rostlin. Praha.
• ter Braak C.J.F, Šmilauer P. (2012). Canoco reference manual and users guide. České Budějovice.
• Tkadlec E. (2008). Populační ekologie: struktura, růst a dynamika populací.. Vydavatelství Univerzity Palackého v Olomouci.
• Townsend, C.R., Begon, M., Harper, J.L. (2010). Základy ekologie. Vydavatelství Univerzity Palackého v Olomouci.
• Wildi, O. (2013). Data analysis in vegetation ecology. Hoboken, N.J.

Čtěte také: Studium ekologie v Olomouci

tags: #upol #ekologie #duchoslav

Oblíbené příspěvky:

• Poznávání přírody s dětmi
• Inspirace z přírody
• Postihy za podvody s emisemi
• Ochrana zvonů
• Přírodní pozadí pro projekty