Základy ekologie a problematiky životního prostředí pro pedagogy/Základy ekologie/Ekologické systémy

Ekologové zkoumají spleť vazeb mezi biotickými a abiotickými složkami ekosystému.

Ekosystém (z řeckého ¬„syn“ = dohromady a „tythémys“ = kladu) je velmi složitý systém živých i neživých složek na daném místě, včetně vztahů mezi nimi. Pojem ekosystém zavedl A.G. Tansley na přelomu 20. a 30. let 20. stol. Ekosystém není vymezen v prostoru ani v čase. Každý ekosystém obsahuje živou (biotickou) a neživou (abiotickou) složku. (Někdy je oddělení obou složek dosti velmi obtížné – např. je trouchnivý kmen stromu živý nebo ne? Je kravské lejno plné baktérií putující střevy součástí biotické a nebo abiotické složky ekosystému? Je opravdu tak velký zlom v okamžiku, kdy vyjde z těla?) Propojení biotické a abiotické složky ekosystému je ve skutečnosti větší, než si většina z nás uvědomuje.

Obecná velikost ekosystému není definována (čili lze ji stanovit podle potřeb badatele). Můžeme tedy studovat ekosystém jednoho pařezu, ekosystém lesa i ekosystém celé planety (tzv. globální ekosystém).

Ekosystém se vyvíjí (tento proces se nazývá ekologická sukcese) nebo setrvává ve finálním stavu sukcese (klimaxu). Společenstvo setrvávající v klimaxu je velmi stabilní a takřka neměnné. Důležitou roli v této „neměnnosti“ hrají složité mechanismy nazývané autoregulační schopnosti ekosystému (např. stále se upravující poměry mezi počtem predátorů a jejich kořisti).

Ekologická rovnováha je pojem označující dlouhodobě relativně stálý stav ekosystému. Ekosystém je ze své rovnováhy neustále vychylován působením vnějších činitelů. Jeho přirozené autoregulační mechanismy ekosystému (vazby mezi jednotlivými organismy) působí proti těmto změnám, čím navrací ekosystém opět do stavu rovnováhy. Jedná se tedy nikoli o pasivní, ale o dynamický stav, jehož součástí jsou i jisté odchylky. Proto posuzování toho, zda je sledovaný ekosystém v rovnováze závisí velmi na zvoleném časovém měřítku.

Představte si biologa – mimozemšťana, který žije na planetě se stálým klimatem a který dostal od svého pracoviště dotace na tříměsíční pozorování planety Země a byl by vysazen u nás, v Česku, v srpnu. Biolog – mimozemšťan by velmi pravděpodobně do své závěrečné zprávy z pobytu v půlce listopadu napsal, že na zkoumané planetě nastává katastrofická a neuvěřitelně rychlá změna klimatu, který vede k odumírání vegetace a globálnímu opadu listí ze stromů. Pokud by jeho pracoviště na základě této významné zprávy jeho studijní pobyt o dva měsíce prodloužilo, ve svém bludu by se utvrdil, a na přelomu ledna a února by ze zničené planety raději odjel domů. Příchod jara a celý čtyřfázový cyklus střídání ročních období by mu snadno mohl uniknout. Hlavní důvody jeho mylných interpretací by byly asi tyto:

• nečekal střídání období, protože je nezažil na své planetě
• měřítko pozorování bylo vzhledem k periodicitě jevů nevhodně zvoleno

Dokáži si snadno představit, že v některých systémech mají pozemští ekologové právě tak omezené možnosti činit závěry jako výše popsaný mimozemšťan. Někteří si to ovšem uvědomují, a tak se např. požáry v oblasti Syrelských lesů v Kanadě nahlížejí nejen jako přírodní katastrofa, ale již také jako na proces cyklický a přirozený, ve kterém se střídají (ovšem v pro člověka těžko sledovatelném časovém měřítku) tyto stavy ekosystému: požár, regenerace, pionýrské dřeviny, klimaxové dřeviny, požár. Ovšem navzdory tomu se erudovaní odborníci nemohou shodnout na tom, zda je cílem ochrany přírody v Kanadě bojovat proti požárům nebo ne. Vědec z jiné planety s délkou života přibližně tisíc let, který by Zemi navštěvoval cca 1 x 10 let, by nepochybně věděl více. V tomto kontextu, tedy s vědomím toho, že člověk nebí vždy kompetentním pozorovatelem, je nutné nahlížet většinu dlouhodobých jevů a procesů, např. disturbancí.

Disturbance – je termín pro náhlé zničení ekosystému, např. požár, povodeň, lavina, vichřice, sesuv půdy, výbuch sopky. Tedy událost, která odstraní organismy z ekosystému a vytváří tak prostor pro kolonizaci jedince stejného nebo jiného druhu. Disturbance jsou někdy pravidelné (např. stoletá voda), ale jejich periodicita je tak dlouhá, že se špatně odhaluje.

Sukcese – je termín pro postupnou proměnu ekosystémů, a to až do stavu klimaxu. K sukcesi dochází obvykle po disturbanci (hovoříme zde o sekundární sukcesi – dochází k obnově něčeho, co už existovalo). Např. po vykácení nebo pádu stromů je v lese paseka, na té se uchytí nejprve jednoleté náletové byliny (netýkavka), později náletové keře (maliník, ostružiník), náletové stromy (bříza, hloh) a za určitou dobu zde (opět) vyroste smíšený les. Někdy se ekologům podaří sledovat i primární sukcesi (tj. sukcese na zcela novém místě – např. na nově vzniklém ostrově). Výsledky těchto pozorování jsou pro ekologii zvlášť významné.

Každý ekosystém je osobitý, nenapodobitelný, složitý systém. Proto se vlivem stejného stresoru jeden les zhroutí a jiný, velmi podobný les o stejné velikosti, se přizpůsobí. Proměnných, které se podílejí na nosné kapacitě prostředí, je velké množství – např. srážkový stín, mikroklima, přítomnost mykorrhizy atd.). Lidé měli často možnost pozorovat „zhroucení ekosystému” menších i větších rozměrů, ale vždy měli (alespoň někteří) možnost se přestěhovat a osídlit nová území (Odum, 1977: str. 23 – 45, Duvigneaud, 1988: str. 18). Klíčovými otázkami dnešní ekologie jsou otázky: „Může dojít ke zhroucení globální ekosystému? Za jakých podmínek? A jak bude toto zhroucení vypadat? Jak se před ním chránit?“ Více o tomto problému v druhé části této publikace – v části věnované environmentalistice.

Základní dělení ekosystémů je na ekosystémy suchozemské a vodní.

Suchozemský ekosystém je charakterizován takto: producenti je obecně větší, než konzumenti (srovnej např. strom, zajíc, liška), je determinován podle dominantního druhu. trofický řetězec je obvykle kratší, než v ekosystému vodním.

Vodní ekosystém je charakterizován takto: producenti jsou obvykle menší, než konzumenti (srovnej např. plankton, kapr, štika, je determinován podle fyzikálně-chemických podmínek. Trofický řetězec je obvykle delší, než v ekosystému suchozemském.

Další základní klasifikací ekosystémů je rozdělení světového ekosystému na tzv. makroekosystémy. Ty vznikly evolucí ekosystémů po rozpadu Pangey a vzniku kontinentů, jsou odděleny přirozenými bariérami (mořem, oceánem, pouští, vysokými pohořími, řekami). Mezi makroekosystémy docházelo k přirozené migraci zřídka (představte si ještěrku sedící na kládě plující oceánem k jinému kontinentu nebo ptáku unášeného silnou písečnou bouří přes poušť).

Rozlišujeme tedy biomy Země (ty vytvořili botanici podle výskytu rostlin) a zoogeografické oblasti (ty vytvořili zoologové podle výskytu živočichů). Tyto oblasti jsou podobné, ale nejsou stejné (a to prosto, že rostliny a živočichové nemají stejné možnosti se šířit). Výskyt organismů v biomech (resp. zoogeografických oblastech) je determinován dvěma skutečnostmi a) klimatické a jiné podmínky musí danému organismu vyhovovat a b) organismus musel mít příležitost se do této oblasti dostat.

Pro klasifikaci ekosystémů jsou významné dominanty ekosystému – to jsou takové druhy rostlin (i živočichů), které jsou pro ekosystém typické (jedná se o buď o druhy, které jsou nejpočetnější anebo takové, které mají největší podíl na biomase ekosystému). Příkladem dominantního druhu pro ekosystém dubového lesa je dub.

V posledních cca 200 letech jsme svědky masového člověkem ať již záměrně nebo nezáměrně způsobeného přesunu druhů přes přirozené bariéry (antropomorfní migraci), který vede k proměnám (často nevratným) původních ekosystémů. Organismus přesunutý do podobných klimatických podmínek na jiný kontinent nemá přirozených škůdců (této skutečnosti záměrně využívali kolonisté - plantážníci ke zvyšování svých výnosů) a ani p redátorů (problém rozšíření králíků v Austrálii). Narušení bariér vede logicky k destabilizaci ekosystému, v intenzivním konkurenčnímu boji, vymření méně konkurence schopného druhu a tedy ke snížení druhové pestrosti na Zemi. Mnozí odborníci označují migraci a globalizaci za největší problém životního prostředí současnosti. (Druhy, které se šíří v závislosti na lidské činnosti se nazývají synantropní.)

Další klasifikaci ekosystémů se věnují specializované vědecké obory (např. fytocenologie). Zde je ukázka fytocenologické klasifikace (Moravec, 1983 ). Na prvním místě se nachází latinský název fytocenózy (obvykle zkratka latinského názvu dominanty nebo dominant), následuje jméno nebo zkratka jména vědce, který fytocenózu popsal, a rok zápisu.

Querco-fagetea Br.-Bl. Et Vlieger et Vlieger 1937 – společenstva xerofilních až hydrofilních opadavých listnatých lesů a křovin.

Nardo- Callunetea Preising 1949 – acidofilní společenstvo nehnojených krátkostébelných luk, pastvin a vřesovišť Evropy.

Prunetalia Tüxen 1952 – křoviny a keřová společenstva lesních plášťů. Alno-Ulmion Tüxen et Tchou 1948 – lužní lesy představující primární vegetaci zaplavovaných a podmáčených poloh.

Trifolio_Geranietea Th. Müller 1961 – lemová semixerotermní až xerotermní bylinná společenstva.

Lemnetea Tüxen 1955 – společenstva plovoucích a vzplývavých rostlin kořenujících ve vodě.

V rámci mezinárodního biologického programu proběhlo v minulém století hodnocení ekosystémů zaměřené především na hodnocení jejich produktivity.

Ekosystém	Primární produkce (tisíc kcal/m2/rok)
Poušť	méně než 0,5
Travinná společenstva, hluboká jezera, horské lesy, některá méně efektivní zemědělství	0,5 – 0,8
Vlhké lesy, mělká jezera, vlhké louky, zemědělství	3 - 10
Suchozemská společenstva v aluviálních nížinách, prameny, delty řek, zemědělství s dodatkovou energií	10 – 25
Hluboké oceány	méně než 10
Šelfové moře	0,5

Tab. 1 Přehled vybraných ekosystémů a jejich produktivity. Upraveno podle E. P. Oduma (Odum, 1977).

Některé druhy jsou ale pro ekosystém významnější, než jiné a než by odpovídalo jejich četnosti. Bez přítomnosti těchto druhů v ekosystému se ekosystém rychleji zhroutí. Takovým druhům říkáme druhy klíčové. Příkladem klíčového druhu je bobr. Bez jeho přítomnosti se výrazně sníží druhové pestrost (diverzita) ekosystému – zaniknou tůně, které poskytují útočiště pro celou řadu druhů rostlin a ryb nesnášejících život v proudu vody. Z tohoto důvody by právě klíčové druhy měly být chráněny především. Ochranu klíčových druhů pochopitelně komplikuje skutečnost, že „klíčovost“ mnohých druhů neznáme resp., že ji nepoznáme dříve, než dojde ke zhroucení ekosystému. Z tohoto důvody bychom měli uvažovat všechny druhy za potenciálně klíčové a snažit se o jejich zachování. Klíčovými druhy jsou nepochybně mnohé mikroorganismy, pravděpodobně jsou mezi nimi i některé dosud neobjevené.