Terénní cvičení z ekologie

náplň aneb syllabus

Úlohy pro cvičení jsou koncipovány a kombinovány dvojím způsobem:

a) část úloh je výběrová, pro řešitelské teamy/skupinky 2-3 studentů.  Team si na počátku praktika vybere z níže uvedené nabídky sobě milou úlohu a jí se bude věnovat po celou dobu praktika (typicky: pondělí teoretická a materiálová příprava, úterý - čtvrtek řešení úlohy, pátek prezentace). Platí, že jednu úlohu řeší v rámci jednoho běhu praktika jeden team, čili když skupina  úlohu obsadí, jiný team musí volit úlohu jinou. Rozdělení úloh řešíme až na místě!

b) část úloh je obligátní, tj. projde jimi každý. Jsou jednodenní, s časovým rozvrhem přizpůsobeným úlohám výběrovým.

Výběrové úlohy jsou volně rozškatulkovány do tematických celků:

Barevný kód úloh: zelená kytky (a opylovači), oranžová ptáci, červená suchozemští bezobratlí, modrá vodní úlohy

Organismy, populace a jejich prostředí

Abiotické podmínky prostředí mají vliv na to jak rostliny investují do různých orgánů (kořeny, stonky, květy, listy)

Základ teorie alokací u rostlin, která předpokládá, že rostliny jsou schopné více investovat do těch orgánů, které slouží k přijímání zdroje, který je v nedostatku. Proto lze očekávat, že se investice do různých orgánů bude lišit mezi stanovišti.

Velikost a isolovanost stanoviště má vliv na výskyt druhu v krajině

Teorie metapopulační dynamiky předpokládá, že výskyt druhu v krajině je dán schopností druhu kolonizovat stanoviště a následně na nich přežít. Lze tedy předpokládat, že při stejných abiotických podmínkách budou častěji kolonizovaná stanoviště která jsou velká a blízko dalších podobných lokalit.

Početnost ptačího druhu souvisí s gradientem obývaného prostředí

Jaké jsou parametry prostředí ovlivňující výskyt druhu, jeho hustotu?, jaké jsou klíčové faktory „habitat selection“ druhu?

Je větší lepší? Otestujte vztah mezi velikostí juvenilního jedince a pravděpodobností jeho přežití do dospělosti

Plži nesou na zádech svou vlastní historii v podobě ulity. Ulita juvenilního jedince má malý počet závitů, který se do dospělosti zvětšuje. Původní ulita zůstává základem ulity dospělého živočicha.

Mikroklima ovlivňuje aktivitu živočichů na povrchu půdy

Teplota a další fyzikální vlastnosti míst na povrchu půdy jsou podstatně odlišné, a to i v měřítku relevantním pro malé živočichy (0.1 – 1 cm). Mozaika teplot závisí na rostlinném pokryvu, biomase nadzemních částí rostlin a hustotě porostu. Drobní bezobratlí využívají této mozaiky zejména pro aktivní termoregulaci, tj. když jim nic nebrání, slézají se tam, kde jim teplota vyhovuje. Sledujte vliv porostu na aktivitu živočichů na povrchu půdy.

Odhad relativní velikosti populace motýlů pomocí zpětných odchytů

Velikost pohyblivé populace můžeme odhadnout na základě označení určitého počtu jedinců, jejich vypuštění a zaznamenání počtu znovu odchycených jedinců. Tyto odhady lze využít pro srovnáni relativní četnosti téhož druhu na různých typech stanoviště a do určité míry i pro mezidruhová srovnání na stejném stanovišti

Adaptace morfologie larev hmyzu na tekoucí vodu

V tekoucí vodě hrozí larvám nebezpečí  driftu (oplavení proudem z lokality), proto lze očekávat příslušné morfologické adaptace, aby se tak nestalo. Jaká je distribuce (frekvence) morfologických typů larev vodního hmyzu v proudícím a stojatém habitatu? 

Patchiness zooplanktonu ve volné vodě

V pelagiálu stojaté vody (nádrže) lze během dne pozorovat tvorbu hejn (shlukování) zooplanktontů. Proč to dělají? Jedná se reakci na patchiness zdrojů (tj. fytoplanktonu) X nebo něco jiného? 

 

Interakce

Vitalita rostliny závisí na hustotě jejích sousedů v nějaké druhově specifické vzdálenosti

Teorie kompetice mezi rostlinami předpokládá, že růst jedinců je závislý na hustotě jedinců v jejich okolí. Navíc by teoreticky mělo jít zjistit, jak je toto okolí velké – je to okolí v němž je mezi chováním rostliny a hustotou.

Velikost a isolovanost populace má vliv na vitalitu rostlin a na jejich interakce s jinými trofickými úrovněmi

Toto tvrzení se zakládá na představě, že rostliny v malých isolovaných populacích jsou málo atraktivní pro opylovače, tak pro herbivory, Současně zde existuje větší pravděpodobnost křížení mezi blízce příbuznými jedinci, což vede k snížené vitalitě těchto rostlin.

Opylování rostliny, která je na lokalitě vzácná, závisí na hustotě jiných, podobně kvetoucích druhů

Jedním z předpokladů studia vztahů mezi rostlinami a opylovači je, že řada vzácných druhů přitahuje opylovače díky tomu, že se podobá jinému, hojnějšímu, druhu. Naopak pokud je tento druh sám, je jeho opylování omezené. To lze zjisti jak sledování výsledku opylování, tj. sledováním produkce semen, tak přímým sledováním chováním opylovačů.

Výskyt opylovačů či herbivorů na rostlině závisí na abiotických podmínkách v okolí rostliny.

Při studium vztahu živočichů a rostlin je důležité vzít v úvahu i to, že vzájemný vztah může být modifikován tím, kde se daná rostlina vyskytuje. Lze například předpokládat, že rostliny vyskytujících se na stinných stanovištím budou méně atraktivní pro opylovače než rostliny na stanovištích osluněných. Stejně tak lze předpokládat, že poškození herbivory bude vyšší na místech kde se jim daří líp než na některých jiných místech.

Jednotlivé blízce příbuzné druhy ptáků mají různé ekologické niky - liší se výběrem prostředí (pěnice, budníčci, rákosníci, sýkorky…)

Příbuzné druhy mají „podobnou ekologii“. Kompetici se brání buď allopatrickými areály, v sympatrickém výskytu se nejčastěji liší výběrem prostředí na různé úrovni (např. křoví x les, listnatý les x jehličnatý les).

Příbuzné druhy s podobným výběrem prostředí využívají různé mikrobiotopy v rámci překrývajících se teritorií, různé lovecké techniky, nebo žerou něco jiného.

Pokud se druhy neliší výběrem prostředí (nebo málo), musí řešit koexistenci jinak.

Druhy, u nichž jsou rozdíly niky velmi malé, by měly být mezidruhově teritoriální

Prevence exploatační kompetice pomocí interference.

Pěvci jsou v období rozmnožování teritoriální. Teritoria obhajují zpěvem, jejich velikost závisí na hustotě druhu a kvalitě obývaného prostředí.

Proč jsou pěvci teritoriální?, jak obhajují teritorium?, jaké jsou mezidruhové rozdíly?

Zdatnost hostitelské rostliny a populace fytofágního hmyzu

Rostliny mají velkou schopnost přizpůsobení k životním okolnostem předurčeným místem, kde rostou, a momentálním stresem prostředí. Tato adaptace ovlivňuje jejich morfologii a další vlastnosti, které rozhodují o jejich hodnotě pro fytofágní hmyz. Variabilita zdatnosti hostitelské rostliny ovlivňuje populace fytofágního hmyzu různě, často u jednotlivých druhů protikladně, případně žádný vliv nemá.

Růst populace mšic ovlivňuje kvalita potravy a její přirození nepřátelé

Změny populační hustoty v čase - tedy populační dynamiku - a faktory, které ji ovlivňují, můžeme dobře sledovat v izolovaných a rychle rostoucích populacích

Efekt predace/filtrace zooplanktonu na kvantitu a kvalitu fytoplanktonu

aka „pytlový“ pokus. Ukázat efekt predace (top-down effect) na rychle reagujícím společenstvu

Větší kořist = lepší kořist, a proto se musí před predací schovat.

Idea: velikostní distribuce zooplanktonu vs. habitat, dát do kontrastu zooplankton volné vody x zooplankton z makrofyt/litorálu tamtéž - hypotéza refugia před rybami.
Modifikace – rozdíl den x noc (vyplave větší zooplankton ven z kytek?)

Adaptivní „partial“ refugia – obranné mechanismy zooplanktonu při velikostně selektivní predaci ryb

Kontrast velikostních distribucí zooplanktontů z prostředí s rybami a bez ryb: rozhodující je velikost při "maturitě" = velikost při prvním rozmnožování.  Příklad  Daphnia z periodických tůní x z nádrže z rybami

 
Diverzita a struktura společenstev

Výskyt rostlinných druhů není náhodný, tj. určité druhy mají tendenci se spolu vyskytovat častěji než by se očekávalo náhodou

Jedná se o test základního předpokladu rostlinné fytocenologie, která se snaží rozčlenit rostlinná společenstva do různých typů dle společného výskytu druhů. Cílem práce by tedy bylo ukázat jak tato variabilita mezi společenstvy vypadá, a určit skupiny společně se vyskytujících druhů.

Diversita malých fragmentů společenstev v zemědělské krajině roste od kraje segmentu do středu.

Jedním z předpokladů krajinné ekologie je také to, že malá fragmentovaná stanoviště jsou pod silným vlivem okolí a jsou tím pádem často ochuzené. To lze ukázat tak, že diversita malých fragmentů je nižší než fragmentů velkých ( i po odečtení vlivu plochy) a nebo tak, že diversita klesá od kraje společenstva k jeho okraji.

Na přechodu mezi dvěma společenstvy (ekotonu) – je druhová diversita rostlin vyšší než v obou přilehlých společenstvech.

Jedním z předpokladů krajinné ekologie je, že důležitou součástí krajiny jsou nejsou jen jednotlivá společenstva ale i přechody mezi nimi (ekotony). O těchto místech se často předpokládá, že hostí druhy s obou sousedních společenstev a jsou tedy druhově bohatší než obě sousední společenstva.

Počet invazních druhů na ploše závisí na počtu druhů domácích. Tvar této závislosti závisí na velikosti studované plochy

V teorii invazí se často uvažuje o tom, jak závisí počet invazních druhů ve společenstvu na počtu druhů domácích. Tato závislost se původně vysvětlovala interakcí mezi druhy, v současnosti se ukazuje i možnost, že předpokládané závislosti mohou být důsledkem náhodných procesů.  Málo se ale ví o tom, zda je tato závislost pouze důsledek náhody, či tam skutečně existuje nějaká variabilita daná interakcí mezi druhy.

Invazní druhy se mají tendenci šířit se podél cest. Množství invazních druhů na stanovišti proto závisí na vzdálenosti od cesty.

Často se předpokládá, že šíření invazních druhů je možné zejména podél cest, kde jedna dochází ke směrovému šíření i na větší vzdálenosti, jednak k neustálému narušování povrchu, kde se mohou tyto druhy lépe uchytit. Lze tedy předpokládat, že počet invazních druhů v území bude záviset na množství cest a také na vzdálenosti od těchto cest.

Na ekotonu žije více druhů ptáků než v jednotlivých společenstvech tvořících ekoton

Souvisí s heterogenitou prostředí, ekoton hostí druhy z obou prostředí plus druhy vázané na tento biotop.

Různé druhy ptáků mají různě širokou niku (reprezentovanou výběrem prostředí). Druhy s širší nikou (generalisté) jsou celkově početnější, obývají větší množství stanovišť.

Stanovení šíře niky a studium vztahu k abundanci.

S rostoucí heterogenitou prostředí roste druhové bohatství ptáků

Vztah existuje na různých úrovních – od nejhrubší (lesy, louky, pole) po jemnější heterogenitu - např. lesy s přítomností více vegetačních pater, bohatším složením dřevin hostí více druhů ptáků.

Počet druhů ptáků roste s velikostí plochy

Platí tento vztah i pro (relativně) homogenní prostředí?

Druhy ptáků s velkými areály mají větší lokální abundance

Existuje předpoklad, že druhy s většími areály mají širší niku a jsou obecně početnější.

Menší druhy ptáků jsou obecně početnější než druhy větší

Existuje lineární vztah mezi velikostí těla druhu a jeho lokální abundancí, proč ?

Má fragmentce vodního prostředí vliv na beta-diversitu?

Idea: Plankton louží či periodických vod (/v lužním lese), hodnocení druhového složení a dominance skupin. Je to všude stejné nebo ne? A proč?

Význam banky diapauzujících stadií, odhad "resting eggs bank" v sedimentech nádrže x břehová linie.

Ideou je kalkulace/odhad velikosti banky (počtu trvalých vajíček) pro nádrž.

Sekundární produkce sedimentu eutrofní nádrže x dna potoka.

Kde bude vyšší? Tam, kde vyšší primární produkce? Odhad z biomasy odebraných vzorků x odhadů sezónního teplotního režimu habitatu.

b) jednodenní povinné úlohy


Vliv heterogenity zdrojů na diversitu společenstev rostlin a hmyzu

Vzhledem k úzké vazbě rostlin na prostředí lze předpokládat, že diversita rostlinných společenstev je do velké míry určena podmínkami prostředí. V návaznosti na to lze předpokládat, že bude existovat i vazba mezi prostředím a diversitou společenstev hmyzu, a mezi diversitou rostlin a hmyzu na stejném stanovišti.
 
Odchyty ptáků

Využití jako kvantitativní metody, další využití v ekologii ptáků, barevné značení atd.

Experimentální důkaz vnitrodruhové a mezidruhové teritoriality pěvců

Playbackový experiment, záznam chování teritoriálního samce.

Měření primární produkce fytoplanktonu

Klasická jednoduchá ekologická úloha názorně ukazující princip stanovení primární produkce z bilance fotosyntézy, v závislosti na intenzitě světla v hloubkovém profilu.

Večerní odchyty hmyzu na světlo