(e) Které abiotické podmínky podporují nejvyšší diverzitu herbivorů v

Ekologie zdrojů:
interakce půdy, vegetace a herbivorů
(EKO/EZI)
Mgr. Jan Mládek, Ph.D. (2013)
Rozvoj a inovace výuky ekologických oborů formou komplementárního propojení
studijních programů Univerzity Palackého a Ostravské univerzity
CZ.1.07/2.2.00/28.0149
Na úvod několik témat k diskusi
a) Co znamená ‘leaf economics spectrum’? Kdy se vyplatí
produkce rychle rostoucích listů s malou životností a kdy opak?
b) Parazitické rostliny a herbivoři: skupiny organismů zásadně
měnící strukturu a funkce ekosystémů. Paralely a rozdíly.
c) Faktory modifikující vliv pastvy na diverzitu: evoluční historie a
vlhkostní režim.
d) Jak herbivoři mění rychlost toku živin v ekosystémech bohatých
resp. chudých na zdroje?
e) Které abiotické podmínky podporují
herbivorů v globálním měřítku?
nejvyšší
diverzitu
f) Proč velcí herbivoři migrují v létě za potravou do vyšších poloh?
(a) Jaká je cena olistění? (Whitfield 2006, Nature 444: 539-541)
-přestože listy různých druhů rostlin rostou různě rychle, bylo zjištěno, že každý 1 cm2
jakéhokoli listu asimiluje přibližně stejné množství uhlíku za dobu své životnosti
„levná“ konstrukce listů
„drahá“ konstrukce listů
(a) Co znamená ‘leaf economics spectrum’ (Whitfield 2006, Shipley et al. 2006 )
- po opuštění vinohradu nejdříve převládaly druhy s
rychlým růstem (malou životností orgánů), postupně byly
nahrazeny druhy z opačné části leaf economics spectrum
(a) Gradient prostředí (teploty): vnitrodruhová plasticita znaků (Reich et al. 2003)
-chladné oblasti obvykle charakterizuje současně nízká dostupnost živin a nízká vlhkost
-obecně tedy plasticita znaků borovice vyjadřuje reakci na malou dostupnost zdrojů
chladné oblasti:
delší životnost jehlic
kratší délka jehlic
nižší hmotnost semen
pomalejší růst
areál P. sylvestris
(b) Parazitické rostliny a herbivoři: skupiny organismů zásadně měnící strukturu a
funkce ekosystémů. ... (Pennings et al. 2002)
PARALELY PARAZITICKÝCH ROSTLIN A HERBIVORŮ
-obě skupiny se vyznačují preferencemi pro hostitele
-redukují biomasu hostitele a mění jeho dělení zdrojů mezi různé orgány (allocation pattern)
-mění konkurenční vztahy mezi sousedními rostlinami
-modifikují strukturu a dynamiku rostlinných společenstev
ROZDÍLY ... paraziti (ovlivněni hostitelem), herbivoři (odnos živin na jinou lokaci) aj.
vliv jmelí na hospodaření hostitele vodou
Arceuthobium douglasii
přírůstky stromů při parazitaci
(b) Parazitické rostliny mění strukturu společenstev a nepřímo také půdní
charakteristiky ... (Bardgett et al. 2006, Nature 439: 969-972)
-poloparazit kokrhel menší (Rhinanthus minor) preferuje jako hostitele rychle-rostoucí trávy, tedy
ze začátku snižuje produkci biomasy a nepřímo podporuje neparazitované byliny
-přítomnost R. minor však také zvyšuje podíl bakterií na dekompozici a zrychluje mineralizaci
dusíku ... tento proces uvolňuje živiny a umožňuje koexistenci více druhů
(c) Faktory modifikující vliv pastvy na diverzitu: EVOLUČNÍ HISTORIE A VLHKOSTNÍ
REŽIM ... (Milchunas et al. 1988, De Bello et al. 2006)
-negativní vliv pastvy na diverzitu vegetace v oblastech krátké evoluční historie (bez defoliace)
-větší efekt pastvy ve vlhkých oblastech
-adaptace rostlin spojené s kompeticí o světlo (vysoké rostliny ve vlhku) jsou opačné než ty,
které umožňují resistenci rostlin vůči pastvě (defoliaci); naopak adaptace na sucho (chlupy,
přízemní růžice, vyšší poměr kořeny/stonky) jsou obdobné jako na defoliaci
- negativní efekt intenzity pastvy na
funkční diverzitu v humidních
podmínkách (De Bello et al. 2006)
(d) Jak herbivoři mění rychlost toku živin v ekosystémech bohatých resp. chudých na
zdroje? (Gordon and Prins 2008)
EKOSYSTÉM - HODNĚ ZDROJŮ
EKOSYSTÉM - MÁLO ZDROJŮ
Savana
(záběr infračervené kamery)
S PASTVOU
Tundra
BEZ PASTVY
BEZ PASTVY
-křoviny
S PASTVOU
-travní porost
(e) Které abiotické podmínky podporují nejvyšší diverzitu velkých herbivorů v
globálním měřítku? ... Olff et al. (2002, Nature 415: 901-904)
-soužití velkých herbivorů (>2kg) a megaherbivorů, tedy diverzitě, by měla vyhovovat taková
vegetace, která vyprodukuje poměrně hodně rostlinné biomasy a zároveň dobré nutriční kvality
-vyšší produkci rostlinné biomasy nalezneme při vyšším úhrnu srážek, kde však je poté biomasa
nižší kvality (nižší konc. dusíku ale i fosforu, efekt ředění)
-grafy (c) a (d) ukazují konceptuální modely produkce a kvality rostlinné biomasy
(e) Které abiotické podmínky podporují nejvyšší diverzitu herbivorů v globálním
měřítku? ... Olff et al. (2002, Nature 415: 901-904)
-dobrou produkci biomasy
nalezneme při velkém množství
živin nebo při vysoké vlhkosti
-dobrá kvalita biomasy je při
vyšším množství živin a nepříliš
vysokých srážkách
-menší herbivoři vyšší kvalitu vs
větší h. vyšší kvantitu biomasy
-s těmito předpoklady
koresponduje výskyt herbivorů:
menší h. se vyskytují s větší
frekvencí při vyšším množství
živin a nižších srážkách
-pak tedy průměrná velikost
těla herbivorů roste s vlhkostí a
naopak klesá s množstvím živin
(e) Které abiotické podmínky podporují nejvyšší diverzitu herbivorů v globálním
měřítku? ... Olff et al. (2002, Nature 415: 901-904)
-nejvyšší druhová rozmanitost
herbivorů se ukazuje při středním
zásobení vegetace srážkami
(kvadratický model, větší t statistika)
a při vyšším zásobení půdy živinami
-centra biodiverzity herbivorů
model správně předpověděl v
oblastech s jejich největší
rozmanitostí ... severoamerické
prérie, jihoamerické pampy, africká
příkopová propadlina, les Gir v Indii
aj.
(f) Proč velcí herbivoři migrují v létě za potravou do vyšších poloh? (Albon and
Langvatn 1992, Hebblewhite et al. 2008)
-řada velkých býložravců pobývá v zimě v nižších polohách, nicméně přes léto velká část jejich
populací migruje do horských oblastí
-předpokládá se, že migrace se vyvinula jako strategie pro maximalizaci fitness
-přestože v nižších polohách existuje větší nabídka rostlinné biomasy, zvířata během jara
postupně migrují do vyšších poloh ... jejich pohyb sleduje FENOLOGICKÝ VÝVOJ VEGETACE
-tento jev se nazývá ‘forage maturation hypothesis’ ... tedy herbivoři vyhledávají maximální
kvalitu potravy (koncentrace živin) při zachování určitého příjmu biomasy
kompromis mezi kvalitou a kvantitou
(intermediate forage biomass)
příjem
stravitelnost
Cervus elaphus, Rocky Mountains, Canada
(f) Proč herbivoři migrují v létě za potravou do vyšších poloh? (Hebblewhite et al.
2008)
-nabídka potravy pro stálé (R; residential) a
migrující (M; migratory) populace jelenů
-residenti měli po všechny 3 roky výzkumu
výrazně vyšší nabídku píce než migranti (vlevo)
-nicméně stravitelnost píce byla až do konce
srpna výrazně lepší pro migrující jeleny (dole)
květen--------------------------------------------říjen
PŘÍČINY MIGRACE:
-fenologické zpoždění vegetace o 50 dnů při
výstupu každých 1000 m nadm. výšky
-celosezónní možnost selekce intermediate
forage biomass
-stravitelnost píce o 6.5% lepší v horách
-vyšší hmotnost, lepší zabřeznutí, vyšší
přežívání (ale také otázka predačního tlaku)
květen-------------------------------------------------říjen