Ecologia plantelor - Plant ecology

O comunitate de plante tropicale pe Diego Garcia
Monitorizarea Rangeland utilizând metoda Parker în 3 pași, Okanagan Washington 2002

Ecologia Plant este o subdiscipline a ecologiei care studiază distribuția și abundența de plante , efectele factorilor de mediu asupra abundența plantelor, precum și interacțiunile dintre și între plante și alte organisme. Exemple de acestea sunt distribuția pădurilor de foioase temperate din America de Nord, efectele secetei sau inundațiilor asupra supraviețuirii plantelor și concurența între plantele deșertice pentru apă sau efectele efectivelor de animale care pășunează asupra compoziției pajiștilor.

O O privire de ansamblu globală asupra principalelor tipuri de vegetație ale Pământului este oferită de OW Archibold. El recunoaște 11 tipuri majore de vegetație: păduri tropicale, savane tropicale, regiuni aride (deșerturi), ecosisteme mediteraneene, ecosisteme forestiere temperate, pajiști temperate, păduri de conifere , tundră (atât polară, cât și de munte înalt), zone umede terestre , ecosisteme de apă dulce și de coastă / marină sisteme. Această gamă de subiecte arată complexitatea ecologiei plantelor, deoarece include plante de la alge unicelulare plutitoare până la copaci mari care formează baldachin.

O caracteristică care definește plantele este fotosinteza . Fotosinteza este procesul unei reacții chimice pentru a crea glucoză și oxigen, care este vital pentru viața plantelor. Unul dintre cele mai importante aspecte ale ecologiei plantelor este rolul pe care l-au jucat plantele în crearea atmosferei oxigenate a pământului , eveniment care a avut loc acum aproximativ 2 miliarde de ani. Poate fi datat prin depunerea formațiunilor de fier bandate , roci sedimentare distincte cu cantități mari de oxid de fier. În același timp, plantele au început să elimine dioxidul de carbon din atmosferă, inițind astfel procesul de control al climei Pământului. O tendință pe termen lung a Pământului a fost spre creșterea oxigenului și scăderea dioxidului de carbon, iar multe alte evenimente din istoria Pământului, cum ar fi prima mișcare a vieții pe uscat, sunt probabil legate de această succesiune de evenimente.

Una dintre primele cărți clasice despre ecologia plantelor a fost scrisă de JE Weaver și FE Clements . Vorbește pe larg despre comunitățile de plante și în special despre importanța forțelor precum concurența și a proceselor precum succesiunea. Termenul ecologie în sine a fost inventat de biologul german Ernst Haeckel .

Ecologia plantelor poate fi, de asemenea, împărțită pe niveluri de organizare, inclusiv ecofiziologia plantelor , ecologia populației de plante , ecologia comunității , ecologia ecosistemelor , ecologia peisajului și ecologia biosferei.

Studiul plantelor și vegetației este complicat de forma lor. În primul rând, majoritatea plantelor sunt înrădăcinate în sol , ceea ce face dificilă observarea și măsurarea captării nutrienților și a interacțiunilor dintre specii. În al doilea rând, plantele se reproduc adesea vegetativ , adică asexual, într-un mod care face dificilă distincția plantelor individuale. Într-adevăr, însăși conceptul de individ este îndoielnic, deoarece chiar și un copac poate fi privit ca o mare colecție de meristeme legate. Prin urmare, ecologia plantelor și ecologia animalelor au diferite stiluri de abordare a problemelor care implică procese precum reproducerea, dispersia și mutualismul. Unii ecologiști de plante au pus un accent considerabil pe încercarea de a trata populațiile de plante ca și cum ar fi populații de animale, concentrându-se pe ecologia populației. Mulți alți ecologi cred că, deși este util să se bazeze pe ecologia populației pentru a rezolva anumite probleme științifice, plantele cer ca ecologii să lucreze cu perspective multiple, adecvate problemei, amplorii și situației.

Istorie

Munca lui Alexander von Humboldt, care leagă distribuția plantelor de factorii de mediu, a jucat un rol important în geneza disciplinei ecologiei plantelor.

Ecologia plantelor își are originea în aplicarea fiziologiei plantelor la întrebările ridicate de geografii plantelor . Carl Ludwig Willdenow a fost unul dintre primii care au observat că climele similare au produs tipuri de vegetație similare, chiar și atunci când erau situate în diferite părți ale lumii. Studentul lui Willdenow, Alexander von Humboldt , a folosit fizionomia pentru a descrie tipurile de vegetație și a observat că distribuția tipurilor de vegetație se bazează pe factori de mediu. Geografii de plante ulterioare care s-au bazat pe opera lui Humboldt au inclus Joakim Frederik Schouw , AP de Candolle , August Grisebach și Anton Kerner von Marilaun . Lucrarea lui Schouw, publicată în 1822, a legat distribuția plantelor de factorii de mediu (în special temperatura) și a stabilit practica numirii asociațiilor de plante prin adăugarea sufixului -etum la numele speciei dominante. Lucrând din colecțiile de ierbarii , De Candolle a căutat reguli generale de distribuție a plantelor și s-a stabilit și pe utilizarea temperaturii. Lucrarea în două volume a lui Grisebach, Die Vegetation der Erde nach Ihrer Klimatischen Anordnung , publicată în 1872, a văzut geografia plantelor atingând „forma sa finală” ca domeniu descriptiv.

Începând din anii 1870, botanistul elvețian Simon Schwendener , împreună cu studenții și colegii săi, au stabilit legătura dintre morfologia plantelor și adaptările fiziologice , punând bazele primelor manuale de ecologie, Plantesamfundul lui Eugenius Warming (publicat în 1895) și Andreas Schimper ' s 1898 Pflanzengeographie auf Physiologischer Grundlage . Încălzirea a încorporat cu succes morfologia plantelor, taxonomia fiziologică și biogeografia în geografia plantelor pentru a crea domeniul ecologiei plantelor. Deși mai morfologic decât fiziologic, Schimper a fost considerat începutul ecologiei fiziologice a plantelor. Ecologia plantelor a fost inițial construită în jurul ideilor statice de distribuție a plantelor ; încorporarea conceptului de succesiune a adăugat un element de schimbare în timp pe teren. Studiile lui Henry Chandler Cowles privind succesiunea plantelor pe dunele de nisip din Lacul Michigan (publicate în 1899) și monografia lui Frederic Clements din 1916 pe această temă l-au stabilit ca un element cheie al ecologiei plantelor.

Ecologia plantelor s-a dezvoltat în cadrul disciplinei mai largi a ecologiei de-a lungul secolului al XX-lea. Inspirat de Plantesamfund al lui Warming , Arthur Tansley și-a propus să cartografieze comunitățile de plante britanice . În 1904 a făcut echipă cu William Gardner Smith și alții implicați în cartografierea vegetației pentru a înființa Comitetul central pentru studiul și studiul vegetației britanice, scurtat ulterior la Comitetul britanic pentru vegetație. În 1913, British Vegetation Committee a organizat British Ecological Society (BES), prima societate profesională a ecologiștilor. A urmat în 1917 înființarea Societății Ecologice a Americii (ESA); ecologiștii din plante au format cel mai mare subgrup din rândul membrilor inaugurali ai ESA.

Studenții Cowles au jucat un rol important în dezvoltarea domeniului ecologiei plantelor în prima jumătate a secolului al XX-lea, printre care William S. Cooper , E. Lucy Braun și Edgar Transeau .

Distribuție

Biomii lumii se bazează pe tipul de plantă dominantă.

Distribuția plantelor este guvernată de o combinație de factori istorici, ecofiziologie și interacțiuni biotice . Setul de specii care poate fi prezent la un anumit sit este limitat de contingența istorică. Pentru a apărea, o specie trebuie să fi evoluat într-o zonă sau să se disperseze acolo (fie în mod natural, fie prin mijloace umane ) și nu trebuie să fi dispărut local. Setul de specii prezente local este limitat în continuare la cele care posedă adaptări fiziologice pentru a supraviețui condițiilor de mediu existente. Acest grup este modelat în continuare prin interacțiuni cu alte specii.

Comunitățile de plante sunt larg distribuite în biomi pe baza formei speciilor de plante dominante. De exemplu, pajiștile sunt dominate de ierburi, în timp ce pădurile sunt dominate de copaci. Biomii sunt determinați de climele regionale , în principal de temperatură și precipitații, și urmează tendințele latitudinale generale. În cadrul biomilor, pot exista multe comunități ecologice , care sunt afectate nu numai de climă și de o varietate de caracteristici la scară mai mică, inclusiv soluri , hidrologie și regim de perturbare . Biomii se schimbă, de asemenea, odată cu înălțimea, înălțimile mari fiind adesea asemănătoare cu cele găsite la latitudini mai mari.

Interacțiuni biologice

Competiție

Plantele, ca majoritatea formelor de viață, necesită relativ puține elemente de bază: carbon, hidrogen, oxigen, azot, fosfor și sulf; prin urmare, acestea sunt cunoscute sub numele de forme de viață CHNOPS. De asemenea, sunt necesare elemente mai mici, numite frecvent micronutrienți, cum ar fi magneziul și sodiul. Când plantele cresc în imediata apropiere, ele pot epuiza aprovizionarea cu aceste elemente și pot avea un impact negativ asupra vecinilor. Concurența pentru resurse variază de la simetrie completă (toți indivizii primesc aceeași cantitate de resurse, indiferent de mărimea lor) până la dimensiunea perfect simetrică (toți indivizii exploatează aceeași cantitate de resursă pe unitate de biomasă) până la dimensiune absolut asimetrică (cei mai mari indivizi exploatează toate resursa disponibilă). Gradul de asimetrie a dimensiunilor are efecte majore asupra structurii și diversității comunităților ecologice. În multe cazuri (poate cele mai multe) efectele negative asupra vecinilor provin din competiția asimetrică a mărimii pentru lumină. În alte cazuri, poate exista concurență sub pământ pentru apă, azot sau fosfor. Pentru a detecta și măsura concurența, sunt necesare experimente; aceste experimente necesită îndepărtarea vecinilor și măsurarea răspunsurilor în plantele rămase. Multe astfel de studii sunt necesare înainte de a putea fi trasate generalizări utile.

În general, se pare că lumina este cea mai importantă resursă pentru care plantele concurează, iar creșterea înălțimii plantelor pe parcursul timpului evolutiv reflectă probabil selecția plantelor mai înalte pentru a intercepta mai bine lumina. Multe comunități de plante sunt, prin urmare, organizate în ierarhii bazate pe abilitățile relative competitive pentru lumină. În unele sisteme, în special sistemele infertile sau aride, concurența subterană poate fi mai semnificativă. De-a lungul gradienților naturali ai fertilității solului, este probabil ca raportul dintre concurența supraterană și cea subterană să se schimbe, cu o concurență mai mare supraterană în solurile mai fertile. Plantele care sunt concurenți relativ slabi pot scăpa în timp (supraviețuind ca semințe îngropate) sau în spațiu (prin dispersarea într-o locație nouă departe de concurenții puternici.)

În principiu, este posibil să se examineze concurența la nivelul resurselor limitative dacă există o cunoaștere detaliată a proceselor fiziologice ale plantelor concurente. Cu toate acestea, în majoritatea studiilor ecologice terestre, există doar puține informații cu privire la absorbția și dinamica resurselor care limitează creșterea diferitelor specii de plante și, în schimb, concurența se deduce din efectele negative observate ale plantelor învecinate fără a ști cu exactitate ce resurse plantele concurau. În anumite situații, plantele pot concura pentru o singură resursă care limitează creșterea, poate pentru lumină în sistemele agricole cu suficientă apă și substanțe nutritive sau în arborele dens de vegetație mlaștină, dar în multe ecosisteme naturale plantele pot fi limitate de mai multe resurse, de exemplu lumină , fosfor și azot în același timp.

Prin urmare, există multe detalii care rămân de descoperit, în special tipurile de concurență care apar în comunitățile de plante naturale, resursele specifice, importanța relativă a diferitelor resurse și rolul altor factori precum stresul sau tulburările în reglarea importanța concurenței.

Mutualism

Mutualismul este definit ca o interacțiune „între două specii sau indivizi care este benefică pentru ambele”. Probabil cel mai răspândit exemplu în plante este relația benefică reciprocă dintre plante și ciuperci, cunoscută sub numele de micorize . Planta este asistată cu absorbția nutrienților, în timp ce ciuperca primește carbohidrați. Unele dintre cele mai vechi plante fosile cunoscute au chiar și micorize fosile pe rizomi.

Plantele cu flori sunt un grup care a evoluat folosind două mutualisme majore. În primul rând, florile sunt polenizate de insecte. Această relație pare să-și aibă originea în gândacii care se hrănesc cu flori primitive, mănâncă polen și acționează (fără să vrea) ca polenizatori. În al doilea rând, fructele sunt consumate de animale, iar animalele apoi împrăștie semințele. Astfel, plantele cu flori au de fapt trei tipuri majore de mutualism, deoarece majoritatea plantelor superioare au și micorize.

Plantele pot avea, de asemenea, efecte benefice unele asupra altora, dar acest lucru este mai puțin frecvent. Exemplele ar putea include „plante care alăptează” a căror umbră permite stabilirea cactușilor tineri. Majoritatea exemplelor de mutualism, însă, sunt benefice în mare măsură doar pentru unul dintre parteneri și pot să nu fie adevărat mutualism. Termenul folosit pentru aceste relații unilaterale, care sunt în mare parte benefice pentru un participant, este facilitarea. Facilitarea plantelor învecinate poate acționa prin reducerea impactului negativ al unui mediu stresant. În general, facilitarea este mai probabilă să apară în medii stresante fizic decât în ​​medii favorabile, unde competiția poate fi cea mai importantă interacțiune între specii.

Comensalismul este similar cu facilitarea, deoarece o plantă exploatează în mare parte alta. Un exemplu familiar sunt efifitele care cresc pe ramuri ale copacilor tropicali sau chiar mușchii care cresc pe copacii din pădurile de foioase .

Este important să țineți evidența beneficiilor primite de fiecare specie pentru a determina termenul adecvat. Deși oamenii sunt adesea fascinați de exemple neobișnuite, este important să ne amintim că la plante, principalele mutualisme sunt micorize, polenizare și dispersarea semințelor.

Parazitism

Parazitismul în biologie se referă la o interacțiune între diferite specii, în care parazitul (o specie) beneficiază în detrimentul gazdei (cealaltă specie). Paraziții depind de un alt organism (gazda lor) pentru supraviețuire, în general, care include de obicei atât habitatul, cât și necesarul de nutrienți.

Comensalismul

Comensalismul se referă la interacțiunea biologică dintre două specii în care una beneficiază, în timp ce cealaltă pur și simplu rămâne neafectată. Specia care beneficiază este denumită comensal, în timp ce specia care nu este afectată este denumită gazdă. De exemplu, organismele care trăiesc atașate de plante, cunoscute sub numele de epifite, sunt denumite comensale. Algele care cresc pe spatele broaștelor țestoase sau ale leneșilor sunt considerate și comensale. Rata lor de supraviețuire este mai mare atunci când sunt atașați de gazda lor, cu toate acestea nu dăunează și nici nu beneficiază gazda. Aproape 10% din toate speciile de plante vasculare din întreaga lume sunt epifite, iar cele mai multe dintre ele se găsesc în pădurile tropicale. Prin urmare, ele reprezintă o mare parte din biodiversitatea totală a plantelor din lume, fiind 10% din toate speciile și 25% din toate speciile de plante vasculare din țările tropicale. Cu toate acestea, comensalele au capacitatea de a se transforma în paraziți în timp, ceea ce duce la o scădere a succesului sau la un declin general al populației.

Ierbivor

Ren în fața excluziunilor erbivore.  Vegetația este mai înaltă în interiorul gardurilor decât în ​​exterior, prezentând presiune erbivoră.  Vegetația este mai înaltă în cadrul celui de-al doilea gard care exclude atât erbivorele mari (cât și rozătoarele), subliniind presiunea adusă de diferiți erbivori.
Ren în fața excluziunilor erbivore. Excluderea diferitelor erbivore (aici reni sau reni și rozătoare) are efecte diferite asupra vegetației.

O funcție ecologică importantă a plantelor este aceea că produc compuși organici pentru ierbivore în fundul rețelei alimentare . Un număr mare de trăsături ale plantelor, de la spini la apărare chimică, pot fi legate de intensitatea ierbivorului. Ierbivorele mari pot avea, de asemenea, multe efecte asupra vegetației. Acestea includ eliminarea speciilor selectate, crearea de lacune pentru regenerarea de noi indivizi, reciclarea nutrienților și dispersarea semințelor. Anumite tipuri de ecosisteme, cum ar fi pajiștile, pot fi dominate de efectele erbivorelor mari, deși focul este, de asemenea, un factor la fel de important în acest biom. În puține cazuri, erbivorele sunt capabile să îndepărteze aproape toată vegetația dintr-un loc (de exemplu, gâștele din zona joasă a golfului Hudson din Canada și nutria în mlaștinile din Louisiana), dar în mod normal erbivorele au un impact mai selectiv, în special atunci când prădătorii mari controlează abundența erbivorelor. Metoda obișnuită de a studia efectele erbivorelor este de a construi excluziuni, unde acestea nu se pot hrăni, și de a compara comunitățile de plante din excluzii cu cele din afara timpului de mai mulți ani. Adesea, astfel de experimente pe termen lung arată că erbivorele au un efect semnificativ asupra speciilor care alcătuiesc comunitatea de plante.

Alte subiecte

Abundenţă

Succesul ecologic al unei specii de plante într-un mediu specific poate fi cuantificat prin abundența acesteia și, în funcție de forma de viață a plantei, pot fi relevante diferite măsuri ale abundenței, de exemplu , densitatea , biomasa sau acoperirea plantelor .

Schimbarea abundenței unei specii de plante se poate datora atât factorilor abiotici , de exemplu schimbările climatice , fie factorilor biotici , de exemplu concurenței erbivore sau interspecifice .

Colonizarea și dispariția locală

Dacă o specie de plantă este prezentă într-o zonă locală depinde de procesele de colonizare și dispariție locală . Probabilitatea colonizării scade odată cu distanța față de habitatele învecinate unde specia este prezentă și crește odată cu abundența și fecunditatea plantelor în habitatele învecinate și distanța de dispersie a speciei. Probabilitatea de dispariție locală scade odată cu abundența (atât plante vii, cât și semințe în banca de semințe a solului ).

Forme de viata

Reproducere

Există câteva moduri în care reproducerea are loc în viața plantelor și o modalitate este prin partenogeneză. Partenogeneza este definită ca „o formă de reproducere asexuată în care sunt produși descendenți identici genetic (clone)”. O altă formă de reproducere este prin fertilizarea încrucișată, care este definită ca „fertilizarea în care oul și sperma sunt produse de diferiți indivizi”, iar la plante acest lucru are loc în ovul. Odată ce un ovul este fertilizat în plantă, acesta devine ceea ce este cunoscut sub numele de sămânță. O sămânță conține în mod normal țesutul nutritiv, cunoscut și sub numele de endosperm și embrion. Un răsad este o plantă tânără care a trecut recent prin germinare. O altă formă de reproducere a unei plante este auto-fertilizarea; în care atât sperma, cât și ovulul sunt produse de la același individ - această plantă este, prin urmare, o plantă auto-compatibilă.

Vezi si

Referințe

Lecturi suplimentare