Planteøkologi - Plant ecology

Et tropisk plantesamfund på Diego Garcia
Rangeland overvågning ved hjælp af Parker 3-trins metode, Okanagan Washington 2002

Plant økologi er en underdisciplin af økologi som studerer distribution og overflod af planter , virkningerne af miljømæssige faktorer på overflod af planter, og samspillet mellem og mellem planter og andre organismer. Eksempler på disse er fordelingen af tempererede løvskove i Nordamerika, virkningerne af tørke eller oversvømmelse på planteoverlevelse og konkurrence blandt ørkenplanter om vand eller virkninger af flokke af græssende dyr på sammensætningen af ​​græsarealer.

En global oversigt over Jordens største vegetationstyper leveres af OW Archibold. Han genkender 11 store vegetationstyper: tropiske skove, tropiske savanner, tørre områder (ørkener), middelhavsøkosystemer, tempererede skovøkosystemer, tempererede græsarealer, nåleskove , tundra (både polære og høje bjerge), terrestriske vådområder , ferskvandsøkosystemer og kyst-/havområder systemer. Denne bredde af emner viser kompleksiteten af ​​planteøkologi, da den omfatter planter fra flydende encellede alger op til store baldakin, der danner træer.

En funktion, der definerer planter, er fotosyntese . Fotosyntese er processen med en kemisk reaktion for at skabe glukose og ilt, som er afgørende for plantelivet. Et af de vigtigste aspekter ved planteøkologi er den rolle, planter har spillet i at skabe den iltede atmosfære på jorden , en begivenhed, der fandt sted for omkring 2 milliarder år siden. Det kan dateres ved aflejring af båndede jernformationer , karakteristiske sedimentære sten med store mængder jernoxid. På samme tid begyndte planter at fjerne kuldioxid fra atmosfæren og startede derved processen med at kontrollere Jordens klima. En langsigtet tendens på Jorden har været i retning af at øge ilt og reducere kuldioxid, og mange andre begivenheder i Jordens historie, ligesom den første bevægelse af liv på land, er sandsynligvis knyttet til denne hændelsesrekkefølge.

En af de tidlige klassiske bøger om planteøkologi blev skrevet af JE Weaver og FE Clements . Det taler bredt om plantesamfund og især betydningen af ​​kræfter som konkurrence og processer som succession. Selve udtrykket økologi blev opfundet af den tyske biolog Ernst Haeckel .

Plant økologi kan også divideres med organisationsniveauer herunder samlede anlæg økofysiologi , plante befolkning økologi , samfund økologi , økosystem økologi , landskab økologi og biosfæren økologi.

Undersøgelsen af ​​planter og vegetation er kompliceret af deres form. Første, de fleste planter er forankret i jorden , hvilket gør det vanskeligt at observere og måle næringsstofoptagelse og vekselvirkninger mellem arter. For det andet formerer planter sig ofte vegetativt , det vil sige aseksuelt på en måde, der gør det svært at skelne mellem enkelte planter. Selve begrebet et individ er faktisk tvivlsomt, da selv et træ kan betragtes som en stor samling af forbundne meristemer. Derfor har planteøkologi og dyreøkologi forskellige tilgange til problemer, der involverer processer som reproduktion, spredning og mutualisme. Nogle planteøkologer har lagt stor vægt på at forsøge at behandle plantebestande som om de var dyrepopulationer med fokus på populationsøkologi. Mange andre økologer mener, at selvom det er nyttigt at trække på befolkningsøkologi for at løse visse videnskabelige problemer, kræver planter, at økologer arbejder med flere perspektiver, der passer til problemet, omfanget og situationen.

Historie

Alexander von Humboldts arbejde, der forbinder plantedistributioner med miljøfaktorer, spillede en vigtig rolle i tilblivelsen af ​​disciplinen planteøkologi.

Planteøkologi har sin oprindelse i anvendelsen af plantefysiologi på de spørgsmål, der rejses af plantegeografer . Carl Ludwig Willdenow var en af ​​de første til at bemærke, at lignende klimaer producerede lignende vegetationstyper, selv når de var placeret i forskellige dele af verden. Willdenows elev, Alexander von Humboldt , brugte fysiognomi til at beskrive vegetationstyper og observerede, at fordelingsvegetationstyperne var baseret på miljøfaktorer. Senere plantegeografer, der byggede videre på Humboldts arbejde, omfattede Joakim Frederik Schouw , AP de Candolle , August Grisebach og Anton Kerner von Marilaun . Schouws arbejde, udgivet i 1822, knyttede plantedistributioner til miljøfaktorer (især temperatur) og etablerede praksis med at navngive planteforeninger ved at tilføje endelsen -etum til navnet på den dominerende art. De Candolle arbejdede fra herbariesamlinger og søgte efter generelle regler for plantedistribution og besluttede sig også for at bruge temperaturen. Grisebachs værker i to bind, Die Vegetation der Erde nach Ihrer Klimatischen Anordnung , udgivet i 1872, så plantegeografi nå sin "ultimative form" som et beskrivende felt.

Fra 1870'erne etablerede den schweiziske botaniker Simon Schwendener sammen med sine studerende og kolleger forbindelsen mellem plantemorfologi og fysiologiske tilpasninger og lagde grunden til de første økologiske lærebøger, Eugenius Warming 's Plantesamfund (udgivet i 1895) og Andreas Schimper ' s 1898 Pflanzengeographie auf Physiologischer Grundlage . Opvarmning med succes inkorporerede plantemorfologi, fysiologi -taksonomi og biogeografi i plantegeografi for at skabe området for planteøkologi. Selvom det er mere morfologisk end fysiologisk, er Schimper blevet betragtet som begyndelsen på plantefysiologisk økologi. Planteøkologi blev oprindeligt bygget op omkring statiske ideer om plantedistribution ; ved at inkorporere successionsbegrebet tilføjede et element til ændring gennem tiden til feltet. Henry Chandler Cowles 'undersøgelser af plantesekvens på klitterne ved Lake Michigan (udgivet i 1899) og Frederic Clements ' monografi fra 1916 om emnet etablerede det som et centralt element i planteøkologi.

Planteøkologi udviklet inden for den bredere disciplin af økologi i løbet af det tyvende århundrede. Inspireret af Warmings Plantesamfund , Arthur Tansley satte sig for at kortlægge britiske plantesamfund . I 1904 slog han sig sammen med William Gardner Smith og andre, der var involveret i vegetationskortlægning, for at oprette Central Committee for Survey and Study of British Vegetation, senere forkortet til British Vegetation Committee. I 1913 organiserede den britiske vegetationskomité British Ecological Society (BES), det første faglige samfund af økologer. Dette blev fulgt i 1917 af oprettelsen af Ecological Society of America (ESA); planteøkologer dannede den største undergruppe blandt de første medlemmer af ESA.

Cowles 'studerende spillede en vigtig rolle i udviklingen inden for planteøkologi inden for første halvdel af det tyvende århundrede, blandt dem William S. Cooper , E. Lucy Braun og Edgar Transeau .

Fordeling

Verdensbiomer er baseret på typen af ​​dominerende plante.

Plantefordelinger styres af en kombination af historiske faktorer, økofysiologi og biotiske interaktioner . Sættet af arter, der kan være til stede på et givet sted, er begrænset af historisk beredskab. For at dukke op skal en art enten have udviklet sig i et område eller have spredt sig der (enten naturligt eller gennem menneskeligt handlefrihed ) og må ikke være lokalt uddød. Sættet af arter, der er til stede lokalt, er yderligere begrænset til dem, der besidder de fysiologiske tilpasninger til at overleve de eksisterende miljøforhold. Denne gruppe formes yderligere gennem interaktioner med andre arter.

Plantsamfund er bredt fordelt i biomer baseret på formen af ​​de dominerende plantearter. For eksempel domineres græsarealer af græsser, mens skove domineres af træer. Biomer bestemmes af regionale klimaer , for det meste temperatur og nedbør, og følger generelle breddegradstendenser. Inden for biomer kan der være mange økologiske samfund , som ikke kun påvirkes af klima og en række mindre funktioner, herunder jord , hydrologi og forstyrrelse . Biomer ændrer sig også med højden, høje højder ligner ofte dem, der findes på højere breddegrader.

Biologiske interaktioner

Konkurrence

Planter, som de fleste livsformer, kræver relativt få grundelementer: kulstof, brint, ilt, nitrogen, fosfor og svovl; derfor er de kendt som CHNOPS livsformer. Der er også behov for mindre elementer, ofte betegnet mikronæringsstoffer, såsom magnesium og natrium. Når planter vokser i umiddelbar nærhed, kan de forringe forsyninger af disse elementer og have en negativ indvirkning på naboer. Konkurrence om ressourcer varierer fra komplet symmetrisk (alle individer modtager den samme mængde ressourcer, uanset deres størrelse) til perfekt størrelse symmetriske (alle individer udnytter den samme mængde ressource pr. Enhed biomasse) til absolut størrelse-asymmetrisk (de største individer udnytter alle den tilgængelige ressource). Graden af ​​størrelsesasymmetri har store virkninger på strukturen og mangfoldigheden af ​​økologiske samfund. I mange tilfælde (måske de fleste) stammer de negative virkninger på naboer fra størrelsen asymmetrisk konkurrence om lys. I andre tilfælde kan der være konkurrence under jorden om vand, nitrogen eller fosfor. For at opdage og måle konkurrence er eksperimenter nødvendige; disse forsøg kræver fjernelse af naboer og måling af respons i de resterende planter. Mange sådanne undersøgelser er nødvendige, før nyttige generaliseringer kan trækkes.

Samlet set ser det ud til, at lys er den vigtigste ressource, som planter konkurrerer om, og stigningen i plantehøjde over evolutionær tid afspejler sandsynligvis udvælgelse for højere planter for bedre at opfange lys. Mange plantesamfund er derfor organiseret i hierarkier baseret på de relative konkurrenceevner for lys. I nogle systemer, især ufrugtbare eller tørre systemer, kan konkurrence under jorden være mere signifikant. Langs naturlige gradienter af jordens frugtbarhed er det sandsynligt, at forholdet mellem konkurrence over jorden og under jorden ændres, med højere konkurrence over jorden i de mere frugtbare jordarter. Planter, der er relativt svage konkurrenter, kan flygte i tide (ved at overleve som begravet frø) eller i rummet (ved at sprede sig til et nyt sted væk fra stærke konkurrenter.)

I princippet er det muligt at undersøge konkurrence på niveau med de begrænsende ressourcer, hvis der er en detaljeret viden om de konkurrerende plantes fysiologiske processer. I de fleste terrestriske økologiske undersøgelser er der imidlertid kun få oplysninger om ressourceoptagelse og dynamik, der begrænser væksten af ​​forskellige plantearter, og i stedet udledes konkurrence fra observerede negative virkninger af naboplanter uden at vide præcist, hvilke ressourcer planter konkurrerede om. I visse situationer kan planter konkurrere om en enkelt vækstbegrænsende ressource, måske om lys i landbrugssystemer med tilstrækkeligt vand og næringsstoffer, eller i tætte bevoksninger af marskvegetation , men i mange naturlige økosystemer kan planter blive koloniseret af flere ressourcer, f.eks. Lys , fosfor og nitrogen på samme tid.

Derfor er der mange detaljer, der mangler at blive afdækket, især den slags konkurrence, der opstår i naturlige plantesamfund, de specifikke ressourcer, de forskellige ressourcers relative betydning og andre faktorers rolle som stress eller forstyrrelser i reguleringen konkurrencens betydning.

Mutualisme

Mutualisme defineres som et samspil "mellem to arter eller individer, der er til gavn for begge". Sandsynligvis det mest udbredte eksempel på planter er det gensidige fordelagtige forhold mellem planter og svampe, kendt som mycorrhizae . Planten assisteres med næringsoptagelse, mens svampen modtager kulhydrater. Nogle af de tidligste kendte fossile planter har endda fossile mycorrhizae på deres jordstængler.

De blomstrende planter er en gruppe, der har udviklet sig ved at bruge to store gensidigheder. For det første bestøves blomster af insekter. Dette forhold synes at have sin oprindelse i biller, der fodrer med primitive blomster, spiser pollen og også (ubevidst) fungerer som bestøver. For det andet spises frugter af dyr, og dyrene spreder derefter frøene. Således har blomstrende planter faktisk tre hovedtyper af mutualisme, da de fleste højere planter også har mycorrhizae.

Planter kan også have gavnlige virkninger på hinanden, men dette er mindre almindeligt. Eksempler kan omfatte "sygeplejerske planter", hvis skygge tillader unge kaktusser at etablere sig. De fleste eksempler på mutualisme er imidlertid stort set gavnlige for kun en af ​​partnerne og er måske ikke rigtig sand gensidighed. Udtrykket, der bruges til disse mere ensidige relationer, som for det meste er gavnligt for en deltager, er facilitering. Lettelse blandt naboplanter kan virke ved at reducere de negative virkninger af et stressende miljø. Generelt er facilitering mere tilbøjelig til at forekomme i fysisk belastende miljøer end i gunstige miljøer, hvor konkurrence kan være den vigtigste interaktion mellem arter.

Kommensalisme ligner facilitering, idet en plante for det meste udnytter en anden. Et velkendt eksempel er efifytterne, der vokser på grene af tropiske træer, eller endda mos, der vokser på træer i løvskove .

Det er vigtigt at holde styr på fordelene for hver art for at bestemme det passende udtryk. Selvom folk ofte er fascineret af usædvanlige eksempler, er det vigtigt at huske, at i planter er de vigtigste gensyner mycorrhizae, bestøvning og frøspredning.

Parasitisme

Parasitisme i biologi refererer til et samspil mellem forskellige arter, hvor parasitten (den ene art) drager fordel af værten (den anden art). Parasitter er afhængige af en anden organisme (deres vært) for at overleve generelt, som normalt inkluderer både levesteder og næringsbehov i det mindste.

Kommensalisme

Kommensalisme refererer til det biologiske samspil mellem to arter, hvor den ene har fordel, mens den anden simpelthen forbliver upåvirket. Den art, der nyder godt, kaldes commensal, mens den art, der ikke er påvirket, omtales som værten. For eksempel omtales organismer, der lever knyttet til planter, kendt som epifytter, som kommensaler. Alger, der vokser på ryggen af ​​skildpadder eller dovendyr, betragtes også som kommensaler. Deres overlevelsesrate er højere, når de er knyttet til deres vært, men de skader ikke eller gavner værten. Næsten 10% af alle karplantearter rundt om i verden er epifytter, og de fleste af dem findes i tropiske skove. Derfor udgør de en stor brøkdel af den samlede planters biologiske mangfoldighed i verden, der er 10% af alle arter og 25% af alle karplantearter i tropiske lande. Commensals har imidlertid evnen til at transformere sig til parasitter over tid, hvilket resulterer i et fald i succes eller en samlet befolkningsnedgang.

Urter

Rensdyr foran planteædende udelukkelser.  Vegetationen er højere inden for hegnene end udenfor og viser plantelivstryk.  Vegetationen er højere inden for det andet hegn, der udelukker både store og mindre planteædere (gnavere), der understreger trykket fra forskellige planteædere.
Rensdyr foran planteædende udelukkelser. Undtagelse af forskellige planteædere (her rensdyr, eller rensdyr og gnavere) har forskellige virkninger på vegetationen.

En vigtig økologisk funktion af planter er, at de producerer organiske forbindelser til planteædere i bunden af madvejen . Et stort antal planteegenskaber, fra torner til kemiske forsvar, kan relateres til intensiteten af ​​planteædende plante. Store planteædere kan også have mange virkninger på vegetationen. Disse omfatter fjernelse af udvalgte arter, skabelse af huller i regenerering af nye individer, genbrug af næringsstoffer og spredning af frø. Visse økosystemtyper, såsom græsarealer, kan være domineret af virkningerne af store planteædere, selvom ild også er en lige så vigtig faktor i dette biom. I få tilfælde er planteædere i stand til næsten at fjerne al vegetationen på et sted (f.eks. Gæs i Hudson Bay Lowlands i Canada og nutria i marskerne i Louisiana), men normalt har planteædere en mere selektiv virkning, især når store rovdyr kontrollere mængden af ​​planteædere. Den sædvanlige metode til at studere virkningerne af planteædere er at bygge udelukkelser, hvor de ikke kan fodre, og sammenligne plantesamfundene i udelukkelserne med dem udenfor i mange år. Ofte viser sådanne langtidsforsøg, at planteædere har en betydelig effekt på de arter, der udgør plantesamfundet.

Andre emner

Overflod

En plantearts økologiske succes i et specifikt miljø kan kvantificeres ved dens overflod , og afhængig af plantens livsform kan forskellige målinger af overflod være relevante, f.eks. Densitet , biomasse eller plantedækning .

Ændringen i overflod af en planteart kan skyldes både abiotiske faktorer, f.eks. Klimaændringer eller biotiske faktorer, f.eks. Planteædende eller interspecifik konkurrence .

Kolonisering og lokal udryddelse

Om en planteart er til stede i et lokalområde, afhænger af koloniseringsprocesserne og lokal udryddelse . Sandsynligheden for kolonisering falder med afstanden til tilstødende naturtyper, hvor arten er til stede, og stiger med plantens overflod og frugtbarhed i tilstødende levesteder og artens spredningsafstand . Sandsynligheden for lokal udryddelse falder med overflod (både levende planter og frø i jordens frøbank ).

Liv former

Reproduktion

Der er et par måder, hvorpå reproduktion sker inden for plantelivet, og en måde er gennem parthenogenese. Parthenogenese defineres som "en form for aseksuel reproduktion, hvor genetisk identiske afkom (kloner) produceres". En anden form for reproduktion er gennem krydsbefrugtning, som defineres som "befrugtning, hvor ægget og sædcellerne produceres af forskellige individer", og i planter sker dette i æggelederen. Når en ægløsning er befrugtet inden i planten, bliver dette det, der er kendt som et frø. Et frø indeholder normalt næringsvævet, også kendt som endospermen og embryoet. En frøplante er en ung plante, der for nylig har været spiret. En anden form for reproduktion af en plante er selvbefrugtning; hvor både sæden og ægget er fremstillet af det samme individ- denne plante er derfor en selvkompatibel betitlet plante.

Se også

Referencer

Yderligere læsning