1

Prof. dr hab. Piotr Stypiński Dr inż. Dorota Sienkiewicz- Paderewska

Katedra Agronomii SGGW

Metody określania bioróżnorodności

w badaniach rolniczych

2

KONIEC XX WIEKU WSPÓŁCZESNOŚĆ

Bioróżnorodność to obecnie jedno z najpopularniejszych zagadnień skupiających uwagę naukowców.

Stawicka i in. (2010) przytaczają 25 różnych definicji bioróżnorodności.

W internecie możemy znależć tysiące rekordów związanych z hasłem bioróżnorodność

Historia

3

Różnorodność biologiczna przedstawiona jest jako „zróżnicowanie wszystkich żywych organizmów występujących na Ziemi w ekosystemach lądowych, morskich i słodkowodnych oraz w zespołach ekologicznych, których są częścią.”

Dotyczy to różnorodności w obrębie gatunku, pomiędzy gatunkami oraz różnorodności ekosystemów”.

Definicje bioróżnorodności Konwencja o różnorodności biologicznej (Rio de Janeiro, 1992)

Fitocenoza użytku zielonego Fitocenoza gruntu ornego

Fot. D.Sienkiewicz-Paderewska Fot. D.Sienkiewicz-Paderewska

4

Bioróżnorodność to zmienność życia obejmująca:

zróżnicowanie genowe

zmienność gatunkową

zmienność funkcjonalną (ekosystemową)

różnorodność krajobrazową

fot. D. Sienkiewicz-Paderewska fot. P. Stypiński

fot. D. Sienkiewicz-Paderewska

5

Trzy rodzaje zmienności międzygatunkowej

α - diversity =różnorodność gatunkowa wewnątrz jakiegoś obszaru lub ekosystemu (np. liczba gatunków na danym obszarze lub ekosystemie).

β - diversity =różnorodność gatunkowa między ekosystemami (np. liczba gatunków unikalnych, specyficznych dla danego ekosystemu).

γ - diversity = bioróżnorodność oceniana na dużych obszarach lub w całym regionie ( np. liczba gatunków w krajobrazie).

Whittaker i wsp. 2001

Poziomy bioróżnorodności

6

Jak zmierzyć

i wycenić

bioróżnorodność ? fot. D. Sienkiewicz-Paderewska

Wskaźniki bioróżnorodności

TOPICS Introduction Diversity indicators Succession | Species | Carbon stocks

From: Duelli & Obrist ((20032003)

(2003 (2003)

Wskaźniki bioróżnorodności wg Eurostatu

Opracowano listę 28 rolniczo-środowiskowych wskaźników, (AEI),

zaproponowanych do monitorowania aspektów środowiskowych w

realizacji wspólnej polityki rolnej UE (CAP). W kontekście 'Renewed

EU Sustainable Development Strategy', wskaźniki te pomagają w :

dostarczaniu informacji o środowisku rolniczym

pokazaniu wpływu rolnictwa na środowisko;

ocenie wpływu rolnej i środowiskowej polityki na zarządzanie

farmami

podejmowaniu decyzji w zakresie rolnictwa i polityki

środowiskowej;

przedstawianiu relacji rolno-środowiskowych opinii publicznej

Eurostat (http://ec.europa.eu/eurostat/): Agri-environmental indicators (AEI)

stocks

9

Określając bioróżnorodność w rolnictwie najczęściej badamy zróżnicowanie gatunków, ewentualnie ras, czy odmian w obrębie ekosystemu, typu krajobrazu, obszaru, regionu geograficznego, gospodarstwa etc.

„A large majority of EU citizens agree that agriculture contributes to the beauty of the countryside (86%), helps to preserve and protect rural areas (89%), and is beneficial for the environment (81%).”

Special Eurobarometer 389, 2012

Bioróżnorodność w rolnictwie

10

ASPEKTY NEGATYWNE ASPEKTY POZYTYWNE

Niszczenie naturalnych siedlisk i zastępowanie ich przez agrocenozy

Intensywne zwalczanie chwastów i chorób obniża obecność wielu gatunków

Migracja środków chemicznych ( nawozy i pestycydy) do środowiska

Zwiększenie bioróżnorodności krajobrazu

Ekstensywne rolnictwo zwiększa udział roślin wieloletnich

Wypas zwiększa bogactwo gatunkowe ekosystemów

Ekstensywne sady wpływają na wzrost obecności gatunków półnaturalnych

Rolnictwo a bioróżnorodność

11

Wskaźniki bioróżnorodności

Bogactwo gatunkowe (Species richness) to liczba gatunków w zbiorowisku (na danych obszarze etc.). Oceniamy liczbę gatunków obecnych na danym terenie ( w danym siedlisku, ekosystemie etc. )

Można w ten sposób np. szacować straty na zdefiniowanym obszarze np. metoda Species –Area Relationship SAR ( stosowana np. przy ocenie deforestacji lasów tropikalnych ) He and Legendre 1996

Opracowano wiele wskaźników bioróżnorodności, a nowe metody wciąż powstają, często coraz bardziej skomplikowane, co zdecydowanie nie umniejsza roli najprostszych i najczęściej na razie stoswanych wskaźników, do których należą:

Względny udział gatunku w zbiorowisku (Relative abundance) to procentowy udział osobników danego gatunku w zbiorowisku (na danych obszarze etc.) względem łącznej liczby osobników zbiorowisku.

12

N – łączna liczba osobników wszystkich gatunków ni – łączna liczba osobników i-tego gatunku

)1(

)1(

nini

NNdiversity

Współczynnik bioróżnorodności Simpsona

Współczynnik Shannona-Wienera (Weavera)

S

i

ii ppH1

lnH’ – miara różnorodności gatunkowej zbiorowiska S – liczba gatunków pi – procent względnego pokrycia i-tego gatunku w zbiorowisku

fot. D. Sienkiewicz-Paderewska fot. A. Chodkiewicz

Współczynniki

bioróżnorodności tych

fitocenoz trawiastych

będą się wyraźnie

różnić

Nizinna łąka śmiałkowa w

Polsce

Łąka górska w Pirenejach

Wskaźniki bioróżnorodności c.d.

13

określanie poziomu różnorodności gatunkowej wszelkich organizmów na obszarze ich występowania zarówno w ekosystemach rolniczych, jak i pozostałych (leśnych, wodnych, gruntów ornych, populacji mikroorganizmów w ich środowisku życia, etc.).

Np. określanie różnorodności gatunków roślin trwałych użytków zielonych, określanie gatunkowego zróżnicowania populacji chwastów w uprawach rolniczych, określania bogactwa miedz śródpolnych, opisywanie ornitofauny lub fauny motyli na wybranym obszarze etc.)

Zastosowanie mierników

bioróżnorodności

14

Określanie zmian w obecności, nieobecności lub rozproszenie pojedynczych gatunków roślin na danej przestrzeni Smith i wsp. 1985

Kwadrat 1 m x 1 m (obecność i stopień pokrycia gatunków) wewnątrz kwadratu 2x2 m ( obecność pozostałych gatunków,) pięć kwadratów w transekcie jednego pola C.N Critchley 1997

Metody „ramkowe”

15

Metody oceny zachwaszczenia ( metody ramkowe, ocena liczby chwastów, ich świeżej lub suchej masy itp., fitosocjologiczne)

Ocena banku nasion w glebie

Wielkość banku nasion oceniana jest na podstawie liczby nasion w próbie gleby (np. metoda Worobjewa w mod. Pawłowskiego 1963).

Ocena wielkości banku nasion w oparciu o zagęszczenie siewek wschodzących z nasion, które znajdują się w glebie pobranej w warunkach naturalnych, a następnie umieszczonej w szklarniach lub laboratoriach

Obserwacja wschodów siewek w warunkach naturalnych na przygotowanych uprzednio poletkach

Metody fitosocjologiczne (waloryzacja przyrodnicza, ocena stopnia synantropizacji, użytkowo - rolnicza, siedliskowa, turystyczno-rekreacyjna, obecność form życiowych i in.)

Metody mikrobiologiczne

Metody stosowane w

agroekosystemach

16

Całkowita biomasa mikroorganizmów w glebie

Stosunek biomasy grzybów do biomasy bakterii w glebie ( Bardgett i wsp.1996)

Współczynnik różnorodności nematod glebowych

Metody mikrobiologiczne

Inne metody i narzędzia

Metody biochemiczne (oznaczanie wolnych kwasów tłuszczowych, ergosterolu, enzymów itp.)

Metody matematyczne, bioinformatyczne, modele komputerowe, metody graficzne

Technika satelitarna, zdjęcia lotnicze, drony, wideo rejestratory, GPS

17

18

Sukcesja jest niezależnym od zmian sezonowych kierowanym i ciągłym procesem zasiedlania i jednocześnie wymierania populacji istniejących na danym obszarze. Begon et al. 1990

Sukcesja

19

Metoda faz degeneracyjnych Falińskiego

Fazy :

1) zmniejszenie się ilościowości gatunków charakterystycznych dla zespołu

2) zanik gatunków charakterystycznych zespołu

3) zanik gatunków charakterystycznych dla danego rzędu

4) zanik gatunków typowych dla danej klasy

5) zanik gatunków towarzyszących

6) zmiana formacji

Metoda faz antropizacyjnych Kostrowickiego

Metody oceny stopnia degradacji

20 fot. D. Sienkiewicz-Paderewska

Sukcesja na nieużytku porolnym

21

Bioróżnorodność krajobrazu

22

Ocena bioróżnorodności krajobrazu

INRA Francja

23

Usługi ekosystemowe (ecosystems services ES)

a) zestaw wytworów (np. rośliny uprawne, ryby, grzyby, drewno, owoce leśne, zwierzyna łowna)

b) funkcje ekosystemowe (świadczenia zaopatrzeniowe, regulacyjne, wspomagające i kulturowe)

M. Staniak, B. Feledyn-Szewczyk 2016

Szacowanie wartości bioróżnorodności

fot. D. Sienkiewicz-Paderewska; Global Diversity Outlook

24

Usługi zaopatrzeniowe (płody rolne, zwierzęta, drewno) – na podstawie cen rynkowych

Usługi kulturowe ( wartości estetyczne, rekreacyjne, edukacyjne ) – wyceniane za pomocą kosztów podróży do danego miejsca

Usługi regulacyjne (utrzymanie jakości wody, powietrza, ochrona przed erozją, regulacja klimatu) –wycena kosztów budowy wałów przeciwpowodziowych, stacji uzdatniania wody itp.

Metody szacowania wartości

ekonomicznej ekosystemów

25 25

City

Road

zoning

Recreation

Species habitat Regulating services…

Aesthetic View

Water quality

Metody szacowania wartości

ekonomicznej ekosystemów

26

Gatunki i rasy miejscowe zwierząt hodowlanych

Gatunki dzikie Owady i motyle Ptaki

Fauna a bioróżnorodność

fot. Z.M. Raczkowscy

fot. D. Sienkiewicz-Paderewska

fot. D. Sienkiewicz-Paderewska

fot. D. Sienkiewicz-Paderewska

27

28

•Badanie trendów populacyjnych 37 wyselekcjonowanych gatunków ptaków, które są charakterystyczne dla europejskich terenów rolniczych

•„Ptaki terenów rolniczych mogą być wskaźnikiem i barometrem zmian w bioróżnorodności krajobrazów rolniczych w Europie.” •„ Ptaki są dobrym wskaźnikiem dostępności środowiska dla dzikiej przyrody a zwłaszcza przydatności terenów rolniczych dla gniazdowania w okresie ich sezonu rozrodczego •Ocena zmian trendów w populacji charakterystycznych gatunków ptaków może pomóc w określeniu jakości siedlisk rolniczych i określić jak wartość tych siedlisk zmienia się w czasie.” http://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Agri-environmental_indicator_-_population_trends_of_farmland_birds

Ptaki terenów rolniczych

Dziękuję Państwu

za uwagę