Ekologia i ochrona środowiska

Opis kierunku badawczego

Prace naukowe z zakresu ekologii i ochrony środowiska koncentrują się na następujących tematach badawczych:

1. Różnorodność biologiczna w ocenie i prognozowaniu stanu środowiska
Przedmiotem badań jest zróżnicowanie flory i fauny oraz roślinności różnych typów lądowych siedlisk naturalnych, półnaturalnych i antropogenicznych oraz roślin i zwierząt (w tym wybranych grup bentosu) w zbiornikach wodnych o różnej genezie i użytkowaniu, w aspekcie występujących w ich obrębie relacji międzygatunkowych i tempa przemian. Badania te pozwalają określić różnorodność biologiczną ekosystemów lądowych i wodnych na różnym poziomie ich organizacji, z uwzględnieniem procesów deterministycznych i stochastycznych, wpływających na ich kształtowanie. Obecność lub brak gatunków (lub zespołów organizmów), pełniących funkcje bioindykatorów, wykorzystywana jest do oceny ilościowych i jakościowych zmian środowiska przyrodniczego. Opracowywanie i aktualizacja naukowych podstaw identyfikacji i monitoringu oraz monitoring siedlisk przyrodniczych oraz gatunków roślin i zwierząt ważnych dla ochrony przyrody w Unii Europejskiej, a także gatunków rzadkich, ginących i zagrożonych w skali makroregionu południowego są podstawą działań na rzecz ochrony przyrody i zarządzania środowiskiem (np. HabitARS).
Wynikiem wieloletnich prac prowadzonych na obszarze południowej Polski, w tym województwa śląskiego, jest rozwój regionalnego systemu informacji i baz danych o środowisku w zakresie przyrody ożywionej i nieożywionej (np. BIOGEO-SILESIA ORSIP), które znajdą zastosowanie w przetwarzaniu i analizie naukowej informacji przyrodniczej oraz jej upowszechnianiu, będąc ponadto narzędziem pomocnym w zarządzaniu środowiskiem (m.in. w sporządzaniu planów zagospodarowania przestrzennego czy ocen oddziaływania na środowisko) (http://biogeo.us.edu.pl/).
Ważnym aspektem tych badań jest identyfikacja i ocena zagrożeń ze strony organizmów obcego pochodzenia, w tym inwazyjnych, dla różnorodności biologicznej oraz zasobów przyrodniczych i stanu zachowania ekosystemów lądowych i wodnych. Opracowywane i testowane metody pozwalają również na podjęcie działań w celu minimalizacji zagrożeń i/lub kompensacji przyrodniczej (np. Rośliny obcego pochodzenia w Polsce…).

2. Procesy ekologiczne w środowiskach naturalnych i antropogenicznych
Badania te koncentrują się na różnych procesach ekologicznych, tj. sukcesja z udziałem modelowych gatunków roślin i zwierząt oraz na roli procesów mikroewolucji roślin, które zachodzą pod wpływem czynników środowiskowych, z uwzględnieniem analizy zmienności fenotypowej i genetycznej organizmów kolonizujących różne typy siedlisk. Prace badawcze prowadzone w siedliskach naturalnych i antropogenicznych, w tym poprzemysłowych, uwzględniają zależności koewolucyjne roślin, zwierząt, grzybów i mikroorganizmów oraz rolę zwierząt w transferze diaspor roślinnych, a także relacje między gatunkami rodzimymi i obcego pochodzenia, ze szczególnym uwzględnieniem parametrów biotycznych i abiotycznych.
Ważnym aspektem badań ekologicznych jest analiza wieku i pochodzenia obszarów leśnych oraz ich historycznego i aktualnego rozmieszczenia w krajobrazie. Rozpoznanie to jest istotne w prawidłowej diagnozie przyczyn ich aktualnej różnorodności biotycznej oraz toczących się w nich procesów ekologicznych. Kluczowego znaczenia w tych badaniach nabierają gatunki diagnostyczne dla obszarów leśnych o niezaburzonym trwaniu w krajobrazie, tzw. gatunki starych lasów. Ich aktualne rozmieszczenie jest bowiem dobrą miarą mechanizmów kształtujących różnorodność biotyczną w lasach.
Prowadzone badania mają na celu opracowanie skutecznych metod renaturyzacji, odtwarzania i kreowania siedlisk przyrodniczych, w tym na terenach uwolnionych spod presji rolniczej, popożarzyskowych oraz na terenach przekształconych w wyniku działalności przemysłowej, na podstawie wzorców istniejących w układach naturalnych.

3. Reakcje ekofizjologiczne roślin i zwierząt
Badania obejmują transfer biogenów i substancji toksycznych, w tym metali ciężkich, w sieciach troficznych organizmów, potencjał wzrostu, historie życiowe, strategie alokacji energii i odżywianie bezkręgowców lądowych środowisk zdegradowanych, rolniczych i leśnych. Ważnym aspektem prowadzonych doświadczeń jest wyjaśnianie odmienności behawioralnych i fizjologicznych zwiększających tolerancję różnych stresorów środowiskowych z uwzględnieniem aktywności biologicznej gleby, stabilizacji warunków geochemicznych podłoża i tolerancji metali ciężkich.
Celem prowadzonych badań jest również opracowywanie i zastosowanie skutecznych metod biologicznej remediacji z wykorzystaniem roślin i bakterii (np. projekt ABTOW) oraz rekultywacji zwałowisk odpadów toksycznych, pochodzących ze wzbogacania rud metali nieżelaznych.

W badaniach wykorzystuje się następujące metody badawcze:

I. Metody zbioru danych w terenie
♦ metody ilościowe i jakościowe oceny składu gatunkowego zbiorowisk roślinnych oraz zgrupowań zwierząt, metody kartograficzne
♦ standaryzowane metody poboru i pomiaru parametrów fizycznych i chemicznych wody, gleby i osadów dennych
♦ długotermionowe obserwacje na stałych powierzchniach
♦ klasyczne metody hodowli zwierząt i roślin (w warunkach szklarniowych i ogrodowych)

II. Metody opracowania danych terenowych i badań laboratoryjnych
♦ identyfikacja materiału biologicznego roślinnego i zwierzęcego
♦ analizy zgrupowań organizmów lądowych i wodnych z wykorzystaniem wskaźników biocenotycznych i analizy wielowymiarowej
♦ wielospektowa analiza materiałów florystycznych i fitosocjologicznych
♦ analizy zmienności cech fenotypowych populacji różnych taksonów roślin i zwierząt
♦ metody przetwarzania i analizy danych geoprzestrzennych (GIS)
♦ metody analiz fizykochemicznych wody, gleby, osadów dennych
♦ metody spektrometrii absorpcji atomowej oraz Variomax do analiz C, N, S
♦ metody immunochemiczne i spektrometryczne do analiz enzymatycznych, wskaźników stresu oksydacyjnego, białek stresu, chlorofilu i innych składników budowy organizmów
♦ metoda BIOLOG do oceny aktywności mikrobiologicznej
♦ biotesty, np. wigor nasion, zdolności i energii kiełkowania nasion; genotoksyczności, toksyczności ostrej i chronicznej (MARA, Daphtoxkit, Algaltoxkit, Ostracodtoxkit, Phytotoxkit), testy do szybkiego oznaczania substancji aktywnych hormonalnie w środowisku, kosmetykach i produktach chemicznych (np. XenoScreen YES/YAS)
♦ techniki luminometryczne i cytometryczne do analiz potencjału energetycznego komórek
♦ respirometryczne techniki do oceny tempa metabolizmu energetycznego oraz kalorymetrię i mikrokalorymetrię do analiz wartości energetycznej tkanek i bilansów energetycznych
♦ cytometria przepływowa
♦ techniki molekularne: AFLP, SSR, chloroplastowy DNA do analizy zmienności genetycznej, metoda kometowa