Биомы. Основные типы сухопутных биомов
Если задаться вопросом, сколько экосистем существует на земном шаре, то, вероятно, ответить на него будет нелегко [9, с. 136]. И все из-за безразмерности, безранговости экосистем. Поэтому экологи решили сконцентрировать внимание на крупных сочетаниях экосистем – биомах. Биом – это природная зона или область с определенными климатическими условиями и соответствующим набором доминирующих видов растений и животных, составляющих географическое единство. Например, в лесных биомах доминирующая роль принадлежит деревьям, в тундре – многолетним травам, в пустыне – однолетним травам, ксерофитам и суккулентам.
Решающим фактором при выделении биомов является особенность растительности того или иного региона. Из всей биосферной биомассы, т. е. суммы животных и растительных форм живого, 99 % приходится на растительную биомассу. Тропический лес покрывает всего около 7 % поверхности суши, но при этом на его зеленую растительность приходится около 43 % всей растительной массы биосферы Земли. В то же время пустыни и тундра занимают около четверти суши, а их растительная биомасса составляет по 1 %. Подсчитано, что леса разных типов на нашей планете содержат почти 1000 ∙109т биологической массы, в то время как для всех возделываемых сельскохозяйственных культур этот показатель составляет всего 0,7 ∙109 т, хотя эти культуры занимают площадь значительно большую, чем тропические леса.
|
|
|
Продвигаясь с севера нашей планеты к экватору, можно выделить девять основных типов сухопутных биомов.
1. Тундра. Расположена между полярными льдами и таежными лесами к югу. Само слово «тундра» означает «к северу от границы лесов». Основные лимитирующие факторы – низкая температура и короткий сезон вегетации. Характерной особенностью этого биома является малое годовое количество осадков – всего 250 мм в год. Тундра – это, видимо, единственное место на Земле, где грибы вырастают выше деревьев.
2. Тайга (биом бореальных (северных) хвойных лесов). Протянулась широким поясом по северу Евразии и Северной Америки (Канада и Аляска). Это один из самых обширных по площади биомов. Здесь развиты вечнозеленые хвойные древесные породы. Крупных животных мало, в основном это лоси и олени, но обитает большое количество хищников.
3. Листопадные леса умеренной зоны (дуб, бук, клен, орешник). Данный биом характерен для центральной Европы, частично Восточной Азии и востока США. Леса этого биома занимают плодородные почвы, что послужило причиной их вырубки и распахивания земель для нужд сельского хозяйства. Современная лесная растительность здесь сформировалась под непосредственным влиянием человека.
|
|
|
4. Степи умеренной зоны. Типичным обликом степей является море травянистой растительности. Степи занимают внутренние пространства евразийского, североамериканского континентов, юг Южной Америки и Австралии. В год выпадает от 250 до 750 мм осадков. Почвы степей с высокими травами (главным образом злаки с обширной корневой системой) богаты гумусом (органическое вещество почвы), поскольку к концу лета травы погибают и быстро разлагаются.
5. Растительность средиземноморского типа. Этот биом носит специфическое название – чапараль. Его распространение приурочено к области с мягкими дождливыми зимами и нередко засушливым летом. Впервые это биом был описан для условий Средиземноморья, затем сходную растительность описали для Мексики, Калифорнии, Южной Америки и Австралии. В этом биоме важную роль играют пожары, которые, с одной стороны, благоприятствуют росту трав и кустарников (в почву возвращаются элементы питания), а с другой – создают естественный барьер вторжению пустынной растительности (рис. 11).
Рис. 11
Огонь не только губит растения, но и может способствовать их росту. На верхнем рисунке изображен североамериканский кустарник из семейства бобовых, который обычно «душит» злаки.
|
|
|
После пожара злаки оправляются быстрее, чем кустарники, и успевают успешно разрастись (нижний рисунок)
6. Пустыни. Значительная часть суши на земном шаре занята пустынями, полупустынями и засушливыми зонами. Биом пустынь характерен для засушливых и полузасушливых зон земли, где выпадает менее 250 мм осадков. Среди пустынь различают холодные (пустыня Гоби) и жаркие (Сахара, Калахари и др.).
7. Тропические саваны и лугопастбищные земли. Данный биом распространен на довольно бедных почвах, что послужило причиной его относительной сохранности. Биом располагается по обеим сторонам от экваториальной зоны между тропиками. Наиболее характерные саванны расположены в центральной и Восточной Африке, хотя они встречаются также и в Южной Америке, и в Австралии. Растения вынуждены здесь приспосабливаться к сухим сезонам и пожарам. В саваннах Африки пасется такое количество копытных, которое не встречается ни в одном другом биоме. Так, на площади около 800 000 га общее количество животных достигает 4 ∙106 голов.
8. Тропическое, или колючее, редколесье. Данный биом характерен для Южной, Юго-западной Африки и Юго-западной Азии. Лимитирующий фактор здесь – неравномерное распределение осадков, хотя в целом их выпадает достаточное количество.
|
|
|
9. Тропические леса. Биом занимает тропические области Земли в бассейнах Амазонки и Ориноко в Южной Америке, бассейны Конго, Нигера и Замбези в Центральной и Западной Африке, Мадагаскар, Индо-Малайскую область и Борнео-Новую Гвинею. Тропики обычно называют джунглями. По разнообразию жизни на нашей планете ничто не может сравниться с тропическими дождевыми лесами. Один гектар экваториального леса может вместить 42000 видов насекомых, 750 видов деревьев и 1500 разновидностей других жизненных форм. Число видов рыб в Амазонке больше чем во всем Атлантическом океане.
Растительность тропического леса – сплошная стена растений, поднимающихся на высоту до 75 м. Множество эпифитов и лиан переплетают стволы деревьев. Лазящие растения достигают в длину 300 м и связывают древесные кроны друг с другом. Фауна тропических лесов еще богаче. Здесь обитает по меньшей мере 2,5 млн. (по некоторым оценкам 5 млн.) видов – различных представителей мира животных, подавляющее большинство которых приходится на насекомых.
Выделите главные особенности тропических лесов…
[1] леса этого биома занимают плодородные почвы;
[2] произрастают они на крайне бедных почвах; верхний слой почвы не превышает 5 см на склонах; под ним лежит красная латеритная глина, лишенная питательных веществ;
[3] характерны осадки эпизодические, тепло с определенными сезонными колебаниями;
[4] почти каждый день после полудня там выпадают обильные дожди, и поэтому ежегодный уровень осадков превышает два метра;
[5] почти все минеральные и органические вещества сосредоточены в самой растительности и циркулируют в высокоэффективной замкнутой системе (вырубка леса ведет к ее нарушению).
Экологические пирамиды
Для изучения взаимоотношений между организмами в экосистеме и для их графического изображения обычно используют не схемы пищевых сетей, а экологические пирамиды [4, с. 65].
Экологические пирамиды выражают трофическую структуру экосистемы в геометрической форме. Они строятся в виде прямоугольников одинаковой ширины, но длина прямоугольников должна быть пропорциональна значению измеряемого объекта. Отсюда можно получить пирамиды численности, биомассы и энергии.
Пирамиды численности. Они представляют собой наиболее простое приближение к изучению трофической структуры экосистемы. Основание пирамиды образуют растения-продуценты. Над ними располагаются фитофаги. Следующее звено представлено консументами второго порядка. И так далее до вершины пирамиды, которую занимают наиболее крупные хищники. Высота пирамиды обычно соответствует длине пищевой цепи. И поскольку на верхние этажи пирамиды энергия доходит в очень малых количествах, цепь редко состоит более чем из 5-6 звеньев.
Пирамида чисел, или распределение особей по трофическим уровням, зависит от следующих факторов:
- в любой экосистеме мелкие животные численно превосходят крупных и размножаются быстрее;
- для всякого хищного животного существуют нижний и верхний пределы размеры их жертв и, как правило, пищей служат жертвы оптимального размера. Для поддержания жизни одного льва требуется 50 зебр в год. На Фолклендских островах кулик-сорока на скалах во время отлива добывает брюхоногого моллюска «блюдечко», но может справиться только с особями среднего размера: моллюски, размер которых превышает 45 мм, от него ускользают. Однако из этого правила есть исключения. Волки, охотясь сообща, могут убивать жертву более крупную, чем они сами, например оленей. Пауки и змеи, обладая свойством выделять яд, убивают крупных животных. Единственным же видом, способным использовать в пищу животных любой величины, является человек.
Пирамиды численности отражают плотность организмов на каждом трофическом уровне. В построении различных пирамид численности отмечается большое разнообразие. Нередко они перевернуты (рис. 12). Например, в лесу насчитывается меньше деревьев (первичные продуценты), чем насекомых (растительноядные). Подобная же картина наблюдается в пищевых цепях сапрофитов (грибов, питающихся гниющими растениями) и паразитов.
Рис. 12. Пирамида чисел для степи летом (1) и для леса умеренной
зоны летом (2) (из Одума, 1975): Р – продуценты; с – консументы
Пирамида биомассы. Отражает более полно пищевые взаимоотношения в экосистеме, так как в ней учитывается суммарная масса организмов (биомасса) каждого трофического уровня.
Для пирамид биомассы можно сделать несколько обобщений:
- наземные и мелководные экосистемы, где продуценты крупные и живут сравнительно долго, характеризуются относительно устойчивыми пирамидами с широким основанием и узкой вершиной (рис. 13). На форму пирамиды подобных экосистем влияет возраст сообщества (для недавно возникших сообществ вершина пирамиды будет более узкой);
- в открытых и глубоких водах, где продуценты невелики по размеру и имеют короткий жизненный цикл, пирамида биомассы может быть обращенной. Так, фитопланктонные водоросли очень быстро делятся (скорость обмена веществ повышена, т. е. биомасса мала, производительность велика), а их потребители – зоопланктонные ракообразные – гораздо крупнее, но имеют длительный цикл воспроизводства.
Рис. 13. Пирамида биомассы (по Б. Небелу, 1993)
Пирамида энергии. Пирамиды энергии строятся подсчетом количества энергии (джоуль), аккумулированной единицей поверхности за единицу времени и используемой организмами на каждом трофическом уровне. Так, можно относительно легко определить количество энергии, накопленной в биомассе, и сложнее оценить общее количество энергии, поглощенной на каждом трофическом уровне. Можно констатировать, что деструкторы, значимость которых представляется небольшой в пирамиде биомассы, а в пирамиде численности наоборот, получают значительную часть энергии, проходящей через экосистему. При этом только часть всей этой энергии остается в организмах на каждом трофическом уровне экосистемы и сохраняется в биомассе, остальная часть используется для удовлетворения метаболических потребностей живых существ: поддержание существования, рост, воспроизводство. Животные также расходуют значительное количество энергии и для мышечной работы.
Р. Линдеман в 1942 году впервые сформулировал закон пирамиды энергий («закон 10 %»). Согласно этому закону, с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой ее уровень в среднем не более 10 % энергии. Количество энергии, доходящее до третичных плотоядных (V трофический уровень), составляет около 0,0001 энергии, поглощенной продуцентами. Передача энергии с одного уровня на другой происходит с очень малым КПД.
Из трех типов экологических пирамид пирамида энергии дает наиболее полное представление о функциональной организованности сообществ, потому что пирамида энергии…
[1] отражает скорость прохождения массы пищи через пищевую цепь (число и масса организмов на трофическом уровне зависят от скорости продуцирования пищи);
[2] отражает статистику системы (количество организмов или их биомассу в данный момент);
[3] не бывает перевернутой и на ее форму не влияют изменения размеров особей и интенсивности их метаболизма;
[4] универсальна и объективно отражает круговорот веществ в биосфере.
Экологические факторы
Любой организм в среде обитания подвергается воздействию самых разнообразных климатических, эдафических («эдафос» - почва) и биотических факторов [14, с. 27].
«Экологический фактор» - это любой нерасчленяемый далее элемент среды, способный оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития.
Существуют следующие критерии экологического фактора:
- нерасчленяемость данного элемента среды. Например, в качестве экологического фактора нельзя рассматривать глубину водоема или высоту местообитания над уровнем моря, поскольку глубина влияет на водных обитателей не непосредственно, а через увеличение давления, уменьшение освещенности, понижение температуры, уменьшение содержания кислорода, повышение солености и т. д. Действие высоты осуществляется через понижение температуры, атмосферного давления.
Именно температура, освещенность, давление, соленость и т. д. будут выступать в качестве экологических факторов среды, оказывающих непосредственное влияние на живые организмы;
- действие экологического фактора может быть не прямым, а опосредованным, т. е. в этом случае он воздействует через многочисленные причинно-следственные связи. Пример опосредованного воздействия экологического фактора можно найти на птичьих базарах. На птичьих базарах наблюдается колоссальное скопление птиц. Чем объяснить столь высокую плотность птичьего населения? Основную роль здесь играют биогенные вещества: помет птиц падает в воду; органика в воде минерализуется бактериями, в связи с чем в данном месте концентрируются водоросли. Это, в свою очередь, ведет к повышению концентрации планктонных организмов, в основном ракообразных. Последними питаются рыбы, а ими птицы, населяющие базары. Таким образом, птичий помет выступает здесь в роли экологического фактора. Как элемент среды он нерасчленим, но действует не прямо, а через сложную систему взаимодействия различных экологических факторов.
Какими бы разными по природе не были экологические факторы, результаты их действия экологически сравнимы, поскольку они всегда выражаются в изменении жизнедеятельности организмов (рис. 14), что в конечном счете приводит к изменению численности популяции. Рассмотрение этой зависимости позволяет отметить следующие закономерности:
- при определенных значениях фактора создаются условия, наиболее благоприятные для жизнедеятельности организмов; эти условия называются оптимальными, а соответствующая им область на шкале значений фактора - оптимумом;
- чем больше отклоняются значения фактора от оптимальных, тем сильнее угнетается жизнедеятельность особей; в связи с этим выделяется зона их нормальной жизнедеятельности;
- диапазон значений фактора, за границами которого нормальная жизнедеятельность особей становится невозможной, называется пределами выносливости. За пределами зоны оптимума лежат зоны угнетения, переходящие в критические точки, за которыми существование невозможно.
Рис. 14. Влияние интенсивности фактора на жизнедеятельность
организмов (общие закономерности)
К зоне оптимума обычно приурочена максимальная плотность популяции. Зоны оптимума для различных организмов неодинаковы. Для одних они имеют значительный диапазон. Такие организмы относятся к группе эврибионтов. Организмы с узким диапазоном адаптаций к факторам называются стенобионтными.
Диапазон значений факторов (между критическими точками) называют экологической валентностью. Синонимом термина валентности является толерантность (лат. толеранция – терпение), или пластичность (изменчивость). Каждый вид характеризуется своей толерантностью – способностью переносить отклонения экологических факторов от оптимальных.
Представители различных видов сильно отличаются друг от друга как по экологической валентности, так и по положению оптимума. Северный олень может переносить колебания температуры среды в диапазоне около 80 0С, а обитатели коралловых рифов в тропических морях всего - 5-6 0С.
Большинство обитателей моря приспособлены к высокой солености воды, понижение концентрации солей в воде для них губительно. Для жителей пресных вод также характерны узкие пределы выносливости, но уже к низкому содержанию солей в воде. Существует и третья группа организмов, которые способны выносить очень большие изменения солености воды и зачастую могут жить как в пресноводных, так и в морских водоемах (трехиглая колюшка, рачок Artemia saliva и др.). По отношению к солености различают стено и эвригалинные виды, к температуре – стено- и эвритермные виды, к влажности – стено- и эвригигрические, по отношению к местообитанию – стено- и эвриойкные и т. д.
В комплексе действия факторов можно выделить некоторые закономерности, которые являются в значительной мере универсальными (общими) по отношению к организмам. К таким закономерностям относятся правило оптимума, правило взаимодействия факторов, правило лимитирующих факторов и некоторые другие.
Выделите сущность правила взаимодействия факторов …
[1] фактор, находящийся в недостатке или избытке (вблизи критических точек), отрицательно влияет на организмы и, кроме того, ограничивает возможность проявления силы действия других факторов, в том числе находящихся в опти-муме;
[2] факторы обусловливают границы распространения видов (популяции), их ареалы, от них зависит продуктивность организмов и сообществ;
[3] одни факторы могут усиливать или смягчать силу действия других факторов, но они не взаимозаменяемы;
[4] для экосистемы, организма или определенной стадии его развития имеется диапазон наиболее благоприятных значений фактора.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 1061; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!