ПідТема: «Екосистеми субтропіків та їх характеристика»

План: 1. Поширення субтропічних екосистем. 2. Екологічні умови.3.Характеристика продуцентів. 4. Характеристика консументів. 5.Охорона субтропічних екосистем.

Мета. Розкрити основні екологічні характеристики субтропічних екосистем, їх органічного світу та висвітлити проблеми охорони природи.

1. Поширення. Позатропічні райони в межах 30-45⁰ північної та південної широти, дуже різноманітні за природними умовами (в основному між 35-40⁰ північної широти). Частіше за все представлені субтропічними помірно-теплими шорстколистими, хвойними та лавролистими лісами, а також – кущами. Різний ступінь континентальності, напрям домінуючих вітрів, складність рельєфу, інтенсивне використовування природних ресурсів – контрастність мозаїки регіонів, багато видів та інших таксонів органічного світу. Охоплюють узбережжя екосистеми субтропіків Середземного моря, західне узбережжя Північної і Південної Африки, Америки, південний захід Австралії і крайній південь Африки. Є окремі вкраплення в Гімалаях, Ефіопії в рифтових долинах Африки на тихоокеанських прибережних підняттях, від Австралії і Нової Зеландії до Азії.

 

2. Екологічні умови. Тут є постійно вологі території та безводні пустелі, місцевості без морозів і райони із зимовими холодами до – 20⁰С. Але домінують екосистеми середземноморського типу – з зимовими дощами та сухим літом. Панування вічнозелених шорстколистих лісів. Cкрізь – подібність умов, але велика різниця у флорі і фауні, конвергентні риси у малоспоріднених організмів та унікальність. В типових європейських Середземноморських екосистемах – величина сонячної радіації 130-170 ккал/см²-рік, радіаційний баланс ніж 50-70 к. Влітку домінує пасатна циркуляція – континентально тропічне повітря, суха малохмарна погода, t⁰ липня +23,+29⁰. Зимою полярний фронт переміщається на південь; тут – улоговини низького тиску з атлантичними циклонами – морське вологе повітря. Але t⁰ висока: у січні вона коливається від +7 до +14⁰. Утеплює морем і захищає гірський бар’єр на півночі. Прориви холодного повітря крізь прориви в долинах річок (Рона). Тому на півночі регіону абсолютний мінімум ~ -15 -17⁰ на півдні ~ 0⁰. Сума t⁰ понад 10⁰ ~ 4,5⁰тис. на півночі і 7,5⁰ – на півдні. Річна амплітуда t⁰ із заходу на схід – 10⁰-20⁰. За рік випадає 400 – 700 мм опадів з високим випаруванням 1000 – 1600 мм така ж вологість як і в нашій степовій зоні. Влітку домінує посушливий сезон – 2-3місяці на півночі і 5-6 місяців на півдні (квітень-вересень).

Більша частина північного узбережжя Африки (за Атласькими горами) відноситься до зони коричневих грунтів та сухих склерофільних лісів та чагарників, (склерофільний, жорстколистний або сухолюбивий). В Марроко, Іспанії – на вапняках карбонатно-коричневі грунти. Протягом вологої безморозної зими грунти промиваються, а влітку висихають і грунтові розчини піднімаються вгору. Тому добре розчинні (хлориди, сульфати) видаляються, а менш розчинні карбонати кальцію накопичуються не глибше 50 с м в межах алювіального горизонту. Гумусний шар має зазвичай нейтральну реакцію, але вона коливається за сезонами. Вміст гумусу 4-7% - висока родючість. Домінування карбонатів – багата фауна наземних мушлів (Крим). Коричневі грунти проникають до Закавказзя і Південь Середньої Азії (співтоваприства шибляка), є у районах розповсюдження вічнозеленої склерофільної рослинності Америки, Азії, Австралії, Південної Африки.

3. Характеристика продуцентів. Найбільш загальні риси – вічнозеленність, склерофіллія дерев та кущів, наявність трав`янистих ефіроолійних форм з сильним пряним запахом, суттєвий вплив експозицій схилів на характер угрупувань у хвилястій і гірській місцевостях.

Разом з відсутністю катастрофічних флуктуацій клімату (зледеніння у минулому) – велике розмаїття зелених рослин та інших організмів. Пересічна висота жорстколистих лісів 15-20 м, тільки евкаліптові ліси керрі – до 40-50 м. Нерідкі розріженні деревостани (кущі, чисті чагарникові жорстколисті формації – маквіс чапарраль скраб). Часто1-2 деревні яруси, листя склерофілів суцільнокраї, шкірясті, опушені або з восковим напилом, живуть кілька років (родини букових, маслинових, вересових, лілійних тощо). Для дерев характерно: корок або пробка на стовбурах, розгалуження на невеликій висоті, широка крона.

Природні середземноморські ліси та близькі до них пальмове, хвойне і евкаліптове рідколісся в області зимових дощів збереглися мало. Велика частина території зайнята вторинними формаціями. На вирубках і змитих грунтах панують ксерофітні, напівчагарники і трави із найбільш посушливих районів які носять особливі назви (фрігала, гаррига, томільяр та ін.).

Найбільш вологі райони – субтропічні і помірно теплі дощові ліси (поява хвойних дерев наявність епіфіт них мохів та папоротей) майже повна відсутність кауліфлорії. Незначні видове різноманіття деревного яруса. Поява лаврових лісів (невелика висота, 2-ярусний деревостан з невеликою кількістю домінуючих порід, багато папоротей в підліску, епіфітних мохів, печіночників та лишайників.

Вирубки лісів відома з античних часів. Тому у корінних жорстколистих співтовариствах панує кам’яний дуб (Q. ilex). Це дерево ~ 25 м, гладка кора, але знизу листки опушені. Форма листків овальна, широко ланцетна 3-8 см. В західній частині зазвичай панує пробковий дуб (Q. suber) до 20 м. Листки з невеликими зубчиками по краях. Більшість насаджень кам’яного дубу порослеві межуються з чагарниковим дубом (Q. сocciterum). Такі співтовариства мають назву маквіс (подібні в Америці: чапарраль). На кам`янистих сильно еродованих схилах – гаррига (куртини чагарникового дуба 3-5 м, ялівці, розмарин, ладанник, карликова пальма). У складі склерофілів часто: полуничне дерево, деревовидний вереск, лавр шляхетний, маслини дика і європейська, фісташка, вічнозелене ріжкове дерево. З ліан і кущів характерні клематіси, жимолості, а у трав`яному покриві – спаржа, іглиця та ін.

Угрупування з чагарників та напівчагарників домінування ефіроолійних.губоцвітів – розмарин, лаванда, шавлія, тим`ян – томільяр (з іспанської «tomilio» – тим`ян). Вони ошатно квітують влітку, навесні багато ефемерів. В Греції подібні співтовариства називають фригана – але тут головна роль належить подушкоподібним ксерофітам, кущам, що розділені еродованими грунтами. Трапляється багато сукулентів (молочаї, очитки, молодило). Фригана простежується в горах східного Cередземномор`я і далі в Іран і Cередню Азію у вигляді ялівцевого рідколісся.

Скрізь дуже поширені хвойні; крім ялівців – сосни (приморська, алепська, пінія) та кедри (ліванський, кіпрський, атласький). На півноч і схід– субзередземноморські райони (П.Б.Криму) - полуничне дерево, ладанник, близька до алепської сосна Станкевича. Схоже біля Туапсе, Новоросійська.

4. Характеристика консументів. В найбільш теплих та посушливих субтропіках домінують терміти як споживачі відмерлої рослинної маси, чисельність термітів може досягати 600/м² біомаси 3 г/м². У вологих - кільчасті черви олігофети, таргани, вуховертки, ківсяки. В середземноморських маквісах особливі види черв`яків – глибокі вертикальні ходи, багато мокриць, різноманітні наземні, мулеву молюски та слизні. Багато жуків, клопів, тлів, цикад, саранові – хлорофітофаги.

Хребетні – вкрай специфічні: австралійські посум і валабі, европейська лань. В чапарралі Каліфорнії – чорно- та білохвості олені, в середньому Чилі – олень пуду, муфлони, ошийниковий пекарі, гривистий баран (акклім.). Вищі гетеротрофи: мурахи, паперові оси-полісти, паразитоїди, наїздники, павуки, скорпіони, сколопендри, жуки (стафілініди, жужелиці), мухи-ктирі, скельні ящірки, гекони, жаби, ропухи.

5. Охорона субтропічних екосистем в Криму, на Кавказі та в різних районах світу (Єгипет, Марокко, Австралія, США).

 

Література

Основна [6, 10, 11, 14], додаткова [25, 27, 28, 29].

Контрольні питання

1. Розкажіть про розташування субтропічних екосистем і охарактеризуйте їх клімат?

2. Наведіть відомості про підрозділення субтропічних екосистем на певні райони та згадайте чим вони відрізняються між собою?

3. Дайте характеристику продуцентам субтропічних екосистем?

4. Охарактеризуйте консументів субтропічних екосистем та розкажіть про загрози для їх збереження?

5. Вплив людини на екосистеми субтропіків та складність їх охорони?

 

Лекція 10-5

ПідТема: «Екосистеми вічнозелених і екваторіальних лісів»

План: 1. Географічне поширення. 2. Екологічні умови. 3. Колообіг біогенних елементів та енергії. 4. Характеристика продуцентів. 5. Характеристика консументів. 6. Трансформація тропічного лісу.

Мета. Розкрити основні екологічні характеристики вічнозелених і екваторіальних лісів, особливості їх органічного світу та висвітлити проблеми охорони природи.

1. Поширення. Розташовані вздовж екватору на малій висоті над рівнем моря в 3 місцях: а) басейни Оріноко та Амазонки. б) басейни Конго, Нігера, Замбезі в Центральній і Західній Африці, і на Мадагаскарі, в) В Індо-Малайзії (о-ви Суматра, Борнео, Філіппіни, Нова Гвінея, Шри-Ланка. Скрізь основні масиви не виходять за межі 10⁰. Гілея, Сельва або дощовий тропічний ліс у багатьох містах трансформований у вторині ліси і навіть злакові асоціації. Верхня межа лісу на 2 - 2.2 тис. м над рівнем моря, t липня + 10, взимку бувають морози. На узбережжі морів, в гирлах річок – мангрові зарості. У багатьох дерев дошкоподібне ходульне коріння.

2. Екологічні умови. Характерні ознаки: стабільність абіотичних факторів:

а) середньорічна t +25+26⁰ (середньомісячні коливання ~ 5⁰). Максимально +33+35⁰. Але добові амплітуди, порівняно великі ~ 10 (3 – 16⁰).

б) річна сума опадів сильно (в горах – до 5-7 тис. мм) коливається, але завжди понад 2000 мм. Головний фактор – ритм їх випадіння, тривалість сухих періодів. Кількість опадів перевищує випарування! Зворотнє співвідношення – 12 місяців.

В Південній Америці екосистеми дощового лісу існують через:

а) вологий північно-хідний пасат – гірський рельєф узбережжя перехоплює вологий пасат потоку.

б) В Південно-Східній Азії опади – наслідок південно-західних муссонів і північно-східних пассатів.

в) В Західній Африці у приекваторіальних районах Конго і Гвінеї панують атлантичні повітряні маси до 30⁰ з.ш.

Грунти. Важливим для розвитку продуцентів є:

· Перевага грунтів глинистого і суглинистого складу, збіднених елементами мінерального харчування. Яскраво-червоні грунти ферралліти із-за великої кількості оксиду заліза.

· Із-за давнини грунтів, високої t і вологості – потужна кора вивітрювання товщиною 20-30 м! Завдяки виносу лугів та кремнезему накопичуються окисли AI і Fe.

· До 2 мтовщини грунт заселений організмами. В гілеї корені не проникають глибше 1м через погану аерацію.

· Внаслідок інтенсивних процесів розкладення – накопичення органіки майже не видбувається (2-5% у грунті. У воді мало мікроорганізмів через розчини дубильних і гумінових речовин. Відсутні карбонати кальцію та магнію – вода м`яка, майже знесолена жовтого або бурштинового кольору.

· Крайня бідність грунтів у поєднанні з інтенсивним промивним режимом видаються несумісні з багатством та ошатністю органічного світу - тут максимальне різноманіття продуцентів і консументів у світі.

3. Колообіг біогенних елементів.. Цей парадокс обумовленний особливостями колообіг речовин:

А) Значна кількість біогенів зосереджена в живих організмах, а не в грунті (як у нас).

Б) Після їхнього відмирання виникає швидке розкладання і елементи мінерального живлення миттєво засвоюються рослинами оминаючи грунт.

В) Пряме повернення в колообіг біогенних елементів здійснюється внаслідок мутуалістичних зв’язків між мікроорганізмами та рослинами.

Механізми:

· тонкі сисні корені пронизують підстилку и швидко вилучають елементи живлення із опалого листя та дощової води. Паралізують активність денітрифікуючих бактерій.

· мікоризи грибів пов’язані з кореневими системами – пастки живлення (повторне виловлювання і утримування в екосистемі.

· вічнозелене листя з товстою восковою кутикулою сповільнює втрати води і елементів живлення деревами а також перешкоджає поїданню їх тваринами і паразитами.

· водорості і лишайники фіксують азот і вилучають елементи живлення із дощової води віддаючи їх листям.

· товста кора перешкоджає дифузії елементів живлення із флоеми назовні та їх втрату зі стволовим соком.

Приклад. В тропічному лісі 58% загального азоту закладенно в біомасі, 44% піднято над грунтами. В сосновому європейському лісі ці показники 6 і 3%. В тропіках приблизно 70% органічного вуглецю – в деревині, а в грунті – лише ~ 20%, тоді як в європейському хвойному лісі – у грунті 50%, а в деревині ~ 40%.

4. Характеристика продуцентів: В найбільш типовому дощового лісу 3 яруси: - а) верхній (50-90 м) – кілька дерев на сотні га, б) середній(20-40 м), в) нижній (3-10 м). Часто 1 і 2-й яруси поступово підмінюють одне одного. У багатьох розгалудження гілок з`являється на висоті 25-30 м і гілки – вгору. Якщо гілок немає то велике листя – пальми.

Характерні рисі:

· Дошкоподібні і ходульні корені у високих дерев(проникнення в глибину лише на 0,5 -1.0 м). Характерно, що у одних і тих видів, в залежності від вологості, таких коренів може і не бути.

· Кауліфлорія (утворення на стовбурах і товстих гілках) квіток та плодів у більш як 1000 видів.

· Слабка транспірація тому вивільнення від надмірної вологи за допомогою гутації.

· Низька інтенсивність фотосинтезу в нижньому ярусі – компенсується низькою інтенсивністю дихання.

· Майже відсутні характерні для помірних широт такі життєві форми, як чагарники – їх замінюють карликові дерева.

· Багато ліан що, досягають 2-ярусу, хоча більшість – в 1-му ярусі.

· Епіфіти на стовбурах та гілках (як підпора). Душителі ліани, е молочаї, кактуси, орхідеї, бромелії.

· Абсолютно флористичне багатство деревних рослин – скрізь понад 3 тис. видів.

Екосистеми тропічних лісів характеризуються найбільшим видовим різноманіттям. Хоча вони займають менше 10 % поверхні планети, в них зосереджено близько 90 % всіх видів. В південноамериканських лісах ~ 40 тис, в Західній Африці ~ 25 тис. видів рослин. В південно-східній Азії на Калімантані (Борнео) ~ 11 тис., на Малаці 7,5 тис. Багато цінних дерев. Запаси біомаси в азійських лісах 400-600 т / га, (продуктивність 30-50 т / га). Щорічно опад. 15-28 т/га. Маса підстилки 1,5-5,0 т / га. Повне розкладання усього за 4 місяці. Головна роль – гриби і комахи – фітофаги. Особливо терміти.

Біологічний колообіг в екваторіальному лісі найбільш потужний. Щорічно споживається ~ 2 т / га хімічних елементів.Головні мігранти: Si, N, Ca, потім - K, Mg, Sl, Fe.В африканських лісах фітомаса 100-600 т / га. Щорічний приріст 17-32 т / рік, опад. 10-25 т / рік. Щорічна продуктивність 17 т / га. Опад повністю розкладається за 9-11 місяців.В Амазонії запаси фітомаси 1000 т / га (~ 70 наземна частина) опад до 27,5 т / га. Вивчено замало. Уздовж гирла річок – мангрові зарості.

 

5. Характеристика консументів. Досить чисельні, але переважають дрібні форми. На відміну від помірної зони більшість тварин мешкаютьу верхньому ярусі рослинності. Зоомаса у південно – американському лісі невелика ~ 200-210 кг/га (165 кг – грунтова фауна). Скрізь велике різноманіття комах: в зоні Панамського каналу на 15 км ² ~ 20 тис. видів (у нас – кілька сотень).

В червоних грунтах у 2 рази більше мікроорганізмів, аніж у чорноземах і ~ у 50 разів, аніж в тундрах. Дуже розповсюджені прототрофи (бактеріі, гриби), серед них: вищі гриби із мікоризою – велика роль в замикані колообігу речовин. Деякі зелені рослини можуть бути також сапрофітами – орхідеї. Характерні наземні пиявки. Досить поширені хлорофітофаги (гусінь метеликів, жуки, прямокрилі, мурахи (сотні видів розміром до 1 см, для більшості яких основа харчування – терміти). Серед мурах цікаві листорізи – на силосі вирощують гриби, якими живляться. Багато кліщів, коллембул (ногохвісток), личинок, а також сапротрофів та що переробляють лісовий опад (ківсяки, мокриці, таргани, терміти, дощові черв`яки). Особливо важливі терміти (ряд Isoptera): більша частина – робочі комахи, але е солдати і крилаті.Цариця – мільйони яєць за рік, є види ~ 40 тис. яєць на добу. Деякі живуть 50-80, інші – 5-10 років. В їх кишковому тракті – 200 видів джгутикових, що переробляють клітковину (мутуалізм). Найбільше різноманіття термітів у Африці ~ 570 видів. Трапляються гумусоїдні і грибоїдні види (є термітники на гілках).

В тропіках багато жаб, квакш, ігуан, хамелеонів (Мадагаскар Індія, Африка) та деревних змій. Серед амфібій цікаві безхвості – черв`яги (30-50 см, яйця – у вологий грунт). Перше місце серед хребетних – ссавці (харчування плодами, квітками, бутонами, термітами). В Центральній та Південній Америці – лінивці (ряд Неповнозубі); родини чіпкохвостих мавп (ревун, коата, капуцин, уакарі) та ігрунок. В Західній Африці – родини мартишок (колобус, гусар, макака, павіан) та гібонів. Людиноподібні мавпи Африки (шимпанзе, горила) та Азії (орангутан), лемури Мадагаскару, сумчасті кускуси Нової Гвінеї –харчування різними частинами рослин. Скрізь поширені білки (африканські, смугасті, сонячні –Африка; сулавеські, малайські, чорновухі – Азія, карликові, пігмеї – Пд. Америка). У Старому світі – плодоїдні (крилани), а в Новому – листконосі кажани. Своєрідні копитні: в Африці – лісовий слон, китичновуха свиня, карликовий буйвол, окапі, дукер (як заєць), бушбок, карликовий бегемот. В Азії – індійський слон, індійський буйвол, чепрачний тапір, бабіруса, лісовий буйвол, гаур, гаял, коупрей. В Південній Америці – звичайний тапір, пекарі. Консументи вищих порядків: в азійських лісах – тигр, азійський лев, леопард, червоний вовк, малайський ведмідь; в південноамериканських – ягуар, ягуарунді, чагарниковий собака; в африканських – леопард, Багато райських птахів. В Південній-Америці ~ 1,8 тис. видів птахів: гарпія, грифи, колібрі, носороги (Азія, Африка), тукани (Південна Америка). Багатство рослиноїдних птахів: тропіколіти – папуги (ара, амазон), тукани, трогони, райські птахи. Більшість звивають висячі гнізда – порятунок від різних мурах. В пд.. Сх. Азії – плодоїдні голуби і досить багато всеїдних курячих – фазани, сміттєві кури. В тропіках багато тварин запилювачів: кажани, нектарниці, колібрі (зоохорія). Багато паразитів (гельмінти) віруси (жовта лихоманка – із Африки та Південної Америки).

6. Трансформація тропічного лісу. В тропіках багато цінних дерев: браза, палісандрові, рожеві, пурпурові, ебенові, зеброві. Багато пальм, папоротей, орхідей. Тому багато корінних лісів вирублено.Натомість, якщо зруйнувати структуру екосистеми дощового лісу – елементи харчування втрачаються. Тому стратегія землекористування в помірній зоні, яка основана на монокультурі, зовсім не придатна для тропіків. При сільгоспвикористанні землі в тропіках врожаї падають до 0 за кілька років, тому для посівів потрібно розчищати та випалювати нові ділянки. Звідси – домінування гевеї, кави, какао, манго, папайї, чаю, прянних рослин і відсутність пшениці, кукурудзи тощо. В помірній же смузі після вирубки лісу основні елементи живлення залишаються у грунті і за допомогою неорганічних добрив, оранки, врожай – однолітніх культур протягом 1-3 років. Зимою низькі t утримують в грунті елементи живлення та частково знищують (скорочують чисельність популяцій) шкідників і паразитів. У тропіках вирубка лісу забирає у землі здатність утримувати елементи живлення та підтримувати їхню циркуляцію через високу t вилуговування дощами (про шкідників). Наприклад,в Індії були розкорчовані значні масиви лісу, на території яких безперевно вирощували сільгоспкультури, а неорганічні добрива (гній від корів та буйволів) використовували «на паливо». За стислий термін родючі землі були деградовані. Досить поширене перелогове землеробство, але є позитивний досвід вирощування культурних рослин з добре розвинутою мікоризою і азотофіксуючою кореневою системою. та розширення і використання багаторічників на південному сході США та в тропіках.

На Філіппінах рисові поля обробляються на тому ж самому місці більш ніж одну тисячу років (рекорд землеробства) – завдяки технологіям найдревнішого землеробства. Рисові тераси переривають островками лісу, котрі охороняються релігіозними табу. Можлива ця залежність – потрібно вивчати.

Вторинний тропічний ліс здатен за деякий час поновити родючість грунту – бобові (накопичення азоту у грунті забезпечують азотофіксуючі бульбоподібні бактерії). Незважаючи на те, що ліси Амазонки виробляють ~ 50% О₂ Землі і поглинають ~ 25% СО₂, зараз скрізь спостерігається руйнування екосистеми вологого лісу. В Бразилії будується чотири шосейних шляхи і освоєно 200 км смуги вздовж річок. Це також спостерігається у Африці. У ХХ ст. площа лісів зменшилася у 2 рази. Активізовалась ерозія, сповзання грунту. Антропогенна сукцесія скорочує видове різноманіття.

Література

Основна [12, 13, 21], додаткова [28, 29, 35].

Контрольні питання

1. Розкажіть про розташування вічнозелених і екваторіальних лісів і охарактеризуйте клімат тропічних районів?

2. Чим відрізняється колообіг речовин та енергії у тропічному лісі у порівнянні з іншими відомими Вам біомами?

3.Дайте характеристику продуцентам вічнозелених і екваторіальних лісів?

4. Розкажіть про різноманіття консументів вічнозелених і екваторіальних лісів та їх роль в тропічних екосистемах?

5. Вплив людини на екосистеми вічнозелених і екваторіальних лісів та складність їх охорони?

Лекція № 10-6