Биогеография материков
Предмет и задачи биогеографии Биогеография - наука о закономерностях географического распространения и размещения живых организмов и их сообществ на Земле. Сообщества и организмы - объекты не только биогеографии, но и биологии и экологии. Как географическая наука биогеография исследует в первую очередь размещение этих объектов в пространстве, их взаимодействие друг с другом и с условиями среды, важнейшие закономерности структуры и динамики растительного покрова и животного населения планеты в целом и ее отдельных регионов.
Методы биогеографии • • • сравнительно-географические; экологические; количественные; исторические; картографические.
Основные понятия биогеографии Фауна (от лат. Fauna — богиня лесов и полей, покровительница стад животных) — исторически сложившаяся совокупность видов животных, обитающих в данной области и входящих во все её биогеоценозы. В понятие фауны вкладывается как систематическое, так и географическое содержание: - географическое (фауна острова Куба, фауна Зимбабве, фауна Евразии и т. д. ) - систематическое (фауна млекопитающих (териофауна), фауна птиц (орнитофауна), фауна насекомых (энтомофауна), фауна рыб (ихтиофауна) и т. д. )
Условное изображение фауны острова, в состав которой входит четыре вида животных
Флора (в ботанике, лат. flora) — исторически сложившаяся совокупность видов растений, распространённых на конкретной территории ( «флора России» ) или на территории с определёнными условиями ( «флора болот» ) в настоящее время или в прошедшие геологические эпохи
Условное изображение флоры острова, в состав которой входит четыре вида растений
Флора специализированных групп: Альгофлора — флора водорослей; Бриофлора — флора мохообразных; Дендрофлора, или арборифлора — флора древесных растений. Ещё три термина появились до того, как эти группы организмов перестали относить к растениям: Лихенофлора — флора лишайников; Микофлора — флора грибов; Миксофлора — флора миксомицетов (слизевиков).
Флористи ческое райони рование — районирование поверхности Земли на соподчинённые регионы, отличающиеся особенностями флористического состава. Крупнейшими единицами флористического районирования являются: царства, подцарства, области, подобласти, провинции, округа. Карта флористического зонирования
Флора и фауна того или иного района составляют в совокупности его биоту Био та (жизнь) — исторически сложившаяся совокупность видов живых организмов, объединённых общей областью распространения в настоящее время или в прошедшие геологические эпохи. В состав биоты входят как представители клеточных организмов (растения, животные, грибы, бактерии, протисты и пр. ), так и бесклеточные организмы (напр. вирусы) Хайнаньская биота — богатая фауна макроскопических бесскелетных животных, обнаруженная в 1986 году Сун Вэйго (Song Weiguo) в докембрийских отложениях Китая (остров Хайнань) с возрастом 840 — 740 млн. лет. Похожая фауна была найдена и Гниловской в России, на Тиманском кряже; её возраст - около 1000 млн. лет
Изменение биоты Анализ флор и фаун во времени и пространстве составляет предмет исторической биогеографии, показывающей, из каких таксономических групп, каким путем и в какое время образовались те или иные современные или ископаемые флоры и фауны. Биота меняется под влиянием не только изменений окружающей среды, но и внутренних, присущих всему живому причин - филетической эволюции - изменению генотипа и фенотипа во времени, благодаря чему каждый вид, род, семейство и любой иной таксон существуют на поверхности Земли лишь ограниченное время, превращаясь постепенно в новые виды, роды, семейства.
Одной из важнейших географических (хорологических) характеристик, используемых при анализе флор и фаун, является ареал - часть земной поверхности или акватории, в пределах которой достаточно длительное время постоянно встречаются популяции определенного вида или другого систематического таксона живых организмов. Ареал обитания полосатой гиены
Экологическая биогеография, исследующая закономерности распространения сообществ, образуемых совместно обитающими растениями, животными, микробами. Сообщества (ценозы) отличаются друг от друга, как видовым составом и численностью видов, так и особенностями их структуры. Практически в любом ценозе можно выделить растительное сообщество (фитоценоз), животное население (зооценоз), сообщество микроорганизмов.
Сообщество По Р. Уиттекеру, система взаимодействующих, дифференцированных по экологическим нишам, часто конкурирующих друг с другом видов. Виды, входящие в состав одного и того же С. , эволюционировали в направлении дифференциации экологических ниш. Термин С. часто используется как синоним биоценоза.
Биогеоценоз Элементарной единицей дифференциации суши в экологической биогеографии является биогеоценоз - однородный участок земной поверхности с определенным составом живых и косных (атмосфера, почва, подстилающие породы, вода) компонентов, объединенных обменом веществ и потоком энергии в единую систему.
Биогеоценоз — система, включающая сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах одной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии (природная экосистема). Представляет собой устойчивую саморегулирующуюся экологическую систему Биогеоценоз Таким образом, каждый биогеоценоз — это экосистема, но не каждая экосистема — биогеоценоз.
Границы биогеоценоза устанавливают по растительности, являющейся одним из важнейших и наиболее легко выделяемых компонентов биогеоценоза. На зональном уровне часто употребляют термин "биом", выделяемый по физиономическим признакам зональной растительности, представляющий собой совокупность биогеоценозов какой-либо зоны: тундры, тайги, смешанных лесов и т. д.
Сходные биомы различных континентов имеют различную биоту. Например, условия существования широколиственных лесов европейской части России и востока Северной Америки сходны. Однако при значительной близости облика и структуры сообществ в их состав входят разные виды растений и животных. Пространственная структура сообществ и их внешний облик слагаются под влиянием сходства экологических условий, в то время как флора и фауна (и входящие в их состав таксоны) характеризуются своими закономерностями развития и распространения. В составе биоты широколиственных лесов Северной Америки сосредоточено значительно большее видовое богатство, что в значительной степени определяется условиями, существовавшими на континенте в прежние геологические эпохи, и современной ландшафтной структурой территории.
Аппалачские леса – одни из богатейших на Земле. Больше всего в них американских видов дубов, вместе с ними распространены каштан, бук, ясень, липа, платан. Преобладают высокие деревья с мощной раскидистой кроной, часто обвитые вьющимися растениями – виноградом или плющом. В южной части зоны встречаются такие древние теплолюбивые виды, как гикори, магнолия, тюльпанное дерево и ликвидамбар. В своем первоначальном виде аппалачский лес не сохранился. Он сильно пострадал от вырубок и расчистки под пашню. Даже там, где леса еще существуют, видовой состав их очень изменен. Европейские лиственные леса намного беднее флористически и фаунистически, чем американские аналоги. Характерны летнезеленые виды дуба, бука, липы, ясеня, кленов. Среди древесных и кустарниковых пород большинство регулярно плодоносит.
Биогеографические карты В современной биогеографии один из важнейших методов, используемых для решения биогеографических проблем, - картографический. Биогеографические карты (растительности, зоогеографические, флористического и фаунистического районирования) - основной инструмент географического анализа распространения биот и сообществ.
Свой вклад в развитие биогеографии внесли исследователи различных научных школ и направлений: франко-швейцарской, скандинавской, англоамериканской и др. , среди которых российская школа обладает яркими достижениями и самобытными подходами как в биогеографии в целом, так и в ботанической географии, зоогеографии суши, в биогеографии океана в частности. Карл Линней Чарльз Дарвин А. Гумбольдт А. С. Серебровский
Разделы биогеографии К НАСТОЯЩЕМУ ВРЕМЕНИ В БИОГЕОГРАФИИ СЛОЖИЛОСЬ НЕСКОЛЬКО САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ РАЗДЕЛОВ, В ТОМ ЧИСЛЕ ТАКИЕ, КАК БИОГЕОГРАФИЯ МИРОВОГО ОКЕАНА, ПРЕСНЫХ ВОД, БОТАНИЧЕСКАЯ ГЕОГРАФИЯ И ЗООГЕОГРАФИЯ СУШИ, БИОГЕОГРАФИЧЕСКОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ, БИОИНДИКАЦИЯ, ГЕНОГЕОГРАФИЯ, ГЕОГРАФИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ И ДР.
Геногеография — исследование распространения характерных гаплогрупп ДНК и других характерных генетических признаков живых организмов и человека по различным географическим районам Земли. В 1928 году геногеографию, как отдельное понятие, впервые ввёл в науку советский генетик, академик Александр Сергеевич Серебровский (1892— 1948).
Биогеография и экология Экологические концепции начали привлекать внимание географов с начала 20 -х годов XIX в. Э. Геккель (1866) в определении экологии обратил внимание на отношения, связи живых организмов между собой и с окружающим их миром. Иначе говоря, объектом изучения в экологии становятся не сами животные, растения, микробы, почвы, вода, воздух, Солнце, а именно связи между ними. Ю. Одум, согласно которому "экология - это междисциплинарная область знания, наука о структуре и функционировании сложных природных систем, в которых существуют живые организмы". В буквальном смысле слова - это наука о жизни организмов "у себя дома"
Биоценоз (органическая часть биогеоценоза) В экологии сообществ широко используется термин "биоценоз", введенный гидробиологом К. Мëбиусом в 1877 г. , который определил его как "объединение живых организмов, соответствующее по своему составу, числу видов и особей некоторым средним условиям среды, в котором организмы связаны взаимной зависимостью и сохраняются благодаря постоянному размножению в определенных местах". Поэтому экологию сообществ часто называют биоценологией. В настоящее время биоценозы трактуются как сложно организованные биологические системы.
Примеры фитоценозов Ельник-зеленомошник, фрагмент красочной луговой степи, своеобразные псаммофильные группировки животных и растений песчаных пустынь - это примеры биоценозов, сочетаний совместно обитающих и взаимодействующих организмов (и их популяций) в различных природных условиях.
Зооценоз Зооцено з — структурный компонент экосистемы; совокупность животных, что входят в состав биоценоза.
Понятие "экосистема", введенное в науку А. Тэнсли (1935), емко и многогранно. Сущность экосистемы - интенсивность обменных процессов, определяемая соотношением биотических и абиотических блоков; в силу этого экосистема как единство биоты и среды характеризуется многофакторной обусловленностью.
Продуценты - организмы, способные к фото- или хемосинтезу и являющиеся в пищевой цепи созидателями органического вещества, т. е. все автотрофные организмы Консументы - организмы, являющиеся в пищевой цепи потребителями органического вещества, т. е. все гетеротрофные организмы. Редуце нты (также деструкторы, сапротрофы, сапрофиты, сапрофаги) — микроорганизмы (бактерии и грибы), разрушающие отмершие остатки живых существ, превращающие их в неорганические и простейшие органические соединения.
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ Способность накапливать энергию солнечного света в органическом веществе называется продуктивностью живых организмов. Даже при оптимальных условиях растения на суше могут использовать лишь несколько процентов видимого излучения Солнца, а коэффициент полезного действия для всей поверхности суши составляет 0, 1 - 0, 3 %.
Группы организмов Выделяют три основные группы организмов: продуценты - зеленые растения, способные к фотосинтезу, и бактерии, осуществляющие хемосинтез, т. е. организмы, дающие первичную продукцию; консументы - организмы, потребляющие первичную или вторичную продукцию, т. е. потребляющие готовое органическое вещество и переводящие его в другие формы органического вещества (животные, паразитические растения и др. ); редуценты (деструкторы) - организмы, живущие за счет мертвых органических веществ и разлагающие их до минеральных веществ (многие бактерии, грибы и некоторые животные).
Обмен веществ в природе Обмен веществ, происходящий в природе, возможен только при участии представителей всех трех групп организмов. Скорость процессов обмена веществ, происходящих на нашей планете, кажется несовместимой с незначительной массой живого вещества, которая составляет примерно 0, 01 % массы земной коры в слое 16 км.
Основные термины, используемые при рассмотрении изменений биомассы и биологической продукции. Биомасса - масса организмов, присутствующих в экосистеме в момент наблюдения и учтенная на единицу площади; она может быть выражена в единицах массы и энергии (калориях). Продукция - количество органического вещества, создаваемого в единицу времени на единицу площади. Первичная валовая продукция (Пв) - суммарная продукция фотосинтеза (суммарная ассимиляция), включающая, следовательно, и вещество, сжигаемое при дыхании за единицу времени. Чистая первичная продукция определяется эффективностью фотосинтеза, которая зависит от чистой продуктивности фотосинтеза, площади фотосинтезирующих органов, а также от длительности периода активного фотосинтеза; чистая продукция (Пч) - это вещество, которое можно взвесить при уборке урожая. Наконец, вторичная продукция (П 2) биомасса, создаваемая консументами.
Трофические пищевые цепи 1. Цепи зеленых растений, или так называемые "пастбищные" пищевые цепи, начинаются зелеными растениями или водорослями, создающими органическое вещество путем фотосинтетической фиксации СО 2. Затем эта цепь разветвляется на несколько потоков, в том числе продолжается фитофагами (потребителями зеленых растений) - насекомыми, нематодами, моллюсками, млекопитающими, птицами, - а далее потребителями фитофагов: хищниками и паразитами. 2. Детритные пищевые цепи начинаются с мертвого органического вещества, созданного ранее растениями и неиспользованного в пастбищной цепи. Здесь возможно несколько вариантов, в том числе цепи морского и пресноводного планктона, где первое звено гетеротрофов представлено бактериями - потребителями растворенного или дисперсного органического вещества, а далее цепь продолжают бактериофаги и хищники нескольких трофических уровней. 3. Цепи "хемобиоса", образующиеся в донных осадках, на разломах океанической коры и в почвах автотрофными бактериями, способными к получению энергии за счет восстановления серы или окисления неорганических веществ.
Средняя годовая продукция некоторых культур (растения целиком), тонны сухого вещества с 1 га (Ю. Одум, 1959)
Измерения в природе свидетельствуют о том, что продукция, равная 10 т органического вещества на 1 га в год, характерна для многих типов растительности. Эта величина соответствует ежегодной чистой продукции - 2, 75 г сухого вещества на 1 м 2 в день; валовую продукцию можно считать примерно вдвое большей (5, 5 г на 1 м 2 в день). Все живое вещество суши составляет 6, 4 · 1018 г, а живое вещество океана - 29, 9 · 1015 г. Таким образом, биомасса океана примерно на три порядка меньше биомассы суши. Почти все живое вещество суши образовано растениями, биомасса животных составляет всего 0, 006· 1018 г, в океане же на долю биомассы растений приходится 1, 1 · 1015 г, на долю биомассы животных - 28, 8· 1015 г. На суше биомасса растений примерно на три порядка больше биомассы животных, в океане же биомасса животных примерно в 28 раз выше биомассы растений.
Мировое распределение первичной продукции согласно Ю. Одуму 1. Очень низкой продуктивностью обладают океанические глубины и пустыни (0, 1 г/м 2 в день). Хотя ограничивающие факторы двух сред совершенно различны (в океанах - питательные вещества, в пустынях вода), как различны и продуцирующие организмы (водоросли - в океанах), глубины океанов и аридные территории по продуктивности можно рассматривать как пустыни. 2. Сходной низкой продуктивностью (0, 5 - 3 г/м 2 в день) характеризуются травяные формации, морские литорали и плохо культивированные земли. 3. Продуктивностью от 10 до 20 г/м 2 в день обладают влажные леса, земли с интенсивным сельскохозяйственным использованием, аллювиальные формации, эстуарии и коралловые рифы. Максимально возможная продуктивность экосистемы, по-видимому, не может превышать 25 г/м 2 в день. Значительные скопления биомассы на суше наблюдаются в лесах. Биомасса травяной растительности земного шара в 5 - 10 раз меньше биомассы растительности лесов.
Круговорот углерода Интенсивность деятельности человека все возрастает. Повышается год от года и скорость потребления горючих ископаемых. Через 15 лет содержание СО 2 в атмосфере увеличится с 320 до 375 400 млн т. Рост содержания СО 2 в атмосфере с неизбежностью приведет к повышению темп. поверхности Земли и к таянию ледников, повышению уровня океана и другим столь же серьезным последствиям.
Перед человечеством стоит задача поиска таких энергетических источников и технологических процессов, при которых содержание углекислого газа в воздухе не будет расти со столь значительной скоростью. Известно также, что вырубка лесов, использование земель под дороги и строения уменьшают площадь зеленого покрова Земли и снижают темпы ассимиляции. При использовании природных фитоценозов и замене их культурными следует иметь в виду необходимость сохранения общего уровня фотосинтеза, а еще лучше - обеспечить его подъем.
Круговорот азота Пути фиксации азота весьма разнообразны (рис. ) Связывание азота происходит в процессе вулканической деятельности, при грозовых разрядах в атмосфере, когда имеет место ее ионизация, в момент сгорания метеоритов. Однако несравненно большая роль в процессе фиксации азота принадлежит микроорганизмам, как свободно живущим, так и обитающим на корнях в особых клубеньках, а иногда и на листьях некоторых растений.
Азотфиксирующие организмы на Самым крупным корнях растений представлены вмешательством бактериями, реже грибами. человека в круговорот Клубеньки с азотфиксирующими веществ в природе организмами развиваются на является корнях представителей семейства промышленная бобовых и других растений фиксация азота. По различной систематической данным К. Делвича принадлежности. Выход (1972), фиксированного азота для промышленность клубеньковых бактерий, ежегодно фиксирует обитающих на корнях бобовых, азота столько же, составляет нередко 350 кг/га в сколько его год, т. е. примерно в 100 раз фиксировали живые выше, чем для свободноживущих организмы до введения азотфиксирующих организмов. современной агротехники.
Круговорот фосфора (Ф. Рамадэ, 1981) Запасы фосфора, доступные живым существам, полностью сосредоточены в литосфере. Основными источниками неорганического фосфора являются изверженные (например, апатиты) или осадочные (например, фосфориты) породы. Минеральный фосфор редкий элемент в биосфере, в земной коре его содержание не превышает 1 %, что является основным фактором, лимитирующим продуктивность экосистем.
1. Неорганический фосфор из пород земной коры вовлекается в циркуляцию выщелачиванием и растворением в континентальных водах. 2. Он попадает в наземные экосистемы и поглощается растениями, которые при его участии синтезируют различные органические соединения, и таким образом включается в трофические цепи. 3. Затем органические фосфаты вместе с останками, отходами и выделениями живых существ возвращаются в землю, где снова подвергаются воздействию микроорганизмов и превращаются в минеральные ортофосфаты, готовые к потреблению зелеными растениями и другими автотрофами. В водные экосистемы фосфор приносится текучими водами. Реки непрерывно обогащают океаны фосфатами, что способствует развитию фитопланктона и живых организмов, расположенных на различных уровнях пищевых цепей пресноводных или морских водоемов Возвращение минеральных фосфатов в воду осуществляется посредством биовосстановителей. Во всех водных экосистемах, как и в континентальных, фосфор встречается в четырех формах, соответственно нерастворимых или растворимых
Проследив все превращения фосфора в масштабе биосферы, можно заметить, что его круговорот не замыкается (рис 5) В наземных экосистемах круговорот фосфора проходит в оптимальных естественных условиях с минимумом потерь на выщелачивание (окаменение скелетов позвоночных на суше - явление редкое, поэтому воздействие его на круговорот фосфора незначительно) В океане дело обстоит далеко не так Это связано с беспрестанной седиментацией органических веществ, в частности, обогащенных фосфором останков рыб, фрагменты которых, не использованные в пищу детритофагами и деструкторами, накапливаются на дне морей. Органический фосфор, осевший в приливноотливной полосе может быть возвращен в круговорот после минерализации, однако это не распространяется на отложения на дне глубоководных зон, которые занимают 85 % общей площади океанов. Фосфаты, отложенные на больших морских глубинах, выключаются из биосферы и не участвуют в круговороте. Конечно, элементы биогеохимического осадочного круговорота не могут накапливаться до бесконечности на дне океана. Тектонические движения способствуют медленному подъему осадочных пород, накопленных на дне геосинклиналей, к поверхности. Таким образом, замкнутый цикл осадочных элементов имеет продолжительность, измеряемую геологическими периодами, т. е. десятками и сотнями млн. лет.
Бонитет леса Боните т ле са (от лат. bonitas — доброкачественность) — таксационная характеристика лесного насаждения, определяющая потенциальную продуктивность насаждения и скорость роста деревьев. Определяется по таблице Орлова в зависимости от среднего возраста и средней высоты древостоя в насаждении и его происхождения (семенное или порослевое). Чем больше класс бонитета у насаждения, тем при рассматриваемом возрасте у насаждения больше высота и ценность. Визуально определяется расстоянием между мутовками (более 50 см 1 бонитет, менее 50 см 2 бонитет). Насаждения II и выше класса бонитета называют высокобонитетными, III—IV — среднебонитетными, V — низкобонитетными, Vа и Vб — непродуктивными. В России выделяют 5 классов бонитета
Бонитет
Скачать презентацию Биогеография материков Предмет и задачи биогеографии
биогеография -2003.ppt