Общая экология Тема 10 -2 Основные биомы суши и их характеристика: 1. Саванны и редколесье 2. Субтропические жестколистные леса, гариги, скрабы. 3. Количественная оценка кинетики роста древостоя в лесных экосистемах
Вопросы к семинару: Характеристика отдельных биомов (распространение, климат, рельеф, почвы, растительный и животный мир, биоразнообразие и продуктивность, трофические отношения, закономерности биокруговорота, устойчивость, экологические проблемы…). 1. . Саванны и редколесье. 2. Субтропические жестколистные леса, гариги, скрабы. . 3. Оценка темпов роста древостоя по кернам (годичным кольцам)
Саванны и редколесье Распространены в тропических широтах с продолжительным сухим сезоном (более 8 мес), чередующимся с периодами осадков (400 -800 мм) в Африке (Суданские саванны), Центральной Бразилии (серрадос), Индии и Пакистане (долина р. Инд), Центральной и Западной Австралии. Чаще всего территория саванн представлена равнинами и плоскогорьем с периодически высыхающими руслами – притоками крупных рек. Помимо естественных климатических причин, появлению саванн сопутствует антропогенная деятельность (вырубка тропических лесов, расчистка под посевы, пожары). Растительность представлена сочетанием злаков (иногда гигантских, высотой до 3 м как слоновья трава, бамбук), и относительно низкорослых деревьев и кустарников с прочной толстой корой, мощными стволами (баобабы) и раскидистыми кронами в виде зонтика (акации). Температура, свойственная тропическому климату остается экстремально высокой и в засушливый период превышает 30 о. С. Продуктивность и биоразнообразие ниже по сравнению с тропическими лесами, однако относительная открытость и доступность пространства наряду с периодическим дефицитом влаги способствуют появлению крупных и сверхкрупных животных-фитофагов и хищников, обладающих выносливостью и способностью к миграции на длительные расстояния в поисках пищи и влаги. Общая фитомасса варьирует от 200 до 1500 ц/га при увеличении до 10 -12% доли ассимилирующих органов (листвы) и до 20 -40% доли корней (особенно в сухих саваннах) на фоне снижения до (50 -60%) запасов органического вещества в многолетней надземной фитомассе (древесине, стеблях гигантских злаков).
Саванны и редколесье Прирост (чистая первичная продуктивность) 60 -200 ц/га год. При таком же опаде и отпаде, запасы подстилки невелики (до 20 ц/га), что указывает на повышение скорости утилизации и деструкции фитомассы (k~2 -5 год-1). Однако, во многом такая интенсификация вызвана мощным зоогенным прессом (уничтожением фитомассы на корню животными-фитофагами), пожарами, перевыпасом скота. Поэтому в почву с поверхности поступает немного детрита, и в основном формируются гумусовые горизонты за счет корневого отпада, а не подстилки. . Среди крупных животных-фитофагов африканский слон, буйвол, носорог, бегемот, антилопы, жираф, эксплуатирующие в зависимости от роста тот или иной ярус растительности. На фоне мелких, но многочисленных птиц -фитофагов семейства ткачиковых, для саванн характерны самые большие в мире нелетающие пернатые – страусы (африканский страус, эму, нанду). Обилие крупных травоядных животных и стада копытных в саванне привлекает многочисленных хищников и трупоедов (лев, гепард, гиена, шакал, койот, гривистый волк, динго, африканский орелубийца, бенгальский гриф, стервятник, птица-секеретарь), способных быстро перемещаться и высматривать добычу на относительно открытых пространствах. Ведущую роль в переработке отмершей растительности играют термиты. В некоторых районах термитники занимают до 30% поверхности почвы, их число достигает 2000/га при общей массе до 2500 т/га. Почвенный покров также представлен красноцветными почвами разной степени выветренности. Вместе с тем на процессы ферсиаллитного выветривания в саваннах накладывается дерновый и перегнойно-аккумулятивным процессы под злаковой растительностью. Частые пожары уничтожают детритные горизонты и во многих случаях травы растут прямо на обнаженных красноцветных горизонтах используя химические элементы золы (пирогенная сукцессия). Относительно выровненный рельеф и длительные засушливые сезоны снижают опасность размывания почв, в отличие от сельвы. в отличие от влажных лесов здесь более мощные рыхлые детритные и гумусово-аккумулятивные горизонты с высокой поглотительной и водоудерживающей способностью, дополнительно депонирующие необходимые для биокруговорота питательные элементы и влагу. Запас биофильных элементов в самой биомассе сильно уменьшается по сравнению с тропическими лесами до 1000 кг/га. При этом до 20% возрастает доля элементов, сосредоточенная в зеленых надземных частях и до 40% в корнях (сухие саванны). Среди элементов продолжает доминировать азот (150 -250 кг/га ), кремний, алюминий, железо и кальций. . Практикуется возделывание участков с выжиганием трав и посевом культурных злаков, однако продолжительный засушливый период увеличивает риск земледелия в таких районах. Экологические проблемы – антропогенная деградация почв (низкая агротехника, подсечно-огневая система земледелия) и биоресурсов (неумеренная охота, препятствия миграции животных, выжигание саванн и вырубка редколесья) на фоне естественных причин неустойчивости (засухи, пожары). Тип круговорота: Азотно-кремниевый тропических саванн, среднезольный, среднепродуктивный, весьма интенсивный (Si > N (Al, Fe, Са, Mn, S)).
Субтропические жестколистные леса, гариги, скрабы. Распространены в субтропических широтах с двумя сезонами – теплое, иногда жаркое сухое лето и прохладная влажная зима. Климат смягчен присутствием моря (Средиземноморский климат). Переходный климатический пояс – чередуются воздушные массы умеренных (зима) и тропических (лето) широт, приносящие сухой воздух и жару с континентов или влажный с моря. На континентах многочисленные горные хребты (Альпы, Пиренеи, Кавказ. . ) меняют направление ветров, часто формируются восходящие потоки с локальным увлажнением, но не столь сильным как в дождевых лесах (горы меньше высотой и воздушные массы не стол насыщены парами). Средиземноморье (прибрежные районы Италии, Испании, Франции, Сев. Африки, Балкан, Греции, Турции, Ближнего Востока, Закавказья. . ), юг Австралии и Север Новой Зеландии, запад Калифорнии, Среднее Чили, югозапад Африки и ряд других стран. Осадков с среднем 400 -600 мм/год, что в целом достаточно для развития склерофитных вечнозеленых лесов и кустарников и вместе с тем не приводит к выщелачиванию биофильных элементов из почв. Температура летнего периода 20 -25 о. С и более, а зимнего 5 -10 о. С, что благоприятно для развития многочисленных животных и человека. Не случайно Средиземноморье – центр древнейших цивилизаций (месопотамской, финикийской, древнегреческой и древнеримской) и сопутствующих растительных культур (цитрусовые, маслины, виноград. . ). Активная жизнедеятельность, сведение лесов, выпас скота привели к повсеместному уничтожению коренной древесной растительности, преимущественно дубовой (каменный, пробковый дуб), эвкалиптовой (Австралия) или хвойной (ливанский и атласский кедр, сосны-пинии, секвойя, кипарис, казуарина) с формированием стланниковых форм ( «маквис» ) и гариги - сообществ низкорослых древесных кустарников (кермесовый дуб) и засухоустойчивых трав. В Австралии такие сообщества с доминированием карликовых эвкалиптов и казуарин носят название скраба. Общая фитомасса варьирует от 600 до 4000 ц/га при высокой концентрации органического вещества в многолетней надземной фитомассе (древесине)(70 -80%) и корнях (до 20%).
Субтропические жестколистные леса, гариги, скрабы. Прирост (чистая первичная продуктивность) 60 -200 ц/га год. При таком же опаде и отпаде, запасы подстилки варьируют от 10 -20 (гариги, скрабы)до 100 ц/га и более, что указывает на достаточно интенсивные темпы утилизации и деструкции фитомассы (k 1 год-1). Накопление детрита, снижение объема осадков, часто карбонатные (известковые), песчанистые или сланцевые горные породы осадочного происхождения (бывшее морское дно) приводит к образованию рыхлых бурых, коричневых лесных почв на щебнистом материале с довольно большим содержанием гумуса (5 -6% и более), а также специфичных латеритно-известковых средиземноморских почв «терра-росса» на месте деградированной лесной растительности (снижение гумусово-аккумулятивного процесса, высвобождение глинозема и оксидов железа, декальцификация и пропитка. соединениями железа известковых отложений с образованием преимущественно красноватой окраски). В целом почвы более плодородные и обогащенные питательными элементами и органическим веществом по сравнению с латеритами, однако рыхлый слой небольшой мощности и сведение человеком вековых лесов приводит к его быстрой эрозии и невозможности восстановления. . Склерофитная растительность адаптирована к недостатку влаги в летний сезон преимущественно через снижение испарения (широкая крона, жесткие листья с восковым налетом (кутикулой)), а также защищена от болезней и вредителей в теплые влажные сезоны (эфирные масла, фитонциды, колючки, опушение и жесткие покрытия листвы, толстая кора или пробка на стволах и ветвях). Среди фитофагов – копытные средних, реже крупных размеров (серна, дикие и домашние козы и бараны (муфлоны), кабан, олень), грызуны, растительноядные птицы, насекомые. Их численность контролируют крупные и средние млекопитающие-хищники (бурый медведь, волк, испанская рысь, генетта), хищные птицы и падальщики (орел-беркут, могильник, бородач-ягнятник, средиземноморский сокол…), пресмыкающиеся (ящерицы, змеи) и земноводные (зеленая жаба…). Запас биофильных элементов в биомассе высокий как и муссонных лесах 5000 -5500 кг/га. При столь же высокой доле, сосредоточенной в древесных частях (55 -60%) и корнях (25 -30%). Среди элементов доминирует азот (1100 -1500 кг/га ) и кальций, а также кремний, алюминий, железо. Практически всюду естественные биомы претерпели мощную антропогенную трансформацию, приведшую к необратимой деградации растительности (сведение лесов), почв (образование малоплодородных терра-росса, эрозия мелкозема, выход на поверхность щебнистых пород) и животного мира (вымирание видов). Основные экологических проблемы антропогенная деградация при вырубке лесов (необратимой из-за быстрого сноса мелкозема) и выпасе скота (стравливании растительности), «мельчание» древесных форм (от 60 -100 м секвой и эвкалиптов до карликовых гариг и скраба, резкое снижение биоразнообразия и вымирание видов. Антропогенные пожары и «наступление цивилизации» с неизбежной застройкой (курортные зоны, дорогие земли; пример – пожары в Греции 2007 и Олимпийский бум в Сочи 2007 -2010). Тип круговорота: Кальциево-азотный субтропических жестколистных лесов и редколесья, среднезольный, высоко и среднепродуктивный, интенсивный (N, Са, > (Si, Al, Fe)).
Экваториальные, тропические и субтропические регионы – экологические центры культурных растений.
Логистический (ограниченный) рост (модель Ферхюльста. Перла). Среда лимитирует экспоненциальный рост. r –мальтузианский параметр роста (скорость), K - емкость среды– максимально возможная численность популяции в данном местообитании
Подход к количественной оценке мальтузианского параметра роста древостоя Удельный рост древостоя (n(t)), определенный по древесным кернам, описывается логистической функцией , где a – эмпирический параметр, r – искомыц мальтузианский параметр роста. Используя программу S-Plot, оценим мальтузианский параметр роста r по экспериментальным данным: , t, год n(t) 10 0, 14 13 0, 36 0, 61 23 r = 0, 2394 год-1 0 18 Ответ: 0 0, 82 37 0, 95 53 0, 99 70 1
a 48, 12 r 0, 239351 0 0, 020358 2 10 0, 14 0, 032452 4 13 0, 36 0, 051354 6 18 0, 61 0, 080351 8 23 0, 82 0, 123587 10 37 0, 95 0, 185399 12 53 0, 99 0, 268649 14 70 1 0, 372201 16 0, 48898 18 0, 606975 20 0, 713679 22 0, 800914 24 0, 866542 26 0, 912888 28 0, 944177 30 0, 964662 32 0, 977807 34 0, 986132 36 0, 991362 38 0, 99463 40 0, 996666 42 0, 997932 44 0, 998718 Построение функции роста по данным о мальтузианском параметре в среде EXCEL (аппрлксимация данных моделью Ферхюльста-Перла)
Скачать презентацию Общая экология Тема 10 -2 Основные биомы суши
тема-10 (наземные биомы2).ppt