Навігація
Посилання


Основи екології та охорони довкілля

4.7. Загальна характеристика основних природних екосистем світу


Екосистеми за ступенем трансформації людською діяльністю поділяють на природні, природно-антропогенні та антропогенні, а за генетичною класифікацією їх поділяють на природні і штучні. На основі кількості утворюваної первинної продукції, Р.Х.Уіттекер (1975) поділяє природні екосистеми на наступні групи:

- екосистеми найвищої продуктивності, в межах яких утворюється 2000-3000 г/м" на рік первинної продукції. До них належать екосистеми тропічних вологих лісів;

екосистеми високої продуктивності, в межах яких утворюється 1000-2000 г/м2 на рік первинної продукції. До них належать листяні ліси помірної зони і луки;

- екосистеми помірної продуктивності, в межах яких утворюється 250-1000 г/м2 на рік первинної продукції. До них належать степи та чагарники;

екосистеми низької продуктивності, в межах яких утворюється до 250 г/м2 первинної продукції. До них належать пустелі та напівпустелі.

При характеристиці основних природних екосистем світу їх прийнято поділяти на екосистеми суходолу та водні екосистеми. В залежності від типу рослинності (екосистеми суходолу) та властивостей води (водні екосистеми) екосистеми світу поділяють на кілька типів. Різноманіття екосистем на нашій планеті є важливим фактором загальної стійкості біосфери!

4.7.1. Характеристика природних екосистем суходолу

Загальна площа поверхні Землі складає ~ 510 млн. км2, з них до 71% або 360 млн. км2 - це Світовий океан, і тільки біля 150 млн. км" - суходіл. Сонячна енергія по поверхні Землі розподіляється нерівномірно. Її розподіл визначає географічне положення, висота над рівнем моря тощо. Поверхня суходолу припадає переважно на пустелі, гори, ліси, савани і рідколісся, льодовики. Характеристику основних біомів вивчає наука Біогеографія (Воронов А.Г. та ін., 1985).

Лісові екосистеми. Серед лісових екосистем найпоширенішими і найбільш цінними є лісові типи, які займають до 30% площі суходолу. На долю лісових екосистем припадає до 80% фітомаси Землі або 1960 млрд. тонн.

Ліс відносять до поновлюваних природних ресурсів, в якому накопичено тисячі видів дерев, кущів та ліан. В процесі фотосинтезу, лісові екосистеми утворюють до 100 млрд. тонн органічних речовин. В той же час, ліс є елементом географічного ландшафту, що складається із сукупності деревних, кущових, трав’яних рослин, тварин і

мікроорганізмів, біологічно взаємопов’язаних і які впливають як один на одного, так і на навколишнє середовище.

Екологічну цінність лісів важко переоцінити. По-перше, ліс є регулятором водного режиму територій. По-друге, ліси є основним регенератором кисню (ліси продукують ~ 6% кисню атмосфери). Крім того, лісові екосистеми нейтралізують і переробляють значну кількість забруднюючих речовин, зокрема пил із повітря, оксиди Сульфуру і Нітрогену тощо.

Лісові екосистеми класифікують як за типом рослинності, так і за географічними зонами. Для кожного типу лісу характерна своя біопродуктивність, замкненість крони дерев, видовий набір тощо.

Під типом лісу розуміють ділянки лісу або їх сукупність, що характеризуються загальними лісорослинними умовами, однаковим складом деревних порід, кількістю ярусів, аналогічною формою.

<
p>Виділяють кілька типів рослинності лісів:

- північна позатропічна рослинність, до якої відносять кущі кедру, берези, шпилькові породи, широколистяні рослини (дуби, клени тощо), чагарники. Вони формують шпилькові, змішані й широколисті ліси, рідколісся, субтропічні ліси, пустелі і напівпустелі субальпійських чагарників тощо;

- тропічна рослинність, до якої належать рослини, що формують вічнозелені тропічні ліси, листопадні тропічні ліси, тропічне рідколісся і савани. Це окремі види сукулентів, пальмові рослини, окремі представники магнолій і пальмових рослин тощо;

- південна позатропічна рослинність, до якої належать рослини, що формують евкаліптові ліси, вологі підтропічні ліси, мангрові зарості, рідколісся та широколистяні ліси.

В той же час, найбільш часто ліси поділяють за зональними ознаками і виділяють шість типів лісу: шпилькові, мішані, вологі, екваторіальні, тропічні (Індія, Південна Америка тощо) і ліси посушливих областей (Середземномор’я тощо). Найбільшого значення мають перші чотири типи лісів.

Шпилькові ліси холодної зони розташовані в північній півкулі і в зоні тайги. Найбільш характерними представниками рослинного світу є ялина європейська і сибірська, сосна звичайна, модрина, кедр, ялиця. Шпилькові ліси займають територію ~ 13,4 млн. км2 або 10% площі суходолу. Вони, в першу чергу тайга, відіграють важливу роль у продукуванні кисню і за цим показником займають друге місце після екваторіальних лісів. Для цих територій характерна кількість опадів, що відповідає 300-1600 мм на рік. Висока замкненість крони виключає ярусність, хоча трофічні ланцюги є розвинутими і стійкими.

За рахунок особливості рослинних угруповань цих лісів, вони надзвичайно вразливі до зовнішніх впливів, особливо забруднення.

Мішані ліси помірної зони знаходяться в середній широті північної півкулі і представлені шпильково-широколистяними, широколистяними лісами і лісостепами. Найбільш характерними представниками рослинного світу є дуб, бук, горіх, береза, каштан, липа, клен, сосна, ялиця, туя, тощо. Ці ліси найбільш інтенсивно експлуатуються людиною. Для цих територій помітно зростає кількість опадів (900-1500 мм на рік) і, незважаючи на високу замкненість крони, спостерігається ярусність. Тваринний світ мішаних лісів є багатий з великою кількістю трофічних ланцюгів. Це відносно стійкі до зовнішнього впливу екологічні системи.

Вологі ліси теплого помірного клімату зустрічають в обох півкулях в межах субтропічного поясу. Рослинність цих лісів представлена сосною, буком, ясеном, горіхом, тюльпановим деревом, евкаліптом. Ці ліси є відносно малочисельними.

Екваторіальні дощові ліси ростуть в межах екватора і тропічних районів Землі з інтенсивними опадами (1800-2000 мм на рік). В цих районах спостерігається висока температура (~26-28иС) і висока відносна вологість повітря (понад 90%). Ці умови сприяють грунтоутворенню. Рослинний світ представлений червоним деревом, кедром, бальсою, ебеновим деревом, лімбом, тощо. Хоча площа цих лісів складає тільки 10 млн. км~, в них зосереджено до 40% фітомаси планети. В цих лісах зберігається до 50% Світового генофонду рослин і до 75% Світового генофонду тварин.

Для цих екосистем характерна складна просторова структура, що відображено в багатоярусності. Для цих лісів характерною є, також, висока щільність біомаси на одиницю площі. Ці ліси відіграють надзвичайно важливу роль в продукуванні кисню, але останнім часом інтенсивно експлуатуються для меблевого виробництва. Ці екосистеми є відносно стійкими до зовнішніх впливів.

Отже, роль лісу як компоненту природного середовища, місця існування живих організмів і природного ресурсу є надзвичайно великою і різноманітною.

Екосистеми трав’яних ландшафтів. На долю цих екосистем припадає, також, значна площа суходолу. Вони відіграють важливу роль для навколишнього середовища і представлені, переважно, степами (прерії, пампа) і лісостепами (савани).

Степ - це планетарне географічне утворення, на площу якого припадає ~ 6% площі суходолу. Степи формуються в помірному та субтропічному поясі з посушливим кліматом (250-450 мм на рік опадів) і непостійним режимом опадів. Для степів характерним є ксерофітний тип рослинності з характерними екологічними особливостями.

Ґрунти степів являють собою, переважно, чорноземи та грунти каштанового типу. Степи - це безлісові співтовариства багаторічних ксерофітних трав, які представлені, головним чином, злаковими. Лісові угрупування зустрічаються лише в долинах річок. Біомаса степів є відносно малою 100-370 ц/га.

Поширеними рослинами степів є вузьколисті ксерофітні дерновидні злаки (ковиль, тощо), екологічними особливостями яких є розгалужена коренева система, яка занурюється на значну глибину в ґрунт (до 1,5 м). Тваринний світ досить багатий, але характерна фрагментація, тобто тварини прив’язані до певних ділянок. Переважна кількість тварин фітотрофи.

Трофічні ланцюги степів складні, з великою кількістю ланок, але вони виникли внаслідок видоспеціалізації. Це зумовлює вразливість цих екосистем до зовнішніх впливів.

Степи зазнають значного антропогенного впливу (до 90% степів розорані), що призводить до їх деградації. В цих зонах особливого значення мають меліоративні роботи (ідея належить В.ВДокучаєву) для зменшення несприятливих впливів природних (пилові бурі, суховії) та антропогенних факторів.

Савани являють собою тропічний біом (лісостеп) з переважною більшістю трав’яних рослин за участю дерев і кущів. Для саван характерна сезонна ритмічність розвитку, що зумовлено сезонністю опадів. Найбільшою поширення савани набули в Африці та Південній Америці.

Для різних типів саван кількість опадів коливається від 500 до 1500 мм/рік, тому розрізняють вологі, сухі та колючі савани. Деревні рослини саван мають характерні екологічні особливості, які проявляються в їх пристосуванні до сезонного коливання вологості. Для зменшення транспірації під час посушливого періоду, дерева скидають листя або вони перетворюються в шпильки. Крім того, крони дерев можуть мати парасольковидну форму (акації, тощо). Трав’яні рослини саван, особливо злакові, які вкривають до 80% поверхні саван, не змінюють величину транспірації в посушливий період, а вигорають. В той же час, кореневі системи і бруньки поновлення трав добре захищені від висихання і, в період дощів, проходить відновлення трав’яного покриву. Характерним для саван є і такий вид рослин як сукуленти (кактуси, молочаї тощо), які здатні запасати вологу в листках, стеблах та стовбурах рослин і тим самим витримувати значну посуху. Біомаса в саванах коливається в межах 500-1500 ц/га.

Тваринний світ саван дуже багатий і різноманітний, наприклад, африканські савани за чисельністю і різноманітністю копитних займають перше місце серед всіх екосистем суходолу. В саванах характерна значна кількість як травоїдних тварин, так і хижаків. На відміну від степів і лісостепів помірної зони, в саванах важливу роль редуцентів відіграють терміти (чисельність до 2000 особин на га), таргани і жуки.

Пустелі - це наземні біоми, які характеризуються вкрай несприятливими кліматичними умовами (кількість опадів менше 200 мм/рік) і бідністю рослинного світу. Ці аридні зони займають до 36% площі суходолу і основним обмежувальним фактором пустель є сухість клімату.

Пустелі прийнято поділяти на тропічні, субтропічні і помірні. Виділяють чотири морфологічні типи пустель: піщані, кам’янисті, глинисті та солончакові.

Адаптація рослин до умов пустелі (висока температура з перепадом вдень і вночі, нестача вологи, тощо) проявляється у здатності сукулентів, їх кореневої системи проникати на значну глибину в грунт (до 10 м) у пошуках вологи. Це такі рослини як верблюжа колючка, саксаул тощо. Як зазначалось раніше, для таких

7253

рослин характерним є особливий вид фотосинтезу (САМ-метаболізм), що дозволяє їм ефективно використовувати вологу.

Тваринний світ пустель дуже бідний і ці тварини мають свої адаптаційні особливості.

4.7.2. Загальна характеристика водних екосистем

За Ю.Одумом, водні екосистеми поділяють за особливостями водного середовища на дві великі групи: прісноводні та морські. Екосистеми кожної групи мають свої особливості.

Прісноводні екосистеми. Такі екосистеми займають порівняно малу частину земної поверхні, але їх значення для людини і довкілля надзвичайно велике. Прісноводні екосистеми поділяють на три групи: проточні водойми (річки, канали, потічки), стоячі водойми (озера, ставки, водосховища) та болота (клімаксові співтовариства).

Річки є основним джерелом прісної води і вони зазнають найбільшого антропогенного впливу. Характерною особливістю трофічних ланцюгів річок є їх короткість (1-4 ланки) і невелика кількість продуцентів. В таких екосистемах рослинний і тваринний світи залежать від кількості поживних речовин, розчиненого у воді кисню і швидкості течії. Для річок характерний значний виніс речовин з екосистем і незначна замкненість кругообігу речовин.

В річках виділяють перекати - ділянки з швидкою течією, причому дно річки немає намулу або уламкового матеріалу, та плеси - глибоководні ділянки з повільною течією, як правило, з м’яким субстратом (намулом, піском).

На перекатах живуть організми, які або закріплюються на ´ субстрат, або є добрими плавцями. На перекатах практично відсутні редуценти, що живуть переважно в намулі або біоплівці і тому такі ділянки надзвичайно вразливі до забруднення, незважаючи на виніс речовини. Це характерно для малих гірських річок. На плесах виникають сприятливі умови для життя рийних і плаваючих тварин, а також водних рослин з розвинутою кореневою системою. На великих плесах створюються сприятливі умови для розвитку планктону і для таких ділянок характерно замулювання дна.

Озера - це також важливі прісноводні джерела, але в порівнянні з річками, для них характерним є більш різноманітніше життя. В

озерах представлені всі види живих організмів: продуценти - консументи - редуценти. Для озер кругообіг речовин є практично замкненим, але вони є також вразливими до забруднення.

В прісноводних озерах виділяють три основні частини, які можуть бути розглянуті як окремі екосистеми:

- прибережна частина - літораль´,

- глибоководна частина - профундаль;

- основна товща води - пелагіаль.

Рослинний і тваринний світ озер визначається наявністю у воді поживних речовин, а трофічні ланцюги є також відносно короткими. Для озер характерним є те, що основна частина організмів розташовується в верхніх освітлених шарах води, а мінеральні речовини знаходяться в придонних шарах. Верхні і нижні прошарки води розділені так званим термоклином, який перешкоджає вертикальному водообміну і викликає дефіцит мінеральних речовин в при поверхневих шарах води.

Літораль є найбільш заселеною живими організмами і прибережні зони озер є основними трофічними областями. Організми літоралі представлені багатьма видами - від планктону до бентосу. На цих ділянках є достатня кількість і світла, і мінеральних речовин. На цих ділянках широко представлені окремими рослинними угрупуваннями, комахи та значною кількістю видів риби, в тому числі і хижих видів. Пелагіаль заселена різноманітними видами рослин, тварин та комах з характерними пристосувальними механізмами, що дозволяє їм втримуватись біля поверхні води.

Болота лише умовно можна віднести до водних екосистем. Болотні екосистеми є азональними і вони формуються в зонах сильного переводження ґрунту. При цьому, детритний трофічний ланцюг вкорочується та не завершується утворення гумусу. Рештки рослин (рослинний опад) накопичується в напіврозкладеному стані та утворює торф.

Болотні екосистеми представлені, переважно, рослинами та мікроорганізмами, а тваринні організми практично відсутні, за виключенням птахів. При високій вологості болотних ґрунтів, рослини практично не отримують з них вологи, що зумовлено низькою температурою торфової маси та насиченістю води гуміновими кислотами. Біомаса боліт коливається в межах 90-1770 ц/га. В їх межах у вигляді торфу накопичуються значні запаси Карбону.

Морські екосистеми. Морські екосистеми класифікують, за Ю.Одумом, в залежності від умов водного середовища. Екосистеми Світового океану займають значну площу поверхні Землі (~ 360 млн. км2 або 71%) і містять значні об’єми води (1,37 млрд. км3 або 94% гідросфери). Життєві кордони, які б перешкоджали розселенню організмів в Світовому океані відсутні.

У водах Світового океану розчинено до 48x10і5 тонн солей, що створює сприятливі умови для створення та життя різних форм живих організмів. Це понад 160000 видів тваринних організмів та ~ 10000 видів рослин. Серед представників тваринного світу домінують молюски - до 80000 видів, ракоподібні - до 20000 видів, риби - до 16000 видів, простіші - до 15000 видів, тощо. Серед рослин океану домінують водорості, зокрема діатомові - до 5000 видів, червоні - до 2500 видів, синьо-зелені - до 2000 видів, тощо. Абіотичні фактори водного середовища (світловий режим, температура, солоність, густина води тощо) дозволяють поділити водну товщу океану на кілька зон, які відрізняються умовами існування живих організмів. Це, насамперед, верхня освітлена (евфотична) зона до глибини 200 м, та нижня темна (афотична) зона на глибині понад 200 м. Для всіх зон характерні свої особливості, а представники морської флори і фауни мають власні адаптаційні механізми до умов середовища. Найбільше біорізноманіття характерне для евфотичних зон, особливо в межах теплих районів.

Розселення організмів в морських екосистемах має певні закономірності. Так, шельф або літораль (глибиною до 200 м) займає лише 7-8% площі цих водойм, проте тут живуть до 80% всіх морських організмів. Материковий схил (глибина 200-2000 м) займає 8,1%, абісаль - 82,2%, глибоководні жолоби - 2,1%. В межах цих ділянок густота життя є значно меншою, а організми мають власні механізми адаптації. Морським екосистемам притаманна висока продуктивність і вони відіграють важливу роль для стабілізації умов на Землі, зокрема є регулятором клімату, хімічного складу атмосфери, тощо.

Живі організми, що населяють океан, поділяють на три основні екологічні групи: планктон, нектон і бентос. Планктон - це сукупність пасивно плаваючих і переносних морськими течіями в шарі води

рослин (фітопланктон), тварин (зоопланктон) та бактерій (бактеріопланктон), які практично нездатні самостійно пересуватись на значні відстані. Ці групи організмів є першою ланкою трофічних ланцюгів океану, зокрема фітопланктон - основний первинний продукт органічної речовини в морських водоймах, за рахунок якого існують гетеротрофні організми. Саме з фітопланктоном пов’язані такі явища, як “цвітіння вод” та “червоні приливи”.

Нектон - це група активно плаваючих морських організмів, що можуть пересуватись на значні відстані (різноманітні риби, китоподібні, тюлені, морські змії та черепахи, кальмари, восьминоги, тощо). Чисельність окремих видів організмів є значною і вони мають промислове значення.

Бентос - це організми, які населяють морське дно. При цьому вони можуть бути прикріпленими, сидячими (корали, губки, водорості, тощо), риючими (кільчасті черви, молюски, тощо), повзаючими (ракоподібні, голкошкірі, тощо) або вільно плаваючими біля дна (черевоногі молюски, скати, тощо).

Виділяють і інші співтовариства морських організмів, проте за рахунок планктону, нектону та бентосу здійснюється кругообіг життя в Світовому океані (див. оис. 1.18).

Сонячна енепгія

Рис. 1.18. Кругообіг життя в Світовому океані (за Ж.Ерхардом та Ж.Сежену, 1984).


Аналізуючи рис. 1.18. видно, що сонячна енергія, яка поглинається рослинами, передається від них тваринам і мікроорганізмам у вигляді потенційної енергії за основними трофічними ланцюгами. Гетеротрофні організми обмінюються з рослинами вуглекислим газом і мінеральними поживними речовинами.

Розглядаючи афотичну зону Світового океану можна виявити ряд закономірностей. Наприклад, розглянемо екосистему глибоководних рифтових зон. Ця унікальна екосистема відкрита лише в 1977 році в рифтовій зоні підводного хребта Тихого океану, на північно-схід від Галапагоських островів, на глибині 2600 м. На цій глибині є суцільна темрява, що унеможливлює фотосинтез, наявне сірководневе забруднення і значні викиди отруйних металів через гідротермальні джерела. Живі організми представлені гігантськими трубчастими червами (погонофорами), крупними двохстулковими молюсками, креветками, крабами і деякими видами риб. Висока густина життя вражає - 10-15 кг/м2, а роль зелених рослин відіграють сірчисті бактерії, в яких реалізується хемосинтез. Такі екосистеми були знайдені і в інших ділянках Світового океану.

До 75% організмів глибоководних рифтових зон живуть в симбіозі з хемоавтотрофними бактеріями, що дозволяє їм виживати. Сірчисті бактерії складають першу ланку харчового ланцюга даної екосистеми, далі йдуть погонофори, всередині яких живуть бактерії, що здатні переробляти сульфіт Гідрогену і таких чином забезпечувати погонофорів поживними речовинами. Двохстулкові молюски також живуть в симбіозі з сіркобактеріями, що поселяються в молюсках, вилучають із води діоксид Карбону і кисень, які необхідні для окислення сульфіду Гідрогену. При цьому утворюються поживні речовини. Живі організми глибоководних зон мають ряд морфологічних відмінностей, зокрема, у них атрофований зір, у риб відсутній повітряний міхур, розвинуто свічення органів, тощо. В океані відомо більше 800 видів організмів, які світяться. Це близько 200 видів молюсків, 300 видів риб, 150 видів ракоподібних, тощо.

Таке різноманіття екосистем Світового океану зумовлює стійкість цієї гігантської екологічної системи, роль якої переоцінити важко.


Отже, вчення про біотичні угрупування, знання особливостей формування та функціонування природних екологічних систем має безпосереднє значення для господарської діяльності людини і, в першу чергу, при організації заходів по охороні природи та довкілля.

Опанувавши дану тему, дайте відповіді на такі питання:

  1. Яке угрупування можна назвати біоценозом? Дайте характеристику видам біоценозів.
  2. Охарактеризуйте біогеоценоз та екосистему як структурні елементи довкілля.
  3. Проведіть класифікацію екосистем та покажіть взаємозв’язки між її компонентами.
  4. Проведіть порівняння понять «екосистема» та «біогеоценоз».
  5. Охарактеризуйте основні етапи використання речовини і енергії в екосистемах. Малий кругообіг речовин.
  6. Покажіть значення та основні проблеми моделювання розвитку екосистем.
  7. Дайте визначення трофічного ланцюга та назвіть їх основні види.
  8. Охарактеризуйте первинну продукцію екосистем, значення і особливості фотосинтезу, фоторедукції та хемосинтезу.
  9. Яке значення деструкції органічних речовин в екосистемах? Детритний ланцюг живлення.
  10. Охарактеризуйте принципи формування екологічних систем та механізми їх саморегуляції. Сукцесії.
  11. В чому проявляються особливості клімаксового стану екосистем?
  12. Які фактори впливають на стійкість екосистем?
  13. Охарактеризуйте ефективність використання енергії в екосистемах та значення екологічних пірамід.
  14. Дайте загальну характеристику лісових екосистем.
  15. Дайте загальну характеристику екосистем трав’яних ландшафтів.
  16. Дайте загальну характеристику водних екосистем.

загрузка...