Біологія. 9 клас. Козленко

Різноманіття природних і штучних співтовариств

Запам’ятайте терміни: біом, продукція, продуктивність

Існують природні та штучні екосистеми. Природні екосистеми виникли унаслідок тривалого розвитку організмів поруч один з одним в певному середовищі. Штучні екосистеми створюються людиною для реалізації певних потреб. Основні відмінності між природними та штучними екосистемами є такими:

• природні екосистеми характеризуються великим видовим різноманіттям. Число видів у штучній екосистемі, як правило, є малим;
• розподіл видів у природній екосистемі є рівномірним. У штучній, к правило, домінує один або кілька видів;
• ланцюги живлення у штучній екосистемі є коротшими, ніж у природній;
• колообіг речовин та енергії у природній екосистемі, як правило, проходить у її межах. Колообіг у штучній екосистемі є незамкненим — значна частина біомаси виноситься людиною за межі екосистеми;
• природні екосистеми можуть довгий час існувати без втручання людини. Для штучних екосистем таке існування неможливе.

Прикладами штучних екосистем є поле, парк, рибний ставок, акваріум тощо.

Продуктивність біомів

Живі організми, що входять до складу екосистем, здатні утворювати та переробляти органічну речовину. Сумарна маса всіх організмів усього угруповання або окремого виду називається біомасою. До складу біомаси входять тіла організмів повністю, включаючи відмерлі частки — деревину, скинуту шкіру, роги тощо. Продукція — кількість відтвореної біомаси на одиницю площі (або об’єму) за одиницю часу. Кількість органічної речовини, утворена автотрофами (продуцентами), називається первинною продукцією, а утворена гетеротрофами (консументами та редуцентами) — вторинною. Швидкість продукції речовини в екосистемі називається продуктивністю.

Екосистеми планети об’єднані у біоми — сукупності екосистем однієї природно-кліматичної зони. Основними наземними біомами є тундра, тайга, листопадні ліси, степ, савана, пустеля, тропічні ліси; прісноводними — стоячі, текучі води та болота. До солоноводних біомів належить пелагіаль (відкриті океанічні та морські води), зони апвелінгу (місця, де глибинні води океану піднімаються на поверхню), шельф (прибережна зона) та естуарії (зони змішування морських та річкових вод).

У 1964-1974 рр. у світі здійснювався узгоджений збір даних про продуктивність екосистем та фактори, що впливають на неї. Цей збір здійснювався у межах Міжнародної біологічної програми ООН. Упродовж десяти років група спеціалістів по всьому світу визначала площі екосистем, вимірювала їх продуктивність та вираховувала загальну кількість виробленої речовини. На основі досліджень біоценози Землі поділено за продуктивністю на чотири типи:

• угруповання вищої продуктивності (2000-3000 г/м² • рік). До таких угруповань належать посіви цукрової тростини, деяких інших культур та тропічні ліси;
• угруповання високої продуктивності (1000-2000 г/м² • рік). Угруповання цього типу — ліси помірного поясу, луки, посіви кукурудзи.
• угруповання помірної продуктивності (1000-250 г/м² • рік). Це переважно агроценози, а також чагарники та степи;
• угруповання низької продуктивності (менш ніж 250 г/м² • рік). До них належать пустелі та тундри.

Водні екосистеми, як правило, є менш продуктивними, ніж наземні. Це пов’язано з тим, що на поверхні планети росте більше великих рослин з вираженою диференціацією тканин. На більшості території суші продуктивність обмежується браком води, а у водних біомах — браком біогенів. В арктичних районах продуктивність суші є низькою через короткі періоди фотосинтезу, зумовлені холодами; продуктивність же океану у цих широтах є високою завдяки перемішуванню шарів води та надходженню біогенів. В тропічному поясі більша частина суші зайнята пустелями, а відкритий океан є малопродуктивним. Винятками є рифи, тропічні ліси, естуарії тощо.

Продуктивність наземних екосистем обернено пропорційна широті, тобто падає від екватора до полюсів. Залежність продуктивності від географічного положення у морських біотопах складніша і залежить від течій, які приносять біогенні речовини, та розчинності газів у воді, а також деяких інших чинників.

Біоми

Яквже було зазначено, живі організми планети об’єднуються в угруповання (біоценози), що є компонентами екосистем. Сукупність екосистем однієї природно-кліматичної зони називають біомом. Межі біомів залишаються сталими, хоча за зміни умов середовища вони можуть змінюватися (наприклад, наступ пустель в Африці або зменшення площі екваторіальних лісів Амазонії), а самі біоми — перекриватися.

Суша та гідросфера мають різні типи біомів. Основними наземними біомами є такі:

Тундра — біом холодного вологого клімату, що характеризується від’ємними значеннями середньорічних температур, невеликою кількістю опадів та шаром вічної мерзлоти під ґрунтами. Окрім арктичної тундри, що розташована у високих широтах, існує альпійська тундра — високогірний біом, що виникає на значних висотах унаслідок явища висотної поясності. Для тундри характерна бідна рослинність — мохи, лишайники, трав’янисті рослини та чагарнички.

Тайга — ще один біом холодного клімату, однак, на відміну від тундри, характеризується наявністю лісів. Для широт, у яких розташована тайга, характерні довгі сніжні зими та кількість опадів, що перевищує випаровування. Видова різноманітність лісів є доволі бідною, основні породи дерев — хвойні.

Листопадний ліс — біом помірного кліматичного поясу. Опади перевищують випаровування, розподіляються рівномірно, посухи відсутні. Внаслідок скорочення довжини світлового для восени відбувається опадання листя. Видова різноманітність лісів висока, спостерігається ярусність.

Степ — біом напівпосушливої зони помірного кліматичного поясу, у якому домінує трав’яниста рослинність. Випаровування перевищує кількість опадів. Трави утворюють щільний дерен, що, перегниваючи, формує шар багатих на гумус ґрунтів — чорноземів.

Савана — біом тропічного клімату, характеризується наявністю злаково-деревних угруповань, у яких масиви дерев та чагарників мозаїчно розташовані серед трав. Чинником формування такого біому є різке чергування посушливих та вологих сезонів.

Пустелі — група біомів різних кліматичних поясів, розташованих у місцевостях з вкрай низькими значеннями вологості та/або температури. Окрім пустель тропічного поясу, існують арктичні та альпійські пустелі. Характеризуються бідною рослинністю та значним переважанням випаровування над опадами.

Чапараль — чагарниковий біом середземноморського клімату, сформований твердолистими чагарниками. У заростях цих чагарників накопичується велика маса сухої деревини, що призводить до періодичних пожеж.

Сезонний тропічний ліс — біом областей із жарким кліматом та рясними нерівномірно розподіленими опадами.

Вічнозелений дощовий ліс — найбагатший на види біом, розташований у регіонах з великою кількістю опадів та практично постійною температурою. У цих лісах зосереджено 4/5 усіх видів рослин Землі.

Розподіл біомів залежить від кліматичних факторів (мал. 44).

Мал. 44. Біоми та кліматичні фактори

Велика кількість водойм на планеті уможливила виникнення стабільних водних біомів. На відміну від біомів суші, водні поділяються на дві групи залежно від солоності води.

До біомів прісної води належать:

Стоячі води — калюжі, ставки, озера, водосховища. Умови життя визначаються у першу чергу глибиною (і, як наслідок, освітленістю) та наявністю біогенних речовин. Досить часто обмін біогенами між поверхнею та глибиною є утрудненим.

Текучі води — струмки, потоки та річки. Умови життя визначаються швидкістю течії. Здатні переміщувати велику кількість води і біогенів. Текучі водойми значною мірою пов’язані з оточуючими наземними системами.

Болота — біоми помірного поясу з великою кількістю органічної речовини. Внаслідок браку кисню у воді руйнування цієї речовини утруднене та відбувається повільно.

Морськими біомами є:

Пелагіаль — відкритий океан та морські глибини, віддалені від узбереж. Продуценти зосереджені в поверхневому освітленому шарі води. Біогени неперервно опускаються з поверхні у глибину.

Континентальний шельф — прибережна зона морів та океанів (приблизно до глибини 200 метрів). Спостерігається велике різноманіття видів та екосистем.

Зони апвелінгу — невеликі місцини у Світовому Океані, де відбувається підйом біогенних речовин на поверхню внаслідок перемішуванню шарів води під дією вітрів або виходу глибинних течій.

Естуарії — місця змішування річкових та морських вод. Наслідком такого змішування є наявність великої кількості органіки та постійні коливання солоності, до чого змушені пристосовуватися мешканці цього біому.

Різні біоми відрізняються між собою за продукцією біомаси. Біомаса усіх біомів планети складає біомасу біосфери. Загальна біомаса біосфери складає приблизно 2,5-3 х 10¹⁸ т.

• 1. Ви збираєтесь виміряти продукцію та продуктивність на дослідницькій ділянці біля школи. В яких одиницях вимірюються ці показники?
• 2. Які лімітуючи фактори обмежують продуктивність різних біомів?
• 3. За мал. 44 поясніть, чому за однакової середньорічної температури формуються такі різні біоми?

Обговоріть у групах

Знайдіть у додаткових джерелах дані про продуктивність та продукцію основних біомів суші та води, а також відсоток площі Землі, який вони займають. Представте дані у вигляді діаграм різних типів так, щоб підкреслити, які з біомів більш продуктивні.