Экологический уровень биологического разнообразия. (Тема 2) презентация

Тема 2. Экологический уровень биологического разнообразия (сообщества и экосистемы)

План лекции: 1.Экосистема, биоценоз, биогеоценоз. 2. Фитоценоз. Видовой состав фитоценоза и факторы, его определяющие. 3. Функциональные группы фитоценоза и их роль в экосистемном разнообразии. 4. Структурное разнообразие экосистем. 5. Краевой эффект (экотон) как фактор таксономического разнообразия экосистем. 6. Разнообразие экосистем. Классификация экосистем по растительности 7. Биомное разнообразие – высший уровень разнообразия экосистем. Биомы суши Земли и Российской Федерации 8. Лесные биомы Российской Федерации. Характеристика. Охрана биоты

Биоценоз характеризуется: таксономической структурой (видовой состав и относительное обилие (частота) отдельных видов) функциональной структурой. По трофическим связям выделяют:

Факторы, определяющие видовое богатство биогеоценоза (экосистемы) 1. Эволюционное время. 2. Экологическое время. 3. Устойчивость и предсказуемость климата. 4. Пространственное разнообразие . 5. Высокая и стабильная первичная продукция, запасы биомассы и разнообразие их слагающих. 6. Наличие высокого уровня конкуренции. 7. Механизмы избирательной элиминации и разреживания.

Биогеоценоз (от био..., греч. geо  – Земля и ценоз – сообщество) – взаимообусловленный комплекс живых и косных (абиотических) компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергии; является экосистемой, которая по границам совпадает с фитоценозом (Сукачев,1944).

Фитоценоз, или растительное сообщество - всякая конкретная растительность, на известном пространстве однородная по составу, синузиальной структуре, сложению и характеру взаимодействия между растениями и между ними и средой (Сукачев, 1951). Растительность – совокупность растительных сообществ (фитоценозов), произрастающих или произраставших на определенной территории или акватории

Видовая структура фитоценоза определяется разнообразием видов, соотношением численности или биомассы всех входящих в них популяций, значимостью видов растений, которые его слагают.

1. Видовой состав (набор видов растений) 1.1. Видовое богатство – количество видов, входящих в фитоценоз. Видовое богатство зависит от: а) физико-географических и исторических условий местности б) эдафических (почвенных) условий местопроизрастания в) резкой переменчивости экологического режима г) биотических факторов д) свойств некоторых компонентов фитоценоза е) изменений фитоценозов в пространстве (флуктуации, сукцессии) и во времени (сезонная динамика)

Тропический дождевой лес (на 100 м² более 100 видов деревьев, кустарников, трав) Одновидовое сообщество тростника южного Phragmites australis

Видовое богатство в фитоценозах Средней полосы России (Миркин и др., 2002. - С. 194)

Для оценки роли отдельного вида в видовой структуре биоценоза используют такие показатели, как обилие, встречаемость, проекционное покрытие, биомасса и др. Обилие — это число особей каждого вида на единицу площади или объема занимаемого пространства. Выражается в шт./м2, шт./га или в баллах. Иногда для расчета обилия вида используют значение биомассы. Если какой-либо вид растения (или животного) количественно преобладает в сообществе (имеет большую биомассу, продуктивность, численность или обилие), то такой вид называется доминантом, или доминирующим видом (от лат. dominans — господствующий).

Частота встречаемости характеризует равномерность распределения вида в биоценозе. Рассчитывается как процентное отношение числа проб или учетных площадок, где встречается вид, к общему числу таких проб или площадок. Численность и встречаемость вида не связаны прямой зависимостью. Вид может быть многочисленным, но с низкой встречаемостью или малочисленным, но встречающимся довольно часто. Для фитоценозов очень важным аналитическим признаком является проекционное покрытие — абсолютная или относительная площадь проекции наземных частей растений на почву; выраженная в процентах.

2. Набором фитоценотипов Фитоценотипы – группы видов (популяций видов) растений, характеризующиеся определенными свойствами, позволяющие им играть сходную роль в жизни фитоценоза. Фитоценотипы (по В.Н. Сукачеву, 1928) I. Эдификаторы – созидатели, «строители» сообщества А. Аутохтонные – «строители» сообщества в местообитаниях, где отсутствует влияние человека и животных В. Дегрессивные – временные «строители» сообщества, при изменении растительного покрова под влиянием человека II. Ассектаторы – оказывают малое влияние на создание среды внутри сообщества А. Аутохтонных – входят в состав самобытного покрова 1. Эдификаторофилы 2. Эдификаторофобы В. Адвентивные – занесены в фитоценоз человеком, животными или другими агентами Субэдификаторы – виды, господствующие во второстепенных ярусах фитоценоза

Фитоценотипы (по А.А. Ниценко, 1965) 1. Доминанты-эдификаторы первого ранга 2. Доминанты-эдификаторы второго ранга 3. Доминанты-субэдификаторы 4. Доминанты-неэдификаторы 5. Субдоминанты в пространстве 6. Субдоминанты во времени 7. Спутники

Треугольник Грайма (С, R,S – первичные типы стратегий; CS, RS, CRS – переходные (вторичные) типы стратегий) Фитоценотипы (по Л.Г. Раменскому, 1935-1938) 1. Виоленты (от лат. violentus – сильный; англ. competitor – конкурент) – эдификаторы, силовики, конкурентномощные растения, «львы». 2. Патиенты (от лат. patientis – выносливый; англ. stress-tolerant – устойчивый к стрессу) – выносливцы, «верблюды» 3. Эксплеренты (от лат. expletivus – восполняющий; англ. ruderalis – сорный) – восполняющие, рудералы, «шакалы».

Вопрос 4. Структурное разнообразие экосистем

Структурное разнообразие - одна из мер биологического разнообразия, выражающая разнообразие структурных элементов сообществ, экосистем. Структурное разнообразие экосистем – это различные варианты внутренней организации функциональных сообществ. К ним относятся:  1) характер стратификации (вертикальная ярусность);  2) характер зональности (горизонтальная разобщенность, вертикальная поясность в горах или литоральной зоне);  3)характер активности (периодичность);  4) характер пищевых связей (сетевая структура пищевых связей);  5)характер размножения (связи потомков с родителями, клоны растений);  6) характер групповых отношений(стаи и стада);  7) характер совместной деятельности, определяемый конкуренцией,  антибиозом, мутуализмом и т. п.;  8) характер стохастических связей (зависимых от случайных воздействий).

Структура фитоценоза 1. Вертикальное (ярусное) надземное сложение на примере лесных фитоценозов

Вертикальный континуум, как вариант разновысотности

2. Горизонтальное расчленение фитоценоза: Мозаичность – неоднородность (гетерогенность) фитоценоза в горизонтальном направлении, проявляющаяся в наличии микрогруппировок (микроценозов), вызванных внутренними причинами фитоценоза. Комплексность – гетерогенность фитоценоза в горизонтальном направлении , представленная пятнами микроценозов, возникающих вследствие исходной неоднородности экотопа. Синузия – структурная часть фитоценоза, характеризующаяся строго определенным видовым составом одинаковой жизненной формой, т. е обладающая эколого-биологическим единством.

Пространственная структура лесного биогеоценоза

3. Характер активности (периодичность) Аспект - сезонные смены растительности, вызванные разными сроками прохождения растениями тех или иных фаз сезонного состояния.

Аспектирование смолки и нивяника на суходольном лугу

4. Динамический (сукцессионный) статус фитоценоза

Смена сообщества в сосновом лесу после низового пожара (слева) и спустя два года (справа)

«Ландшафтное» определение экотона (Коломыц, 1987, с. 12): «...ландшафт – экотон есть "сообщество" природно–территориальных комплексов как относительно однородных на данном иерархическом уровне географических образований, функционально взаимосвязанных и пространственно упорядоченных соответствующими геопотоками». В качестве примера можно указать на трансконтинентальный бореальный экотон (Коломыц, 2003, 2005) – систему зональных границ, разделяющих бореальный пояс (преимущественно таежно-лесной) и суббореальный (лесостепной и степной). Эрланд Георгиевич Коломыц

Вопрос 6. Экосистемное разнообразие, или разнообразие самих экосистем. Классификация экосистем по растительности.

Классификация растительности на эколого-фитоценотической основе по доминантам

Некоторые типы сосняков

Вопрос 7. Биомы суши Земли. Биом – высшая категория экологического разнообразия суши. Огуреева Г.Н., Дроздов Н.Н. (1997-2000) предлагают рассматривать биом, как особый тип биоразнообразия: биомное, или омега — (завершающее) биологическое разнообразие региона.

Биом (англ. biome, от греч. bíos — жизнь и лат. -omat-, -oma — окончание, обозначающее совокупность) — совокупность экосистем природно-климатической зоны. Биом – крупная региональная или субконтинентальная биосистема, характеризующаяся каким-либо основным типом растительности или другой характерной особенностью ландшафта (по Ю. Одуму).

Зональные экосистемы – растительность приуроченная к определенной климатической зона.

Карта биомов суши Биом (англ. biome, от греч. bíos — жизнь и лат. -omat-, -oma — окончание, обозначающее совокупность) - совокупность экосистем природно-климатической зоны.

Карта лесных биомов суши

Дождевые тропические леса

Жестколистные леса и кустарники, Чапараль

Летне-зеленые, или широколиственные леса

Хвойные леса, или, тайга

Степи. прерии

Тундра

Арктические пустыни

Пустыни внутренние

Альпийские луга

Болота

Растительность водоемов и водотоков

Вопрос 7. Разнообразие биомов РФ Зональные биомы России: 1) полярные пустыни 2) арктические и субарктические тундры 3) лесотундра 4) тайга, леса и редколесья из лиственницы 5) хвойно-широколиственные леса, 6) широколиственные леса и лесостепи, 7) луговые, умеренно засушливые и сухие степи, 8) полупустыни и пустыни Интразональные биомы: - марши, - олиго-, мезо- и эвтрофные болота, - растительность водоемов и водотоков

Вопрос 8. Лесные биомы РФ Распространение лесов на территории Российской федерации Площадь лесов на Земле составляет менее 1/3 поверхности суши Доля России в мировых запасах леса –22 % В России сосредоточено около 70 % бореальных (таежных) лесов и около 25 % девственных (первичные) лесов планеты

Основные лесообразующие породы на территории России

Высшие единицы лесной растительности России в различных классификационных схемах

Таксономическое разнообразие сосудистых растений лесных территорий России (на 100 км2)

Высотная поясность

Формы и типы разнообразия по Р. Уиттекеру (1960) Инвентаризационное разнообразие: - элементарная выборка (проба) биоты, - альфа-разнообразие (биотическое разнообразие конкретного относительного однородного фитоценоза или его отдельного биотического элемента – флоры), - гамма-разнообразие (биотическое разнообразие совокупности взаимосвязанных в пространстве местообитаний и представленных на них сообществ, разнообразие ландшафта или его отдельного биотического элемента –флоры) Дифференцирующее разнообразие: - бета-разнообразие (разнообразие сообществ на конкретном градиенте абиотической среды). - дельта-разнообразие (биотическое разнообразие сравнительно крупного региона, в котором представлено разнообразие сообществ по градиенту абиотической среды), - эпсилон-разнообразие (биотическое разнообразие в границах зонального градиента среды – зоно-биома, биома, крупного зонального сектора)