pdf

ŚRODOWISKO NATURALNE CZŁOWIEKA:
BIOSFERA CZY CYWILIZACJA?
WYKŁAD 5
OBLICZA BIOSFERY: BIOMY
Energia promieniowania słonecznego
ROZKŁAD ŚREDNICH
TEMPERATUR
POWIERZCHNI
LĄDÓW I OCEANÓW
[NASA]
Cyrkulacja
atmosferyczna
WIATRY ZACHODNIE
PASATY NE
PASATY SE
WIATRY ZACHODNIE
ŚREDNIE ROCZNE SUMY OPADÓW
ROZMIESZCZENIE PUSTYŃ
EWAPOTRANSPIRACJA POTENCJALNA [mm/rok]
FAO
http://www.fao.org/geonetwork/srv/en/metadata.show?id=5017&currTab=summary
EWAPOTRANSPIRACJA RZECZYWISTA [mm/rok]
FAO
http://www.fao.org/geonetwork/srv/en/metadata.show?id=37233
GŁÓWNE KLIMATY ZIEMI
Lód
Chłodny
Suchy
Ciepły-umiarkowany
Tropikalny
Górski
BIOMY
BIOM:
fragment biosfery • odznaczający się typowymi warunkami
środowiskowymi, determinującymi tempo produkcji i
dekompozycji (czyli bilans materii organicznej),
• w konsekwencji:
rozwój charakterystycznych gleb i roślinności;
• w różnych rejonach ten sam biom mogą tworzyć
biota różnego pochodzenia
• Pojęcie biomu można rozszerzyć
na typowo ukształtowane obszary oceanów
NIE MYLIĆ Z KRAINĄ BIOGEOGRAFICZNĄ!
ZALEŻNOŚĆ TYPU ROŚLINNOŚCI
(BIOMU) OD TEMPERATURY I OPADÓW
WG WHITTAKERA
ZALEŻNOŚĆ TYPU ROŚLINNOŚCI (BIOMU)
OD TEMPERATURY I OPADÓW
cm
(WG WHITTAKERA, ZMIENIONE)
SUCHE
LASY
STYNIA
PÓŁPU
ŚLA
ZARO ASTE
Z
KOLC
ZALEŻNOŚĆ TYPU ROŚLINNOŚCI (BIOMU)
OD TEMPERATURY I OPADÓW
BIOMY
WG WHITTAKERA
ZMIENIONE
Cox & Moore 2010
Mapa roślinności uzyskana wg symulacji komputerowej wyłącznie
na podstawie warunków klimatycznych.
GŁÓWNE BIOMY LĄDOWE ŚWIATA
borealny las liściasty
borealny las szpilkowy
umiark./borealny las mieszany
umiark. las szpilkowy
umiark. las liściasty
umiark. las liściasty
wieczniezielony
tropikalny las sezonowy
tropikalny las deszczowy
tropikalny las zrzucający liście
wilgotne sawanny
suche sawanny
murawy wysokie
murawy niskie
suche zarośla
suche stepy
pustynie
tundra arktyczna/alpejska
pustynia polarna
Cox & Moore 2010
GŁÓWNE BIOMY LĄDOWE ŚWIATA
Tundra i lód
Las borealny (tajga)
Las: liściaste umiark., subtropikalne wieczniezielone
Murawy strefy umiarkowanej
Pustynia, półpustynia
Tropikalny las liściasty i sawanna
Tropikalny las deszczowy
Tundra alpejska
GŁÓWNE BIOMY LĄDOWE ŚWIATA
Tundra
Tajga
Las liściasty umiark.
Las iglasty umiark.
Murawy
Sawanna
Las tropik
Pustynia
Mokradła,
lądolód i.
Ecology, 89(8), 2008, pp. 2117–2126
BIOMY MORSKIE
GLOBALNY SCHEMAT
POWIERZCHNIOWYCH PRĄDÓW MORSKICH
GŁÓWNE STREFY UPWELLINGÓW
Be – Benguela
Ca – Kanaryjski
CC – Prąd Kalifornijski
EA – Atlantycki Równikowy
EA – Pacyficzny Równikowy
Hu – Prąd Humboldta
SC – Prąd Somalijski
SO – Ocean południowy
Anderson & Lucas 2009
PRODUKCJA PIERWOTNA
OTWARTEGO OCEANU
PRODUKCJA PIERWOTNA
OTWARTEGO OCEANU
Strategia producenta w oceanie
Zakwity (algal blooms)
MORSKIE
OKRZEMKI
PLANKTONOWE
wiki
PLANKTONOWE OKRZEMKI
Diatomea (Bacillariophyta)
Bacillaria paxillifer
Zooxantellae
(Dinoflagellata)
symbiotyczne
z Coelenterata
(np. koralowcami)
Trichodesmium sp.
Wolnożyjąca
sinica morska
wiążąca azot
Planktonowe Coccolithophora
Coccolithus pelagicus
Gephyrocapsa oceanica
Widłonogi (Copepoda)
jedna z głównych grup
morskich planktonowych
roślinożerców
Acartia tranteri dorsal view
LETNI ZAKWIT GLONÓW
W MORZU BARENTSA;
niebeskie zmętnienia:
Coccolithophora (?)
zielonkawe: okrzemki
acquired August 31, 2010
ZAKWIT
PLANKTONU
NA POŁUDNIOWYM
PACYFIKIU
M. NOWĄ ZELANDIĄ
Z WYSPAMI CHATHAM
acquired December 23, 2009
SIEĆ TROFICZNA
OTWARTEGO OCEANU
Fitoplankton
otwartego
oceanu
Zooplankton
(głównie Copepoda)
drapieżniki
NO3
Bentos,
dekompozycja NH
4
SZELFY KONTYNENTALNE
PRZYBRZEŻNE
ESTUARIA
UPWELLINGI:
BIOM MORSKI I JEGO
LĄDOWE PRZYCZÓŁKI
Foki
brodate
Morsy
FITOPLANKTON
import biomasy
z lądu (ujścia
wielkich rzek)
MIEJSCE MORSÓW
i FOK BRODATYCH
W SIECI TROFICZNEJ
MORZA BERINGA
I INNYCH PŁYTKICH
MÓRZ ARKTYCZNYCH
Ryby
przydenne
Nektobentos
Dekompozycja
Epifauna bentosowa
Omułki
(zagrzebane)
Ssaki morskie żerujące przy dnie:
mors do 80 m
foka brodata do 400 m
©wiki
Mors (Odobenus rosmarus)
KRYL Meganyctiphanes
wiki
norvegica
Foki: nerpa,
szara, pstra,
pręgowana
FITOPLANKTON
Zooplankton
Ryby i
bezkręgowce
pelagiczne
import biomasy
z lądu (ujścia
wielkich rzek)
MIEJSCE FOK
ŻERUJACYCH
PELAGICZNIE
W SIECI TROFICZNEJ
MORZA BERINGA
I INNYCH PŁYTKICH
MÓRZ ARKTYCZNYCH
Ryby
przydenne
Nektobentos
Dekompozycja
Fauna bentosowa
Ssaki morskie żerujące pelagicznie
Phocidae (foki właściwe)
Otaridae (kotiki, lwy morskie)
©wiki
Foka pospolita Phoca vitulina
Alka olbrzymia, Alca [Pinguinus] impennis
wytępiona w XIX w.
©wiki
Maskonur (Fratercula arctica)
©wiki
Uchatki
(Otaridae)
Uchatka kalifornijska
„Lew morski”
(Zalophus californianus)
„foka cyrkowa”
Otaria, uchatka patagońska
(Otaria flavescens)
BIOMY MÓRZ POLARNYCH
ANTARKTYKA
UPROSZCZONA SIEĆ TROFICZNA OCEANU POŁUDNIOWEGO
OKRZEMKI
ZOOPLANKTON
KRYL
WIELORYBY
ORKA
KRABOJAD
PTAKI PELAGICZNE
PINGWIN
ADELI
SKUA
DUŻE RYBY
MAŁE RYBY I
GŁOWONOGI
PINGWIN
CESARSKI
FOKA ROSSA
FOKA WEDDELLA
LAMPART
MORSKI
KRYL ANTARKTYCZNY
(Euphausia superba)
STAN BIOMASY:
125-725 mln ton
PRODUKCJA PIERWOTNA
OCEANU POŁUDNIOWEGO
•
•
•
•
Producenci: okrzemki, bruzdnice
Otwarty ocean 0,5-2 g C m2 d-1
Lokalnie (przy pow. lodu) 30-50 g C m2 d-1
Łącznie Ocean Południowy (na pd od
50°S)
4,4 Tg C rok-1 [= 109 t]
Westwood et al. 2010, Arrigo et al. 1998
KONSUMPCJA FITOPLANKTONU
•
•
•
•
Kryl (Euphausia superba)
Osłonice (Salpa thompsoni)
Łącznie – do 86% dobowej NPP
Łącznie – eliminacja do 30% C
– 1 do 50 mg C m-2 d-1
» E.A. Pakhomov 2004 Deep Sea Research Part II: Topical Studies in
Oceanography
» Volume 51, Issues 22-24, November-December 2004, Pages 2645-2660
KONSUMPCJA KRYLA
•
•
•
•
•
•
Krabojady 63 mln t/rok
Wszystkie foki razem 63-130 mln t/rok
Ptaki 15-20 mln t/rok
Głowonogi 30-100 mln t/rok
Ryby 10-20 mln t/rok
RAZEM 152-313 mln t/rok
Foka Weddella (Leptonychotes weddellii)
wiki
Pingwin cesarski
(Aptenodytes forsteri)
Pingwin skalny,
skocz skalny
(Eudyptes chrysocome)
RAFA KORALOWA
© jw
Występowanie raf koralowych
granica izotermy 20oC
Ekosystem rafy koralowej
• Tylko w wodach tropikalnych
(temp.>18oC;optimum 23-25oC)
• Płytko (max. 150 m, zwykle do 50 m)
• Maksymalna Pp (2500 – do 4000 g C m-2 rok-1)
[5 - 10 g C m-2 d-1]
• Maksymalna bioróżnorodność
• Złożone interakcje (symbioza zooksantelli z
koralowcami i in.)
• Znaczenie biogeochemiczne: obieg wapnia,
tworzenie skał (0,3 -12 kg CaCO3 m-2 rok-1);
aragonit
żywy polip
SCHEMAT POLIPA KORALOWCA
„koralit”
ektoderma
symbiotyczne
zooksantelle
(bruzdnice)
szkielet
wapienny
entoderma
Neshyba
PRZEKRÓJ POLIPA
KORALOWCA
OŚMIOPROMIENNEGO
Symbioza z zooksantellami:
80-90% zapotrzebowania pokarmowego polipa;
Drapieżnictwo: pozostałe 10-20%
Threadfin Butterflyfish
Chaetodon auriga
żywi się bezkregowcami,
nie koralowcami
Koralowce twarde
Koralowce miękkie
Chaetodontidae: 120 gatunków w 10 rodzajach;
głownie indo-pacificzne, wiele gatunków
kosmopolitycznych
Red Sea
© JW
RYBY RAF KORALOWYCH
© jw
„BLAKNIĘCIE KORALOWCÓW” („CORAL BLEACHING”)
Zdrowe koralowce
Martwe koralowce tego samego gatunku
Acrophora palmata
EUTROFIZACJA RAF KORALOWYCH
© jw
GŁÓWNE BIOMY LĄDOWE ŚWIATA
Tundra i lód
Las borealny (tajga)
Las: liściaste umiark., subtropikalne wieczniezielone
Murawy strefy umiarkowanej
Pustynia, półpustynia
Tropikalny las liściasty i sawanna
Tropikalny las deszczowy
Tundra alpejska
NIZINNY, RÓWNIKOWY
LAS DESZCZOWY
TROPIKALNY LAS DESZCZOWY – ZASIĘG OBECNY
OBSZAR ISTNIEJĄCYCH JESZCZE LASÓW RÓWNIKOWYCH
I TEMPO ICH WYCINANIA (% ROCZNIE)
6000
-1.5%
5000
4000
tys. km
2
-1%
3000
2000
-0.4%
-0.4%
0.4%
1000
0
Brazylia
Kongo
Indonezja
Papua NG
Madagaskar
Singh & Sharma, Tropical Ecology 50(1): 7-21, 2009
Las deszczowy - Amazonia: postępująca deforestacja
(LANDSAT)
82 m
69 m
STRATEGIE DRZEW:
KORZENIE SZKARPOWE
© jw
(Rancho Grande)
© jw
© jw
Gyranthera caribensis
Strategie adaptacyjne roślin tropikalnych
PNĄCZA
• Liany (skototropizm)
• Liany-dusiciele (Ficus sp.)
• Pnącza wczesnosukcesyjne (Passiflora)
Liany (skototropizm)
© jw
Liany dusiciele (Ficus sp.)
© jw
Merida, Venezuela
© jw
Liany dusiciele (Ficus sp.)
Pantanal, Brazylia
EPIFITY I PASOŻYTY
© jw
© jw
Bromelia sp.
Rancho Grande, Venezuela
© jw
Leniwiec trójpalczasty brunatny (Bradypus variegatus)
Choroni, Venezuela
Wyjec rudy (Alouatta seniculus)
Rancho Grande, Venezuela
© jw
Ostronos rudy, koati (Nasua nasua)
Iguassu. Brazylia
© jw
© jw
© jw
Nektarnik (Nectarinia [Cynnyris] mediocris; Nectariniidae)
na Euphorbia pulcherrima.; Mt. Kenia
© jw
Tukan wielki (Ramphastes toco)
Pantanal, Brazylia
© jw
Ara araruna (Ara ararauna)
Iguassu, Brazylia
© jw
Mrówki gromadne Aciton sp.
MRÓWKI GRZYBIARKI
© jw
Atta sp.
MASOWE WYMIERANIE PŁAZÓW
• Grzybica (Batrachochytrium dendrobatidis)
• Inne czynniki?
Bufo periglenes †
wiki
© jw
Korzeniara czerwona (Rhizophora mangle)
Ocumare de la Costa, Venezuela
Las zrzucający liście
w porze suchej
(las monsunowy)
Las miombo
Brachystegia sp.
Julbernardia sp. – miombo
(Cesalpinaceae)
wiki
• Opady ok. 1100 mm
(pora desczowa )
• Zasięg zredukowany
(wypalanie, uprawy,
pastwiska)
• Obszar zimowania
europejskich wróblowców
Las miombo
Brachystegia sp.
Julbernardia sp. –
miombo
(Cesalpinaceae)
Runo: trawy, brak
podszytu
Las mopane
Colophospermum mopane
(Cesalpinaceae)
wiki
LAS LIŚCIASTY
STREFY UMIARKOWANEJ
© jw
PUSZCZA NIEPOŁOMICKA
© jw
ŻUBRY W PUSZCZY BIAŁOWIESKIEJ
© jw
Las liściasty Am. Pn. (klony czerwone i klony cukrowe)
Pola uprawne na Spiszu
© jw
© jw
Pole pszenicy – okolice Krakowa
© jw
Macchia śródziemnomorska - Chorwacja
TAJGA
MAPA ZASIĘGU LASÓW BOREALNYCH
(TAJGI)
wiki
© jw
Tajga mongolska – górna granica lasu w górach Chentej
Tajga w górach Chentej (Mongolia)
© jw
STRATEGIA TRAWY
- SAWANNA
- STEP
- PRERIA
- PAMPA
- LLANOS
- PUSZTA
- VELDT
- PÓŁPUSTYNIA
- PUSTYNIA
rycina Albrechta Dürera Æ
STRATEGIA
TRAWY
• Szybko rosnąca bylina
(rzadziej jednoroczna);
• Wiele źdźbeł z 1 węzła;
• Wiatropylność (czasem
samozapylenie);
• Przetrwanie niekorzystnej
pory w pęczku korzeni pod
ziemią;
• Odrastanie po odgryzieniu;
• Gatunki odporne na suszę.
BIOMY TRAWIASTE ŚWIATA (UDZIAŁ TRAW)
Procent pokrycia murawą
Brak danych
Baobaby (Adansonia digitata) na sawannie (Tanzania)
© jw
Akacja parasolowa (Acacia tortilis); Samburu, Kenia
zasięg
akacji
parasolowej
© jw
Żyrafa siatkowana Giraffa camelopardalis reticulata; Samburu, Kenia
© jw
Oryks beisa (Oryx gazella beisa)
Samburu, Kenia
© jw
Bawół kafryjski (Syncerus caffer) Masai Mara, Kenia
PRZEŻUWACZE
(wg Hoffmann,1973)
wcześniejszy
etap ewolucji:
pokarm
skoncentrowany,
mały żwacz
adaptacja
zaawansowana:
trawożernść,
pokarm
objętościowy
© jw
PRZEDŻOŁĄDKI
Dik-dik (Madoqua kirkii) 4 kg
© jw
Bawół kafryjski (Syncerus caffer) 800-1000 kg
selektywne,
pokarm
skoncentrowany
pośrednie
trawożerne, pokarm objętościowy
GNU
GERENUK
GAZELA
GRANTA
KONGONI
ŻYRAFA
TOPI
BOHOR
GAZELA
THOMSONA
DIK-DIK
KOB ŚNIADY
ORYKS
BONGO
IMPALA
BUSHBOCK
(wg.
Hoffmann,1973)
BAWÓŁ
SAWANNA ZALEWOWA
Ameryka Pd.
© jw
Kajman okularowy (Caiman crocodilus); Pantanal, Brazylia
© jw
Kapibara (Hydrochoerus hydrochaeris); Pantanal, Brazylia
© jw
Bydło zebu; Pantanal, Brazylia
STEP AZJATYCKI
(MONGOLIA)
Step karaganowy, Mongolia
© jw
PAMPASY
Cold Patagonian steppe near Fitz Roy, Argentina
PRERIA
Tallgrass prairie
©wiki
Tallgrass prairie
„BLUEGRASS” STATES:
Kentucky
Tennessee
©wiki
„blue grass” – Poa (pratensis)
[wiechlina łąkowa]
©wiki
Bizon amerykański (Bison bison)
PUSZTA
© jw
Puszta, Europa środkowa
PUSTYNIA
ROZMIESZCZENIE PUSTYŃ NA ŚWIECIE
© jw
Pustynia Wschodnia, Egipt
© jw
Pustynia Synaj, Egipt
© jw
Pustyna Mojave (Kalifornia) – Jukka krótkolistna (Yucca brevifolia), „Joshua tree”
© jw
Grand Canyon, Arizona, USA
© jw
Macropus giganteus
wiki
KANGURY:
„SKACZĄCE KROWY”
DZIKI WIELBŁĄD AUSTRALIJSKI
(Camelus dromedarius)
ok. 1 000 000 osobników
BIOMY ZAGROŻONE
BIOMY ANTROPOGENICZNE
„ANTROMY”
ANTROPOGENICZNE
PRZEKSZTAŁCENIE
BIOMÓW
W OKRESIE 1700 DO 2000
anthropogenic biomes = „anthromes”
Anthropogenic transformation of the
biomes, 1700 to 2000
E.C. Ellis, K. K. Goldewijk, S. Siebert, D.
Lightman, N. Ramankutty, 2010
BIOMY ANTROPOGENICZNE WG. ELLISA et al. 2010
Frakcja zmienionej powierzchni
ŚRÓDZIEMNOMORSKIE LASY.
ZADRZEWIENIA I ZAROŚLA
UMIARKOWANY LAS, STEP I
ZAROŚLA
UMIARKOWANY LAS LIŚCIASTY I
MIESZANY
TROPIKALNY I SUBTROPIKALNY
SUCHY LAS LIŚCIASTY
SAWANNY I STEPY ZALEWOWE
TROPIKALNE I SUBTROPIKALNE
STEPY. SAWANNY I ZAROŚLA
TROPIKALNE I SUBTROPIKALNE
LASY IGLASTE
PUSTYNIE
GÓRSKIE MURAWY I ZAROŚLA
PRZEKSZTAŁCENIA
PIERWOTNYCH
BIOMÓW
TROPIKALNY I SUBTROPIKALNY,
WILGOTNY LAS LIŚCIASTY
UMIARKOWANY LAS IGLASTY
TAJGA
TUNDRA
Millenium Ecosystem
Assessment 2005
http://www.maweb.org/en/index.aspx
Przekształcenie pierwotnych biomów
Utracone
przed 1950
Utracone między
1950 a 1990
Spodziewana utrata
do 2050
Siedliska zmienione
Siedliska chronione
Umiarkowane murawy,
sawanny, krzewiaste
Śródziemnomorskie lasy
i zakrzewienia
Lasy liściaste tropikalne
lasy liściaste
i mieszane umiarkowane
Subtropikalne lasy iglaste
UDZIAŁ SIEDLISK
ZMIENIONYCH
I OBJĘTYCH
OCHRONĄ
W 13 BIOMACH
LĄDOWYCH
Tropikalne lasy wilgotne
Tropikalne/subtropikalne
murawy, sawanny
Sawanny zalewowe
Pustynie i półpustynie
Murawy i zakrzewienia
górskie
Lasy iglaste umiarkowane
CRI - „conservation
risk index” =
zmienione/chronione
Tajga
Tundra
% powierzchni
biomu
% powierzchni
biomu
Hoekstra & al. 2005
Udział siedlisk chronionych w ekoregionie, %
UDZIAŁ SIEDLISK
ZMIENIONYCH
I OBJĘTYCH OCHRONĄ
W 810 EKOREGIONACH
LĄDOWYCH
20% pow. zmienione CRI > 2
40% pow. zmienione CRI > 10
50% pow. zmienione CRI > 25
Udział siedlisk zmienionych w ekoregionie, %
Hoekstra & al. 2005
MAPA EKOREGIONÓW WRAŻLIWYCH (vulnerable),
ZAGROŻONYCH (endangered)
I KRYTYCZNIE ZAGROŻONYCH (critical)
Hoekstra & al. 2005