Biologia szkoła ponadgimnazjalna/Różnorodność ekosystemowa

Różnorodność ekosystemowa

Zagadnienie z podstawy programowej

„uczeń: opisuje różnorodność biologiczną na poziomie genetycznym, gatunkowym i ekosystemowym; wskazuje przyczyny spadku różnorodności genetycznej, wymierania gatunków, zanikania siedlisk i ekosystemów; ”

Globalne zróżnicowanie ekosystemów

Rozmieszczenie biomów

Każdy ekosystem składa się z biocenozy i biotopu. Elementy biotopu w dużym stopniu uzależnione są od klimatu. Gleba i woda są niezbędne do rozwoju roślin, które stanowią w większości ekosystemów podstawowy poziom troficzny, czyli producentów. Z biomasy wytworzonej przez rośliny korzystają bezpośrednio lub pośrednio pozostałe organizmy. W poszczególnych strefach klimatycznych występują ekosystemy o szacie roślinnej. Grupy ekosystemów z charakterystyczną szatą roślinną oraz podobnej strukturze przestrzennej to biomy.

W strefie równikowej typowym ekosystemem jest wilgotny las równikowy. Brak pór roku, częste opady i utrzymujące się przez cały rok wysokie temperatury sprzyjają rozwojowi organizmów żywych. Dla lasów równikowych charakterystyczne jest występowanie kilku pięter roślinności, duża produkcja biomasy oraz ogromna różnorodność gatunkowa. Biom ten skupia ekosystemy o różnorodności gatunkowej nieporównywalnej z ekosystemami w żadnej innej strefie klimatycznej.

W klimacie podrównikowym występowania pory suchej wiąże się ze znacznie uboższą szatą roślinną. Trawiaste ekosystemy z nielicznymi drzewami zaliczane są do biomu o nazwie sawanna. Różnorodność gatunkowa w strefie sawann jest znacznie mniejsza.

W klimacie zwrotnikowym znikoma ilość opadów nie stwarza możliwości rozwoju ekosystemów o dużym bogactwie gatunkowym. Nieliczne rośliny to gatunki, które potrafią przetrwać długie okresy suszy. Aby przetrwać w niesprzyjającym środowisku musiały wykształcić, w procesie ewolucji, liczne zabezpieczenia chroniące przed zjedzeniem przez zwierzęta. Liczba gatunków zwierząt pojawiających się w ekosystemach pustynnych jest również skromna.

W klimacie podzwrotnikowym, jeśli ilość opadów jest wystarczająca rozwijają się ekosystemy zaliczane do lasów wiecznie zielonych. Dodatnia temperatura przez cały rok umożliwia rozwój drzew, które nie zrzucają liści. Ograniczona ilość wody wiąże się z koniecznością ograniczenia parowania. Liści roślin lasów wiecznie zielonych są grube i skórzaste.

W klimacie umiarkowanym większość ekosystemów to lasy liściaste i mieszane. Drzewa liściaste w okresie zimy zrzucają liście. Okres zimy nie sprzyja wielu organizmom, dlatego różnorodność gatunkowa lasów strefy umiarkowanej jest znacznie niższa niż lasów równikowych.

W głębi kontynentów w strefie klimatu umiarkowanego ilość opadów jest niewystarczająca do rozwinięcia roślinności drzewiastej. Roślinność trawiasta i inne rośliny zielne tworzą biom o nazwie step.

W klimacie umiarkowanych chłodnym typową roślinnością są lasy iglaste nazywane tajgą. Różnorodność gatunkowa ekosystemów tajgi jest niewielka, w lasach można wyróżnić piętro drzew i tylko czasami dobrze rozwinięte piętro runa

W klimacie podbiegunowym ujemne temperatury, panujące przez większą cześć roku, pozwalają na rozwinięcie się tyko porostów, mchów, roślinności trawiastej i karłowatych drzew. Różnorodność gatunkowa ekosystemów tundry nie jest zbyt duża.

W klimacie polarnym ekosystemy są skrajnie ubogie w gatunki, biom nazywany jest pustynią lodową. Zwierzęta żyjące na Antarktydzie korzystają przede wszystkim z pokarmu dostępnego w morzach.

Niektóre ekosystemy są do siebie podobne pod względem szaty roślinnej pomimo tego, że znajdują się w odrębnych strefach klimatycznych. Ekosystemy wysokich gór określane są jako biom wysokogórski.

• 
  Las równikowy
• 
  Las równikowy
• 
  Sawanna
• 
  Sawanna
• 
  Pustynia
• 
  Pustynia
• 
  Step
• 
  Step
• 
  Las wieczniezielony
• 
  Las wieczniezielony
• 
  Lasy liściaste i mieszane strefy umiarkowanej
• 
  Lasy liściaste i mieszane strefy umiarkowanej
• 
  Tajga
• 
  Tajga
• 
  Tundra
• 
  Tundra
• 
  Pustynia lodowa
• 
  Pustynia lodowa
• 
  Biom wysokogórski. Alpy
• 
  Biom wysokogórski. Himalaje

Lokalne zróżnicowanie ekosystemów

Ekosystem łakowy i polny

W jednej strefie klimatycznej warunki środowiskowe nie są jednorodne. Ekosystemy stanowią odrębną całość. Pomimo wielu podobieństw między ekosystemami biomu wilgotnych lasów równikowych położonymi w Afryce, Azji lub Ameryce Południowej istnieją duże różnice w składzie gatunkowym. Ewolucja organizmów występujących w poszczególnych ekosystemach przebiega niezależnie. Ekosystemy są izolowane barierami geograficznymi, a mieszanie się gatunków jest niemożliwe.

Las sosnowy

Mokradła w dolinie rzeki Biebrzy

Las liściasty

Jezioto tworzy odrębny ekosystem

Jeśli bariery geograficzne nie występują do zróżnicowania ekosystemów w jednej strefie klimatycznej dochodzi w efekcie zróżnicowania warunków środowiska. Najogólniej ekosystemu można podzielić na wodne i lądowe. Do ekosystemów wodnych zaliczane będą ekosystemy występujące w morzach i oceanach oraz ekosystemy wód śródlądowych. Odrębny ekosystem tworzą na przykład organizmy zamieszkujące jezioro. Podobnie rzeka wraz z organizmami w niej żyjącymi jest oddzielnym ekosystemem. Wpływ człowieka doprowadził do wyróżniania ekosystemów ze względu na ich stopień przekształcenia. Ekosystemy pierwotne to te, w których wpływ człowieka nie występuje. Wszystkie procesy przyrodnicze w takich ekosystemach pozostają niezaburzone. W krajach wysokorozwiniętych, takich jak Polska, ekosystemów pierwotnych jest niewiele. Za ekosystem pierwotny można uznać Białowieski Park Narodowy oraz Tatrzański Park Narodowy. Puszcza Białowieska to jedyny w Europie pierwotny ekosystem należący do lasów nizinnych. Większość lasów w Europie można zaliczyć do ekosystemów naturalnych lub półnaturalnych. Są ekosystemami zmienionymi przez człowieka. W większości lasów prowadzi się wyręb drzew i pozyskuje się inne przydatne dla człowieka surowce. Skład gatunkowy lasów zastał zaburzony. W większości lasów w ramach gospodarki leśnej sadzone były drzewa, które nie występowały w danym miejscu wcześniej. Nasiona mogły pochodzić nawet z bardzo odległego ekosystemu, a geny posiadane przez wyrosłe z nich drzewa nie zawsze zapewniają odpowiednie przystosowanie do lokalnego środowiska. Zaburzenie składu gatunkowego i wprowadzenie osobników z odmienną pula genową zaburza naturalne procesy zachodzące w ekosystemach. W sadzonych i gospodarczo wykorzystywanych lasach często dochodzi do masowego rozmnażania się organizmów traktowanych jako szkodniki – gradacje szkodników. Takie sytuacje nie mają miejsca w lasach pierwotnych, duża różnorodność gatunkowa i występowanie wielu zależności pokarmowych zapewnia utrzymanie liczebności każdej populacji na zrównoważonym poziomie. Do ekosystemów półnaturalnych zaliczyć można także łąki. Ich skład gatunkowy został zmieniony, jednak wiele gatunków rosnących na łąkach to gatunki dzikie nie wysiewane przez człowieka. Stosunkowo duża powierzchnię zajmują ekosystemy sztuczne, do których zalicza się pola uprawne. Dominuje w nich jeden gatunek rośliny, wprowadzony przez człowieka, gatunki dzikich roślin traktowane są jako chwasty i zwalczane na różne sposoby. Ekosystemy powstałe w wyniku działalności rolniczej są skrajnie ubogie w gatunki, procesy przyrodnicze są trwale zaburzone działaniem człowieka. Na terenach miast i obszarach przemysłowych także występują organizmy żywe. Ekosystemy takie określa się jako zdegradowane, procesy przyrodnicze są w nich skrajnie zaburzone.

Różnorodność ekosystemowa obejmuje przede wszystkim ekosystemy pierwotne i naturalne, w których wpływ człowieka nie jest dominującym czynnikiem. Zróżnicowanie ekosystemów przekłada się na różnorodność gatunków, które zamieszkują w środowisku odpowiadającym ich potrzebom. Na terenie Polski występuje wiele rodzajów ekosystemów leśnych oraz mokradła, torfowiska, ekosystemy wysokogórskie, jeziorne, rzeczne, jaskiniowe. Na mokradłach mogą żyć i rozmnażać się gatunki ptaków wodnych. W Europie Zachodniej ekosystemy takie zostały zniszczone w wyniku osuszania terenów pod pola uprawne. Kluczowymi czynnikami wpływającymi na zróżnicowanie ekosystemów w jednej strefie klimatycznej jest rodzaj gleb i stosunki wodne. Na glebach piaszczystych mało żyznych, gdzie dostępność wody i składników mineralnych potrzebnych roślinom jest ograniczona, rosną lasy iglaste – bory. Na żyznych glebach powstałych na glinie rosną lasy liściaste. W dolinach rzek występują lasy łęgowe, w których dominującymi gatunkami drzew są zwykle topole i wierzby. Na terenach podmokłych rosną lasy olchowe, głównym gatunkiem drzew jest olcha, występuje w nich też dużo roślin bagiennych. Współcześnie większość ekosystemów leśnych w Polsce to lasy iglaste rosnące na ubogich glebach piaszczystych. Tereny z żyznymi glebami zostały przekształcone w pola uprawne. Jeszcze tysiąc lat temu dominującymi ekosystemami były lasy liściaste.

Sukcesja ekologiczna

Sukcesja ekologiczna na terenie byłego poligonu

Ekosystemy zmieniają się w czasie. Ekosystem jeziorny może zaniknąć w wyniku odkładania się osadów dennych. W miejscu jeziora z czasem pojawią się gatunki typowe dla ekosystemów mokradeł, a wraz z podnoszeniem się powierzchni terem zostanie przekształcony w las. Zjawisko przekształcania ekosystemów nazywane jest sukcesją ekologiczną. Jest to proces powolny, zachodzący przez wiele lat. Sukcesja ekologiczna umożliwia powstanie bogatych ekosystemów na terenach, na których wcześniej życie nie występowało, jest to sukcesja pierwotna. Na wydmy, powstałe po powodzi lub sztormach wyspy lub inne niezasiedlone tereny najpierw wkraczają organizmy, które potrafią przetrwać w wyjątkowo niesprzyjających warunkach. Niektóre gatunki traw, porostów zasiedlające nowe siedlisko jako pierwsze to organizmy pionierskie. Gdy w wyniku wzrostu i zamierania organizmów pionierskich na nowym siedlisku zostanie wykształcona pierwsza warstwa gleby, mogą na niej wyrosnąć rośliny o większych wymaganiach, z czasem pojawiają się rośliny krzewiaste i drzewa. Jednocześnie wraz z roślinami do przekształcającego się ekosystemu docierają zwierzęta, grzyby i bakterie. Gdy warunki życia w ekosystemie zmieniają się, niektóre organizmy zanikają, trawy przegrywają konkurencję o światło z drzewami. Jeśli jednak ilość wody nie będzie wystarczająca dla drzew ostatecznym ekosystemem może być ekosystem trawiasty. Zmiany zachodzące w wyniku sukcesji ekologicznej po jakimś czasie ustają, powstaje ostateczna forma ekosystemu, charakterystyczna dla danego klimatu. Jest to stadium klimaksu. W klimacie umiarkowanym stadium klimaksu to las liściasty lub mieszany. Właśnie dlatego przed epoką rozwoju rolnictwa większość terenów Europy była pokryta lasami.

Sukcesja wtórna na porzuconym polu

Sukcesja ekologiczna zachodzi także w miejscach gdzie organizmy zostały zniszczone. Jest to sukcesja wtórna. Do zniszczenia organizmów może dojść w wyniku pożaru, wybuchu wulkanu lub działalności człowieka. Organizmy szybko powracają na puste miejsce. Kolejne stadia sukcesji są podobne jak przy sukcesji pierwotnej. Po przejściu kolejnych zmian ekosystem osiąga stadium klimaksu. Naturalne pożary lasu od piorunów, zdarzające się w lasach pierwotnych nie są katastrofą dla organizmów. Bogactwo gatunkowe umożliwia szybkie odtworzenie biocenozy na wypalonym obszarze. Niektóre gatunki wygrywają konkurencję tylko w miejscach większych lub mniejszych katastrof. Pożar lub wyłamanie drzewa przez wiatr to dla nich szansa na rozwój i rozmnożenie.

Ekosystemy a zmiany klimatu

W skali czasu geologicznego warunki środowiska ulegają dużym wahaniom. Znaczna cześć Europy w epoce plejstocenu była zajmowana przez lądolód. Pomimo to życie przetrwało. Ekosystemy ulegają zmianom. Gdy temperatura podnosi się pojawiają się w nich gatunki przystosowane do klimatu ciepłego. Gdy temperatura spada, zwiększa się udział gatunków radzących sobie w niskich temperaturach. Kluczowa dla przetrwania ekosystemów i życia jest różnorodność zapewniająca dostosowanie się do zmian. Niektóre gatunki potrafią sobie poradzić w ekosystemie nawet po zmianie klimatu. Ich występowanie jest ograniczone, jednak nadal występują w zmienionych ekosystemach. Gatunki takie to relikty cieplejszych lub chłodniejszych epok. W Polsce przykładowym reliktem epok cieplejszej jest bluszcz, jedyny gatunek pnącza, który nie zrzuca liści na zimę.

Pamiętaj

1. Ekosystemy są zróżnicowane w zależności od strefy klimatycznej.
2. Zbiory podobnych ekosystemów, charakterystyczne dla danego klimatu to biomy.
3. Różnorodności gatunkowa ekosystemów biomu wilgotnych lasów równikowych jest ogromna.
4. Lokalnie na zróżnicowanie ekosystemów wpływają gleby, warunki wodne i działalność człowieka.
5. W krajach rozwiniętych większość terenów to ekosystemy sztuczne o skrajnie małej różnorodności.
6. Sukcesja ekologiczna prowadzi do naturalnych zmian w ekosystemach.
7. Ekosystemy ulegają zmianom w kolejnych epokach geologicznych. Różnorodność zapewnia trwałość istnienia życia.

Zadania

1. Ekosystemy sztuczne to najczęściej pola z jedną uprawą. Spróbuj ocenić różnorodność ekosystemów sztucznych w Polsce. Jest ich tyle ile głównych roślin uprawnych. Jakie rośliny uprawne zajmują duże powierzchnie pól w Polsce?
2. Podaj nazwy krain geograficznych, w których na obszarze Polski występują wymienione typy ekosystemów: torfowiska, wydmy nadmorskie, mokradła, pierwotna puszcza nizinna.
3. Jakiego ekosystemu można spodziewać się po 200 latach na żyznym polu uprawnym jeśli zostanie porzucone i pozbawione ingerencji człowieka?