Biogeografia-Wykład PDF

Preview

Summary

wykładowca - Piotr Owczarek...

Description

Biogeografia Wykład 1 Dr hab. Piotr Owczarek Biosfera:   

Część powłoki ziemskiej, w której zaznaczają się przejawy działalności organizmów żywych, zarówno dziś żyjących jak niegdyś egzystujących Zespół czynników fizycznogeograficznych i antropogenicznych determinujących warunki życia organizmów i ich ugrupowań na Ziemi Całokształt świata żywego, zasiedlającego Ziemię obecnie i w przeszłości, z uwzględnieniem środowiska abiotycznego, czyli tych zmiennych, które warunkują jego zróżnicowanie w przestrzeni geograficznej

Biogeografia - nauka zajmująca się przedstawienie rozmieszczenia aktualnie żyjących na Ziemi gatunków roślin i zwierząt; wyjaśnia prawidłowości i mechanizmy rządzące współczesnym i dawnym rozmieszczeniem organizmów oraz przedstawia prognozy na przyszłość Biogeografia chronologiczna (aerografia) – kierunek biogeografii zajmujący się badaniem struktury fauny i flory, ich zasięgu oraz przyczyny zróżnicowania rozmieszczenia (regiony zoo i fitogeograficzne) Geografia zwierząt (zoogeografia) – dział w biogeografii zajmujący się geograficznym rozmieszczeniem gatunków zwierząt na kuli ziemskiej Geografia roślin (fitogeografia) – nauka zajmująca się nakreśleniem możliwie wiernego i dokładnego obrazu szaty roślinnej Ziemi i wykryciem czynników, które tę szatę kształtują współcześnie i kształtowały w przeszłość Formacja roślinna – typ zbiorowiska roślinnego, typowy dla danego obszaru, o przewadze form roślinnych o tych samym typie wzrostu; rośliny wchodzące w skład zbiorowiska mają podobne wymagania w stosunku do czynników abiotycznych, głównie klimatu i gleb (np. sawanna, lasy zwrotnikowe zawsze zielone, tundra, las liściasty strefy umiarkowanej) Zespoły roślinne – podstawowa jednostka systemu fitosocjologicznego; zbiorowiska roślinne o charakterystycznym, określonym składzie gatunkowym, wśród których szczególnie ważną rolą odgrywają tzw. gatunki charakterystyczne, występujące niemal wyłącznie w tym zespole np. formacja roślinna – las liściasty zespół roślinny – buczyna sudecka Egzamin – czym jest formacja roślinna a czym zespoły roślinne Biom – obszar o określonych warunkach klimatycznych, charakterystycznym świecie zwierzęcym i szacie roślinnej; typ roślinności biomu jest charakterystyczny, choć skład gatunkowy może być różny; o zaliczeniu różnych obszarów do tego samego biomu decyduje podobieństwo zasiedlających je organizmów i ich zespołów

Systematyka organizmów (taksonomia) – dziedzina biologii zajmująca się wyróżnieniem i naturalną klasyfikacją grup organizmów (taksonów) w oparciu o badania ich różnorodności, pochodzenia i pokrewieństwa Królestwo – wysokiej rangi jednostka w systematyce organizmów obejmująca spokrewnione typy w zoologii lub gromady w botanice     

Bezjądrowe Protisty Rośliny Zwierzęta Grzyby

Podział biogeografii i jej powiązania z innymi naukami (Kostrowicki 1999) Cel i zadania biogeografii 

   

Głównym tematem badań biogeograficznych są zmiany układów biologicznych w przestrzeni geograficznej Paleogeografia – Biogeografia – Obserwacja różnorodności Obserwacja zmian w współczesnych układów przeszłości ze szczególnym biologicznych w przestrzeni, uwzględnieniem ewolucji ich zróżnicowanie układów morfologicznie, ekologicznie i taksonomiczne Analiza podstawowych mechanizmów kształtujących rozmieszczenie gatunków i układów ekologicznych w przestrzeni geograficznej Wyodrębnienie czynników powodujących zasięgi jednostkowe (fauny, flory, formacje, biomy) Wskazanie relacji pomiędzy zróżnicowaniem przestrzennym środowiska abiotycznego dziś i w przeszłości a współczesnym rozmieszczeniem tych układów Określenie roli człowieka w kształtowaniu biosfery

Metody badań biogeograficznych  Metody ilościowe o Ocena absolutna o Ocena względna  Metody rekonstrukcyjne  Metody porządkujące i regionalizacyjne Kryteria regionalnych podziałów biogeograficznych: o Kryterium różnicowe o Kryterium pokrewieństwa o Kryterium geoekologiczne o Kryterium typologiczno – przestrzenne

Biomy azonalne Biomy mogą występować: 1) Zonalnie, to znaczy w określonej strefie klimatycznej, zgodnie z naturalnymi wymaganiami roślin danego biomu 2) Ekstraazonalnie, czyli poza głównym zasięgiem danego biomu, w postaci izolowanych fragmentów (tzw. wysp), na przykład niewielkie fragmenty roślinności stepowej na wyjątkowo ciepłych i suchy zboczach południowych w strefie tajgi 3) Intrazonalnie, to jest przechodząc do strefy lub stref sąsiednich, na przykład torfowiska wysokie na obszarze tajgi, spotykane zarazem w całym pasie klimatycznym lasów szpilkowych i liściastych 4) Azonalnie – jako niezwiązane z danym typem klimatu, a raczej ze specyficznym podłożem lub warunkami ekologicznymi i przez to rozpowszechnione w różnych strefach klimatycznych, na przykład łąki zalewowe w dolinach wielkich rzek, roślinność wydmowa czy solniskowa Dlaczego piętra roślinności w Tatrach i Karkonoszach są inne jakie czynniki? Formy życiowe roślin Christen C. Raunkiær (1860-1938) – duński botanik, pionier ekologii roślin i strategii ich rozwoju w nawiązaniu do stref klimatycznych ziemi, twórca koncepcji form życiowych roślin. Założenia koncepcji – poszczególne gatunki roślin tworzą osobniki o różnej formie i wielkości. Jednym z możliwych kryteriów podziału na typ form jest położenie zimujących pąków względem powierzchni ziemi i ogólnej strategii zimowania. Formy życiowe – grupy roślin (różnych pod względem systematycznym) żyjących w podobnych warunkach i wskazujących podobne przystosowania. Wg. Raunkiær’a rośliny zostały podzielone według przystosowania się do niekorzystnej pory roku, głównie według ochrony ich pączków. Formy życiowe roślin (schemat) Fanerofity – (jawnopączkowe) rośliny z pączkami zimującymi ponad powierzchnią okrywy śnieżnej (drzewa, krzewy) Chamefity – (niskopączkowe) rośliny z pączkiem zimującymi w okrywie śnieżnej, wzniesione nisko ponad powierzchnią gleby – należą tu przede wszystkim krzewinki (chemifity drzewiaste tj. o zdrewniałych pędach) oraz chamefity zielne ( te o wysokości do 25 cm) Biogeografia Wykład 3

08.01.18r.

Zasięg geograficzny (areał) – zasięg geograficzny gatunku rozumiemyzasiedlony przez niego obszar powierchni Ziemi, linię ograniczającą ten obszar nazywamy kresem lub granicą

zasięgu. Każde z miejsc w obrębie zasięgu, na którym wystęują osobniki interesującego nas gatunku, określamy jako stanowisko. Zasięg utworzony jest z pewnej luczby stanowisk, na którym występuje mniejsza lub większa liczba osobników… Dyspersja organizmów – proces przemiszczenia się organizmów w stosunku do obszrau pierwotnego zajętego przez populację. Można wyróżnić:   

Dyspersje wewnątrzzasięgowe – równomiernie zasiedlanie środowiska macierzystego (np. wzrost liczby stanowisk) Dyspersje kolonizacyjne – rozszerzenie zasięgu, poszukiwanie nowych miejsc życia organizmów Dyspersja okresowa – przemieszczenie się gatunków z miejscstałego rozrodu do miejsc żerowania (zimowania) Podział dyspersji z punktu widzenia pokonywania przestrzenia:

1. Przemiszczenie aktywne – charakterystyczne dla gatunków posiadających szereg przystosowań lokomotorycznych (np. srzydeł u ptaków i owadów lub przez sprawne odnóża). Rzadziej spotykane u roślin („wystrzeliwanie” nasion, rozbudowa kłączy). Najbardziej spektakularną formą tego typu jest ekspansja skokowa. 2. Dyspersja bierna  Dyspersja anemochromatyczna – śrdokiem nośniku jest wiatr; tym nośnikiem posługują się głównie rośliny, które wytworzyły odpowiednie przystosowanie morfoantomiczne, ułatwiające rozsiewanie nasion.  Dyspersja hydrochoryczna – rozprzestrzenienie się gatunków w wodzie lub dzięki wodzie  Dyspersja zoochoryczna – polega na przenoszeniu nasion roślin lub drobnych zwierząt przez inne zwierzęta Po fazie ekspansji i stabilizacji nastepuje faza kurczenia się, czyli regresji. Każdy kres zasięgu należy rozpatrywać jako zjawisko dynamiczne, uzależnione od tego, jak na poszczególnych stanowiskach kresowych kształtuje się wypdkowa między odnawianiem się osobników a ich obumierania. Gdy bilans tych procesów jest ujemny populacja lokalna zmniejsza swą liczebność i w końcu zanika. Jeśli powtarza się to na wilu stanowiskach kresowych równocześnie, zasięg zaczyna się cofać. Przyczyny kurczenia się zasięgów:    

Zmiany klimatyczne - np. wtargnięcie lodowców Zmiany rzeźby – osówiska, procesy gologiczne, tzręsienia ziemi Czynniki antopogeniczne Trwałe zmiany siedliskowe o zawodnienie, o osuszanie, o regulacje cieków, o eutrofizacja,

o zanieczyszczenia siedliska (naturalne i atropogeniczne) Relikt – gatunek lub jednostka systematyczna rozpowszechniona w dawnych okresach geologicznych, obeznie żyjący nielicznie na ograniczonym obszarze. W skrajnych przypadkach, gatunek szeroko wystepujący, może ograniczyć się do kilku lub nawet jednego stanowiska. (np. Wierzba lapońska)  







Relikt glacjany (polodowcowy) – organizm będący pozostałością okrsu zlodowaceń: (np. brzoza karłowata, dębik ośmiopłatkowy, mailna moroszka). Relikt kserotermiczny – organizm, który przybył na jakiś obszra w okresie ocieplenia klimatu, a nastepnie został oddzielony od swojego naturalnego obszaru wystepowania. (np. Wiśnia karłowata (wisienak steopwa), miłek wiosenny) Relikt topograficzny – związany jest w swym rozmieszczeniu ze starymi elementami rzeźby terenu, które zanikają obecnie w toku procesów geomorfologicznych (stanowisko jodły na europejskim dziale wodnym w Puszczy Białowieskiej) Relikt edaficzny – spotyka się na takich typach gleb, które były niegdyś szerzej rozprzestrzenione, a potem uległy zniszczeniu (np. słonorośla, rośliny wydmowe) trawa zimozielona Relitkt systematyczny – ostatni żyjące przedstawiciele starych linni rozwojowych, których pozostali reprezentanci już wymarli (czas. żywa skamieniałość) (np. araukaria, miłorząb dwuklapowy, dziobak, kolczatka, okapi)

Endemit – gatunek (lub inny takson) występujący tylko w obrębie niewielkiego obszaru. Obszar wystepwoania endemitów może stanowić ich dawny areał życiowy (refugium – ostoje) pozostały po minionym okresie geologicznym. (pszonak wahlenberga, okrzyn jeleni) Przyczyną endemizmu może być również bariera przestrzenna (np. ilozowane wyspy, kotynenty, jaskinie, głębokie doliny, kotliny) (np. legawn morski, koala) Regiony z wysokim endemizmem:       

Australia (ok. 80% gatunków to edemity) (np. ekaliptus) Nowa Zelandia Południowa Afryka Madagaskar (np. pielgrzan madagaskarski) Nowa Kaledonia Wyspy Galapagos Sokora (np. drzewo smocze)

Subendemit – gatunek wsytępujący nie tylko w ściśle wyróżnionym i zdefiniowanym obszarze, ale także na niewlielkich areałach otoczających (np. skalnica karpacka, szafran spiski). Gatunki syantropijne (synatropy) – gatunki pochodzenia miejscowego lub obcego związane z człowiekiem, których występowanie jest uzależnione pośrednio lub bezpośrednio z jego działalnością. (np. gołąb grzywacz, pokrzywa zwyczajna, karaluch amerykański)

Przebieg procesów synatropijnych:   

  

Przez przekształcenie genotypu roślin uprawnych i zwierząt hodowlanych na skutek selekcji i hybrydyzacji (np. pszenica, trawa z rodziny wiechlinowatych) Poprzez uprzewilejowanie gatunków rodzimych, dla których powstanie pól i obszarów osiedleńczych otworzyło nowe szansę rozprzestrzeniania się i rozwoju Przez śwaidomą eliminację gatunków rodzimych dla danego miejsca, będących konkurentami dla roslin uprawnych, bądź też zagrożeniem dla zwierząt hodowalnych (np. Wilk szary) Przez otwarcie dróg migracji gatunkom roślin i zwierząt w wyniku zmian w ekosysytemach pierwotnych wywołanych ludzką działanością (np. bocian biały) Przez przypadkowe zawleczenie gatunków obcych (np. stonka ziemniaczana, moczarka kanadyjska) Przez introdukcję, czyli świadome przenisienie „użytecznych gatunków” roślin i zwierząt z innych obszarów geograficznych. Robinia akacjowa, grochodzrew biały – gatunek drzew pochodzący z Ameryki Północnej (Appalachy). Do Europy sprowadzona została w roku 1601 jako drzewo ozdobne, a następnie gospodracze (poj. Leszczyńskie). Obecnie gatunek inwazyjny.

Metody rkonstrukcji zasięgów i rozmieszczenia gatunków roślin    

Dendrochronologia Datowanie wieku bezwzględnego, np. C14 Analiza skamieniałości przewodnich (biostratygrafia) Palinologia – nauka o pyłkach roślin i zarodnikach grzybów oraz drogach ich przemieszczania się. Jej głównym celem jest rozróżnienie i systematyzowanie ziaren pyłku w badaniach taksonomicznych oraz odtwarzanie historii szaty roślinnej w minionych tysiącleciach

Diagram pyłkowy – graficzne przedstawienie procentowego udziałupyłku poszczególnych roslin lub grup roślin w profilu osadów organicznych (np. torfowiska)

Hemikryptofity – (naziemnopączkowe) rośliny z pączkami zimującymi na powierzchni gleby, pączki mogą być ukryte w przylegającej do ziemi ściółce Geofity (rymowe, cebulkowe) – kryptofity (skrytopączkowe) rośliny z pączkami zimującymi pod powierzchnią gleby lub wody (byliny z kłączami, bulwami lub cebulami) Helofity, hydrofity – kryptofity (wodny) – o pękach zimujących w obrębie zbiornika wodnego Ernest Victor Shelford (1877-1986) – amerykański biolog (zoolog), twórca teorii tolerancji ekologicznej i wpływu czynników abiotycznych na życie organizmów

Prawo tolerancji Shelforda:  

Tolerancja ekologiczna to zdolność organizmu do przystosowania się do zmian danego czynnika Zakres tolerancji to rozpiętość zmian danego czynnika, w obrębie którego organizm bytuje i jest zdolny utrzymać swoje funkcje życiowe

Prawo Liebiega (wykres) Rozprzestrzenienie gatunku jest ograniczone przez ten czynnik środowiska w stosunku do którego osobniki mają najwęższy zakres tolerancji lub najmniejszą odporność. Ze względu na przystosowanie do warunków świetlnych organizmy żywe dzielimy na   

Eurofotyczne – organizmy o szerokiej skali tolerancji na warunki świetlne Stenofotyczny – organizmy o wąskiej skali tolerancji na warunki świetlne Skiofity – organizmy nie lubiące zbyt dużych ilości światła (rośliny cieniolubne)

Gatunek eurotypowy – gatunek o szerokiej amplitudzie ekologicznej, mogący żyć i rozwijać się w różnych warunkach o dużych wahaniach czynników zewnętrznych (eurobionty) np. borówka czarna Gatunek stenotypowy – gatunek o wąskiej amplitudzie ekologicznej, mogący żyć i rozwijać się tylko w warunkach ściśle określonych, o małych wahaniach czynników zewnętrznych. Ich występowanie świadczy o obecności lub działaniu określonego Czynnika – organizmy wskaźnikowe (stenobionty) np.. koralowce Rozkład światła w ciągu roku związany jest z fotoperiodyzmem. Wyróżniamy rośliny dnia długiego i dnia krótkiego. W strefie umiarkowanej występują rośliny dnia długiego, natomiast w strefie międzyzwrotnikowej rośliny dnia długiego. Ze względu na przystosowanie do warunków termicznych organizmy żywe dzielimy na:   

Eurotermiczne Stenotermiczne Mezotermiczne

Ze względu na przystosowanie do warunków zasolenia organizmy żywe dzielimy na:   

Euryhaliny Stenohaliny Mezohaliny

Oli – wartości wysokie danego czynnika Poli – wartości maksymalne danego czynnika

Grupa ekologiczna – to zorganizowana grupa organizmów o podobnym zakresie tolerancji Przystosowanie organizmów do zróżnicowanych warunków wodnych Pobieranie wody przez organizmy: 1. Bezpośrednie wody przez organizmy  Całą powierzchnią ciała, przez skrzela lub z pokarmem organizmów  Systemem korzeniowym  Otworem gębowym u zwierząt 2. Absorpcja pary wodnej (np. porosty, torfowce, pewne gatunki roślin pustynnych) 3. Metabolizm (1 g tłuszczów – 1 ,07 g wody) Podział roślin ze względu na zapotrzebowanie w wodę: Hydrofity – roślinny wodne, stale przebywająca w środowisku wodnym, wykazujące szereg przystosowań do takiego trybu życia, m.in. w budowie zewnętrznej, wyróżniającej się licznymi i dużymi przestworami międzykomórkowymi. Higrofity (wilgociolubne) – rośliny siedlisk wilgotnych Mezofity – rośliny o przeciętnym zapotrzebowaniu na wodę występujące na zmiennych siedliskach z dobrze rozbudowanym systemem korzeniowym (większość drzew) Kserofity (kserofilne, sucholubne) – rośliny zdolne do znoszenia stałego lub okresowego niedoboru wody poprzez przystosowań fizjologicznych i morfologicznych 



Efemery – rośliny efemeryczne, pojawiają się na bardzo krótki okres, gdy istnieją warunki korzystne dal ich rozwoju, i pochodzące w tym okresie cały swój cykl rozwojowy – kwitnienie i owocowanie. Okres niekorzystny przetrwają w postaci organów podziemnych (bulw, cebul, kłączy). Sukulenty (rośliny gruboszowate) – są roślinami trwałymi; w okresie sprzyjającym wegetacji, gdy gleba jest dostatecznie wilgotna, gromadzą wodę w specjalnie do tego celu przeznaczonych w tkankach znajdujących się w liściach, łodygach lub korzeniach. Np.: sukulent łodygowy, sukulent liściasty, sukulent korzeniowy

Zasięg (areał) geograficzny – zasięg geograficzny gatunku rozumiemy zasiedlony przez niego obszar powierzchni Ziemi; linię ograniczającą ten obszar nazywamy kresem luba granic zasięgu. Każde z miejsc w obrębie zasięgu, na którym występują osobniki interesującego nas gatunku, określamy jako stanowisko. Zasięg utworzony jest z pewnej liczby stanowisk, na których występuje mniejsza lub większa liczba osobników, które razem tworzą populacje lokalną. Typy zasięgów: 1. Ciągłe  Zwarty  Z wyspami na obwodzie

 Z barierą 2. Rozerwane  Wyspowy  Rozproszony  Rozproszony ze stanowiskami reliktowymi  Rozdzielony wyspami Biom – rozległy fragment atmosfery    

Odznaczający się typowymi warunkami środowiskowymi, determinującymi tempo produkcji i dekompozycji (czyli bilnas materii organicznej) O charakterystycznych glebach i szacie roślinnej i typowym świecie zwierzęcym W różnych rejonach ten sam biom mogą tworztć biota różnego pochodzenia (np. zależność od historii flory i fauny) Pojęcie dotyczy krajobrazów/biotów potencjalnych, w stanie niezmienionym prze człowieka

Biomy mogą występować: 1. Zonalnie, to znaczy w określonej strefie klimatycznej zgodnie z naturalnymi wamaganiami roślin danego biomu o Wilgotne lasy równikowe o Wieczne zielone lasy stref podzwrotnikowych o Lasy zrzucające liście w porze suchej i suche lasy podzrwotnikowe o Sawanny o Gorące półpustynie i pustynie o Lasy i zarośla twardoliste strefy podzwrotnikowej o Lasy liściaste i mieszany strefy umiarkowanej o Stepy i prerie o Półpustynie i pustynie strefy umiarkowanej o Borealne lasy iglaste o Podbieguniwe cenomy bezleśnie 2. Ekstrazonalne, czyli poza zasięgiem danego biomu, w postaci izolowanych fragmentów (tzw wysp), na przykład niewielkie fragmenty roślinności stepowej na wyjątkowo ciepłych i suchych zboczach południowych w strefie tajgi 3. Intrazonalnie, to jest przechodząc do strefy lub stref sąsiednuch, na przykład torfowiska wysokie na obszarze tajgi, spotykane razem w całym pasie klimatycznym lasów szpilkowych i liściastych 4. Azonalnie – jako niezwiązane a danym typem klimatu, a raczej ze specyficznym podłożem lub warunkami ekologicznymi i przez to rozpowszechnione w różnych strefach klimatycznych, na przykład łąki zalewowe w dolinach wielkich rzek, rośliność wydmowa czy solniskowa (piętra roślinności w obszarach górskich; roślinność wodna; roślinność plaży i wydm nadmorskich; roślinność aluwium rzecznych Rozmieszczenie zonalnych typów roślinności

I. Wilgotne lasy rónikowe (biom potencjalny) – klimat tropikalny (wyrównane T w ciągu roku (20-28C), bardzo duże opady równomiernie rozłożone w ciągu roku, nie ma pór roku). Gleby ubogie w substancje odżywcze, szybki rozkład szczątków organicznych i szybkie ich wtórne wprowadzanie do obiegu (lasy laterytowe) (nie ma próchnicy) Cechy:      

Najbujniejsza formacja roślinna kuio ziemskiej Różnorodność form morfologicznych Liczne epifity Kilka poziomów koron w warstwie drzew Zarośla mandrowe Korzenia oddechowe

Epifity – rośliny zyjące na innych roślinach odżywiające się jednak samodzielnie (nie są pasożytami) (figowiec) II. wiecznie zielone lasy stref podzwrotnikowych – krótki okres suszy (max 3-4 miesiecy) Cechy:    

Gleby bogate w substancję odżywcze ...