3.3: Наземні біоми

Малюнок\(\PageIndex{1}\). Кожен з восьми основних біомів світу відрізняється характерними температурами і кількістю опадів. Також показані полярні крижані шапки та гори.

Існує вісім основних наземних біомів: тропічні ліси, савани, субтропічні пустелі, чапарральні, помірні луки, помірні ліси, бореальні ліси та арктична тундра. Біоми - це великомасштабні середовища, які відрізняються характерними температурними діапазонами і кількістю опадів. Ці дві змінні впливають на типи рослинності та тваринного життя, які можуть існувати в цих районах. Оскільки кожен біом визначається кліматом, один і той же біом може зустрічатися в географічно різних районах з подібним кліматом (рисунки 1 і 2).

Малюнок\(\PageIndex{2}\). Опади і температура - це дві найважливіші кліматичні змінні, які визначають тип біома в конкретному місці. Кредит: «Вплив клімату на наземний біом» Наварраса знаходиться у суспільному надбанні, CC0

Тропічні тропічні ліси зустрічаються в екваторіальних регіонах (рис.\(\PageIndex{1}\)) є найбільш біорізноманітним наземним біомом. Це біорізноманіття знаходиться під надзвичайною загрозою насамперед через лісозаготівлю та вирубку лісів Тропічні тропічні ліси також були описані як аптека природи через потенціал нових препаратів, які значною мірою приховані в хімічних речовин, що виробляються величезною різноманітністю рослин, тварин та інших організмів. Для рослинності характерні рослини з розлогими корінням і широкими листям, які опадають протягом року, на відміну від дерев листяних лісів, які втрачають листя за один сезон.

Температурні та сонячні профілі тропічних лісів стабільні порівняно з іншими наземними біомами, із середніми температурами від 20 ^o C до 34 ^o C (68 ^o F до 93 ^o F). Місячні температури відносно постійні в тропічних лісах, на відміну від лісів далі від екватора. Ця нестача температурної сезонності призводить до цілорічного росту рослин, а не просто сезонного зростання. На відміну від інших екосистем, постійна добова кількість сонячного світла (11—12 годин на добу цілий рік) забезпечує більше сонячної радіації і, отже, більше можливостей для первинної продуктивності.

Річна кількість опадів у тропічних лісах коливається від 125 до 660 см (50—200 дюймів) зі значними сезонними коливаннями. Тропічні ліси мають вологі місяці, в яких може бути більше 30 см (11—12 дюймів) опадів, а також сухі місяці, в яких випадає менше 10 см (3,5 дюйма) опадів. Однак найсухіший місяць тропічного лісу все ще може перевищувати річну кількість опадів деяких інших біомів, таких як пустелі. Тропічні тропічні ліси мають високу чисту первинну продуктивність, оскільки річні температури та значення опадів підтримують швидкий ріст рослин. Однак велика кількість опадів вимиває поживні речовини з ґрунтів цих лісів.

Малюнок\(\PageIndex{3}\). Видова різноманітність дуже висока в тропічних вологих лісах, таких як ці ліси Мадре-де-Діос, Перу, поблизу річки Амазонки. (кредит: Рузвельт Гарсія)

Тропічні ліси характеризуються вертикальним нашаруванням рослинності і формуванням чітких місць проживання тварин всередині кожного шару. На лісовій підстилці знаходиться розріджений шар рослин і гниючих рослинних речовин. Над цим знаходиться підлісок короткої чагарникової листя. Шар дерев підноситься над цим підставою і увінчаний закритим верхнім навісом - самим верхнім верхнім шаром гілок і листя. Через цей закритий верхній навіс з'являються деякі додаткові дерева. Ці шари забезпечують різноманітні та складні місця проживання для різноманітних рослин, тварин та інших організмів. Багато видів тварин використовують різноманітність рослин і складну будову тропічних вологих лісів для харчування і укриття. Деякі організми живуть на кілька метрів над землею, рідко спускаючись на лісову підстилку.

Малюнок\(\PageIndex{4}\). Відео MinuteEarth про те, як дерева створюють опади, і навпаки.

Малюнок\(\PageIndex{5}\). Хоча в саванах переважають трави, невеликі ліси, такі як цей у національному парку Маунт-Арчер в Квінсленді, Австралія, можуть розставити крапки над ландшафтом. (кредит: «Етель Аардварк» /Вікісховище)

Субтропічні пустелі існують від 15 ^{o до} 30 ^o північної та південної широти і зосереджені на Тропіку Рака та Тропіку Козерога (рисунок\(\PageIndex{6}\) нижче). Пустелі часто розташовані на повітровій або бічній стороні гірських хребтів, які створюють тінь дощу після того, як переважаючі вітри скидають вміст води на горах. Це характерно для північноамериканських пустель, таких як пустелі Мохаве і Соноран. Пустелі в інших регіонах, таких як пустеля Сахара на півночі Африки або пустеля Наміб на південному заході Африки, сухі через високий тиск сухого повітря, що спускається в цих широтах. Субтропічні пустелі дуже сухі; випаровування зазвичай перевищує опади. ^{Субтропічні спекотні пустелі можуть мати денну температуру поверхні ґрунту вище 60° C (140 o F) і нічні температури, що наближаються до 0 o C (32 o F).} Субтропічні пустелі характеризуються низькими річними опадами менше 30 см (12 дюймів) з невеликими місячними коливаннями та відсутністю передбачуваності опадів. Деякі роки можуть отримувати крихітні кількості опадів, тоді як інші отримують більше. У деяких випадках річна кількість опадів може становити лише 2 см (0,8 дюйма) в субтропічних пустель, розташованих в центральній Австралії («глибинка») та північній Африці.

Малюнок\(\PageIndex{6}\). Відео MinuteEarth про глобальні кліматичні моделі, які призводять до субтропічних пустель.

Низьке видове різноманіття цього біома тісно пов'язане з його низькими і непередбачуваними опадами. Незважаючи на відносно низьку різноманітність, пустельні види виявляють захоплюючі пристосування до суворості свого середовища. Дуже сухим пустелям не вистачає багаторічної рослинності, яка живе від року до наступного; натомість багато рослин є однорічними рослинами, які швидко ростуть і розмножуються, коли трапляються опади, потім вони гинуть. Багаторічні рослини в пустель характеризуються пристосуваннями, що зберігають воду: глибоке коріння, зменшене листя та стебла, що зберігають воду (рисунок\(\PageIndex{6}\) нижче). Насіннєві рослини в пустелі дають насіння, які можуть довго лежати в стані спокою між дощами. Більшість тваринного життя в субтропічних пустель пристосувалися до нічного життя, проводячи спекотні денні години під землею. Пустеля Наміб є найстарішою на планеті і, ймовірно, була сухою вже більше 55 мільйонів років. Він підтримує ряд ендемічних видів (види, що зустрічаються тільки там) через цей великий вік. Наприклад, незвичайний голонасперм Welwitschia mirabilis є єдиним збереженим видом цілого порядку рослин. Існує також п'ять видів плазунів, які вважаються ендеміком Наміб.

Крім субтропічних пустель є холодні пустелі, які відчувають морозну температуру взимку і будь-які опади бувають у вигляді снігопаду. Найбільшими з цих пустель є пустеля Гобі на півночі Китаю і на півдні Монголії, пустеля Таклімакан на заході Китаю, пустеля Туркестан і пустеля Великого басейну США.

Малюнок\(\PageIndex{7}\). Багато пустельних рослин мають крихітні листя або взагалі не мають листя, щоб зменшити втрати води. Листя окотільо, показані тут, в пустелі Чихуахуа в національному парку Біг-Бенд, штат Техас, з'являються лише після опадів, а потім проливаються. (кредит «голий окотілло»: «Листівка» /Wikimedia Commons)

Чапаррал також називають скрабовим лісом і зустрічається в Каліфорнії, вздовж Середземного моря, і вздовж південного узбережжя Австралії (рис.\(\PageIndex{7}\) Нижче). Річна кількість опадів у цьому біомі коливається від 65 см до 75 см (25,6—29,5 дюйма), а більшість опадів випадає взимку. Літо дуже сухе, і багато чапарральних рослин в літній час дрімають. У чапарральній рослинності переважають чагарники і пристосована до періодичних пожеж, при цьому деякі рослини виробляють насіння, які проростають лише після гарячого вогню. Зола, що залишилася після пожежі, багата поживними речовинами, такими як азот, і удобрює ґрунт, сприяючи відростанню рослин. Вогонь є природною частиною утримання цього біома.

Малюнок\(\PageIndex{8}\). У чапарралі переважають чагарники. (кредит: Мігель Вієйра)

Помірні луки зустрічаються по всій Центральній Північній Америці, де вони також відомі як прерії, і в Євразії, де вони відомі як степи (рисунок\(\PageIndex{8}\) нижче). Помірні луки мають виражені річні коливання температури з жарким літом і холодною зимою. Річна зміна температури дає конкретні вегетаційні періоди для рослин. Ріст рослин можливий, коли температура досить тепла для підтримки росту рослин, що відбувається навесні, влітку та восени.

Річні опади коливаються від 25,4 см до 88,9 см (10—35 дюймів). Помірні луки мають мало дерев, за винятком тих, що ростуть вздовж річок або струмків. Домінуюча рослинність, як правило, складається з трав. Безлісний стан підтримується низькими опадами, частими пожежами, випасом худоби. Рослинність дуже щільна, а ґрунти родючі, оскільки надра ґрунту заповнена корінням та кореневищами (підземними стеблами) цих трав. Коріння і кореневища діють, щоб закріпити рослини в землю і поповнювати органічний матеріал (перегній) в грунті, коли вони гинуть і гниють.

Малюнок\(\PageIndex{9}\). Американський бізон (Bison bison), який частіше називають буйволом, - це пасучий ссавець, який колись населяв американські прерії у величезній кількості. (кредит: Джек Дайкінга, USDA ARS)

Пожежі, які є природним порушенням на помірних луках, можуть запалюватися ударами блискавки. Виявляється також, що пожежний режим, спричинений блискавкою, на пасовищах Північної Америки був посилений навмисним спаленням людьми. Коли вогонь пригнічується на помірних луках, рослинність з часом перетворюється на кустарні та густі ліси. Часто відновлення або управління помірними луками вимагає використання контрольованих опіків для придушення росту дерев і підтримки трав.

Ліси помірного клімату є найпоширенішим біомом у східній Північній Америці, Західній Європі, Східній Азії, Чилі та Новій Зеландії (рисунок\(\PageIndex{9}\) нижче). Цей біом зустрічається у регіонах середньої широти. Температури коливаються від -30 ^o C до 30 ^o C (від -22 ^o F до 86 ^o F) і опускаються нижче замерзання на щорічній основі. Ці температури означають, що помірні ліси визначили періоди вегетації навесні, влітку та на початку осені. Опади відносно постійні протягом року і коливаються від 75 см до 150 см (29,5—59 дюймів).

Листяні дерева є домінуючою рослиною в цьому біомі з меншою кількістю вічнозелених хвойних дерев. Листяні дерева щоосені втрачають листя і взимку залишаються безлистими. Таким чином, мало фотосинтезу відбувається в період спокою зими. Щовесни у міру підвищення температури з'являються нові листя. Через період спокою чиста первинна продуктивність лісів помірного клімату менше, ніж у тропічних тропічних лісів. Крім того, помірні ліси демонструють набагато меншу різноманітність порід дерев, ніж біоми тропічних лісів.

Дерева помірних лісів листяють і затінюють більшу частину землі. Однак більше сонячного світла досягає землі в цьому біомі, ніж у тропічних лісах, оскільки дерева в помірних лісах не ростуть такими високими, як дерева в тропічних лісах. Грунти помірних лісів багаті неорганічними та органічними поживними речовинами порівняно з тропічними лісами. Це пов'язано з товстим шаром листової підстилки на лісових підстилках та зменшенням вимивання поживних речовин опадами. У міру гниття цієї листової підстилки поживні речовини повертаються в грунт. Листова підстилка також захищає грунт від ерозії, ізолює землю, забезпечує місця проживання безхребетних і їх хижаків.

Малюнок\(\PageIndex{10}\). Листяні дерева є домінуючою рослиною в помірному лісі. (Кредит: Олівер Херольд)

Бореальний ліс, також відомий як тайга або хвойний ліс, знаходиться приблизно між 50 ^{o і 60 o} північної широти на більшій частині Канади, Аляски, Росії та Північної Європи (рисунок\(\PageIndex{10}\) нижче). Бореальні ліси також зустрічаються над певною висотою (і нижче високих висот, де дерева не можуть рости) у гірських хребтах по всій Північній півкулі. Цей біом має холодні, сухі зими і коротке, прохолодне, вологе літо. Річна кількість опадів становить від 40 см до 100 см (15,7—39 дюймів) і зазвичай приймає форму снігу; порівняно мало випаровування відбувається через прохолодні температури.

Довгі і холодні зими в бореальному лісі призвели до переважання холодостійких конусоносних рослин. Це вічнозелені хвойні дерева, такі як сосни, ялини та ялиці, які цілий рік зберігають своє голкоподібне листя. Вічнозелені дерева можуть фотосинтезуватися раніше навесні, ніж листяні дерева, оскільки для зігрівання голчастого листа потрібно менше енергії від Сонця, ніж широкий лист. Вічнозелені дерева ростуть швидше, ніж листяні дерева в бореальному лісі. Крім того, ґрунти в бореальних лісових регіонах, як правило, кислі з малодоступним азотом. Листя - це багата азотом структура, і листяні дерева повинні щороку виробляти новий набір цих багатих азотом структур. Тому хвойні дерева, які зберігають багату азотом хвою в середовищі, що обмежує азот, могли мати конкурентну перевагу перед широколистяними листяними деревами.

Малюнок\(\PageIndex{11}\). Бореальний ліс (тайга) має низько лежать рослини і хвойні дерева. (кредит: Л.Б. Брубейкер, NOAA)

Чиста первинна продуктивність бореальних лісів нижча, ніж у лісів помірного клімату та тропічних вологих лісів. Надземна біомаса бореальних лісів висока, оскільки ці повільно зростаючі породи дерев довговічні та накопичують стоячу біомасу з часом. Видова різноманітність менше, ніж у помірних лісах та тропічних лісах. Бореальні ліси не мають шаруватої лісової структури, що спостерігається в тропічних лісах або, меншою мірою, помірних лісах. Будова бореального лісу часто являє собою лише шар дерев і шар землі. Коли хвойні хвої скидають, вони розкладаються повільніше, ніж широке листя, тому менше поживних речовин повертається в грунт, щоб підживлювати ріст рослин.

Арктична тундра лежить на північ від субарктичних бореальних лісів і розташована на всій території арктичних регіонів Північної півкулі. Тундра також існує на висотах над лінією дерев на горах. Середня зимова температура становить -34° C (-29,2° F), а середня літня температура становить 3° C—12° C (37° F - 52° F). Рослини в арктичній тундрі мають короткий вегетаційний період приблизно 50-60 днів. Однак за цей час спостерігається майже 24 години світлового дня і ріст рослин йде стрімко. Річні опади арктичної тундри низькі (15-25 см або 6—10 дюймів) з невеликим річним коливанням опадів. І, як і в бореальних лісах, випаровування мало через холодні температури.

Малюнок\(\PageIndex{12}\). Низькорослі рослини такі лишайники і трави поширені в тундрі. Кредит: Нунавут тундра від Flickr: Мій Нунавут ліцензований під CC BY 2.0

Рослини в арктичній тундрі, як правило, низько до землі і включають низькі чагарники, трави, лишайники та дрібні квітучі рослини (малюнок\(\PageIndex{11}\) нижче). Існує мало видового різноманіття, низька чиста первинна продуктивність та низька надземна біомаса. Грунти арктичної тундри можуть залишатися в багаторічно замороженому стані, іменованому вічною мерзлотою. Вічна мерзлота унеможливлює проникнення коренів далеко в грунт і уповільнює гниття органіки, що гальмує вивільнення поживних речовин з органіки. Танення вічної мерзлоти коротким літом забезпечує водою сплеск продуктивності, тоді як температури і довгі дні дозволяють це зробити. У період вегетації грунт арктичної тундри може бути повністю покритий рослинами або лишайниками.

Пропоноване додаткове читання

ХМІ. 2018 РІК. Переглядач біомів. [Інтерактивний веб-сайт]. Медичний інститут Говарда Хьюза. < https://www.hhmi.org/biointeractive/biomeviewer >

Дописувачі та атрибуція

• Наземні біоми від OpenStax ліцензовані відповідно до CC BY 4.0.