8025
.pdfМИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Е.А. Моралова, И.М. Афанасьева
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БИОГЕОГРАФИИ
Учебно-методическое пособие
по подготовке к лекционным и практическим занятиям по дисциплине «Биогеография» для обучающихся по направлению подготовки 05.03.06 Экология и природопользование, профиль Прикладная экология и природопользование
Нижний Новгород
2022
1
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Е.А. Моралова, И.М. Афанасьева
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БИОГЕОГРАФИИ
Учебно-методическое пособие
по подготовке к лекционным и практическим занятиям по дисциплине «Биогеография» для обучающихся по направлению подготовки 05.03.06 Экология и природопользование, профиль Прикладная экология и природопользование
Нижний Новгород ННГАСУ
2022
2
УДК 574.9
Моралова Е. А. Экологические аспекты биогеографии [Электронный ресурс]: учеб.- метод. пос. /Е.А. Моралова, И. М. Афанасьева; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2022. – 72 с; ил.35. 1 электрон. опт. диск (CD-RW)
В пособии даются тематика лекций, их краткое содержание, а также методические рекомендации по выполнению практических работ обучающихся по дисциплине «Биогеография». В пособии рассматриваются экологические методы, широко используемым в биогеографии – это классификация ареалов флоры и фауны, определение и нанесение ареалов на карту.
Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к лекционным и практическим занятиям по направлению подготовки 05.03.06 Экология и природопользование, профиль Прикладная экология и природопользование.
© Е.А. Моралова, И. М. Афанасьева, 2022 © ННГАСУ, 2022.
3
СОДЕРЖАНИЕ
|
Стр |
Введение |
5 |
1. Теоретическая часть |
|
1.1. Ареал |
6 |
1.2. Типы ареалов |
13 |
1.3. Границы ареалов |
19 |
1.4. Формирование ареалов |
20 |
1.5. Космополиты, эндемики, реликты |
22 |
1.6. Викаризм |
28 |
1.7. Способы картографирования ареалов |
29 |
2. Практическая часть |
|
Практическая работа № 1 |
35 |
Характеристика растительного и животного мира тундровой зоны |
|
Практическая работа № 2 |
40 |
Характеристика растительного и животного мира таёжной зоны |
|
Практическая работа № 3 |
49 |
Характеристика растительного и животного мира зоны |
|
широколиственных лесов умеренного пояса |
|
Практическая работа № 4 |
57 |
Характеристика растительного и животного мира степной зоны |
|
Практическая работа № 5 |
64 |
Характеристика растительного и животного мира пустыни |
|
Практическая работа № 6 |
70 |
Характеристика растительного и животного мира полынных и |
|
полынно-солянковых пустынь |
|
Список литературы |
72 |
4
Введение
Биогеография – наука о закономерностях географического распространения и размещения живых организмов и их сообществ на Земле. Биогеография является одной из тех наук о Земле, данные которых необходимы для разработки стратегии развития мирового сообщества на ближайшую перспективу.
Сообщества и организмы – объекты исследования не только биогеографии,
но и биологии и экологии. Как географическая наука, биогеография изучает про-
странственное расположение организмов, а с экологической точки зрения – взаи-
модействие организмов с окружающей средой, влияние среды на их состояние и устойчивое развитие.
Биогеографию и экологию часто считали синонимами, включали как разде-
лы одну в другую, обе эти науки относили к биологии и т. д. На самом деле обе эти науки являются самостоятельными науками и каждой присуще свои методы,
свои средства изучения объектов, своя история развития.
Термин «экология» предложил немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году в книге «Общая морфология организмов».
Основные понятия биогеографии. Начальным этапом биогеографического изучения любого региона являются флористические и фаунистические исследова-
ния. Здесь используются такие понятия и термины, как флора и фауна. Биота –
совокупность флоры и фауны. Одной из важнейших географических характери-
стик, используемых при изучении флоры и фауны, является ареал – часть земной поверхности (акватории), в пределах которой долгое время постоянно встречают-
ся популяции определенного вида живых организмов. Другой путь изучения фло-
ры и фауны – экологическая биогеография, которая исследует закономерности распространения сообществ, образуемых совместно обитающими растениями,
животными, микробами.
Одна из важнейших экологических проблем, решение которых возможно лишь в рамках международного сотрудничества ученых, – определение характе-
ристик экологической устойчивости планеты в целом и основных подсистем био-
сферы. Методы и подходы биогеографии, накопленный этой наукой опыт анализа
5
экосистем играют решающую роль в реализации устойчивого развития всего ми-
рового сообщества.
1. Теоретическая часть
1.1.Ареал
Ареалогия – это раздел биогеографии, изучающий формирование, динами-
ку, очертания ареалов.
Географический ареал – это часть земной поверхности (территории или акватории), на которой постоянно встречаются популяции определенного вида организмов, входящего в таксономические категории более высокого ранга – ро-
ды, семейства. В зависимости от таксона можно говорить об ареале вида, рода,
семейства.
Ареал (от лат. area – площадь, пространство) – часть земной поверхно-
сти (территории или акватории), в пределах которой распространены и проходят полный цикл своего развития данная таксономическая категория, какой-либо тип сообщества. Это одно из основных понятий в биологических дисциплинах, изу-
чающих географическое распространение организмов, — географии растений и зоогеографии.
Ареал вида представляет собой сочетание видовых требований с опреде-
лённой суммой экологических условий на обширной территории или акватории.
Однако эта эколого-географическая зависимость видов осложняется изменения-
ми физико-географических условий в прошлом, например климата, растительно-
го покрова, формы земной поверхности и пр.
Формирование ареала связано с образованием вида и завоеванием им про-
странства. Новые виды образуются путем изменчивости предковых форм, есте-
ственного отбора и сохранения наиболее приспособленных, победивших в борь-
бе за существование. Процесс увеличения биоразнообразия основан на теории монофилитической эволюции Ч. Дарвина. Согласно этой теории, все многообра-
зие видов в крупной таксономической группе растений или животных происхо-
дит от одного корня в результате дивергенции – расхождения признаков. На пер-
6
вых этапах дивергенция осуществляется в процессе микроэволюции, т. е. измен-
чивости существующих организационных признаков. Она носит ярко выражен-
ный приспособительный (адаптационный) характер.
Виды, попавшие в географическую изоляцию, дают начало ветвям филоге-
нетического древа, все дальше отходящим от основного ствола сначала на уровне микро-, а затем и макроэволюционной дивергенции. Таким образом,
формируются неповторимые черты биот, отличающиеся не только по составу видов, но и родов, и семейств.
Каждый вид существует определенное время, его популяция растет, увели-
чивается площадь распространения. Затем в силу разнообразных причин проис-
ходит вымирание особей отдельных видов, их ареалы сокращаются и, наконец,
они исчезают. В одних случаях исчезновение вида не прерывает хода эволюции,
старый вид вытесняется новым; в других – гибель вида означает слепую ветвь филогенетического древа.
Процесс формирования нового ареала, как правило, монотопичен – возник-
новение вида происходит в одном месте, откуда он начинает завоевывать про-
странство. Новый вид происходит от одного предка или в результате гибридиза-
ции. Эти положения являются ключевыми для понимания истории формирова-
ния ареала.
Расселению организмов способствуют различные приспособления их за-
чатков (диаспор): при половом размножении растений – спор, плодов, семян, при вегетативном - луковиц, клубней, корневищ, ползучих побегов и т. д.
У животных роль диаспор могут играть яйца, личинки, цисты. Плоды и семена большинства водных, а также и значительного количества наземных рас-
тений легко переносятся текучими водами, чем облегчается расселение растений вниз по течению рек. Многие плоды и семена могут переноситься морскими те-
чениями. Например, ареал кокосовой пальмы охватывает берега тропических островов, разбросанных по акваториям Тихого и Индийского океанов. Кокосо-
вые орехи, попадая в воду, разносятся морскими течениями. Они хорошо при-
способлены к длительным морским путешествиям. Своей плавучестью они обя-
7
заны заполненной воздухом и непроницаемой для соленой морской воды волок-
нистой наружной оболочке. Орехи не теряют способности к прорастанию после плавания в море в течение 3 – 4 месяцев. За это время они могут быть перенесе-
ны на расстояние до 5000 км.
Легкость спор и мелких семян множества видов обеспечивает возможность переноса их на более или менее значительное расстояние даже слабыми токами воздуха. У растений с более тяжелыми семенами (или плодами) возможность пе-
реноса по воздуху часто возрастает благодаря “летательным приспособлениям” –
волосистым придаткам, разного рода хохолкам, перепончатым лопастям, “кры-
лышкам” и т. д., подчас обладающим довольно сложным устройством (рис. 1).
Рис. 1. Плоды и семена, распространяемые ветром: 1 – одуванчик и его плоды;
2 – плоды чертополоха; 3- семена сосны; 4 – плоды клёна; 5 – соплодие липы; 6 – плоды вяза; 7 – плод граба; 8 – плод берёзы
Перенос зачатков растений при помощи ветра может осуществляться не только по воздуху: опавшие на землю плоды и семена, при наличии у них лету-
чек, могут перегоняться ветром по поверхности почвы; семена деревьев, опав-
шие зимой на затвердевшую поверхность снежного покрова, перегоняются,
скользя по ней, особенно легко. Упав на поверхность воды, снабженные летуч-
ками семена, долго не тонут и под напором ветра легко передвигаются по по-
верхности водоемов.
8
У многих растений семена или плоды переносятся животными благодаря разного рода прицепкам, которыми они прикрепляются к шерсти или другим покровам (рис. 2). То же может достигаться и при помощи клейких выделений.
Рис. 2. Плоды и семена, распространяемые животными: 1 – соплодие лопуха;
2 – побег подмаренника цепкого с плодами; 3 – одиночный плод череды
Семена растений, плоды которых поедаются животными, переносятся по-
следними в кишечнике и попадают на поверхность почвы с пометом. Перенос семян на значительные расстояния птицами играет особенно важную роль для расселения растений.
Семена многих растений обретают всхожесть только после того как прой-
дут через желудочный тракт животного. Бывает и так, что определенные жи-
вотные делают для себя запасы питательных семян, но используют их не пол-
ностью или просто теряют часть своих “складов”, которые тогда и превраща-
ются в рассадники растений соответствующего вида. Большую роль в распро-
странении растений играет человек. Например, растения вводились в культуру первоначально в центрах своего происхождения, а затем начинали культивиро-
ваться широко по земному шару. Нередко в новых районах растения чувствуют себя даже лучше и завоевывают большие территории, чем на родине. В каче-
стве примеров можно привести плантации кофе (родина Эфиопия), бананов и цитрусовых (родина Юго-Восточная Азия) в Южной Америке; картофеля, ку-
9
курузы, подсолнечника (родина Центральная и Южная Америка) в Европе и Азии.
Многие вредные растения и сорняки разносятся человеком из-за неосто-
рожности. Ярким примером формирования нового ареала является история быстрого расселения в Европе американского по происхождению водного рас-
тения элодея (Elodea canadensis). Она была завезена в Европу в 1836 г. Далее ее распространение шло уже помимо воли человека. Элодея так быстро заполняла водоемы, что это дало повод назвать ее “водяная чума”.
В способах распространения неподвижных или малоподвижных животных много общего с растениями. Многие виды пауков летят по воздуху благодаря выпускаемой ими паутинной нити. Ураганы и смерчи переносят насекомых и птиц. Сами животные разносят своих паразитов. Водоплавающие птицы на своих лапках переносят диаспоры растений и беспозвоночных, земноводных и рыб, способствуя обогащению фауны водоемов.
Особенно велика роль морских течений в переносе диаспор животных.
Многие донные беспозвоночные (моллюски, иглокожие, кишечнополостные,
черви, членистоногие) ведут сидячий образ жизни, прирастая к субстрату, или передвигаются по дну в пределах ограниченной площади. Однако их личинки проходят планктонную стадию развития в поверхностные толще воды. Здесь они подхватываются течениями и переносятся на многие тысячи миль.
У планктонных организмов развились замечательные приспособления для того, чтобы без лишней затраты усилий держаться в толще воды. При помощи различных выростов, щетинок они приобретают большую поверхность по сравнению с массой тела. Кроме того, планктонные организмы содержат ка-
пельки жира, которые одновременно служат запасным веществом и облегчают массу тела в воде.
Подвижные формы животных расселяются активно. Два главных фактора определяют их стремление к перемещению: инстинкт продолжения рода и по-
иски пищи. Для многих птиц районы, богатые пищей и пригодные для выведе-
10