Mục lục bài họcĐang ở d02-b4
Biomes, Zonation and Climate Determinants
Two numbers make a biome. A biome is a group of ecosystems sharing a climate and therefore similar vegetation and productivity: tundra, boreal forest (taiga), temperate forest, temperate grassland, desert, savanna, tropical rainforest. Their global distribution is predicted almost entirely by mean annual temperature and annual precipitation, because those two decide how long plants can grow and how much water they have while growing. Insolation drives temperature, and the tricellular circulation of the atmosphere decides where air rises (rain at the equator and around 60° latitude) and where it sinks (deserts around 30°). Hot and wet gives rainforest; hot and dry gives desert; cold gives tundra whatever the rain; and at a given temperature, rainfall decides forest or grassland.
What follows from climate. Tropical rainforest has the highest net primary productivity and species diversity on land because it grows all year with abundant water — yet its soils are poor, because nutrients are held in the living biomass and cycled so fast that little accumulates; clear the forest and the fertility goes with it. Deserts have the lowest productivity because water is the limiting factor; tundra is limited by temperature, with a growing season of weeks and permafrost beneath. Temperate biomes lie between, with a marked seasonal cycle. Knowing the limiting factor of a biome lets you predict what climate change will do to it.
Zonation. Where an abiotic factor changes steadily with distance, communities change in bands: up a mountain (temperature falls with altitude, so the sequence of biomes from base to summit repeats the sequence from equator to pole), down a rocky shore (time exposed to air rises up the shore, so species are sorted by tolerance of drying), across a sand dune or into a forest from its edge. Zonation is a pattern in space, measured with a transect; succession is change in time at one place. Confusing the two is a standard error — a transect across a shore shows zonation, not succession, however tempting the sequence looks.
Climate change and biome shift. Warming moves every boundary on the temperature–rainfall diagram: boreal forest advances into tundra; thawing permafrost releases methane, a positive feedback; the dry edge of temperate forest turns to grassland; deserts expand. Species can track a shifting climate only if they can move fast enough and have somewhere to go — mountain species run out of mountain, island species run out of island, and species in fragmented habitats cannot cross the farmland between fragments. A good answer names the biome, its limiting factor, the direction of shift and the species that cannot follow.
Hai con số làm nên một biome. Biome là nhóm hệ sinh thái có chung khí hậu và do đó có thảm thực vật và năng suất tương tự: đài nguyên, rừng lá kim phương bắc (taiga), rừng ôn đới, thảo nguyên ôn đới, hoang mạc, xa-van, rừng mưa nhiệt đới. Phân bố toàn cầu của chúng được dự đoán gần như hoàn toàn bằng nhiệt độ trung bình năm và lượng mưa năm, vì hai con số này quyết định cây mọc được bao lâu và có bao nhiêu nước khi mọc. Bức xạ mặt trời quyết định nhiệt độ, và hoàn lưu ba ô của khí quyển quyết định nơi không khí bốc lên (mưa ở xích đạo và quanh vĩ độ 60°) và nơi nó giáng xuống (hoang mạc quanh 30°). Nóng và ẩm cho rừng mưa; nóng và khô cho hoang mạc; lạnh cho đài nguyên bất kể mưa; và ở một nhiệt độ cho trước, lượng mưa quyết định rừng hay cỏ.
Điều theo sau khí hậu. Rừng mưa nhiệt đới có năng suất sơ cấp thuần và đa dạng loài cao nhất trên cạn vì mọc quanh năm với nước dồi dào — nhưng đất của nó nghèo, vì dinh dưỡng nằm trong sinh khối sống và được luân chuyển nhanh tới mức ít tích luỹ; chặt rừng thì độ phì đi theo. Hoang mạc có năng suất thấp nhất vì nước là yếu tố giới hạn; đài nguyên bị nhiệt độ giới hạn, với mùa sinh trưởng vài tuần và băng vĩnh cửu bên dưới. Các biome ôn đới nằm giữa, với chu kỳ mùa rõ rệt. Biết yếu tố giới hạn của một biome cho phép dự đoán biến đổi khí hậu sẽ làm gì với nó.
Phân vùng. Nơi một yếu tố vô sinh đổi đều theo khoảng cách, quần xã đổi theo dải: lên núi (nhiệt độ giảm theo độ cao, nên chuỗi biome từ chân tới đỉnh lặp lại chuỗi từ xích đạo tới cực), xuống bãi đá ven biển (thời gian phơi cạn tăng lên phía bờ, nên loài được xếp theo khả năng chịu khô), qua cồn cát hay từ rìa vào trong rừng. Phân vùng là mẫu hình trong không gian, đo bằng tuyến cắt ngang; diễn thế là thay đổi theo thời gian tại một chỗ. Nhầm hai thứ là lỗi chuẩn — tuyến cắt ngang qua bãi biển cho thấy phân vùng, không phải diễn thế, dù chuỗi trông hấp dẫn tới đâu.
Biến đổi khí hậu và dịch chuyển biome. Ấm lên dịch mọi ranh giới trên biểu đồ nhiệt độ–lượng mưa: rừng lá kim tiến vào đài nguyên; băng vĩnh cửu tan thải mêtan, một phản hồi dương; rìa khô của rừng ôn đới thành thảo nguyên; hoang mạc mở rộng. Loài chỉ theo kịp khí hậu dịch chuyển nếu di chuyển đủ nhanh và có chỗ để đi — loài trên núi hết núi, loài trên đảo hết đảo, và loài trong sinh cảnh phân mảnh không băng qua được đồng ruộng giữa các mảnh. Bài làm tốt nêu biome, yếu tố giới hạn, hướng dịch chuyển và loài không theo kịp.
Trạm P: nhiệt độ trung bình 26 °C, mưa 2 800 mm rải đều. Trạm Q: 24 °C, mưa 600 mm tập trung 4 tháng. Trạm R: −8 °C, mưa 250 mm. Trạm S: 27 °C, mưa 80 mm. Dự đoán biome, nêu yếu tố giới hạn và năng suất tương đối. Vì sao Q và S cùng nóng mà khác biome?
P — rừng mưa nhiệt đới. Nóng và ẩm quanh năm, không yếu tố nào giới hạn rõ, nên năng suất sơ cấp thuần và đa dạng cao nhất. Đất nghèo vì dinh dưỡng nằm trong sinh khối, chu trình gần kín.
Q — xa-van. Nóng nhưng mưa vừa và theo mùa: 600 mm tập trung 4 tháng nghĩa là 8 tháng khô, nên cây gỗ thưa, cỏ chiếm ưu thế, cháy theo mùa, năng suất trung bình. Yếu tố giới hạn là nước theo mùa.
R — đài nguyên. Trung bình −8 °C với 250 mm: lạnh là yếu tố giới hạn tuyệt đối, mùa sinh trưởng vài tuần, băng vĩnh cửu, không cây gỗ; năng suất rất thấp dù mưa ít không phải vấn đề. Lưu ý 250 mm ở đây không tạo hoang mạc vì bốc hơi thấp — cùng lượng mưa ở nơi nóng sẽ là hoang mạc.
S — hoang mạc nóng. 27 °C với 80 mm: nước là yếu tố giới hạn, năng suất thấp nhất, thực vật thưa với thích nghi giữ nước.
Vì sao Q và S khác nhau. Nhiệt độ gần bằng nhau (24 và 27 °C) nên nhiệt không phân biệt chúng; lượng mưa 600 so với 80 mm mới quyết định — ở cùng nhiệt độ, mưa quyết định cỏ, cây hay trơ trụi. Cần thêm: phân bố mưa quan trọng ngang tổng lượng, vì 600 mm rải đều có thể cho rừng khô thay vì xa-van. Bài đọc biểu đồ giỏi dùng cả hai trục và cả mùa.
Một tuyến cắt ngang từ chân núi 500 m lên đỉnh 3 500 m ghi nhận: rừng nhiệt đới, rồi rừng ôn đới, rồi rừng lá kim, rồi đồng cỏ núi cao, rồi đá và tuyết. Một học sinh gọi đây là diễn thế. Sửa lại, giải thích mẫu hình, và dự đoán tác động của ấm lên 2 °C lên loài hoa đặc hữu ở đồng cỏ núi cao.
Sửa: đây là phân vùng theo độ cao. Diễn thế là thay đổi của một chỗ theo thời gian (đá trống thành rừng sau hàng trăm năm); còn đây là năm quần xã tồn tại cùng lúc ở năm độ cao khác nhau — mẫu hình trong không gian, đo bằng tuyến cắt ngang. Tuyến cắt ngang không bao giờ đo được diễn thế vì nó chụp một thời điểm.
Giải thích mẫu hình. Nhiệt độ giảm khoảng 6 °C mỗi 1 000 m, nên từ 500 m lên 3 500 m mất khoảng 18 °C — tương đương đi từ nhiệt đới tới vùng cực. Chuỗi biome theo độ cao vì vậy lặp lại chuỗi theo vĩ độ, với cùng yếu tố giới hạn: càng lên cao nhiệt càng giới hạn, cây gỗ dừng ở đường giới hạn cây, và trên đó chỉ còn cỏ rồi đá.
Ấm lên 2 °C. Mỗi dải dịch lên khoảng 300–350 m. Rừng lá kim lấn vào đồng cỏ núi cao từ phía dưới, trong khi đồng cỏ không có chỗ để lên vì trên nó là đá và đỉnh — hết núi. Loài hoa đặc hữu vì vậy bị ép giữa rừng tiến lên và đỉnh không đổi; diện tích sống co lại theo hình nón, và vì đặc hữu nên không có quần thể khác ở nơi khác để bù. Thêm nữa, loài thụ phấn cho nó có thể dịch chuyển với tốc độ khác, phá vỡ thời điểm nở hoa và thụ phấn. Đây là lý do loài núi cao và loài đảo được xếp vào nhóm dễ tổn thương nhất trước biến đổi khí hậu: không phải vì nhiệt độ tuyệt đối, mà vì không còn chỗ để đi.
Bẫy 2 — dự đoán biome bằng một trục. Cùng nhiệt độ, mưa quyết định rừng hay cỏ; cùng lượng mưa, nhiệt quyết định hoang mạc hay đài nguyên.
Bẫy 3 — nói rừng mưa có đất giàu. Dinh dưỡng nằm trong sinh khối; đất nghèo và mất độ phì khi chặt rừng.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Ecosystems and Ecology gồm 14 câu trắc nghiệm và 5 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.