اکولوژی چیست؟ - جلسه چهارم

اهداف جلسه:

• آشنایی با بستر زندگی، خاک و ارزش آن
• آشنایی با توزیع حیات
• آشنایی با پراکندگی گونه ها

وسایل مورد نیاز:

• کامپیوتر مجهز به اینترنت
• آزمایشگاه مدرسه یا پژوهش سرا
• بخشی از یک اکوسیستم یا بستر دریا

مقدمه

تا این جلسه اطلاعات بسیار مفیدی در زمینه اکولوژی، سلسله مراتب جانداران، انتقال انرژی از تولید کننده اولیه، چرخه حیات و چرخه تجزیه کنندگان و همچنین عناصر حیات بر روی کره زمین به دست آوردید. مطالب این جلسه یکی از بخش های بسیار مهم این پروژه می باشد. همان طور که در جلسات گذشته درباره عناصر مهم حیات بر روی کره زمین بحث شد در ادامه با بستر زندگی که خاک می باشد و هم چنین توزیع حیات بر روی کره زمین آشنا می شویم.

4-1 خاک، بستر زندگی

خاکی که گیاهان به آن وابسته اند، حاصل روابط متقابل موجودات زنده و غیر زنده در محیط است. ترکیب خاک متأثر از 5 عامل اصلی است: آب و هوا و فرسایش،ساخت زمین-سنگ ها زیرین خاک، پستی و بلندی زمین، فعالیت موجودات زنده مانند انسان و عامل زمان. خاک از شش جزء اصلی ترکیب شده است که شامل:

1. مواد معدنی شامل رس، لای و شن.

2. مواد آلی که به صورت لایه نازکی اطراف دانه های خاک را می پوشاند.

3. یون های غذایی مانند کلسیم و پتاسیم.

4. آب و هوا.

5. موجودات زنده خاک از قبیل کرم ها و جانداران کوچک میکروسکوپی.

6. انسان. این عوامل بر حاصل خیزی خاک تأثیر می گذارند.

می توان با حفر زمین خاک را تا اعماق لازم مورد بررسی قرار داد. سه لایه اصلی در خاک وجود دارد: لایه سطحی، لایه  عمقی و سنگ بستر. خاک های جدید داعماً در حال شکل گیری است، ولی فرسایش خاک ها در اثر فعالیت انسان ها، مانند تخریب و انهدام جنگل های بارانی حاره ای و تبدیل آنها به اراضی فقیر برای کشاورزی، دو برابر سریع تر از تشکیل خاک ها صورت می گیرد.

بسیاری از مناطقی که دارای خاک با ارزش بودند توسط انسان از دست رفته اند. خاک مانند یک اسفنج طبیعی عمل کرده، آب را جذب و به آهستگی آن را از دست می دهد. در کوه های هیمالیا، بسیاری از جنگل هایی که در شیب قرار داشته و از ریزش خاک ها به پایین جلوگیری می کرده اند، برای استفاده در سوخت تراشیده شده اند. این عمل باعث گردیده که در اثرباران های موسمی، خاک ها شسته شده، وارد رودخانه و در نهایت دریا شوند. به عبارت دیگر خاک لخت نمی تواند جلوی حرکت آب را بگیرد در نتیجه آب در شیب ها سرعت گرفته و در عراضی پایین دست سیلاب بوجود آورده که باعث خسارات جانی و مالی فراوان می گردد.

بسیاری از خاک ها بر اثر فرسایش و خرد شدن سنگ ها به طریقه فیزیکی مثلاً خرد شدن آنها بر اثر حرکت یخچال ها، حاصل شده اند. یخچال ها این خاک ها را که رسوبات یخچالی خوانده می شوند، منتقل می کنند. این خاک ها به مناطق جدید حمل شده طبعاً شرایط اکولوژی جدیدی را بوجود می آورند. خاک ها می توانند در اثر یخ زدن در شکاف سنگ ها و صخره ها و شکسته شده آنها نیز بوجود آیند. آب و باد نیز سنگ ها را با خود حمل کرده آنها را به قعطات کوچک تر خرد می کند. گیاهانی مانند گلسنگ ها و خزه ها نیز بر صخره ها رشد کرده از طریق ریشه خود خاک ها را فرسوده می کنند. بعداً این مواد خرد شده با مواد آلی ترکیب شده ، خاک را بوجود می آورند.

4-2 بررسی انواع خاک

خاک ها با داشتن ترکیبات شیمیایی متنوع، بر نوع گیاهانی که در آنها رشد می کند، تأثیر می گذارند. در اینجا سه دسته خاک را معرفی می کنیم.

الف: خاک های اسیدی خلنگزار:

خاک های مناطق خلنگزار شنی و نسبتاً خشک می باشند. بنابراین، لایه رسوبی ناشی از بقایای گیاهی در آنها متمایل به اسیدی است. کرم ها میکروب ها نمی توانند در چنین شرایط اسیدی رشد کرده و مواد را تجزیه نمایند. در نتیجه زمین از نظر مواد غذایی، فقیر است. اسید به داخل خاک زیرین نفوذ کرده، عناصری مانند آهن نیز به طبقات پایین رفته و رنگ نارنجی به خاک داده اند.

ب: مزارع و باغچه ها:

منظره حفاری شده در یک باغچه سبزی کاری نشان دهنده ی خاک ضخیم و غنی سطحی بوده که با مدیریت انسان در زمانی طولانی به وجود آمده است. زیرو رو کرده همیشگی خاک و افزایش مقدار زیادی کود باعث بالا برده مواد آلی خاک شده است. این نوع خاک ها بسیار حاصلخیز بوده و احتمالاً دارای تعداد زیادی کرم است.

ج: خلنگزارهای خیس:

در زیر خاک های خلنگزار ها، هیچ نوع سنگ خلل و فرج دار و شکاف دار وجود ندارد. بعضی از انواع شیل در خاک زیرین دیده می شود. میزان باران در این منطقه زیاد است. در نتیجه سطح خاک همیشه خیس می ماند. با جریان یافتن هرز آب، عناصر غذایی محلول با آن حمل می شود. اجزای مواد آلی حاصل از باقی مانده های گیاهی تشکیل لایه اسیدی از نوع پیت را می دهند.

بسیاری از موجودات ریز خاکزی کوچک بوده و شناسایی آنها مشکل است، هرچند اجزای بسیار حیاتی خاک را تشکیل می دهند. اکولوژیست ها برای جمع آوری و شناسایی موجودات ریز خاکزی از یک وسیله آزمایشگاهی به نام قیف تولگرن استفاده می کنند.

آنها خاک را بر روی الک دانه ریزی که در سر قیف قرار دارد، می ریزند و از بالا منبعی از نور به آن می تابانند. موجودات ریز خاکزی که تمام عمر خود را زیر خاک و دور از نور زندگی می کنند، از نور گریزان بوده و از طریق سوراخ های الک به پایین قیف می روند تا بالاخره از انتهای قیف به پایین افتاده در داخل لوله شیشه ای که محتوی الکل برای حفاظت آنها است، قرار می گیرند.

بعداً این موجودات را که طیف وسیعی از کرم های نماتود، دم حلقه ای ها، کنه ها و غیره هستند، می توان با استفاده از میکروسکوپ مورد استفاده قرار داد.

4-3 توزیع حیات

هرچند به نظر می رسد که حیات به طور یکنواخت در سطح کره زمین وجود داشته باشد، اما در واقع چنین نیست. در بعضی از مناطق بیابانی و در بعضی از نواحی یخ زده قطب جنوب، هیچ موجود زنده ای نمی تواند شرایط خشن را تحمل کند. هم چنین به نظر می رسد که در سرتاسر اقیانوس ها زندگی وجود دارد، اما در قسمت هایی که جریان های دریایی وجود ندارند تا مواد اصلی غذایی را با خود حمل کنند، آب در حقیقت مرده است، چون گیاهان غیر از نور خورشید برای زندگی احتیاج به غذا دارند. در مقیاس کوچک تر، دوطرف یک دره، یا حتی یک درخت ممکن است زیستگاهی برای انواع مختلف موجودات را ایجاد کند.

این درحالی است که به هر دو طرف به مقدار یکسانی انرژی خورشید یا رطوبت نمی رسد. هنگامی که اکولوژیست ها پراکندگی جانوران را مورد بررسی قرار می دهند، سعی دارند عوامل فیزیکی و بیولوژیکی را که بر حضور یا عدم حضور گونه های خاص تأثیر داشته، بشناسند.

مزید بر آن، اکولوژیست ها به دنبال عوامل تاریخی خاصی هستند که ممکن است باعث حضور گونه ای در یک محل باشد. همچنین، شناخت الگوهایی که چگونگی توزیع جمعیت ها و تغییرات آنها را در آینده نشان می دهد، مورد نظر اکولوژیست ها است.

حتماً درخت هایی را که یک طرف آن خزه بسته و سمت دیگر آن کاملاً خشک است در جنگل دیده اید. همین دو حاشیه متفاوت یک درخت نمونه زنده ای از توزیع گونه ها را نشان می دهد. در طرفی که خورشید تنه درخت را خشک و گرم می کند، سطح گیاه بدون برگ است، چون شرایط به گیاه اجازه این کار را نمی دهد. در طرفی که درخت پشت به خورشید دارد و تنه سرد و مرطوب است، روی تنه لایه ضخیمی از موجوداتی که مانند خزه ها و جلبک ها رشد کرده و نشان می دهد که این شرایط برایشان مناسب و مطلوب است.

به دلیل عدم امکان شمارش تک تک موجودات یا حتی گونه ها در مناطق وسیع، اکولوژیست ها روش هایی را به کار می برند تا بتوانند پراکندگی گونه ها را مشخص کنند. چهارچوب مربع شکل که اندازه اش معلوم است، کوادرات نامیده می شود. این چهارچوب در یک محل یا بستر دریا قرار داده می شود و تمام گونه های درون آن شناسایی و شمارش می گردند. این کار چند مرتبه انجام می شود تا الگوی توزیع گونه ها از روی آن مشخص گردد. این قبیل لوازم نمونه برداری برای مطالعه جمعیت بوسیله اکولوژیست ها مورد استفاده قرار می گیرد. 

شاید این سئوال برایتان پیش آمده که گونه ها چگونه پراکنده شده اند؟

4-4 پراکندگی گونه ها

برای آنکه گونه های یک جمعیت پراکنده شوند، سه راه وجود دارد. یکی از آنها توزیع یکنواخت و اتفاقی است. یعنی هنگامی که تنها یک عامل نامطلوب وجود داشته باشد، گونه ها تمایل به توزیع یکنواخت دارند. به عنوان مثال، درختان احتیاج به نور دارند، بنابراین در یک جنگل طبیعی همه درختان خود را به سمت بالا می کشند. بسیاری از جانداران برای استفاده از یک منبع غذایی یا امتیازات حضور در گروه، به صورت گروه یا توده ای درمی آیند. هنگامی که اکولوژیست ها می خواهند به این جمعیت ها دسترسی پیدا کنند و اختلاف آنها را بررسی کنند، نمونه برداری انجام می دهند.

به نمودار زیر دقت نمایید،در این نمودار که نمودار kite خوانده می شود، می توان پراکندگی گونه ها را در یک زیستگاه مشاهده کرد. در این نمودار خطوط افقی نشان می دهد که هر یک از چهارگونه حلزون در چه ناحیه ای از ساحل صخره ای یافت می شوند. خطوط عمودی نشان دهنده تعداد افراد گونه ها در نقاطی از ساحل که نمونه برداری انجام گرفته، می باشد. این تغییرات نشان می دهند که چگونه شرایط اکولوژیکی بر هر ناحیه خاص، اثر می گذارد.

گونه کوچک شماره 1در نواحی بالای ساحل وجود دارد و نشان می دهد که این گونه مناطقی را که دارای صخره های شیب دار و ترک دار می باشد، بیش تر ترجیح می دهند.

گونه شماره 2 بیش تر جاهای پناه دار را می پسندند. با این وجود، نسبت به نور زیاد یا شوری کم که در اثر شستن نمک به وسیله باران انجام می گیرد، نیز مقاوم است. گونه شماره 3 بر روی سنگ ها و صخره ها زیست کرده از مواد ریز تغذیه می کنند ولی نسبت به نور کم تر مقاوم است. گونه شماره 3 که سطح بالای صدفش صاف است، در قسمت های میانه و پایین ساحل زندگی کرده و هنگامی که دریا جزر است در میان علف های آبزی پناه می گیرد.

نمودار فوق نشان می دهد که هر یک از آنها هنگامی که گونه های دیگر به طرف پایین ساحل می روند، به آنها راه می دهند.

تکلیف1:

مقداری خاک از بخش زنده و فعال باغچه حیات مدرسه یا باغچه منزلتان تهیه نمایید و به آزمایشگاه مدرسه ببرید. یکی از ساده ترین آزمایش هایی که بر روی خاک انجام می شود، جداسازی مواد موجود در آنها است. این کار را با مخلوط کردن مقداری خاک با آب در استوانه شیشه ای در آزمایشگاه انجام دهید.

مواد آلی یا هوموس بر سطح آب شناور شده و مواد سخت و سنگین مانند شن به ته استوانه می روند. روی شن های ته نشین شده، لایه ای از مواد حد واسط مانند لای، ته نشین می شود. اما ذرات بسیار ریز مانند رس، خیلی آهسته ته نشین می شوند. میزان نسبی این مواد برحسب نوع خاک متفاوت است. این آزمایش را در آزمایشگاه انجام داده و در نهایت نوغ خاک باغچه مدرسه را تعیین کنید. آزمایش خود را همراه با تصویر و گزارش برای ما ارسال نمایید.

تکلیف2:

درباره مربع کوادرات تحقیق نمایید و اندازه استاندارد آن را بیابید. سپس یک نمونه ساده از آن تهیه نموده و جهت نمونه برداری از بخشی از یک اکوسیستم، مانند جنگل یا دریا آن را بکار برید. نتایج تحقیقات و نمونه برداری های خود را برای ما ارسال نمایید.

محل بازدید/ اردو/ خرید:

برای مشاهده توزیع حیات در یک اکوسیستم به جنگل یا بستر دریا سفر کنید و توزیع جمعیت و حیات را در آن بخش بررسی کنید.

منابع مطالعه:

برای کسب اطلاع بیش تر در زمینه خاک و پراکندگی حیات،فصل چهارم از کتاب اکولوژی، تألیف: دکتر محمدرضا اردکانی، انتشارات: دانشگاه تهران را مطالعه نمایید. همچنین می توانید به وب سایت زیر مراجعه نمایید.

http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%AE%D8%A7%DA%A9&SSOReturnPage=Check&Rand=0

بخش پژوهش های دانش آموزی سایت تبیان
تهیه: الهام گارسچی - تنظیم:  مریم فروزان کیا 

اکولوژی چیست؟ - جلسه اول
اکولوژی چیست؟ - جلسه دوم
اکولوژی چیست؟ - جلسه سوم
اکولوژی چیست؟ - جلسه چهارم
اکولوژی چیست؟ - جلسه پنجم
اکولوژی چیست؟ - جلسه ششم
اکولوژی چیست؟ - جلسه هفتم
اکولوژی چیست؟ - جلسه هشتم