Biogeográfia
A földfelszíni folyamatok a külső és belső erők hatására a különböző földtörténeti korokban különbözőképpen játszódtak le. A mai arculat kialakításában jelentős szerepet játszottak a jégkorszakok (glaciálisok) és a jelenkor (holocén folyamatai). A klíma, a talaj és a rajta kialakult élővilág a a földrajzi zónáknak megfelelően rendeződött el, s csak bizonyos helyi tényezők (domborzat, kőzettípus stb.) változtathatják meg a zóna hatásokat. A biogeográfia az élővilág (növény és állatvilág) földrajzi elterjedésével, illetve az élővilág és a szervetlen szféra kapcsolatának kutatásával foglalkozik. Kutatási objektuma az arearendszer (a fajok elterjedési területének a rendszere).
Az élővilág létfeltételei: Levegő Víz Talaj Tápanyag Klíma Fény
A fény, mint létfeltétel Az élőlények döntő többsége életfolyamatainak energiaszükségletét - közvetlenül vagy közvetve - a Nap sugárzásából fedezi. A fotoszintézis intenzitása szoros kapcsolatban van a megvilágítás erősségével, időtartamával és a spektrális energia eloszlással. A fény a szárazföldeken általában elegendő mennyiségben áll a növények rendelkezésére, másutt limitáló ökológiai tényező, illetve minimum faktor (pl. tengerek nagyobb mélységei, barlangok stb.).
A Földet érő napsugárzás mintegy 55%-ban narancs-vörös fény (látható), 40-44%-ban hő (infravörös), 1-5%-ban ultraibolya sugarakat tartalmaz. A látható narancsvörös fény 380 720 nm hullámhosszú, az infravörös 720 nm felett, az ultraibolya 0-380 nm közötti hullámhosszon érkezik a Föld felszínére. A növényi fotoszintézis az 55 % látható fény 1 2,5 %-át hasznosítja (ebből évenként 10,467 x 10 23 J kerül a felszínre). A fotoszintézisben résztvevő sugárzás évi mennyiségét PAR-nak nevezi a szakirodalom. A fényhez való alkalmazkodás vagy adaptáció alapján megkülönböztetjük a fénykedvelő vagy heliofiton és az ámyéktűrő vagy szkiofiton növényeket.
A fénykedvelőknél az erős megvilágítás alapvető igény. Ilyen társulásokat találunk a füves szavannán, sztyeppeken stb. Az árnyéktűrő növények fényigénye alacsony. Általában ide sorolható az erdei aljnövényzet nagy része. A trópusi őserdők több lombkoronaszintjén áthaladó fénynek gyakran csak 1 %-a jut le a talajra. Itt csak ámyéktűrő fajok képesek megélni. Ismerünk helio-szkiofiton fajokat is, amelyek bizonyos életszakaszaikban igénylik a napfényt, de a fényszegény időszakokat is elviselik. Az élőlények közül a zöld növények, a zöldtől eltérő színű moszatok, a cianobaktériumok és egyes baktériumok tudják közvetlenül felhasználni testük felépítéséhez a Nap fényenergiáját. A szórt fénysugarak kedvezőbbek a növények számára, mint a Napból közvetlenül érkező sugarak, mivel több bennük a fotoszintézisben jobban hasznosuló hosszabb hullámhosszú fény aránya.
Az élőlények fényigénye mindenekelőtt táplálkozásmódjuk függvénye. Az autotróf, fotoszintetizáló (fotoszintézis folyamata során a növény fényenergia felhasználásával szervetlen anyagokból szerveseket állít elő) szervezetek számára nélkülözhetetlen a fény mint közvetlen energiaforrás, míg a heterotróf szervezetek legföljebb tájékozódásukhoz (információ szerzésükhöz) igénylik azt. A gombák fejlődéséhez nincs szükség fényre. Evolúciójuk során a fotoszintetizáló növények is különböző megvilágítási viszonyokhoz alkalmazkodtak. A Föld felszínének egyes pontjain eltérő a közvetlen és a szórt fény aránya. Az egyenlítőn a legkisebb, a sarkok felé haladva nő
Az Egyenlítő vidékén beérkező, merőlegeshez közeli beesési szögű sugarakban sok a közvetlen fény (több benne az ultraibolya). Hasonló a helyzet a fénysugarakat átengedő levegőréteg vékonyodása miatt a magas hegységekben is. A sarkvidékeken viszont a kis beesési szög miatt a napsugarak vastagabb légkörön haladnak át, ami miatt nagyobb mértékben szóródnak (több benne az infravörös). A vizekben a mélység növekedésével egyre nagyobb a szórt sugarak aránya, és a fényerősség is fokozatosan csökken (10 méterig jó, 200 m-ig elviselhető, 400 m-ig derengés figyelhető meg). A különböző élőhelyeken, mindenekelőtt földrajzi szélességüktől függően, a megvilágítás erőssége, színképi összetétele és napi időtartama is jelentős mértékben eltér.
A megvilágítás időtartama szerint is két csoportját különböztetjük meg a növényeknek. A trópusi területek rövid nappalos (12 óra nappal és 12 óra éjszaka) növényeit a sarkok felé haladva a hosszú nappalos növények váltják fel. A nappal hosszának a virágképzésben van szerepe. A trópusi növények sötét periódust igényelnek virágzásukhoz, a mérsékelt övi növényeknek nincs szüksége sötét időszakra a virágzás időszakában. A nappal hosszúsága és a sötétperiódus által szabályozott virágképződést fotoperiodizmusnak nevezzük. Rövidnappalos pl. a banán, szója, hosszúnappalos pl. a búza, árpa, lucerna stb. A helyi viszonyok is jelentősen befolyásolhatják a fény mennyiségét. A trópusi területeken rendszeres felhőképződés akadályozza nagy mennyiségű közvetlen napfény felszínre jutását. Az északi féltekén a déli lejtőkre, a sugarak beesési szögének megnövekedése miatt, több napfény jut, mint az ellenkező hatást kiváltó (tehát a beesési szöget csökkentő) északi lejtők területére.
A bioszféra hőmérsékletét a Nap sugárzása, valamint a földfelszín és a légkör tulajdonságai befolyásolják. A napsugaraktól nem a levegő, hanem mindenekelőtt a sugarak továbbhaladásának gátat szabó földfelszín melegszik fel. A fölmelegedett felszín azután hőátadással az alsó légrétegek hőmérsékletét is megemeli. A meleg légrétegek fölfelé emelkednek és lehűlnek. Helyükre hidegebb levegő áramlik be. A földfelszínről kisugárzott vagy visszavert hő nem távozhat el szabadon a légkörön keresztül.
A levegő szén-dioxid- és vízgőztartalma, éppúgy, mint az üvegházak üvegfala, visszatartja a hőt, jelentősen megemelve a bioszféra átlaghőmérsékletét és csökkentve az abban bekövetkező hőmérséklet-ingadozásokat. A jelenséget a fenti összefüggés miatt üvegházhatásnak nevezzük. Az élőlények populációinak hőtűrőképessége jelentősen különbözhet. Melegkedvelő és hidegtűrő, valamint tághőtűrő képességű fajok különböztethetők meg. Szűkhőtűrő képességűek a trópusi esőerdők növényei, mert ebben a biomban a napi és évi hőingadozások nagyon csekélyek.
A levegő, mint létfeltétel A levegő az élővilág jelentős részének létezési közege, az autotróf szervezetek számára alapvető széndioxid és a respiratív (légzést végző) heterotróf szervezetek által igényelt oxigén hordozója. A légkör alkotói közül az oxigént, a nitrogént és a széndioxidot a növények élettevékenységükhöz nagy mennyiségben igénylik. Az oxigén mennyisége a levegőben bőségesen elegendő ahhoz, hogy a növények légzéséhez mindig kellő mértékben rendelkezésre álljon. Mivel a nitrogént a növények a talajból veszik föl, ezen elemmel való ellátottságuk a levegő nitrogénjét megkötni képes mikroszervezetek - egyes baktériumok és ciano-baktériumok - tevékenységétől függ. A levegőben csekély mennyiségben jelenlevő széndioxid sok növény fotoszintetikus aktivitásának erős korlátozója.
A levegő az élővilágra mindenekelőtt kémiai összetételével és mozgásával hat. A Föld légkörének kémiai összetételét az élővilág az evolúció során nagymértékben alakította. Jelenleg 78%-ban nitrogén, 21%-ban oxigén és mintegy 0,03%-ban szén-dioxid alkotja. A többi nem egészen 1%-ot vízgőz, nemesgázok, hidrogén és különböző szennyező anyagok teszik ki. A levegő összetétele minden földrajzi tájban hat az élővilág fejlődésére, elterjedésére. Jelentős összetételbeli változása az élővilág összetételét is megváltoztatja. A földtörténet során a vulkáni tevékenységből eredő széndioxid feldúsulása a növényzet jelentős elburjánzását eredményezte, ugyanakkor az állatvilágban az oxigén mennyiségének csökkenése a nagyobb test illetve tüdőtérfogat kialakulásához vezetett. A Föld felszínén napjainkban a levegő összetétele csak vertikálisan (függőlegesen) változik, horizontálisan (oldalirányban) csak esetleges a változás.
A légkör mai összetétele hosszú fejlődés eredménye, ami mar a Föld őslégkörének kialakulásával megkezdődött, s a földtörténet bizonyos pontjain jelentős változások következtek be. Mintegy 4,5 md évvel ezelőtt a földköpeny kialakulásával egyidejűleg létrejött az atmoszféra. A 4,4 és 3,6 md év között a légkörben fotodisszociáció (H 2 szökés és 0 2 felhalmozódás az UV-sugarak hatására a vízgőzből) ment végbe. Ez az oxigénszint (Urey-szint) a mai oxigénszint ezredrésze volt. A széndioxid sok, az oxigén kevés, azonban az abiotikus szintézis, a kémiai evolució szénvegyületek kialakulásához, majd az élet kialakulásához vezet. A prekambrium hosszú időtartama (3,7 md évtől 0,58 md évig) alatt a légkör oxigéntartalma a kőzetek gázleadása és az intenzív fotoszintézis révén jelentősen megnövekedett. 2,7 milliárd évvel ezelőtt elérte azt a szintet (Pasteur-szint) amikor az élőszervezetek egyrésze áttért a fermentációról a légzésre. Ez a mai oxigén szint századrészét jelentette.
Az ózonpajzs vastagodása a magasabbszintű légzést segítette elő az élőszervezeteknél. Amikor a mai szint 10 %-át elérte az oxigénszint a vízi szervezetek mellett a szárazföldi élőszervezetek is nagy számban terjedtek el. A földtörténeti ókorban (felső-szilur) a növények kiléptek a szárazföldre, a devonban és karbonban dús erdősvegetáció alakult ki, rohamosan növekedett a légkör oxigéntartalma. Az ókor végére kialakult a mai oxigénszint, amit a szakirodalom PAL megnevezéssel illet (ez azt jelenti, hogy a légkör 21 %-a oxigén). A légkör jelenlegi összetétele a kainozoikumban alakult ki.
Az oxigén tehát a levegő 21 %-át teszi ki, mennyisége állandó, a növények asszimilációjának eredménye. Az élőlények számára a légzésben nélkülözhetetlen. A légkör oxigéntartalma a szárazföldön állatok és az ember számára elegendő mennyiségben jelen van, a talajban végbemenő gyökérlégzésre illetve a talajlakó organizmusok számára azonban az oxigén már limitáló tényező, mivel a gyökérlégzés és a mikrobák egy részének (aerob szervezetek) anyagcsere folyamatai oxigént igényelnek. Ugyancsak minimumfaktor az oxigén a tengerek magasabbrendű élővilága számára. Mindkét esetben sokféle alkalmazkodás alakult ki az élővilágban.
A széndioxid a növényvilág számára legfontosabb ökológiai tényező. A földtörténet során a devon végén és a karbon elején, majd a mezozoikumban a triász és a kréta közepén emelkedett meg jelentősen a levegő széndioxid tartalma. A kréta második felében csökkenni kezdett, s a pliocén végéig elérte az addig legalacsonyabb szintet. Napjainkban a levegő széndioxidtartalma 0,03 % (330 ppm). A kutatók szerint a légköri széndioxid legnagyobb része (56,1 %) a növényi légzés és lebomlás során keletkezik, de a talajlégzés is tetemes mennyiséget (38 %) juttat a levegőbe. A maradék néhány % az ember és az állatok légzése (1,6 3%), a tüzelőanyagok égetése (3,8 %), erdő és sztyepp tüzek (0,38 %) és csak elenyésző hányadban vulkáni tevékenység útján jut a légkörbe. Felhasználása szárazföldi növények fotoszintézise (40,6 %) mellett a tengerek növényvilágának fotoszintetikus tevékenységében és a tengervíz elnyelésében (59,3 %) realizálódik.
Napjainkban a légkör széndioxid tartalma emelkedő tendenciát mutat elsősorban a fokozódó antropogén tüzelőanyag felhasználás miatt. A múlt század közepén 290 ppm volt a széndioxid mennyisége, 1970-ben már 320 ppm értéket érte el. A prognózisok szerint 2300-ban már 420 450 ppm érték is lehet, ami növeli az üvegházhatást, ezért fokozatosan növekedhet az átlaghőmérséklet. A széndioxid eloszlásában a Föld felszínén nincs számottevő különbség, talán az egyenlítőnél valamivel magasabb, a sarki területeken valamivel alacsonyabb. Évszakosan is csak csekély mértékben változik ez az érték. Nyáron a zöld növényzet intenzív asszimilációja valamivel több széndioxidot használ fel, mint amennyi a disszimiláció illetve a légzés során bekerűl a légkörbe.
A nitrogén nagyságrendben a legjelentősebb alkotója a légkörnek (78 %), azonban olyan alapgáz, ami nehezen vehető fel a levegőből. Ebből talán csak a villámlás során a légköri molekuláris nitrogén oxidációját követően a csapadékvízzel talajba mosódó nitrogén érdemel említést (4-10 kg nitrogént jelent ez évenként egy hektáron). Sokkal nagyobb jelentőségű a nitrogénkötő baktériumok (Clostridium és Azotobacter) által a levegőből megkötött nitrogén, amely a baktériumok elpusztulása után hasznosítható nitrogénvegyületek formájában kerül be a talajba. Az ún. Rhizobium baktériumok együtt élnek a pillangós-virágú növényekkel azok gyökérgümőiben, s a növény, valamint a gyökérszféra számára nagymennyiségű molekuláris nitrogént asszimilálnak. Emellett egyes kékalgák és zuzmók képesek a nitrogén megkötésére.
Természetesen lokális különbségek vannak. A növényállományokban a lombkorona szintben nagy a széndioxid felhasználás, a talaj közelében viszont magas a széndioxid koncentráció. Az asszimiláció és légzés napszakos és évszakos ritmusa ugyancsak időszakos eltérést eredményez a széndioxid mennyiségében, légköri viszonylatban azonban ezek a különbségek kiegyenlítődnek. A széndioxid hasznosulását a fotoszintézisben a hőmérséklet és a fényerősség is befolyásolja. Erősebb megvilágítás, illetve magasabb hőmérséklet mellett egy bizonyos határig nő a fotoszintézis révén megkötött széndioxid mennyisége. A növények által megkötött széndioxidot a talajlakó mikroorganizmusok (mikrobáknak mindenekelőtt az apró, mikroszkópos méretű vírusokat, baktériumokat, gombákat tekintjük) légzési tevékenysége pótolja, ezzel a légkör széndioxid-tartalma dinamikus egyensúlyban van.
A nitrogén körforgásában nagy jelentőségű a nitrifikáló és denitrifikáló baktériumok szerepe. A nitrogén a lebomló szervesanyagok maradványainak anmonifikáció és nitrifikáció útján történő átalakulását követően kerül aminosavak formájában a fehérjeszintézisbe vagy a nitrátokból denitrifikáció útján a légkörbe jut szabad nitrogén formájában. A nitrogén körforgásáról a természetben a későbbiekben lesz szó.
Az emberi tevékenység hatására sok olyan anyag is a légkörbe kerül, ami természetes állapotban nem tartozik a levegő összetevői közé. Ezek az anyagok a levegőt szennyezik, ezért jelenlétük többnyire káros. Ilyen anyagok a kéndioxid, ammónia és a különböző halogén elemek. Közülük jelentős mennyiségben a kéndioxid van jelen ott, ahol az ipari létesítmények, mint kibocsátók kis területen nagy sűrűségben helyezkednek. A levegő kéndioxid tartalmának megengedett értéke maximum 0,50 mg m -2 nap, de a védett területeken ennél jóval alacsonyabb. A kéndioxid a csapadékvízzel kénessavvá, illetve kénsavvá alakul és savas ülepedésként (depozícióként) kerül a talajra, majd jut a növényekbe, ahol a klorofill (asszimiláló zöld színtestecskék) elroncsolásával akadályozza az asszimilációt.
Természetesen vannak olyan növények, amelyek jól tűrik a kéndioxid károsító hatását (nyír, nyár, platán), mások igen érzékenyek a kéndioxid szennyeződésre (bükk, gyertyán, tölgy, lucfenyő). Legérzékenyebbek talán a zuzmók, ahol nagyon szennyezett a levegő általában zuzmósivatagok alakulnak ki (csak a Lecanora fajok maradnak meg). A zuzmók eltűnése tehát a fokozódó kéndioxid szennyezés indikátora. Az ember tüzelési tevékenysége hatására a levegő kéndioxid gázzal szennyeződik. A kéndioxid a levegő vízgőztartalmával reakcióba lépve kénessavvá alakul, és leülepedik a földfelszínre. A savas ülepedés káros hatású a növényekre, valamint a vizek és a talajok élővilágára. Az erdőpusztulások egy részét is a savas ülepedések hatásainak tulajdonítják.
Lecanora zuzmó
- arid (száraz) területeken terjedelmes vagy hosszú - az eurihidrikus (euri-típus = tágtűrésű) fajok képesek alacsony és magas ozmotikus értékek kialakítására is, így a A vízfelvétel optimális feltételeinek egyik biztosítéka a megfelelő gyökérrendszer. gyökérzet, - humid (nedves) térszíneken kisebb gyökérzet is biztosítja a megfelelő vízfelvételt. A növény vízfelvételét befolyásolja a növény ozmótikus szívóereje is. Ebből a szempontból is két csoportot különböztetünk meg: - azokat a nővényeket, amelyeknek az ozmótikus szívóereje stabil, csekély eltéréseket visel csak el a vízmennyiség változásában sztenohidrikus (szteno-típus = szűktűrésű) fajoknak nevezzük (a vízi és mocsári növények), vízmennyiség változására nem érzékenyek (sztyepptársulások).
A víz, mint létfeltétel A víz a tápanyagok oldószere, az anyagcsere folyamatok közege, a fototoszintézis kiinduló anyaga. Egészében véve elmondható, hogy az élővilág egyik legfontosabb ökológiai tényezője. A vízi élőlények számára természetes adottság, a szárazföldi élőlényeknek elemi létfeltétel. A növényvilágban a víz felvehetőségét a szívóerő szabja meg (szinonim fogalomként szokták használni a vízpotenciál fogalmát, ami azonban nem helyes, mert a valódi vízpotenciál a tiszta víz szívóerejét fejezi ki, ami a természetben jelentősen módosul). A víz nélkülözhetetlen résztvevője és közege az élőlényekben lezajló kémiai folyamatoknak, így minden életfolyamatnak. A hőmérséklet mellett a fajok elterjedésének legfontosabb meghatározója. Az egysejtű és a telepes növények döntő többségének és nem kevés hajtásos növénynek is a víz az élettere.
A szárazföldi hajtásos növények vízforgalmában három folyamat játszik jelentős szerepet: -a víz gyökerek általi felvétele, - szállító edénynyalábokban való szállítása, - a gázcserenyílásokon keresztüli elpárologtatása. Az említett növények vízellátottsága ennélfogva leginkább a talaj nedvességtartalmától függ. Párologtatásukat, és így vízellátottságukat azonban a levegő hőmérséklete, páratartalma és mozgása is befolyásolja. A talaj vízutánpótlása többnyire a csapadékból származik. A csapadék és a növényzet kapcsolata korántsem egyoldalú. A növényzet is, vízvisszatartása, illetve párologtatása révén nagy hatást gyakorol az élőhely és környezete éghajlatára, és azon belül csapadékviszonyaira
- arid (száraz) területeken terjedelmes vagy hosszú - az eurihidrikus (euri-típus = tágtűrésű) fajok képesek alacsony és magas ozmotikus értékek kialakítására is, így a A vízfelvétel optimális feltételeinek egyik biztosítéka a megfelelő gyökérrendszer. gyökérzet, - humid (nedves) térszíneken kisebb gyökérzet is biztosítja a megfelelő vízfelvételt. A növény vízfelvételét befolyásolja a növény ozmótikus szívóereje is. Ebből a szempontból is két csoportot különböztetünk meg: - azokat a nővényeket, amelyeknek az ozmótikus szívóereje stabil, csekély eltéréseket visel csak el a vízmennyiség változásában sztenohidrikus (szteno-típus = szűktűrésű) fajoknak nevezzük (a vízi és mocsári növények), vízmennyiség változására nem érzékenyek (sztyepptársulások).
Welwischia mirabilis karó gyökérrel és Artemisia bolytos gyökérrel
A vízellátáshoz való alkalmazkodás (adaptáció) során alakult ki a vízinövények (hidatofiton), a mocsári növények (helofiton), a közepes vízellátottságot igénylő nővények (mezofiton) és a szárazságtűrő (xerofiton) növények csoportja (tavi rózsa, mocsári kosbor, árvalányhaj)
Különböző életformák alakultak ki a szárazsághoz való alkalmazkodás során. Ilyen élet-forma: - az efemer egyévesek, képesek több éven keresztül magvaikkal anabiotikus állapotban átvészelni a csapadékmentes éveket, - másik ilyen élet-forma a geofiton növény, amely földalatti raktározó szervei ben felhalmozott nedvességgel képesek a száraz időszakot túlélni (pl. odvas keltike).
- a szukkulens vagy pozsgás növények valamely talaj feletti vagy talaj alatti szervükben raktározzák a szükséges nedvességet. Általában ezek a típusok a sivatagi és félsivatagi területeken fordulnak elő. Képviselői a szár-, levél- és törzsszukkulens kaktuszfélék (Mojave sivatag szukkulens növényei).
- szklerofil növények párolgás csökkentés révén képesek a szárazságtűrésre (a mediterrán klíma fenyői, olajfái, bükkjei és hanga fajai) (pl. Pinea fenyő). - ott, ahol a csapadékos időszak a vegetációs periódussal egybeesik, a száraz időszak viszonylag rövid, az ún. malakofil növények gyakoriak. A rövid aszályos időszakban kevésbé csökken tik párologtatásukat, leveleik lágyak és szőrösek, hervadásra hajlamosak. Ilyenek az ajakos (Labiatae) és fészkesvirágzatú (Compositae) növények (cickafark).
A talaj, mint létfeltétel A talaj a klíma, növényzet, alapkőzet, domborzat és a kor által meghatározott képződmény. A kőzet, fizikai aprózódását követően, (amit a hőmérséklet ingadozása és a megfagyott víz feszítő hatása okoz), kémiai és biológiai málláson megy keresztül. A kémiai mállás során a szemcséződött kőzet kémiai összetétele különböző folyamatok révén (pl. oxidáció, oldódás) megváltozik. Biológiai málláskor is fizikai és kémiai változások következnek be, de ezen folyamatok irányát a bennük közreműködő élőlények szabják meg. Az általuk termelt szerves anyagok reakcióba lépnek a kémiai mállással létrejött talajrészecskékkel.
A talaj tápanyagtőkéje, illetve felvehető tápanyagtartalma jelentősen különbözhet. Tápanyagtőkének a tápanyagok teljes mennyiségét, míg felvehető tápanyagtartalomnak a tápanyagtőke növények által hasznosítható részét tekintjük. A tápanyagtőke növekedhet az elhalt élőlények anyagainak felhalmozódása, valamint a víz és a szél általi ráhordás eredményeképpen, illetve csökkenhet a víz és a szél általi elhordás, a csapadék általi kimosás, valamint a növények tápanyagfelvétele következtében. A felvehető tápanyagok aránya a tápanyagtőkéhez képest az egyes elemek esetében igen eltérő lehet.
A nitrogénnek mintegy 95%-a szerves kötésben van jelen, és így a növények számára - legalábbis átmenetileg - felvehetetlen. Hasonló a helyzet a foszforral is: ennek az elemnek ugyan nagyobbik része szervetlen formában van jelen a talajban, abból csak nagyon kevés esik a könnyen oldódó hidrogénfoszfátokra. A kálium a talajban olyan formában van jelen, amelyből a növények könnyen felvehetik. A kálium felvételnek tehát csak a tápanyagtőke szabhat határt.
A talaj igen fontos tulajdonsága a kémhatása. Mind az erősen savanyú, mind a túlzottan lúgos kémhatás kedvezőtlen hatású az élőlények többségére. A talaj természetes okok - pl. a légzési szén-dioxid vagy a szerves anyagok bomlásából származó humuszsavak felszabadulása - miatt is savanyodhat. Ezek a változások leginkább a fölső, szerves anyagokban gazdag rétegekben zajlanak le. A tápanyag az asszimiláló zöld növényzetnél vízben oldott formában válik felvehetővé. Ezek a tápanyagok a kőzetek mállása során és a lebomló szerves-anyagok alkotóiként jutnak a talajba. A kialakuló talaj tápanyag ellátottsága nagymértékben függ a talajképző kőzet minőségétől, de a szerves világ számára fontos nitrogénellátás szempontjából az elpusztult szervesanyag milyenségétől is. A tápanyagokat aszerint, hogy milyen mennyiségben vannak jelen a növényekben makro-, illetve mikroelemekre osztjuk.
Makroelemek a nitrogén, foszfor, kálium, kalcium, magnézium, kén és szilicium. Mikroelemek a bárium, mangán, vas, zink, réz, molibdén és a kobalt. A tápelemek felvétele ionos formában megy végbe abszorbció útján. Meg kell itt említeni LIEBIG minimumtörvényét, miszerint a növények tápanyagfelvételét mindig a relatíve minimumban lévő elem határozza meg. A talajok összes tápelemformáját a talaj tápanyag kapacitásának nevezik. Hosszú idő alatt a talajok teljes tápanyag mennyisége felvehetővé válik, mégis a gyakorlat számára a pillanatnyilag felvehető mennyiség a fontos (Lásd I. táblázat).
A felvehető formák mennyisége függ a talaj típusától, a klimatikus tényezőktől, más tápelemek jelenlététől, s nem utolsó sorban a tápelem minőségétől. A tápelemek közül a nitrogén, kalcium, magnézium és a kén sokféle felvehető formában van jelen a talajban. A foszfor és a kálium mindig kisebb mennyiségben található, mint az előbbiek. Változatlan külső feltételek mellett a felvehető és nem felvehető tápanyagok egyensúlyban vannak. Amennyiben megkezdődik a korábban fel nem vehető tápelemek felszívása, rögtön az ellentétes irányú folyamatok is megindulnak.
A tápanyagvizsgálatok soktényezős vizsgálatok. Közülük a humusz tartalom vizsgálata igen fontos, mert sok olyan tápelemet tartalmaz, ami felvehető állapotba kerül hosszabb-rövidebb idő alatt. A humusztartalmat a ph és a kötöttség függvényében vizsgálva megállapították, hogy a kötöttség lehet módosító tényező. A foszfor mennyiségénél részben a ph, részben a CaCO 3 tartalom a differenciáló tényező. A kálium felvehető mennyisége a talajok szövetével mutat kapcsolatot, a homokos és vályogos talajokon gyengébb az ellátottság, mint az agyagos talajokon. Magnézium hiány a savanyú, homokos és erősen kilúgozott talajokon léphet fel.
Savanyú talajokon mangán, vas, alumínium nagymennyiségű jelenléte is akadályozza a magnézium felvételét. Viszont a savanyú kémhatás növeli, a magas ph és mésztartalom akadályozza a mangán felvételét. Savanyú kémhatású talajokon mangán toxicitás is felléphet. A cink felvételét is akadályozza a magas ph és sok mész, de a túlzott molibdén trágyázás, s egyéb nehéz fémek jelenléte csökkentheti a réz felvehetőségét is. Az előbbiekhez hasonlóan a vas felvételt is akadályozza a magas ph és a nagy mésztartalom, de a kevés magnézium is csökkenti a vasfelvételt. Molibdén hiány alacsony ph és nagyadagú nitrogén trágyázás esetén lép fel. A mikroelemek közül a bór hiány gyakori öntözés következménye lehet. Meszes talajokon a száraz periódusban nem vehető fel a bór.
A gyakorlati megfigyelések érzékeltetik, hogy a talajok tápanyag gazdálkodása bonyolult kölcsönhatás eredménye, tanulmányozásuk többtényezős vizsgálattal lehet eredményes. A tápanyag mennyiségéhez adaptálódott növények gyakran indikátorként jelzik egyes tápanyagok mennyiségét. Ilyenek például a csalánfélék, ezek nitrogéngazdag talajokon élnek, de a szikesek növényzete is jó példája a tápanyag indikációnak (sós talajok).
Az állatvilágban a tápanyag eredete szerint különböztetjük meg a fajokat. Így beszélünk növényevő (herbivor), húsevő (karnivor) és mindenevő (omnivor) fajokról. Az állatok többsége sokféle tápanyagot fogyaszt, ezeket polifágoknak, azokat amelyek csak egyféle táplálékot fogyasztanak monofágoknak nevezzük. A talaj azért sorolható az elemi létfeltételekhez, mert az autotróf szervezetek, de a heterotróf szervezetek többsége is a talajra támaszkodva él. A növények nem létezhetnének a talaj tápanyagai nélkül. A talajképző kőzetek az ásványi tápanyag ellátottság szempontjából fontosak. Az eruptív kőzetek általában sokféle, jól hasznosítható tápsót juttatnak a talajba. Az üledékes kőzetek közül a szerves, a vulkáni törmelékes és a vegyes üledékes kőzetek általában jó minőségű talajok kialakulását teszik lehetővé. A törmelékes üledékek kedvező fizikai és változatos anyagi minőségi összetételük szerint kedvezményezik a jobb minőségű talajok kialakulását.
Trópusi csapadékos klímák Száraz klímák Humid mezotermikus klímák Humid mikrotermikus klímák trópusi nedves esőerdő (Af,Am) trópusi nedves és száraz szavanna (Aw) szemiarid vagy sztepp (BS) trópusi és szubtrópusi sztepp (BSh) száraz vagy sivatagi (BW) sivatagi (BWh) száraz nyár, szubtrópusi mediterrán (Cs) nedves szubtrópusi meleg nyár (Ca) óceáni hűvős nyár (Cb,Cc) nedves kontinentális meleg nyár (Da) nedves kontinentális hideg nyár (Db) szubartikus(dc,dd) Poláris klímák tundra (ET) jég (EF) A Föld Klímaövei. Módosított és egyszerűsített KÖPPEN rendszer (G.T. Trewartha után, 1980) Differenciálatlan magasföldi klímák
tundra podzol barna erdei talaj vörös és sárga talaj laterit A Föld felszín talaj zónái csernozjom, csernozjom szerű gesztenyebarna talaj sivatag hegyi talajok
Poláris és szubpoláris zóna jégsivatagok tundra és fagytörmelékes zóna Boreális zóna Nedves közepes szélességek Száraz közepes szélességek sivatagok és félsivatagok füves sztyeppék Trópusi és szubtrópusi száraz területek sivatagok és félsivatagok tüskés szavannák tüskés sztyeppék (átmenet a mediterrán felé) Az ökozónák kiterjedése Télen nedves szubtrópusok Nyáron nedves szubtrópusok száraz szavannák nedves szavannák Mindig nedves szubtrópusok Mindig nedves trópusok
A biogeográfia a földfelszín különböző területeinek növénytakaróját formációkra bontotta fel. Az azonos típusú, hasonló környezeti feltételek között kialakult vegetáció egységek képezik a Föld növényzeti zónáit, amelyeket a bennük élő állatokkal együtt biomoknak nevezzük. A terület abiotikus elemeivel együtt a biom egy makro régiót alkot.
A Földfelszín természetes növénytakarója
A földfelszín nagy biómjai - trópusi eső és monszunerdők - trópusi és szubtrópusi száraz és tüskés erdők - nedves szavanna, - száraz szavanna - félsivatagok és sivatagok - sztyeppék - keménylombú vegetáció - szubtrópusi nedves erdők - nyáron zöld lombos erdők - boreális tűlevelű erdők - tundra - poláris jégsivatagok - alpi és magasföldi formáció - mangrove erdők.
A tundra területek biómja A poláris és szubpoláris területeken a veszteséges hőgazdálkodás szabja meg a felszíni, így a talajszférában lejátszódó folyamatokat is. A Föld felszinének leghidegebb területeit foglalják magukba. A Nap járása miatt itt hiányzik a meleg évszak. A sarkkörökön ugyan a nyári napfordulókor 24 óra a besugárzás, a téli napfordulóig viszont ez az időtartam nullára csökken. A sarkokon fél évig nappal, fél évig éjszaka van. A besugárzási időszakban is nagyon kicsi a hőbevétel, mivel alacsony a napsugarak beesési szöge. A sarkoktól a sarkkörökig kissé nő a hőbevétel. A terület déli határát a legmelegebb hónap l0 o C-os közép-hőmérsékletével lehet kijelölni
A tundra összefüggő zónát képez a kontinensek legészakibb részein az északi pólus körül cirkumpoláris övként. Oroszország területének 14,7 %-át teszi ki. Észak-Amerikában is hatalmas területeket foglal el Kanada északi részén. Klimájára jellemző, hogy a nyár igen rövid és hideg. Ahol a legmelegebb hónap közép-hőmérséklete fagypont körül van, a terület már a sarki hideg sivatagok közé sorolható. A hőmérséklet mellett a növények fejlődésére döntő hatással van a vegetációs periódus tartama. A déli tundrában juniustól szeptemberig 3-3,5 hónap, a tundra területek nagyobb részén 2,0-2,5 hónap a vegetációs időszak.
A másik jellemzője a tundra klímának a kevés csapadék, évi mennyisége ritkán haladja meg a 300 mm-t, de gyakran csak 150-200 mm. A hóborítás vastagsága 10-50 cm, s ez nem szolgálja a növényzet védelmét a hideg ellen. Fontos sajátosság itt a tundrán a napsugárzás tartóssága amit borultság alig zavar meg. Ez azt jelenti, hogy a fotoszintézis folyamatosan megy végbe (a hőmérséklet amplitúdója kicsi). Ez lehetővé teszi azt, hogy a növények megfelelő mennyiségű anyagot raktározzanak el