生物圈与生态系统

第7章生物圈与生态系统基本要求：掌握生态系统的反馈机制并能举例、初步应用（难点）。掌握人类与生物圈的相互作用、制约关系。掌握生态系统的概念，生态系统的3大组成部分，食物链、食物网的概念（重点）。基本掌握生态系统的功能、生态系统的稳定性（难点）。基本掌握组成生物圈的生态系统概念。掌握植被类型的地带性、干湿度分带性、垂直地带性概念。学会用人对生物圈的依赖关系来解释保护生物圈的重要性（重点）。大气圈水圈岩石圈生物圈生物圈是水圈、岩石圈和大气圈3圈的交集：第7-1节生物圈的组成基本要求：基本掌握组成生物圈的生态系统概念。理解生物分类的基本方法和分类体系。1、物质组成：全球生态系统—组成：有机界和无机界（环境和生命）P1472、元素组成P147图7-13、系统组成P148表7-1：全球生态系统向次一级生态系统的分解（农业生态系统RURALECOSYSTEM-鱼塘、稻田、旱地、果林等）4、生物组成P148-150：4大类由简单到复杂的生物：原核微生物、原生生物、后生植物、后生动物。(一)原核（微）生物原核微生物的体形微小，通常需借助显微镜才能看到。它们是一类起源古老、结构简单的最原始的生物类群。有机体多为单细胞的，也有多细胞集合而成的多细胞个体。但，其细胞内都没有明显的细胞核。这类生物包括细菌和蓝藻等。细菌是自然界分布最广、数量最多的一类单细胞微生物。形状有球状、杆状和螺旋状三类，分别称为球菌、杆菌和螺旋菌。按获取营养的方式，细菌可分为3类：异养、光自养和化学能自养。其中，绝大多数细菌是异养的，细胞内不含有叶绿素和叶绿素体，靠吸收其他的有机物维持生命活动。蓝藻又称蓝绿藻，是构造简单的、绿色自养生物。具有很强的适应能力。几乎在所有水体和湿润环境中都可发现蓝藻。例如，冰面、地下深处的热泉中。(二)原生生物PROTIST/PROTOPHYTE与原核微生物不同，原生生物的细胞结构较完善。由于有了核膜，（关键是）细胞中产生了核，所以，原生生物属于真核生物。另外，原生生物的有机体除单细胞个体外，还有构造更为复杂的多细胞有机体。其繁殖方式也不像原核生物那样主要依靠细胞的直接分裂而增殖。而是通过无性生殖和有性生殖来进行繁衍。由此来看，从生物进化上，原生生物比原核微生物前进了一大步。前者为母体产生一种小细胞，称为孢子，它可不经过结合而直接发育成与母体相似的个体；后者则为母细胞产生的小细胞，称为配子，其必须经过成对结合形成合子，或产生精、卵细胞，并结合成合子，由合子发育成新个体（合子=孢子+配子）。原生生物包括的主要门类有藻类、真菌、原生动物等。与原核微生物类似，原生生物主要分布在水域环境，但在陆地潮湿的环境，尤其是极端的环境中，原生生物很少。(三)后生植物包括所有的高等植物。有机体都是多细胞的，并有根、茎、叶的分化；大部分具有运输水分和养分的输导组织维管束（VASCULARBUNDLE），部分没有VASCULARBUNDLE，如苔藓、地衣。另外，后生植物的生殖器官是多细胞的，精卵结合产生的合子在雌性生殖器官中发育，并受到良好的保护。所有这些特征保证和加强了后生植物对环境的适应性。根据演化方向和营养体结构的差异，后生植物又可分为：苔藓植物和维管植物。苔藓植物是后生植物比较原始的类型，多分布于陆地的潮湿阴暗的地方。其个体很小，没有维管束组织，高度多在l0cm左右以下，有茎、叶的分化，但无真根。维管植物，最大特征是体内有维管束组织和根、茎、叶的分化。从而，提高了输导水分和养分的效率，并具有高效的光合作用机能。维管植物是后生植物中一个最大的类群，又分为3类：蕨类植物(Pteridophyte/Brake/Fern)、裸子植物(Gymnosperm)和被子植物(Angiosperm)。(四)后生动物多细胞生物。多个细胞因生理功能的不同，分化并形成组织；许多组织进一步形成具有一定功能的器官和器官系统，如呼吸、消化、运动系统。其结构、构造十分复杂。尤其是在生存进化中不断形成和完善的运动系统是后生动物的一个重要特征。功能：觅食、逃避扑食者及寻求配偶。所有的后生动物都是异养的，根据性食可分为4类：食草、食肉、杂食、食腐。还有寄生的。除此之外，种类繁多，形体构造和进化程度差异极大是另一重要特征。因此，也被划分出许多门类，如海绵动物门、腔肠动物门、棘皮动物门、脊索动物门等等。其中以节肢动物门中的昆虫种类最多，约有80~100万种，广泛分布于陆地上或水域中。第7-2节生物圈的结构基本要求：了解生物的地域分异概念和在地球表层系统的分布规律。掌握植被类型的地带性、干湿度分带性、垂直地带性概念。1、生物量的垂直准正态分布结构：P105-152图7-2、7-3正态分布曲线2、水平方向上基本连续，但生物量不均匀：P152表7-1不同生态系统生物量的巨大差异3、组成上的多级嵌套结构P152-153、P20、P148：系统组成的多级性4、生物圈的结构特征：P153亲岩性等5个特征5、生物圈的内部分异与区系性P154的5个方面生物在地球上的分布，不仅占有广阔的水平空间，而且还在垂直方向上有一定的延伸，因此生物圈是个立体的圈层。1、生物量的垂直准正态分布结构：P105-152图7-2、7-3正态分布曲线一、垂直准正态分布式结构从生物圈的垂直结构来看，具有垂直准正态分布式结构的特征。（所谓垂直准正态分布，是指在垂直方向上，集中分布在某一范围内，而向上和向下都逐渐减小。）生物在地球上的分布，具准正态分布的特征，即：生物集中分布在平均海平面附近。从海平面向上或者向下随高度或深度的增大，生物的种类和数量依次减少。在海洋，随深度增大，生物种类与数量逐渐减少。在大陆架，年平均净初级生产率为360g/m2，而在深海盆地，Annualnetprimaryproducingrate只有125g/m2。说明，由浅海到深海，生物生产率降低。鱼类也是如此。水深0~200m的浅海区，鱼类非常丰富。在我国九就有1500种以上，印尼群岛海区有2000多种；而在200~1000m深度，鱼类数量减少为850种；1000~4000m，减少到150种；5000m以下，目前只发现几种；10,000m以下更为稀少。这说明生物种类与数量有随离海平面距离的增大逐渐减少的规律。在陆地上，生物的种类与数量随高度的增加而减少。生物大多都生活在地面上，很少的生物生活在空中。根据陆地面积随高度的变化(图7-2)可知，51.6%的陆地分布在海拔0~500m之间，71%的陆地分布在海拔0~1000m之间，随着海拔高度的增大，陆地面积显著减小，1000~2000m之间的陆地只占15.2%，2000~3000m之间只有7.5%，3000~4000m为3.9%，4000~5000m之间的陆地为l.5%，5000m以上的陆地只有0.3%。从陆地面积的分布可以推知，陆地上生物集中分布于低海拔的范围内，随着海拔高度的增大，生物的种类与数量应该逐渐减少。从山地生物垂直地带的分布也可以看出。一般来说，随着海拔高度的增大，植被逐渐由森林变为灌丛、草甸，最后变为冻原。森林是净初级生产率Netprimaryproducingrate最大，生物种类和生物量（Biomass）最大的生物群落；而冻原生物群落的净初级生产率、生物种类和生物量最小；灌丛、草甸(Grassymarshland)群落的Netprimaryproducingrate\Speciesdiversity\Biomass都居于前两者之间。因此，综上所述，可以用图7-3简化的图式来表示生物圈的垂直结构。从整体上看，接近正态分布，可以称之为准正态分布。2、水平连续不均匀结构生物的水平分布具有连续性和不均匀性两个特征。连续性是指地表任一地方都有生物分布，是连续的。尽管极端干旱的沙漠和在极端寒冷的极地地区，生物稀少，但仍然有生物的存在。可以说，生物圈是个连续的圈层。但生物圈又是一个不均匀的圈层，生物在地表的分布极其不均匀。表7-2，生物的净初级生产率和生物量，陆地高于海洋，森林高于沙漠等等。3、组成上的多级嵌套结构P152-153、P20、P148、下页图示：系统组成的多级性。4、结构特性上面讨论了生物圈的结构特征：垂直准正态分布式结构、水平连续不均匀结构和多级镶嵌结构。通过对生物圈结构的分析，可以总结出生物圈的结构特性：亲岩性、亲水性、亲气性、亲光性、温控性。水圈河流海洋湖泊冰川海沟海岸带海岭大陆裙大陆坡大陆架沙滩泻湖潮滩4、结构特性1）．亲岩性陆地生物量与生产率大于海洋，近地面生物量与生产率大于高空，近岸海域生物量与生产率大于远离陆地的大洋，说明生物圈结构上的亲岩性。反映了岩石圈对于生物圈的重要影响：是生物的支撑，是生物营养物质的来源。2）．亲水性湿润地区的生物量与生产率远远大于干旱地区(图7-4)，沿海地区的生物量与生产率大于内陆地区，表明生物圈结构上的亲水性，反映了水圈对于生物圈的重要影响。3）．亲气性生物圈的垂直准正态分布结构，在一定程度上反映了生物圈结构上的亲气性，因为海平面附近空气最充足，向高空、向地下和水下，空气都变得稀薄。4）．亲光性生物量和生物生产率，地表大于地下，海面大于水下，在一定程度上反映了生物圈结构上的亲光性，因为地表的光强大于地下、水下，水深或者埋深越大光强越小。亲光性反映了太阳辐射对于生物生长发育的重要性：生物的生产率的高低，取决于光合作用的强弱。没有光，生物就无法进行光合作用，也就没有生物的生产，更谈不上生物量的多少了。5．温控性温控性是指生物圈的结构特征受到温度分布控制的性质。赤道、热带地区的生物量与生产率大于极地寒冷地区，表明生物圈结构上的温控性，反映了温度或者热量对于生物的影响。生物的地带性分布规律，就很好地说明了这一性质。5、生物圈的内部分异与区系性生物的地域分异与区系性，在一定程度上反映了生物圈的结构特征。因此有必要对其进行阐述。生物的分布具有地域分界的特点。所谓地域分异，是指地球上的动、植物随着自然环境的空间地理变化，而产生一定的地理格局，形成不同的动植物区域。这些区域单位与自然地理环境的地域分异是相互适应的。生物是自然地理环境组分之一，它们在地球表面上的分布，一方面受现代生态条件的制约，与自然地理环境相适应而表现出地带性和非地带性特征;另一方面，又受区系演化历史的影响，与生物的系统演化和地史变迁相适应，而具有区系性特征。1）．地带性Zonality地带性，即纬度地带性。是指地球上生物的分布，大致呈带状沿纬线方向延伸，按纬度方向有规律地变化。生物的这种地带性分异规律，是由于太阳辐射随纬度的梯度变化，51起气候(温度、降水)呈带状分布，从而使动、植物也相应地呈带状分布。在水分充足的条件下，从赤道向极地应该依次分布着热带雨林、亚热带常绿阔叶林、温带落叶阔叶林、寒温带针叶林、寒带冻原和极地荒漠(图7-5)。2）.干湿度分带性ZonalityoftheMoisture/Humidity由于距海远近等引起的水分条件的不同，从而使动植物分布由沿海向内陆依次发生变化，称为干湿度带性。这在中纬度大陆东部表现得最明显(图7-5)。例如，我国东部地区由沿海向内陆依次分布着湿润的森林生物群、半湿润的森林草原生物群、半干旱的草原生物群和干旱的荒漠生物群等3）．垂直带性Vertical(Horizontal)Zonality垂直带性是指生物分布随山地海拔高度的升高而发生规律性的交替的现象。山地地势是形成垂直带的前提。山地气候条件随着海拔高度发生变化，是形成垂直带的直接原因。由于地势抬高，气候等发生垂直变化，从而使生物也随之发生相应的垂直变化。例如，喜马拉雅山南坡，通常可分为四个垂直带且600~2500m为常绿阔叶林，2500~3100m为针阔叶混交林，3100~4000m为针叶林，4000~4500m以上为灌丛草甸带。垂直带既受地带性因素制约，又受非地带性因素影响，是两者派生的区域性分异规律。在水分充足的情况下，植被垂直带谱与水平带谱存在着一定的对应关系(图7-6)。4）．地方性LocalZonality地方性是生物在局部地域的分异规律。在一定区域内，由于自然条件的局部差异，特别是地形的