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全球生命系统的结构全球系统组分、环境和关系从生物圈到全球生命系统生物圈（biosphere）–活跃生物圈–泛生物圈–副生物圈智慧圈（noosphere）全球生命系统（Globallifesystem）全球生命系统的4个基本方面横向关系——全球生命系统各组分构成的生物多样性与复杂性纵向关系——等级层次结构中各级系统的关系生态时间尺度的关系——各组分及子系统间的生态作用和反作用进化时间尺度的历史关系——系统的发育和演化全球生命系统的环境物质环境–外层大气圈–下层岩石圈–太空——基本元素、大量元素和微量元素能量环境–太阳–宇宙辐射信息环境全球生命系统的非生物组分光照能量（温度）水圈内层大气圈土壤圈气候有毒有害物质全球系统的非生物组分——光照进入大气层后太阳光强与光质的变化温室效应和温室气体阳伞效应地球表面日照时间的差异地球表面辐射热量平衡–地面辐射–大气逆辐射–地面有效辐射全球系统的非生物组分——能量（温度）时间变化–周期性变化与非周期性变化空间变化–水平纬度——中生代（2亿年前）地球纬度差异很小经度–垂直全球范围内是平衡的全球系统的非生物组分——水圈地球表面71%的面积为海洋所覆盖淡水很少，可利用的淡水更少地球表面降水量分布极不均匀大气中的水也属于水圈范畴全球系统的非生物组分——内层大气圈内层大气圈的主要成份–N2、O2、CO2–微量和痕量气体–水汽、粉尘–其它气态化学物质等大气流动–风–大气环流土壤圈半生命物质，很薄（比生物圈薄）化学成分最复杂，生物成分也十分复杂不同地方土壤理化性状差异大–土壤质地–土壤水分–土壤空气–土壤酸碱度–土壤矿质元素全球生命系统的综合物理特性——气候气候及其尺度–水分和热量——气候的两个最主要特征湿润度——水分和热量的组合–生物气候图气候的空间变化气候的时间变化–中近期–长期新组分——人造有毒有害物质某处的东西过多就是污染人类新生产大量的原来没有的物质–杀虫剂–化肥–放射性物质自然界也有污染–汞–镉全球生命系统的生物组分全球系统组分——生态系统的多样性–自然生态系统水生生态系统陆生生态系统水陆交界生态系统–人工生态系统农业生态系统城市生态系统陆生生态系统以植物群落为主体结构——植物群落的多样性植被类型的多样性全球仍没有统一的分类系统全球认同的主要类型–森林生态系统–草原生态系统–荒漠生态系统–冻原生态系统–湿地生态系统中国植物群落分类原则、系统和单位基本单位与辅助单位植被型群系群丛全球生命系统中物种的多样性物种是生命存在的基本单位物种问题是全球性的、也是区域性的全球有3000～5000万，甚至8000万～1亿种生态学家提出5界系统地球上生态系统分布的地带性生态系统分布的三向地带性水平地带性–经度地带性——热量为主导因子–纬度地带性——水分为主导因子垂直地带性——温度和水分，与水平地带谱对应–山体的植被带全球主要自然生态系统的分布森林生态系统草原生态系统荒漠生态系统苔原生态系统湿地生态系统淡水生态系统海洋生态系统一些特殊的生态系统–红树林、珊瑚礁、马尾藻海全球系统中物种区系及多样性格局物种区系分布多样性梯度–多样性梯度的三向全球生命系统中各组分间的关联——生态复杂性的构成–生态系统间的关联–全球尺度的种间关系全球生命系统的生态学过程和功能I全球生命系统的生物生产通过地球上植物的光合作用，每年大约能生产1014t的有机物质高级生产力的测定和估计十分困难地球上初级生产力的分布不均匀–陆地水域–低纬高纬–河口湾→大陆架→远洋减少全球初级生产力可划分为三个等级影响净初级生产力的主要因子阳光水营养元素植物类型种间关系胁迫（包括污染）等全球生命系统的能量流动是从太阳能以光的形式进入地球开始，直至这些能量以热的形式从地球耗散出去的过程能量在全球系统中流动，并会存留、转化其中的一部分，大部分从系统中散失出去能量在全球生命系统中的流动大气环流洋流–涌流使上下层水交换–洋流的热量输送–洋流对气候的影响很大温度降水能量在全球生命系统中的流动降水对能量流动的影响动物迁移引起的能量转移人类活动引起的能量转移大气环流赤道与极地间的热量传输海陆间的热量传输洋流洋流分布与地面风向很相似暖流冷流涌流洋流的热量输送及对气温有很大的影响–洋流与低高纬度间的热量传输–洋流与东西岸的气温差异–热带与副热带大陆东西岸气温的差异生物地球化学循环在全球性地质大循环和地球化学背景上，由生物活动驱动的物质循环称为生物地球化学循环生物地球化学循环＝生物循环＋地球化学循环＋生物搬运物质循环可分三类–水循环–气体型循环–沉积型循环全球水循环尽管海洋面积（水面占地球表面70%以上）和水量占绝对优势，但其在全球系统中所起的作用并不大生物（特别是植被）在水循环中有巨大作用淡水的量很少水的主要循环路线–大循环与小循环由于人类对水资源的大量需要，自然水循环已经受到影响或明显改变全球营养物质的气体型循环储存库是大气和海洋，它把大气和海洋紧密相联，具有明显的全球性，流动速度快,完全–碳循环–N循环气体型循环容易在大范围内受到人类干扰碳循环源-库-流循环路线–1.大气-植物-动物-分解-返回大气–2.大气圈-水圈–3.大气圈-岩石圈-水圈人类干扰严重N循环最完全的循环人类干扰严重全球营养物质的沉积型循环贮存库是岩石圈和土壤圈–P循环–Ca循环–（S循环）沉积型循环的特点是缓慢而不完全，自然循环一旦被破坏，很难在生态学时间尺度内恢复P循环典型的沉积型循环未来的限制因素S循环半沉积人类影响严重有毒有害物质的全球循环人类制造大量的新物质,生物界不能很快适应非有害物质仍然会造成污染由于人的作用范围越来越大,循环强度和距离加大影响全球物质循环的因素驱动因素物质自身生物分解动物的运动人类移动能量流动与物质循环的关系物质是载体能量是驱动全球生命系统的生态学过程和功能II全球生命系统的自我调节全球生命系统的涨落与平衡全球生命系统的涨落主要表现在系统的物质总量和复杂性两方面生物多样性和复杂性的涨落——发生和灭绝–涨落是自组织系统固有的特征–外界环境对系统复杂性变化的影响–复杂性涨落幅度的自我调控系统规模及主要过程强度的涨落全球非生物组分的变化冰期与间冰期–雨带分布的变化–雪线的升降–海平面的升降–冰盖厚度和分布变化–生物区系的迁移冰后期全球继续变化生物圈概念的演进与Gaia假说19世纪“生物圈（biosphere）”概念20世纪20年代出版了《生物圈》20世纪60年代末和70年代初，Lovelock和Margulis提出“Gaia”假说Gaia假说–Gaia是一个由各圈层组成的反馈或控制系统–通过自身调节和控制达到适合状态–关键是生物–地球上生物消失，Gaia也消失，平衡态全球生命系统的内稳态调节“Gaia”假说时间尺度不够，缺乏进化的观点Gaia实际上是全球生命系统的宏观调节过程，是一种内稳态，生物是这个系统内的主要调控者–能量–物质–信息–涨落近200多年来的全球变化自然生态系统受强度改变全球变暖臭氧空洞有毒有害气体的全球性污染水资源受破坏，水循环受影响生境破碎化本次全球巨大变化是以人为主导因子产生的农业文明是全球变化的开端–区域性陆地生态系统受到强烈改变，部分破坏工业文明是全球变化大转折的开始–几个圈层都受到强烈干扰20世纪超过临界点–十字路口——面临毁灭，还有机会调控人类的作用具有两面性人类对全球生命系统的不利影响干涉生物地球化学循环和全球能量平衡改变非生物组分–原有自然因子–增加新物质、能量和信息改变生物种类或成分–降低生物多样性–局部生态系统完全毁灭破坏自然信息系统人类对全球生命系统的有利影响产生新型信息–文字的划时代意义使生态系统发生对称破缺和耦合–分工提高生产力和效率–特化后的生态系统再耦合成更大的系统使全球系统组分耦合成一个系统全球耦合过程中的忧患意识目前由人类造成的分工和耦合的优越性不能过分夸大–人类对自然规律的认识十分有限–人类的自私因素还过强，只顾短期效应–全球系统正常运行和进化的目标不仅仅是生产力的增高和生态过程的加强，还应包括系统内稳态能力的增强和生态美的加强必须保留相当数量的自然生态系统作为“环境维持器”人类在全球系统自组织中的作用单优降低系统复杂性–人过于优势自毁人类调控全球生命系统稳定可持续发展可能性全球生命系统的功能和进化物质形态–生命是新型物质精神与文化–精神之花–作为观察者–作为调控者系统规模扩大“细胞分裂”