6基础生态学 全套课件.ppt

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