地球上主要生态系统类型

4 4 地球上主要生态系统类型地球上主要生态系统类型 4 4 1 1 陆地生态系统陆地生态系统 全球陆地面积约占总面积的三分之一 但陆地生物群落的现存生物 量却占了全球的 99 以上 可见 陆地生物群落在整个生物圈中起着至 关重要的作用 由于陆地的环境条件非常复杂 从炎热多雨的赤道到冰 雪覆盖的极地 从湿润的沿海到干燥的内陆 形成各种各样的适应环境 条件的生物群落和陆地生态系统 绿色植物是陆地生态系统中的生产者 与一定环境条件相适应的植物群落的组成成分和结构 决定着生活于其 中的消费者和分解者的种类与构成 因此 根据植物群落的特征可以区 分出几个次级生态系统 它们在空间的分布主要受到水分条件的制约 森林生态系统一般分布于湿润和半湿润地区 具有众多的营养级和 非常复杂的食物网 是生产量最大的陆地生态系统 在适宜的水分条件 下 温度的高低决定着生长季节的长短 生物群落的组成成分和结构特 征 能量流动和物质循环的速率 以及生物生产量的水平 根据这些特 征 可以划分为热带雨林 亚热带常绿阔叶林 温带落叶阔叶林 亚寒 带针叶林和寒带冻原等森林生态系统不同类型 森林生态系统以它巨大 的生产量养育着各种各样的消费者和数量巨大的分解者 热带雨林生态系统分布于赤道两侧南北 20 之间 以南美洲亚马孙 河流域 非洲刚果河流域和东南业热带地区面积最大 这些地区高温多 雨 生产者以常绿的高大乔木为主 种群结构复杂 仅乔木就有 4 5 个 垂直层次 个体数量巨大 每公顷可达 50 70 个不同树种 林内还有极 其丰富的灌木 草本植物 藤本植物和附生植物 植物群落的季节变化 不明显 食草动物有貘 象 猴 大猩猩和众多的啮齿类动物 食肉动 物有虎 豹等 此外 林内还生活着种类和数量上众多的昆虫和鸟类 它们的食物分布在不同的营养级上 热带雨林的净初级生产量约为 37 4 109t a 1 占陆地净初级生产总量的 32 根据初步的估计 大 约只有 3 8 的净生产量保持在森林中 其余的部分则在食物链中进行 着物质的循环和能量的传递 草原生态系统一般分布于半湿润 半干旱的内陆地区 如欧亚大陆 温带地区 北美中部 南美阿根廷等地 那里年降水量较少 250 450mm 且集中于夏季 生态系统的营养级和食物网相对简单 一些 生产者以禾本科草本植物为主 消费者包括大型食草类动物如野 牛 野驴 黄羊 野兔 穴居的啮齿类如田鼠 黄鼠 旱獭和食肉动物 沙狐鼬和狼 草原生态系统的种类组成和生产量随当地降雨量多少而不 同 世界草原的平均净初级生产量为 500g m 2 a 1 在水分不足的温带 干旱地区 草原的生产量仅为 100 400g m 2 a 1 而在水分充足的亚 热带地区 草地的生产量可高达 600 1500g m 2 a 1 草原生产量最高 的是新西兰的常绿草地 约为 3200g m 2 a 1 荒漠生态系统一般分布于亚热带和温带干旱地区 如欧亚大陆内部 美国中西部和北非及阿拉伯半岛等地 那里年降水量稀少 小于 250mm 且气温变化剧烈 日较差很大 严酷的自然环境限制了许多植物 的生存 生产者为数量很少的旱生小乔木 灌木或肉质的仙人掌类植物 种类贫乏 结构简单 由于食物的单调和缺乏 消费者的种类和数量都 很少 常见的有蝗虫 蜥蜴 啮齿类和一些鸟类 它们通常也具有对干 旱环境的很强适应特征如夏眠 夜行 耐旱等 荒漠的净初级生产量极 低 约为 3 90g m 2 a 1 是个十分脆弱的生态系统 4 4 2 2 水域生态系统水域生态系统 地球上的水域包括海洋和江 河 湖泊 其中以海洋的面积最大 占地球总面积的三分之二以上 水作为生态系统的环境因素 与陆地有 很大不同 水的密度大于空气 许多小型生物可以悬浮在水中 借助于 水的浮力度过它们的一生 水的比热较大 温度变化明显小于陆地 为 水生生物提供了稳定的生存环境 水是良好的溶剂 许多营养物质都可 以溶解于水 为水生生物提供了养分的来源 除水体表面以外 水环境 中的光照较弱 含氧量低 对水生生物的生长和繁殖起到限制的作用 根据水化学性质的不同 水域生态系统可划分为淡水生态系统和海洋生 态系统 淡水生态系统淡水生态系统 又可细分为流水生态系统 河流 和静水生态系统 湖泊 沼泽 池塘和水库等 两种 现以湖泊生态系统为例 说明淡 水生态系统的特征 湖泊是地面上长期淹水的洼地 水流很慢 水的更 换周期一般为十几年到数十年 在滨岸带 由于水层相对较浅 光照充 足 营养物质丰富 使植物种类丰富 以水生维管束植物和藻类最为繁 盛 它们是湖泊生态系统中有机物质的主要生产者 充足的食物养育着 多种多样的消费者动物种群 如浮游甲壳类 螺 蚌 以及蛇 蛙 鱼 水鸟等大量脊椎动物 作为湖泊生态系统生产者的绿色植物 在滨岸带 具有从湖岸向湖心方向呈同心圆状分布的特点 可进一步分为 图 10 12 湿生植物带 是由莎草科植物构成的湿草甸或短期积水的沼泽 挺水植物带 是长期积水的湖泊浅水带 常见的植物有芦苇 茭 白 香蒲 水葱等 它们根和茎的下部浸在水中 上部挺出水面 形成 郁闭的高草群落 浮叶植物带 随着水深的增加 挺水植物逐渐被睡莲 眼子菜等 浮叶植物代替 这些植物的根着生在水底淤泥中 叶子和花漂浮在水面 上 沉水植物带 再往深处 苦草 狐尾草 金鱼藻等沉水植物发育 它们的根系扎于湖底 茎 叶和花全部沉浸在水中 由滨岸带再向湖心延伸 水面开阔 深度加大 有机物质和泥沙含 量减少 湖水清澈 按透光程度和氧气含量分为表水层和深水层两个垂 直层次 表水层光照充足 温度高 生产者以浮游植物为主 包括硅藻 绿藻 蓝藻 双鞭甲藻等 它们通过光合作用使该层中氧气含量高 从 而吸引了众多的消费者 如原生动物 轮虫 枝角类和桡足类等 这些 浮游动物又为自游动物 鱼类提供了丰富的饵料 使表水层成为多种 鱼类生活的场所 深水层光照微弱 由于不能满足绿色植物光合作用的 条件 所以 生物群落主要由异养动物和嫌气性细菌为主 鱼类等异养 动物以各种小型浮游动物为食 细菌则分解各种有机残体 产生的无机 物质可再度为藻类利用 形成养分的循环 湖泊生态系统的生产量平均 为 400g m 2 a 1 低于陆地上的森林和草原生态系统 随着工业化的进程 世界上许多湖泊遭到由氮 磷组成的人造有机 物的污染 使藻类大量繁殖 不断消耗水中的溶解氧 并产生硫化氢等 有毒气体 造成水质恶化 鱼类和其他水生生物的大量死亡 称为富营 养化 在自然环境中 湖泊富营养化的形成则需数千年甚至上万年 海洋生态系统海洋生态系统的生产者由体型很小 数量极大 种类繁多的浮游植 物如藻类组成 它们直接从海水中摄取 CO2 H2O 和各种无机养料 广阔 的海洋和大量的食料为消费者提供了适宜的生存环境 使海洋动物的种 类和数量异常丰富 由于生产者转化为初级消费者的物质循环效率高 在海洋上层浮游植物和浮游动物的生物量大致为同一数量级 即浮游植 物的生物量几乎全部被浮游动物所消费 然而 海洋生态系统的平均初 级生产量却仅及陆地的约五分之一 根据海水深度的差异 可以将海洋 生态系统分为浅海带和外海带两类图 10 13 浅海带浅海带 包括自海岸线起到 200m 深度以内的大陆架部分 这里光照 充足 温度适宜 并且接受河流带来的大量有机物 成为海洋生命最为 活跃的地带 主要生产者为单细胞如绿藻 硅藻 双鞭甲藻和大型多细 胞藻类如石莼 海带 裙带菜等 由于生产者的种类和数量十分丰富 浅海带是海洋生态系统中净初级生产量最高的区域 估计在 200 600g m 2 a 1之间 在河口海湾地区 最高可达 4000g m 2 a 1 消费者中底栖动物丰富 有软体动物 棘皮动物 腔肠动物 环节动物 等 浮游动物为挠足类 自游动物包括虾和鳕 鲱等各种鱼类 世界上 的主要渔场都位于浅海带 外海带外海带 指深度在 200m 以下的海区 最深可达 10000m 以上 是生物 圈中厚度最大的生态系统 净初级生产量约为 2 400g m 2 a 1 根据 海水中光照的强弱 可大致分成两个垂直带 大洋表层 0 200m 和大 洋下层 200m 以下 大洋表层 特别是在深度小于 100m 的范围内 光照充足 水温较高 为浮游植物集中分布的区域 消费者除浮游动物外 主要的自游动物有 乌贼 金枪鱼 飞鱼 以及凶猛的鲨鱼 庞大的哺乳动物鲸和大型爬行 动物海龟等 大洋下层为无光层 温度低且稳定 全年都在 0 2 左右 随着深 度的增加 海水压力以平均每加深 10m 一个大气压的梯度急剧上升 在 10000m 深的洋底 压力为标准大气压的 1000 倍 在这样的深水环境中 绿色植物不能生存 但直到 10000m 深的海底都有海洋动物存在 它们大 都属于食肉动物 以吞食活动物和动物尸体为生 深海动物一般都分层 生活 下层动物以上层动物为食 形成一条垂向的食物链 营养级可达 5 6 个之多 分解者主要集中在海底 在其上的水层中 分解者多附着 在悬浮物上 这些微生物除了分解有机碎屑和生物残体外 本身也是某 些海洋动物的食物 4 4 3 3 农业生态系统和城市生态系统农业生态系统和城市生态系统 前两节介绍的是地球上的主要自然生态系统 即受到人类活动影响 较轻状况下的生态系统 然而 在现今的世界上 除了部分热带雨林 高山林区 荒漠 极地冻原和外海带之外 绝大多数陆地 水域生态系 统的营养结构和功能都在人类活动的强烈干预下发生了变化 可称为半 自然生态系统 在人类开发和改造强度最为剧烈的区域如农业区和工业 集中的城市 人类已成为生态系统的 主宰 而传统意义上的生物群 落则失去了自行调控和恢复能力 成为人类的 奴仆 这种生态系统 可称为人工复合生态系统 在农业经营区域称为农业生态系统 在城市 区域称为城市生态系统 农业生态系统中的生产者是人类栽培的各种农作物和蔬菜等 消费 者包括人类社会本身和人类饲养的家禽和家畜 人则既是生物群落的组 成成分 更是整个系统的调控者 与自然和半自然生态系统相比 农业 生态系统有以下几个特点 种群结构简单 由于采用的作物和畜禽品种都是按照高产和稳产 的目的由人类选育的 所以 在大片的农田中 往往同时只种植一种作 物 除此之外 一切干扰生物产量的植物 如杂草 和动物 如害虫 都在消灭和控制之列 系统比较脆弱 由于种群结构简单 食物网的构成也相当简单 使系统内各要素的相互制约和自动调节能力减弱 系统对水 旱 风和 病虫害等的抵抗力降低 物能流动量大 由于粮食 肉类等农产品被作为商品输出系统 使系统内的物质和能量平衡受到干扰 所以 人类必须通过化肥 有机 肥 农药的施用 水的灌溉 以及农用机械的燃料投入等措施 补偿系 统物能的亏缺 因此 农业生态系统是一个物质和能量大量输出和输入 的系统 农作物 环境 人三元结构系统 这是与自然系统生物 环境二元结 构的本质区别 而人工控制 利用和改造是系统的决定性特征 从初级生产量方面看 农业生态系统中的耕地平均为 650g m 2 a 1 略高于温带草原生态系统的生产量 如何利用现代高新技术 科学地 设计和管理农业生态系统 使其具有产量高 消耗低 污染少 稳定性 强的特点 是农业发展面临的新课题 城市是人类对陆地自然生态系统改造最为强烈的区域和人群社会 经济 生产 服务活动的中心 在这里 无论是无机环境 还是生物群 落均发生了彻底的改变 已难以辨别生态系统原来的面貌 在无机环境 要素方面 城市建设过程中首先要改变地表形态 疏浚河道 用水泥 柏油等材料将部分土壤层覆盖起来 并在此基础上营造起各式各样的建 筑物 道路和供排水设施 这种人工城市景观的建立 显著改变了地表 的辐射收支状况 形成典型的城市气候 具有温度高 降水多 风速小 湿度低 空气污染重等特点 在生物群落方面 传统意义上的生产者 原生或次生植被通常被清除掉 代之以间断分布的城市绿