自然地理学课件1第七章

第七章

生物群落与生态系统生物作为地理环境中唯一有生命现象的有机成分，虽然其活质总量远低于其他圈层的重量，但它却对自然环境产生极其深刻的影响。在地球上存在有生物并受其生命活动影响的区域叫做生物圈（Biosphere），它包括大气圈的下层，整个水圈和岩石圈的上部，厚度约达20km。生物圈及其作用实际上生物的大部分个体集中分布于地表和海洋表面上下约100m的范围内，形成为包围地球的一个生命膜。生物在这个圈层中是一个非常活跃的因素，它们的有机体及其群体参与了各种地理过程的进行和不同地理环境的形成，并且常常是地理景观最突出的特征。同时，生物也是人类进行生产活动的重要资源和生存的基本条件，是社会、经济持续发展的重要物质基础。总之，生物是宇宙中最为活跃的物质形式，在自然界能量的转化与固定、物质的迁移与循环和信息的传递与贮存中扮演着十分重要的角色，它的出现还使我们人类居住的这个行星表面变得绚丽多彩，生机勃勃。第一节地球上的生物界地球生命的起源生物五界系统地球生命的起源◆地球生命是如何形成的一直还是一个谜。普遍共识是：大约38亿年前，在地球的海洋里首先形成了很长的核糖核酸（RNA）分子的分子链；到了36亿年前，这些能形成很长分子链的RNA发展成为脱氧核糖核酸（DNA），生命主要就是从DNA发展而来。RNA虽然是DNA的先期物质，但它却具有一个DNA没有的特性，即：它们不仅能自身复制，进而繁衍开来，而且还能控制化学过程，从而开展生命过程。◆无机物→简单有机物（氨基酸等碳氢化合物）→蛋白质、核酸等复杂有机物→原始生命→最原始的生物。原始生物诞生后，地理环境曾发生过多次重大的变化，同时生物在自然选择和本身的遗传与变异共同控制下，也在不断地发生分化与发展，形成为今日地球上十分繁荣的生物界。据统计，现今地球上已被科学家记载定名的生物约有140×104种，其中动物约100×104种，植物约40×104种。DNA分子的双螺旋结构组成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸脱氧核苷酸磷酸脱氧核糖含氮碱基腺嘌呤A鸟嘌呤G胸腺嘧啶T胞嘧啶C遗传密码细胞分裂前的DNA复制人类的基因2～2.5万个生物界的分类生物分类系统中所采用的等级单位是界、门、纲、目、科、属、种等。种又称物种（Species），是生物分类的基本单位。种是起源于共同祖先、具有极为相似的形态和生理特征，且能自然交配产生可育后代，并具有一定自然分布区的生物个体群。相似的种合并为属，相似属合并为科，依次类推。生物五界系统一、原核生物界起源古老，细胞结构简单，没核膜，没有明显的细胞核。如细菌和蓝藻；二、原生生物界由原核生物进化而来，以单细胞为主，具有核膜和细胞核（属真核生物）。主要生活在水中及湿润的陆地环境中。包括：自养生物（可进行光合作用）异养生物原核生物——细菌变形杆菌炭疽杆菌1炭疽杆菌2原核生物——蓝藻1原核生物——蓝藻2原核生物——平裂藻原核生物——项圈藻原生生物——金藻原生生物——直链藻接合原生生物

——草履虫二分裂接合生殖原生生物——眼虫三、植物界1735年瑞典生物学家林奈曾将生物分为动物界和植物界两大类。植物界的特征：以真核多细胞为主，绝大多数含有叶绿素，为自养生物。包括藻类与高等植物（苔藓、蕨类、裸子植物、被子植物，其中藻类和苔藓为非维管植物，蕨类、裸子植物、被子植物为维管植物，提高了输导水分和养料的效率，并产生了根、茎、叶等器官的分化）；苔藓苔藓与桫椤（蕨类）桫椤蕨类（芒箕）凤尾蕨裸子植物——苏铁裸子植物

——银杏裸子植物——松科的球果被子植物——椰树菠萝蜜可可树蟠桃四、真菌界

特征：也属于真核生物，但是由于体内不含可行光合作用的任何色素而为异养生物（腐生、寄生）；有机体大都是由多细胞的菌丝聚集在一起而形成的菌丝体；外表呈灰色、黑色、褐色或红色等；以各种孢子进行繁殖。如木耳、蘑菇、灵芝草等。蘑菇蘑菇蘑菇茶树菇猴头菇五、动物界特征：真核异养生物，其细胞没有细胞壁。动物具有迁移运动能力，营养方式以摄食为主。其中还可分为：环节动物、软体动物、节肢动物、脊索动物和哺乳动物等。树蛙斑马猎豹第二节生物与环境◆生态学——研究生物与环境关系的科学；◆生态因子——指对生物的生长、发育、繁殖、行为和分布有影响的环境要素；生存条件——指生态因子中生物生存不可或缺的那些因子；例如：光、热、水、气、土等；◆生物之间的关系：竞争、寄生、捕食、合作等等。生态因子的分类按照生态因子的性质，可分两大类6个基本类型：

生态因子非生物因子

生物因子

气候因子（光、温、降水、风等）土壤因子（土壤结构、理化性质等）地形因子（海拔、坡度、坡向、坡位、坡形等）植物因子—植物间机械作用，共生、寄生、附生等动物因子—摄食、传粉（虫媒）、践踏等人为因子—垦殖、放牧、樵采等一、生态因子作用的一般特点1、综合性环境中各种生态因子不是孤立存在的，而是彼此联系、相互促进、相互制约，任何一个单因子的变化，都可能引起其他因子不同程度的变化及其反作用。因此在进行生态分析时，不能只片面地注意到某一生态因子而忽略其他因子。例如，一个地区湿润程度，不只决定于降水量一个因素，而是诸气象因素相互作用的综合效应。湿润程度既决定于水分收入（降水），又决定于水分支出（蒸发、蒸腾、径流和渗漏等）。可以认为，蒸散是太阳辐射、温度、大气相对湿度、风速以及地表覆盖等诸因素综合作用的结果。由于蒸散不便于取得可靠的观测资料，而温度与蒸散的关系极为密切，所以许多气象学家、生态学家常用干燥度来表示一个地区的湿润程度。2、非等价性3、不可替代性4、限制性生态幅的概念及特征生态幅（tolerance）——每个植物种对生态因子适应范围的大小，即耐性范围（死亡上下限间）。①适宜区：处于适宜区的生态因子十分有利于植物生长，即使其强度发生变化，对植物并不起限制作用。②偏离适宜区：当生态因子偏离适宜区时，每增减不大的数量，都会对植物产生显著的影响。越偏离极值，其限制作用越强烈。二、生态因子与生物（一）光与生物1、光质对植物的生态作用2、光强对植物的生态作用3、光周期对植物的影响4、光照长短对动物的生殖、换毛和迁移等都有明显影响CO21、光质的生态作用与植物适应

紫外线（小于0.38μm，1%-2%）太阳辐射可见光（0.38-0.76μm，38%-49%）红外线（大于0.76μm）光合有效辐射——太阳辐射可见光区大部分波段（0.4-0.7微米）能被植物吸收用于光合作用，称之（PAR）。1.1可见光的生态作用与植物适应不同波长的可见光，在诱导植物形态建成、向光性和色素形成方面，所起作用不同。

红光影响植物开花、茎伸长、种子萌发，有利于碳水化合物合成；

红橙光促进叶绿素形成和伸长生长；

蓝光有利于蛋白质的合成；

绿光不能被叶绿素吸收，称为生理无效光。

篮紫光和青光抑制植物伸长生长，造成植物矮化，引起植物向光性，促进花青素形成。

一般地，植物需要同时吸收红光区和蓝光区，才能实现最大光和效率。1.2其他光的生态影响与植物适应紫外线较多，会抑制植物茎的伸长生长。如高山空气稀薄，大气透明度高，紫外线较多，植物高生长受到抑制，茎节间缩短，组织分化加快，机械组成发达，加之土壤贫瘠、低温、大风作用，植物多呈莲座状或球状、匍匐状。且大量植物生长绒毛以提高对紫外线的反射量。漫射长波光促进枝叶徒长

如多雨、高温、多云雾生境中，漫射长波光占优势，会引起枝叶过于繁盛而推迟花期。这正是云雾茶、高山茶（纤维含量少、柔嫩，茶素和蛋白质较多）等优质名茶生产所需要的条件。2.光强的生态作用与植物适应

光合速率——单位时间单位叶面积所吸收的CO2（mg/dm2.h）。净光合速率黑暗中光合作用停止，呼吸作用开始，消耗有机物，释放CO2微弱光下光合作用开始，吸收CO2

，制造有机质植物的生理过程光合能力——在光照、水分、温度、CO2诸条件正常且适宜的条件下，各类植物的最大净光合速率。净光合作用2.1植物对光强的生态适应①

植物对光强的适应类群根据植物对光强的适应（需光量不同）可划分出三种生态类群：阳生植物（heliophyte）：光补偿点、光饱和点高，适应强光环境，耐荫力弱，对强光的利用力强——C4植物。阴生植物（sciophyte）：光补偿点、光饱和点低，适应弱光环境，耐荫力强，能有效利用弱光。中生植物（shadeplants）：对光的适应范围较宽，是光照条件的广域生态群落。3、光照长短与植物光周期光周期现象——植物长期生活在具有一定光照长短变化格局的环境中，借助自然选择和进化，形成了各类植物所特有的对日照长短变化的反应方式（生长、开花、落叶、休眠等方面）。3.1光周期与植物繁殖适应短日照植物——日照时间短于一定临界值（每日光照8~12小时）后才开花，即昼短夜长时开花。多起源于南方，一般在深秋或早春开花，缩短光照时间可促进提前开花。如菊类、牵牛、棉花、水稻、玉米、高粱、大豆等晚熟作物。长日照植物——日照时间超过一定临界值（每日光照14小时）后才开花，即昼长夜短时开花。多起源于北方，延长光照时间可促进提前开花。如凤仙花、紫菀、冬小麦、甜菜、菠菜、萝卜等。起源于北温带的植物多属于长日照植物。中等日照植物——需要中等日照（每日光照12.5小时）形成花芽，如甘蔗。中间性植物——植物开花对日照长短不敏感。如黄瓜、番茄、四季豆、蒲公英等。植物光周期现象的实际应用a

园林景观、环境布设中控制花期早晚。b引种时要注意：起源于北温带的长日照植物，突然引种到南方短日照条件下，常推迟或不能开花；短日照植物引种到北方扩大栽培时可能深秋才开花，但很快会冻死；长日照植物从原产地向北引种，短日照植物从原产地向南引种，都可能发生缩短生长期现象，甚至植株很矮便开花结实影响产量——提早发育。例：短日照植物大豆

广州品种龙豆角向北引种到北京，168天（秋后）才开花，然后冻死，无收成；佳木斯品种满仓金向南到北京，36天开花（提早开花）未长大就开花，收成差。光与植物森林内部雨林林下（二）温度与生物1、高温的危害2、低温的危害3、温度对动物的生长发育和形态的影响4、温度还影响动植物的地理分布（三）水与生物1、水的作用2、当环境中水分过多或过少时，对植物的影响3、根据植物对水分的适应，将植物划分为四个生态类型，即水生植物、湿生植物、旱生植物、中生植物4、水对动物的影响水分与植被（四）空气与生物空气对生物的影响包括空气的化学成分和空气运动两个方面。如氧、二氧化碳等的重要作用。空气中有害物质如硫化物、氟化物、氯化物、氮氧化物等，造成大气污染。绿色植物的作用在占地球表面积约1/3的陆地上，除了裸岩和冰川外，或多或少都有植物生长，即使是在水中也有植物存在。这些植物给我们居住的星球表面披上了一层绿装——植被（如森林、草原、沼泽、荒漠等）1、绿色植物对有害气体的吸收作用2、绿色植物的减尘作用3、绿色植物的杀菌作用4、绿色植物还有减弱噪声、吸滞放射性物质和二氧化碳的作用。（空气运动）风的生态作用风的有害作用主要是使植物变形，特别是在干燥风的长期作用下，植物体向风的一侧蒸腾大量水分，使体内水分平衡受到破坏，叶片萎蔫、枝条枯死，形成不对称的“旗形树冠”。旗形树（五）土壤与生物1、土壤是陆地生物生存的重要基地，它的物理、化学性质对生物的生存产生强烈的影响。2、土壤是陆生植物生长发育的基地和营养库。它具有供应和调节植物生活中所需水分养料和空气等条件的双重作用。

植物从大气中吸收同化碳和氧，同时从土壤中吸收同化氮和矿质元素。植物对氮和矿质元素的吸收、转化和同化，通称为矿质营养。

土壤是陆生高等植物的固着基地和营养库，向植物提供几乎全部水、氮和矿质元素，并强烈影响植物对营养物的吸收活动。

对于植物而言，土壤起着资源与调节双重作用。土壤物理性质对植物的影响1、从土壤的机械组成来看，坚实的粘土通气透水性能差，不利于根系发育，多生长浅根系植物。2、壤土结构良好，土壤空气与水分适中，发育以深根系为主的植物。3、在流动性大的沙地上，一般由于光照强烈、温度变化剧烈、干燥少雨、风力大、养分不足等条件限制，只有种类不多的沙生植物能够生存（因为具有一系列适应特征）植物与土壤之间的物质交换土壤和植物之间以极大的接触面积进行着频繁的物质交换。土壤供应植物的水分和矿质营养元素，植物的代谢产物和枯枝落叶又促使土壤的形成和影响其理化性质。植物要从土壤中吸收多种营养元素，以保证其生存。营养元素与植物吸收已有实验证明：灰分物质（植物体燃烧后遗留的无机物）中含有15-20种植物正常生长所必须的元素。其中：N、P、K、S、Ca、Mg等矿质元素——吸收得最多，称大量元素Fe、Cu、Zn、B、Cl、Mo、Co等元素—属微量元素，但也不可缺少。这些矿质元素以离子形式（氧化物形式）存在于土壤溶液时才能被根吸收。这些有效态养分，尚不足矿质元素在土壤中总量的0.2%。营养元素的短缺、过量都直接影响植物的生长发育。一些重要元素的作用氮是构成蛋白质和核酸等有机物的重要成分，氮素营养充足时，对蛋白质、各种酶、叶绿素、生长素等的合成有利，会使植株高大，叶片多、色暗，光合作用强，有机物产量高；相反植物生长缓慢，叶色黄绿，有机物产量降低。磷也参与蛋白质、核酸和酶的形成，植物缺磷时出现生长缓慢、蛋白质减少、落花落果等现象。其他元素也都各有其特殊作用。土壤酸碱度的影响土壤的酸碱度（pH）影响矿质营养盐类的溶解度，从而影响矿质营养元素被植物吸收利用的有效性。例如：磷在碱性土壤中易于和钙结合使磷的有效性降低，在酸性土壤中容易和铁、铝结合，也降低其有效性，一般在pH为6-7.5的弱酸性至中性土壤中有效磷较多。根据pH值划分的植物类群根据植物对土壤pH的适应范围不同，可将植物划分为酸性土植物（pH小于6.5），如铁芒萁、马尾松、柑桔、茶、橡胶等；中性土植物（pH6.5-7.5），大多数农作物、蔬菜和许多落叶阔叶树种；碱性土植物（pH大于7.5），如荒漠地区中的一些植物。土壤盐渍化土壤中易溶性盐类（NaCl、NaSO4、NaHCO3、NaCO3）含量过高时发生盐渍化现象，使土壤溶液浓度高，渗透压增大，植物吸收水分困难，出现生理性干旱，种子发芽和植株生长不良，限制了一般植物的生存。如红树、盐角草、碱蓬等。（六）生物之间的关系生物之间的关系十分复杂，有种内关系和种间关系，有直接影响和间接影响，还有不利与有利的作用。如竞争、寄生、捕食及原始合作与互利共生等。生物之间的关系竞争——对食物、生存空间和其他条件具有相似或相同要求的不同物种，为了自身生存相互间都力求抑制对方，从而给双方都带来不利影响，称为竞争。一般发生在彼此共同需要的资源和空间有限而物种个体密度过大的情况下。如草原上的鼠类、牛羊和其他食草动物为饲草而发生的资源利用型竞争。种间竞争的结果出现不等性或不对称性，即一个种被另一个种完全排挤掉，或是一个种迫使另一个种占据不同的空