秋冬自然地理学

2014自然地2014自然地理学第七章生物群落与生态系统主要内容第四节生态系统第五节第六节陆地和水域生态系统社会主要内容第四节生态系统第五节第六节陆地和水域生态系统社会-经济-自然复合生态系统第七节生物多样性及其保护第四节生态系统概性组成第四节生态系统概性组成成分结功一、生态系统的概念生态系统(ecosystem)指在一定空间内生物成分（生物群落）和非生物成分（物理环境）一、生态系统的概念生态系统(ecosystem)指在一定空间内生物成分（生物群落）和非生物成分（物理环境）通过物质循环和能量流动相互作用相互依存而形成的一个生态学功能单位。其它无机阳岩石、土水大生态系统的核二、生态系二、生态系统的性质生态系统是一个开放系统，必须依赖外界环境提供物质和能量的输入和接受输出。生态系统是一个控制系统或反馈系统，在一定范围内具有自我调节和自组织能力保持其相对平衡。生态系统是一个动态系统，要经历由简单到复杂从不成熟到成熟的发育过程。三、生三、生态系统的组成成分三、生态系统的三、生态系统的组成成分四类成三个类非生物成分（水、二氧化碳、氧、氮、矿物盐类、酸、碱,以及任何一定时间在生物有机体之外出现的元素或化合物）生产消费 生物成分解 (生物群落(还原者)是生物赖以生存的物质和能量的源泉，并共同组成大气、水和土壤环境，成为生物活动的场所。1，生产者：绿色植物、蓝绿藻和光合细菌1，生产者：绿色植物、蓝绿藻和光合细菌生产者有机体包括所有的绿色植物。它们通过叶绿素吸收太阳光能进行光合作用，把从环境中摄取的无机物质合成为有机物质，并将太阳光能转化为化学能贮存在有机物质中，为地球上其他一切生物提供得以生存的食物。它们是有机物质的最初制造者，是自养的。2，消费者植食2，消费者植食动物第一性消费者肉食动物第一级肉食动物、第二性消费者。如蛙、蝙蝠、某些鸟类等。第二级肉食动物、第三性消费者。如狐、狼等。第三级肉食动物、第四性消费者。顶部肉食动物。如狮、虎、鹰。3，分解者3，分解者生态系统的生态系统的组成生态系统主要由两大部分组成：生物有机体和非生物物质。四、生态系统的结构生态系统中以生产者为起点，一些有机体以吃食物链四、生态系统的结构生态系统中以生产者为起点，一些有机体以吃食物链和被吃的关系，即通过食物关系彼此联结而形成的一个能量与物质流动的系列。食物网各个食物链彼此交织、错综连接形成复杂的能量与物质流通的网络。食物链和食物网的复杂程度常常决定着系统的稳定性程度。营养级在生态系统中包含于食物里的能量由植物到植食动物再到肉食动物，是一步一步进行流动的，每一步或每一环节称为一个营养级，它是以相似的方式获取相同性质食物的植物类群或动物类群。一个食物链的例子－－“螳螂捕蝉，一个食物链的例子－－“螳螂捕蝉，黄雀在后（据周立志植蝉(初级消费者螳(二级消费者黄(三级消费者鹰(四级消费者)(顶极食肉动物食物链和食物网的食物链和食物网的意义食物链是生态系统营养结构的形象体现；生态系统中能量流动和物质循环正是沿着食物链和食物网进行的；食物链和食物网还揭示了环境中有毒污染物转移、积累的原理和规律。食物网越复杂，生态系统抵抗外力干扰的能力就越强，反之亦然。生物放大生物放大作从污染生态学来看,食物链的研究具有十分重要的意义。因为污染物通过食物链产生逐级富集的现象,即生物放大作用。营养级越高的生物体内所含有的污染物的数量或浓度越大,从而严重地危害较高营养级生物的生长发育或人体健康。以DDT为例来说，如果散布在大气中的浓度为0.000，003ppm,当降落到海水中为浮游生物摄取后,在体内富集到0.04ppm(1.3万倍)；浮游生物被小鱼吞食后,其体内DDT浓度达0.5ppm(14.3万倍)；小鱼再被大鱼吞食后,体内浓度增加到2.0ppm(57.2万倍)；如鱼再为水鸟所食,可达25ppm(858万倍)；人若食用水鸟，DDT浓度可在体内进一步富集到30ppm，等于大气中浓度的1，000万倍在污染物的影响下，一个有机体在金字塔中的位置越高，它的组织中污染物的浓度就可能越大。五、生态系统的功能生态系统不仅具有一定的结构，即系统内各成分五、生态系统的功能生态系统不仅具有一定的结构，即系统内各成分的组织形式，而且还具有一定的功能，即系统的能量流动和物质循环。这是地球上一切生命活动的动力。（一）生态系统的物质生产1．绿色植物的初级生产２．消费者动物的次级生产（二）生态系统的能量流动（三）生态系统的物质循环单循环式（一）生态系（一）生态系统有机质的生产1.绿色植物的初级生产生态系统的一个主要特征就是能够通过生产者有机体生产有机物质和固定太阳能，为系统的其他成分和生产者本身所利用，维持生态系统的正常运转。绿色植物（第一性生产者）所固定的太阳能或所制造的有机质的数量称为初级生产量或第一性生产量：植物在地表单位面积和单位时间内总第：植物在地表单位面积和单位时间内总第一性生产光合作用生产的有机物质数量叫做总第一性生产量，通以有机物的g干重/m2a或用能量J/m2a表示净第一性生产量：绿色植物在呼吸之后剩余的这部分有机物质的数量叫做净第一性生产量。：在单位面积上净初级生产量日积月累所植物生物成的有机物质的数量叫做生物量。通常以g干重J/m2表示。h现存量：是在某一特定时刻调查时，生态系统单位面积内积存的活植物组织总量２．消费者动物的次级生产各级消费者动物直接或间接利用初级生产的物质进行同化作用，把植物性物质转换为动物性物质，使自身得到生长、繁殖和物质和能量的贮存。第二性生长次级生产过程被更高营养级取食净次级生产量P)未被２．消费者动物的次级生产各级消费者动物直接或间接利用初级生产的物质进行同化作用，把植物性物质转换为动物性物质，使自身得到生长、繁殖和物质和能量的贮存。第二性生长次级生产过程被更高营养级取食净次级生产量P)未被取食被同化的(A)呼吸代谢(R)动物吃进的(C)食动物得到的未同化的(FU)动物未吃进的=动物未得到的CAAP次级生产公式PCFU（二）（二）生态系统的能量流动任何生态系统要正常运转都需不断地输入能量。生态系统中的能量来自太阳它是通过绿色植物的固定而输入到系统里保存在有机物质中。当植食动物吃植物时能量转移到第二营养级动物体中,当肉食动物吃植食动物时能量又转移到第三营养级的动物中，余者类推。最后由腐生生物分解死亡的动、植物残体,将有机物中的能量释放逸散到环境中。与此同时在各营养级由于生物呼吸作用都有一部分能量损失。所以,能量不能再次被生产者利用而进行循环。这一通过生态系统的能量单向流动的现象，叫做能量流第第生态系统的能量流动生态系统的能量流动生态金字塔在每一个生态系统中,生态金字塔在每一个生态系统中,能量沿着营养级转移流动时,每经过一个营养级数量都要大大减少。后一营养级上的生产量远小于前一级,其能量转化效率大约为10%,这就是林德曼(Lindeman的百分之十定率。顺着营养级序列向上生产量即能量急剧地、梯级地递减，用图表示则得到生产力金字塔；有机体的个体数目一般也向上急剧递减构成数目金字塔；各营养级的生物量顺序向上递减构成物量金字塔，总称生态金字塔.生态金字塔生态金字塔指各个营养级之间的数量关系。可用生物量、能量和个单位来表示。（1）生物量金字（3）能量金字塔（2）数（3）能量金字塔（2）数量金字数量金字塔能量金字数量金字塔（倒形能量金字塔不会出现倒形的情况！树200株/0.1（三）生态系（三）生态系统的物质循环矿物元素在生态系统之间的输入和输出，它们在大气圈、水圈、岩圈之间以及生物间的流动和交换称生物地(球)化(学)循环，即物质循环(cyclingofmaterial。根据物质循环范围、途径和周期不同，分为两类：生态系统内的生物小循环：局限于一个具体范围内，速度快、周期短。生态系统间或全球性的生物地球化学大循环：范围大、周期长、影响面广。每一种元素都有独特的性质，循环的特点也不一致。但它们在地球上进行循环的过程都有一个或几个主要的储存“库（Pools）如大气圈，水圈和土壤，岩石圈。2、物质循环的类型水循环2、物质循环的类型水循环（Hydrologic气体型循环(Gaseous☼氧循☼碳循☼氮循沉积型循环(Sedimentary☼磷循☼硫循(1)水循环水分子(1)水循环水分子从水体和陆地表面蒸发以及通过植物的蒸腾进入大气圈，然后遇冷凝结以雨雪等形式不断地回降到地球表面的过程。水分的大循环与小循环：水循环示意图-淡水资源西德水循环示意图-淡水资源西德地区的水循环示意图（Clodiusand溶搬运功能-联结-。。(2)气体型循环储(2)气体型循环储存库：大气和海洋。扩散性，流动性大，循环周期短，较完善的循环系统。燃呼吸作大气中光合作扩腐燃呼吸作大气中光合作扩腐碳化作水生植光合作2石腐泥(3)淀积型循环陆海活有机活有机捕排死鸟排泄死摄悬浮在水中随河水带摄分(3)淀积型循环陆海活有机活有机捕排死鸟排泄死摄悬浮在水中随河水带摄分上下,溶解于沉型循环上升风沉积物中的（约为土壤和海洋中千倍以上深海的无机磷有机物能量流动和物质循环的关系能量流能量流动和物质循环的关系能量流动和物质循环是生态系个完整的功能单位。但是能量流动和物质循环的性物质都能以可被植物利用的形式重返环四生态系统四生态系统的反馈调节与生态平衡当生态系统处于相对稳定状态时，生物之间和生物与环境之间出现高度的相互适应与协调，种群结构与数量比例持久地没有明显变化，能量和物质的输入和输出大致相等以及结构与功能之间相互适应并获得最佳协调关系。这种状态就是生态平衡（Ecological反馈机制当生态反馈机制当生态系统中某一成分发生变化的时候，它必然会引起其他成分出现一系列的响应变化，这些变化最终又反过来影响初发生变化的那种成分，这个过程就叫反馈。☼负反馈：是生态系统在受到一定干扰后恢复和保持其稳定平衡状态。☼正反馈（positivefeedback）生态系统受到内部或外界某因素的干扰引起了一些变化这些变化反过来又加强了某些因素的干扰和所引起的那些变化，使生态系统远离平衡状态。生态系统中的反馈正反生态系统中的反馈正反污染↑↑↑污染↑污染鱼死亡鱼死亡鱼死亡生态系统的负反馈作用及其自我调节负反馈对生态系统的负反馈作用及其自我调节负反馈对系统的自我调节具有重要的意义。生态系统中的反馈现象十分复杂，既表现在生物组分与环境之间，也表现在生物各组分之间及结构与功能之间。在一个生态系统中，当被捕食者动物数量很多时，捕食者因获得充足食物而大量发展；捕食者数量增加后，被捕食者数量又减少；接着，捕食者动物由于得不到足够食物，数量自然减少。第五陆地和水域生态系统第五陆地和水域生态系统一、陆地生态系统1、陆地生态系统的主要特征非生物环境具有极大的复杂性和更富于变化的特征。具有较高的平均生物生产量和巨大的生物物质积累量 相当明显的有规律的空间分布格局。2、2、陆地生态系统的空间分布格局——三向地带性纬度地带性：与热量气候带相适应，植被或生态系统也形成带状分布。经度地带性（干湿地带性）：海陆分布和大气环流等因素作用，从沿海到内陆降水量逐渐减少。因此在同一热量带，以水分为主导因素，使植被或各生态系统大致沿经线方向延伸成带而东西依次更替的分布规律。垂直地带性：海拔升高温度和气体逐渐降低，风速和太阳辐射加强，降水量先增加后减少，使生物群落和土壤类型从下而上也逐渐发生变化，出现了植被或生态系统随海拔升高而呈带状依次更替的分布规律。中国东部植被水平分布的纬向变化中国东部植被水平分布的纬向变化3、陆地生态系统的主要类型3、陆地生态系统的主要类型以植被为基础划分生态系统的类型热带雨林北方针叶林热带稀树草原温带草原亚热带常绿阔叶林荒漠温带阔叶林冻原热带雨林☼☼分布：赤道热带雨林☼☼分布：赤道附近地气候：年均温在26℃以上，年降水量一般超过土壤：多为砖红壤植被特点：☼☼种类组成极为丰富；群落结构复杂乔木层一般可分3层，乔木层下为灌木层、草本藤本植物及附生植物发达；乔木有板状根、裸芽、茎花等无明显季相变化热带稀树草原——萨王纳☼分布：干湿季变化明显的热带地区热带稀树草原——萨王纳☼分布：干湿季变化明显的热带地区☼气候：年均温在18~24℃，年降水量500~1500mm，季节分配不均☼土壤：多为燥红土☼植被特点：草被层点优势，散生旱生矮乔木亚热带常绿阔叶林☼分布：亚热带湿润地区☼气候亚热带常绿阔叶林☼分布：亚热带湿润地区☼气候：受季风影响，四季分明；年均温，年降水量☼土壤：以红壤、黄壤为主☼植被特点种类组成比较复杂，乔木多由樟科、壳斗科、山茶科、木兰科、金缕梅科等常绿阔叶树种组成；乔木一般分二层，林下灌木层和草本层明显，藤本植物和附生植物较少；温带落叶阔叶林☼分布：温带中、南部湿润地区☼温带落叶阔叶林☼分布：温带中、南部湿润地区☼气候：受季风影响，四季分明；年均温在，年降水量☼土壤：以棕壤、褐土为☼植被特点乔木由壳斗科、桦木科、槭树科等落叶阔叶树种组成；群落成层结构明显，由乔木层，林下灌木层和草本层组成，很少见藤本植物和附生植物；季相变化非常显著。北方针叶林——泰加林分布：北纬45~70°之间的北方针叶林——泰加林分布：北纬45~70°之间的寒温带地☼☼气候：冬季寒冷而漫长，夏季温凉而较短；年均温在0℃上下，年降水量约☼土壤：以暗棕壤、灰化土为主☼植被特点植物种类比较贫乏，乔木以松、云杉、冷杉、落叶松等树种为主；群落结构简单，乔木层常由一二个树种组成，林下灌木层和草本层不太发育；温带草原☼☼分布：内陆干旱到温带草原☼☼分布：内陆干旱到半湿润地区气候：大陆性气候，四季分明；年降水量250~500mm，且多集中在夏季土壤：以黑钙土、栗钙土等为主植被特点：☼☼主要由多年生禾本科植物组成，有时混生旱生小灌木；群落结构简单，一或二层；季相变化非常频繁且明显。☼我国草原类型草甸草原典型草原高寒草原荒漠☼分布：亚热带和温带极端干旱地区☼气候：极端大陆性气候；年降水量大多在荒漠☼分布：亚热带和温带极端干旱地区☼气候：极端大陆性气候；年降水量大多在250mm以下，且大大小于蒸发能力☼土壤：以灰棕漠土、棕漠土等为主☼植被特点：植物种类贫乏，个体数量稀少；群落结构非常简单，覆盖度低冻☼分布：寒带地☼气候：冻☼分布：寒带地☼气候：冬季严寒漫长，夏季凉爽短促；年降水量约☼土壤：以冻沼土、冻漠土为主☼植被特点植物种类贫乏，主要有苔藓、地衣和莎草科、禾本科等多年生草本；群落结构非常简单，通常仅1~2层，植物多贴伏地面二、水域生态系统1二、水域生态系统1、水域生态系统的主要水域生态系统的类型较陆地生态系统的类型环境比较均一，变化比较和缓，并较少出现极端情况（水具有流动性和较大热容量）生物量倒金字塔（各种浮游藻类）2、水域生态系统的分类2、水域生态系统的分类根据水化学性质不同，可分为海洋生态系统和淡水生态系统一般将水体沿垂直方向分成深水层、中水层和表水层三部分，生物也被相应地分为几个生态类群底栖生物、自游生物、浮游生物与漂浮生物。（1）淡水生态系统包括河流湖泊细流河水库等。（1）淡水生态系统包括河流湖泊细流河水库等。按水的运动分类：☼流水生态系统☼静水生态系统（2）海洋生态系统由（2）海洋生态系统由于深度、光照、盐分和生物种群组成的不同，可将海洋生态系统进一步分为海岸带、浅海带和远洋带，它们各自又包括更多次级生态系统。海岸带1）2）红树海岸带1）2）红树林生态系分布于热带和亚热带沿海的河口附近或风平静的海湾中。它是由一些常绿灌木和小乔木组成的一种浓密的灌木丛林。由于构成植物主要是红树科植物，故名红树林浅海带生态系统为水深不超浅海带生态系统为水深不超过浅海米的大陆架部分远洋带本带指浅海带往外的大洋区，水面开阔，水深超过米最深达10000米以上，是生物圈内厚度最大、层次最多的生态系统。包括上涌带、珊瑚礁和水深最大的洋区等次级生态系统第六社会第六社会—经济—自然复合生态系统在一定的社会经济和科学技术条件下，经过人们的干预把自然生态系统分别改造为农业生态系统和城市生态系统，它们以人为核心以自然环境为基础，进行频繁的社会和经济文化活动，并且彼此结合共同形成为一个复杂的整体。一、农业生一、农业生态系统是指在人类活动的干预下，一定区域的农业生态群体与其周围自然和社会经济因素彼此联系、相互作用而共同建立起的固定、转化太阳能，获取一系列农副产品的人工生态系统。以作物栽培为主体的农田生态系统最为重要。1、农田1、农田生态系统的主要特点2、生态农业2、生态农业按照生态学和生态经济学原理，应用系统工程等现代化科学技术，把传统农业技术和现代农业先进技术相结合而建立来的一种多层次、多结构、多功能、具有良好经济效益、生态效益和社会效益的集约经营管理的综合农业生产体系。具体地说，就是在一定区域有效地运用生态系统中生物的共生原理、生物的相克趋利避害原理、多种成分间的相互协调和互补原理以及物质循环再生与能量多层次多途径转化和利用原理，全面规划、总体协调，建立能合理利用自然和社会资源、保持生态稳定和持续高效的优化农业生态系统，是具有良好的经济、生态和社会三种效益统一的农业生产体系。生态农业的主要优点☼控制性 生态农业的主要优点☼控制性 整体性☼层次性 协调性☼稳定性 地域性☼改善生态环境 高效性中国现有生态农中国现有生态农业系统类型☼生物立体共生型☼物质能量多层分级利用型☼基塘式水陆结合型☼区域整体规划的综合型生态农业系统二、城二、城市生态系统1、城市生态系统的组分22 2、城市生态系统的特点2、城市生态系统的特点食物链简化－－植物→（植食动物→)人能量和物质流动巨大、转换迅速依赖性强，独立性弱，自我调节能力小是人类对陆地自然生态系统影响最强烈的地方3、生态城3、生态城按照生态学原理建立起的一类社会、经济、自然协调发展，物质、能量、信息高效利用，生态良性循环的人类聚居地。建设途径☼生态工艺的设计和改造☼协调共生关系的建立