地理学概论-06生物圈与生态系统

1、生物圈,第七章 生物圈与生态系统,第一节 生物圈的组成 第二节 生物圈的结构 第三节 生物圈的形成与演化 第四节 生态系统 第五节 人与生物圈,生物圈的组成,物质组成：生物体为有机物质，作为环境的岩石、大气和水则是无机物质。 元素组成：主要是氢、氧和碳，它们分别占49.8%、24.9%和24.9%，三种元素占到生物有机体的99.6%。此外，还有微量的氮、钙、钾、硅、镁、磷、硫、铝等。 系统组成：陆地生态系统；海洋生态系统。 生物组成：原核微生物，原生生物，后生植物，后生动物。,第 七 章,生物圈的物质组成,生物圈,有机物质,无机物质,生产者,消费者,还原者,大气,水,岩石、土壤,阳光,其它无机

2、物,第 七 章,生物体的原子组成（%）（G.E.赫钦逊生物圈）,研究表明，生物体的元素组成成分主要是氢、氧和碳，它们分别占49.8%、24.9%和24.9%，三种元素占到生物有机体的99.6%。此外，还有微量的氮、钙、钾、硅、镁、磷、硫、铝等。,第 七 章,生物圈的系统组成,第 七 章,生物圈的生物组成,过去通常来说，生物主要包括动物、植物和微生物。但后来研究表明，还存在一些生物，其结构与功能介于动物与植物之间。故科学家建议将生物划分为四大类，即原核微生物、原生生物、后生植物和后生动物。,生物,原核微生物,原生生物,后生植物,后生动物,第 七 章,生物圈的结构,生物圈的结构,垂直准正态分布式结

3、构,水平连续不均匀结构,多级嵌套结构,第 七 章,生物圈的结构,垂直准正态分布式结构：在垂直方向上，集中分布在某一范围内，而向上和向下都逐渐减小。 水平连续不均匀结构：地球表面任何一个地方都有生物分布，生物在地球表面的分布是连续的。生物圈不是一个很均匀的圈层，生物在地表的分布是不均匀的。 多级嵌套结构：多级系统在空间上相互交叉、叠置，并且相互联系、相互作用的。,第 七 章,生物圈的垂直准正态分布式结构,在海洋里，随着深度的增大，生物种类与数量逐渐减少。生物种类与数量有随离海平面距离的增大逐渐减少的规律。在陆地上，生物的种类与数量随高度的增加而减少。陆地上生物集中分布于低海拔的范围内，随着海拔高

4、度的增大，生物的种类与数量逐渐减少。总上所述，我们可以用一个简化的图式来表示生物圈的垂直结构。从整体上看，类似正态分布，可以称为准正态分布模式。因此生物圈的垂直结构可以叫做垂直准正态分布式结构。,从生物圈的垂直结构来看，具有垂直准正态分布式结构的特征。所谓垂直准正态分布，是指在垂直方向上，集中分布在某一范围内，而向上和向下都逐渐减小。地球上生物的分布，具有准正态分布的特征：生物集中分布在平均海平面附近，从海平面向上或者向下随着高度或深度的增大，生物的种类和数量依次减少。,（王建，2000）,第 七 章,生物圈的结构特性,第 七 章,生物的地域分异与区系性,生物的地域分异与区系性,地带性,干湿度

5、分带性,垂直带性,地方性,区系性,第 七 章,生物的地域分异与区系性,纬度地带性：地球上生物的分布，大致呈带状沿纬线方向延伸，按纬度方向有规律地变化。 干湿度分带性：由于距海远近等引起的水分条件的不同,从而使动植物分布由沿海向内陆依次发生变化。 垂直带性：生物分布随山地海拔高度的升高而发生规律性的交替的现象。 地方性：生物在局部地域的分异规律。 区系性：不同的动、植物,在漫长的历史演变过程中, 在一定的地理条件下,由于分布区相同而组成一定的生物区系。,第 七 章,陆地植物的水平地域分布与纬度、干燥度的关系,地带性，即纬度地带性。是指地球上生物的分布，大致呈带状沿纬线方向延伸，按纬度方向有规律地

6、变化。,生物的这种地带性分异规律，是由于太阳辐射随纬度的梯度变化，引起气候（温度、降水）呈带状分布，从而使动、植物也相应地呈带状分布。在水分充足的条件下，从赤道向极地应该依次分布着热带雨林、亚热带常绿阔叶林、温带落叶阔叶林、寒温带针叶林、寒带冻原和极地荒漠。,第 七 章,植被垂直带性与纬度地带性的关系,山地地势是形成垂直带性的前提。山地气候条件随着海拔高度发生变化，是形成垂直带性的直接原因。由于地势抬高，气候等发生垂直变化,从而使生物也随之发生相应的垂直变化。垂直带性既受地带性因素制约,又受非地带性因素影响，是两者派生的区域性分异规律。垂直带性与纬度地带性在结构与性质上有一定的相似性,但其成因

7、机制不完全相同.,垂直带性是指生物分布随山地海拔高度的升高而发生规律性的交替的现象。,第 七 章,世界植物区系及其分区,所谓区系性,是指不同的动、植物，在漫长的历史演变过程中， 在一定的地理条件下,由于分布区相同而组成一定的生物区系。区系性反映生物彼此间的亲缘关系和系统发育过程以及地理隔离情况。一个生物区系中，特有类群愈多，分类等级愈高，说明它们愈古老，地理隔离愈久，即区系性愈强。,（塔赫他间，1978）,第 七 章,生物圈的形成与演化,生命的起源： 从无机物到简单有机物阶段； 从简单有机物到复杂有机物阶段； 从高分子有机物到具有新陈代谢机能的蛋白体阶段。,生物圈的演化： 生物种类由少到多 生

8、物圈结构由简单到复杂； 生物分布的空间范围由小到大 并由海洋向陆地扩展。,第 七 章,生态系统,生态系统的组成：非生物物质（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）；生物有机体（生产者；消费者；分解者） 生态系统的结构 营养级：生态系统的生物部分，从绿色植物开始的各个环节。 食物链：在生态系统中，一类生物被另一类所食，另一类又被第三类所食，从而沿着营养级形成了食物的链锁关系 食物网：一个食物链常常有许多不同的分支，各个食物链彼此交织、错综联结成更加复杂的食物网,第 七 章,生态系统的组成（Mackenzie,1998）,生态系统主要由两大部分

9、组成：生物有机体和非生物物质。,第 七 章,营养级、食物链、食物网,生态系统除了具有垂直和水平空间结构外，以食物关系把各类生物有机体连接起来形成的营养结构是最主要的。生态系统主要是由营养关系组织起来的。,第 七 章,生态系统的功能,生物生产 生态系统的能量流：通过生态系统的能量单向流动。林德曼(Lindeman)的百分之十率：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%。 生态系统的物质循环：生态系统中各种有机物质，经过分解者分解成可被生产者利用的形式归还环境中重复利用，周而复始地循环。 生态系统中的信息传递 生态系统的稳定性生态平衡 ：达到稳定或平衡状态的生态系统,其生产、消

10、费和分解之间,也就是系统的能量流动和物质循环,能较长时间地保持平衡状态。,第 七 章,生物放大作用,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0.000，003 ppm,当降落到海水中为浮游生物摄取后,在体内富集到0.04 ppm (1.3万倍)；浮游生物被小鱼吞食后,其体内DDT浓度达0.5 ppm (14.3万倍)；小鱼再被大鱼吞食后,体内浓度增加到2.0 ppm (57.2万倍)；如

11、鱼再为水鸟所食,可达25 ppm (858万倍)；人若食用水鸟，DDT浓度可在体内进一步富集到30 ppm，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。,第 七 章,生态系统中能量流与物质流的关系,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

12、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 七 章,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)的百分之十率。于是顺着营养级序列向上,生产量即能量急剧地、梯级般地递减，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生物量金字塔，总称生态金字塔.,第 七 章,生态系统中的能量循环（生物小循环）（王建，2

13、000）,生态系统中的物质循环，包括这样几个途径：（1）环境-生产者-环境，（2）环境-消费者-环境，（3）环境-分解者-环境,(4)环境-生产者-消费者-环境,(5)环境-生产者-分解者-环境，（6）环境-消费者-分解者-环境，（7）环境-生产者-消费者-分解者-环境。,第 七 章,反馈可分为正反馈和负反馈，两者的作用是相反的。特别是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。,生态系统的负反馈作用及其自我调节,第 七 章,人与生物圈,人类生物圈的组成部分 人类的食物来源于生物圈 植物为人类提供了赖以生存的氧气 生物圈与生物资源,第 七 章,人与其他动物的关系,与人类同处于哺乳动物纲的还有马、牛、虎、兔、羊、猴、狗、猪等。他们都是胎生、恒温，以母乳哺育幼体，并且大都具有毛皮。与人类同处于灵长目的有猴子、猩猩、猿等。实际上人就是从猿演化而来的，人是动物的一种