自然地理学《生物圈与生态系统》

二叠纪古生物
三叠纪古生物
侏 罗 纪、 白 垩 纪 生 物
新生代古生物
人类的出现
第四节 生态系统
r 生态系统是生物群落与其环境间不断进行物 质循环和能量流动而成的统一体。 即：生物群落与非生物环境共同组成的物 质-能量系统 生态系统 = 生物群落 + 环境
生物圈是最大的生态系统。它包括陆地生 态系统、海洋生态系统。
组织—维管束
Ø 分为
苔藓植物 维管植物
蕨类植物 祼子植物 被子植物
（四）后生动物
Ø 多细胞生物，起源于单细胞动物
Ø 细胞
组织
器官
器官系统
Ø 重要特征——运动
Ø 异养型——植物、动物、寄生
第二节 生物圈的结构
垂直准正态分布结构 水平连续不均匀结构 多级嵌套结构 结构特性 生物的地域分异与区系性
一 、垂直准正态分布结构
Ø 在垂直方向上，集中分布在某一 范围内，向上或向下都逐渐减少。
Ø 主要集中在海平面及地面附近
如：浅海区——1500种鱼类
850种
200-1000m，
只有150种
1000-4000m，
陆地上 0-500m， 约51.6%
约20%
500-1000m ，
1000-2000m，
陆地面积随海拔的变化
地表的光强大于地下和水下，水深或者埋深越 大光强越小，生物的生产率的高低，取决于光 合作用的强弱。生物圈结构上的亲光性反映了 太阳辐射对于生物生长发育的重要性。
温控性
Ø 热带生产率高于寒带
生物圈结构上的温控性，是指生物圈的结构特征受 到温度分布控制的性质，反映了温度或者热量对于 生物的影响。
五、生物地域分异与区系性
统的结构和功能才能保持动态平衡。
3. 生态系统物质循环
生态系统中的物质循环途径：（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。
分
用消异耗有机质的速率
2. 生态系统的能量流动
v 通过生态系统的能量单向流动的现象叫能量流
太阳辐射能通过绿色植 物的固定输入到生态系 统，保存在有机物质中， 并随着食物链逐级传递， 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。
v 能量其转化效率大约为10%——林德曼百分之十率。
Ø 海洋包括：浅海、半深海、深海、河口与近 岸生态系统
四、生物组成
250万种：动物200万种，植物34万种，微生物 3.47万种 过去：植物和动物。而眼虫藻能运动和进行光合作用
现在：原核微生物、原生生物、后生植物和后生动物
（一）原核微生物
Ø 单细胞、多细胞集合
Ø 没有明显的细胞核
Ø 通过直接分裂而繁殖
2. 干湿度分带性
v 因距海洋远近引起水分条件不同，使生物由 沿海向内陆方向有规律变化
v 湿润的森林生物群——半湿润的森林草原生 物群——半干旱草原生物群——干旱的荒漠 生物群
3. 垂直带性
v 随山地高度变化，生物呈现规律性的变化 v 垂直带谱与水平带谱相对应
4. 地方性与区系性
v 地方性：生物在局部地区的分异规律 ❖ 区系性：在生物演化过程中，由于分布区相同而组
各 种 动 物
微 生 物
命 物 质 和 能
物
量
¡ 非生物部分提供能量和原料，生物对环境又起作用
¡ 生物体与非生物体、生物体之间相互作用、彼此制约
生态系统的组成及其相互关系(Mackenzie, 2019)
池塘生、水、氧气等 生产者----浮游植物和水生植物 消费者 ----鱼、虾、浮游动物 分解者 ----细菌和真菌
恢复力
v 生态系统遭受外干扰破坏后，系统恢复到 原状的能力。
l 野火烧不尽 l 污染影响——自净作用
❖ 生态系统抵抗力越强，其恢复力就越低； 反之亦然。
生态平衡失调
v 自我调节能力是有限的 v 引起生态平衡失调的因素
l 自然因素：如陨星撞击、火山喷发、海陆变迁、 海啸、地震等
l 人为因素：如虫害、滥砍、滥伐、过度放牧、 工业三废等
成一定的生物区系，反映了生物的亲缘性、系统发 育过程和地理隔离情况。
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。
第三节 生物圈的形成与演化
¡ 生命的起源 ¡ 生物圈的演化
一、生命的起源
Ø 无机物到简单的有机物阶段 Ø 简单有机物到复杂有机物阶段 Ø 高分子有机物到具有新陈代谢机能的蛋白
在每一个生态系统中，从绿色植物开始，能量沿着捕 食食物链或营养级转移流动时，每经过一个营养级数量 都要大大减少，最后只有少部分能量留存下来用于生长， 形成动物的组织。美国学者林德曼在研究淡水湖泊生态 系统的能量流动时发现，在次级生产过程中，后一营养 级所获得的能量大约只有前一营养级能量的10%，约90% 的能量损失掉了，这就是著名的百分之十定律。
2. 食物链
v 在生态系统中，一类生物被另一类生物所食，另 一类生物又被第三类生物所食，从而沿着营养级 形成了食物的链锁关系。
3. 食物网
v 许多动物在食物链上占据不止一个位置，既吃 植物又吃动物，本身也被其他消费者所食。
v 食物链常有多个分支，它们彼此交织、错综联
结形成食物网。
4. 生物放大作用
v 污染物通过食物链产生逐级富集现象 ❖ 金字塔与倒金字塔的关系
DDT通过食物链而不断积聚（杨持《生态学》）
三、生态系统的功能
Ø 生物生产 Ø 能量流动 Ø 物质循环 是一切生命活动的动力。
1. 生物生产
v 生态系统的特征之一 —— 绿色植物的光合作 用
光合作用：绿色植物在阳光照射下，吸收水与CO2， 并将之合成成为碳氢化合物(葡萄糖)，释放出氧气。
Ø 动植物随地理环境空间变化，而产生一定的 地理格局，形成不同动植物区域，表现出地 带性和非地带性特征；
Ø 与生物的系统演化和地史变迁相适应，而具 有区系性特征。
1. 地带性
v 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，按经度方向有规律地变化。
❖ 热带雨林-亚热带常 绿阔叶林-暖温带落 叶阔叶林-寒温带针 叶林-寒带苔原和极 地荒漠
恢复力
反馈机制
v 正反馈与负反馈
既表现在生物组 分与环境之间， 也表现在生物各 组分之间和结构 与功能之间。
两个负反馈之间的相互关系（潘树荣等）
抵抗力
v 生态系统抵抗外界干扰，并维持系统结构和 功能原状的能力
v 系统发育越成熟，结构越复杂，抵抗力越强
一般认为，食物网越复杂，生态系统抵抗 外力干扰的能力就越强，食物网越简单，生 态系统就越容易发生波动和毁灭。
12H2O + 6CO2+光能 = C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
呼吸作用：有机质（碳氢化合物）氧化变成CO2和 水的过程。
C6H12O6 +6O2 = 6H2O+ 6CO2+ 化学能
生 物
¡ 总初生产级生产率：植物在地表单位面积和单位时 间内的经光合作用生产的有机物质的速率
区
¡ 净初域级生产率：总初级生产率减去植物呼吸作
质阶段
胡佛在“CI1碳基球粒陨石”中发现的微 生物化石痕迹
二、生物圈的演化
Ø 生物种类由少到多 Ø 生物圈结构由简单到复杂 Ø 生物分布空间范围由小到大，由海洋向陆
地扩展
生 物 圈 的 形 成 与 演 化
寒 武 纪 生 物 面 貌
志留纪生物面貌
泥 盆 纪 古 生 物
奥陶纪生物面貌
石 炭 纪 古 生 物
一、物质组成
由有机物质和无机物质组成。 有机物质：生物体(生产者、消费者和分解
者) 无机物质：作为环境的岩石、水和大气
二、元素组成
H、O、C 占 99.6% 其它 N、Ca、K、Si、Mg等
三、系统组成
生物圈由陆地和海洋生态系统组成
Ø 陆地包括：森林（热带雨林、亚热带常绿阔 叶林、温带落叶阔叶林、寒带针叶林）、沼 泽、湖泊等
蓝藻
Ø 包括细菌、蓝藻
细菌
（二）原生生物
Ø 属于真核生物，细胞结构比较完善，有明显 的细胞核，有单细胞个体和多细胞有机体。
Ø 通过无性生殖（孢子）和有性生殖（配子） 繁衍后代
Ø 主要分布于水环境 Ø 包括：藻类，真菌，原生动物等
（三）后生植物
Ø 包括全部的高等植物 Ø 根、茎、叶分化 Ø 体内出现了运输水分和养料的输导
一、生态系统的组成
Ø 非生物物质: H2O、 CO2 、 O 、 N 、盐类 Ø 生物有机体，根据获取能量的方式不同划分为：
生产者有机体（自养/植物、蓝藻及细菌） 消费者有机体（异养/食草、食肉、杂食） 分解者有机体（异养/细菌、真菌等）
生态系统
生物群落
非生物环境
生产者 消费者 分解者
无
生
主 指 绿 色 植
自然地理学：第7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
第一节 生物圈的组成
¡ 物质组成 ¡ 元素组成 ¡ 系统组成 ¡ 生物组成
¡ 活的有机体 + 相互作用的环境 = 生物圈 ¡ 生物圈是大气圈、水圈和岩石圈的交集
r 假如在一个岛屿上只生活着草、鹿和狼。这种情况下， 鹿一旦消失，狼就会饿死；如果除了鹿以外还有其他 的食草动物（如牛或羚羊），那么鹿一旦消失，对狼 的影响就不会那么大。
r 反过来说，如果狼首先绝灭，鹿的数量就会因失去控 制而急剧增加，草就会遭到过度啃食，结果鹿和草的 数量都会大大下降；如果除了狼以外还有另一种肉食 动物，那么狼一旦绝灭，这种肉食动物就会增加对鹿 的捕食压力而不致使鹿群发展得太大，从而防止生态 系统的崩溃。
亲水性
Ø 湿润地区生产率高于干旱地区
Ø 沿海区高于内陆
生物圈结构上的亲 水性，反映了水圈对 于生物圈的重要影响。
净初级生产率与年降水量的关系 （Strahler）
亲气性
Ø 海平面附近空气最充足 Ø 向上向下空气减少
生物圈的垂直准正态分布结构，在一定程 度上反映了生物圈结构上的亲气性。
亲光性
Ø 地表生产率大于地下 Ø 海面大于水下
与小麦有关的生态因素图解
二、生态系统的结构
以食物关系把各类生物连接起来的营养结构 v 营养级 v 食物链 v 食物网 v 生物放大作用
1. 营养级
v 生态系统的生物部分，从 绿色植物开始的各个环节， 通常称为营养级。
l 第一营养级：绿色植物，初级生产者 l 第二营养级：食草动物（第一性消费者） l 第三营养级：第一级食肉动物（第二性消费者） l ………
二、水平连续不均匀结构
Ø 连续性：地球上任何地方都有生物分布
Ø 不均匀性：不同生态系统净初级生产率不同
P171，表7-2：陆地 > 海洋； 近岸浅海 > 开阔大
洋； 森林 > 草原； 沼泽 > 河流湖泊； 草原 > 沙漠； 草甸 > 冻原；等
三、多级嵌套结构
Ø 生物圈是多级的：陆地与海洋 Ø 生物圈是嵌套的：河口与海岸带
破坏食物链导致的结果
r 蒙古草原上，狼吃羊和马，是人和牲畜的大 敌，但是狼也吃田鼠，田鼠吃草，草是羊和 马的主要粮食，羊和马又是人的主要食物来 源，草原上的这些生物组成了一个庞大的生 物王国，形成了环环相扣的食物链，它们相 互制约相互繁衍，与草原共同生存了几万年。
如何损失？
生态系统中的能量流动
呼吸
呼吸
呼吸 呼吸
太阳能 100
生产者
10-20
初级 消费者
1-4
次级 消费者
0.1-0.8
三级 消费者
分解者
单向、逐级递减
呼吸
生态金字塔
三级 次级 初级消费者 生产者
能量流动五个特点
¡ 绿色植物对太阳能的利用 < 1.2% ¡ 能量只朝单一方向流动 ¡ 流动能量逐渐减少 ¡ 各级能量利用率也不高，约 4.5-17% ¡ 生产的能量与消耗的能量相平衡时，生态系
即：空间上相互交叉、叠置，相互联系、 相互作用——多级镶嵌结构
四、结构特性
¡ 亲岩性：营养物质 ¡ 亲水性：需要水 ¡ 亲气性：需要氧等 ¡ 亲光性：光合作用及食物来源 ¡ 温控性：热量
亲岩性
Ø 陆地生物量高于海洋 Ø 近地面高于高空 Ø 近海面高于水下
反映了岩石圈对于生物圈的重要影响，是 生物的支撑和生物营养物质的来源。
四、生态系统中信息传递
¡ 物理信息：光、声音、颜色 ¡ 化学信息：黄鼠狼、墨鱼、胡桃树
五、生态系统的稳定性——生态平衡
Ø 生态系统内部物质和能量的输入和输出处于相 对稳定状态
Ø 生态系统内部动、植物的种类和数量相对稳定 Ø 生态系统是一个复杂的、动态的系统 Ø 动态平衡：不平衡---平衡---不平衡 Ø 生态系统的维持与调节：反馈机制、抵抗力及