6基礎(chǔ)生態(tài)學(xué) 全套課件.ppt

全球生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 全球系統(tǒng)組分 環(huán)境和關(guān)系 從生物圈到全球生命系統(tǒng) 生物圈 biosphere 活躍生物圈泛生物圈副生物圈智慧圈 noosphere 全球生命系統(tǒng) Globallifesystem 全球生命系統(tǒng)的4個基本方面 橫向關(guān)系 全球生命系統(tǒng)各組分構(gòu)成的生物多樣性與復(fù)雜性縱向關(guān)系 等級層次結(jié)構(gòu)中各級系統(tǒng)的關(guān)系生態(tài)時間尺度的關(guān)系 各組分及子系統(tǒng)間的生態(tài)作用和反作用進(jìn)化時間尺度的歷史關(guān)系 系統(tǒng)的發(fā)育和演化 全球生命系統(tǒng)的環(huán)境 物質(zhì)環(huán)境外層大氣圈下層巖石圈太空 基本元素 大量元素和微量元素能量環(huán)境太陽宇宙輻射信息環(huán)境 全球生命系統(tǒng)的非生物組分 光照能量 溫度 水圈內(nèi)層大氣圈土壤圈氣候有毒有害物質(zhì) 全球系統(tǒng)的非生物組分 光照 進(jìn)入大氣層后太陽光強與光質(zhì)的變化溫室效應(yīng)和溫室氣體陽傘效應(yīng)地球表面日照時間的差異地球表面輻射熱量平衡地面輻射大氣逆輻射地面有效輻射 全球系統(tǒng)的非生物組分 能量 溫度 時間變化周期性變化與非周期性變化空間變化水平緯度 中生代 2億年前 地球緯度差異很小經(jīng)度垂直全球范圍內(nèi)是平衡的 全球系統(tǒng)的非生物組分 水圈 地球表面71 的面積為海洋所覆蓋淡水很少 可利用的淡水更少地球表面降水量分布極不均勻大氣中的水也屬于水圈范疇 全球系統(tǒng)的非生物組分 內(nèi)層大氣圈 內(nèi)層大氣圈的主要成份N2 O2 CO2微量和痕量氣體水汽 粉塵其它氣態(tài)化學(xué)物質(zhì)等大氣流動風(fēng)大氣環(huán)流 土壤圈 半生命物質(zhì) 很薄 比生物圈薄 化學(xué)成分最復(fù)雜 生物成分也十分復(fù)雜不同地方土壤理化性狀差異大土壤質(zhì)地土壤水分土壤空氣土壤酸堿度土壤礦質(zhì)元素 全球生命系統(tǒng)的綜合物理特性 氣候 氣候及其尺度水分和熱量 氣候的兩個最主要特征濕潤度 水分和熱量的組合生物氣候圖氣候的空間變化氣候的時間變化中近期長期 新組分 人造有毒有害物質(zhì) 某處的東西過多就是污染人類新生產(chǎn)大量的原來沒有的物質(zhì)殺蟲劑化肥放射性物質(zhì)自然界也有污染汞鎘 全球生命系統(tǒng)的生物組分 全球系統(tǒng)組分 生態(tài)系統(tǒng)的多樣性自然生態(tài)系統(tǒng)水生生態(tài)系統(tǒng)陸生生態(tài)系統(tǒng)水陸交界生態(tài)系統(tǒng)人工生態(tài)系統(tǒng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)城市生態(tài)系統(tǒng)陸生生態(tài)系統(tǒng)以植物群落為主體結(jié)構(gòu) 植物群落的多樣性 植被類型的多樣性 全球仍沒有統(tǒng)一的分類系統(tǒng)全球認(rèn)同的主要類型森林生態(tài)系統(tǒng)草原生態(tài)系統(tǒng)荒漠生態(tài)系統(tǒng)凍原生態(tài)系統(tǒng)濕地生態(tài)系統(tǒng) 中國植物群落分類原則 系統(tǒng)和單位 基本單位與輔助單位植被型群系群叢 全球生命系統(tǒng)中物種的多樣性 物種是生命存在的基本單位物種問題是全球性的 也是區(qū)域性的全球有3000 5000萬 甚至8000萬 1億種生態(tài)學(xué)家提出5界系統(tǒng) 地球上生態(tài)系統(tǒng)分布的地帶性 生態(tài)系統(tǒng)分布的三向地帶性水平地帶性經(jīng)度地帶性 熱量為主導(dǎo)因子緯度地帶性 水分為主導(dǎo)因子垂直地帶性 溫度和水分 與水平地帶譜對應(yīng)山體的植被帶 全球主要自然生態(tài)系統(tǒng)的分布 森林生態(tài)系統(tǒng)草原生態(tài)系統(tǒng)荒漠生態(tài)系統(tǒng)苔原生態(tài)系統(tǒng)濕地生態(tài)系統(tǒng)淡水生態(tài)系統(tǒng)海洋生態(tài)系統(tǒng)一些特殊的生態(tài)系統(tǒng)紅樹林 珊瑚礁 馬尾藻海 全球系統(tǒng)中物種區(qū)系及多樣性格局 物種區(qū)系分布多樣性梯度多樣性梯度的三向全球生命系統(tǒng)中各組分間的關(guān)聯(lián) 生態(tài)復(fù)雜性的構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)全球尺度的種間關(guān)系 全球生命系統(tǒng)的生態(tài)學(xué)過程和功能 I 全球生命系統(tǒng)的生物生產(chǎn) 通過地球上植物的光合作用 每年大約能生產(chǎn)1014t的有機物質(zhì)高級生產(chǎn)力的測定和估計十分困難地球上初級生產(chǎn)力的分布不均勻陸地 水域低緯 高緯河口灣 大陸架 遠(yuǎn)洋減少全球初級生產(chǎn)力可劃分為三個等級 影響凈初級生產(chǎn)力的主要因子 陽光水營養(yǎng)元素植物類型種間關(guān)系脅迫 包括污染 等 全球生命系統(tǒng)的能量流動 是從太陽能以光的形式進(jìn)入地球開始 直至這些能量以熱的形式從地球耗散出去的過程能量在全球系統(tǒng)中流動 并會存留 轉(zhuǎn)化其中的一部分 大部分從系統(tǒng)中散失出去 能量在全球生命系統(tǒng)中的流動 大氣環(huán)流洋流涌流使上下層水交換洋流的熱量輸送洋流對氣候的影響很大溫度降水 能量在全球生命系統(tǒng)中的流動 降水對能量流動的影響動物遷移引起的能量轉(zhuǎn)移人類活動引起的能量轉(zhuǎn)移 大氣環(huán)流 赤道與極地間的熱量傳輸海陸間的熱量傳輸 洋流 洋流分布與地面風(fēng)向很相似暖流冷流涌流洋流的熱量輸送及對氣溫有很大的影響洋流與低高緯度間的熱量傳輸洋流與東西岸的氣溫差異熱帶與副熱帶大陸東西岸氣溫的差異 生物地球化學(xué)循環(huán) 在全球性地質(zhì)大循環(huán)和地球化學(xué)背景上 由生物活動驅(qū)動的物質(zhì)循環(huán)稱為生物地球化學(xué)循環(huán)生物地球化學(xué)循環(huán) 生物循環(huán) 地球化學(xué)循環(huán) 生物搬運物質(zhì)循環(huán)可分三類水循環(huán)氣體型循環(huán)沉積型循環(huán) 全球水循環(huán) 盡管海洋面積 水面占地球表面70 以上 和水量占絕對優(yōu)勢 但其在全球系統(tǒng)中所起的作用并不大生物 特別是植被 在水循環(huán)中有巨大作用淡水的量很少水的主要循環(huán)路線大循環(huán)與小循環(huán)由于人類對水資源的大量需要 自然水循環(huán)已經(jīng)受到影響或明顯改變 全球營養(yǎng)物質(zhì)的氣體型循環(huán) 儲存庫是大氣和海洋 它把大氣和海洋緊密相聯(lián) 具有明顯的全球性 流動速度快 完全碳循環(huán)N循環(huán)氣體型循環(huán)容易在大范圍內(nèi)受到人類干擾 碳循環(huán) 源 庫 流循環(huán)路線1 大氣 植物 動物 分解 返回大氣2 大氣圈 水圈3 大氣圈 巖石圈 水圈人類干擾嚴(yán)重 N循環(huán) 最完全的循環(huán)人類干擾嚴(yán)重 全球營養(yǎng)物質(zhì)的沉積型循環(huán) 貯存庫是巖石圈和土壤圈P循環(huán)Ca循環(huán) S循環(huán) 沉積型循環(huán)的特點是緩慢而不完全 自然循環(huán)一旦被破壞 很難在生態(tài)學(xué)時間尺度內(nèi)恢復(fù) P循環(huán) 典型的沉積型循環(huán)未來的限制因素 S循環(huán) 半沉積人類影響嚴(yán)重 有毒有害物質(zhì)的全球循環(huán) 人類制造大量的新物質(zhì) 生物界不能很快適應(yīng)非有害物質(zhì)仍然會造成污染由于人的作用范圍越來越大 循環(huán)強度和距離加大 影響全球物質(zhì)循環(huán)的因素 驅(qū)動因素物質(zhì)自身生物分解動物的運動人類移動 能量流動與物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系 物質(zhì)是載體能量是驅(qū)動 全球生命系統(tǒng)的生態(tài)學(xué)過程和功能 II全球生命系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié) 全球生命系統(tǒng)的漲落與平衡 全球生命系統(tǒng)的漲落主要表現(xiàn)在系統(tǒng)的物質(zhì)總量和復(fù)雜性兩方面生物多樣性和復(fù)雜性的漲落 發(fā)生和滅絕漲落是自組織系統(tǒng)固有的特征外界環(huán)境對系統(tǒng)復(fù)雜性變化的影響復(fù)雜性漲落幅度的自我調(diào)控系統(tǒng)規(guī)模及主要過程強度的漲落 全球非生物組分的變化 冰期與間冰期雨帶分布的變化雪線的升降海平面的升降冰蓋厚度和分布變化生物區(qū)系的遷移冰后期全球繼續(xù)變化 生物圈概念的演進(jìn)與Gaia假說 19世紀(jì) 生物圈 biosphere 概念20世紀(jì)20年代出版了 生物圈 20世紀(jì)60年代末和70年代初 Lovelock和Margulis提出 Gaia 假說 Gaia假說 Gaia是一個由各圈層組成的反饋或控制系統(tǒng)通過自身調(diào)節(jié)和控制達(dá)到適合狀態(tài)關(guān)鍵是生物地球上生物消失 Gaia也消失 平衡態(tài) 全球生命系統(tǒng)的內(nèi)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié) Gaia 假說時間尺度不夠 缺乏進(jìn)化的觀點Gaia實際上是全球生命系統(tǒng)的宏觀調(diào)節(jié)過程 是一種內(nèi)穩(wěn)態(tài) 生物是這個系統(tǒng)內(nèi)的主要調(diào)控者能量物質(zhì)信息漲落 近200多年來的全球變化 自然生態(tài)系統(tǒng)受強度改變?nèi)蜃兣粞蹩斩从卸居泻怏w的全球性污染水資源受破壞 水循環(huán)受影響生境破碎化 本次全球巨大變化是以人為主導(dǎo)因子產(chǎn)生的 農(nóng)業(yè)文明是全球變化的開端區(qū)域性陸地生態(tài)系統(tǒng)受到強烈改變 部分破壞工業(yè)文明是全球變化大轉(zhuǎn)折的開始幾個圈層都受到強烈干擾20世紀(jì)超過臨界點十字路口 面臨毀滅 還有機會調(diào)控人類的作用具有兩面性 人類對全球生命系統(tǒng)的不利影響 干涉生物地球化學(xué)循環(huán)和全球能量平衡改變非生物組分原有自然因子增加新物質(zhì) 能量和信息改變生物種類或成分降低生物多樣性局部生態(tài)系統(tǒng)完全毀滅破壞自然信息系統(tǒng) 人類對全球生命系統(tǒng)的有利影響 產(chǎn)生新型信息文字的劃時代意義使生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生對稱破缺和耦合分工提高生產(chǎn)力和效率特化后的生態(tài)系統(tǒng)再耦合成更大的系統(tǒng)使全球系統(tǒng)組分耦合成一個系統(tǒng) 全球耦合過程中的憂患意識 目前由人類造成的分工和耦合的優(yōu)越性不能過分夸大人類對自然規(guī)律的認(rèn)識十分有限人類的自私因素還過強 只顧短期效應(yīng)全球系統(tǒng)正常運行和進(jìn)化的目標(biāo)