自然地理學(xué)課件1第七章

第七章

生物群落與生態(tài)系統(tǒng)生物作為地理環(huán)境中唯一有生命現(xiàn)象的有機(jī)成分，雖然其活質(zhì)總量遠(yuǎn)低于其他圈層的重量，但它卻對自然環(huán)境產(chǎn)生極其深刻的影響。在地球上存在有生物并受其生命活動影響的區(qū)域叫做生物圈（Biosphere），它包括大氣圈的下層，整個水圈和巖石圈的上部，厚度約達(dá)20km。生物圈及其作用實際上生物的大部分個體集中分布于地表和海洋表面上下約100m的范圍內(nèi)，形成為包圍地球的一個生命膜。生物在這個圈層中是一個非?；钴S的因素，它們的有機(jī)體及其群體參與了各種地理過程的進(jìn)行和不同地理環(huán)境的形成，并且常常是地理景觀最突出的特征。同時，生物也是人類進(jìn)行生產(chǎn)活動的重要資源和生存的基本條件，是社會、經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)?？傊?，生物是宇宙中最為活躍的物質(zhì)形式，在自然界能量的轉(zhuǎn)化與固定、物質(zhì)的遷移與循環(huán)和信息的傳遞與貯存中扮演著十分重要的角色，它的出現(xiàn)還使我們?nèi)祟惥幼〉倪@個行星表面變得絢麗多彩，生機(jī)勃勃。第一節(jié)地球上的生物界地球生命的起源生物五界系統(tǒng)地球生命的起源◆地球生命是如何形成的一直還是一個謎。普遍共識是：大約38億年前，在地球的海洋里首先形成了很長的核糖核酸（RNA）分子的分子鏈；到了36億年前，這些能形成很長分子鏈的RNA發(fā)展成為脫氧核糖核酸（DNA），生命主要就是從DNA發(fā)展而來。RNA雖然是DNA的先期物質(zhì)，但它卻具有一個DNA沒有的特性，即：它們不僅能自身復(fù)制，進(jìn)而繁衍開來，而且還能控制化學(xué)過程，從而開展生命過程?！魺o機(jī)物→簡單有機(jī)物（氨基酸等碳?xì)浠衔铮鞍踪|(zhì)、核酸等復(fù)雜有機(jī)物→原始生命→最原始的生物。原始生物誕生后，地理環(huán)境曾發(fā)生過多次重大的變化，同時生物在自然選擇和本身的遺傳與變異共同控制下，也在不斷地發(fā)生分化與發(fā)展，形成為今日地球上十分繁榮的生物界。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)今地球上已被科學(xué)家記載定名的生物約有140×104種，其中動物約100×104種，植物約40×104種。DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)組成DNA分子的基本單位是脫氧核苷酸脫氧核苷酸磷酸脫氧核糖含氮堿基腺嘌呤A鳥嘌呤G胸腺嘧啶T胞嘧啶C遺傳密碼細(xì)胞分裂前的DNA復(fù)制人類的基因2～2.5萬個生物界的分類生物分類系統(tǒng)中所采用的等級單位是界、門、綱、目、科、屬、種等。種又稱物種（Species），是生物分類的基本單位。種是起源于共同祖先、具有極為相似的形態(tài)和生理特征，且能自然交配產(chǎn)生可育后代，并具有一定自然分布區(qū)的生物個體群。相似的種合并為屬，相似屬合并為科，依次類推。生物五界系統(tǒng)一、原核生物界起源古老，細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡單，沒核膜，沒有明顯的細(xì)胞核。如細(xì)菌和藍(lán)藻；二、原生生物界由原核生物進(jìn)化而來，以單細(xì)胞為主，具有核膜和細(xì)胞核（屬真核生物）。主要生活在水中及濕潤的陸地環(huán)境中。包括：自養(yǎng)生物（可進(jìn)行光合作用）異養(yǎng)生物原核生物——細(xì)菌變形桿菌炭疽桿菌1炭疽桿菌2原核生物——藍(lán)藻1原核生物——藍(lán)藻2原核生物——平裂藻原核生物——項圈藻原生生物——金藻原生生物——直鏈藻接合原生生物

——草履蟲二分裂接合生殖原生生物——眼蟲三、植物界1735年瑞典生物學(xué)家林奈曾將生物分為動物界和植物界兩大類。植物界的特征：以真核多細(xì)胞為主，絕大多數(shù)含有葉綠素，為自養(yǎng)生物。包括藻類與高等植物（苔蘚、蕨類、裸子植物、被子植物，其中藻類和苔蘚為非維管植物，蕨類、裸子植物、被子植物為維管植物，提高了輸導(dǎo)水分和養(yǎng)料的效率，并產(chǎn)生了根、莖、葉等器官的分化）；苔蘚苔蘚與桫欏（蕨類）桫欏蕨類（芒箕）鳳尾蕨裸子植物——蘇鐵裸子植物

——銀杏裸子植物——松科的球果被子植物——椰樹菠蘿蜜可可樹蟠桃四、真菌界

特征：也屬于真核生物，但是由于體內(nèi)不含可行光合作用的任何色素而為異養(yǎng)生物（腐生、寄生）；有機(jī)體大都是由多細(xì)胞的菌絲聚集在一起而形成的菌絲體；外表呈灰色、黑色、褐色或紅色等；以各種孢子進(jìn)行繁殖。如木耳、蘑菇、靈芝草等。蘑菇蘑菇蘑菇茶樹菇猴頭菇五、動物界特征：真核異養(yǎng)生物，其細(xì)胞沒有細(xì)胞壁。動物具有遷移運動能力，營養(yǎng)方式以攝食為主。其中還可分為：環(huán)節(jié)動物、軟體動物、節(jié)肢動物、脊索動物和哺乳動物等。樹蛙斑馬獵豹第二節(jié)生物與環(huán)境◆生態(tài)學(xué)——研究生物與環(huán)境關(guān)系的科學(xué)；◆生態(tài)因子——指對生物的生長、發(fā)育、繁殖、行為和分布有影響的環(huán)境要素；生存條件——指生態(tài)因子中生物生存不可或缺的那些因子；例如：光、熱、水、氣、土等；◆生物之間的關(guān)系：競爭、寄生、捕食、合作等等。生態(tài)因子的分類按照生態(tài)因子的性質(zhì)，可分兩大類6個基本類型：

生態(tài)因子非生物因子

生物因子

氣候因子（光、溫、降水、風(fēng)等）土壤因子（土壤結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)等）地形因子（海拔、坡度、坡向、坡位、坡形等）植物因子—植物間機(jī)械作用，共生、寄生、附生等動物因子—攝食、傳粉（蟲媒）、踐踏等人為因子—墾殖、放牧、樵采等一、生態(tài)因子作用的一般特點1、綜合性環(huán)境中各種生態(tài)因子不是孤立存在的，而是彼此聯(lián)系、相互促進(jìn)、相互制約，任何一個單因子的變化，都可能引起其他因子不同程度的變化及其反作用。因此在進(jìn)行生態(tài)分析時，不能只片面地注意到某一生態(tài)因子而忽略其他因子。例如，一個地區(qū)濕潤程度，不只決定于降水量一個因素，而是諸氣象因素相互作用的綜合效應(yīng)。濕潤程度既決定于水分收入（降水），又決定于水分支出（蒸發(fā)、蒸騰、徑流和滲漏等）。可以認(rèn)為，蒸散是太陽輻射、溫度、大氣相對濕度、風(fēng)速以及地表覆蓋等諸因素綜合作用的結(jié)果。由于蒸散不便于取得可靠的觀測資料，而溫度與蒸散的關(guān)系極為密切，所以許多氣象學(xué)家、生態(tài)學(xué)家常用干燥度來表示一個地區(qū)的濕潤程度。2、非等價性3、不可替代性4、限制性生態(tài)幅的概念及特征生態(tài)幅（tolerance）——每個植物種對生態(tài)因子適應(yīng)范圍的大小，即耐性范圍（死亡上下限間）。①適宜區(qū)：處于適宜區(qū)的生態(tài)因子十分有利于植物生長，即使其強(qiáng)度發(fā)生變化，對植物并不起限制作用。②偏離適宜區(qū)：當(dāng)生態(tài)因子偏離適宜區(qū)時，每增減不大的數(shù)量，都會對植物產(chǎn)生顯著的影響。越偏離極值，其限制作用越強(qiáng)烈。二、生態(tài)因子與生物（一）光與生物1、光質(zhì)對植物的生態(tài)作用2、光強(qiáng)對植物的生態(tài)作用3、光周期對植物的影響4、光照長短對動物的生殖、換毛和遷移等都有明顯影響CO21、光質(zhì)的生態(tài)作用與植物適應(yīng)

紫外線（小于0.38μm，1%-2%）太陽輻射可見光（0.38-0.76μm，38%-49%）紅外線（大于0.76μm）光合有效輻射——太陽輻射可見光區(qū)大部分波段（0.4-0.7微米）能被植物吸收用于光合作用，稱之（PAR）。1.1可見光的生態(tài)作用與植物適應(yīng)不同波長的可見光，在誘導(dǎo)植物形態(tài)建成、向光性和色素形成方面，所起作用不同。

紅光影響植物開花、莖伸長、種子萌發(fā)，有利于碳水化合物合成；

紅橙光促進(jìn)葉綠素形成和伸長生長；

藍(lán)光有利于蛋白質(zhì)的合成；

綠光不能被葉綠素吸收，稱為生理無效光。

籃紫光和青光抑制植物伸長生長，造成植物矮化，引起植物向光性，促進(jìn)花青素形成。

一般地，植物需要同時吸收紅光區(qū)和藍(lán)光區(qū)，才能實現(xiàn)最大光和效率。1.2其他光的生態(tài)影響與植物適應(yīng)紫外線較多，會抑制植物莖的伸長生長。如高山空氣稀薄，大氣透明度高，紫外線較多，植物高生長受到抑制，莖節(jié)間縮短，組織分化加快，機(jī)械組成發(fā)達(dá)，加之土壤貧瘠、低溫、大風(fēng)作用，植物多呈蓮座狀或球狀、匍匐狀。且大量植物生長絨毛以提高對紫外線的反射量。漫射長波光促進(jìn)枝葉徒長

如多雨、高溫、多云霧生境中，漫射長波光占優(yōu)勢，會引起枝葉過于繁盛而推遲花期。這正是云霧茶、高山茶（纖維含量少、柔嫩，茶素和蛋白質(zhì)較多）等優(yōu)質(zhì)名茶生產(chǎn)所需要的條件。2.光強(qiáng)的生態(tài)作用與植物適應(yīng)

光合速率——單位時間單位葉面積所吸收的CO2（mg/dm2.h）。凈光合速率黑暗中光合作用停止，呼吸作用開始，消耗有機(jī)物，釋放CO2微弱光下光合作用開始，吸收CO2

，制造有機(jī)質(zhì)植物的生理過程光合能力——在光照、水分、溫度、CO2諸條件正常且適宜的條件下，各類植物的最大凈光合速率。凈光合作用2.1植物對光強(qiáng)的生態(tài)適應(yīng)①

植物對光強(qiáng)的適應(yīng)類群根據(jù)植物對光強(qiáng)的適應(yīng)（需光量不同）可劃分出三種生態(tài)類群：陽生植物（heliophyte）：光補(bǔ)償點、光飽和點高，適應(yīng)強(qiáng)光環(huán)境，耐蔭力弱，對強(qiáng)光的利用力強(qiáng)——C4植物。陰生植物（sciophyte）：光補(bǔ)償點、光飽和點低，適應(yīng)弱光環(huán)境，耐蔭力強(qiáng)，能有效利用弱光。中生植物（shadeplants）：對光的適應(yīng)范圍較寬，是光照條件的廣域生態(tài)群落。3、光照長短與植物光周期光周期現(xiàn)象——植物長期生活在具有一定光照長短變化格局的環(huán)境中，借助自然選擇和進(jìn)化，形成了各類植物所特有的對日照長短變化的反應(yīng)方式（生長、開花、落葉、休眠等方面）。3.1光周期與植物繁殖適應(yīng)短日照植物——日照時間短于一定臨界值（每日光照8~12小時）后才開花，即晝短夜長時開花。多起源于南方，一般在深秋或早春開花，縮短光照時間可促進(jìn)提前開花。如菊類、牽牛、棉花、水稻、玉米、高粱、大豆等晚熟作物。長日照植物——日照時間超過一定臨界值（每日光照14小時）后才開花，即晝長夜短時開花。多起源于北方，延長光照時間可促進(jìn)提前開花。如鳳仙花、紫菀、冬小麥、甜菜、菠菜、蘿卜等。起源于北溫帶的植物多屬于長日照植物。中等日照植物——需要中等日照（每日光照12.5小時）形成花芽，如甘蔗。中間性植物——植物開花對日照長短不敏感。如黃瓜、番茄、四季豆、蒲公英等。植物光周期現(xiàn)象的實際應(yīng)用a

園林景觀、環(huán)境布設(shè)中控制花期早晚。b引種時要注意：起源于北溫帶的長日照植物，突然引種到南方短日照條件下，常推遲或不能開花；短日照植物引種到北方擴(kuò)大栽培時可能深秋才開花，但很快會凍死；長日照植物從原產(chǎn)地向北引種，短日照植物從原產(chǎn)地向南引種，都可能發(fā)生縮短生長期現(xiàn)象，甚至植株很矮便開花結(jié)實影響產(chǎn)量——提早發(fā)育。例：短日照植物大豆

廣州品種龍豆角向北引種到北京，168天（秋后）才開花，然后凍死，無收成；佳木斯品種滿倉金向南到北京，36天開花（提早開花）未長大就開花，收成差。光與植物森林內(nèi)部雨林林下（二）溫度與生物1、高溫的危害2、低溫的危害3、溫度對動物的生長發(fā)育和形態(tài)的影響4、溫度還影響動植物的地理分布（三）水與生物1、水的作用2、當(dāng)環(huán)境中水分過多或過少時，對植物的影響3、根據(jù)植物對水分的適應(yīng)，將植物劃分為四個生態(tài)類型，即水生植物、濕生植物、旱生植物、中生植物4、水對動物的影響水分與植被（四）空氣與生物空氣對生物的影響包括空氣的化學(xué)成分和空氣運動兩個方面。如氧、二氧化碳等的重要作用?？諝庵杏泻ξ镔|(zhì)如硫化物、氟化物、氯化物、氮氧化物等，造成大氣污染。綠色植物的作用在占地球表面積約1/3的陸地上，除了裸巖和冰川外，或多或少都有植物生長，即使是在水中也有植物存在。這些植物給我們居住的星球表面披上了一層綠裝——植被（如森林、草原、沼澤、荒漠等）1、綠色植物對有害氣體的吸收作用2、綠色植物的減塵作用3、綠色植物的殺菌作用4、綠色植物還有減弱噪聲、吸滯放射性物質(zhì)和二氧化碳的作用。（空氣運動）風(fēng)的生態(tài)作用風(fēng)的有害作用主要是使植物變形，特別是在干燥風(fēng)的長期作用下，植物體向風(fēng)的一側(cè)蒸騰大量水分，使體內(nèi)水分平衡受到破壞，葉片萎蔫、枝條枯死，形成不對稱的“旗形樹冠”。旗形樹（五）土壤與生物1、土壤是陸地生物生存的重要基地，它的物理、化學(xué)性質(zhì)對生物的生存產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響。2、土壤是陸生植物生長發(fā)育的基地和營養(yǎng)庫。它具有供應(yīng)和調(diào)節(jié)植物生活中所需水分養(yǎng)料和空氣等條件的雙重作用。

植物從大氣中吸收同化碳和氧，同時從土壤中吸收同化氮和礦質(zhì)元素。植物對氮和礦質(zhì)元素的吸收、轉(zhuǎn)化和同化，通稱為礦質(zhì)營養(yǎng)。

土壤是陸生高等植物的固著基地和營養(yǎng)庫，向植物提供幾乎全部水、氮和礦質(zhì)元素，并強(qiáng)烈影響植物對營養(yǎng)物的吸收活動。

對于植物而言，土壤起著資源與調(diào)節(jié)雙重作用。土壤物理性質(zhì)對植物的影響1、從土壤的機(jī)械組成來看，堅實的粘土通氣透水性能差，不利于根系發(fā)育，多生長淺根系植物。2、壤土結(jié)構(gòu)良好，土壤空氣與水分適中，發(fā)育以深根系為主的植物。3、在流動性大的沙地上，一般由于光照強(qiáng)烈、溫度變化劇烈、干燥少雨、風(fēng)力大、養(yǎng)分不足等條件限制，只有種類不多的沙生植物能夠生存（因為具有一系列適應(yīng)特征）植物與土壤之間的物質(zhì)交換土壤和植物之間以極大的接觸面積進(jìn)行著頻繁的物質(zhì)交換。土壤供應(yīng)植物的水分和礦質(zhì)營養(yǎng)元素，植物的代謝產(chǎn)物和枯枝落葉又促使土壤的形成和影響其理化性質(zhì)。植物要從土壤中吸收多種營養(yǎng)元素，以保證其生存。營養(yǎng)元素與植物吸收已有實驗證明：灰分物質(zhì)（植物體燃燒后遺留的無機(jī)物）中含有15-20種植物正常生長所必須的元素。其中：N、P、K、S、Ca、Mg等礦質(zhì)元素——吸收得最多，稱大量元素Fe、Cu、Zn、B、Cl、Mo、Co等元素—屬微量元素，但也不可缺少。這些礦質(zhì)元素以離子形式（氧化物形式）存在于土壤溶液時才能被根吸收。這些有效態(tài)養(yǎng)分，尚不足礦質(zhì)元素在土壤中總量的0.2%。營養(yǎng)元素的短缺、過量都直接影響植物的生長發(fā)育。一些重要元素的作用氮是構(gòu)成蛋白質(zhì)和核酸等有機(jī)物的重要成分，氮素營養(yǎng)充足時，對蛋白質(zhì)、各種酶、葉綠素、生長素等的合成有利，會使植株高大，葉片多、色暗，光合作用強(qiáng)，有機(jī)物產(chǎn)量高；相反植物生長緩慢，葉色黃綠，有機(jī)物產(chǎn)量降低。磷也參與蛋白質(zhì)、核酸和酶的形成，植物缺磷時出現(xiàn)生長緩慢、蛋白質(zhì)減少、落花落果等現(xiàn)象。其他元素也都各有其特殊作用。土壤酸堿度的影響土壤的酸堿度（pH）影響礦質(zhì)營養(yǎng)鹽類的溶解度，從而影響礦質(zhì)營養(yǎng)元素被植物吸收利用的有效性。例如：磷在堿性土壤中易于和鈣結(jié)合使磷的有效性降低，在酸性土壤中容易和鐵、鋁結(jié)合，也降低其有效性，一般在pH為6-7.5的弱酸性至中性土壤中有效磷較多。根據(jù)pH值劃分的植物類群根據(jù)植物對土壤pH的適應(yīng)范圍不同，可將植物劃分為酸性土植物（pH小于6.5），如鐵芒萁、馬尾松、柑桔、茶、橡膠等；中性土植物（pH6.5-7.5），大多數(shù)農(nóng)作物、蔬菜和許多落葉闊葉樹種；堿性土植物（pH大于7.5），如荒漠地區(qū)中的一些植物。土壤鹽漬化土壤中易溶性鹽類（NaCl、NaSO4、NaHCO3、NaCO3）含量過高時發(fā)生鹽漬化現(xiàn)象，使土壤溶液濃度高，滲透壓增大，植物吸收水分困難，出現(xiàn)生理性干旱，種子發(fā)芽和植株生長不良，限制了一般植物的生存。如紅樹、鹽角草、堿蓬等。（六）生物之間的關(guān)系生物之間的關(guān)系十分復(fù)雜，有種內(nèi)關(guān)系和種間關(guān)系，有直接影響和間接影響，還有不利與有利的作用。如競爭、寄生、捕食及原始合作與互利共生等。生物之間的關(guān)系競爭——對食物、生存空間和其他條件具有相似或相同要求的不同物種，為了自身生存相互間都力求抑制對方，從而給雙方都帶來不利影響，稱為競爭。一般發(fā)生在彼此共同需要的資源和空間有限而物種個體密度過大的情況下。如草原上的鼠類、牛羊和其他食草動物為飼草而發(fā)生的資源利用型競爭。種間競爭的結(jié)果出現(xiàn)不等性或不對稱性，即一個種被另一個種完全排擠掉，或是一個種迫使另一個種占據(jù)不同的空