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1、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,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,第一节 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、大气和水则是有机物质。 元素组成：生物体的组成主要是氢、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。,一、生物圈的物质组成,二、生物体的元素组成（G.E.赫钦逊生物圈）
2、,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。,三、生物圈的系统组成,四、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。,第二节 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
3、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，并且是相互联系、相互作用的。,一、生物圈的垂直准正态分布结构,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，随着海拔高度的增大，生物的种类与数量逐渐减少。综上所述，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结构。,从生物圈的垂直结构来看，具有垂直准正态分
4、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。,二、生物圈的结构特性,1.亲岩性,陆地生物量与生产率大于海洋 近地面生物量与生产率大于高空 近岸海域生物量与生产率大于远离陆地的大洋,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。,2.亲水性,湿润地区的生物量与生产率大于干旱地区，沿海地区的生物量与生产率大于内陆地区，表明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
5、产率与年降水量的关系（Strahler）,3.亲气性,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，因为海平面附近空气最充足，向高空、向地下和水下，空气都变得稀薄。,4.亲光性,生物量和生物生产率，地表大于地下，海面大于水下，在一定程度上反映了生物圈结构上的亲光性，因为地表的光强大于地下和水下，水深或者埋深越大光强越小。亲光性反映了太阳辐射对于生物生长发育的重要性：生物的生产率的高低，取决于光合作用的强弱。没有光，生物就无法进行光合作用，也就没有生物的生产，更谈不上生物量的多少了。,5.温控性,温控性是指生物圈的结构特征受到温度分布控制的性质。赤道、热带地区的生物量与生产
6、率大于极地寒冷地区，表明生物圈结构上的温控性，反映了温度或者热量对于生物的影响。生物的地带性分布规律，就很好地说明了这一性质。,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。,三、生物的地域分异与区系性,陆地植物的水平地域分布与纬度、湿度的关系,生物的这种地带性
7、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。,植被垂直带性与纬度地带性的关系,世界植物区系及其分区,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。,全北区（泛北区）；古热带区；新热带区；好旺角区（开普区）；澳大利亚区；南极区,（塔赫他间，1978）,第三节 生物圈的形成与演化,一、生命的起源 从无机物到简
8、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。 二、生物圈的演化 生物种类由少到多； 生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。,生物圈的形成与演化,10亿年前,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,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,生态系统(ecosystem)是生物群落与其环境之间由于不断地进行物质循环和能量流动而形成的统一整体。生物群落及其非生物环境(生境)共同组成的物质-能量系统，称为生态系统。,第四节 生态系统,生态系统是一个广泛
9、的概念，它可以从类型上理解，也可以从区域上理解。任何一个生物群落与其周围环境的组合，都可称为生态系统。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。,一、 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。,生态系统的组成及其相互关系 （Mackenzie,1998）,与小麦有关的生态因素图解,二、 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
10、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。,（一）营养级,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。,生态金字塔,（二）食物网,从污染生态学来看,食物链的研究具有十分重要的意义。因为污染物会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也越大，从而严重地危害较高营养级生物的生长发育或人体健康。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。,三、生物放大作用,DDT通过食物链而不断
11、积聚（杨持生态学）,三、生态系统的功能,（一）生物生产 （二）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%。 （三）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。,1.生物生产,绿色植物在阳光照射下，吸收水与二氧化碳，并 将之合成成为碳氢化合物(葡萄糖)，释放出氧气，这 就是光合作用： 12H2O + 6CO2+光能 = C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 呼吸作用则是有机质（碳氢化合物）氧化变成二 氧化碳和水的过
12、程： C6H12O6 +6O2 = 6H2O+ 6CO2+ 化学能,生物生产的区域分异,2.生态系统的能量流,生态系统的能量流动，具有以下五个特点： （1）生产者即绿色植物对太阳能的利用率很低，只有1.2%； （2）能量只朝单一方向流动； （3）流动中能量逐渐减少，每经过一个营养级都有能量以热的形式散失掉，而且各营养层次自身呼吸所耗用的能量都在其总产量的一半以上，即56%83%范围内；也就是说，各级的净产量只有总产量的17%44%； （4）各级消费者之间能量的利用率也不高，为4.5%17%，平均起来约为10%。因此，自然界食物链的长度一般不超过5个环节。并且位于最高营养级中的生物，取食的空间范
13、围比植食动物大得多。 （5）只有当生态系统生产的能量与消耗的能量相平衡时，生态系统的结构和功能才能保持动态的平衡。,3.生态系统的物质循环,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。,四、生态系统中的信息传递 生态系统的功能整体性，除体现在生物生产过程能量流动和物质循环等方面外，还表现在系统中生命成分之间存在着信息的传递。 生态系统中的信息主要可分为两大类： 物理信息：以物理过程为传递形式的信息，如光、声音、颜色
14、等。动物的求偶行为、恐吓、报警行为等都是物理信息。 化学信息：生物代谢产生的一些物质，尤其是各种腺体分泌的各类激素等，许多属传递信息的化学物质。同种动物间以释放化学物质传递信息是相当普遍的现象。例如，长爪沙鼠能从四种小型啮齿类的外激素中分辨出同种的气味。生物种间也存在着化学通讯联系，而且这种联系不仅常见于动物与动物之间，也常见于动物与植物间、植物与植物之间。,五、生态系统的稳定性生态平衡,生态系统是一种复杂的、动态的系统。在生态系统中就要不断发生能量和物质的交换和转移，形成一种能量和物质的连续流动。在一个未受干扰或少受干扰正常运行的生态系统中，这种物质和能量的输入与输出是趋于平衡的，这种平衡称
15、为生态系统的内稳定状态，或生态平衡。 生态平衡的维持和调节主要是通过系统的反馈机制、抵抗力和恢复力实现的。,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。,生态系统的反馈作用及其自我调节,两个负反馈之间的相互关系（潘树荣等）,种群稳定增长与自动调节示意图(Sutton),第五节 人与生物圈,一
16、、人类生物圈的组成部分,如果以人类为中心，讨论人类的生存环境，那么生物圈和岩石圈、大气圈、水圈一样，都是人类环境的组成部分。但是，如果换一个角度考虑，人类又是生物圈的组成部分。从生物学的角度说，人是生物的一种。,二、人与其他动物的关系,人与其他动物的关系,三、人在生物链中的位置,人类的生活离不开生物圈。人体本身不能直接制造有机质，人体机能的维持必须依靠生物制造或者提供的有机质。从生物链来说，人是杂食动物，是高级的消费者。要维持人类的生活，必须要有足够的植物与动物为之提供足够量的食物。,人在生物链中的位置（赫钦逊生物圈）,四、人对生物圈的影响,人类活动改变了生物圈的组成： 一方面由于人类活动对生境的干扰与破坏，一些物种数量减少甚至消失了；另外一方面种植、养殖以及生物工程技术的发展，一些新的物种诞生了。与此同时，人口还在不断的增长，相对来说，生物圈中人类所占的比重在增大。 人类活动改
