生物地理学第一章综述

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1、生物地理学,主讲人：王东教授,第一章 生物地理学引论,一.生物地理学（biogeography ）定义 什么是生物地理学? 生物地理学是关于动物、植物地理分布的科学。 Biogeography is a science that deals with the geographical distribution of animals and plants（from MerriamWebster Online Dictionary）,第一章 生物地理学引论,一.生物地理学（biogeography ）定义 生物地理学是在生物学和地理学的基础上发展起来的一门生物地理学新的交叉学科。 属于生物学和地理

2、学的二级分支学科 在讨论物种的分布时，应当考虑到其过去、现在以及将来；在探讨其规律时，离不开对分布区及其周围的气候、土壤、地质及相关环境要素的分析，以及分布区内物种之间相互关系的探讨。,一.生物地理学定义,一.生物地理学定义,生物地理学主要研究地球表层生物的分布及其分布规律。 主要对象是地球表层的生物群落 范围是地球表层各结构单元内生物种类组成、生物特征及其与自然环境之间的相互关系,一.生物地理学定义,内容包括 地球上各自然景观生物群落的组成结构、时空变化和地域规律 生物群落与地理环境各要素间的关系 生物种的分布区和生物区系的形成与演变等。,一.生物地理学定义 与分类学的关系,在分类学上，要全

3、面完整地认识一个物种，或一个地区的物种，往往有必要对其分布区的范围和特征进行多次全面地调查研究，待形成一个整体的认识才有可能。因此，分布区的研究，是分类学中非常重要的部分。 生物地理学与分类学的关系在进行野外调查时体现得最为充分。如果我们不知道物种的分布区域及其特点，采集工作则如大海捞针。如果已经知道其分布的大致范围，则调查工作会达到事半功倍的效果。,一.生物地理学定义 与生态学的关系,生态学是研究物种与其生存环境之间关系的学科。 生态学不仅要研究物种的存在、物种的数量及其时空动态、物种的行为、物种在分布区内的分布特征和活动规律，而且还要探讨物种分布与环境因素的关系，研究物种存在的非生物因素，

4、以及地貌、气候植被等因素与物种分布区的关系。 这些研究内容和生物地理学特别是生态生物地理学的研究内容是一致的。,一.生物地理学定义 与遗传学的关系,每一物种都有一个发生、发展和消亡的过程。物种的起源、演化和消亡具有时间和空间的特征 遗传学所研究的内容涉及到物种起源、演化和消亡过程中基因的产生、突变、融合、断裂等现象，而上述遗传物质的演化又与物种生存的地理位置、极端的生态环境、地质史上的重大历史事件密切相关。 在这种意义上，以要解决物种的起源、演化及其机制为其终极目的的遗传学也就与生物地理学有了密切的关系。,一.生物地理学定义 与保护生物学的关系,保护生物学是应用生态学的一个分支，近年来获得了很

5、大发展。 保护生物学领域涉及的研究内容与生物地理学有密切的关系，如特有种的概念及其研究、热点地区、生态关键地区、保护区的选址和设计(包括面积和形状)不仅依赖于生物地理学的理论指导，而且还将地理信息系统(GIS)、遥感技术(RS)、和全球定位技术(GPS)作为重要的研究手段。,一.生物地理学定义 与保护生物学的关系,岛屿生物地理学是生物地理学的重要组成部分，已成为保护生物学中自然保护区建设的主要理论依据，该理论在创立之初就曾引发了学术上的“十几个小面积的保护区的保护效果好，还是一个大面积保护区的保护效果好”的争论(又称为small several or lager single，SSOLS)。

6、从某种意义上来说，岛屿生物地理学可以作为物种保护的理论基础之一。,二.生物地理学的分支,正由于这种学科的综合与交叉，生物地理学从最初的发展就已分成了几门独立的学科，主要有植物地理学、动物地理学。 其中每门学科又分为若干独立的分支，如植物地理学分为研究植物种类和类群在世界上的区域分布及其规律的植物区系地理,二.生物地理学的分支,二.生物地理学的分支,生物区系地理学：研究各种生物的分布规律，各地区生物区系的种类组成及形成原因 生态生物地理学：研究生物群落的结构特点及与环境的科学 历史生物地理学：研究生物分布区特点和生物区系的起源及发展历史,二.生物地理学的研究基本问题,生物地理学是生物学和地理学之

7、间的交叉学科，核心问题是生物在空间和时间上的分布格局。 它企图回答为什么X种生物分布在Y地区。 回答这个问题可以从两方面去探讨：一是从环境变化即过去历史或现代生态条件来研究；二是由于是从生物种的角度即从植物学或动物学或微生物学去研究。,二.生物地理学的研究基本问题,地球上生物群的分布特点？ 地球上为何有如此丰富的生物？形成现今分布格局的原因？ 现今地球上生物分布格局受何种因素制约？演变历史？ 人类活动对生物分布格局影响？影响的过程和结果？怎样预测？,二.生物地理学的研究基本问题,在芬兰南部的一个北方针叶林区的非常详细的小范围生物地理学调查中，来自赫尔辛基大学的一些研究者设置了一个陷瞬网格，沉人

8、地下(“陷坑”)，他们从中收集了那些倒霉的，碰巧失足落人陷阱的土居昆虫和无脊椎动物。依此方式，在他们研究的区域，他们能够精确检测这些漫游的小生物在哪儿搜寻食物。,用一个有趣的例子试图来解释一下！,二.生物地理学的研究基本问题,他们放置了一个网格，测得网格一个轴长125m、另一个轴长60m，每间隔5m放一个陷阱总共300个。 他们记录了落人这些陷阱的所有蚂蚁和土壤甲虫(步行虫)，汇总他们一整个夏天的记录，其中一些结果示于图11和图12。,二.生物地理学的研究基本问题,在图11中我们见到占据该区域的两个蚂蚁物种的多度格局。 在与它们的巢址有关的多度上它们的降很尖，同时北蚁有许多巢穴中心，黑蚁只有一

9、个主巢穴。虽然在一个样本大小为几百平方米的检查中发现两个物种在一起，但当我们更详细看时，它们是十分严格分隔的。 群体间竞争性相互作用明显导致严格的空间分离。,二.生物地理学的研究基本问题,我们在图12中展示了占据同一区域的一些土壤甲虫的结果。 所示的前两个物种L (图12a)和C (图12b)有十分相似的分布格局。 两者比较共同地都朝向样本图的右下方，并且当我们把它们的格局与蚂蚁的格局比较时，吸引人的是断定他们躲开蚂蚁最稠密区域，土壤甲虫和蚂蚁之间负相关系是自然界中常见情况。,二.生物地理学的研究基本问题,发现两个甲虫物种在一起的事实提示，它们没有任何有关彼此共有空间的顾忌，因此它们大概并不相

10、互消费，十有八九它们也并不为食物竞争，否则大概这个或那个物种会被更良好的竞争者排斥。 原因：L切捕食细小的动物(弹尾虫和蜗)，它们吃落叶或分解了的植物物质。在另一方面，C是一种专门的摄食者，捕食软体动物蛞蝓和蜗牛。 这样，这两者又十分不同的的食物需求，并且可以同时栖居在一个区域，没有任何负作用。,二.生物地理学的研究基本问题,第三种甲虫P比另外两种哪种都要丰富，并且它的分布区也与它们的重叠。 它是一般化的猎食者，因此虽然它很可能与另外两种竞争，但是宽幅度的食物来源供它选取，使它可以和它们共存。然而，正如前两种的情况，它也似乎躲开蚂蚁。,二.生物地理学的研究基本问题,第四种甲虫Ca(图12d)，

11、有更不同的格局。不像前三个物种，它在样本区域的上端显得比较丰富。 这个物种吃什么，现在还知道得不精确，但是它有许多近亲捕食蚂蚁。因此，对它在所研究区域的蚂蚁出没部分的多度，这是最可能的解释。,二.生物地理学的研究基本问题,动物的详细局部研究的这个例子，揭示了在这个范围里调查有机体的格局是怎样的复杂。 这组资料能够主要用摄食关系来解释，但是其他生物的相似格局往往与诸如温度差异、光照、小气候、湿度等因子有关，或者有些动物活跃在白天(或黑夜)的不同时问里，这样，甚至在这个研究范围里也把时间维加到生物地理学上了。,二.生物地理学的研究基本问题,三.生物地理学的研究方法,1. 定点观测、野外考察和取样

12、2. 实验分析 3. 数据分析：模型及预测研究,一.生物地理学定义,学科意义 通过研究、掌握生物分布的特点及其地域规律，为减少有害生物、保护有益生物、定向地改变生物群落。从而合理利用生物资源及其生物多样性的保护提供理论依据和实践方法等，使之有利于国民经济的发展，有利于维持生态系统的动态平衡，更有益于人类的生活与健康。,四.生物地理学的理论发展,生物地理学发展简史 历史生物地理学与生态生物地理学 扩散学说的缺陷 离散学说的兴起 生态生物地理学,四. 生物地理学理论发展 发展简史,传统的观点认为，生物地理学可以分为3个大的发展时期： 古典期(1860年以前) 华莱士期(1860 1960年) 现代

13、期(1960年以来),四. 生物地理学理论发展 发展简史,古典期动物地理学代表 最早从事动物地理学研究的是齐麦尔曼（Zimmermann E A W )，在1777年著有昆虫区著有哺乳动物分布； 菲布利休斯(Fabricius) ，在1778年著有昆虫区系，将世界昆虫的分布划分了8个区； 帕拉斯在1811年著有俄罗斯亚洲动物区系，记述了各类脊椎动物的地理分布,四. 生物地理学理论发展 发展简史,古典期动物地理学代表 创立植物地理学洪堡德 植物地理学的奠基人是亚历山大.洪堡（Hunboldt A），他在1807年出版的植物地理学知识一书，是世界上第一部植物地理学专著，书中首先提出了“植物地理学”

14、这一科学概念 。 他还把植物的分布和当地的气候和土壤联系起来，提出植物如何受环境影响的问题，而且把植被依景观的不同而把全世界分为16个区。这样强调环境虽不免失之于偏，但在科学史上仍有其地位，而且促进了植物地理学这门新科学的建立。,四. 生物地理学理论发展 发展简史,古典期动物地理学代表 丹麦斯考（Schouw.JF）,在1822年著有普通植物地理学基础。 阿.德.康多(Alphonse de candolle)在1855年著成植物地理学是对当时植物地理学全面总结。,四. 生物地理学理论发展 发展简史,华莱士期(1860 1960年) 艾尔弗雷德拉塞尔华莱士（Alfred Russel Wall

15、ace ），英国博物学家，进化论者，与达尔文共同提出自然选择学说，动物地理学的奠基人。 他根据哺乳类的分布情况，把全世界的动物分布划为若干区，各区有自己的特点。他提出位于龙目岛和里巴岛之间有一条深沟，沟以东是澳大利亚区的动物类型，沟以西是亚洲区的动物类型。他所发现的这条线（即华莱士线）以及动物地理的分布区域，到现在仍然大部分有效。,四. 生物地理学理论发展 发展简史,华莱士期(1860 1960年) 19世纪末，影响最大的是植物生态地理学，最有影响的是丹麦学者瓦尔明1895 年所著的以植物生态地理学为基础的植物分布学和 德国学者辛伯尔在1898以生理为基础的学。 这两部著作对后来生态学的研究起到了推动作用，现代植物生态学和植物群落学就是在这两部著作的基础上发展起来的。 群落学就是在这两部著作的基础上发展起来的。,四. 生物地理学理论发展 发展简史,华莱士期(1860 1960年) 道库恰耶夫的“自然地带性”学说被确立以后，对生物地理学的发展具有特殊意义使人们从广泛的地理科学的背景上来研究和认识生物界。 贝尔格在自然地带性学说的基础上创立了景观学说 自然地带性学说和景观学说是研究生物地理规律的重要基础。,三. 生物地理学理论发展