地球上主要生態(tài)系統(tǒng)類型

地球上主要生態(tài)系統(tǒng)類型地球上主要生態(tài)系統(tǒng)類型/NUMPAGES14地球上主要生態(tài)系統(tǒng)類型地球上主要生態(tài)系統(tǒng)類型4地球上主要生態(tài)系統(tǒng)類型4．1陸地生態(tài)系統(tǒng)全球陸地面積約占總面積的三分之一，但陸地生物群落的現(xiàn)存生物量卻占了全球的99％以上，可見，陸地生物群落在整個生物圈中起著至關(guān)重要的作用。由于陸地的環(huán)境條件非常復(fù)雜，從炎熱多雨的赤道到冰雪覆蓋的極地，從濕潤的沿海到干燥的內(nèi)陸，形成各種各樣的適應(yīng)環(huán)境條件的生物群落和陸地生態(tài)系統(tǒng)。綠色植物是陸地生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者，與一定環(huán)境條件相適應(yīng)的植物群落的組成成分和結(jié)構(gòu)，決定著生活于其中的消費(fèi)者和分解者的種類與構(gòu)成。因此，根據(jù)植物群落的特征可以區(qū)分出幾個次級生態(tài)系統(tǒng)，它們在空間的分布主要受到水分條件的制約。森林生態(tài)系統(tǒng)一般分布于濕潤和半濕潤地區(qū)，具有眾多的營養(yǎng)級和非常復(fù)雜的食物網(wǎng)，是生產(chǎn)量最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)。在適宜的水分條件下，溫度的高低決定著生長季節(jié)的長短，生物群落的組成成分和結(jié)構(gòu)特征，能量流動和物質(zhì)循環(huán)的速率，以及生物生產(chǎn)量的水平。根據(jù)這些特征，可以劃分為熱帶雨林、亞熱帶常綠闊葉林、溫帶落葉闊葉林、亞寒帶針葉林和寒帶凍原等森林生態(tài)系統(tǒng)不同類型。森林生態(tài)系統(tǒng)以它巨大的生產(chǎn)量養(yǎng)育著各種各樣的消費(fèi)者和數(shù)量巨大的分解者。熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)分布于赤道兩側(cè)南北20°之間，以南美洲亞馬孫河流域、非洲剛果河流域和東南業(yè)熱帶地區(qū)面積最大。這些地區(qū)高溫多雨；生產(chǎn)者以常綠的高大喬木為主；種群結(jié)構(gòu)復(fù)雜，僅喬木就有4～5個垂直層次；個體數(shù)量巨大，每公頃可達(dá)50～70個不同樹種；林內(nèi)還有極其豐富的灌木、草本植物、藤本植物和附生植物；植物群落的季節(jié)變化不明顯。食草動物有貘、象、猴、大猩猩和眾多的嚙齒類動物，食肉動物有虎、豹等，此外，林內(nèi)還生活著種類和數(shù)量上眾多的昆蟲和鳥類，它們的食物分布在不同的營養(yǎng)級上。熱帶雨林的凈初級生產(chǎn)量約為37.4×109t·a-1，占陸地凈初級生產(chǎn)總量的32％。根據(jù)初步的估計，大約只有3.8％的凈生產(chǎn)量保持在森林中，其余的部分則在食物鏈中進(jìn)行著物質(zhì)的循環(huán)和能量的傳遞。草原生態(tài)系統(tǒng)一般分布于半濕潤、半干旱的內(nèi)陸地區(qū)，如歐亞大陸溫帶地區(qū)、北美中部、南美阿根廷等地，那里年降水量較少（250～450mm），且集中于夏季。生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)級和食物網(wǎng)相對簡單一些。生產(chǎn)者以禾本科草本植物為主，消費(fèi)者包括大型食草類動物如野牛、野驢、黃羊、野兔，穴居的嚙齒類如田鼠、黃鼠、旱獺和食肉動物沙狐鼬和狼。草原生態(tài)系統(tǒng)的種類組成和生產(chǎn)量隨當(dāng)?shù)亟涤炅慷嗌俣煌Ｊ澜绮菰钠骄鶅舫跫壣a(chǎn)量為500g·m-2·a-1，在水分不足的溫帶干旱地區(qū)，草原的生產(chǎn)量僅為100～400g·m-2·a-1，而在水分充足的亞熱帶地區(qū)，草地的生產(chǎn)量可高達(dá)600～1500g·m-2·a-1，草原生產(chǎn)量最高的是新西蘭的常綠草地，約為3200g·m-2·a-1?；哪鷳B(tài)系統(tǒng)一般分布于亞熱帶和溫帶干旱地區(qū)，如歐亞大陸內(nèi)部、美國中西部和北非及阿拉伯半島等地，那里年降水量稀少（小于250mm）且氣溫變化劇烈，日較差很大。嚴(yán)酷的自然環(huán)境限制了許多植物的生存，生產(chǎn)者為數(shù)量很少的旱生小喬木、灌木或肉質(zhì)的仙人掌類植物，種類貧乏，結(jié)構(gòu)簡單。由于食物的單調(diào)和缺乏，消費(fèi)者的種類和數(shù)量都很少，常見的有蝗蟲、蜥蜴、嚙齒類和一些鳥類，它們通常也具有對干旱環(huán)境的很強(qiáng)適應(yīng)特征如夏眠、夜行、耐旱等?；哪膬舫跫壣a(chǎn)量極低，約為3～90g·m-2·a-1，是個十分脆弱的生態(tài)系統(tǒng)。4．2水域生態(tài)系統(tǒng)地球上的水域包括海洋和江、河、湖泊，其中以海洋的面積最大，占地球總面積的三分之二以上。水作為生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境因素，與陸地有很大不同。水的密度大于空氣，許多小型生物可以懸浮在水中，借助于水的浮力度過它們的一生；水的比熱較大，溫度變化明顯小于陸地，為水生生物提供了穩(wěn)定的生存環(huán)境；水是良好的溶劑，許多營養(yǎng)物質(zhì)都可以溶解于水，為水生生物提供了養(yǎng)分的來源；除水體表面以外，水環(huán)境中的光照較弱，含氧量低，對水生生物的生長和繁殖起到限制的作用。根據(jù)水化學(xué)性質(zhì)的不同，水域生態(tài)系統(tǒng)可劃分為淡水生態(tài)系統(tǒng)和海洋生態(tài)系統(tǒng)。淡水生態(tài)系統(tǒng)又可細(xì)分為流水生態(tài)系統(tǒng)（河流）和靜水生態(tài)系統(tǒng)（湖泊、沼澤、池塘和水庫等）兩種。現(xiàn)以湖泊生態(tài)系統(tǒng)為例，說明淡水生態(tài)系統(tǒng)的特征。湖泊是地面上長期淹水的洼地，水流很慢，水的更換周期一般為十幾年到數(shù)十年。在濱岸帶，由于水層相對較淺，光照充足，營養(yǎng)物質(zhì)豐富，使植物種類豐富，以水生維管束植物和藻類最為繁盛，它們是湖泊生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)物質(zhì)的主要生產(chǎn)者。充足的食物養(yǎng)育著多種多樣的消費(fèi)者動物種群，如浮游甲殼類、螺、蚌、以及蛇、蛙、魚、水鳥等大量脊椎動物。作為湖泊生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)者的綠色植物，在濱岸帶具有從湖岸向湖心方向呈同心圓狀分布的特點(diǎn)，可進(jìn)一步分為（圖10-12）：·濕生植物帶：是由莎草科植物構(gòu)成的濕草甸或短期積水的沼澤?！ねλ参飵В菏情L期積水的湖泊淺水帶，常見的植物有蘆葦、茭白、香蒲、水蔥等，它們根和莖的下部浸在水中，上部挺出水面，形成郁閉的高草群落?！じ∪~植物帶：隨著水深的增加，挺水植物逐漸被睡蓮、眼子菜等浮葉植物代替，這些植物的根著生在水底淤泥中，葉子和花漂浮在水面上?！こ了参飵В涸偻钐?，苦草、狐尾草、金魚藻等沉水植物發(fā)育，它們的根系扎于湖底，莖、葉和花全部沉浸在水中。由濱岸帶再向湖心延伸，水面開闊，深度加大，有機(jī)物質(zhì)和泥沙含量減少，湖水清澈，按透光程度和氧氣含量分為表水層和深水層兩個垂直層次。表水層光照充足，溫度高，生產(chǎn)者以浮游植物為主，包括硅藻、綠藻、藍(lán)藻、雙鞭甲藻等，它們通過光合作用使該層中氧氣含量高，從而吸引了眾多的消費(fèi)者，如原生動物、輪蟲、枝角類和橈足類等。這些浮游動物又為自游動物——魚類提供了豐富的餌料，使表水層成為多種魚類生活的場所。深水層光照微弱，由于不能滿足綠色植物光合作用的條件，所以，生物群落主要由異養(yǎng)動物和嫌氣性細(xì)菌為主。魚類等異養(yǎng)動物以各種小型浮游動物為食，細(xì)菌則分解各種有機(jī)殘體，產(chǎn)生的無機(jī)物質(zhì)可再度為藻類利用，形成養(yǎng)分的循環(huán)。湖泊生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)量平均為400g·m-2·a-1，低于陸地上的森林和草原生態(tài)系統(tǒng)。隨著工業(yè)化的進(jìn)程，世界上許多湖泊遭到由氮、磷組成的人造有機(jī)物的污染，使藻類大量繁殖，不斷消耗水中的溶解氧，并產(chǎn)生硫化氫等有毒氣體，造成水質(zhì)惡化，魚類和其他水生生物的大量死亡，稱為富營養(yǎng)化。在自然環(huán)境中，湖泊富營養(yǎng)化的形成則需數(shù)千年甚至上萬年。海洋生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者由體型很小、數(shù)量極大、種類繁多的浮游植物如藻類組成，它們直接從海水中攝取CO2、H2O和各種無機(jī)養(yǎng)料。廣闊的海洋和大量的食料為消費(fèi)者提供了適宜的生存環(huán)境，使海洋動物的種類和數(shù)量異常豐富。由于生產(chǎn)者轉(zhuǎn)化為初級消費(fèi)者的物質(zhì)循環(huán)效率高，在海洋上層浮游植物和浮游動物的生物量大致為同一數(shù)量級，即浮游植物的生物量幾乎全部被浮游動物所消費(fèi)。然而，海洋生態(tài)系統(tǒng)的平均初級生產(chǎn)量卻僅及陸地的約五分之一。根據(jù)海水深度的差異，可以將海洋生態(tài)系統(tǒng)分為淺海帶和外海帶兩類圖10-13。淺海帶包括自海岸線起到200m深度以內(nèi)的大陸架部分，這里光照充足，溫度適宜，并且接受河流帶來的大量有機(jī)物，成為海洋生命最為活躍的地帶。主要生產(chǎn)者為單細(xì)胞如綠藻、硅藻、雙鞭甲藻和大型多細(xì)胞藻類如石莼、海帶、裙帶菜等。由于生產(chǎn)者的種類和數(shù)量十分豐富，淺海帶是海洋生態(tài)系統(tǒng)中凈初級生產(chǎn)量最高的區(qū)域，估計在200～600g·m-2·a-1之間，在河口海灣地區(qū)，最高可達(dá)4000g·m-2·a-1。消費(fèi)者中底棲動物豐富，有軟體動物、棘皮動物、腔腸動物、環(huán)節(jié)動物等，浮游動物為撓足類，自游動物包括蝦和鱈、鯡等各種魚類，世界上的主要漁場都位于淺海帶。外海帶指深度在200m以下的海區(qū)，最深可達(dá)10000m以上，是生物圈中厚度最大的生態(tài)系統(tǒng)，凈初級生產(chǎn)量約為2～400g·m-2·a-1。根據(jù)海水中光照的強(qiáng)弱，可大致分成兩個垂直帶：大洋表層（0～200m）和大洋下層（200m以下）。大洋表層，特別是在深度小于100m的范圍內(nèi)，光照充足，水溫較高，為浮游植物集中分布的區(qū)域。消費(fèi)者除浮游動物外，主要的自游動物有烏賊、金槍魚、飛魚，以及兇猛的鯊魚、龐大的哺乳動物鯨和大型爬行動物海龜?shù)取４笱笙聦訛闊o光層，溫度低且穩(wěn)定，全年都在0～2℃左右。隨著深度的增加，海水壓力以平均每加深10m一個大氣壓的梯度急劇上升，在10000m深的洋底，壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的1000倍。在這樣的深水環(huán)境中，綠色植物不能生存，但直到10000m深的海底都有海洋動物存在，它們大都屬于食肉動物，以吞食活動物和動物尸體為生。深海動物一般都分層生活，下層動物以上層動物為食，形成一條垂向的食物鏈，營養(yǎng)級可達(dá)5～6個之多。分解者主要集中在海底，在其上的水層中，分解者多附著在懸浮物上。這些微生物除了分解有機(jī)碎屑和生物殘體外，本身也是某些海洋動物的食物。4．3農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和城市生態(tài)系統(tǒng)前兩節(jié)介紹的是地球上的主要自然生態(tài)系統(tǒng)，即受到人類活動影響較輕狀況下的生態(tài)系統(tǒng)。然而，在現(xiàn)今的世界上，除了部分熱帶雨林、高山林區(qū)、荒漠、極地凍原和外海帶之外，絕大多數(shù)陸地、水域生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)和功能都在人類活動的強(qiáng)烈干預(yù)下發(fā)生了變化，可稱為半自然生態(tài)系統(tǒng)。在人類開發(fā)和改造強(qiáng)度最為劇烈的區(qū)域如農(nóng)業(yè)區(qū)和工業(yè)集中的城市，人類已成為生態(tài)系統(tǒng)的“主宰”，而傳統(tǒng)意義上的生物群落則失去了自行調(diào)控和恢復(fù)能力，成為人類的“奴仆”，這種生態(tài)系統(tǒng)可稱為人工復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，在農(nóng)業(yè)經(jīng)營區(qū)域稱為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，在城市區(qū)域稱為城市生態(tài)系統(tǒng)。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者是人類栽培的各種農(nóng)作物和蔬菜等，消費(fèi)者包括人類社會本身和人類飼養(yǎng)的家禽和家畜，人則既是生物群落的組成成分，更是整個系統(tǒng)的調(diào)控者。與自然和半自然生態(tài)系統(tǒng)相比，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)有以下幾個特點(diǎn)：·種群結(jié)構(gòu)簡單。由于采用的作物和畜禽品種都是按照高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的目的由人類選育的，所以，在大片的農(nóng)田中，往往同時只種植一種作物，除此之外，一切干擾生物產(chǎn)量的植物（如雜草）和動物（如害蟲）都在消滅和控制之列?！は到y(tǒng)比較脆弱。由于種群結(jié)構(gòu)簡單，食物網(wǎng)的構(gòu)成也相當(dāng)簡單，使系統(tǒng)內(nèi)各要素的相互制約和自動調(diào)節(jié)能力減弱，系統(tǒng)對水、旱、風(fēng)和病蟲害等的抵抗力降低?！の锬芰鲃恿看?。由于糧食、肉類等農(nóng)產(chǎn)品被作為商品輸出系統(tǒng)，使系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)和能量平衡受到干擾，所以，人類必須通過化肥、有機(jī)肥、農(nóng)藥的施用，水的灌溉，以及農(nóng)用機(jī)械的燃料投入等措施，補(bǔ)償系統(tǒng)物能的虧缺。因此，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是一個物質(zhì)和能量大量輸出和輸入的系統(tǒng)?！まr(nóng)作物-環(huán)境-人三元結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。這是與自然系統(tǒng)生物-環(huán)境二元結(jié)構(gòu)的本質(zhì)區(qū)別，而人工控制、利用和改造是系統(tǒng)的決定性特征。從初級生產(chǎn)量方面看，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的耕地平均為650g·m-2·a-1，略高于溫帶草原生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)量。如何利用現(xiàn)代高新技術(shù)，科學(xué)地設(shè)計和管理農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，使其具有產(chǎn)量高、消耗低、污染少、穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)，是農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的新課題。城市是人類對陸地自然生態(tài)系統(tǒng)改造最為強(qiáng)烈的區(qū)域和人群社會、經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)、服務(wù)活動的中心。在這里，無論是無機(jī)環(huán)境，還是生物群落均發(fā)生了徹底的改變，已難以辨別生態(tài)系統(tǒng)原來的面貌。在無機(jī)環(huán)境要素方面，城市建設(shè)過程中首先要改變地表形態(tài)、疏浚河道，用水泥、柏油等材料將部分土壤層覆蓋起來，并在此基礎(chǔ)上營造起各式各樣的建筑物、道路和供排水設(shè)施。這種人工城市景觀的建立，顯著改變了地表的輻射收支狀況，形成典型的城市氣候，具有溫度高、降水多、風(fēng)速小、濕度低、空氣污染重等特點(diǎn)。在生物群落方面，傳統(tǒng)意義上的生產(chǎn)者——原生或次生植被通常被清除掉，代之以間斷分布的城市