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第14章 地球的生态系统(2)

知识点食物链

生态系统中贮存于有机物中的化学能在生态系统中层层传导,通俗地讲,是各种生物通过一系列吃与被吃的关系,把这种生物与那种生物紧密地联系起来,这种生物之间以食物营养关系彼此联系起来的序列,在生态学上被称为食物链。按照生物与生物之间的关系可将食物链分为捕食食物链、腐食食物链(碎食食物链)和寄生食物链。

草地生态

草地与森林一样,是地球上最重要的陆地生态系统类型之一。草地群落以多年生草本植物占优势,辽阔无林,在原始状态下常有各种善于奔驰或营洞穴生活的草食动物栖居。草原是内陆干旱到半湿润气候条件的产物,以旱生多年生禾草占绝对优势,多年生杂类草及半灌木也或多或少起到显著作用。

世界草原总面积约2.4×107平方千米,为陆地总面积的1/6,大部分地段作为天然放牧场。因此,草原不但是世界陆地生态系统的主要类型,而且是人类重要的畜牧业基地。

草地可分为草原与草甸两大类。前者由耐旱的多年生草本植物组成,在地球表面占据特定的生物气候地带。后者由喜湿润的中生草本植物组成,出现在河漫滩等湿地和林间空地,或为森林破坏后的次生类型,属隐域植被,可出现在不同生物气候地带。这里主要介绍地带性的草原,它是地球上草地的主要类型。

根据草原的组成和地理分布,可分为温带草原与热带草原两类。前者分布在南北两半球的中纬度地带,如欧亚大陆草原、北美大陆草原和南美草原等。这里夏季温和,冬季寒冷,春季或晚夏有一明显的干旱期。由于低温少雨,草群较低,其地上部分高度多不超过1米,以耐寒的旱生禾草为主,土壤中以钙化过程与生草化过程占优势。后者分布在热带、亚热带,其特点是在高大禾草(常达2~3米)的背景上常散生一些不高的乔木,故被称为稀树草原或萨王纳。这里终年温暖,雨量常达1000毫米以上,在高温多雨影响下,土壤强烈淋溶,以砖红壤化过程占优势,比较贫瘠。但一年中存在一个到两个干旱期,加上频繁的野火,限制了树木的发育。

热带草原

在湿季降雨量可达1200毫米,但在长达4~6个月或更长的旱季则无降雨。植被以热带型干旱草本植物占优势。如非洲萨王纳以金合欢属构成上层疏林为特征,树木具有小叶和刺,有些旱季落叶,为放牧、吃草的动物提供遮阴、热带草原食物,并养育着许多无脊椎动物种。树木具有很厚的树皮,起到绝热防火的作用。在北美和欧洲草原,火是阻止灌木物种侵入草原的一个重要因子。

非洲萨王纳生长的草食动物有斑马、野牛、长颈鹿、犀牛等。肉食动物数量大,如狮、豹、鬣狗等。

温带草原

温带草原为半干旱气候,年降雨量250~600毫米,但可利用水分取决于温度、降雨的季节分布和土壤的持水能力。通常,草类物种生活短暂,草原的土壤温带草原可获取大量的有机物质,包含的腐殖质可以超过森林土壤的5~10倍。这种肥沃的土壤非常适于作物,如玉米、小麦等的生长,北美和俄罗斯的主要粮食生产带就位于草原地区。

植被为阔叶多年生植物,在生长季早期开花,而较大的阔叶多年生草本则在生长季末开花。

原始的温带草原动物群落由迁徙性的成群食草动物、啮齿类和相应的食肉动物组成,如狼、鼬、猛禽等。温带草原鸟类物种不是很多,也许是因为植被结构的单一和缺乏树木的缘故。而且由于生长季短而使两栖类和爬行类没有时间从卵发育成成年个体。

生产力较低的草原已经被利用作为牧场饲养牛羊,过度的放牧导致草原植物群落的破坏和土壤侵蚀。这样下去草类将不能再生,因为表层土壤的丧失和持续放牧,草原会出现荒漠化。

知识点植物群落

植物群落在环境相对均一的地段内,有规律地共同生活在一起的各种植物种类的组合。例如一片森林、一个生有水草或藻类的水塘等。每一相对稳定的植物群落都有一定的种类组成和结构。一般在环境条件优越的地方,群落的层次结构较复杂,种类也丰富,如热带雨林;而在严酷、恶劣的生境条件下,只有少数植物能适应,群落结构也简单。群落的重要特征,如外貌、结构、生产量主要取决于各个植物种的个体,也决定于每个种在群落中的个体数量,空间分布规律及发育能力。不同的植物群落的种类组成差别很大,相似的地理环境可以形成外貌、结构相似的植物群落,但其种类组成因形成历史不同而可能很不相同。

荒漠生态

荒漠是一类特殊的生态系统,位于极端干旱、降雨稀少、植被稀疏的亚热带和温带地区,主要分布于北非和西南非洲(撒哈拉和纳米布沙漠)以及亚洲的一部分(戈壁沙漠)、澳大利亚、美国西南部、墨西哥北部。我国的荒漠分布于亚洲荒漠东部,包括准噶尔盆地、塔里木盆地、柴达木盆地、河西走廊和内蒙古西北部。

荒漠地区降雨量不足200毫米,有些地区年降雨量甚至少于50毫米,且时间上不确定。通常白天炎热,晚上寒冷,白天温度取决于纬度,依荒漠地带据温度不同,可分为热荒漠和冷荒漠。热荒漠主要分布在亚热带和大陆性气候特别强烈的地区;冷荒漠主要分布在极地或高山严寒地带。温带荒漠干燥的原因是因为其位于雨影区,山体截留了来自海上的水汽。在极端的荒漠地带,无雨期可能持续很多年,仅有的可利用的水分存在于地下深处,或来自夜晚的露水。由于植被稀疏和生产力低,有机物质积累量少,导致土壤瘠薄,养分贫乏,保水能力差。

两种类型的荒漠具有不同的植物群落。热荒漠生长着稀疏的有刺半灌木和草本植物,为旱生和短命的植物种类,干旱时期叶片脱落,进入休眠,它们能很快生长和开花,短时期覆盖荒漠地表。地下芽植物以球根和鳞茎的形式存活在地下。而多汁植物,如美洲的仙人掌和非洲的大戟属植物,能自我适应度过长的干旱时期,这些植物表皮厚、气孔凹陷、表面积与体积的比值小,因此减少了水分损失。冷荒漠种类贫乏,多呈垫状和莲座状生长,有较密集的灌木植被,如整个夏天都能保持绿色的北美山艾树。分布范围广的浅根系植物与根系长达30米的深根系植物结合来利用稀少的降雨和地下水。苔藓、地衣、藻类可在土壤中休眠,但也像荒漠中一年生植物一样,能很快地对寒冷和湿润的时期做出反应。

荒漠生态系统的动物成分主要为蝗虫、啮齿类的小动物和鸟类等。爬行动物和昆虫能利用其防水的外壳和干燥的分泌物在荒漠条件下生活下去。一些哺乳动物(如几种啮齿类)能通过排泄浓缩的尿液来适应并克服水分的短缺,还找到了不用消耗水分就能降温的方法。它们甚至不必喝水也能活下来。其他动物,如骆驼,必须定期饮水,但生理上却能适应和忍耐长期的脱水,骆驼能忍受的水分消耗达自身总含水量的30%,并能在10分钟内饮完约其体重20%的水。

生产力取决于降雨量,几乎呈线性关系,因为降雨是限制生长的主要因子。在美国加州的莫哈韦沙漠,年降雨量100毫米的地方净生产力为600千克/公顷,降雨量增加到200毫米会使净生产力增加到1000千克/公顷。在冷荒漠地区,蒸发损失水分较少,200毫米的年降雨量则能维持1500~2000千克/公顷的生产力。沙漠地区具有如此大的生产潜力,以至于土壤只要适宜,灌溉就能将荒漠转变成高产农田。但是,问题在于荒漠灌溉能否持续下去。由于土壤中水分大量蒸发,从而使盐分被留下来,有可能积累到有毒的水平,这一过程称之为盐渍化。使河流改变方向和排干湖泊来满足农业的需要,对其他地方的生态环境可能会产生毁灭性的影响。例如,由于用咸海的水进行灌溉,使其水位下降了9米,预测还会下降8~10米,它周围的湖岸线和暴露出来的湖底近似于荒漠,繁荣的渔业已经被破坏。

知识点荒漠动物群

荒漠地带的动物群分布地区包括中国西北、蒙古、苏联中亚、阿拉伯、北非撒哈拉、北美西部和澳大利亚中部等。这些地区气候干燥炎热,植被生长稀疏,有大片流沙和砾质荒漠(戈壁),缺少食物、水源和隐蔽条件,生态环境恶劣。荒漠地带动物群种类和数量均贫乏,脊椎动物中以啮齿类和有蹄类为主。鸟类很贫乏,以地栖种类为多。爬行类中特别适于沙漠、戈壁环境的蜥蜴等种类较多。两栖类的种类和数量极少。

湿地生态

湿地是陆地和水域之间的过渡区域,是一种生态交错带。生态交错带指两种或两种以上生态系统之间的过渡地带。湿地的这一定义是狭义的,只包括部分水体,即大多数人认为具有挺水植物的地区,而不包括开阔水体,例如,生长有挺水植物的湖滨地区被看做湿地,而大面积的开阔水体就不属于湿地。由于湖滨地区和开阔水域是紧密联系的,在资源与环境管理上应视为一个整体,这一定义将二者分割开来,不利于保护和管理等实际工作。

1971年《湿地公约》对湿地的定义是国际公认的,是一种广义的定义,即“湿地指不论其为天然或人工、长久或暂时性的沼泽地、泥炭地或水域地带,静止或流动的淡水、半咸水、咸水水体,包括低潮时水深不超过6米的水域”。这个定义包括海岸地带的珊瑚滩和海草床、滩涂、红树林、河口、河流、淡水沼泽、沼泽森林、湖泊、盐沼及盐湖。这一定义包括了整个江(河)流域,对于保护和管理都有明显的优点,因为土地利用计划是针对整个集水区或流域的,而整个流域从上游到下游是连在一起的,所以上游地区任何土地利用方式的变化都将影响下游地区。因此,提出这一广义的湿地定义,有助于从系统的角度确保对集水区所有水资源的良好管理。

湿地环境

湿地广泛分布在世界各地,是地球上生物多样性丰富和生产力较高的生态系统。常被称为“景观之肾”或“自然之肾”。是因为湿地在蓄洪防旱、调节气候、控制土壤侵蚀、促淤造陆、降解环境污染物等方面具有极其重要的作用,在地球水分和化学物质循环过程中所表现出的功能是不可替代的。

据统计,全世界共有湿地8558×106平方千米,占陆地总面积的6.4%(不包括海滨湿地);典型的湿地区域据国家林业局湿地公约履约办公室提供的资料(2000年2月),中国的天然湿地和人工湿地总面积在60×106平方千米以上。

湿地是一个较独立的生态系统,同时与周围其他生态系统相互联系、相互作用,发生物质和能量交换,有其自身的形成、发展和演化规律。从起源来看,湿地可分为3种:水体湿地化、陆地湿地化和海岸带湿地。水体湿地化包括湖泊湿地化、河流湿地化、水库湿地化等;陆地湿地化包括森林湿地化、草甸湿地化、冻土湿地化等;海岸带湿地则包括三角洲湿地、潮间带湿地、海岸泻湖湿地和平原海岸湿地。以下讨论淡水湿地和滨海湿地的几种主要生态系统类型。

淡水湖泊生态系统(水库是一种人工湖泊)很少有孤立的水体,一般与河流相连,受河水补给或补给河水。我国各地湖泊水量差别很大,受纬度和海拔高度等因素影响。我国的湖泊每年从10月中旬至12月中下旬,自北向南出现冰情,但北纬28°以南为不冻湖。我国淡水湖泊一般为重碳酸钙质水,矿化度在150~500毫克/升。

淡水沼泽生态系统地表常年过湿,或有薄层积水,有些还有小河、小湖和泥炭。沼泽在形成和发育过程中,产生泥炭,又称草炭。我国沼泽分布广泛,从寒温带到热带乃至青藏高原均有发育,因此沼泽自然环境条件差异很大。

红树林生态系统是热带海岸潮间带的一种常绿阔叶林生态系统,在暖流影响下亦分布到亚热带地区。我国红树林分布在海南、广东、广西、福建、香港和台湾等地。红树林主要生长在隐蔽海岸,因风浪较微弱、水体运动缓慢、泥沙淤积多而适于生存。红树林和珊瑚礁一样,帮助形成海岛和扩展海岸。红树林生态系统的潮滩土壤颗粒精细无结构,含高水分、高盐分,缺氧,含丰富的植物残体和有机质。由于厌氧分解产生大量的硫化氢,土壤带有特殊的臭味。红树林淤泥中含有大量钙质,含盐量0.2%~2.5%,pH值3.5~7.5。红树林分布中心的海水温度24℃~27℃,气温则在20℃~30℃。

湿地生物群落

湿地生物多样性丰富,还是重要的动植物物种完成生命过程的重要生境。例如,湖南省东洞庭湖湿地自然保护区,面积19×104平方千米,水生植物生长繁茂,已记录131种水生植物,经济鱼类100余种,有中华鲟、白鲟、白鳍豚、江豚等珍稀濒危物种,这里也是迁徙水禽极其重要的越冬地,已记录到鸟类120类。美国湿地面积不足其陆地面积的5%,但是美联邦政府所列濒危物种的43%依赖着湿地。

湖泊湿地以高等湿生植物为主要初级生产者,因而具有较高的生产力,并为消费者鱼类和其他水生动物提供了丰富的饵料和优越的栖息条件。如江西省鄱阳湖有湿地植物种类38科102种,地面高程由高到低分布着芦苇、苔草群落、毛莨和蓼子草群落以及水生植物群落;消费者有鱼类21科122种,其中鲤科鱼占50%,鸟类280种,属国家一级保护的动物有白头鹤、大鸨等10种,属二级保护的有40种。