书城自然科学探究式科普丛书-生物的环境:生态学
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第10章 生态系统(3)

(2)淡水生态系统

淡水生态系统包括江河、溪流、泉水与湖泊、池塘、水库的陆地水体,总面积为4.5×107平方千米。水的来源主要靠降水补给,含盐度低。根据水的流速不同,可分为流水和静水两类,它们之间常有过渡类型,如水库等。有时,流水与静水也难以明确分开。

①流水生态系统

流水生态系统包括江、河、潭、泉、水渠等。流动水一般发源于山区,纵横交错的各级支流汇合成江河,最后多注入大海。随水流的流速不同,还可分为急流和缓流。在急流中,初级生产者多为由藻类等构成的附着于石砾的植物类群,初级消费者多为具有特殊附着器官的昆虫;次级消费者为鱼类,一般体形较小。在缓流中,初级生产者除藻类外,还有高等植物;消费者多为穴居昆虫和鱼类,它们的食物来源,除了水生植物外,还有陆地输入的各种有机腐屑。

②静水生态系统

静水生态系统包括湖泊、池塘、沼泽、水库等。静水并非绝对静止,只是水流没有一定方向,水的流动缓慢。在静水生态系统中,又可分为滨岸带、表水层和深水层。从滨岸向中心,因水的深度不同,初级生产者的种类也不相同,依次分布着湿生树种(如柳树、水松等),挺水植物(如芦苇、香蒲、莲等),浮叶植物(如菱、睡莲等)和沉水植物(如苦草、狐尾草、金鱼藻等)。消费者为浮游动物、虾、鱼类、蛙、蛇和水鸟等。表水层因光照充足、温度比较高,硅藻、绿藻、蓝藻等浮游植物占优势,氧气的含量也比较充足,故吸引了许多消费者(如浮游动物和多种鱼类);深水层由于光线微弱,不能满足绿色植物的需要,故两栖动物主要靠各种下沉的有机碎屑为生。

2.复杂多样——陆地生态系统

全球陆地面积为1.5×108平方千米,约占地球表面总面积的21%。陆地生态系统主要以大气和土壤为介质,生态环境极为复杂。从炎热的赤道到严寒的两极,从湿润的近海到干旱的内陆,形成各种各样的陆地生态环境。按其生境特点和植物群落的生长类型,又可分为荒漠、冻原、草原、森林等生态系统。

(1)森林生态系统

世界森林面积约3.3×107平方千米,占陆地面积的22%。森林生态系统主要分布在湿润和半湿润气候地区。按地带性的气候特点和相适应的森林类型,可分为热带雨林、亚热带常绿阔叶林、温带落叶阔叶林和北方针叶林等。

①热带雨林

热带雨林分布于赤道及其两侧的湿润热带地区,是目前地球上面积最大、维持人类生存环境作用最大的森林生态系统。主要分布在三个区域:一是南美洲的亚马孙盆地;二是非洲的刚果盆地;三是东南亚的一些岛屿,往北可伸入我国西双版纳和海南岛南部。分布区的气候特点是:高温、高湿、常夏无冬,年降雨量超过2000毫米,且分配均匀,无明显旱季。

热带雨林的优异生态环境,使之具有极为丰富的物种,层次结构也很复杂。初级生产者以高大乔木为主,并附有多种木质藤本及其他附生植物。消费者有各种大型珍贵动物,如长颈鹿、象、猴、蟒等,鸟类和昆虫的种类数量都很丰富。

热带雨林主要分布在中、南美洲亚马孙河流域、非洲刚果盆地、南亚等地区。中国云南、台湾、海南及澳大利亚局部地区也有分布。

②常绿阔叶林

常绿阔叶林指分布在亚热带湿润气候条件下并以壳斗科、樟科、山茶科、木兰科等常绿阔叶树种为主组成的森林生态系统,它是亚热带大陆东岸湿润季风气候下的产物,主要分布于欧亚大陆东岸北纬22°~40°间。常绿阔叶林分布区夏季炎热多雨,冬季少雨而寒冷,春秋温和,四季分明。常绿阔叶林的结构较之热带雨林简单,高度明显降低。乔木一般分为两个亚层,上层林冠整齐,一般高20米左右,很少超过30米,以壳斗科、樟科、山茶科常绿树种为主;第二亚层树冠多不连续,高10~15米,以樟科、杜英科等树种为主;灌木层较稀疏;草本层以蕨类为主。藤本植物与附生植物仍常见,但不如热带雨林繁茂。

③落叶阔叶林

落叶阔叶林又称夏绿林,分布于中纬度湿润地区。分布区的气候特点是:四季分明,夏季炎热多雨,冬季严寒,年平均气温为8℃~14℃,年降雨量500~1000毫米,且多集中在夏季,土壤为褐色土和棕色森林土,较为肥沃。这类森林主要分布于北美中东部、欧洲及我国温带沿海地区。落叶阔叶林,夏季盛叶,冬季由于寒冷树木叶子枯死并脱落。初级生产者主要是各种以落叶方式越冬的落叶树种,如栎、檬、桦等。林下常有一个明显的灌木层和草本层。

消费者多为松鼠、鹿、狐狸、狼和鸟类等。

④北方针叶林

北方针叶林主要分布在北半球高纬度地区和高海拔地带,面积约1.2×107平方千米,仅次于热带雨林。分布区的气候特点是:夏季凉爽而冬季严寒,植物生长期短,年降雨量一般为300~600毫米,在季风所及范围或山区可达1000毫米,土壤为棕色土,土层浅薄。

由于气候严寒,土壤有永冻层,不适于耕作,所以自然面貌保存较好。

初级生产者多为云杉、冷杉、松树等,结构比较简单,林下常有耐阴的灌木层和适于冷湿生境的苔藓层。消费者有兔、鹿、鼠和鸟类,还有名贵的皮毛兽,如貂、虎、熊等。

此外,在各类森林的过渡地带,还有针叶、落叶、阔叶混交林,落叶、常绿阔叶混交林等。

(2)草原生态系统

全世界草原面积约3.2×107平方千米,占陆地面积的21%,主要分为干草原和湿草原(草甸草原)两种。

干草原主要分布在温带、大陆性气候强、雨量较少的地区(年降雨量在250~450毫米,且多集中于夏季)。典型干草原区,因雨量不足,蒸发量往往超过降雨量的几倍,森林绝迹。但干草原区晴朗天气多,太阳辐射总量较大,为初级生产者提供了有利条件。

构成干草原生态系统的生产者为多年生草本植物,如针茅、羊茅、冷蒿、隐子草和羊草等,它们大多有适应干旱气候的构造,如叶片缩小,有腊层和毛层,以减少蒸腾,防止水分过度损耗。消费者为草食性昆虫(如蝗虫)、草食动物和鸟类等。

湿草原主要分布在森林气候地区或高山上,地下的高水位或雨量较少,有利于草本植物对木本植物的竞争,另外,高海拔的低温和大风也可能限制森林的生长,因而形成了湿草原(高山上形成的湿草原又叫高山草甸);森林被破坏后,也可形成草甸草原。

草甸草原的初级生产者主要是生长较高的多年生草本植物,消费者仍为草食动物、啮齿类、鸟类和肉食动物,如鼬、狼、猛禽等。

(3)荒漠、冻原生态系统

荒漠和冻原面积约5×107平方千米,约占陆地面积的30%。荒漠生态环境的特点是水分稀少,年降雨量低于250毫米。

依据温度状况不同,又可分为热荒漠和冷荒漠。热荒漠主要分布在高气压的亚热带和大陆性气候特别强烈的地区,初级生产者多为旱生和短命植物,主要是半灌木和草本植物;冷荒漠主要分布在极地或高山严寒地带,环境条件极为恶劣,植物种类贫乏,多呈蜇状或莲座状生长,分布非常稀疏,由于气候严寒,生长期短,一年生植物难以开花结果,故几乎所有植物都是多年生的。荒漠生态系统的消费者主要是蝗虫、啮齿类小动物和鸟类等,它们都具有适应水分稀少的特殊能力。

冻原分布在高纬度地带和高山树线以上。总的特点是气候严寒(最热月平均温度不超过10℃),生长期短(不超过两个月),离地面不远就是永冻层,夏季土壤仅解冻到15~20厘米深处。

冻原的基本特点之一是森林绝迹,但在过渡地带,可有片断森林出现,称为森林冻原。初级生产者以苔藓和地衣为主,也分布有一些草类和矮小的木本植物。消费者有驯鹿、北极狐、北极熊、鼠、迁移鸟类和昆虫等。

3.地球之肾——湿地生态系统

按照《关于特别是作为水禽栖息地的国际湿地公约》的定义,沼泽地、泥炭地、河流、湖泊、红树林、沿海滩涂,甚至包括在低潮时水深不超过6米的浅海水域,都属于湿地。我国的湿地类型很多,海涂蜿蜒,江河纵横。湖泊星罗棋布,沼泽散布南北。此外,还有大量的人工湿地,如水库、池塘和稻田等。这众多的湿地不仅具有明显的经济效益,而且具有巨大的生态效益。湿地常常作为生活用水和工农业用水的水源,被人们直接利用。湿地还能够补充地下水。

在多雨或涨水的季节,湿地就成为巨大的蓄水库,起到调节流量和控制洪水的作用。在干旱的季节,湿地中储蓄的水又可以补充地表径流和地下水,从而缓解旱情。

湿地中有着十分丰富的动植物资源。如沼泽地生长的芦苇是造纸工业的重要原料,具有很高的经济价值。

沼泽适于许多水禽栖息。河流两岸和湖滨的沼泽是鱼类繁殖和肥育的场所。

经济作用:湿地中有着十分丰富的动植物资源。湿地常常作为生活用水和工农业用水的水源。

生态作用:湿地有着强大的水分调节功能(既能调节水流量和控制洪水,又能补充地表径流和地下水,从而缓解旱情);湿地具有强大的净化环境功能。

现状:淡水生态系统中,主体是淡水,其他各种水生动植物都属客体,只要主体的淡水环境不被破坏,客体一般不会出现太大的问题。那么,这个生态系统也就基本上能够保持平衡了。

4.人为的产物——农业生态系统

农业生产的对象是生物,无论是栽培的植物或是饲养的动物,它们的生命活动都离不开自然环境,都要受气候、土壤等自然环境要素的影响和制约。农业生产的目的是为了获得丰富的农产品,因而人类积极地介入自然生态系统,干预自然和改造自然。因此,农业生态系统可定义为:人类有目的地利用农业生物与非生物环境之间、生物种群之间的相互作用规律,通过建立合理的生态系统结构和高效的生态机能,进行物质循环、能量转化和信息传递,并按人类理想要求进行物质生产的综合体系。

根据农业生态系统的驯化特征,可将其分为原始农业生态系统、传统农业生态系统和现代农业生态系统。

①原始农业生态系统

原始农业生态系统是指以刀耕火种的方法清理土地,通过次生演替的方式恢复地力的农业生态系统。

这种系统结构单一,系统生产力主要依赖自然生产力,人工投入仅限于简单的播种和收获。作物生长过程中土壤肥力下降很快,一般种植3年以后进行轮歇,通过轮歇恢复地力,这种系统生产力低下。

②传统农业生态系统

传统农业生态系统是连年种植作物,并通过轮作倒茬和有机能源投入维持系统生产力的农业生态系统。主要农业生物为人工选育的作物和家畜、家禽等,人力和畜力是农业的主要动力,人畜肥、堆沤肥、绿肥等为主要肥源,作物种植采用间作、混作、套种、轮作等方式。该系统立足于利用地方资源和系统内的物质和能量,具有较大的生态合理性,但缺乏经济合理性,人们满足于温饱,商品生产不发达,经济效益处于次要地位。

③现代农业生态系统

现代农业生态系统是利用现代科学技术,通过大量工业能的投入,维持系统高产出的农业生态系统。其特点是:机械化程度高,人力、物力投入量大,大量自然生态系统过程被人工化,产出也高,但产投效益较低;商品生产发达,生产的目的是获得较大的经济效益。

5.依赖输入——城市生态系统

城市生态系统是城市居民及生存环境相互作用的网络结构,也是人类对自然环境适应、加工和改造而建设起来的特殊的人工生态系统。城市生态系统的组成,除了生物与非生物要素之外,还包括人类和社会经济要素。这些要素通过人类的生产、消费,实现系统能量与物质的流通转化,从而形成一个内在联系的统一整体。

人类发展可分为三个历史阶段,即主要靠自然生态系统谋生的游牧生活阶段;靠农田生态系统谋生的田园生活阶段以及主要靠城市生态系统谋生的工业化阶段。实际上城市生态系统也是从自然生态系统驯化、演化过来的,只是随着人类社会经济及科技的发展,自然过程逐渐被人工过程所取代、自然目的愈来愈为人类目的所改变,以至于城市生态系统成为靠系统外物质能量的输入来维持运转的异养型系统。

城市生态系统的主要特点有以下三点:

①以人为主体。人是城市生态系统的重要组成成分,它既是消费者,又是主宰者。城市的所有设施是人创造的,人类的经济活动,对城市生态系统的发展起着支配的作用。

②开放度大。系统中的主要消费者是人,其所消费的食物量大大超过系统内绿色植物所能提供的数量。因此,必须依靠其他生态系统(如农田、淡水、海洋等)人为地输入。

城市中人类的生产和生活排出的大量废弃物,不能完全在本系统内分解、利用,也必须输送到其他系统中。所以,城市生态系统对其他生态系统有很大的依赖性,是一种非独立的生态系统。

③高能消耗,以大量燃料供能为特征。生产、建设、交通、运输、生活都需要供能,人口越多,需求量越大。城市生态系统必须依靠不断地输入燃料、食物等能量和物质,在系统内通过人类生产消费实现流通转化,逐渐消耗,以维持系统的稳定。自然生态系统依靠绿色植物转化太阳能,维持系统的正常结构和功能。而城市生态系统则依靠人类加工、改造各种一次性能源,如将煤、原油等转化为电力、煤气、蒸汽、各种石油制品等,以满足人类对各种能量的需要。