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森林生态系统
森林生态系统
第一章森林群落分布
气候是影响植物群落分布的重要条件,特别是热量和水分条件的变化影响不同类型的群落分布。
水平地带性分布:
水热条件随经纬度变化导致植物群落沿经纬度有规律地分布。
垂直地带性分布:
水热条件随海拔高度变化导致植物群落沿海拔高度有规律地分布。
三向地带性:
经向地带性、纬向地带性、垂直地带性
第一节植被分布的水平地带性
一、世界森林分布
1.针叶林
区域:
北半球高纬度地区,北纬45-70。
,主要是温带到亚寒带,欧亚大陆的北部和北美洲分布最普遍
气候:
夏季温暖短暂,冬季严寒而漫长,属大陆性气候,年降300-600mm,最暖月均温10-20˚C,>10˚C一年有4个月
森林:
组成单一,常为纯林,层次简单,死地被物层厚,分解不良。
阴暗针叶林(云杉、冷杉)郁闭度高,明亮针叶林(落叶松或阳性松)透光度大
2、落叶阔叶林又称夏绿林
区域:
北纬30-50˚的温带地区,湿润海洋气候条件下,年降水500-1000mm
气候:
四季分明,夏季炎热多雨,冬季寒冷
森林:
栎属为主要树种,杨、桦、杂木等
●3、亚热带常绿落叶林又称照叶林
●区域:
南北纬25-40˚之间的亚热带地区,
气候:
四季较分明,夏季高温潮湿,冬季温和,降水少
森林:
壳斗科、樟科、木兰科、山茶科、金缕梅科植物为主
●4、硬叶常绿阔叶林
●区域:
亚热带,以地中海地区最典型,各大洲都有分布,美国加利福尼亚南部、智利、南非、澳大利亚
●气候:
夏季干燥炎热,冬季温和多雨
森林:
旱生结构,小而坚硬,有些退化为刺。
栎属,刺叶栎
●5、热带雨林
区域:
南北纬5-10˚,个别在15-25˚。
美洲、印度-马来西亚、非洲
●气候:
年均降雨量2000-4000mm,个别地区大于10000mm,年均温23-28˚C,最冷月均温大于18˚C
●森林特点:
物种基因库资源,奇特的景观:
板状根、气生根、绞杀植物、滴水叶尖、花叶、老茎生花
●6、热带季雨林(雨绿林)
●印度、东南亚、非洲西部和北部、南美和中美洲、澳大利亚等地
●受热带季风气候的影响,有旱季和雨季之分。
中国森林分区
●寒温带针叶林区
●温带针阔混交林区
●暖温带落叶阔叶林区
●北亚热带常绿阔叶林区
●中南亚热带常绿阔叶林区
●南亚热带、热带季雨林、雨林区
●青藏高原区
●蒙新区
二.中国植被分区
●《中国植被》(吴征镒,1980)将我国植被划分为8个植被分区
●各分区的分布范围、气候特点、典型植被、前四区典型植被的代表性树种
●1寒温带针叶林区
●大兴安岭;降水400-550mm,年均温低于0˚C,冬季8个月;兴安落叶松
●2温带针阔混交林区
●小兴安岭、长白山、完达山、老爷岭等,降水600-800mm,冬季5个月;以红松-杂木为主
3暖温带落叶阔叶林区
●北纬32˚30’-42˚30’,辽东、胶东、华北、淮北、渭河平原、黄土高原南部、成徽盆地;
●多次生林,以栎类为主要建群种,辽东栎、麻栎、栓皮栎、锐齿槲栎等
●4亚热带常绿阔叶林区
●长江中下游,北至秦岭淮河,西到横断山、云贵高原,东部为华中、华南大部分地区。
以壳斗科、樟科、木兰科、山茶科、金缕梅科植物为主
●5热带雨林、季雨林区
●海南、台湾、广东、福建、云南等地
● 热带雨林:
橄榄、棕榈、菠萝蜜、红树等
●季雨林:
桑科、无患子科、楝科、椴树科、紫薇科、大戟科
●6温带草原区
●建群种为针茅属
●1)中温草原地带
●冀北山地森林草原区、内蒙古高原及西辽河平原典型草原区、乌兰察布荒漠草原区
●2)暖温带草原
●冀北山地、黄土高原东部灌木草原区、黄土高原-鄂尔多斯高原暖温带典型草原区、西鄂尔多斯、黄土高原西部暖温带荒漠草原区
●7温带荒漠区
●新疆、甘肃夏季炎热干燥,温差大,年降水量少于250mm
●超旱生灌木、小乔木为主的荒漠植被
●8青藏高原高寒植被区海拔在4500m以上,云杉林、高寒草甸草原、荒漠
第二节植被分布的垂直地带性
●1.植被的垂直带谱:
随着海拔的升高而依次出现的植被带的具体顺序。
●2.纬度对植被垂直带谱的影响:
●台湾玉山(N23。
30’)和吉林长白山
●经度对植被垂直带谱的影响:
●长白山(N42。
,E128。
)和天山(N42。
,E86。
)
●高山树木线:
乔木树种分布的最高海拔界限
●长白山(北纬42。
)海拔2691m,垂直带谱:
●1100m以下,针叶阔叶混交林
●1100-1800m,亚高山针叶林
●1800-2100m,山地矮曲林和亚高山草甸
●2100m以上,高山灌丛草甸
●天山植被的垂直带谱
●500—l000m荒漠带
●1000—1700m山地荒漠草原和山地草原带
●1700--2000m山地针叶林带
●2700--3000m亚高山草甸带
●3000--3800m高山草甸、高山垫状植物带
●3.森林分布的水平地带性与垂直地带性的关系
●垂直地带性以水平地带性为基础,垂直带谱的基带必须与水平地带性植被一致。
●二者之间有一一对应的关系
甘肃省植被区划系统
●甘肃处欧亚大陆,北纬32。
36’—42。
47’跨10。
11’;东经92。
10’-108。
43’,跨16。
33’,经纬度变化十分明显。
绝大部分地区(陇东、陇中)为黄土高原、内蒙高原;西南(甘南高原)、东南属秦岭山地。
海拔1000-3000米。
●
(一)北亚热带森林植被区域I
●I1南秦岭常绿、落叶阔叶林植被区;康县、文县、武都
●
(二)温带森林植被区域II
●II1徽成盆地暖温带落叶阔叶林区;成县、徽县、两当
●II2西礼盆地温带针叶、落叶阔叶林区;西和、礼县
●(三)温带草原植被区域III
●III1甘肃黄土高原南部森林草原区
●III1-1东部子午岭山地森林草原小区
●III1-2中部黄土残塬森林草原小区正宁、宁县、泾川、西峰、灵台、华亭、天水、甘谷、武山
●III1-3西部低山丘陵;临夏
●III2甘肃黄土高原中部典型草原区
庄浪、通渭、静宁、渭源、会宁、定西、榆中、白银、靖远、兰州、皋兰、红古、永登
●III3甘肃黄土高原北部荒漠草原区;古浪、武威
●(四)温带荒漠植被区域IV
●IV1河西走廊东部温带荒漠区
●IV1-1走廊东部-阿拉善草原化荒漠小区
●民勤、金昌、永昌
●IV1-2合黎-龙首山山地森林、荒漠草原、荒漠植被小区
●IV1-3走廊中部半灌木、灌木荒漠小区;民乐、张掖、临泽、高台、酒泉、金塔、玉门、嘉峪关
●IV2河西走廊西部温带荒漠区
●IV2-1平原灌木、半灌木荒漠小区
●IV2-2马鬃山灌木、半灌木荒漠小区
●IV3河西走廊安敦盆地暖温带荒漠区敦煌、安西
●(五)祁连山山地植被区域V
●V1东祁连山亚寒带针叶林植被区
●V1-1冷龙岭亚寒带针叶林、常绿杜鹃灌丛小区天祝
●V1-2走廊南山亚寒带针叶林、山地草原小区肃南
●V2西祁连山-东阿尔金山山地草原、荒漠区
●V2-1西祁连山-东阿尔金山山地草原荒漠小区肃北、阿克塞
●V2-2苏干湖盆地荒漠小区
●(六)甘南高原、山地植被区域VI
●VI1洮岷山地亚寒带针叶林区
●VI1-1洮河、大夏河亚寒带针叶林小区;岷县、临潭
●VI1-2白龙江中上游亚寒带针叶林小区;迭部、宕昌、舟曲
●VI2甘南高原高寒草甸、草原植被区
●VI2-1积石山山地灌丛、禾草小区
●VI2-2黄河、洮河上游高寒草甸小区
●玛曲、碌曲
●VI2-3大夏河谷地、甘加盆地森林、草原小区
●夏河、甘加
中国森林分区
●寒温带针叶林区
●温带针阔混交林区
●暖温带落叶阔叶林区
●北亚热带常绿阔叶林区
●中南亚热带常绿阔叶林区
●南亚热带、热带季雨林、雨林区
●青藏高原区
●蒙新区
“垂直带谱
●台湾的玉山(北纬23o30′)海拔3950m,从山下到山顶的植被垂直带谱如下:
● 130一600m热带雨林
● 600一900m山地雨林
● 900一l800m山地常绿阔叶林
●1800一3000m山地暖温带针叶林、针阔混交林、常绿落叶阔叶混交林和落叶阔叶林
● 3000一3600m亚高山寒温带针叶林
● 3600一3950m亚高山杜鹃灌丛和亚高山草甸二者常复合分布。
● 长白山(北纬42o)海拔2691m,植被垂直带谱如下:
● 1100m以下针叶阔叶混交林带
●1100一1800m亚高山针叶林带
●1800一2100m山地矮曲林和亚高山草甸带
●2100m以上高山灌丛草甸带
第二章森林群落分类
一、植物群落分类的主要学派
●各国对植物群落进行自然分类的主要学派、分类单位及系统
●
(一)英美学派:
以克里门茨和坦斯利为代表
●以植被动态、群落发生及演替的理论进行分类,分类单位为群系、群丛、群丛相
●群丛:
具有一定植物区系组成,一致的外貌且生境条件一致的群落。
●群丛是抽象的植被分类单位,群落是生长于现实条件下具体的实体,二者的关系类似于种和个体的关系。
(二)法瑞学派:
以布朗.布朗喀为代表
以植物区系为基础,根据群落特征种鉴别群落
主要在阿尔卑斯山和地中海沿岸,分类单位为群丛,下设亚群丛,
确限度:
某种植物相对于某类型群落的分布局限程度。
确限度等级:
确限度5--确限种:
只见于或几乎只见于该群丛
确限度4--偏宜种:
特别偏爱该群丛,偶见于其他群丛
确限度3--适宜种:
在该群落生长良好,常见于其他群丛
确限度2--随遇种:
不固定出现在该群丛
确限度1--偶见种:
偶尔在该群丛出现
前三个等级为群落的特征种
(三)生态学派(乌克兰学派):
波格来勃涅克为代表
主要以环境条件为依据,分类单位为立地条件、林型、林分型
立地条件:
土壤养分、水分条件相似的地段。
养分级:
贫瘠、较贫瘠、较肥沃、肥沃
湿度级:
非常干燥、干燥、潮润、湿润、潮湿、水湿
林型:
不仅土壤养分、水分条件相同,而且气候条件相似的地段
林分型:
不仅土壤、水文、气候条件相同,而且林分的优势树种组成也相似的地段。
●(四)生物地理群落学派:
以苏卡乔夫为代表
●综合考虑群落的生物特性及环境条件
●生物地理群落:
生物群落+无机环境=生态系统
二、《中国植被》分类系统:
植被型组针叶林(外貌)
●植被型寒温性针叶林(水热条件)
●植被亚型寒温性落叶针叶林(优势层片)
●群系组落叶松林(建群种同属)
●群系兴安落叶松林(建群种)
●亚群系(次优势层片)
●群丛组(层片结构相似,优势层片与次优势层片优势种相同)
●群丛(层片结构相同,各层片的优势种相同)
亚群丛(群丛内部的分化)
根据外貌、结构、环境条件、优势种、种类组成等特征进行划分
11个植被型组,29个植被型,550个群系,几千个群丛
(层片:
生活型相同的植物构成同一层片)
三、甘肃植被分类
(一)针叶林植被型组
1.寒温带针叶林植被型
●1)寒温带落叶针叶林植被亚型
●
(1)红杉群系
(2)华北落叶松群系
●2)寒温带常绿针叶林植被亚型
●
(1)岷江冷杉群系(2巴山冷杉群系(3)黄果冷杉群系(4) 云杉群系
(5) 紫果云杉(6)青海云杉(7)青杄(8)麦吊杉
●(9) 樟子松(10)祁连圆柏(11)大果圆柏(12)方枝圆柏
2.温带针叶林植被型
温带常绿针叶林植被亚型
(1)油松群系
(2)侧柏群系
3.暖温带针叶林植被型
暖温带常绿针叶林植被亚型
(1) 华山松群系
(2) 白皮松群系
4.亚热带针叶林植被型
●1)亚热带常绿针叶林植被亚型马尾松群系
2)亚热带落叶针叶林植被亚型水杉群系
(二)阔叶林植被型组
1.温带落叶林植被型
1)温带山地落叶阔叶林植被亚型
(1)辽东栎群系
(2) 山杨(3) 白桦(4)红桦(5) 牛皮桦(6) 刺槐
2)温带荒漠落叶阔叶林植被亚型
(1) 胡杨群系
(2)沙枣群系
2.暖温带阔叶林植被型
1)暖温带栎类落叶阔叶林植被亚型
●
(1)锐齿栎
(2)槲栎(3) 栓皮栎(4)麻栎(5)板栗
2)暖温带落叶阔叶杂木林植被亚型
●
(1)枫杨
(2) 漆树(3山核桃(4)槭、椴(5水楸、春榆(6柳类
3)暖温带落叶、常绿阔叶混交林植被亚型
(1)栓皮栎、岩栎群系
(2)麻栎、尖叶栎
4)暖温带针叶、落叶阔叶混交林
(1) 松、栎(2铁杉、杂木
5)暖温带常绿阔叶林植被亚型
(1)僵子栎
(2)刺叶栎(3)岩栎(4)匙叶栎(5尖叶栎
3.竹林植被型
1)温带竹林植被亚型
(1)华桔竹
(2) 箭竹
2)暖温带竹林植被亚型
(1) 慈竹
(2) 淡竹
生态系统概述
一、生态系统一般概念
系统:
相互联系的诸要素的综合体,具有一定的功能。
贝塔朗菲(L.V.Bertelanffy)(奥地利)系统论创始人。
生态系统(Ecosystem):
在一定的时间和空间内,生物的和非生物的成分之间,通过不断的物质循环和能量流动而相互作用,相互依存的统一整体,构成一个生态学的功能单位。
(英)坦斯利1935年提出一棵树,一个池塘,农田,森林、河流、海洋等都是小的生态系统,小的可以联合成大的,最大的生态系统是生物圈。
二. 生态系统的基本特征
⏹1.结构特征:
初级生产者、消费者、分解者、非生物物质
⏹2.功能特征:
能量流动,物质循环,信息传递
⏹3.动态特征:
生态系统不是静止的,而是不断运动变化的系统
⏹4.相互作用和相互联系的特征
⏹5.稳定平衡的特征:
自动校正平衡能力和自我调节的机制
⏹6.对外开放的特征:
能量和物质的输入与输出
生态平衡是相对稳定的平衡
生态平衡:
生态系统在长期不断发展和演变过程中,与其周围环境达到一个协调和相对稳定的状态,即生态系统的平衡。
1)生物体与环境的关系协调稳定
2)种群数量的平衡稳定
3)不同种群比例关系的平衡稳定
4)生态系统能量和物质的输入、输出的平衡稳定
生态系统的平衡及其随着季节和年代变动的能力有一定的限度,如果受到外界的干扰,超过它本身自动调节的能力,就破坏了原有生态系统的平衡状态。
生态系统是有生命的开放式的功能系统
一个系统是指相互依赖的各个部分所形成的一个整体。
生态系统是一个包括生命成分在内的多成分的及其复杂的整体(整体性,相关性)。
它们的基本功能是:
系统能量的输入来自太阳能,植物群落利用光能及无机元素制造有机物质,动物取食植物,而动植物遗体及其排泄物通过微生物的分解,使结合在有机物质中的矿物元素又归还给土壤,重新供给植物所利用,然后再循环,从而不断进行着能量和物质的交换和转移,使能量和物质连续发生流动,保持生态系统发生功能。
开放式的生态系统是指其从外界输入光能、水、养分元素和大气的气体,通过生态系统内的能流和物流把经过生物过程所制造的产品或多余的物质和能量,包括各种有机物质、水分、矿物质、氧、二氧化碳等释放回大气、土壤及水圈。
三.生态系统的分类:
陆地生态系统:
森林、草原、荒漠
自然生态系统﹤水域生态系统:
海洋、淡水(河流、湖泊)
半自然生态系统:
农田、人工林、牧场
人工生态系统:
城市等
四.生态系统学的历史发展
⏹1935年,坦斯利强调生物群落与环境不可分割观点,提出生态系统概念
⏹1942年,R.L.Lindeman在美国Minesota州泥炭湖进行生物量、生物群落的营养关系,食物链能流过程的实验研究,以数学手段定量地表达生态系统中能量和营养流动,标志着生态学由定性走向定量。
⏹1960s,生态系统的研究迅速发展,奥德姆兄弟(E.P.Odum,H.T.Odum),1957年,H.T.Odum关于Florido州银泉(Silverspring)的工作是对生态系统能量流研究最成功的例子。
《生态学基础》(1971年)使生态系统理论得到系统的阐述。
⏹目前,由于生态系统极其复杂,多要素,多变量,时间、空间变化关系复杂,生态系统研究数量化,模型化,对系统进行预测,控制和最优设计
五、生态系统的组成
1.非生物成分(无机环境)
2.初级生产者(自养有机体producer):
主要是绿色植物,是生态系统的物质基础和能量基础,其次为化能合成细菌,(如硝化细菌把氨氧化为亚硝酸和硝酸)
3.消费者consumer:
一级消费者:
食草动物,森林主要为昆虫
二级消费者:
一级肉食动物,森林主要为鸟类
三级消费者:
二级肉食动物,蛇
四级消费者:
大型野兽,虎、鲨鱼
杂食动物:
熊、鲤鱼
寄生动物:
4.还原者decomposer
主要为细菌、真菌和小型动物(蚯蚓、蜗牛)
一个独立发生功能的生态系统至少有无机环境、生产者、分解者
六、生态系统的功能
(一)生态系统的能量流动
1. 生态系统的能量流动特点
(1)能量来自太阳能;
(2)能量转换符合热力学第一定律:
能量的形式可以改变,但改变前后的总量保持不变。
(3)热力学第二定律:
能量只能从集中形式降解成分散的形式,分散成稳定的均匀态,向着熵值增大的方向发展。
(4)是不可逆的单程流。
2.生态系统能量流动和物质循环的异同
⏹遵守守恒定律,不同是物质循环是可逆的流动,能量流动是不可逆的流动。
3.能量流通渠道:
(1)食物链:
生态系统内生物之间形成的一种食物的链索关系。
螳螂捕蝉,黄雀在后。
大鱼吃小鱼,小鱼吃虾米。
草牧食物链(草原):
螳螂捕蝉,黄雀在后
腐屑食物链(森林):
枯枝落叶—蚯蚓—线虫类,捭螨虫—细菌、真菌
营养级(T):
处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。
(2)食物网:
生态系统中的许多条食物链相互交错,连结成网。
温带草原生态系统食物网(鼠疫流行)
食物网功能为自我调节,自我修复,保持生态系统的相对平衡稳定。
物种越丰富,生物多样性越大,食物网越密集,抗干扰能力越强
(3)生态金字塔:
⏹假如把食物链中的每一营养级有机体的生物量加起来,或者把每一营养级所有生物量换算成能量,并按照营养级的顺序排列起来,我们就可以绘制成一个生态系统的生物量金字塔或能量金字塔。
三种类型:
数目金字塔、生物量金字塔、能量金字塔,其中最科学的是能量金字塔。
(4) 生态效率:
指各种能流参数(同化量A、摄取量I、生产量P)中的任何一个参数在营养级之间或营养级内部的比值。
林德曼效率、同化效率、消费效率、生长效率等10%定律:
(n+1)营养级同化的能量
林德曼效率=___________________≈10%
n营养级同化的能量
⏹食物链营养级的数目一般只有3-4个,很少有5个,层次越多,能量利用率越充分,塔基越宽,生态系统越稳定。
(二)、生态系统的物质循环
1.生态系统的物质循环的特点:
符合物质守衡定律;是可逆的循环
2.物质循环模式
1)库pool:
生态系统中物质存放的场所
储存库(储存量大):
大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈
交换库(储存量小):
生物库(植物库、动物库、微生物库)
2)流flow:
物质在库与库之间的流动
流通率:
单位时间、单位面积内通过的物质的量
周转率:
周转率=流通率/库中物质总量
周转时间:
周转时间=库中物质总量/流通率
大气圈中二氧化碳周转时间1年;氮气100万年;水10.5天
3.生物地球化学循环气态循环、沉积循环、水循环
4。
生物循环:
植物—土壤—大气吸收量=储存量+归还量
5。
几种重要的物质循环
1)水循环2)碳循环3)氮循环4)磷循环5)硫循环
七、生态系统的初级生产
初级生产:
绿色植物通过光合作用固定太阳能,合成有机物,为生态系统首次能量固定。
1. 生产量、生产力与生物量
(1)总(初级)生产量:
植物在单位时间内光合作用中固定太阳能的总的数量。
单位:
有机体克干重或卡/年植物大约可固定1-2%太阳能,效率很低。
净(初级)生产量:
总生产量减去植物的呼吸消耗量。
(2)总生产力Pg:
植物在单位面积和单位时间内固定太阳能的总的数量
单位:
有机体克干重或卡/米2/年、卡/厘米2/年。
净生产力Pn:
总生产力减去单位面积、单位时间内植物的呼吸消耗量
(3)生物量:
单位面积所有生物体的干重。
克/米2多年积累的
2. 各种陆地生态系统的生产力和生物量
陆地生态系统的净生产量中,森林约占65%,热带雨林生产力最高,达2000克/平方米/年;陆地生态系统的生物量总计约1832*109,森林约占65%
3.陆地生态系统初级生产量的测定方法:
1)收割法
2)二氧化碳测定法:
红外线二氧化碳测定仪、便携式光合系统测定仪
3)氧气测定法:
黑白瓶法
4)PH测定法:
PH试纸、PH测定仪
5)原料消耗测定法
6)同位素标记测定法
7)叶绿素测定法:
分光光度计
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