基 础 生 态 学1213章.docx
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基础生态学1213章
第12章世界植被分布
1.植被分布的地带性
1.1自然地域分异规律
地域分异规律认为:
土壤、气候和生物分布具有与纬圈平行的地带性规律,水热组合对地带性分异规律的影响尤其重要,可以水热组合的气候指标来划分自然气候带。
如干燥度指数K。
式中:
t为日平均温度;r为相同时期的降水。
K≤0.99湿润
K=1.00-1.49半湿润
K=1.50-3.99半干旱
K≥4.00干旱
1.2植被分布的地带性
纬向地带性:
以热量指标划分,北半球依次出现:
热带-亚热带-温带-寒温带-寒带。
经向地带性:
以水分指标划分,在同一热量带内依次出现:
湿润-半湿润-半干旱-干旱。
垂直地带性:
随着海拔升高,水热发生变化,变化幅度0.56℃/100m。
非地带性:
由土壤水分和基质变化而出现的隐域植被,呈间断分布,如沼泽等。
1.3世界植被分布格局
图7.1平均大陆植被分布模式(引自Walter,1964~1968)
北半球和南半球的气候带不对称,因而植被分布也不对称。
欧亚大陆:
以纬向地带性为主。
冻原-针叶林-针阔叶混交林-落叶阔叶林-森林草原-草原-荒漠。
美洲大陆:
以经向地带性为主,森林-草原-荒漠-森林。
图7.3世界主要植被类型图(引自Walter,1979)
1.热带雨林;2.热带常绿及落叶林;2a.热带亚热带干旱林、萨王纳、具刺灌丛和部分禾草群落;
3.热带、亚热带荒漠、半荒漠;4.冬雨硬叶林(包括具冬雨的干燥区);5.亚热带常绿阔叶林;6.温带夏绿林;
7.温带草原(steppe,Prairie,pampas);7a.温带半荒漠、荒漠;8.北方针叶林;9.北极苔原;10.各带山地植被
2.中国植被分布特点
2.1水平分布特点
东南部季风区:
纬向地带性明显。
从热带雨林-亚热带常绿阔叶林-暖温带落叶阔叶林-温带针阔叶混交林-寒温带针叶林。
北部西风区:
经向地带性明显。
以北纬40°为例,森林-草原-荒漠。
2.2垂直分布特点
山地垂直带从属于该山地所处的水平地带;
干旱地区山地垂直带谱简单,湿润地区垂直带谱复杂;
位于同一水平带的山地,其垂直结构较为接近。
中国湿润区各纬度地带的山地植被垂直带谱
1.季雨林、雨林;2.季雨林;3.肉质多刺灌丛;4.季风常绿阔叶林;5.常绿阔叶林;6.常绿阔叶苔藓矮林;7.硬叶常绿阔叶林;8.温性针叶林;9.落叶阔叶林;10.寒温性常绿针叶林;11.寒温性落叶针叶林;12.矮曲林;13.亚高山常绿革叶灌丛;14.亚高山落叶阔叶灌丛;15.常绿针叶灌丛;16.亚高山草甸;17.高山嵩草草甸;18.高山冻原;19.亚冰雪稀疏植被;20.高山冰雪带
中国干旱区各地带的山地植被垂直带谱
1.盐柴类半灌木荒漠;2.蒿类荒漠;3.禾草草原;4.山地草甸;5.高寒草甸;6.落叶阔叶林;7.温性针叶林;
8.寒温性落叶针叶林;9.寒温性常绿针叶林;10.常绿针叶灌丛;11.亚高山常绿革叶灌丛;12.落叶阔叶灌丛;
13.高山垫状植被;14.高山嵩草草甸;15.高寒荒漠;16.亚冰雪稀疏植被
2.3垂直地带性与水平地带性的关系
每一个山体都有其特有的植被垂直带谱。
垂直带从属于水平带;
一个足够高的山地,其垂直带谱类似于该山地所在水平带向极地的缩影。
图7.5植被水平分布与垂直分布的模式图(引自祝廷成等,1988)
3.地球主要植被类型
3.1热带雨林
分布于高温、高湿的热带气候环境,群落结构层次不明显、层间植物丰富的木本植物群落。
生物多样性非常丰富;群落结构复杂,分层不明显;藤本植物、附生和寄生植物普遍;气生根和板状根普遍;植物终年生长。
分布:
印度-马来雨林群系:
东南亚和大洋洲。
非洲雨林群系:
几内亚湾和刚果盆地
美洲雨林群系:
亚马逊河流域
中国雨林群系:
台湾南部、海南岛、云南南部。
3.2季雨林
季雨林是热带季风气候下形成的、分布在热带有周期性干湿季节交替的地区。
表7.1季雨林与雨林气候比较(引自武吉华等,2004)
低山
雨林
常绿季雨林
半常绿季雨林
落叶季雨林
年降水量(mm)
﹥1800
﹥1800
800~1300
800~1300
旱季延续时期
无
3个月,每月<100mm,超过50mm
5个月,每月<100mm,超过25mm
5个月以上,每月<100mm
最热月和最冷
月的温差(℃)
1~6
6~8
8
﹥8
季雨林种类较雨林贫乏,乔木树种中落叶成分较多。
板状根不发达,茎花现象不如雨林丰富。
大型木质藤本和有花附生植物不及雨林丰富。
分布:
东南亚、西非、南美洲、中国云南、西藏东南部等。
图7.15季雨林在地球上的分布(引自宋永昌,2001)
3.3稀树草原
稀树草原(Savanna)是热带稀树草原气候下形成的一种草本群落。
旱生型乔木独株分散在草本植物组成的草被上。
乔木矮生、分枝多,树冠扁平。
草本植物以高杆禾本植物建群,组成密草丛。
广泛分布在非洲东部、南美圭亚那,巴西、大洋洲和亚洲的印缅一带。
3.4红树林
分布于风浪平静和淤泥深厚的海滩上,以红树植物为主体的一类常绿木本群落。
热带海滩受周期性海水浸淹,红树林具有支柱根、板状根和呼吸根。
盐生植物。
红树林在热带海岸最为发达,大致分布在南、北回归线范围内,东亚和中美洲是两个分布中心。
3.5亚热带常绿阔叶林
分布于亚热带温暖湿润的海洋性气候和季风气候区域,由常绿阔叶乔木形成的森林群落。
生物种类丰富,由樟科、木兰科等组成;群落结构分层明显;草本层以蕨类植物为主,没有板状根植物;植物终年生长。
分布:
日本、韩国、中国南部,其他各洲分布面积不大。
3.6温带落叶阔叶林(夏绿林)
分布于温带半湿润地区,夏季长叶、冬季落叶乔木形成的森林群落。
生物种类比较丰富,由杨柳科、桦木科等组成;群落结构分层明显;植物夏季生长,冬季落叶;藤本植物不发达。
分布:
西欧、俄罗斯、日本、朝鲜、中国华北和东北南部。
3.7寒温带针叶林
分布于寒温带半湿润地区,以针叶树为建群种形成的森林群落。
生物种类比较丰富,由松柏类植物组成;群落结构简单;植物夏季生长,四季常绿。
分布:
欧亚大陆北部、北美洲大陆北部。
我国东北、西北山地。
3.8草原
分布于温带半干旱地区,以耐寒的旱生丛生禾本科植物为建群的草本群落。
生物种类比较简单,由针茅属、羊茅属植物等组成;群落结构十分简单,为只有草本层,部分地区灌丛化;植物夏季生长,冬季枯黄。
分布:
温带草原:
欧亚草原、北美草原、南美草原;
3.9荒漠
分布于亚热带和温带极端干旱区,以超旱生木本或草本植物为建群稀疏群落。
生物种类贫乏,生存环境严酷,群落结构十分简单,生产力低下。
分布:
非洲、西亚、中亚、中美洲、澳洲。
图7.16荒漠在地球上的分布
3.10冻原
分布于寒带地区,如北极圈附近和高山地区,以垫状植物为外貌形态。
生物种类贫乏,苔藓、地衣类植物丰富;生存环境严酷,冻土地带;群落结构十分简单,生产力低下。
分布:
欧亚大陆北部、北美洲北部,中纬度以北的高山地区。
3.11草甸(隐域植被)
以多年生中生性草本为建群的草本植物群落。
生物种类组成丰富,由多年生禾本科植物等组成,伴生植物种类复杂;群落结构均一,只有草本层,形成五花草甸,植物夏季生长,冬季枯黄。
分布:
分布于土壤水分较好的区域。
3.12沼泽(隐域植被)
以多年生湿生或水生植物为建群的植物群落。
生物种类丰富,由莎草科、禾本科植物等组成。
分布:
非地带性植被类型。
4.植被制图
植被图指植物群落类型分布图,它是某一地区各级植被分类单位依其空间分布状况,按比例绘制而成的地图。
4.1植被制图过程
选定适当比例尺的地形图作为底图
制图地区的植被调查
通过植被分类确定制图单位
编制作图指南
野外实地作图
植被图的简合和清绘
4.2新技术在植被制图中的应用
遥感在植被制图中的应用
计算机技术在植被制图中的应用
地理信息系统在植被制图中的应用
附图:
中国东北植被类型图(引自《中国植被》,1980年出版)
第13章景观生态学概论
1.景观生态学的概念
1.1景观的概念
1.风景,美学含义;
2.自然地域综合体或土地,地理学含义;
3.相邻生态系统斑块集合,即生态系统的镶嵌体,这些镶嵌体重复出现。
每一个镶嵌体称为一个景观单元(景观要素)。
1.2景观生态学的概念
景观生态学是研究景观结构、功能、动态和管理的科学。
它是地理学空间概念和生态学时间过程概念结合。
生态系统(景观要素)强调同质性和功能过程,景观强调异质性和空间格局。
景观生态学是由德国生态学家Troll于1939年提出的。
20世纪70年代荷兰的Zonneveld和以色列的Naveh发展了欧洲学派的景观生态学,强调人对土地的管理规划。
美国景观生态学是80年代发展起来的,以研究生态系统的空间格局为主要内容。
1.3景观生态学的研究进展
●基本理论:
景观格局和空间关联性,景观异质性与稳定性,景观的物质与能量过程,景观动态变化模拟,人工景观生态系统研究。
●方法论研究:
遥感与GIS的应用,模拟技术与神经网络,优化技术等。
●应用研究:
景观分类,景观生态设计与规划,景观与土地资源管理等。
2.景观生态学的理论基础
(1)系统论
式中,Qi表示系统中某元素Pi(1,2…..,n)的某种量。
任意一个Qi的变化,都要受到所有Q(Q1,Q2,…..,Qn)的制约。
(2)空间异质性与尺度效应
尺度是观察和了解客观事物的最佳范围。
分为时间尺度和空间尺度。
空间异质性指的是空间的不均匀性。
异质性深受尺度的影响。
同质景观和异质景观可以随着尺度的改变而改变。
景观格局与过程也深受尺度的影响。
格局决定过程,对土地利用布局与规划,自然保护区的设计十分重要。
离开尺度讨论景观格局和过程没有意义。
(3)等级理论
任何系统皆属于一定等级。
高等级结构和过程具有大尺度特征,低等级结构和过程具有小尺度特征,如光合作用,群落演替,生物进化。
高等级对低等级具有制约作用,而低等级则为高等级提供机理和功能。
等级理论的根本作用在于简化复杂系统,从而在不同等级考虑不同的过程。
生物圈就是一个多等级的有序系统,对每一个等级的局部干扰,都可以影响整体。
空间尺度
(4)岛屿生物地理学理论
物种数量与生境面积的关系遵循:
S=CAZ,
其中:
S—物种数量;A—生境面积;C为物种分布密度;Z为一与地理区域有关的个复杂函数式。
面积越大,物种越丰富;面积越小,物种周转率越高。
物种丰富度与生境多样性呈正态分布。
物种丰富度=f(生境多样性,干扰,斑块面积,…),它取决于生态学时空尺度的种迁入和灭绝过程。
3.景观结构
3.1斑块
(1)斑快类型
斑块、廊道、基质是景观的基本结构。
广义理解,三者均可称为斑块。
斑块是构成景观的基本单元,具有同质性和非连续性的特征。
环境资源斑块:
环境异质性所致,例如草原上出现的一片森林,或湿地。
环境斑块较稳定,周转速率较低。
干扰斑块:
由外力干扰作用,在基质内形成的斑块。
如森林砍伐,土地沙漠化,植树造林等。
残余斑块:
干扰没有涉及到的景观单元,也具有较高的周转率。
如森林大火后残留的森林斑块。
引进斑块:
人工种植斑块,聚居地等。
(2)斑块大小
斑块大小决定景观物质和能量的分配,影响生物多样性。
自然保护区的大小和密度是保护区规划的重要因素。
小斑块边缘比例>大斑块。
边缘比=边长/总面积。
大斑块的食物链更长,高营养级别的物种,对斑块大小更为敏感。
(3)斑块形状
圆形斑块内部面积大,边缘面积小;条形斑块内部面积小,边缘面积大。
圆形斑块对内部种有利,生物多样性较高;条形斑块对边缘种的生存有利。
(4)斑块格局
指斑块在空间上的分布、位置和排列。
3.2廊道
(1)廊道的起源
环境资源廊道:
由异质性环境造成;
干扰廊道:
由带状干扰所致;
残存廊道:
干扰没有涉及到的条状斑块;
种植廊道:
人工引进。
(2)廊道的作用
连接斑块;
分割景观;
物种保护和过滤作用。
(3)廊道的结构
弯曲度:
与物种沿廊道移动有关。
连通性:
廊道单位长度上间断点的数量。
宽度:
与物种迁移有关,特别是穿越廊道;对廊道功能起重要作用。
内环境:
以林带为例,内外两侧、内部和外部接受的阳光、风、降水等不同。
(4)廊道的分类
线状廊道:
缺乏物种活动的中心地带,主要由边缘种组成。
带状廊道:
具有内部环境、边缘效应等特征。
河流廊道:
保护河岸免受冲刷、净化水质。
3.3基质
景观中面积最大、连通性最好、对景观功能贡献最大的景观单元(斑块)。
(1)基质的判定
相对面积:
应占景观总面积的50%以上。
连通性:
连通性最高;
控制程度:
对景观变化的控制程度。
例如草地对开垦耕地的恢复能力。
景观要素
斑块数
面积
总块数
%
总面积(ha)
%
落叶松
白桦林
杨柳林
沼泽
裸地
818
194
63
83
40
55
13
4
6
3
29700
3701
860
6280
100
58
7.3
1.7
12
0.7
(2)景观构形
分散的斑块景观网状景观
交错景观棋盘状景观
3.4生态交错带
景观斑块空间邻接会产生与斑块特征不
同的边缘带,称为生态交错带(Ecotone)。
生态交错带的特殊功能即是边缘效应。
边缘效应包括物种分布、生产力,以及
光、温、水等环境的差异。
边缘效应既有正效应,也有负效应。
(1)生态交错带的特征
生态交错带是一个应力带(tensionzone),竞争较激烈。
生态交错带具有边缘效应,环境异质化明显。
生态交错带阻碍物种分布,具有半透膜(semi-permeablemembrane)的特性。
生态交错带与全球变化。
生态交错带与生物。
4.景观生态过程
4.1景观中的物种运动
(1)景观中物种运动的方式和类型
主动运动:
动物和候鸟的迁徙;有利于物种的扩散。
被动运动:
植物的传播;动物的迁地保护,景观破碎导致动物迁徙。
可能导致物种种群特征的改变,甚至灭绝。
(2)景观中动物的运动
斑块大小和形状与动物运动:
斑块较大,边缘效应较小,动物的运动阻力较少;面积较小的景观,容易造成物种灭绝。
长条形斑块的边缘效应高于方形和圆形,不利于物种的运动和保护。
景观异质性与动物运动:
景观异质性高,对某些物种扩散有利,但不利于动物在景观中采食,遇到天地的可能性增大。
景观格局与动物运动:
景观中相同斑块的数量及其相邻距离,河流数量等,对物种采食有关。
4.2景观中植物的运动
(1)植物运动的方式
风播植物水播植物动物传播伴人传播
(2)景观结构与植物传播
改变传播的动力机制,如三北防护林能减低风速,导致风播距离缩短。
改变区域气候,导致植物的适应性改变。
景观异质性改变植物分布。
4.3景观中的水分和养分运动
地表径流和地下径流;不同植被带控制水分和养分,如黄土高原的耕作模式。
修建廊道阻止面源污染。
生态交错带与水分养分运动:
对水分和养分起截留、过滤作用,控制污染。
沟渠、篱笆与水分养分运动:
增加景观连通性、隔离病虫害,在坡地景观还可以控制地表径流、防止土壤侵蚀,保护农田水分和养分。
增加地表粗糙度,减小风速,降低土壤风蚀。
植被缓冲带与水分养分运动:
减缓地表径流,截留污染物;减少土壤侵蚀。
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