《生物学》课程教学资源（教材讲义）第六部分 进化 第29章 生物圈

第29章生物圈要点概述29.1生物体必须适应复杂多变的环境来自环境的挑战栖息地的环境各不相同，它对生物体的生存至关重要。生物体通过生理、形态和行为上的调整来适应环境的变化。29.2气候条件塑造了生态系统的特征太阳辐射和大气环流太阳为大气环流提供主要动力。大气环流、降水和气候纬度和海拔是影响气候的主要因素，但是也存在影响局部气候的其它因素。29.3生物群系是广泛分布的陆地生态系统主要生物群系称为生物群系的典型的生物群落分布在不同气候区。温度和降水量的不同决定了生物群系的分布。主要的生物群系包括热带雨林、热带草原、沙漠、温带草原、温带落叶阔叶林、温带常绿林、寒带针叶林及极地苔原。29.4水生生态系统覆盖大部分地球表面大洋环流的模式全世界的海洋受大陆的影响而形成了巨大的环流。海洋中的生命源于海洋的大多数生命依然生活在海洋中。海洋生态系统海洋生物群落主要用深度来描述。淡水栖息地好似微型海洋，河塘与湖泊中不同深度存在着不同的群落。淡水生态系统的生产力淡水生态系统通常拥有高生产力。生物圈包括地球上所有的生物群落，从热带雨林中丰富的生命到海洋中的光合浮游植物。一般来说，生命的分布体现了世界环境的分布，主要是指温度和水分。图29.1是一张观测了8年的美洲卫图片。图中的颜色标明了叶绿素一一生物群落繁荣程度的指示剂一一的丰富程度。海岸线上的深红色区域代表浮游植物和海藻，陆地上绿色和深绿色的区域是密林，而像南美洲西部沙漠地区的橙色区域则是生命贫的地区

第 29 章 生物圈 要点概述 29.1生物体必须适应复杂多变的环境 生物体必须适应复杂多变的环境 来自环境的挑战 栖息地的环境各不相同，它对生物体的生存至关重要。 生物体通过生理、形态和行为上的调整来适应环境的变化。 29.2气候条件塑造了生态系统的特征 气候条件塑造了生态系统的特征 太阳辐射和大气环流 太阳为大气环流提供主要动力。 大气环流、降水和气候 纬度和海拔是影响气候的主要因素，但是也存在 影响局部气候的其它因素。 29.3 生物群系 29.3 生物群系是广泛分布的陆地生态系统 主要生物群系 称为生物群系的典型的生物群落分布在不同气候区。温度 和降水量的不同决定了生物群系的分布。主要的生物群系包括热带雨林、 热带草原、沙漠、温带草原、温带落叶阔叶林、温带常绿林、寒带针叶林 及极地苔原。 29.4水生生态系统覆盖大部分地球表面 水生生态系统覆盖大部分地球表面 大洋环流的模式 全世界的海洋受大陆的影响而形成了巨大的环流。 海洋中的生命 源于海洋的大多数生命依然生活在海洋中。 海洋生态系统 海洋生物群落主要用深度来描述。 淡水栖息地 好似微型海洋，河塘与湖泊中不同深度存在着不同的群落。 淡水生态系统的生产力 淡水生态系统通常拥有高生产力。 生物圈包括地球上所有的生物群落，从热带雨林中丰富的生命到海洋中的光 合浮游植物。一般来说，生命的分布体现了世界环境的分布，主要是指温度和水 分。图 29.1 是一张观测了 8 年的美洲卫星图片。图中的颜色标明了叶绿素—— 生物群落繁荣程度的指示剂——的丰富程度。海岸线上的深红色区域代表浮游植 物和海藻，陆地上绿色和深绿色的区域是密林，而像南美洲西部沙漠地区的橙色 区域则是生命贫瘠的地区

29.1生物体必须适应复杂多变的环境来自环境的挑战环境是如何变化的大范围内自然环境的特点决定了一个地区内生存的物种。其中的关键元素包括：温度大多数生物只能在很狭窄的温度变化范围内存活，如果温度略高或略低，它们便不能繁盛起来。例如，植物的生长季节就明显受到温度的影响。图29.1生物圈。在这张卫星图片中，橙色代表严重干旱的地水分植物和其它所有的生物都需要水分。陆区。地球上几乎所有的环境都能地上水分通常比较缺乏之，所以降水的分布就对用温度和水分加以描述。这些物理参数与栖息在特定区域的生生命有着重要的影响。命有着密不可分的联系。阳光几乎所有的生态系统都依靠通过光合作用获得的能量，阳光的充足与否影响到生态系统中生命数量的多少，这一点对于海洋生物群落尤其重要。土壤土壤的密度、pH值和矿物质成分很大程度上限制了植物的生长，尤其是氮和磷的含量。适应环境变化的主动和被动措施遭遇环境变化的个体将选择保持一个稳定的内部状态，这样的措施叫做保持稳态(homeostasis）。许多动植物主动采取生理的、形态的或行为图29.2迎接沙漠中的挑战。在非洲西南部纳米博沙漠（NamibDesert）的于燥沙丘中，的机理来保持稳态。图29.2中的甲甲虫Onymacrisunguicularis站在沙丘顶虫正用一种行为手段来适应水分的部将它的腹部抬起，以便从雾气中凝结收集水分。剧烈变化。另一些动植物则仅仅同环境保持简单一致，它们的身体同周围的温度、盐度及其它环境要素完全相同

29.1 生物体必须适应复杂多变的环境 来自环境的挑战 环境是如何变化的 大范围内自然环境的特点决定了一个地区 内生存的物种。其中的关键元素包括： 温度 大多数生物只能在很狭窄的温度变化 范围内存活，如果温度略高或略低，它们便不 能繁盛起来。例如，植物的生长季节就明显受 到温度的影响。 水分 植物和其它所有的生物都需要水分。陆 地上水分通常比较缺乏，所以降水的分布就对 生命有着重要的影响。 阳光 几乎所有的生态系统都依靠通过光合 作用获得的能量，阳光的充足与否影响到生态系统中生命数量的多少，这一点对 于海洋生物群落尤其重要。 土壤 土壤的密度、pH 值和矿物质 成分很大程度上限制了植物的生长， 尤其是氮和磷的含量。 适应环境变化的主动和被动措施 遭遇环境变化的个体将选择保持 一个稳定的内部状态，这样的措施叫 做保持稳态(homeostasis)。 (homeostasis)。许多动 植物主动采取生理的、形态的或行为 的机理来保持稳态。图 29.2 中的甲 虫正用一种行为手段来适应水分的 剧烈变化。另一些动植物则仅仅同环 境保持简单一致，它们的身体同周围的温度、盐度及其它环境要素完全相同。 图 29.1 生物圈。在这张卫星图 片中，橙色代表严重干旱的地 区。地球上几乎所有的环境都能 用温度和水分加以描述。这些物 理参数与栖息在特定区域的生 命有着密不可分的联系。 图 29.2 迎接沙漠中的挑战。在非洲西南部 纳米博沙漠（Namib Desert）的干燥沙丘中， 甲虫 Onymacris unguicularis 站在沙丘顶 部将它的腹部抬起，以便从雾气中凝结收集 水分

对环境的反应可以是短期的也可以是长期的。短期来说，个体在短短一生中可以采用方千方法以适应环境变化：长期来看，自然选择将挑选出最能适应环境的种群。表29.1适应高海拔的生理变化一一增加输氧量的对策增加呼吸频率加快红血球生产，使血液中血红蛋白增加血红蛋白氧结合能力的下降，使身体组织释氧速率提高线粒体、毛细血管和肌肉中肌红蛋白密度的增加基于表14-11，A.T.范德尔（A.T.Vander），J.H.谢尔曼（J.H.Sherman），D.S.鲁西安诺（D.S.Luciano），《人类生理学》，第5版，麦克格洛一一希尔公司（McGrow-HillCompany），杜别克（Dubuque），爱沃华（Iowa）。版权所有。个体对环境的适应生理适应许多生物能通过生理调节以适应环境的变化。因此，你的面部血管在冷天收缩以减少热量的散失（同时让你“脸红”）。类似的，在高海拔地带，象Andes这样的地方，人刚开始会产生高原反应一一症状表现为心脏悸动、恶心、疲劳、头痛、头晕，在一些严重情况下，还会出现肺气肿一一这是低气压和空气低氧含量的结果。几天过后，你就会感觉好一些，因为一系列生理变化使得体内输氧能力提高了（表29.1）在冬天，一些昆虫通过往血液中添加甘油来抗冻，另一些则将糖原转化成酒精来保护它们的细胞膜不受寒冻侵袭。形态适应恒温动物在寒冷的环境中采取尽量减少能量支出的措施。许多哺乳动物在冬天长出厚厚的皮毛，利用它们的皮毛隔开寒冷以保持热量。一般来说，皮毛越厚，隔冷作用越好（图23.3）。因此冬天狼的皮毛是夏天的三倍厚，隔冷效果是夏天的两倍多。另一些哺乳动物则在最冷的季节里采取冬眠的方式来避免消耗保持恒定体温所需的能量一一就象变温动物一样。行为适应许多动物采取从一个栖息地迁徒到另一个栖息地的方法来适应环境的变化，离开那些不适合的地方。图29.4中的热带蜥蜴为了保持体温而在开阔的太阳地取暖，当它们觉得过热的时候，就会躲到荫凉处。相反，生活在林荫地里的同种蜥蜴不能通过这样的行为方法来调解体温。所以，它们改变自己的

对环境的反应可以是短期的也可以是长期的。短期来说，个体在短短一生中 可以采用万千方法以适应环境变化；长期来看，自然选择将挑选出最能适应环境 的种群。 表 29.1 适应高海拔的生理变化——增加输氧量的对策 增加呼吸频率 加快红血球生产，使血液中血红蛋白增加 血红蛋白氧结合能力的下降，使身体组织释氧速率提高 线粒体、毛细血管和肌肉中肌红蛋白密度的增加 基于表 14—11，A.T.范德尔（A.T.Vander），J.H.谢尔曼（J.H.Sherman），D.S.鲁西安诺 （D.S.Luciano），《人类生理学》，第 5 版，麦克格洛——希尔公司（McGrow-Hill Company）， 杜别克（Dubuque）,爱沃华（Iowa）。版权所有。 个体对环境的适应 生理适应 许多生物能通过生理调节以适应环境的变化。因此，你的面部 血管在冷天收缩以减少热量的散失（同时让你“脸红”）。类似的，在高海拔地带， 象 Andes 这样的地方，人刚开始会产生高原反应——症状表现为心脏悸动、恶心、 疲劳、头痛、头晕，在一些严重情况下，还会出现肺气肿——这是低气压和空气 低氧含量的结果。几天过后，你就会感觉好一些，因为一系列生理变化使得体内 输氧能力提高了（表 29.1） 在冬天，一些昆虫通过往血液中添加甘油来抗冻，另一些则将糖原转化成 酒精来保护它们的细胞膜不受寒冻侵袭。 形态适应 恒温动物在寒冷的环境中采取尽量减少能量支出的措施。许多 哺乳动物在冬天长出厚厚的皮毛，利用它们的皮毛隔开寒冷以保持热量。一般来 说，皮毛越厚，隔冷作用越好（图 23.3）。因此冬天狼的皮毛是夏天的三倍厚， 隔冷效果是夏天的两倍多。另一些哺乳动物则在最冷的季节里采取冬眠的方式来 避免消耗保持恒定体温所需的能量——就象变温动物一样。 行为适应 许多动物采取从一个栖息地迁徙到另一个栖息地的方法来适应 环境的变化，离开那些不适合的地方。图 29.4 中的热带蜥蜴为了保持体温而在 开阔的太阳地取暖，当它们觉得过热的时候，就会躲到荫凉处。相反，生活在林 荫地里的同种蜥蜴不能通过这样的行为方法来调解体温。所以，它们改变自己的

1.5oWinter体温以同周围保持一致。.Summer(eWolf行为适应有时十分1.0极端。生活在北美沙漠中PolarbearWolf的具有铲形足的蟾蜍·Polarbear0.5Scaphiophus能在地表打出近一米深的洞穴，每年在里面一呆就是9个1.02.04.05.06.03.0月，它的代谢速率大大减Thickness of fur (mm)缓，只靠脂肪储备为生。图29.3形态适应。北美哺乳动物的皮毛厚度与其绝热性能有着密切的关系。当湿冷季节来到时，它们Insulation绝热性能（℃卡/m/h）Winter冬季重新出现，进行繁殖。幼Thicknessoffur皮毛厚度（mm）Summer夏季Wolf狼Polarbear北极熊蛙很快成熟并重新掘穴返回到地下。32对环境变化的进化适应30oa Biadea以上例子包含了为了适应28不断变化着的环境而作出调26整的各种方式。个体改变自身·Openhabitat的生理、形态、行为状态的能·Shadedforest24力是一种进化适应，是自然选24262830Hourly mean airtemperature (°C)择的结果。这个结果也可以通图29.4行为适应。波多黎各（PuertoRican）蜥过比较不同环境中的两个相蜴（Anoliscristatellus）用外出晒太阳的方法保持相对稳定的体温：在荫底的森林，由于不能采取似物种而得到。在这种情况相同的办法，它的体温随周围的环境而变化。下，物种常常表现出对它们所Hourlymeanbodytemperature每小时平均体温（℃）Openhabitat开放型栖息地Shadedforest荫处特殊环境惊人的适应能力。底林地举个例子来说，生活在不Hourlymeanairtemperature每小时平均气温（℃）同气候下的动物表现大不相同。寒冷地区的哺乳动物往往耳翼小（Allen定律）而体型大（Bergmann定律），以减少热量散失。这两个特点都缩小了容易损失热量部分的体表面积。生活在不

体温以同周围保持一致。 行为适应有时十分 极端。生活在北美沙漠中 的 具 有 铲 形 足 的 蟾 蜍 Scaphiophus 能在地表 打出近一米深的洞穴，每 年在里面一呆就是 9 个 月，它的代谢速率大大减 缓，只靠脂肪储备为生。 当湿冷季节来到时，它们 重新出现，进行繁殖。幼 蛙很快成熟并重新掘穴， 返回到地下。 对环境变化的进化适应 以上例子包含了为了适应 不断变化着的环境而作出调 整的各种方式。个体改变自身 的生理、形态、行为状态的能 力是一种进化适应，是自然选 择的结果。这个结果也可以通 过比较不同环境中的两个相 似物种而得到。在这种情况 下，物种常常表现出对它们所 处特殊环境惊人的适应能力。 举个例子来说，生活在不 同气候下的动物表现大不相 同。寒冷地区的哺乳动物往往耳翼小（Allen 定律）而体型大（Bergmann 定律）， 以减少热量散失。这两个特点都缩小了容易损失热量部分的体表面积。生活在不 图 29.3 形态适应。北美哺乳动物的皮毛厚度与其绝热性 能有着密切的关系。 Insulation 绝热性能 (o C 卡/m2 /h) Winter 冬季 Thickness of fur 皮毛厚度（mm） Summer 夏季 Wolf 狼 Polar bear 北极熊 图 29.4 行为适应。波多黎各（Puerto Rican）蜥 蜴（Anolis cristatellus）用外出晒太阳的方法保 持相对稳定的体温；在荫庇的森林，由于不能采取 相同的办法，它的体温随周围的环境而变化。 Hourly mean body temperature 每小时平均体温（ o C） Open habitat 开放型栖息地 Shaded forest 荫 庇林地 Hourly mean air temperature 每小时平均气温（ o C）

同温度下的蜥蜴表现出生理上的适应。沙漠蜥蜴不会受足以使北欧蜥蜴致命的高温的影响，而北欧蜥蜴则能在沙漠蜥蜴完全不能行动的寒冷环境中奔跑、捕食和消化食物。许多物种还能在缺水的环境中生存。众所周知，骆驼和其他一些沙漠动物能够走很长的路而不饮水。另一个适应沙漠环境的例子来自于蛙类。大多数青蛙有能让水分自由通过的湿润皮肤，这样的动物不能在干旱气候下生存，因为它们会迅速失水变干。但是有些青蛙已经通过减少皮肤的失水解决了这个问题。例如，某种青蛙具有特殊的腺体，能够分泌一种蜡状物覆盖全身皮肤，其防水能力可令水分散失减少95%。对不同环境的适应也可以用实验来研究。例如，当Eco1i的菌株在高温（42°下生长时，利用资源的速度逐渐增快；2000代之后，这种速度已比实验初加快了30%。这种资源消耗速度加快的原因仍然不为人知，也因此成为了研究的焦点。生物体利用各种生理、形态和行为手段以适应环境变化。长久以来，物种已经产生了对不同环境的进化适应。29.2气候条件塑造了生态系统的特征生态系统的分布（见本章后面的章节）不仅受地球自身特点的影响，如不同土壤类型及山谷分布，还受两个关键物理因素的支配：（1）地球上不同地区所接受的太阳热量及由此引起的季节变化；（2）地球大气环流及随之而起的大洋环流。所有这些因素决定了当地的气候，也决定了降水量的分布。太阳辐射和大气环流地球接受了大量的太阳短波辐射，也以长波辐射的形式向太空返还等量能量。每年有102卡的能量到达地球大气上层表面，即每分钟每平方米1.94卡。这些能量有一半能到达地球表面。这个波长不同于到达外层大气辐射的波长。大部分紫外辐射被大气中的氧气（0z）和臭氧（03）吸收。我们在30章中将会看到，由于人类的活动，臭氧层的消耗造成了严重的生态问题

同温度下的蜥蜴表现出生理上的适应。沙漠蜥蜴不会受足以使北欧蜥蜴致命的高 温的影响，而北欧蜥蜴则能在沙漠蜥蜴完全不能行动的寒冷环境中奔跑、捕食和 消化食物。 许多物种还能在缺水的环境中生存。众所周知，骆驼和其他一些沙漠动物能 够走很长的路而不饮水。另一个适应沙漠环境的例子来自于蛙类。大多数青蛙有 能让水分自由通过的湿润皮肤，这样的动物不能在干旱气候下生存，因为它们会 迅速失水变干。但是有些青蛙已经通过减少皮肤的失水解决了这个问题。例如， 某种青蛙具有特殊的腺体，能够分泌一种蜡状物覆盖全身皮肤，其防水能力可令 水分散失减少 95％。 对不同环境的适应也可以用实验来研究。例如，当 E.coli 的菌株在高温（420） 下生长时，利用资源的速度逐渐增快；2000 代之后，这种速度已比实验初加快 了 30％。这种资源消耗速度加快的原因仍然不为人知，也因此成为了研究的焦 点。 生物体利用各种生理、形态和行为手段以适应环境变化 、形态和行为手段以适应环境变化。长久以来，物种已经 产生了对不同环境的进化适应。 29.2 气候条件塑造了生态系统的特征 生态系统的分布（见本章后面的章节）不仅受地球自身特点的影响，如不同 土壤类型及山谷分布，还受两个关键物理因素的支配：（1）地球上不同地区所接 受的太阳热量及由此引起的季节变化；（2）地球大气环流及随之而起的大洋环 流。所有这些因素决定了当地的气候，也决定了降水量的分布。 太阳辐射和大气环流 地球接受了大量的太阳短波辐射，也以长波辐射的形式向太空返还等量能 量。每年有 1024卡的能量到达地球大气上层表面，即每分钟每平方米 1.94 卡。 这些能量有一半能到达地球表面。这个波长不同于到达外层大气辐射的波长。大 部分紫外辐射被大气中的氧气（O2）和臭氧（O3）吸收。我们在 30 章中将会看到， 由于人类的活动，臭氧层的消耗造成了严重的生态问题

为什么热带更温暖全世界有丰富的生Sunlight态系统，因为不同地区的EquatorSunlight气候大相径庭。在同一天中，迈阿密、佛罗里达和Fig.29.5a缅因的天气往往差别很大。这并不神秘。由于地Vernal equinoxWinter solstice(sun aims directly30northernhemisphereatequator)tiltsawayfromthesun)球是个球体，某些地区比quator其他地区接受更多的太23 V2阳能量。这种差别导致了地球表面气候的不同，也间接的影响到生态系统的多样性。热带比温带温summersolsticeAutumnaleqtEquatonorthernhemispheresunsdirectlyattiltstowardthesun)equator)暖是因为太阳光在赤道Fig.29.5图29.5日地关系决定了地球上自然环境的状况和生命地区几乎是垂直入射，而的分布。（a）照在地球中纬度地区的一束阳光比照在赤道在极地附近，太阳光的入附近的一束类似的阳光所覆盖的面积更大。（b）地球公转对气候影响显著。由于绕太阳运转时地轴稍有倾斜，南北射角倾斜，使得光线照射半球的气温呈年度循环变化。在广阔得多的区域上，从(a)quator赤道Sunlight阳光(b)VernalequinoxO春分（阳光直射赤道）而减少了单位面积上的Wintersolstice（冬至（北半球远离太阳方向）能量（图29.5a）。Autumnequinox（秋分（阳光直射赤道）SummersolsticeO夏至（北半球朝太阳倾斜）地球公转及自转对世界气候的形成都有重要影响（图29.5b）。由于公转及23.5°的黄赤交角，从赤道向极地的不同地区都会出现四季交替。除了春分与秋分以外，一年中两个极地的一个总会更接近太阳。大气环流的基本模式当空气变温暖时，它的水汽容量就会增大，反之则减小。赤道附近的高温促进了蒸发作用，空气也因此变得温暖潮湿。当空气上升向两极流动的时候，它渐渐冷却，湿度也慢慢降低（图29.6）。结果，地球上大部分降水出现在赤道附近

为什么热带更温暖 全世界有丰富的生 态系统，因为不同地区的 气候大相径庭。在同一天 中，迈阿密、佛罗里达和 缅因的天气往往差别很 大。这并不神秘。由于地 球是个球体，某些地区比 其他地区接受更多的太 阳能量。这种差别导致了 地球表面气候的不同，也 间接的影响到生态系统 的多样性。热带比温带温 暖是因为太阳光在赤道 地区几乎是垂直入射，而 在极地附近，太阳光的入 射角倾斜，使得光线照射 在广阔得多的区域上，从 而减少了单位面积上的 能量（图 29.5a）。 地球公转及自转对世界气候的形成都有重要影响（图 29.5b）。由于公转及 23.5o 的黄赤交角，从赤道向极地的不同地区都会出现四季交替。除了春分与秋 分以外，一年中两个极地的一个总会更接近太阳。 大气环流的基本模式 当空气变温暖时，它的水汽容量就会增大，反之则减小。赤道附近的高温促 进了蒸发作用，空气也因此变得温暖潮湿。当空气上升向两极流动的时候，它渐 渐冷却，湿度也慢慢降低（图 29.6）。结果，地球上大部分降水出现在赤道附近。 图 29.5 日地关系决定了地球上自然环境的状况和生命 的分布。（a）照在地球中纬度地区的一束阳光比照在赤道 附近的一束类似的阳光所覆盖的面积更大。（b）地球公转 对气候影响显著。由于绕太阳运转时地轴稍有倾斜，南北 半球的气温呈年度循环变化。 (a)quator 赤道 Sunlight 阳光 (b)Vernal equinox() 春分（阳光直射赤道） Winter solstice() 冬至（北半球远离太阳方向） Autumn equinox()秋分 (阳光直射赤道) Summer solstice() 夏至（北半球朝太阳倾斜）

这片气流上升的区域气压低，称作赤道低气压带（doldrums），赤道南北的空气都流向这里。当上升气流到达南北纬30°附近，下降的干冷空气再次被加热，它的蒸汽容量增加，形成了一个降水稀疏区域。这时的空气，由于仍暖于极地空气，所以继续向极地流动。在南北纬60°附近它再次上升，形成一个降水充沛的地带，30EquatFig 29.60图29.6大气环流的主要形式，（a）大气的循环流动模式。（b）地球表面主要的气流Equator赤道Sterlies西风Northeasttrades东北信风Doldrums赤道无风Southeasttrades东南信风在这里还有一个低压带一极锋（polarfront）。上升气流的一部分返回赤道，另一部分继续南下或北上，在极地处沉降，形成一个降水稀少的地带，最后返回赤道。受地球自转影响的气流同这些南北向循环的气流带相比，还有三股受地球自转和热量分布影响所产生的主要气流。在南北纬30°之间有信风，南半球是东一东南走向，北半球是东一东北走向。信风常年不息，是最稳定的风，冬强而夏弱。在南北纬30°至60°之间，强西风由西向东吹过。这里的气候主要由它决定，尤其是大陆西缘。靠近极地的地方，还有由东向西的弱风。暖空气在赤道附近上升，于南北纬30°附近下沉，形成于燥带：接着向极地流动，在南北纬60°附近再次上升，随后返回赤道。但其中有一些流向极地，形成一个降水稀少的地带。大气环流、降水和气候

这片气流上升的区域气压低，称作赤道低气压带(doldrums)，赤道南北的空气 (doldrums) 都流向这里。当上升气流到达南北纬 30o附近，下降的干冷空气再次被加热，它 的蒸汽容量增加，形成了一个降水稀疏区域。这时的空气，由于仍暖于极地空气， 所以继续向极地流动。在南北纬 60o附近它再次上升，形成一个降水充沛的地带， 在这里还有一个低压带——极锋(polar front)。上升气流的一部分返回赤道 (polar front) ， 另一部分继续南下或北上，在极地处沉降，形成一个降水稀少的地带，最后返回 赤道。 受地球自转影响的气流 同这些南北向循环的气流带相比，还有三股受地球自转和热量分布影响所产 生的主要气流。在南北纬 30o之间有信风，南半球是东—东南走向，北半球是东 —东北走向。信风常年不息，是最稳定的风，冬强而夏弱。在南北纬 30o 至 60o 之间，强西风由西向东吹过。这里的气候主要由它决定，尤其是大陆西缘。靠近 极地的地方，还有由东向西的弱风。 暖空气在赤道附近上升，于南北纬 30o附近下沉，形成干燥带；接着向极地流动 ；接着向极地流动， 在南北纬 60o附近再次上升，随后返回赤道 ，随后返回赤道。但其中有一些流向极 。但其中有一些流向极地，形成一个 降水稀少的地带。 大气环流、降水和气候 图 29.6 大气环流的主要形式。 （a）大气的循环流动模式。（b）地球表面主要的气流 Equator 赤道 Sterlies 西风 Northeast trades 东北信风 Doldrums 赤道无风 Southeast trades 东南信风

如前所述，在南北纬30°附近，空气下沉变暖，降水稀少：南北纬60°附近空气上升变冷，降水充沛。部分由于此原因，世界上所有的大沙漠都在南北纬30°附近。另一些大沙漠则在内陆，那里降水量有限是因为离湿润空气的最终来源——海洋太远。雨影效应还有一些沙漠是因为MoistWind direction山脉阻挡了海上吹来的富NevadaPacificOcean含水汽的风形成的。在这种情形下，空气沿着山脉图29.7雨影效应。太平洋富含水汽的风受到内华达上升，水汽容量减少，从（SierraNevada）山脉的阻挡而降温。水汽容量的下降而在山的迎风坡一一风吹产生了降水，这使得该山脉的中海拔地区成为世界上最多雪的区域之一。这里有高大的树木，包括举世闻名的来的一面一一形成降水。美洲杉。当空气在山脉东侧下降时，它的水汽容量再次例如，加州的Sierra增加，从周围吸收了比前面损失还多的水分。结果，山区东侧形成了沙漠。Nevada山东面就比西面干Pacific Ocean太平洋Winddirection风向燥的多，植被也大不相同。Moist湿润Sierra Nevadarange内华达山脉Rain shadow雨影Arid干早这种现象称为雨影效应(rainshadoweffect)（图29.7)。区域性气候世界上有四个座落在不同大陆的面积不大的区域，它们的气候与地中海地区十分相似。巴扎、加利福尼亚、俄勒冈的一部分，智利中部，澳大利亚西南部和南非最南部地区都有所谓的地中海式气候。这些地区每年夏天都有西风从凉爽的海洋吹向温暖的大陆。因此，空气的水汽容量增加，吸纳了水汽，形成干旱少雨的气候。这种气候在世界范围内并不多见。在这五处地方，有许多进化独特的动植物。由于西风的缘故，世界上的大沙漠（非内陆地区）和地中海气候区多在大陆西岸。另一种区域性气候出现在南亚。夏季，印度和南亚出现季风性气候。冬天，信风由东吹向东北，从凉爽的陆地吹向温暖的海洋。从6月到10月，当陆地温

如前所述，在南北纬 30o附近，空气下沉变暖，降水稀少；南北纬 60o附近， 空气上升变冷，降水充沛。部分由于此原因，世界上所有的大沙漠都在南北纬 30o 附近。另一些大沙漠则在内陆，那里降水量有限是因为离湿润空气的最终来 源——海洋太远。 雨影效应 还有一些沙漠是因为 山脉阻挡了海上吹来的富 含水汽的风形成的。在这 种情形下，空气沿着山脉 上升，水汽容量减少，从 而在山的迎风坡——风吹 来的一面——形成降水。 例 如 ， 加 州 的 Sierra Nevada 山东面就比西面干 燥的多，植被也大不相同。 这种现象称为雨影效应 (rain shadow effect)（图 29.7）。 (rain shadow effect) 区域性气候 世界上有四个座落在不同大陆的面积不大的区域，它们的气候与地中海地区 十分相似。巴扎、加利福尼亚、俄勒冈的一部分，智利中部，澳大利亚西南部和 南非最南部地区都有所谓的地中海式气候。这些地区每年夏天都有西风从凉爽的 海洋吹向温暖的大陆。因此，空气的水汽容量增加，吸纳了水汽，形成干旱少雨 的气候。这种气候在世界范围内并不多见。在这五处地方，有许多进化独特的动 植物。由于西风的缘故，世界上的大沙漠（非内陆地区）和地中海气候区多在大 陆西岸。 另一种区域性气候出现在南亚。夏季，印度和南亚出现季风性气候。冬天， 信风由东吹向东北，从凉爽的陆地吹向温暖的海洋。从 6 月到 10 月，当陆地温 图 29.7 雨影效应。太平洋富含水汽的风受到内华达 （Sierra Nevada）山脉的阻挡而降温。水汽容量的下降 产生了降水，这使得该山脉的中海拔地区成为世界上最 多雪的区域之一。这里有高大的树木，包括举世闻名的 美洲杉。当空气在山脉东侧下降时，它的水汽容量再次 增加，从周围吸收了比前面损失还多的水分。结果，山 区东侧形成了沙漠。 Pacific Ocean 太平洋 Wind direction 风向 Moist 湿润 Sierra Nevada range 内华达山脉 Rain shadow 雨影 Arid 干旱

度升高，空气流动便会反向，风就从西南海洋吹向南亚次大陆及邻近地区，带来降水。每年的季风强度和持续时间决定了这个地区数以百万的人的生活状况。纬度热带生态系统的温度往往较高，原因很简单：热带所处的纬度单位面积接受更多的阳光。当太阳处于头顶正上方的时候辐射最强；只有在阳光垂直照射的赤道热带地区才会出现这种情Annual mean形。如图29.8所示，全球最30高气温出现在赤道附近（即20100纬度）。由于没有四季交替，热带生态系统的月平均-Variationinmonthlymeans-10温度变化很小。当你由赤道向低纬度的温带地区移动，6030°0°30°SLatitude阳光以倾斜的角度照射，单图29.8气温随纬度的变化。蓝色曲线代表从北极位面积上的强度减少了，所到南极各个纬度的年平均温度。以平均温度要低于热带地Temperature气温（℃)Annualmean年平均温度Variationinmonthlymeans月平均变化范围区。在这里，温度变化变得显著起来，因为四季交替开始逐渐明显。气流循环的季节变化引起洋流的相应变化，有时使得含养料丰富的寒流由海底上升至海面，便得海面浮游生物及其它生物大量繁殖。淡水湖泊池塘中也有类似的季节性水流变化，每年的春秋两季将营养物质从水底带到水面上。海拔温度与海拔也有关系，海拔越高，温度越低。在同一纬度，海拔每升高1000米。气温就下降约6℃。由于海拔带来的温度变化对生态系统的影响同纬度一样（图29.9），因此，北美海拔升高1000米带来的温度降低等同于纬度增加880千米带来的效果。这也是越远离赤道，树木生长线（树木生长的最高海拔）越低的原因之一

度升高，空气流动便会反向，风就从西南海洋吹向南亚次大陆及邻近地区，带来 降水。每年的季风强度和持续时间决定了这个地区数以百万的人的生活状况。 纬度 热带生态系统的温度往往较高，原因很简单：热带所处的纬度单位面积接受 更多的阳光。当太阳处于头顶正上方的时候辐射最强；只有在阳光垂直照射的赤 道热带地区才会出现这种情 形。如图 29.8 所示，全球最 高气温出现在赤道附近（即 0 纬度）。由于没有四季交 替，热带生态系统的月平均 温度变化很小。当你由赤道 向低纬度的温带地区移动， 阳光以倾斜的角度照射，单 位面积上的强度减少了，所 以平均温度要低于热带地 区。在这里，温度变化变得 显著起来，因为四季交替开始逐渐明显。 气流循环的季节变化引起洋流的相应变化，有时使得含养料丰富的寒流由海 底上升至海面，使得海面浮游生物及其它生物大量繁殖。淡水湖泊池塘中也有类 似的季节性水流变化，每年的春秋两季将营养物质从水底带到水面上。 海拔 温度与海拔也有关系，海拔越高，温度越低。在同一纬度，海拔每升高 1000 米。气温就下降约 6 o C。由于海拔带来的温度变化对生态系统的影响同纬度一样 （图 29.9），因此，北美海拔升高 1000 米带来的温度降低等同于纬度增加 880 千米带来的效果。这也是越远离赤道，树木生长线（树木生长的最高海拔）越低 的原因之一。 图 29.8 气温随纬度的变化。蓝色曲线代表从北极 到南极各个纬度的年平均温度。 Temperature 气温( o C) Annual mean 年平均温度 Variation in monthly means 月平均变化范围

PolariceTundra微气候(microclimate）NorthpoleTaigaTemperateforest生态系统内部气候的变TropicalrainforestEquator.化范围也非常大。堆满落叶Polarice10,000之类废弃物的森林地表上，LatitudeTundraTaiga就存在许多荫蔽程度、温度、0emporate土壤水分蒸发速度等生态因子不同的微气候ainforestsvelElevation(microclimate）区。这些局图29.9海拔与纬度一样影响生态系统的分布。通部的气候条件可以与整个大常，热带的高海拔地区会存在与高纬度的低海拔地区类似的生态系统。因此，在墨西哥南部或危地马拉的气的迥然不同。园丁们习惯高山上，你可以看到如图所示的生态系统分布。在新播种的草坪上撒上麦Northpole北极Equator赤道Latitude纬度Polarice极地冰原Tundra苔原Elevation海拔杆，就是为了创造一个保温Taiga亚寒带针叶林Temperateforest温带森林的微气候。Tropicalrainforest热带雨林Sealevel海平面世界上大沙漠及其它干旱地区大多数位于南北纬30°的大陆西岸。山脉往往阻挡降雨，使背风坡形成沙漠。一般来说，热带和低海拔的温度高于其他地方29.3生物群系是广泛分布的陆地生态系统主要生物群系生物群系（biomes）是指具有一定显著特征并分布在主要由气候的区域性变化决定的大块陆地区域的生物群落。从这个广义的定义可以料想，划分生物群系的方法多种多样，不同的生态学家可能将同一群落归到不同的生物群系中。作为主要生物群落的的生物群系的实质目前还存在一些争议，而只有如何最好地描述它。主要生物群系的分布本书列出了八个主要的生物群系单元：热带雨林、热带稀树草原、沙漠、温带草原、温带落叶阔叶林、温带常绿林、亚寒带针叶林和极地苔原，这些遍布全球的生物群系占据了按照降雨量和温度划分的大多数地区

微气候(microclimate) (microclimate) 生态系统内部气候的变 化范围也非常大。堆满落叶 之类废弃物的森林地表上， 就存在许多荫蔽程度、温度、 土壤水分蒸发速度等生态因 子 不 同 的 微 气 候 (microclimate)区。 (microclimate) 。这些局 部的气候条件可以与整个大 气的迥然不同。园丁们习惯 在新播种的草坪上撒上麦 杆，就是为了创造一个保温 的微气候。 世界上大沙漠及其它干旱地区大多数位于南北纬 30o的大陆西岸。山脉往往阻挡 。山脉往往阻挡 降雨，使背风坡形成沙漠 ，使背风坡形成沙漠。一般来说，热带和低海拔的温度高于其他地方 ，热带和低海拔的温度高于其他地方 29.3 生物群系是广泛分布的陆地生态系统 主要生物群系 生物群系(biomes)是指具有一定显著特征并分布在主要由气候的区域性变 (biomes) 化决定的大块陆地区域的生物群落。从这个广义的定义可以料想，划分生物群系 的方法多种多样，不同的生态学家可能将同一群落归到不同的生物群系中。作为 主要生物群落的的生物群系的实质目前还存在一些争议，而只有如何最好地描述 它。 主要生物群系的分布 本书列出了八个主要的生物群系单元：热带雨林、热带稀树草原、沙漠、温 带草原、温带落叶阔叶林、温带常绿林、亚寒带针叶林和极地苔原，这些遍布全 球的生物群系占据了按照降雨量和温度划分的大多数地区。 图 29.9 海拔与纬度一样影响生态系统的分布。通 常，热带的高海拔地区会存在与高纬度的低海拔地区 类似的生态系统。因此，在墨西哥南部或危地马拉的 高山上，你可以看到如图所示的生态系统分布。 North pole 北极 Equator 赤道 Latitude 纬度 Polar ice 极地冰原 Tundra 苔原 Elevation 海拔 Taiga 亚寒带针叶林 Temperate forest 温带森林 Tropical rain forest 热带雨林 Sea level 海平面