植物地理学 第二章 植物区系空间分异与环境演变

第二章 植物区系空间分异 与环境演变Ø 植物区系基本概念Ø 分布区与分布区的形成Ø 植物区系分析Ø 人为活动与植物分布植物区系（flora)是指某一地区，或某一时期、某一分类群、某类植被等所有植物种类的总称。参考文献：孢子粉与植物大化石：地质记录差异及其古植物学意义吴征镒, 孙 航, 周浙昆, 等.中国植物区系中的特有性及其起源和分化，云南植物研究, 2005, 27(6): 577-604成明昊, 石胜友,周志钦,等. 横断山区苹果属植物区系地理学研究,中国农业科学,2004,37(11):1666-1671第一节 植物区系基本概念一、植物分布区的静态特征Ø 种的分布区u 分布区的结构u 分布区的形状u 分布的范围Ø 属和科的分布区u 分布中心u 间断分布 u 分布范围点图廓法不能表示物种的分布边界第二节 分布区与分布区的形成分布区的结构l分布区生境差异 种的间断分布种 群种内个体（植株），分成若干群，每 个群成片地分布在某个地段内，空 间上互有间断生态型生境差异大气候土壤分布区的形状连续无障碍隔断间断Pinus pumila 连续分布区毛茛 (Ranunculus glacialis) 的北极 高山式间断分布区世界种（广布种）大车前（的分布范 围分布的范围世界种局部适宜的生境特有种中国特有种的分布杉木(长江中下游特有)侧柏华北延至朝鲜特有水杉几个属的分布中心属和科的分布区亲缘关系相近的种的联合科内各属分布区的总括种数最丰富的地区间断分布 壳斗科三个属的间断分布1.栎属，2.山毛榉（水青冈）属，3.假山毛榉属二、分布区的形成与变化Ø 物种的形成与分布（从地理因素分析）u 异地（域）物种形成u 同地（域）物种形成u 平行物种形成Ø 种分布区的扩展Ø 环境演变与植物分布区的变化u 气候演变u 地形变化u 板块运动Ø 分布区特征与植物系统发育物种的形成（从地理因素分析）遗传密码突变 原种内种群间生殖隔离新物种形成异地 同地平行原有分布区分隔数块相遇 仍可 杂交种的间断分布亲缘 相近 的不 同种属的间断分布无地理隔离， 细胞内染色体 分裂失常。生境变化，基 因交流中断环境演变与植物分布区的变化气候演变地形变化板块运动太 阳 辐 射 能反 射 率温 室 效 应太 阳 辐 射 强 度地 球 轨 道 要 素云量，大气气溶胶， 陆地植被，海陆分布吸收地球长波辐射冰雪圈反照率正反馈：温度冰雪覆盖 地表反射率吸收太阳辐射温度水汽，冰雪圈，云辐射，海洋反馈地球的岩石圈有若干刚性板块组成， 其位于地幔对流的热边界层之上， 受地幔的缓慢对流过程驱动横跨地球 表面发生大规模的水平运动横断山高山峡谷南北走向， 西南季风长驱 直入，因此，这里的植物和自然地理垂直变 化大而明显，从干热河谷的热带向上为亚热 带，山地温带，寒温带，以至高山冰雪带等 6 -8 个气候植被带。气候演变在早始新世约5 000 万年前整个北半球为单一的北热带植物区，早第三纪的亚热带植物水椰棕榈(Nipa truticans)的化石甚至向北分布到阿拉斯加，从渐新世约3 800 万年前开始，气候逐渐变冷，分布在北半球高纬度带的植物一部分逐渐适应而保存下来，一部分退却到北纬50 以南为温带植物区系保存下来，到更新世冰期和间冰期反复出现又使许多种类灭绝，部分地方（更新世避难所）影响较轻，保存住第三纪较丰富的第三纪植物。冰芯记录中末次间冰期-冰期旋回气候突变事件的研究进展落叶松在欧亚大陆的分布1.欧洲落叶松，2.西伯利亚落叶松，3，兴安落叶松，4.黄龙松，5.华北落叶松， 6.红杉，7.西藏落叶松，8.日本落叶松，9.勘察加落叶松，10.阿拉斯加落叶松， 11.美洲落叶松冰期的严寒使落叶松向南扩展，回暖使分布区间隔离人类最近的一个地球地质时代是距今300万年的第四纪。该时期对现在自然环境、动植物分布和人类影响最大的事件是气候的冷暖交替变化，即冰期和间冰期的轮换。距今最近的一次冰期发生在1万多年前。在冰期，全球气候寒冷，冰川发育，从北到南大部分陆地都为冰川覆盖。不能适应寒冷气候的物种，或者全军覆没，或者全体往南退缩，或者在一些局部没有冰川或较暖和的地方幸存下来，大熊猫属于后者，因此它又有孓遗物种之谓。 间断分布区形成的不同过程图解举例：苹果属植物是在古热带植物区马来西亚植物亚区起源后向北扩展到达横断山至喜马拉雅为中心地区，形成的一个重要发展中心并在这里发生了强烈的演化辐射。曾经广泛分布，后来中部消失通过迁移或跳跃，形成间断分布初始分布不在中部残遗分布Ø 植物类群的统计和分析Ø 植物区系成分分析Ø 地区间植物区系比较分析Ø 世界植物区系区划与区域分异Ø 中国植物区系概述Ø 岛屿植物区系分析第三节 植物区系分析u 科、属、种数目的统计 u 分布多度分析中国种子植物特有属在各省的分布多度（引自王荷生，1992）各省区分布的属数分为5级：个别或单株UN 数量很少而稀疏 SOL 数量不多而分散 SP 少尚多COP1 稍多COP2 数量多COP3极多SOC一、植物类群的统计和分析二、植物区系成分分析l地理成分 l发生成分l迁移成分l历史成分l生态成分现代地理分布起源植物种迁移到某一植物区系所在地所循的迁移路线出现时间适应生境l1、 Kjaccard=l2、 Ksorensen=l3、 Ssz=式中：Kjaccard相似性系数；Ksorensen相似性系数 ；A甲地植物属的数目；B乙地植物属的数目；C两地共有属的数目三、地区间植物区系比较分析自学内容l四、世界植物区系区划与区域分异l五、中国植物区系概述Ø岛屿隔离的影响（距离）Ø岛屿面积差异的影响Ø岛屿年龄的影响Ø岛屿生物地理平衡理论Ø岛屿生物地理学理论的验证与应用六、岛屿植物区系分析l阿连纽斯（Arhenius，1921）与格莱森（Gkeason ，1922）研究了种数和面积的关系： S=CAZ或 lgS=lgC+zlgA式中：S岛屿种类总数；A岛屿面积；C岛屿内种类密度（单位面积内种数）Z统计指数，在对数形式表达式中为回归 直线斜率。岛屿上的物种数目决定于迁入物 种和灭亡物种的平衡，而且是一种 动态平衡，即不断有物种灭绝，由 同种或别种的迁入而得到补偿。1 岛屿上的物种数不随时间变化 2 平衡是一种动态平衡，即灭绝不断被新迁入 的种所代替 3 大岛屿比小岛屿能维持更多的物种数；种的 灭绝速率慢 4 随岛屿离大陆距离由近到远，新种移入速率 慢，物种灭绝速率也慢。岛屿生物地理学的平衡模型第四节 人为活动与植物分布l栽培植物l生物入侵l栽培植物的起源l栽培植物的起源中心l栽培植物的扩散l栽培植物野生种系的保护与利用l栽培植物区系：在农田、花园及果园中引种 栽培的许多植物种类称为栽培植物区系。l归化植物：已经驯化或又变成野生的外来植 物称为归化或逸生植物。栽培植物起源中心l瓦维洛夫18871943，苏联植物育种学家和遗传学家。 提出假说：栽培植物的起源中心应是其野生亲 缘种显示最大适应性的地区 1916-1933率领采集队考察，采集标本和种子规模浩大的实验观察1.东亚中心：包括中国东部、朝鲜和日本。2.东南亚中心：包括我国云南在内3.印度中心4.中亚中心5.西亚中心6.地中海中心7.非洲中心8.南美中心9.中美及墨西哥中心10.北美中心11.欧洲和西伯利亚中心12.澳大利亚中心玛雅文化：玛雅人（Mayan）中美洲地区和墨西哥印第安人的 一支。又译“马亚人”,“马雅人”。公元前约2500年就已定居今墨 西哥南部、危地马拉、伯利兹以及萨尔瓦多和洪都拉斯的部分地区。 农业生产中培育了对人类有重大贡献的粮食新品种， 如玉米、西红柿、南瓜、豆子、甘薯、辣椒、可可、香兰草和烟草等， 其中玉米的培植对人类贡献最大玛雅文化内容l培育粮食新品种（玉米，火鸡）l城市经济发达l建筑和艺术（浮雕、壁画）l天文和数学运算（三部历法，阳历、阴历和金 星历）l创造象形文字l哲学和理想化思想l丰富的史学和文学文献消失原因l随外星人离去l随祖先沉入大海l内部暴乱l祭祀杀人太多生物入侵水 葫 芦全民总动员，抗战水葫芦l水葫芦（Water Hyacinth），属雨久花科、凤眼莲属。原产南美，1884年，作为观赏植物被带到美国的一个园艺博览会上，当时被预言为“美化世界的淡紫色花冠”。水葫芦过多会覆盖水面，堵塞河道，影响航运。如不及时清除，还会阻碍排灌，在汛期阻碍水流。浓密的水葫芦降低了光线对水体的穿透能力，影响水底生物的生长。紫茎泽兰成都到昆明火车轨道旁 昆明市立交桥下 昆明市广告牌下福寿螺l70年代由商人从南美洲引入台湾l80年代由商人引入广东等省养殖，市场回报低 ，放生，无天敌，繁殖能力强，迅速侵占广东 、广西、福建、上海、江苏、江西。l2006年北京87人感染“广州管圆线虫病”l放生，啃食水稻l8月初，广西发动24万多人参与灭螺大战。 l美国西部的一种玉米根上的虫子就被一架商用 飞机带到贝尔格莱德，后来一直在欧洲心脏地 带的农场中“大吃大喝”。 l“贸易发展了，运货的板条箱带来了隐藏在那 里的一种触角很长的甲虫，叫天牛。这种甲虫 爬出来，在芝加哥和纽约大街的树上安了家， 咬死了居民区不少可爱的树，闹得怨声载道。 ” 入侵种的基本特征l较强的生态适应性l较强的繁殖能力l较强扩散能力，有更多机会进入新环境原产地少数 个体进入新环境遗传多样性降低种内斗争小对土著种的排挤增大入侵能力增强生物入侵的途径l自然途径l自然媒介l生物媒介l人为途径l无意识的引入l有意识的引入依赖于人类的运输 船 集装箱 空运 互联网 塑料垃圾对农业、林业等相关产业产生着深远的负面影响 还是新疾病的病源，直接威胁人类健康 将不断排挤本地物种并最终导致本地物种灭绝，破坏生物多样 性，使物种单一化 将导致生态系统的物种组成和结构发生改变，最终彻底破坏整 个生态系统 概念l生物有原地经自然和人为途径入侵到另一个新 环境，对生态系统和人类健康造成损害或生态 灾难的过程。生物入侵l生态系统：指由生物群落与无机环境构成的统 一整体l林德曼定律：能量在生态系统中的传递不可逆 转； 能量传递的过程中逐级递减，递减率为 10%20% 生物多样性lThe variability among living organisms from all sources including: terrestrial, marine and other aquatic ecosystem and the ecological complexes of which they are part, this includes diversity within species, between species and of ecosystem 生物多样性公约（Convention on Biological Diversity， 1992） 所有来源的活的生物体中变异性，这些来源包括陆地、海洋和 其他水生生态系统及其所构成生态综合体；这包括物种内、 物种之间和生态系统的多样性 发达国家一直开发利用发展中国家的遗传资源, 并 通过知识产权保护从发展中国家的遗传资源获取 暴利。 l2008年1月23日，瑞士日内瓦。联合国总部会 议中心。这里正在召开“遗传资源获取与惠益 分享”会议。主题“物种主权”国家对领土内分布的生物物种资源拥有主权樱桃谷鸭的教训l1873年，到美国人把北京鸭鸭蛋带到美国l1874年，到英国l1888年，到日本l1925年，到前苏联。 中国物种的危机就是：生物物种的丧失和流失 樱 桃 谷 农 场 养 的 北 京 鸭现在全世界的白色、生长速度快的大型鸭子都是北京鸭后代，“叫 Pekin-duck， 或者叫white-Pekin-duck ，没有樱桃谷鸭这种说法。这是中国人为了帮助英国人 推广市场，起名叫做樱桃谷鸭的。英国人至