一、自然带的形成

(一)自然带的定义

什么是自然带？自然带也称“自然地带”或“地理地带”，是指在地球表层中呈南北更替，东西延伸的复杂的自然综合体。每一带有一定的热量和水分组合以及有代表性的植被和土壤类型，并有一个占优势的特有的景观型。由于植被类型是每一个自然带的典型的和最富有表现力的特征，因此自然带都以植被类型的名称来加以命名。自然带在时间上和空间上是不断发展的，各带之间并无固定的、显著的界线，界线通常代表有一定宽度的带。

地球上的自然带一旦产生，便不断发展和演变。地质时代海陆分布的变化，直接影响气候的变迁；而气候的冷暖交替，必然引起自然带的变化和发展。可见自然带的演变是整个地理环境综合演化的结果，它与无机自然界和有机自然界的演化有着密切的联系。由于地球的内力作用产生的地壳构造运动，导致无机自然界的发展演化具有阶段性，因此，受生存环境条件的制约，有机界的发展也具有相应的阶段性的变化，地质时期的划分，就反映出生物界的演化。

正因为如此，同人类生存与发展密切相关的陆地生态系统已成为国际全球变化研究的核心。与此相关的核心项目“全球变化与陆地生态系统(GCTE)”、“生物圈的水循环方面(BAHC)”及“土地利用/土地覆盖变化(LUCC)”等已成为国际全球变化研究中最活跃和不断扩展的项目。

（二）自然带的形成与时空演化

前寒武纪时期，由于生物界尚处于低级发展阶段，因此当时地球上虽然有各种不同的自然条件，但陆地上还没有生物，海洋生物界也比较单一。到了泥盆纪，植物界才实现从水生到陆生的飞跃，大地开始披上绿装。石炭纪—二叠纪的植被，已具有清晰的分带性。例如晚石炭世就出现了三个比较明显的植物带：⑴热带植物带，从西欧向西到美洲东部，向东经东欧、中亚到中国和印度尼西亚的苏门答腊一带，以高大的有节类和石松类植物为主，已形成高达30m左右的茂密森林。⑵通古斯植物带或安加拉植物带，包括中亚北部和西伯利亚，以草本的蕨类和种子蕨为主，木本植物有显著的年轮，代表北部温带植物带。⑶冈瓦纳植物带，以冈瓦纳大陆为中心，是南部植物带，与北温带植物群十分相似，由舌羊齿植物组成，可能代表温凉气候下的植物组合。

中生代中期是地形趋向准平原化的时期。侏罗纪从日本群岛到不列颠群岛，从新西伯利亚群岛到南非和澳大利亚这一广大空间，主要分布着比较单调的裸子植物。中生代中期，现在的西伯利亚、远东和日本的气候温和湿润，形成以银杏为主的北温带林。由此向北到北极诸岛，如斯匹次卑尔根地区，则以松柏类为主，松柏类与蕨类共生，呈温带松柏林外貌。在温带森林以南纬度较低的地区，如南欧、亚洲中南部及东南部，均 以苏铁类为主，且以苏铁类与蕨类共生为特点，松柏、银杏则占较小比例，这反映出热带或亚热带的生长环境。

早第三纪是第四纪大冰期以前的温暖时期。亚洲大陆大约从40N以北直到北冰洋沿岸均为温带气候，以南则为热带和亚热带气候。欧洲的温带气候也一直向北伸展到北冰洋的斯匹次卑尔根群岛，而欧洲大部分则是热带和亚热带气候。在北美，目前是大陆冰川一部分的格陵兰岛的北部边缘，在2500万年前，也曾生长过红杉和葡萄。第三纪植物的分布有明显的分带现象，在西欧、东欧的南部，亚洲东南部以及美洲中部墨西哥湾一带，植物群以热带、亚热带的常绿林为主，长有棕榈、红杉、紫杉、蕨类、竹类等。在北极地区、北欧、北美和亚洲北部地区，植物群则以落叶林为主，其中主要成分是山毛榉、白桦、白杨、赤杨等。到晚第三纪，随着山脉的隆起，气候有变干冷的趋势，北部的温带林逐渐向南扩展，在热带植物区中逐渐出现了温带植物的成分，热带林的北界逐渐向南退缩，介于热带和温带之间原来表现很微弱的干燥带，此时明显扩大，逐渐形成了森林草原带、草原带、半荒漠带和荒漠带。

第四纪时新构造运动强烈，地表高低差异加大，气候变冷，出现了大冰期气候。随着冰川的多次进退，高纬地区植物群也多次进退，愈近北极地区，植物愈年轻。但很少受到冰川作用影响的地区则属于具有多种植物的古热带区，保留着许多晚第三纪的特色植物，如水杉、银杏等就是保存下来的古老植物的“活化石”。木本植物的减少和草本植物的增加，也是大冰期条件下植物发展的一个特征，如中亚、南欧自第四纪以来，草原进一步扩大，占领了原来在第三纪曾是森林的地方。今日亚寒带针叶林以及北极地区最年轻的苔原植被，也都是在第四纪后半期才形成的。也有人根据沙漠地区植物孢粉分析、C14的鉴定以及对古沙丘等的研究，认为由于第四纪期间几次干湿交替的气候变化，在第四纪后期的干旱阶段才形成了荒漠。

总之，从发展演化的观点来看，今日全球存在的一些自然带是在白垩纪––新生代时期植被分布的基础上延续下来的，它们分别具有不同的几个特点：

1.赤道带和热带自然带：这里有保留到现代的第三纪植物群，它们是地球上发育最古老，种类最丰富的植被类型，第三纪的风化壳和古土壤也是本带的主要特征之一。

2.亚热带自然带(地中海区自然带)：从上白垩纪以来，这一自然带变化比较大，现代地中海植物群主要由潮湿热带森林植物群经旱生化和温带植物群种类的加入以及它们对新条件的适应等作用而形成的。

3.北半球温带草原和荒漠带：晚白垩世在本带的平原和山地生长着森林，到渐新世中期才开始向较干燥的气候条件转化，至中新世末期森林草原和草原才散布开来。第三纪是草原在亚欧大陆亚热带和温带平原上广泛发展的时期。在第四纪后期的干旱阶段才形成了荒漠。

4.温带林中的阔叶林亚带：这些森林在晚白垩世和第三纪的分布比现代广阔，它们在一定程度上占有了现代温带草原和荒漠的地盘以及相当广阔的北极区域。第三纪森林在大陆气候变得干冷的影响下发生了分化，当北极和西伯利亚分布着落叶林的时候，在西欧和乌克兰还生长着热带或亚热带森林。此外，在东西方向上，落叶林(土尔盖林)比较接近西伯利亚地区，常绿林(波尔塔瓦林)比较接近于大西洋。这些都属于分带现象。落叶林的扩展标志着亚欧大陆的森林景观向现代面貌的转变。在第三纪后半期从土尔盖林分化出的针叶林亚带，形成了亚欧大陆森林带的北方亚带。

5.温带森林中的针叶林亚带或亚寒带针叶林带：这大约是从中新世或上新世才开始在西伯利亚平原上发展起来的，是一个十分年轻的森林亚带。但在西伯利亚南部的山区，亚寒带针叶林要古老得多，它是从山区蔓延到平原上的。亚寒带针叶林向平原的扩展，无疑是由于第三纪末期气候普遍变冷之故。

6.苔原带：在第三纪末期，温带和极地纬度上的植被由于受到气候变得干冷的影响而继续分化，苔原植物群在第四纪才开始发育起来，这在第四系地层中所发现的苔原植物的化石可以为证。在西伯利亚东北部的山区，那里的森林因气候普遍变冷而最先停止生长，形成古老的苔原核心(原始北极植被)。由于第四纪时那里的广大地区没有被冰川覆盖，因而有助于苔原的发育和扩展，在第四纪冰期后，终于形成了环绕着北极地区的苔原带，这是地球上所有的自然带中最年轻的一个。