地球包含了驚人地多樣的生態系統。這些生物群系的相互依賴支撐著整個地球。
生物多樣性在地球上的分佈是如何？
地球曲率和自轉的另一個影響是，水文循環在不同地域之間分配的水資源也各異。結果是全球雨雪分佈的顯著差異（有關水文循環的解釋，見第二章〈自然資源篇〉）。因此，地球上的不同地域具有特定的環境條件集，造成主要植被的差異。處於不同地域的物種，它們的特點是經過特殊的進化適應，可以在該地域的特定環境條件集之下成功生存。這些地域可大致分為陸地生物群系（terrestrial biomes）和水生生態系統（aquatic ecosystems）（圖7和8）。
陸地生物群系
陸地生物群系可分為四大類：森林、沙漠、稀樹草原/草原，以及苔原（圖7-9）。
森林
森林生物群系以樹木為主。地球陸地約三分之一的面積是被森林覆蓋，它含有生物中70％的碳。森林生物群系在緩沖氣候變化方面非常重要，因為它們在光合作用過程中，清除大氣中的二氧化碳。
森林生物群系根據生長於其中的有機體類型、溫度和/或降水的季節性變化，主要分為三種不同類型：熱帶、溫帶和北方帶（圖7a）。分別參見圖9 e，f及g的植被例子。
前瞻
毀林為這種生物群系是一個重要問題，並由於種種原因，砍伐正在迅速地發生：某些樹種的採伐，例如用作高檔家具的柚木和桃花心木（紅木）；清理土地用作耕種或畜牧業；石油和礦石的開採；以及建立棕櫚或甘蔗等種植園。本章開首的卡卡杜和米爾拉研究案例，就是一個例子。
溫帶森林（圖7a及9f）通常以秋天落葉的落葉木物種為主。這些森林還支撐松樹、鐵杉和其他針葉樹的生長。溫帶森林的位置在中緯度（介乎南緯和北緯30°至45°之間）。在這段緯度上的森林有分明的四季。降雨量（75-150 cm）全年平均地分佈。
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因不可持續的毀林而導致生物群系的人為退化，違反了環境可持續性的道德準則。此問題會在後面「生物多樣性與倫理」一節中討論。
森林砍伐也是這個生物群系的一個問題，人類已經砍伐了許多古老原始溫帶森林，用作薪柴、建築材料，以及作為造紙木漿的來源。因此，現今美國和世界各地的落葉林覆蓋的許多土地都包含再生的次生林（secondary forest）。
寒帶針葉林（又稱泰加林）以針葉、錐果樹為主。這些樹的針葉四季常綠。這個生物群系（圖7a及9g）覆蓋北緯50-60º之間的大片土地。在這段緯度下，季節分為中度溫暖的短夏季和寒冷漫長的冬季。冬季溫度非常低，年降水量在40-100厘米之間，主要來自降雪。
俄羅斯、亞洲和北美的寒帶針葉林現在受到氣候變化的威脅（更多的討論，見第六章〈全球氣候變化篇〉）。例如，氣溫變暖使山松甲蟲（圖11）之類的天然害蟲物種的侵害增加，因為在它們出現的土壤，冬季不再結冰。因此，對這些害蟲的重要天然控制已經消失了，它們的族群大大增加，導致毀林和對針葉林的食物網產生連串負面影響。
沙漠
沙漠（圖7a及9c，d）覆蓋了地球約五分之一的土地，出現於年降雨量不足50厘米的地方。它們是地球最乾燥的景觀，支撐最少數量的生命。生物多樣性在此等生物群系中是最低的。大多數沙漠出現在南北緯度30° N和30°S上，因此氣候普遍炎熱。受到大氣環流模式（哈德利環流圈在第三章〈能源篇〉中有解釋）的影響，這些區域幾乎沒有降雨。
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乾旱正擴大北非的沙漠範圍。在後面的「生物多樣性與行動」部分，你將了解到「綠色長城計劃」，這是為防止進一步荒漠化而採取的行動。
沙漠也可能在其他緯度出現，並因不同的方式而產生。雨影沙漠可以在大山脈的背風坡找到（圖12）。在這些情況下，溫暖潮濕的空氣隨著盛行風從海洋吹向山脈，並向上偏轉。當空氣上升，在山脈的迎風坡冷卻並降下水分，在越過山脈後產生清涼乾燥的空氣，乾燥得足以形成沙漠地帶。由雨影形成沙漠的很好例子，有美國西部內華達山脈背風坡的大盆地沙漠，以及南美安第斯山脈背風坡的巴塔哥尼亞沙漠。
沿海沙漠可以在南美 (阿塔卡馬沙漠) (地圖#6) 和非洲(納米布沙漠)(地圖#7) 的西南海岸找到，那裡深冷的湧升流上升到海洋表面，直接令上方的空氣冷卻，使空氣在海洋上空通過降水釋放水分才進入陸地。內陸沙漠出現於大片陸地的內陸地區，這些地域離水源極遠。它們是所有生物群系中最乾燥、最沒有生命的。戈壁沙漠和撒哈拉沙漠就是例子。
稀樹草原和草原
稀樹草原和草原生物群系中的植被（分別為圖7a和9a，b）主要是多年生的草和非木本牧草。稀樹草原每年獲得充足的雨水來支撐零星的樹木，而草原卻沒有。草原見於溫帶氣候，夏季炎熱，冬季寒冷多雪，土壤深層含有豐富的有機物質。
稀樹草原通常出現在熱帶氣候，季節是以降雨模式而不是以溫度變化為特徵。稀樹草原和草原的充足雜草支撐著大量的草食動物，如非洲稀樹草原上的牛羚（圖14a）和北美大平原上的野牛（圖14b）。牛羚、斑馬、瞪羚和非洲其他大型哺乳類動物必須季節性遷徙，追踪水分。不過，由於人類定居，許多遷徙路線被籬笆或其他類型的發展阻擋了。美洲野牛（圖14b）過去大量分佈在美國的草原上，但到了1800年代幾乎全被獵殺滅絕。齊心協力的保育工作已使該物種開始復原。
由於這些草的根很長且生長迅速，有機碳使土壤變得肥沃，對農業產生價值。地球上大部分的天然草原生物群系已開發為農田，造成了這些有價值的豐沃土壤流失以及生物多樣性減少。
苔原
苔原（圖7a和9h）是最冷的生物群系之一，冬季平均溫度為-34˚C，夏季溫度在3-12˚C之間。較暖的生長季節僅持續50-60天，但這足以提供營養給眾多遷徙的候鳥和馴鹿（圖15）。苔原土壤的有機物質含量很高，覆蓋在稱為永凍層的永久凍土之上。然而，隨著氣候暖化引起的溫度上升，永凍層的較淺層開始融化，從而使有機物質腐化，讓以有機形式隔離了數千年的甲烷（CH4）釋放到大氣層。從解凍的苔原釋放出的大量甲烷導致了溫室氣體的大量排放（第六章〈全球氣候變化〉解釋了甲烷是比二氧化碳強20倍的溫室氣體）。
水生生態系統
水是各種水生生態系統之間的共通紐帶，構成了生物圈的最大部分（圖7b）。這是生物在數十億年前開始的地方。沒有水，有機體將無法生存（參見第四章〈水篇〉中關於水對生命的作用）。水生生態系統支撐高度多樣化的有機體群，分為兩大類：淡水和鹹水或海洋。
淡水生態系統
淡水生態系統的特點是鹽（NaCl）含量非常低（每1000份H20，鹽含量少於0.5份ppt），它包括溪澗／河流、地下水、湖泊、池塘、水庫和濕地（如泥沼、沼澤、林沼和酸沼）。它們每一種都有獨特的條件讓不同種類的生物去適應。例如，流水中的生命（稱為流流水系統)與池塘、湖泊、水庫和濕地（靜水或靜止水系統)中的生命要有不同的適應能力。
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由於氣候條件在不同緯度上有所不同，因此淡水水生生態系統中的物種多樣性也因地理而相異。像陸地生物群系一樣，熱帶地區的水生生態系統支撐的物種比起緯度遠離赤道的地區多很多。對於魚類和兩棲動物尤其如此。例如，流經赤道或附近範圍的亞馬遜河 (地圖#10) 支撐著2,000至5,000多種魚類物種。這是高度的魚類多樣性。相比之下，美國密西西比河谷流經北緯約45oN至30oN（從上游源頭到河口），僅約有375種魚類物種。總體而言，地球上約有15,000種魚類物種，約45％魚類物種依賴淡水或微鹹水棲息地。其他55％是海洋物種。
底棲性（生活在水底）和浮游性（生活在水層中）的微藻類（圖16 e-h）是大多數水生生態系統中的主要初級生產者，因此作為食物鏈的基食。與所有有機體群一樣，生物群系中的藻類物種的數量和特性可以在更大範圍內影響生態系統過程。10當食物鏈的基食是多樣化的，較高的營養水平也趨於多樣化。
海洋生態系統
海洋生態系統含有侵蝕陸地並最終沖進海洋的鹽分。全球平均海洋鹽度為35 ppt。海洋生態系統約佔四分之三的地球表面，其中包括海洋、大海、珊瑚礁和河口。河口是海洋沿岸的濕地，混合了河流的淡水和海洋的鹹水，產生微鹹水，其鹽度為0.5-17 ppt。海洋浮游植物對地球上的所有生命都至關重要，因為它們提供了大量氧氣，同時吸收了大氣中大量的二氧化碳用於光合作用，充當溫室氣體CO2的「匯」（sink）。
我們有6種不同的海洋生態區。它們都像陸地生物群系一樣，具有特定的植物群和動物群（圖17）。
A. 河口
河口（圖17a）形成於淡水溪或河流流進海洋之處。根據陸地的海拔梯度，以及河流到海洋的水流量與海洋到河流的入侵量的比率，河口的鹽度範圍為0.5-17 ppt。這種具有不同鹽度和營養物濃度的混合水流，在兩種截然不同的水生系統的邊緣創造出一種異常豐富的獨特生態系統。兩種不同系統邊界處的混和，稱為生態過渡帶，通常是生物多樣性高的區域，因為它養育了兩種系統中的物種。河口比單獨的河流或溪澗具有更高度的多樣性和生產力。在這裡可以找到藻類等微型植物群，以及海藻、沼澤禾草及紅樹林（僅在熱帶）等大型植物群。河口支撐多種動物群，包括各種蠕蟲、牡蠣、螃蟹和水禽，通常是魚類的重要育苗場和候鳥的重要食物補給站。
B. 潮間帶和潮下帶
在陸地沿岸但不受河口等淡水注入影響的海洋生態系統，有潮間帶和潮下帶。潮間帶生態系統交替地暴露於空氣中和隱沒於潮汐的漲退裡。生活在該生態系統中的大多數物種都可以忍受並且常常能在定期暴露於空氣中的環境茁壯成長（圖17b），例如貽貝、螃蟹、海星、海葵和海藻。潮汐池是能夠把水長期保持的小海岸線窪地，它甚至可以支撐多種魚類。
潮下帶出現在更遠的海上，被長期淹沒，但仍然受到潮汐衝擊的強烈影響。這些地區可以生長茂密的海藻林（圖17c）或海草床，成為眾多魚類、蝦和其他海洋生物的棲息地。
C. 珊瑚礁，海草床和紅樹林
前瞻
珊瑚礁是真正令人讚嘆的自然形態。在後面的「生物多樣性與靈修」一節，你將會探索更多這種敬畏大自然的體驗。
珊瑚礁（圖17d）是地球上其中一個高度多樣化的生態系統。它們廣泛分佈在溫暖的海洋淺水域，可以作為大陸沿岸、群礁島和環礁的屏障。珊瑚礁的主要有機體自然是珊瑚。珊瑚很有趣，因為它們由藻類（共生藻）和含有鈣質殼狀結構的珊瑚蟲共生而成（圖18）。
由於珊瑚礁的水域往往營養供給不足，動物珊瑚蟲通過光合作用（在這過程產生葡萄糖）從共生藻得到營養，同時亦通過伸出觸手從水中獲取和攝取浮游生物來取得營養。珊瑚的鈣質結構為色彩艷麗、種類繁多的小型魚類提供重要的棲息地，它們大多數只能生活在珊瑚礁之中。
珊瑚礁、鄰近的海草床和紅樹林（圖19）對熱帶國家具有很高的經濟和生態價值13，但亦對自然和人為的環境變化非常敏感。
例如，珊瑚礁起到了屏障的作用，可以保護海草和紅樹林免受海洋湧浪和暴風雨的侵襲，但容易受到遊客潛水和收集珊瑚的活動及水族館業的危害，後者捕捉數以百萬計色彩繽紛的小魚在市場裡出售。16支撐世界最多海洋生物多樣性的地域被稱為「珊瑚大三角」(地圖#9) ，覆蓋東南亞部分範圍，以及圍繞印尼、馬來西亞、巴布亞新畿內亞、菲律賓、東帝汶和所羅門群島的西太平洋（圖20）。
由於該地域是大量的群島，因此擁有廣闊的淺水離岸海棚，為珊瑚礁的形成提供理想條件。珊瑚大三角是地球上珊瑚和礁石魚物種的最大集中地，佔世界上798種珊瑚物種的76％和6,000種礁石魚物種的37％，以及印太地區4,050種礁石魚類的56％。17
國際自然保護聯盟瀕危物種紅色名錄上的主要海洋物種包括：
- 世界上所有已知的造礁珊瑚（845種）
- 鯊魚、鰭和銀鮫（1,046種）
- 石斑魚（161種）
- 海鳥（349種）
- 海洋哺乳動物，包括鯨魚、海豚、江豚、海豹、海獅、海象、海獺、水獺，海牛，儒艮和北極熊（134種）
- 海龜（7種）
- 海草和紅樹林19
D. 水層帶
水層帶包含所有近海「開放水域」裡的棲息地，其範圍是從海洋表面延伸到光線能穿透的深度。該區域支撐大量食浮游生物的飼料魚，如鯷魚、胡瓜魚和沙丁魚，而它們又是鮭魚、旗魚、金槍魚和許多其他較大魚類的主要食物（圖17e）。由於對飼料魚和大型掠食性魚類的過度捕撈，許多大型掠食性魚類的族群正在減少。飼料魚在用於生產養殖魚飼料或寵物食品商業化生產的地區都容易遭到過度捕撈（圖21）。
E. 深淵區
深淵區是位於水層帶下方的最深海洋區，其深度上限位於陽光不能夠穿透之處。因為這深水地帶一直處在黑暗中，所以非光合的有機體會在那裡生活，不過那裡仍然有許多獨特的生命在蓬勃生長，形成一個由細菌而不是微藻作為基食的異常複雜食物網。
在深海區的完全黑暗中，像鮟鱇魚等捕食者已進化出適應能力來捕食獵物。鮟鱇魚使用一種熒光餌鉤從頭頂伸出來吸引獵物（圖22）。
思考問題
試想一下，你是環繞地球的宇航員，就像《治癒地球．介紹篇》中提及的宇航員一樣。你認為當你鳥瞰地球時，會看到上面介紹的13種陸地和水生生物群系中的哪一些？
使用此太空看地球網站上的照片來檢視你的答案。