生态系统及其稳定性复习.ppt

第5章 生态系统及其稳定性,第1节、生态系统的结构,第2节、生态系统的能量流动,第3节、生态系统的物质循环,第4节、生态系统的信息传递,第5节、生态系统的稳定性,生态系统的功能,第一节 生态系统的结构,考点1：生态系统的范围,考点2：生态系统的结构,考点3：分析食物网时应注意的问题,返回,考点1：生态系统的范围,1、生态系统概念：生态系统是在一定空间和时间内，在种种生物之间以及生物与无机环境之间，通过能量流动和物质循环而相相互作用的一个自然系统。即由生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体，叫做生态系统。,生态系统有大有小：如一个池塘、一片草地、一块农田、一片森林、一条河流等都可以各自成为一个生态系统。,地球上的全部生物及其无机环境的总和，构成地球上最大的生态系统生物圈。,自然生态系统,人工生态系统,水域生态系统,陆地生态系统,海洋生态系统、淡水生态系统等。,森林、草原、荒漠、冻原生态系统等。,农田、人工林、果园、城市生态系统等。,3、类型,2、生态系统的结构层次,生物个体,同种,种群,不同,生物群落,无机环境,生态系统,最大,生物圈,特点,动物种类较少,能挖洞和善奔跑,树栖动物为主,主要动物,农作物,草本,乔木,主要植物,农耕区,干旱地区,湿润或较湿润,分布区域,植物分布情况,划分依据,农田生态系统,草原生态系统,森林生态系统,类型,动植物种类多，群落结构复杂，种群密度和群 落结构能较长 时间保持稳定,动植物种类较少，群落结构较简单，种群密度和群落结构常发生剧烈变化,动植物种类少，群落结构单一，人的作用非常关键，受人工控制,不同类型的生态系统举例,考点2：生态系统的结构,池塘生态系统组成部分,1. 生态系统的组成成分（功能结构）,1）非生物的物质和能量：,能量：阳光、热能。,物质：水、空气、 无机盐等。,2）生产者,自养生物，主要是绿色植物，还有某些细菌。,3）消费者,异养生物，包括各种动物和寄生生物。,4）分解者,异养生物，各种营腐生生活的细菌、真菌及动物。,物质和能量的源泉，生态系统的基石、主要成分。,分解生物遗体和排遗物，对物质循环必不可少。,初级消费者： 次级消费者： 三级消费者：,植食性动物。,以植食性动物为食的肉食性动物。,以次级消费者为食的肉食性动物。,分类,加快物质循环，对传粉和种子传播具有重要作用。生态系统最活跃的生物成分。,分解者,包括细菌和真菌等腐生生活的生物及小型动物如屎壳郎 、蚯蚓，甚至大型动物如秃鹫（基本不捕食活的动物 ，是腐生，即以现成的食物为食）等。,生产者、消费者和分解者之间的关系,1、生产者将光能转变为化学能，储存在所制造的有机物中，为消费者提供食物以及栖息场所。,2、消费者能加快生态系统的物质循环，并对植物的传粉受精和种子传播有重要作用。,3、分解者将动植物遗体分解成无机物，是不可缺少的成分。,例如 ： 渡渡鸟和卡伐利亚树,三者紧密联系，缺一不可，可用生态系统的结构模型表示。,生 产 者,植食性 动物,肉食性 动物,肉食性 动物,遗体、粪便等,分解者,消费者,生态系统的结构模型,生产者,分解者,消费者,无机环境,生态系统中的各成分之间关系,捕食,遗体、枯叶落叶,遗体、排遗物,呼吸作用,呼吸作用,呼吸作用,光合作用,2.食物链和食物网（营养结构）,食物链,食物链：在生态系统中，各种生物之间由于食物关系而形成的一种联系（食物链不包括非生物物质和能量及分解者）。,成分：,生产者,次级 消费者,初级 消费者,三级 消费者,营养级：,第一 营养级,第二 营养级,第三 营养级,第四 营养级,食物链中的一个个环节。 它是指处于食物链同一环节上的所有生物的总和。,营养级：,在生态系统中，许多食物链彼此相互交错连接的复杂的营养关系称,（1）越复杂的生态系统，食物网中的食物链的数量就越多。,（2）在食物网中，大型肉食动物在不同的食物链中所处的营养级往往不同(占有不同的营养级)。,食物网。,食物网,在自然界，一种生物不可能只吃一样食物，同样，一种生物不会只被另一种生物所捕食，这样各条食物链彼此交错，形成网状，称其为食物网 。,错综复杂的食物网是生态系统保持相对稳定的重要条件。如果一条食物链上某种生物减少或消失，它在食物链上的位置会由其它生物来取代，从而使整个生态系统不会发生大的变化。一般来说，食物网越复杂，生态系统抵抗外界干扰的能力就越强。,食物链和食物网是生态系统的营养结构，生态系统的物质循环和能量流动就是沿着这种渠道进行的。,1、每条食物链的起点总是生产者，终点是不被其他动物所食的动物。中间有任何停顿都不能算完整的食物链。 2、生产者总是为第一营养级。 3、各种生物所处的营养级并不是一成不变的。同一种生物在不同食物链中，可以占有不同的营养级。 4、同种生物所处消费者级别和营养级级别一定是不同的，总是差一级。 5、食物链中箭头的含义：方向代表能量流动的 方向，同时体现捕食与被捕食的关系。,考点3：分析食物网时应注意的问题,6、各生物之间必须具有正常的捕食关系。 7、食物链上一般不超过五个营养级。 8、在食物网中，两种生物之间的种间关系有可能出现不同概念上的重合。如蜘蛛与青蛙既是捕食关系，又是竞争关系。 9、在食物网中，当某种生物因某种原因大量减少时，对另一种生物的影响，沿不同的食物链分析其结果不同，应以中间环节少的为分析判断的依据。如：“温带草原生态系统食物网简图”中的猫头鹰减少时，直接造成影响的生物是鼠和兔，而不是虫、鸟、蛙、蛇等。,10、食物链的复杂程度主要取决于有食物联系的生物种类，而并非生物的数量。 11、食物链中各营养级生物这间是相互制约的，它们的数量始终处于一种动态变化中。这种制约可能来自种间，也可能来自种内。 12、高中生物中的食物链实际上是捕食链，它是由生产者和消费者之间通过捕食关系形成的。分解者只能分解动植物的遗体残骸，不能与动物之间形成捕食关系，所以它不参与食物链，不占任何营养级。,返回,第二节 生态系统的能量流动,考点1：能量流动的概念,考点2：能量流动的过程,考点3：能量流动的特点,考点4：研究能量流动的实践意义,返回,考点1：能量流动的概念,生态系统的能量流动是指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。,生态系统的能量流动,能量的输入,能量的传递,能量的散失,阳光,生物群落,在生物群落内沿食物链的方向进行传递，单向逐级递减。,生物群落,无机环境,能量的转化,三大类有机物间的转化。,考点2：能量流动的过程,地球上几乎所有的生态系统所需要的能量都来自太阳。太阳每天输送到地球的能量大约为11019kj，大约只有1%以可见光的形式初生产者通过光合作用所固定。,能量的源头: 起点: 输入生态系统 的总能量: 渠道: 能量散失的形式:,太阳能。,从生产者固定太阳能开始。,食物链和食物网。,全部生产者经光合作用固定的太阳能总量。,热能。,能量流入第一营养级,去路：1、自身呼吸消耗（热能散失）； 2、未被利用（自身生长发育、繁殖等，储存在自身体内有机物中）； 3、分解者所利用； 4、被下一个营养级所同化。,每个营养级同化能量=呼吸消耗能量+未被利用能量+分解者释放能量+下一个营养级同化能量,粪便（上一营养级的同化量）,散失,散失,能量流入第二营养级,呼吸作用,生态系统能量流动示意图,林德曼对塞达伯格湖进行能量流动研究结果图示,流经该生态系统的总能量=464.6(生产者固定的太阳能总量) =96.3（自身呼吸作用消耗量）+293（自身未利用的量，即未被下一营养级和分解者利用的量储存在自身体内有机物中的能量）+62.8（被下一营养级同化的量）+12.5（被分解者利用的量） =122.6+327.3+（12.5+2.1+0.1）,能量传递效率：即62.8/464.6和12.6/62.8。,考点3：能量流动的特点,单向流动：,逐级递减：,原因,1、自身呼吸作用消耗。,传递效率大约为10%20%。,2、各营养级的生物总有一部分未被下一个营养级利用。,沿食物链方向一直向前（不循环，不可逆）。,特点,3、分解者所利用；,能量沿食物链流动过程中逐渐减少。,将单位时间内各个营养级所得到的能量数值，由低到高绘制成图,能量金字塔。,（生物量金字塔）,在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多，所以生态系统中的能量流动一般不超过5个营养级。,能量金字塔：,考点4：研究能量流动的实践意义,1.可以帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。,秸秆,牲畜,沼气池,肥田,肉食,燃料,（实现对能量的多级利用，从而大大提高了能量的利用率）,2.帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。,返回,第三节,生态系统的物质循环,考点1：物质循环的概念,考点2：生态系统中的碳循环,考点3：物质循环的各种形式,考点4：能量流动和物质循环的关系,返回,考点1：物质循环的概念,是指组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，都不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程，叫生态系统的物质循环。,这里所说的生态系统指的是生物圈。生物圈是地球上最大的生态系统，其中的物质循环带有全球性，这种物质循环又叫生物地化循环。,生态系统的物质循环反复出现，循环流动，不会消失，生物可反复利用。,无机环境,生物群落,（3）循环的范围：,（4）特点：,（5）物质循环离不开能量的驱动。,生物圈（全球性，生物地球化学循环）。,全球性、反复出现、循环流动，并伴随有复杂的物质变化和能量转化。,（1）物质：组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素。,（2）循环过程：,物质循环概念分析：,考点2：生态系统中的碳循环,1、碳的存在形式,碳在无机自然环境中存在的形式即以CO2和碳酸盐（石灰岩、珊瑚礁）的形式存在。,2、碳的循环形式：,碳在无机环境与生物群落间是以CO2的形式进行循环的。,碳在生物群落内是以含碳有机物进行循环的。,光合作用,动植物的遗体和排出物,呼吸作用,呼吸作用,泥炭、煤、石油,燃 烧,分解者的分解作用,3、碳循环过程,化能合成作用,碳元素的输入：生产者的光合作用和化能合成作用。 碳元素的输出：各营养级生物及分解者的呼吸作用等。,4、碳循环的特点,（1）循环形式：CO2。,（4）与循环有 关的活动,生产者的光合作用。,动植物的呼吸作用。,分解者的分解作用。,生产、生活的燃烧。,（5）循环具有全球性。,碳进生物群落,碳出生物群落,（2）碳在自然界中的存在形式：,CO2和碳酸盐。,（3）碳在生物体内的存在形式：,含碳有机物。,生产者的化能合成作用。,碳在生物体之间传递：,以含碳有机物的形式通过食物链（网）进行。,5、碳循环与温室效应,1）温室气体及温室效应：,CO2过多，大气变暖。,2）CO2增多的原因,化石燃料的大量燃烧。 森林、草原等植被的破坏。,3）温室效应的危害,极地冰川加速融化,沿海城市被淹没,农田减少，粮食减产,4）缓解温室效应的措施,开发新能源。 增大绿化面积。,考点3：物质循环的各种形式,主要以有机物形式,主要以无机物形式,单向流动，逐级递减,在无机环境和生物群落间反复循环,生态系统的各营养级,全球性,单向流动，逐级递减,反复出现，往复循环,1）同时进行、相互依存，2）物质是能量流动的载体，3）能量是物质反复循环的动力。,考点4：能量流动与物质循环的关系,返回,非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者通过能量流和物质循环紧密联系在一起，形成一个统一整体。,第四节 生态系统的信息传递,考点2：生态系统中信息的种类,考点3：信息传递在生态系统中的作用,考点4：信息传递在农业生产中的应用,返回,考点1：信息的概念,在日常生活中，一般将可以传播的消息、情报、指令、数据与信号等称作信息。,考点1:信息的概念,生命系统的信息观,1、细胞生命系统,接受外界信息,细胞内部信息流 例：DNAmRNA蛋白质,2、个体生命系统,免疫调节中的抗原信号,例：神经调节中的电信号、化学信号。,激素调节中的激素,3、生态生命系统,1）个体从获取环境信息以保证自己的生存活动的需要。（定位、方向、感光、测温、化学感受、磁场感应等）。 2）种群内不同个体之间进行合作或竞争所进行的信息传递。（求偶、繁殖、觅食、抵抗侵略、社会行为等）。 3）不同种群个体之间竞争或捕捉与反侵害所进行的信息传递。（警戒、驱逐、识别等）。,考点2:生态系统中信息的种类,物理信息：通过物理过程传递的信息;包括来自无机环境或生物的光、声、温度、湿度、磁力等。,能感知该信息的器官：眼、耳、皮肤，植物的叶、芽及细胞中的特殊物质（光敏色素）等。,化学信息：能传递信息的化学物质，如生物碱、有机酸及动物的外激素（信息素）。,行为信息：动物的特殊行为（特别丰富多彩）。,声波,阳光,热量,水的振动,生态系统中的光、声、温度、湿度、磁力等,通过物理过程传递的信息，称为物理信息。,温度、湿度,磁场,蜘蛛网的振动频率,1、物理信息,海豚的回声定位,鸟迁徙行为中对方向 的判断（太阳）,蝙蝠的回声定位与 雷达（超声波）,蛇的热感受器与导弹 （红外线感受器）,鸣叫,光,警戒色,动物的眼、耳、皮肤，植物的叶、芽以及细胞中的特殊物质（光敏色素）等，都可以感受到多样化的物理信息。物理信息的来源可以是无机环境，也可以是生物。,2、化学信息,激素诱导（信息素）,蚊触须上的化学探测器 （二氧化碳和剧烈运动时产生的乳酸 ）,凤眼莲根部的分泌物可以明显地抑制由于水体富营养化而大量繁殖的藻类的生长。,黄鼬遇到敌害释放臭气,生物在生命活动过程中产生的可以传递信息的化学物质，例如植物的生物碱、有机酸等代谢产物，以及动物的性外激素（信息素）等，称为化学信息。,生物在其代谢过程中会分泌出一些物质，如酶、维生素、生长素、抗生素、性引诱剂等，这些物质经外分泌腺分泌或挥发作用发出来，传给其它生物，这种具有信自作用的化学物质大都是生物的次级代谢产物。次级代谢产物在植物和植食性动物之间的信息传递，主要表现为威慑作用、诱引作用。,3、行为信息,公鸡“大红冠子”来引诱母鸡交配,蜜源，跳“8”字摆尾舞,求偶炫耀,两只雄羚羊为了一只雌羚羊而争斗,海胆,刺猬,动物的特殊行为，对于同种或异种生物也能够传递某种信息，即生物的行为特征可体现为行为信息。,行为信息是动物为了表识别、威吓、挑战和传递情况，采用特有的动作行为表达信息。,生态系统中信息的种类,物理信息,行为信息,光、声、温度、湿度、磁力等,植物:有机酸,生物碱 动物:性外激素等信息素,生物体的行为特征,无机环境或生物体,生物体的产物或分泌物,生物体的动作行为,化学信息,1、生命活动的正常进行，离不开信息的作用。,莴苣种子萌发率与光的波长的关系,考点3：信息传递在生态系统中的作用,蝙蝠通过自身发出声波，对目标进行“回声定位”。,莴苣、茄、烟草的种子必须接受某种波长的光信息，才能萌发生长。,环境是生态系统的信息源。任何生命形式，如果没有接受信息、处理信息和利用信息的能力，就谈不上对环境的适应，就不可避免地要被大自然所淘汰。,2、通过信息传递，植物能开花，雌雄个体能相互识别、交配，保证种群的繁衍。,3、通过信息传递，能够调节生物之间的种间关系,维持生态系统的平衡。,烟草受到蛾幼虫攻击后能释放一种信息素。白天吸引蛾幼虫的天敌，夜间又能驱除夜间活动的雌蛾，使它们不能在叶片上产卵。,考点4：信息传递在农业生产中的应用,1、可应用于提高农产品和畜产品的产量。,例如利用模拟的动物信息来吸引大量的传粉动物来帮助果树传粉，以提高果树的传粉的效率和结实率。,利用光照提高鸡的产蛋量,利用温度和湿度延长蔬菜的种植期,在苹果园里放置一个电子仪器，产生与蜜蜂跳圆圈舞或摆尾舞相同的频率或声音。当蜜蜂感受到电子仪器发出的信息后，就会受到诱惑，飞到苹果园去采蜜。这就有助于苹果更好的传粉，从而提高产量。,您见过这种诱鱼剂吗？如果把它撒在石头上，鱼会去“咬”石头，而对旁边香喷喷的饵料不屑一顾,诱鱼原理：鱼类的嗅觉是远距离侦察器，它们对淡、海水生态系统中的“营养物循环”过程所释放出的营养物质极为敏感。本产品“投其所好”，入水即散，从而达到“召之即来，来此咬钩”的目的。,信息素是直接作用于鱼儿的大脑，启动鱼儿进食的欲望，这与鱼儿喜欢什么食物没有任何关系。,昆虫性信息素 防治病虫害,播放集群信号录音引来鸟类,2、可用于对有害动物的控制,例如用不同的声信号来诱捕或驱赶某些动物； 利用昆虫信息素来进行虫情预测或干扰某些动物 的雌雄交配，从而减少有害动物对农作物的危害。,“迷向法”,释放过量人工合成的性引诱剂，使雄虫无法辨认雌虫的方位，或者使它的气味感受器变得不适应或疲劳，不再对雌虫有反应，从而干扰害虫的正常交尾活动，达到消灭害虫的目的。,挂在大棚上的就是性信息素诱捕器,和许多其他的昆虫一样，当雌性蟑螂想要交配的时候，它会放射出一种信息素吸引异性，雄性蟑螂很快就会追随这种信息素所带有的香味而来。科研人员将信息素从蟑螂的标本中净化提炼出来，根据化学分析结果生产出一种人工合成的蟑螂信息素来引诱雄性蟑螂，然后将它们一起杀灭。有了这种蟑螂专用香水，无论蟑螂躲在那个犄角旮旯，都要心甘情愿地跑出来接受命运。,返回,第五节 生态系统的稳定性,考点1：生态系统的自我调节能力,考点2：抵抗力稳定性与恢复力稳定性,考点3：生态系统稳定性的原理,考点4：人类活动对生态系统稳定性的影响,返回,地球上亚马逊森林，欧亚大陆草原，以及极地附近苔原，都已经存在至少上千万年了，这些自然生态系统尽管经常受到洪涝、火烧、虫害，也受到人类的砍伐与放牧等活动的干扰，但是现在依然基本保持着正常的森林、草原与苔原景观、仍能维持生态系统的正常功能。说明生态系统具有一定的稳定性。,考点1：生态系统的自我调节能力,此图是美国科学家于1984年开始兴建的“生物圈号”实验室，1993年1月建成后8位科学家入住里面，想通过自己生产各种生存所需，计划在里面生活两年。结果才过了一年多一点就因里面氧气减少、粮食减产不得不撤出。,说明在目前技术条件下要在生物圈之外建一个适于人类生活的生态系统是非常困难的。生物圈号不具有生态系统的稳定性。,生物圈II号,1、生态系统稳的重要特点是趋向于达到一种稳定或平衡状态,生态系统中生物既有出生也有死亡，既有迁入也有迁出；阳光、温度、水分等无机环境因素也在不断地改变。因而生态系统也在不断地发展变化着。但对于一个相对成熟的生态系统来说，系统中的各种变化只要不超出一定限度，生态系统的结构与功能就不会发生大的改变。这就是生态系统的稳定性。,2、生态系统稳定性的概念,生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力，叫做生态系统的稳定性。,少量砍伐森林中的树木，森林的结构功能不会破坏。,草原上适量放养牲畜，草原不至于破坏。,适度捕捉海洋生态系统中的鱼类，也不会导致种群严重减小，更不会灭绝。,例1：河流受到轻度污染后，可通过物理沉降、化学分解和微生物的分解来消除污染，使河流中的生物种类和数量不受到明显的影响。,例2：森林生态系统中，当害虫增加时，食虫鸟也随之增加，从而使树木不会受到大的损害。,生态系统的稳定性来自抵抗力稳定性和恢复力稳定性两个方面。生态系统之所以能维持相对稳定，是由于生态系统具有自动调节能力。,3、生态系统的自我调节能力,生物群落中的这种调节方式称为负反馈调节（抑制食草动物的增加）。生态系统的调节能力主要是通过反馈来实现的。其中负反馈调节在生态系统中普遍存在，它是生态系统自我调节能力的基础。,过度放牧,食物减少,减少,减少,生物群落与无机环境之间也存在着这种负反馈调节。例3：森林火灾之后，森林中种群密度降低，但于阳光充沛、土壤中无机养料增多，许多种子萌发后迅速长成新的植株（抑制植株的减少）。,在生态系统中关于正反馈的例子不多。例4，有一个湖泊受到了污染，鱼类的数量就会因为死亡而减少，鱼类死亡的尸体腐烂，又进一步加重污染，引起更多的鱼类的死亡（促进鱼类的减少）。,生态系统的自我调节能力的大小与自身的营养结构成正相关。,生态系统中生物的种类、数量越多，营养结构越复杂，其自动调节能力就越强。,生态系统的自动调节能力主要表现在三个方面： 1）对同种生物的种群密度的调控，这是在有限空间内普遍存在的种群变化规律。 2）对异种生物种群之间数量的调控，其常见于植物与动物或动物与动物之间，常有食物链关系。 3）对生物与环境之间的相互调控。,生态系统的自我调节能力不是无限的。当外界干扰因素的强度超过一定限度时，生态系统的自我调节能力会迅速丧失，这样，生态系统就到了难以恢复的程度。,黄土高原,概念：生态系统抵抗外界干扰并使自身结构与功能保持原状的能力。,来源： ）生物的种类、数量多，一定外来干扰造成的变化占总量的比例小。 ）能量流动与物质循环的途径多，一条途径中断后还有其他途径来代替。 ）生物代谢旺盛，能通过代谢消除各种干扰造成的不利影响。,1、抵抗力稳定性,考点2：抵抗力稳定性和恢复力稳定性,核心：“抵抗干扰，保持原状”。,抵抗力稳定性高的生态系统特征：,a、各营养级的生物数量多，占有的能量多。,b、生物种类多，食物网复杂，物质循环与能量流动的渠道多。,生态系统中生物的种类、数量越多，营养结构越复杂，其自动调节能力就越强，抵抗力稳定性就越高，整个生态系统就会越稳定。,概念：生态系统在遭到外界干扰因素的破坏以后恢复到原状的能力。,来源： a、生物繁殖的速度快，产生后代多，能迅速恢复原有的数量。 b、物种变异能力强，能