第七章-生物群落与生态系统.ppt

第七章生物群落与生态系统 第一节地球上的生物界 生命的起源原核生物界原生生物界植物界真菌界动物界 大约38亿年前 在地球的海洋里首先形成了很长的核糖核酸 RNA 分子的分子链 到了36亿年前 这些能形成很长分子链的RNA发展成为脱氧核糖核酸 DNA 生命主要就是从DNA发展而来 DNA特性 即 它们不仅能自身复制 进而繁衍开来 而且还能控制化学过程 从而开展生命过程 地球生命的起源 DNA分子的双螺旋结构 脱氧核苷酸 磷酸 脱氧核糖 含氮碱基 腺嘌呤A 鸟嘌呤G 胸腺嘧啶T 胞嘧啶C 组成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸 遗传密码 细胞分裂前的DNA复制 生物进化过程 无机物 简单有机物 氨基酸等碳氢化合物 蛋白质 核酸等复杂有机物 原始生命 最原始的生物 由简单到复杂 由低级到高级 由水生到陆生的演变过程形成了今天地球上十分繁荣的生物界 生物分类系统是长期以来人们通过比较生物形态与解剖特征的异同 习性的差别和亲缘关系的远近并加以汇同辨异 建立起来的一个能够反映生物碱亲缘关系和进化程度的有规律的分类系统 它采用的等级单位是界 门 纲 目 科 属 种 种又称物种 是生物分界的基本单位 种是起源于共同祖先 具有极为相似的形态特征和生理特征 且能自然交配产生可育后代的 并具有一定自然分布区的生物个体群 生物的分类 生物五界系统 一 原核生物界 原核生物是一类起源古老 细胞结构简单不具备核膜 没有明显细胞核的原始生物 包括细菌和蓝藻 原核生物 细菌 变形杆菌 炭疽杆菌1 炭疽杆菌2 原核生物 蓝藻1 原核生物 蓝藻2 原核生物 平裂藻 原核生物 项圈藻 二 原生生物界 原生生物界是由原核生物进化而来的另一类微生物 有机体以单细胞的为主 也有一些群体 细胞内都具有核膜包围起来的真正的细胞核属真核生物 有些原生生物细胞内含有叶绿素和其他色素为光合作用的自养生物 有些不含有色素为非光合作用的异养生物 原生生物主要生活于水中和潮湿的陆地环境中 原生生物 金藻 原生生物 直链藻 原生生物 草履虫 二分裂 接合 接合生殖 原生生物 眼虫 栉毛虫 钟形虫 血液中的锥体虫 原生生物 血液中的锥体虫 三 植物界 是一种真核多细胞生物 单细胞者很少 绝大多数植物的细胞中含有叶绿素和其他色素 属于能够利用太阳能制造有机物的自养生物 极少数是非绿色的寄生物 包括藻类和高等植物 苔藓 苔藓与桫椤 蕨类 桫椤 蕨类 芒箕 凤尾蕨 裸子植物 苏铁 裸子植物 银杏 裸子植物 松科的球果 被子植物 椰树 菠萝蜜 可可树 蟠桃 四 真菌界 真菌属于真核生物 在二界分类系统中划归植物界 但是又具有很多特征故列为一个独立的生物界 主要特征有 体内不含可行光合作用的任何色素而为营腐生或寄生生活的异养生物有机体大都是由多细胞生物的菌丝聚集在一起而形成的菌丝体外表呈灰色黑色和色或红色等大多数真菌的细胞壁是由几丁质 甲壳质 组成 细胞内贮存的物质主要是脂肪和肝糖 以各种孢子进行繁殖 蘑菇1 蘑菇 蘑菇2 蘑菇 蘑菇3 蘑菇 茶树菇 猴头菇 人体白细胞 人体神经细胞 五 动物界 动物属于体内不含光合色素的真核一样生物 构成躯体的细胞没有细胞壁 体内的细胞因生理功能不同发生了分化 形成了许多组织 一定种类的组织联合起来司某种生理机能而成为器官 许多不同的器官再联合为器官系统 动物界的种类非常繁多形体结构与净化程度差异很大 因此被划分为许多类群 其中主要有环节动物 软体动物 节肢动物 脊索动物 树蛙 斑马 猎豹 第二节生物与环境 一 生态因子作用的一般特点二 生态因子与生物三 生物对环境的适应 从生态学观点看 环境是指生物有机体或生物群体所在空间内的一切事物和要素的总和 生物是主体 环境是相对主体而言的 它包括非生物的所有自然要素也包括主体生物之外的其他一切动植物 环境对于生物的影响很大 控制和塑造着生物的全部生理过程形态结构和地理分布 在环境对生物发生影响的同时 生物有机体特别是他们的群体也对环境产生相当明显的改造作用 引言 一 生态因子作用的一般特点 一 生态因子相关概念环境中对生物的生长 发育 繁殖 行为和分布有影响的环境要素叫生态因子 Ecologicalfactors 生态因子中生物生存不可缺少的那些因子称作生存条件 Existingconditions 当一个或几个生态因子的质或量低于或高于生物生存所能忍受的临界限度时 生物的生长发育 繁殖就会受到限制 甚至引起死亡 这些接近或超过耐性上下限的生态因子称作限制因子 二 生态因子对生物的作用的一般特点 综合性 非等价性 不可替代性 限制性 各种生态因子并非孤独地对生物发生作用 而是相互制约 相互影响 共同在一起对生物产生影响 诸因子中必有 个是起关键作用的主导因子而其他因子的作用相对小些 都不可缺少 一个因子的缺失不能用另一个因子来代替 地球上各种生态因子的变动幅度非常大 而每种生物所能忍受的范围却有一定的限度 任何一个生态因子在数量上或质量上的不足或过多 即当其接近或达到某种生物的耐受限度时会使该种生物衰退或不能生存 生态幅 ecologicalamplitude 每一种生物对每一种生态因子都有一个耐受范围 即有一个生态上的最低点和最高点 在最低点和最高点之间的范围 最适点 高死亡限 低死亡限 三 生态幅 种群数量 数量很低 种群消失 种群消失 数量很低 数量最高 不能耐受区 生理受抑制 生理受抑制 不能耐受区 最适区 环境梯度 高 低 耐受性下限 耐受性上限 生物种的耐受性限度图解 据Smith 1980 二 生态因子与生物 光与生物温度与生物水与生物空气与生物土壤与生物生物间的关系 一 光和生物 光的性质 即光的波长对植物的生态作用 红橙光和蓝光被绿色植物吸收得最多 是光合作用中最有效的生理辐射光 红光与糖的形成关系密切 蓝光则有利于蛋白质的形成 黄光和绿光多被植物反射 紫外光能抑制茎的伸长和促进花青素的形成 还对生物具有杀伤致死作用 1 光的性质和生物 2 光的强度和生物 纬度变化 光照强度在赤道地区最大 随纬度的增加而逐渐减弱 海拔高度变化 光照强度还随海拔高度的增加而增强 地形变化 在北半球的温带地区 山的南坡所接受的光照比平地多 而平地所接受的光照又比北坡多 时间变化 在一年中 夏季光照强度最大 冬季最小 在一天中 中午的光照强度最大 早晚的光照强度最小 生态系统内变化 光照强度在生态系统内将会自上而下逐渐减弱 一个生态系统的垂直分层现象既决定于群落本身 也决定于所接受的日光能总量 2 1光照强度的变化 2 光的强度和生物 光照强度与水生植物 光的穿透性限制着植物在海洋中的分布 分布在光补偿点以上的位置 光照强度与陆生植物 可分为阳地植物和阴地植物 光照强度与动物的行为 昼行性动物 适应于在白天的强光下活动夜行性动物 适应于弱光第三类动物 在拂晓或黄昏时分出巢活动其它广光性动物 既能适应于弱光也能适应于强光 它们白天黑夜都能活动 如田鼠 2 2光照强度与生物 光与植物 森林内部 2 光的强度和生物 地球上不同纬度地区每天的日照强度即白昼持续时数有差别 日照长短的变化之地球上最严格和最稳定的周期变化 是形成生物节律最可靠的信号系统 长期的适应使各类生物对日照长短或说对昼夜长短比例的反应格式不同 就在生物中普遍存在光周期现象 Photoperiodism 2 3日照强度与生物 2 3 1植物的光周期现象长日照植物 在日照时间超过一定数值才开花 否则便只进行营养生长 不能形成花芽 如冬小麦 油菜 菠菜 甜菜 甘蓝和萝卜等 短日照植物 在日照时间短于一定数值才开花 这类物通常是在早春或深秋开花 常见种类有牵牛 苍耳和菊类 作物中则有水稻 玉米 大豆 烟草 麻 棉等 中间性植物 只要其他条件合适 在什么光照条件下都能开花 如黄瓜 番茄 番薯 四季豆和蒲公英等 2 3 2动物的光周期现象鸟类 迁移 生殖哺乳动物 生殖 换毛长日照兽类 随着春天日照长度的逐渐增加而开始生殖 如野兔 刺猬等 短日照兽类 随着秋天短日照的到来而进入生殖期 如绵羊 山羊和鹿等 鱼类 生殖 迁移人为延长光照时间可以提高鲑鱼的生殖能力日照长度的变化通过影响内分泌系统而影响鱼类的迁移昆虫 冬眠 滞育 二 温度与生物 植物一般是0 45 的温度范围 高温的伤害主要在于减弱光合作用而增强呼吸作用 使两者失衡 低温的不利主要是冻害 低于零下的温度会使细胞间隙的自由水结冰 挤压细胞质造成机械损伤并使细胞失水而萎缩 1 温度与植物 大多数动物生活在 2 50 温度范围 温度对动物生长发育和形态的影响表现在低温可以延缓恒温动物的生长 由于其性成熟延缓 动物可活得更久 长得更大 温度对动物行为的影响在于使动物主动选择适宜的温度环境 以利其生存温度还影响动植物的地理分布 热带和亚热带有利于动植物生存 种类繁多 寒冷地带和高山地区种类较少 2 温度与动物 2 1温度对动物的影响 贝格曼定律 贝格曼规律 Bergman srule 生活在寒冷气候中的内温动物的身体比生活在温暖气候中的同类个体更大 从而使得单位体重散热量较少 是减少散热的一种形态适应阿伦定律 恒温动物身体的突出部分如四肢 尾巴和外耳等在低温环境中有变小变短的趋势 减少散热的一种形态适应恒温动物对低温的另一种形态适应是增加毛和羽毛的数量和质量或增加皮下脂肪的厚度 2 温度与动物 2 2动物对温度的适应 贝格曼规律 阿伦规律 三 水和生物 1 水的生物学意义 首先 水是生物有机体的重要组成成分 其次 生物的一切代谢活动都必须有水为介质 营养物质的吸收和运输 食物的消化 激素的传递以及其他各种生物化学过程都必须在水溶液中进行 第三 水是植物进行光合作用的重要原料 第四 水的热容量大 吸热和放热的进程比较缓慢 为水生生物创造了一个稳定的温度环境 第五 对于生物的热量调节和能量代谢具有重要作用 水分与植被 2 水对生物的影响 仙人掌 第三节生物种群和生物群落 种群是在特定时间和一定空间中生活和繁殖的同种个体的总和 种群是由同种个体组成 但在生态系统中 种群内个体与个体之间 种群与环境之间 并不孤立 也不是简单地相加 而是通过种内关系构成一个统一的有机整体 表现出该种生物的特殊规律性 种群不仅是物种存在 物种繁殖 物种进化和表达种内关系的基本单位 也是生物群落的基本组成单位 同时也是生物资源开发 利用和保护的具体对象和生态系统研究的基础 一 种群及其一般特征 种群的数量和密度任何一种生物在一定空间中个体数目的多少称为种群的大小 数量 在单位面积或空间中的个体数目 则称密度种群年龄结构和性别比种群的年龄结构是指不同年龄组的个体在种群内的比例和配置情况 一般种群年龄结构愈复杂 其稳定性愈大 适应能力愈强 种群愈繁盛 种群的性比结构性比是指一个种群中全部个体或某一龄级中雌雄个体的比例 性比通常有单性 银杏 雪松 和两性之分 对动物来说 还要考虑婚配制度 种群年龄结构 增长型 稳定型 衰退型 种群中个体的水平分布格局 1 成群分布2 均匀分布3 随机分布 种群的出生率和死亡率最大出生率 指种群处于理想条件下 无任何生态因子的限制 繁殖仅受生理因素所制约 的出生率 实际出生率 指在特定条件下的出生率 最低死亡率 指生物种群在最适环境下 活到了其生理寿命才死亡的概率 实际死亡率 指种群在特定环境下的死亡概率 即多数或部份个体死于捕食者 疾病 饥饿 恶劣气候和砍伐等 种群的出生率和死亡率 种群增长 1 种群的指数增长模型在环境资源 食物资源和生存空间 不受限制的情况下 种群增长率为r 则种群的数量呈指数形式增长 即dN dt rN 其指数形式为 Nt N0ertr 0 种群数量将按指数曲线的形式增长 r 0 种群数量将按指数曲线的形式下降 r 0 种群数量相对稳定按Nt N0ert做图 因曲线与 J 相似 所以 把在不受环境资源限制条件的种群增长模型称为 J 型指数增长模型 2 种群的逻辑斯蒂增长模型 Logisticgrowth 在有限的环境资源条件下 随着种群内个体数量的增多 对于有限空间和其它生活必需资源的种内竞争也会加剧 有竞争就会影响到种群的出生率和存活率 从而降低种群的实际增长率 当种群个体的数目接近于环境所能支持的极限时 即环境负荷量K值 种群将不再增长而保持在该值左右 即dN dt 0 dN dt rN K N K N 0 种群个体数目增长 K N 0 种群个体数目减少 K N 0 种群大小基本处于稳定的平衡状态 种群调节 种群是通过环境阻力的负反馈机制促进种群潜在增长力发展的正反馈受到限制而实现自我调节 使种群数量维持在某种平衡状态物种的这种自我调节机制主要是通过密度制约过程而实现的种群除了种内密度调节外 还存在种间的密度调节和非密度调节 非生物因子 如气候因子对种群大小的调节 种群的自我调节 密度调节 二 生物群落群落 群落是在一定时间内居住于一定生境中的不同种群所组成的生物系统 群落是一个有一定成分和外貌比较一致的组合体 群落中的不同种群有序而协调地生活在同一生境中生物群落 在一定地段的自然环境条件下 由彼此在发展中有密切联系的动物 植物和微生物有规律地组合成的生物群体植被 一个地区全部植物群落的总体 叫做该地区的植被 如青藏高原植被 一 种类组成不同类型的群落具有不同的生物种类 种类成分是区别不同群落类型的首要特征 同时 不同地区群落中所包含的生物种类的数量也不同 物种多样性 群落中物种数目的多少 丰富度 和各物种个体数目的多少 均匀度 两个参数的结合 物种多样性是影响群落稳定性的一个重要因素 生态位 群落中每一个生物种所占据的小生境 住所 空间 和它的功能 作用 的合称 优势种 在群落中凡是个体数量多 生物量大 覆盖地面的程度也大的生物叫做优势种 建群种 优势种中的最优势者 即盖度最大 生物量也最大 占有最大空间 并在建造群落 改造环境和在物质与能量交换中作用最突出的生物种叫做建群种 共建种 生物群落中两个以上的建群种 偶见种 生物群落中只偶然出现的物种 伴生种 生物群落中经常出现的非优势种 生物群落是以植物群落最为突出而引人注目 在生物群落的结构和功能中所起的作用最大 动物移动性大 群落结构较松散 以研究最多的植物群落为例 二 群落的外貌与生活型植物群落外貌 是群落长期适应自然环境的一种外部表相 环境或群落类型不同 它的外貌特征也不同 群落的外貌是识别和区分植物群落类型的重要特征之一 如森林 草原 灌丛的外貌迥然不同 植物群落的外貌主要决定于优势植物的生活型 生活型 是植物长期受一定环境综合影响所表现出来的生长形态 例如乔木 灌木 草本植物 藤本植物 苔藓植物和藻菌植物等 它们又可进一步划分成次一级的生活型类型 如乔木被划分成针叶树 常绿阔叶乔木和落叶阔叶乔木 草本植物被划分成一年生草本植物和多年生草本植物等 生物种群在群落内部空间上按一定规律组合排列的现象即是群落的结构 包括垂直结构 水平结构 生态结构三种类型 群落的垂直结构 生物群落形成过程中 由于环境的逐渐分化 导致对环境有不同需求的物种生活在一起 从而使整个群落在垂直空间有了上下不同的分化 即成层现象 三 群落的结构 群落的生态结构 层片是群落的生态结构单元 它具有一定的种类组成 这些种具有一定的生态生物学一致性 并具有一定的小环境 它是生态位和生活型的统一 群落的水平结构 由于小地形 土壤条件或光照状况的不同 以及动物的活动 使群落内部的环境在水平方向上出现不一致的现象 形成许多小环境 或者由于植物依靠根蘖和根茎繁殖的结果 便在群落内部分化出许多由一种或若干种植物所构成的小斑块 即小群落 它们或多或少均匀地分布于整个群落中 形成所谓镶嵌现象 这就是群落在水平方向的主要结构 镶嵌性 森林群落的垂直分布最复杂 群落在形成过程中 随着各种生物的逐渐定居 通过植物枝叶的遮荫和挡风 根系不断地分泌有机化合物 枯枝落叶层覆盖地面和减弱地表径流 微生物对有机构质的分解以及动物的活动等 不断地改造原来的物理环境 使群落内部形成了显著不同于其周围棵地的环境 即群落环境 包括 光照 水 热 风 土壤等 四 群落的环境 五 生物群落的动态1 植物群落的季节变化季相 在气候季节变化明显的地区 植物的生命活动随着气候表现出季节性的周期变化 即在不同季节植物通过发芽 展叶 开花 结果和休眠等不同的物候阶段 使整个群落在各季呈现出不同的外貌特征 这叫做群落的季相 季相更替 群落外貌顺序变化的过程 叫做季相更替研究季相的意义 群落的季节性变化是地理环境变化的反映 通过对这种动态特征的观察 可以了解地理环境在一年中变化的概况 同时 还可为确定植被资源的合理利用季节提供依据 2 生物群落的演替演替 在一定地段上一个群落被性质上不同的另一个群落所替代的现象叫做演替 人为演替 自然演替 演替的分类按群落所在地的基质状况可以分为 原生演替 发生于以前没有植被覆盖过的原生裸地上的群落演替叫做原生演替 次生演替 发生在次生裸地上的演替称做次生演替 次生裸地 原来有过植被覆盖 以后由于某种原因原有植被消灭了 这样的裸地叫做次生裸地 次生裸地的土壤中常常还保留着植物的种子或其他繁殖体 为次生演替奠定了基础 按群落演替的发展方向 进展演替 顺行演替 当发生于裸露地面的群落经过一系列发展变化 总趋势朝向逐渐符合于当地主要生态环境条件 如气候和土壤 的演替过程 叫做顺行演替 顺行演替的结果 群落的特征一般表现为生物种类由少到多 结构由简单到复杂 由不稳定变得比较稳定 同时群落越来越能够充分地利用环境资源 逆行演替 群落由于受到干扰破坏而驱使演替过程倒退 即为逆行演替 演替结果是群落的生物种类由减少 结构简化 生产力降低 湖泊演替为森林 动物随着一个针叶林的出现而发生的变化 自R L Smith 1980 群落演替的速度群落演替的速度随具体条件不同而有差异 一般在演替系列的早期阶段比较迅速 群落稳定性差 后期 演替速度逐渐变慢 最后阶段的群落保持相对稳定的状态 次生演替比原生演替快些 顶极群落一个地区的植物群落 若没有外来因素的干扰 通过顺行演替 最后会发展成为与当地环境条件相适应的 结构稳定的群落 这种演替到最后阶段的群落叫做演替顶极或顶极群落 气候顶极 在一定的自然地理区域里 主要受气候 土壤 地形和动物等因素分别控制 相应地可以出现许多顶极群落 其中发育在排水良好 土壤非沙质和非盐渍化的平地和坡地上的 分布面积较广而与当地气候水热条件最相适应的 稳定的植物群落即气候顶极 通常也称显域植被或地带性植被 顶极 并不意味着群落停止了发展 只是表示群落发展到与所在地区环境条件协调一致 其种群和结构相对稳定 整个群落的物质与能量的输入和输出保持相对平衡的状态而言 研究群落的演替对于认识它们的性质 预测未来发展的趋向 以及合理利用 改造和保护等方面都有重要意义 第四节生态系统 一 生态系统的概念生态系统是指在一定地区内 生物和它们的非生物环境 物理环境 之间进行着连续的能量和物质交换所形成的一个生态学功能单位 二 生态系统的组分和结构 一 生态系统的组分一个完整的生态系统由四类成分构成 即非生物成分和生物成分因获取能量的方式与所起作用不同被进一步划分为生产者 消费者和分解者三个类群 1 非生物成分 包括气候因子 太阳辐射能 H2O CO2 O2 各种无机盐类和蛋白质 脂肪 糖类 腐殖质等有机物质 是生物赖以生存的物质和能量来源 共同构成大气 水和土壤环境 成为生物活动的场所 是维系生物生存的生命支持系统 是一个不可缺少的成分 2 生物成分 生产者 指生物成分中能利用太阳能等能源 将简单无机物合成为复杂有机物的自养生物 消费者 指以自养生物或其它生物为食而获得生存能量的异养生物 主要是动物 可分为植食动物 初级消费者 和肉食动物 第二级消费者 分解者 指将复杂的动植物有机残体分解为简单的无机物归还到环境中 供生产者重新利用 同时自己也得到食物和能量的生物 主要指细菌 真菌和一些原生动物 也属异养生物 生态系统的组成成分 二 生态系统的结构形态结构 如生物群落的垂直结构和水平结构 营养结构 指依食物关系把各类生物有机地联结在一起的结构 食物链 生态系统中由食性关系建立起的各生物之间的营养联系 主要有二种类型的食物链 捕食食物链 活食食物链 碎屑食物链 腐食食物链 食物网 由多个食物链彼此交织在一起形成的复杂网状营养结构 营养级 指食物链上的每一个环节所有生物种的总和 三 生态系统的功能生态系统的功能 即系统的能量流动 物质循环和信息的传递 生态系统的生物生产 1 初级生产 初级生产 绿色植物固定并转化太阳能 生产有机物质的过程 初级生产者 第一性生产者 初级生产的生产者 如绿色植物 初级生产力 第一性生产力 初级生产者积累能量的能力 初级生产量 第一性生产量 初级生产过程中的生产量 g m2a J cm2a 总初级生产力 总第一性生产力 Pg 单位时间单位面积绿色植物的生产量 g m2a J cm2a 净初级生产量 总第一性净生产量Pn 初级生产者扣除呼吸消耗而真正积累的生产量 公式表示为 Pn Pg R植物生物量 指现存植物真正观测到的生物量 g m2 J m2 光能利用率 净初级生产力与到达地表的单位面积光能的百分比 净初级生产量实际上总是低于现存的植物生物量 但因前者难以计算 往往对二者不加区分 2 次级生产次级生产 指生态系统中消费者或分解者 还原者 利用净初级生产量进行同化作用的过程 或者说是异养生物对初级生产物质的利用和再生产过程 净次级生产量 次级生产形成的有机物质的量 或者说 次级生产者扣除呼吸消耗而真正积累的生产量 公式表示为 Pn Pg R 生物量金字塔 以生物组织的干重表示每一个营养级中生物的总重量 一般说来 绿色植物的生物量要大于它们所养活的植食动物的生物量 而植食动物的生物量要大于以它们为食的肉食动物的生物量 尤其是在陆地和浅水生态系统中 这种正锥体图形最为常见 因为在这些生态系统中 生产者个体大 积累的有机物质多 生活史长且只有很少量被取食 净初级生产力 陆地植物生产量总量为1833 1012 kg 海洋只有3 6 1012 kg陆地净初级生产力平均为720g m2a 海洋为153g m2a陆地净初级生产总量为107 1012 kg 海洋为55 1012 kg陆地净次级生产力平均为2 5g m2a 海洋为3 8g m2a陆地的次级生产量总计为372 109 kga 海洋为1373 109 kga 海洋的初级生产量只有陆地的1 2 但海洋的次级生产量总和却是陆地的3 7倍 根本的原因在于海洋系统中的植食动物的摄食效率是陆地动物的5倍左右 地球上次级生产量不及初级的1 因此把初级生产量 植物生物量作为总生产量和总生物量 生态系统的能量流动能量是生态系统的动力生态系统中的能量来自太阳能生态系统是一个开放的能量系统生态系统中的能量是单向和不可逆的生态效率 各营养级的能量利用效率 即能量沿食物链流动过程中 后一营养级能量与前一营养级能量的比值林德蔓 Lindeman 效率 指生态效率通常为10 的规律生态金字塔 指将食物链中每一营养级上的生产量或能量按营养级高低由下而上用图形重叠在一起形成的金字塔 有数目金字塔 生物量金字塔和生产力或能量金字塔三种表示方式 三 生态系统的物质循环生态系统中的物质循环又称为生物地球化学循环 能量流动和物质循环是生态系统的两个基本过程 这两个基本过程使生态系统各个营养级之间和各种成分 非生物成分和生物成分 之间组织成为一个完整的功能单位 但是能量流动和物质循环的性质不同 能量流经生态系统最终以热的形式消散 能量流动是单方向的 因此生态系统必须不断地从外界获得能量 而物质的流动是循环式的 各种物质都能以可被植物利用的形式重返环境 物质是维持生命活动的结构基础 也是贮存化学能的运载工具 生态系统中物质与能量缺一不可 二者紧密联系 共同进行 维持生态系统的生存与发展 三大循环 生态系统 水循环 水是最好的溶剂 绝大多数物质都溶于水 随水迁移并被生物利用 因此其它物质的循环都结合水循环进行 没有水循环就没有生物地球化学循环 水循环是中心循环 气体循环 主要蓄库是大气圈 其次是水圈 气体循环的物质具有扩散性强 流动性大 易混合的特点 循环快 不易出现元素的过多或短缺现象 具明显的全球性循环特点 主要有C H O N等 沉积型循环 主要蓄库是岩石圈 其次是土圈 该类循环具有扩散性弱 流动性小 不易混合的特点 循环慢 易出现元素的过多或短缺现象 不具明显的全球性循环特点 主要有K Na Ca P S等 四 生态系统的反馈调节与生态平衡 反馈机制 指系统中某一成分发生变化时引起其它成分出现一系列变化 而这些变化最终又反过来影响最初发生变化的那种成分的过程 分负反馈和正反馈两种类型 负反馈 通过自身功能减缓系统内的压力以维持系统的稳定 使系统得以保持稳定和平衡的最重要动力之一 正反馈 常常使系统远离平衡状态和稳定 生态平衡 系统处于相对稳定状态 系统中生物种群的结构与数量比例持久地没有明显的变动 生物与环境间相互协调 能量与物质的输入与输出接近平衡 同时生态系统的结构与功能之间相互适应并达到最和谐的协调关系 第五节陆地和水域生态系统 一 陆地生态系统的主要特征与分布规律1 主要特征陆地生态系统类型繁多 陆地生态系统具有较高的平均生物生产量和巨大的生物物质积累量 陆地生态系统具有较明显的动态变化 包括变化和类型的演替 2 分布规律三向地带性 水平地带性 纬度地带性 经度地带性垂直地带性 三向地带性的表现及特点 二 陆地生态系统的主要类型 大多数生物都只分布在地球上特定的地区 地球上不同地区也都有其不同的动植物组合 生物群落 biomes 又称最大生态单位 是由栖息在具有相似生活条件的地带中的许许多多的动植物组成的统一的整体 顶级植被 climaxvegetation 是构成陆地生物群落最重要的因素 陆地生物群落也是以其顶级植被来命名的 它们主要是由温度和降水量的组合而决定 由于水热条件的不同 不同生物群落的生物丰富程度也各不相同 另外土壤条件等也对生物群落的形成产生影响 热带雨林热带稀树草原亚热带常绿阔叶林温带落叶阔叶林温带 北方 针叶林温带草原荒漠苔原热带 亚热带红树林 热带雨林的树冠高度参差不齐 有一些树 如我国的望天树 高可超过50 60米 突出在茂密的林冠之上 不必再担心缺少阳光和空间 世界上三个热带雨林分布地区 美洲热带雨林区 非洲雨林区和印度 马来西亚雨林区 一 热带雨林 板状根 树干基部形成膨大的板根 具有抵抗大风袭击的作用 因而板根是热带雨林的特征 附生植物 各种附生植物布满整个热带雨林 形成美丽壮观的 空中花园 藤本植物 热带雨林中拥有世界上全部藤本植物的90 那里的藤本植物不仅种类 数量繁多 而且粗长 很多大型木质藤本直径达10 30厘米 长有数十米 最长的省藤和白藤长可达300米 是世界上最长的生物 绞杀植物 绞杀植物介于藤本植物和附生植物之间 是争夺阳光 空间和矿物营养的残酷斗争达到顶峰的产物 二 热带稀树草原 萨王纳群落 热带草原也称萨王纳群落 是一种独特的旱生性草本群落 其中的木本植物散生 矮小 具有对强风和干燥的特殊的适应能力 草本植物通常不密闭 在草丛间可见裸露的土面 在非洲的分布面积很广 南美和亚洲也有分布 斑马是非洲有蹄类动物大迁徙的先锋 热带雨林中拥有世界上种类最多的食果动物特别是食果鸟类 很多鸟类长有形状奇特的嘴来适应各种果实 瓶子树是澳洲热带疏林的特色 形状很象美洲的纺锤树和非洲的猴面包树 澳大利亚奇特的植物是有 草本乔木 之称的黄万年青 在乔木状的树干上长着草一样的叶子 分布在亚热带地区的大陆东岸 在南 北美洲 大洋州 非洲以及亚洲均有分布 生长在亚热带季风气候和亚热带湿润气候地区 是亚热带温暖湿润的常绿植物构成的阔叶树森林 分为乔木 灌木和草本三层 三 亚热带常绿阔叶林 四 温带落叶阔叶林 夏绿阔叶林是北半球温带地区特有的 在世界上有三个主要的分布区 即欧洲 东亚和北美东部 在我国主要分布在秦岭 淮河以北直到东北的南部 落叶阔叶林带属暖温带半湿润 湿润气候 在我国落叶阔叶林分布的范围内 又是我国落叶果树的重要产地 盛产苹果 板栗 核桃 枣 柿 梨等 现在虽然被称为 被子植物 时代 可是由裸子植物组成的针叶林却是现存面积最大的森林 针叶林是寒温带的地带性植被 是分布最靠北的森林 针叶林的北界就是森林的北界 五 北方针叶林 七 荒漠 亚热带荒漠区 回归线附近的副热带高气压区是干旱脱水的空气返回大地的地区 那里集中了地球上大多数的荒漠 又有回归荒漠带之称 温带荒漠区 分布于大陆中部的一些平原 由深处内陆引起气候干旱温带荒漠与回归带的荒漠相比 夏天同样炎热干燥 但冬天却要寒冷得多 寒暑变化剧烈 苔原绝大部分都围绕北冰洋分布 在欧亚大陆和北美 自泰加林以北直到北冰洋沿岸形成连续的苔原带 并进入北冰洋中的岛屿 欧洲和北美西部受暖流影响 苔原带比较狭窄 分布得很靠北 苔原带在亚洲和北美东部要宽阔很多 而且可以向南延伸很远 达到相应于北欧夏绿阔叶林的纬度 八 苔原 冻原 三 水域生态系统的主要特征与类型 地球表面海洋面积占2 3以上 陆地上还有江 河 湖 沼泽和水库等水体 这些水体 不论咸水或淡水 面积或大或小 其中都生活着生物有机体 它们与其水环境共同形成各种不同的水域生态系统或称水生生态系统 水域生态系统的类型较陆地生态系统的类型少 一 淡水生态系统 1 流水生态系统 淡水生态系统包括河流 湖泊 溪流 池塘和水库等 大多数面积较小边界明确 因而常常成为研究生态系统结构与功能的理想对象 淡水水体一般深度小 水中光照条件较好 根据水的运动分为流水与静水两个淡水生念系统 2 静水生态系统 二 海洋生态系统 在浩瀚的海洋中生活着大量的生物 既有以各种浮游藻类为主的植物 也有从原生动物到脊椎动物几乎所有的动物门类 约达25万种之多 它们构成了错综复杂的食物网 形成独特的海洋生态系统 海洋由于各部分的深度 光照 盐分和生物种群组成不同 可进一步划分为海岸带 浅海带和远洋带等 它们之中又包括许多次级生态系统 红树林 红树林群落是地球上最奇妙 最特殊的生物群落 主要生活在以赤道为中心的热带及亚热带淤泥深厚的海滩上 在海陆交界的潮间带形成壮观的海上森林 森林在潮起潮落的过程中经受着海水不断的冲刷 红树林最引人注目的特征是密集而发达的支柱根 很多支柱根自树干的基部长出 牢牢扎入淤泥中形成稳固的支架 使红树林可以在海浪的冲击下屹立不动 红树林的支柱根不仅支持着植物本身 也保护了海岸免受风浪的侵蚀 因此红树林又被称为 海岸卫士 红树林养育了为数众多的动物 红树林下的淤泥中是蟹类 弹涂鱼等 红树林的树干和树枝是很多介壳动物的栖身之所 红树林的树冠则是热带海鸟的领地 在东南亚加里曼丹岛的红树林中 有长相奇特的长鼻猴 食蟹猴是东南亚另一种出现在红树林中的猴子 在恒河入海口处的桑达班红树林中则是现存虎最多的地方之一 那里有世界上唯一现存的食人虎 第六节社会 经济 自然复合生态系统 一 农业生态系统农田 经济作物种植园 人工林地 人工草地 鱼塘 一 农业生态系统的主要特征农业生态系统是指在人类生产活动的干预下 一定区域的农业生物群体与其周围自然和社会经济因素彼此联系 相互作用而共同建立起的固定 转化太阳能 获取一系列农副产品的人工生态系统 1 生物成分发生显著变化 2 系统结构明显简化 3 农田生态系统是一个能量和物质大量流通的开放系统4 农田生态系统的生物生产量一般较高 5 农田生态系统具有明显的地域性特点 6 人是农田生态系统的核心 二 生态农业所谓生态农业就是按照生态学和生态经济学原理 应用系统工程等现代科学技术 把传统农业技术和现代农业先进技术相结合而建立起来的一种多层次 多结构 多功能 具有良好经济效益 生态效益和社会效益的集约经营管理的综合农业生产体系 具体地说 就是在一定区域有效地运用生态系统中生物的共生原理 生物的相克趋利避害原理 多种成分间的相互协调与互补原理 以及物质循环再生与能量多层次多途径转化利用原理 全面规划 总体协调 建立能合理利用自然和社会资源 保持生态稳定和持续高效的优化农业生态系统 是具有良好的经济 生态和社会三种效益统一的农业生产体系 二 城市生态系统 第七节生物多样性及其保护 生物多样性是地球上的生命与其环境相互作用并经过几十亿年的演变进化而形成的 是构成地表自然地理环境的重要成分之一 它与其物理环境相结合共同构成人类赖以生存和发展的生命支持系统 是社会经济发展的物质基础 同时对于维持自然界的生态平衡 美化和稳定生活环境具有十分重要的作用 为全人类带来了难以估价的利益 而丧失生物多样性必然引起人类生存与发展的根本危机 一 生物多样性的概念 生物多样性 Biologicaldiversity或写为biodiversity 是指在一定时间和一定地区所有生物 动物 植物 微生物 物种及其遗传变异和生态系统的复杂性总称 1995年联合国环境规划署 UNEP 发表的巨著 全球生物多样性评估 也给出一个简单定义 生物多样性是生物和它们组成的系统的总体多样性和变异性 它包括遗传多样性 物种多样性和生态系统多样性三个主要层次 遗传多样性 Hereditarydiversity 是指存在于生物个体内 单个物种内以及物种之间遗传变异的总和 表现在分子 细胞和个体三个层次上的 遗传表型 的多样性 细胞染色体的多样性 染色体数目的多态性 染色体结构的多态性和染色体人分带特片