第一章 生态系统及其功能概论

1、第一章第一章 生态系统及其功能概论生态系统及其功能概论 第一部分第一部分 海洋生态学总论海洋生态学总论 v第一节 生态系统的组成结构与功能 v第二节 生物圈的形成与进化 v第三节 生态系统服务 第一节 生态系统的组成结构与功能 一、生态系统的概念与基本特征 二、生态系统的基本组成成分 三、生态系统的营养结构和空间结构 四、生态系统的功能 五、生态系统的自校稳态和生态平衡 一、生态系统的概念与基本特征一、生态系统的概念与基本特征 （一）生态系统的概念 生态系统（ecological system, ecosystem）：指 特定的空间内所有生物（生物群落）与其环境 通过能量流动、物质循环和信息传

2、递而相互作 用和相互依赖构成的功能单元（functional unit）。 一定时间和空间范围内，生物（一个或多 个生物群落）与非生物环境通过能量流动和物 质循环所形成的一个相互联系、相互作用并具 有自动调节机制的自然整体。 （二）生态系统的基本特征 1、通常与特定空间相联系，包括一定区域和范 围的空间概念。 2、具有繁殖、发育、生长、衰老和死亡等生物 有机体的特征，因而生态系统可以分为幼期、 成长期和成熟期等阶段，便显出了时间概念的 时间特性，从而产生了生态系统的演替。 3、具有生物代谢机能的特征。 4、具有系统整体自动调节功能。 生态系统自动调节机能 1、同种生物种群密度的调节。 2、不同

3、物种生物种群之间的调节（食物联系进 行调节）。 3、生物与环境之间的相互适应调节。生物从环 境摄取必需的生活物质，环境需要经常补偿其 所输出的物质，两者进行着输入与输出之间的 供需调节。 （三）生态系统的分类 根据环境性质和形态特征分类： 生态系统 陆地生态系统 水生生态系统 淡水生态系统（fresh water ecosystem） 海水生态系统（marine ecosystem） 海洋生态系统 沿岸生态系统 内湾生态系统 河口生态系统 藻场生态系统 珊瑚礁生态系统 红树林生态系统 潮间带生态系统 浅海生态系统 上升流生态系统 大洋生态系统 （四）海洋生态系统的特点 在海洋生态系统中，初级生

4、产者主要是体 型极小、数量及大、种类繁多的浮游植物和一 些微生物组成；初级消费者主要由体型也很小， 种类数量也很多的浮游动物组成。它们利用植 物资源的效率很高，周转速度很快，另外还有 许多杂食种类也在起着一定数量的调节作用。 生物分布的深度范围很广，海水的不断运动和 生物本身活动分布的变化也很大。 二、生态系统的基本组成成分二、生态系统的基本组成成分 （一）生物性成分 生物性成分是生态系统的主体。 生产者（即自养生物、化能细菌） 消费者（异养生物） 初级消费者 次级消费者 - 分解者 （二）非生物成分 ：非生物环境 是生态系统的生命支持系统，它是生物生 活的场所，具备生物生存所必须的物质条件，

5、 也是生物能量的源泉。 有机碎屑物质 参加物质循环的无机物质（碳、氮、水和磷等） 水文物理条件（温度、海流等） 能源（太阳辐射和其他能源） 三、生态系统的营养结构和空间结构三、生态系统的营养结构和空间结构 （一）生态系统的营养结构 1、定义 食物链（food chain）：在自然生物群落中，任何一 种动物不会只捕食其他动物而不被另外一种动物捕 食，通常某种动物既捕食另一类动物，同时又被其 他动物所捕食。这样在自然生物群落中形成了一个 连串的食物关系，这种关系在生态学中被称为食物 链。 食物环节（food link）或营养阶层（trophic level）： 指食物链上的每一个环节。 食物网（f

6、ood web）：生态系统中许多食物链 纵横交错，形成网状营养结构称为食物网。它 真实地反映生态系统内各种生物有机体之间的 营养位置和相互关系。生态系统的食物网结构 对保持系统的结构、功能稳定性有重要作用。 2、食物链的类型 牧食食物链或称植食食物链： 通常是从活体植物开始，然后是草食动物、 一级肉食动物、二级肉食动物等。 碎屑食物链： 是从动植物死亡尸体分解物开始，如植物 残体蚯蚓线虫节肢动物或海洋中的有机 碎屑浮游动物小鱼等。 （二）生态系统空间结构 自然生态系统的自养成分和异养成分在空 间上通常是分层的。上层的“绿色带”称为生 产层，自养代谢最旺盛；下层是光照条件差或 无光照的“褐色带”

7、，异养代谢最为旺盛。 海洋生态系统的生产层仅位于光线可以透 入的水层，其下方广大水体和底部沉积物中的 异养代谢最为强烈。几千米的深海中仍有生物 生活，因此很多海洋生物群落是存在于没有植 物性成分的环境中。 生态系统的基本功能是能量流动能量流动和物质循环物质循环。 生态系统是通过能量流动和物质循环将各个组成成 分相互联结构成的一个网络状复杂的整体。 四、生态系统的功能四、生态系统的功能 （一）生态系统能量流动 1、能量及其流动 在生态系统中，生命系统与环境系统的相 互作用始终以物质作为载体，并伴随着能量的 流动与转化。海洋生态系统接收来自太阳辐射 的能量，通过浮游植物的光合作用所固定的能 量并转

8、化为化学能成为生态系统的基本能量， 然后沿着食物链从低营养阶层向高阶层单向的 传递转化。 2、能量流动的热力学定律 （1）能量从一种形式转化为另一种形式是 严格遵守热力当量比例进行，能量既不能 消灭也不能凭空产生，即热力学第一定律 或能量守恒定律。 （2）能量流动是非循环的，只能单一方向 传递转化，并在转化过程中产生不能利用 的热能，称为热力学第二定律或称熵律。 3、能量流动的生态效率 生态效率（ecological efficiency）：在生态系统的能 量流动过程中，能量的利用效率就叫生态效率。它 可以用不同营养级之间的生产量来表示，即某个营 养级的生态效率相当于该营养级生产量与前一个营

9、养级的生产量之比。 林德曼的“十分之一”定律：水生生态系统中，通 常后一个营养级的生产量只有前一个营养级生产力 的十分之一。 （二）生态系统物质循环 生态系统的物质循环（cycling of material）：任何 物质或元素被绿色植物吸收利用并沿着食物链在各 个营养层间传递、转化、最终被微生物分解重新回 到环境，然后再次被吸收利用、进入食物链转化和 传递进行再循环，这一通过有机体和无生命环境之 间不断进行的物质循环过程即为生态系统的物质循 环。 1、生物地球化学循环 生物地化循环（biogeochemical cycles）：生态系统之 间各种物质或元素的输入和输出以及它们在大气圈、 水圈

10、、土壤圈、岩石圈之间的交换。 从生态学的观点来看，在海洋中最重要的是限制 生长的营养物质再循环的速率。 库（pool）：物质在生物或非生物环境中都存在 一个或多个贮存场所，其贮存数量大大超过结 合在生物体内的数量，这样一些贮存场所通常 被称为库。 贮存库（reservoir pool）：库容量大，物质在库 中的滞留时间长和流动速率慢，多属于非生物 成分。 交换库（exchange pool）：库容量小，物质在 库中的滞留时间短和流动速率快，多属于生物 成分。 2、生物地化循环的类型： 水循环：水循环的主要途径是有太阳能所推动的由大 气、海洋和陆地形成的一个全球性水循环系统。 气态循环：循环物质

11、的主要贮存库是大气和海洋，并 在大气中以气态出现。以氧、碳、氮为代表。气态 循环把海洋和大气紧密联系起来。 沉积循环：指循环物质的主要贮存库是岩石圈和土 壤圈。以磷、硅及钙、钾等金属为代表。 3、碳循环 4、氮循环 5、磷循环 （三）生态系统能量流动和物质循环的关系 生态系统的物质循环和能量流动是紧密联系、不 可分割的，能量必须通过物质载体来流动。 两者的根本区别是能量来源于太阳，在食物链中 向着一个方向逐级流动， 不断消耗和散失；而营养物 质来源于地球并可被生物多次利用，在生态系统中不 断的循环，或从一个生态系统消失而又在另一个生态 系统出现。 （一）生态系统的自校稳态 生态系统通过反馈机制

12、实现其自我调控以维持 相对的稳态。 反馈：就是系统的输出反过来又决定其输入。 反馈分正反馈和副反馈。 正反馈：系统中的部分输出通过一定路线又变成 输入，起促进和加强作用。 副反馈：输出反过来起削弱和减低输入的作用。 五、生态系统的自校稳态和生态平衡五、生态系统的自校稳态和生态平衡 （二）生态系统平衡 1、定义 生态平衡（ecological balance）：输入和输出在较长 时间趋于相等，系统的结构与功能长期处于稳定状 态，在外来干扰下能通过自我调节恢复到原初的稳 定状态，生态系统的这种状态就叫做生态平衡。 生态阈限：生态系统的自我调节功能是有限的，只 有在某一限度内可以自我调节自然界或人类施加的 干扰，这个限度就叫生态阈限。 2、生态系统的基本观点 平衡是动态的平衡，是指对立的各方（输 入和输出）在数量或质量上相等或相抵。所以 生态平衡是相对平衡，是自然界在长期进化中 建立在各种成分的特征、运动规律及其相互关 系基础上的动态平衡。 任何一个生态系统都具有其弹性和可塑性。 其自我调节机制依赖于正反馈和负反馈机制的 相互联系和作用。 3、生态平衡被破坏的主要因素 （1）自然的因素所带来的失调； （2）人为因素，就是人类的干扰对生态系统造成的 影响。 第二节 生物圈的形成和进化 一、生命的起源 1、从无机物到简单有机物 2、从简单有机物到