生物群落云南大学生态学课程

1、1 第十一章第十一章 生态系统的一般特征生态系统的一般特征 11.1 生态系统的基本概念生态系统的基本概念 11.2 生态系统的组成与结构生态系统的组成与结构 11.3 食物链和食物网食物链和食物网 11.4 营养级和生态金字塔营养级和生态金字塔 11.5 生态效率生态效率 11.6 生态系统的反馈调节和生态金字塔生态系统的反馈调节和生态金字塔 2 11.1 11.1 生态系统的基本概念生态系统的基本概念 生态系统生态系统(ecosystem)：在一定空间中共同栖居着在一定空间中共同栖居着 的所有生物的所有生物( (生物群落生物群落) )与其环境之间由于不断进行物与其环境之间由于不断进行物 质

2、循环和能量流动过程而形成的统一整体质循环和能量流动过程而形成的统一整体 系统系统(system)：相互作用、相互依赖的事物有规律相互作用、相互依赖的事物有规律 地联合的集合体地联合的集合体 许多成分组成许多成分组成 各成分间相互联系、相互作用各成分间相互联系、相互作用 独立的、特定的功能独立的、特定的功能 生物地理群落生物地理群落(biogeocoenosis) 3 生态系统的特征生态系统的特征 生态学的一个主要结构和功能单位，属于生态生态学的一个主要结构和功能单位，属于生态 学研究的最高层次学研究的最高层次 内部具有自我调节能力内部具有自我调节能力 能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的能

3、量流动、物质循环和信息传递是生态系统的 三大功能三大功能 营养级的数目受限于生产者所固定的最大能值营养级的数目受限于生产者所固定的最大能值 和能量在流动中巨大损失，生态系统中营养级和能量在流动中巨大损失，生态系统中营养级 不会超过不会超过5-65-6个个 动态系统动态系统 4 目前有关生态系统的研究工作目前有关生态系统的研究工作 自然生态系统的保护和利用自然生态系统的保护和利用 生态系统调控机制的研究生态系统调控机制的研究 生态系统退化的机制、恢复及其修复研生态系统退化的机制、恢复及其修复研 究究 全球性生态问题的研究全球性生态问题的研究 生态系统可持续发展的研究生态系统可持续发展的研究 5

4、自然生态系统的保护和利用自然生态系统的保护和利用 和谐、高效和健康是自然生态系统有的共同特点和谐、高效和健康是自然生态系统有的共同特点 自然生态系统中具有较高的物种多样性和群落稳定性自然生态系统中具有较高的物种多样性和群落稳定性 健康的生态系统比退化的更有价值，具有较高的生产健康的生态系统比退化的更有价值，具有较高的生产 力，能满足人类物质的需求，还给人类提供生存的优力，能满足人类物质的需求，还给人类提供生存的优 良环境良环境 研究自然生态系统的形成和发展过程、合理性机制、研究自然生态系统的形成和发展过程、合理性机制、 以及人类活动对自然生态系统的影响，对于有效利用以及人类活动对自然生态系统的

5、影响，对于有效利用 和保护自然生态系统均有较大的意义和保护自然生态系统均有较大的意义 6 11.2 11.2 生态系统的构成和结构生态系统的构成和结构 11.2.1 11.2.1 生物群落生物群落 生产者生产者 (producer)(producer) 消费者消费者 (consumer)(consumer)：食草动物、食肉动物、大型：食草动物、食肉动物、大型 食肉动物食肉动物 分解者分解者 (decomposer)(decomposer) 11.2.2 11.2.2 非生物环境非生物环境 无机物质无机物质 有机物质有机物质 气候因素气候因素( (及其他物理条件）及其他物理条件） 11.2.3

6、11.2.3 成份之间的相互作用关系成份之间的相互作用关系 7 池塘生态系统示意图池塘生态系统示意图 8 一个简单的陆地生态系统模式图一个简单的陆地生态系统模式图 9 生态系统各成份的相互关系生态系统各成份的相互关系 无机物质无机物质 有机物质有机物质 气候因素气候因素 消费者消费者分解者分解者生产者生产者 植物，植物， 化能合成细菌化能合成细菌 动物，包括动物，包括 大型消费者大型消费者 小型消费者小型消费者 细菌细菌 真菌真菌 日光能日光能 10 生态系统各成份的相互关系生态系统各成份的相互关系 无机物质无机物质 有机物质有机物质 气候因气候因 素素 线条粗细表示作用强弱和物质能量流通的总

7、量多寡线条粗细表示作用强弱和物质能量流通的总量多寡 消费者消费者分解者分解者生产者生产者 植物，植物， 化能合成细菌化能合成细菌 动物，包括动物，包括 大型消费者大型消费者 小型消费者小型消费者 细菌细菌 真菌真菌 日光能日光能 11 11.3 11.3 食物链和食物网食物链和食物网 11.3.1 食物链食物链 (food chain)：生产者所固定的能量和：生产者所固定的能量和 物质，通过一系列取食和被食的关系在生态系统中物质，通过一系列取食和被食的关系在生态系统中 传递，各种生物按其食物关系排列的链状顺序传递，各种生物按其食物关系排列的链状顺序 11.3.2 食物网食物网 (food we

8、b)：食物链彼此交错连结，：食物链彼此交错连结， 形成一个网状结构形成一个网状结构 12 食物链类型食物链类型 捕食食物链捕食食物链 碎屑食物链碎屑食物链 寄生食物链寄生食物链 13 捕食食物链捕食食物链 绿色植物为起点到食草动物进而到食肉绿色植物为起点到食草动物进而到食肉 动物的食物链动物的食物链 植物植物- -食草动物食草动物- -食肉动物食肉动物 草原上：青草草原上：青草- -野兔野兔- -狐狸狐狸- -狼狼 湖泊中：藻类湖泊中：藻类- -甲壳类甲壳类- -小鱼小鱼- -大鱼大鱼 14 碎屑食物链碎屑食物链 动、植物的遗体被动、植物的遗体被 食腐性生物食腐性生物( (小型小型 土壤动物、

9、真菌、土壤动物、真菌、 细菌细菌) )取食，然后取食，然后 到他们的捕食者的到他们的捕食者的 食物链食物链 植物残体植物残体- -蚯蚓蚯蚓- -线线 虫类虫类- -节肢动物节肢动物 15 捕食食物链和碎屑食物链 16 寄生食物链寄生食物链 由宿主和寄生物构成由宿主和寄生物构成 以大型动物为食物链的起点，继之以小型动物、以大型动物为食物链的起点，继之以小型动物、 微型动物、细菌和病毒微型动物、细菌和病毒 后者与前者是寄生关系后者与前者是寄生关系 哺乳动物或鸟类哺乳动物或鸟类- -跳蚤跳蚤- -原生动物原生动物- -细菌细菌- -病毒病毒 17 微型浮游植物微型浮游植物 (小鞭毛藻小鞭毛藻) 小型

10、浮游动物小型浮游动物 (植食性原生动物植食性原生动物) 的型浮游动物的型浮游动物 (肉食性甲壳动物肉食性甲壳动物) 大型浮游动物大型浮游动物 (毛颚类、磷虾毛颚类、磷虾) 灯笼鱼、秋刀鱼灯笼鱼、秋刀鱼 (食浮游动物鱼类食浮游动物鱼类) 乌贼、鲑、金枪鱼乌贼、鲑、金枪鱼 (食鱼动物食鱼动物) 大型浮大型浮 游植物游植物 大型浮大型浮 游动物游动物 鲸鲸 以浮游生物为食以浮游生物为食 鯷鱼鯷鱼 以浮游生物为食以浮游生物为食 1大型浮游植物大型浮游植物 2 3 海洋食物链1 18 小型浮游植物小型浮游植物 大型硅藻、甲藻大型硅藻、甲藻 和微型浮游植物和微型浮游植物 大型浮游动物大型浮游动物 食浮游生

11、物鱼类食浮游生物鱼类 如鲱等如鲱等 底栖植食动物底栖植食动物 蛤蛤,牡蛎牡蛎,多毛类等多毛类等 底栖肉食鱼类底栖肉食鱼类 鳕鱼等鳕鱼等 大型肉食鱼类大型肉食鱼类 鲨鱼鲑鱼等鲨鱼鲑鱼等 海洋食物链2 19 南极海洋浮游食物 网 20 狼、狐、狼、狐、 雪鸮、贼鸥、隼雪鸮、贼鸥、隼 麝牛、驯麝牛、驯 鹿、雪兔鹿、雪兔 旅鼠、雷旅鼠、雷 鸟、雁鸟、雁 鹬、鹬、 雀类雀类 昆虫昆虫 植被植被 食物关系食物关系 能量关系能量关系 主线主线 21 食物网食物网 一种生物常常以多种食物为食，而同一种食物一种生物常常以多种食物为食，而同一种食物 又常常为多种消费者取食，于是食物链交错起又常常为多种消费者取食，

12、于是食物链交错起 来，多条食物链相联，形成了食物网来，多条食物链相联，形成了食物网 食物网不仅维持着生态系统的相对平衡，并推食物网不仅维持着生态系统的相对平衡，并推 动着生物的进化，成为自然界发展演变的动力动着生物的进化，成为自然界发展演变的动力 食物网以营养为纽带，把生物与环境、生物与食物网以营养为纽带，把生物与环境、生物与 生物紧密联系起来的结构，称为生态系统的营生物紧密联系起来的结构，称为生态系统的营 养结构养结构 22 食物网 23 北极岛屿简单的食物网 24 FOOD WEB A few of the organisms in a temperate tall-grass prair

13、ie and the food web that connects them 25 FOOD WEB 26 11.4 营养级与生态金字塔营养级与生态金字塔 营养级营养级(trophic level)：处于食物链某一环：处于食物链某一环 节上的所有生物种的总和节上的所有生物种的总和 27 营养级 28 生态系统中营养级数目生态系统中营养级数目 各营养级消费者不可能各营养级消费者不可能100%100%利用前一营养级的利用前一营养级的 生物量生物量 各营养级同化率也不是各营养级同化率也不是100%100%，总有一部分排泄，总有一部分排泄 出去出去 各营养级生物要维持自身的活动，消耗一部分各营养级生物

14、要维持自身的活动，消耗一部分 热量热量 能流在通过各营养级时会急剧减少，食物链就能流在通过各营养级时会急剧减少，食物链就 不可能太长不可能太长 生态系统中的营养级一般只有四、五级，很少生态系统中的营养级一般只有四、五级，很少 超过六级超过六级 29 TERRESTRIAL FOOD CHAIN 30 The length of food chains 31 生态金字塔生态金字塔(ecological pyramid) 营养级之间的数量关系营养级之间的数量关系 数量关系可采用生物量、能量和个体数量关系可采用生物量、能量和个体 数量单位来表示数量单位来表示 能量金字塔能量金字塔 生物量金字塔生物量

15、金字塔 数量金字塔数量金字塔 32 能量能量金字金字塔塔 由各营养级所固定的总能量值的多少来构由各营养级所固定的总能量值的多少来构 成的生态金字塔成的生态金字塔 以相同的单位面积和单位时间内的生产者以相同的单位面积和单位时间内的生产者 和各级消费者所积累的能量比率来构造和各级消费者所积累的能量比率来构造 千卡千卡/ /平方米平方米年年 33 Energy Pyramid 34 energy pyramid 35 P H C 矮草草原生产力金字塔 36 生物量金字塔生物量金字塔 以相同单位面积上生产者和各级消费者的生物量即生以相同单位面积上生产者和各级消费者的生物量即生 命物质总量建立的金字塔。

16、对陆地、浅水生态系统中比命物质总量建立的金字塔。对陆地、浅水生态系统中比 较典型，因为生产者是大型的，所以塔基比较大，金字较典型，因为生产者是大型的，所以塔基比较大，金字 塔比较规则塔比较规则 37 生物量金字塔 38 生物量金字塔生物量金字塔 湖泊和开旷海洋，第一性生产者主要为微型藻类，生湖泊和开旷海洋，第一性生产者主要为微型藻类，生 活周期短，繁殖迅速，大量被植食动物取食利用，在任活周期短，繁殖迅速，大量被植食动物取食利用，在任 何时间它的现存量很低，导致这些生态系统的生物量金何时间它的现存量很低，导致这些生态系统的生物量金 字塔呈倒金字塔形字塔呈倒金字塔形 39 数量金字塔数量金字塔 单

17、位面积内生产者的个体数目为塔基，以相单位面积内生产者的个体数目为塔基，以相 同面积内各营养级位有机体数目构成塔身及同面积内各营养级位有机体数目构成塔身及 塔顶。一般每一个营养级所包括的有机体数塔顶。一般每一个营养级所包括的有机体数 目，沿食物链向上递减。目，沿食物链向上递减。 40 数量金字塔数量金字塔 有时植食动物比有时植食动物比 生产者数目多。生产者数目多。 如昆虫和树木如昆虫和树木 个体大小差别很个体大小差别很 大，只用个体数大，只用个体数 目多少来说明问目多少来说明问 题有局限性。题有局限性。 41 不同类型金字塔的比较不同类型金字塔的比较 能量金字塔表达营养结构最全面，确切能量金字塔

18、表达营养结构最全面，确切 表示食物通过食物链的效率，永远是正表示食物通过食物链的效率，永远是正 塔型塔型 数量金字塔过分突出小生物体的重要性数量金字塔过分突出小生物体的重要性 生物量金字塔过分突出大生物体的重要生物量金字塔过分突出大生物体的重要 性性 42 P-809 TC-1.5 C-11 H-37 现存量金字塔现存量金字塔 kcal.m2 能量金字塔能量金字塔 kcal.m2.y-1 D-5 P-20810 H-3368 C- 383 TC -21 D-5060 P- ProductorsH- Herbivorers C- Carnivorers TC- Top carnivorers D

19、- Decomposers 现存量现存量( (生物量生物量) )金字塔与能量金字塔金字塔与能量金字塔 43 P-1.5106 H-2105 C 9 104 TC-1 P H-1.5105 C-1.2 105 TC-2 200 数量锥体 1/1000m2 生物量锥体 g/m2 夏季草原 夏季温带森林 P-4104 H-4 C-1 D-10 H+C -21 P -4 热带雨林 海洋 数量金字塔与生物量金字塔 44 Eltonian Pyramids 45 11.5 11.5 生态效率生态效率 生态效率：各种能流参数中的任何一个参数在生态效率：各种能流参数中的任何一个参数在 营养级之间或营养级内部的

20、比值。营养级之间或营养级内部的比值。 能量参数：能量参数： 摄取量（摄取量（I I）：表示各生物所摄取的能量）：表示各生物所摄取的能量 同化量同化量(A)(A)：动物消化道内被吸收的能量，即消费：动物消化道内被吸收的能量，即消费 者吸收所采食的食物能；植物光合作用所固定的日者吸收所采食的食物能；植物光合作用所固定的日 光能光能 呼吸量呼吸量(R)(R)：生物在呼吸等新陈代谢和各种活动所：生物在呼吸等新陈代谢和各种活动所 消耗的全部能量消耗的全部能量 生产量生产量(P)(P)：生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值。：生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值。 P= A- RP= A- R 46 营养级位之内

21、的生态效率营养级位之内的生态效率 量度一个物种利用食物能的效率，即同化能量的有效程量度一个物种利用食物能的效率，即同化能量的有效程 度度 47 同化效率同化效率 被植物吸收的日光能中被光合作用所固被植物吸收的日光能中被光合作用所固 定的能量比例，或被动物摄食的能量中定的能量比例，或被动物摄食的能量中 被同化了的能量比例：被同化了的能量比例： Ae = AAe = An n / I / In n 肉食动物的同化效率高于植食动物肉食动物的同化效率高于植食动物 48 生长效率生长效率 组织生长效率：组织生长效率：Pe = PPe = Pn n / A / An n 生态生长效率生态生长效率: Ee

22、= P: Ee = Pn n/ I/ In n 营养级越高，生长效率越低营养级越高，生长效率越低 植物的生长效率植物的生长效率 动物动物 植物将光合能量大约植物将光合能量大约40%40%呼吸，呼吸，60%60%生长生长 肉食动物同化能量大约肉食动物同化能量大约65%65%用于呼吸，用于呼吸，35%35%用于生用于生 长长 哺乳动物呼吸消耗的能量最多，大约占同化量哺乳动物呼吸消耗的能量最多，大约占同化量 的的97-99%97-99%，只有，只有1%-3%1%-3%用于净生产量用于净生产量 49 Production Efficiencies 50 Production Efficiencies

23、51 营养级位之间的生态效率营养级位之间的生态效率 量度营养级位之间的转化效率量度营养级位之间的转化效率 消费效率：消费效率量度一个营养级对消费效率：消费效率量度一个营养级对 前一营养级的相对取食压力。前一营养级的相对取食压力。 Ce = ICe = In+1 n+1 / P / Pn n 一般在一般在20-35%20-35%范围内，每一营养级净生产的范围内，每一营养级净生产的65%-65%- 75%75%进入碎屑食物链进入碎屑食物链 利用效率：利用效率的高低，说明前一利用效率：利用效率的高低，说明前一 营养级的净生产量被后一营养级同化多营养级的净生产量被后一营养级同化多 少少 Ue = AU

24、e = An+1 n+1 / P / Pn n 52 林德曼效率林德曼效率 林德曼效率：林德曼效率：n+1n+1营养级所获得的能量营养级所获得的能量 占占n n营养级所获得的能量之比：营养级所获得的能量之比： Le=ILe=In+1 n+1/I /In n 林得曼定律（十分之一定律）：能量沿林得曼定律（十分之一定律）：能量沿 营养级的移动时，逐级变小，后一营养营养级的移动时，逐级变小，后一营养 级只能是前一营养级能量的十分之一左级只能是前一营养级能量的十分之一左 右。右。 53 A：利用效率，能量摄取效率，同化效率，生产效率：利用效率，能量摄取效率，同化效率，生产效率 B：生态生长效率，同化效

25、率，组织生长效率：生态生长效率，同化效率，组织生长效率 A B 54 1-2 2-3 3-4 营养级营养级 30 20 10 1-2 2-3 3-4 营养级营养级 30 20 10 林德曼效率林德曼效率 利用效率利用效率 对多个生态系统实测值比较生态效率对多个生态系统实测值比较生态效率 55 11.6 生态系统的反馈调节和生态平衡生态系统的反馈调节和生态平衡 56 11.6.1 反馈调节反馈调节 反馈调节：当生态系统某一成分发生变化，它必然引反馈调节：当生态系统某一成分发生变化，它必然引 起其他成分出现一系列相应变化，这些变化又反过来起其他成分出现一系列相应变化，这些变化又反过来 影响最初发生

26、变化的那种成分影响最初发生变化的那种成分 负反馈：系统中某一成分的变化所引起的其他一系列负反馈：系统中某一成分的变化所引起的其他一系列 变化，结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分的变化，结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分的 变化，使生态系统达到或保持平衡或稳态变化，使生态系统达到或保持平衡或稳态 正反馈：系统中某一成分的变化所引起的其他一系列正反馈：系统中某一成分的变化所引起的其他一系列 变化，反过来加速最初发生变化的成分所发生的变化，变化，反过来加速最初发生变化的成分所发生的变化， 使生态系统远离平衡状态或稳态。如湖泊污染，导致使生态系统远离平衡状态或稳态。如湖泊污染，导致 鱼的数量因

27、死亡而减少，由于鱼体腐烂，加重湖泊污鱼的数量因死亡而减少，由于鱼体腐烂，加重湖泊污 染并引起更多鱼类的死亡染并引起更多鱼类的死亡 57 负反馈负反馈 58 11.6.2 11.6.2 生态平衡生态平衡 生态平衡：生态平衡：生态系统通过发育和调节所达到生态系统通过发育和调节所达到 的一种稳定状态，它包括结构、功能和能量输的一种稳定状态，它包括结构、功能和能量输 入和输出的稳定入和输出的稳定 生态阈值：生态阈值：生态系统受外界干扰后，自动调生态系统受外界干扰后，自动调 节的极限节的极限 生态危机：生态危机：由于人类盲目活动而导致局部地由于人类盲目活动而导致局部地 区甚至整个生物圈结构和功能的失衡，从而威区甚至整个生物圈结构和功能的失衡，从而威 胁人类的生存胁人类的生存 59 本章结束，谢谢 60 碎屑食物链碎屑食物链 动、植物的遗体被动、植物的遗体被 食腐性生物食腐性生物( (小型小型 土壤动物、真菌、土壤动物、真菌、 细菌细菌) )取食，然后取食，然后 到他们的捕食者的到他们的捕食者的 食物链食物链 植物残体植物残体- -蚯蚓蚯蚓- -线线 虫类虫类- -节肢动物节肢动物 61 食物网食物网 一种生物常常以多种食物为食，而同一种食物一种生物常常以多种食物为食，