河南科技大学生态学课件第10章 生态系统的一般特征

1、1第第10章章 生态系统的一般特征生态系统的一般特征 10.1 生态系统的基本概念10.2 生态系统的组成与结构10.3 食物链和食物网10.4 营养级和生态金字塔10.5 生态效率10.6 生态系统的反馈调节和生态平衡210.1 生态系统的基本概念生态系统（ecosystem）的概念是由英国生态学家A. G. Tansley（18711955）在1935年最早提出的。Tansley, A. G. 1935. The use and abuse of vegetational concepts and terms. Ecology 16: 284-307。3前苏联地植物学家V. N. Suca

2、chev又从地植物学的研究出发，提出了生物地理群落（biogeocoenosis）的概念。在自然界，任何自然的有生物生存的地段总包括植物、动物、微生物、土壤、大气(及后二者中的水分)几部分，它们相互作用，组成一个整体。 10.1 生态系统的基本概念410.1 生态系统的基本概念1941年，美国生态学家R. L. Lindeman（1915-1942）在研究湖泊生态系统时，受到我国“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃污泥”这一谚语的启发，提出了食物链的概念。又受到“一山不能存二虎”的启发，提出了生态金字塔的理论，使人们认识到生态系统的营养结构和能量流动的特点。 5现代生态系统生态系统的概念：生态系统

3、是在一定的空间中共同栖息着的所有生物（生物群落）与其环境之间，通过不断进行的能量流动、物质循环和信息传递过程而形成的统一整体。要点：生态系统是生物与环境之间进行能量流动能量流动和物质循环物质循环的基本功能单位。10.1 生态系统的基本概念6生态系统的范畴：自然生态系统自然生态系统：大至生物圈（biosphere）或生态圈（ecosphere），海洋、陆地，小至森林、草原、湖泊和小池塘；人工生态系统人工生态系统：农田、果园、自给自足的宇宙飞船和用于验证生态学原理的各种封闭的微宇宙（美国的生物圈一号和生物圈二号。 10.1 生态系统的基本概念7自然生态系统人工生态系统8生态系统的共同特征：生态系统

4、是生态学上的一个主要结构和功能单位，属于生态学研究的最高层次；生态系统内部具有自我调节能力；生态系统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三大功能；能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能； 生态系统中营养级的数目受限于生产者所固定的最大能值和这些能量在流动过程中的损失；生态系统是一个动态系统，要经历一个从简单到复杂、从不成熟到成熟的发育过程 。 10.1 生态系统的基本概念910.2 生态系统的组成与结构1010.2.1 非生物环境 （abiotic environment）包括参加物质循环的无机元素和化合物（如C、N、CO2、O2、Ca、P、K），联系生物和

5、非生物成分的有机物质（如蛋白质、糖类、脂类和腐殖质等）以及气候和其它物理条件（如温度、压力）。10.2 生态系统的组成与结构1110.2.2 生产者（producer）利用简单的无机物质制造食物的自养生物（autotroph），主要包括所有绿色植物、蓝绿藻和少数化能合成细菌等自养生物。 10.2 生态系统的组成与结构1210.2.3 消费者（consumer）直接或间接地依赖于生产者所制造的有机物质，属于异养生物（heterotroph）。l食草动物（herbivores）l食肉动物（carnivores） l大型食肉动物或顶级食肉动物（top carnivores）10.2 生态系统的组成与

6、结构13食草动物（herbivores）食肉动物（carnivores）1410.2.4 分解者（decomposer）：细菌（bacteria）真菌（fungi）无脊椎动物（invertebrate ）与原生动物（protozoa） 10.2 生态系统的组成与结构15为什么生物量很大的森林凋落物（litter）却很少积累？161710.3 食物链和食物网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传递，各种生物按其食物关系排列的链状顺序称为食物链（食物链（food chain) ；食物链彼此交错连结行成一个网状结构，这就是食食物网（物网（food web）。 18食物链的

7、类型：食物链的类型：捕食食物链捕食食物链(grazing food chain)，以植食动物吃植物的活体开始；碎屑食物链碎屑食物链(detrital food chain)，从分解动植物尸体或粪便中有机物质颗粒开始。 10.3 食物链和食物网19陆地生态系统食物链陆地生态系统食物链水生生态系统食物链水生生态系统食物链10.3 食物链和食物网20陆地生态系统食物网陆地生态系统食物网海洋生态系统食物网海洋生态系统食物网10.3 食物链和食物网2110.4 营养级与生态金字塔 营养级营养级（trophic levels）：）：在生态系统的食物网中，凡是以相同的方式获取相同性质食物的植物类群和动物类群

8、可分别称作一个营养级。即处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。 22生态系统中的能量流动是单向的，通过各个营养级的能量是逐级减少的，减少的原因是：各营养级消费者不可能百分之百地利用前一营养级的生物量，总有一部分会自然死亡和被分解者所利用；各营养级的同化率也不是百分之百的，总有一部分变成排泄物而留于环境中，被分解生物所利用；各营养级生物要维持自身的生命活动，总要消耗一部分能量，这部分能量变成热能而耗散掉。由于能流在通过各营养级时会急剧地减少，所以食物链就不可能太长，生态系统中的营养级一般只有四、五级生态系统中的营养级一般只有四、五级，很少有超过六级。10.4 营养级与生态金字塔 23生态金字塔

9、生态金字塔（ecological pyramids）：指各个营养级之间的数量关系，这种数量关系可采用生物量单位、能量单位和个体数量单位，采用这些单位所构成的生态金字塔就分别称为生物量金字塔、能量金字塔和数量金字塔。 10.4 营养级与生态金字塔 2410.4 营养级与生态金字塔 2510.4 营养级与生态金字塔 2610.5 生态效率 生态效率生态效率（ecological efficiencies）：指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比值关系。Kozlovsky（1969）曾作过评述，并提出几个最重要的指标和概念。27常用的能量参数l摄取量（I）：表示各生物所摄取的能量

10、； l同化量(A)：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光能； l呼吸量(R)：生物在呼吸等新陈代谢和各种活动所消耗的全部能量；l生产量(P)：生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值。P= A- R10.5 生态效率 28（1）同化效率：（An/In）=固定的日光能/吸收的日光能（植物）（An/In）=同化的食物能/摄取的食物能（动物） 即Ae=An/In，其中n为营养级数。一般肉食动物的同化效率要比植食动物高些，因为肉食动物的食物在化学组成上更接近其本身的组织。10.5 生态效率 29（2）生长效率组织生长效率 = n营养级的净生产量/n营养级的同化能量，即

11、TGe = NPn / An。生态生长效率 = n营养级的净生产量/n营养级的摄入量，即EGe = NPn / In。通常植物的生长效率大于动物，大型动物的生长效率小于小型动物，年长动物的生长效率小于幼年的，变温动物的大于恒温动物的，通常的组织生长效率高于其生态生长效率。10.5 生态效率 3031（3）消费效率（或利用效率）：消费效率=（n+1）营养级的摄入量/n营养级的净生产量，即Ce=In+1/NPn。利用效率=（n+1）营养级的同化量/n营养级的净生产量，即Ue=An+1/NPn。消费效率可用来量度一个营养级位对前一个营养级位的相对采食压力。此值一般在25%-35%，这说明每一营养级位

12、的净生产量有65%-75%进入碎屑食物链。 10.5 生态效率 3210.5 生态效率 林德曼效率（林德曼效率（Lindemans efficiency，十分之一定律）：，十分之一定律）：林德曼效率=In+1/In=(An/In)(Pn/An)(In+1/Pn)= n+1营养级摄取的食物/n营养级摄取的食物。林德曼效率似乎是一个常数，即10，生态学家通常把10的林德曼效率看成是一条重要的生态学规律。 331975年，Whittaker对不同生态系统中净初级生产量被动物利用的情况提供了一些平均数据，这些数据表明，热带雨林大约有7的净初级生产量被动物利用，温带阔叶林为5，草原为10，开阔大洋40和

13、海水上涌带35。可见，在森林生态系统中，净生产量的绝大多数都通向了碎屑食物链。10.5 生态效率 3410.6 生态系统的反馈调节和生态平衡反馈（反馈（feedback）的概念：当生态系统中某一成分发生变化的时候，它必然会引起其他成分出现一系列的相应变化，这些变化最终又反过来影响最初发生变化的那种成分，这个过程就叫反馈。反馈有两种类型，即负反馈（negative feedback）和正反馈（positive feedback）。 35负反馈负反馈是比较常见的一种反馈，它的作用是能够使生态系统使生态系统达到和保持平衡达到和保持平衡或稳态，反馈的结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化。 10.6 生态系统的反馈调节和生态平衡36正反馈是比较少见的，它的作用刚好与负反馈相反，即生态系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化，反过来不是抑制而是加速最初发生变化的成分所