地球表层生态系统

1、第四章第四章 地球表层生态系统地球表层生态系统第四章第四章 地球表层生态系统地球表层生态系统 第一节第一节 生态系统概述生态系统概述第二节第二节 生态系统的组成和结构生态系统的组成和结构第三节第三节 生态系统的物质循环生态系统的物质循环第一节第一节 生态系统概述生态系统概述n一、生态系统的概述一、生态系统的概述n二、生态系统分类二、生态系统分类n三、生态系统研究途径三、生态系统研究途径第一节第一节 生态系统概念的提出生态系统概念的提出 生态系统的概念是英国植物生态学家生态系统的概念是英国植物生态学家A.G.Tansley于于1935年首先提出，强调生年首先提出，强调生物和环境在功能上是不可分割

2、的统一整体。物和环境在功能上是不可分割的统一整体。 生态系统是指一定时空范围内生物成分生态系统是指一定时空范围内生物成分和非生物成分通过彼此间不断的物质循环、和非生物成分通过彼此间不断的物质循环、能量流动和信息传递，相互联系、相互影响、能量流动和信息传递，相互联系、相互影响、相互制约而共同形成的一个生态学功能单相互制约而共同形成的一个生态学功能单位。位。 前苏联植物生态学家苏卡切夫于1940年首次提出了“生物地理群落”的概念。一、生态系统的类型据决定性因素自然生态系统 （地理因素）人工生态系统森林生态系统草原生态系统荒漠生态系统海洋生态系统淡水生态系统农田生态系统城市生态系统陆地生态系统水域生

3、态系统三、各种生态系统的特点森林生态系统森林生态系统n分布：湿润或较湿润的地区特点：动植物种类繁多，营养结构复杂，能够处于稳定状态。植物：以乔木为主，少量灌木和草本植物动物：众多的植食性动物、肉食性动物作用：涵养水源、保持水土等，有“绿色水库”之称草原生态系统草原生态系统n分布：较干旱地区n植物：n特点： 动植物种类较少，在不同的季节或年 份，降雨量不均匀，动植物的数量和种类会发生剧烈变化。以草本植物为主，少量灌木丛，乔木非常少见n作用：n动物：以植食性动物为主调节气候、防风护沙，畜牧业的重要生产基地荒漠生态系统荒漠生态系统n分布：n特点：干旱地区昼夜温差大，气候干燥，动植物种类十分稀少。海洋

4、生态系统海洋生态系统n分布：n植物：n动物： 海洋占地球表面积的71%，整个地球上的海洋是连成一体的，因此可以看作是一个巨大的生态系统。绝大部分是微小的藻类，还有部分大型藻类，如：海带、紫菜等n构成：由海洋和海洋生物构成种类繁多淡水生态系统淡水生态系统n组成：n植物分布在：由河流、湖泊、池塘等淡水水域和淡水水生物组成。浅水区和水的上层农田生态系统农田生态系统n植物:n动物：n特点：由农民来管理农作物，因此，人的作用非常关键。以农作物为主主要有昆虫、土壤动物等城市生态系统城市生态系统 主要由人、动物、植物、微生物、建筑物、交通工具组成n组成：n特点：植物的种类和数量很少，是一种非常脆弱的生态系统

5、，对其他生态系统有很大的依赖性。补充： 湿地生态系统湿地生态系统n湿地：包括沼泽地、泥炭地、河流、湖泊、水库、稻田等n湿地能够降解污染和净化水质被人们誉为“自然之肾”，是世界上最具有生产力的生态系统之一，是多种多样生物产生的“摇篮”n我国湿地资源、面积位居世界第四位n植物：主要是草本，水稻也是n作用：涵养水源、防止暴风雨、减缓洪水等2.生态系统的组成 无论是陆地还是水域，大的小的，地球表面一个发育完全的生态系统都包括非生物环境和生物成分两大部分。其中的生物成分：生产者、消费者、分解者 1生态系统的基本组成生态系统的基本组成绿色植物（生产者）植食动物食肉动物1食肉动物2杂食、寄生、食腐动物动植物

6、死有机体、排泄物、碎屑者分解者生产者亚系统生产者亚系统消费者亚系统消费者亚系统生产者：指能利用太阳能或其他形式的能量将简单的无机物制造成有机物的各类自养生物，包括所有的绿色植物、光合细菌和化能合成细菌等消费者：不能利用太阳能将无机物质制造成有机物质，只能直接或间接地依赖于生产者所制造的有机物质维持生命的各类异养生物。 消费者：初级消费者、次级消费者分解者：主要是细菌、真菌、放线菌、某些原生动物及其他微型有机体。生物成分生物成分 生态系统结构：指生态系统中生物和非生物的诸要素组成及其在时间、空间和功能上的分化与配置而形成的各种有序系统。 生态系统结构：物种结构、组成结构、时空结构、营养结构和层次

7、结构等 冗余种：指生态系统或生物群落中的某些在生态功能上与同一生态功能群中其他物种有相当程度的重叠，在生态需求上相对过剩而生态作用不显著的物种。 由Walker于1992年首次提出。生态系统的物种结构（补充）生态系统的物种结构（补充） 保持原有物种成分。即该物种被去除后，其余物种都能存留住，并且没有新的物种进入。 保持生态过程中的稳定。去除该种，生态系统的物种组成、结构及各项功能没有发生改变或接近正常。 较高抵抗力。去除该种，对生态系统原有的物种多度没有影响。 盖度的保持。该物种去除后，其他的物种不会随之全部消失。判断冗余种的标准判断冗余种的标准 生态系统组分结构：生态系统中各种生物成分和非生

8、物要素的组成及其量比结构。 时空结构：垂直结构、水平结构 垂直结构：分层现象的出现。 水平结构：由于环境因子的影响导致的成分分布不均匀的现象。垂直结构垂直结构水平结构水平结构 生态系统中的物种组成、外貌、结构和功能随时间的推移和环境的变化而呈现出的各种时间格局。时间结构时间结构生态系统的营养结构生态系统的营养结构营养结构：营养结构：生态系统中各种生物成分之间或生生态系统中各种生物成分之间或生态系统中各生态功能群态系统中各生态功能群生产者、消费者、分解生产者、消费者、分解者之间通过吃与被吃的食物关系，以营养为纽带者之间通过吃与被吃的食物关系，以营养为纽带依次连接而成的食物链网结构，以及营养物质在

9、依次连接而成的食物链网结构，以及营养物质在食物链网中不同环节的组配结构。食物链网中不同环节的组配结构。 食物链概念的提出：1942年美国生态学家Lindeman在研究Cedar Bog湖能量流动规律时，从中国的谚语“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃泥巴”中得到启发而提出的。 生态系统中把具有相同取食习性和营养方式的生物归为同一营养级。 食物链：指生态系统中各种生物通过彼此间吃与被吃的关系联结而成的一环扣一环的食物锁链。 食物网：生态系统中的各种生物通过不同的食物链联系成为一个整体，即不同的食物链构成了整个生态系统的食物网。1、捕食食物链：构成方式 植物 食植动物 食肉动物2、碎屑食物链： 动植物

10、碎屑 碎食物消费者 原生动物 大型食肉动物 小型动物食物链的类型食物链的类型3、寄生食物链：以活的动植物有机体为营养源，以寄生方式形成的食物链。4、混合食物链：在各链节中，既有活食性生物成员，又有腐食性生物成员的食物链。5、特殊食物链 1、食物链是生态系统中物质循环与能量流动的的载体。 2、食物链网中的各营养级生物种类的多样性及其食物营养关系的复杂性，是维护生态系统的稳定性和保持生态系统相对平衡与可持续性的重要基础。除此之外，还有其它的意义么？食物链的生态学意义食物链的生态学意义田野中的食物链田野中的食物链 生态系统中的生产者或消费者在其代谢过程中吸收和利用生态系统中的能量和物质制造新的有机物

11、质和贮存能量的过程。 分为初级生产和次级生产生态系统的生物生产生态系统的生物生产 初级生产是地球表面生态系统中一切能量流动的源泉，一切生态系统的能量流动均是以生态系统的初级生产为前提和基础。 初级生产：又称第一性生产或植物性生产。它是指生态系统中的绿色植物通过光合作用吸收和利用光能将简单的无机物质转化为复杂的有机物质并贮存的过程。初级生产初级生产在单位面积或体积内的绿色植物在单位时间内所产生出有机物质的总量或所固定总能量成为总初级生产力，绿色植物在初级生产过程中净生产的有机物质量或净固定的能量称为净初级生产力量。单位面积或体积内的绿色植物在单位时间内净生产的有机物质量或净固定的能量称为净初级生

12、产力。NPP=GPP（总初级生产力） R（呼吸） 直接收获法 黑白瓶法氧气测定法 氧气测定法 遥感和地理信息系统技术的应用初级生产力的测定方法初级生产力的测定方法 通过收割称量生物量来测量群落或生态系统生产力的一种方法。 定期收获一定面积内的全部植物体，分别称量鲜重，烘干测定干重。在一般的测定中，一般只测定植物的地上部分直接收获法直接收获法 备三个玻璃瓶，其中两个为黑瓶，一个为白瓶，其中一个黑瓶，从待测水体中取水，为初试瓶（IB）。 另一对黑白瓶沉入取水样深度，经过24h，取出进行溶氧测定。黑瓶（DB）、白瓶（LB）。 净初级生产量=LB IB 呼吸量=IB DB 总初级生产量=LB DB黑黑

13、白瓶法氧气测定法白瓶法氧气测定法主要通过测定森林生态系统中绿色植物的光合作用与呼吸作用，建立起适合于该数学回归模型来确定植物的光合作用总量，并以此估算该生态系统单位面积的生物生产量。 遥感和地理信息系统技术的应用利用现代技术氧气测定法氧气测定法次级生产是靠消耗初级生产量而得到的。次级生产的计算公式： C=A+FUC为摄入的能量，A为同化的能量，FU为排泄物、分泌物、粪便和未同化的能量。 A=PS+RPS为次级生产的能量，R为呼吸中失去的能量。 P=C FU RP为净次级生产量生态系统的次级生产生态系统的次级生产生态系统的物种流：生物物种及其种群在生态系统内或生态系统之间空间变化与流动。含义：1

14、、生物有机体与环境之间相互作用所产生的时间、空间变化过程。2、物种种群在生态系统内或生态系统间的格局和数量动态。3、生物群落中物种组成与配置、营养结构变化、外来种和本地种的相互作用，生态系统对物种增加和空缺的反应等。生态系统的物种流动和能量流动生态系统的物种流动和能量流动物种在空间上的流动主要有：1、有规律的物种迁移。指动物依靠其自身行为主动进行有规律的扩散和移动，有固定的习性和行为的变现，有一定的途径，跨越不同的生态系统，如候鸟的迁徙。2、无规律的生物入侵生物由原发生地侵入一个新的生态系统的过程。如加拿大一枝黄花、喜旱莲子草等恶性入侵植物。 植物种子的传播，有母株的喷射、动物的携带、风力的传

15、播等。 种子由母株喷射的植株，不能传播的特别远，所以易形成特定的地区的特殊种。 风力传播的种子，种子比较轻，能够传播到更远的空间生长。 动物携带的种子，一般具有钩、毛、刺或者是不易被消化的蜡质保护层。植物的种子流植物的种子流 昆虫迁飞鱼类洄游鸟类迁徙生态系统中的动物流生态系统的能源，根据来源不同，分为太阳辐射能和辅助能。1、地球上所有的生态系统的最初能量来源于太阳。太阳能即是能源，又是重要的环境因子，参与光合作用。2，除了太阳能外的进入生态系统的任何形式的能量，都称为辅助能。辅助能不能直接被生态系统中的生物转化为化学潜能，但能促进辐射能的转化。自然辐射能：潮汐能、风能等人为辐射能：石油、化肥等

16、生态系统的能量流动生态系统的能量流动1、呼吸代谢并产生乙醇、乳酸或CO22、含氮化合物作为废物被排泄掉3、有机体可以直接完成移动负荷做功4、结合在还原碳中的能量进一步形成各种含能产品，构成净生产。个体水平的能流途径个体水平的能流途径 1、用于繁殖后代 2、个体的某些部分死亡脱落，如壁虎尾巴的断裂脱落，重新生长 3、形成一些分泌物和信息激素，如麝香其他途径的个体能量转移其他途径的个体能量转移 在太阳能被植物吸收固定并沿着食物链流动的过程中，食物链上蓄留的能量随营养级的升高不断损耗。食物链水平上的能量流动食物链水平上的能量流动 个体水平、食物链水平的能量流动是整个生态系统能量流动的基础单元。由于生

17、态系统的食物网较复杂，进入生态系统的太阳能和其他形式的能量可沿多条食物链流动，并逐渐递减。生态系统水平的能量流动生态系统水平的能量流动 1、严格遵循热力学第一定律（能量守恒定律），含义：能量既不能消失，也不能凭空产生，它只是以严格的当量比例，有一种形式的能转化为另一种形式的能。 2、能量衰变定律（热力学第二定律），生态系统中的能量在转换、流动过程中总存在衰变、逸散的现象，即总有一部分的能量要从浓缩的有效形态变化可稀释的不能利用的形态。生态系统中的能流特点生态系统中的能流特点 物质循环：又称生物地球化学循环，指生态系统内的各种化学元素及其化合物在生态系统内部各组成要素之间及其地球表层生物圈、水圈

18、、大气圈和岩石圈等各圈层之间，沿着特定的途径从环境到生物体再到环境，循环反复的过程。 根据物质循环的范围分为，地球化学循环（大循环）和生物循环（小循环）物质循环物质循环 地球化学循环：化合物或元素经生物体的吸收作用，从环境进入生物有机体内，然后生物有机体以残体或排泄物的形式将物质或元素返回环境，经过五大自然圈循环后再被生物利用的过程。 生物循环：环境中的元素经生物体吸收，在生态系统中被相继利用后，经过分解者的作用，再被生产者吸收、利用。开放式循环。生态系统的物质循环可以分为：1、水循环2、气体型循环3、沉积型循环物质循环的类型物质循环的类型 水的主要循环路线是从地球表面通过蒸发(包括植物的蒸腾作用)进入大气圈，同时又不断地通过降水从大气圈返回到地球表面。每年地球表面的蒸发量与全球降水量是相等的，因此，这两个相反的过程能够处于一种平衡状态。 水循环对于生态系统具有非常重要的意义。任何生物的生命活动都离不开水，水携带着大量的矿质元素在全球周而复始地循环，极大地影响着各类营养元素在地球上的分布。此外，水还有调节大气温度等重要生态作用。水循环的意义水循环的意义 气体型循环包括氮、碳和氧等元素的循环。在气体型循环中，物质的主要贮存