第7章生态系统2报告

1、基本概念基本概念 库、流通率、周转率、周转时间库、流通率、周转率、周转时间生态系统营养物质循环生态系统营养物质循环 营养元素营养元素 循环途径循环途径二）物质循环二）物质循环二、生态系统的功能二、生态系统的功能物质循环类型物质循环类型物质循环物质循环（老教材）（老教材）生物地球化学循环生物地球化学循环（新教材）（新教材）沉积型循环沉积型循环气体型循环气体型循环水循环水循环生物化学循环生物化学循环生物地球化学循环生物地球化学循环地球化学循环地球化学循环沉积型循环沉积型循环气体型循环气体型循环（一）（一） 植物体内的养分元素植物体内的养分元素（二）（二） 地球化学循环地球化学循环（三）（三） 生物

2、地球化学循环生物地球化学循环（四）（四） 生物化学循环生物化学循环（五）三种主要元素的循环（五）三种主要元素的循环（六）（六） 森林生态系统生物地球化学循环的效能森林生态系统生物地球化学循环的效能二）物质循环二）物质循环ClHNa MgK CaSPCNOLi?Pb?Cd?As? Br? Sea La Sna VaCr Mn Fe CoCu Zn NiaMo Bp FaThe elements required by organisms.The 11 green elements account for 99.9% of the mass of most organisms.p:为植物所需；a:

3、为动物所需；？：不确定（一） 植物体内的养分元素重要元素：植物正常生长和代谢所必需的元素。其中，其浓度仅有若干ppm的称作微量元素，而浓度可用百分数表示的可称为大量元素;大量元素：氢、碳、氧、氮、钾、钙、镁、磷、硫;微量元素：氯、硼、铁、锰、锌、铜、钼生物体中主要的化学元素：氢、碳、氧、氮. 是指不同生态系统之间化学元素生态系统之间化学元素的交换，空间范围大。1、气态循环（、气态循环（gaseous cycles） C、N、O主要以气态形式输入和输出。为什么气态循环引起人们极大的重视？为什么气态循环引起人们极大的重视？ 人类的活动每天都有大量人类的活动每天都有大量CO、CO2、硫和氮的氧化物，

4、以及、硫和氮的氧化物，以及 各种有机物质和农药进入气态循环。各种有机物质和农药进入气态循环。 典型后果：典型后果： 1、酸雨、酸雨 2、温室效应、温室效应（二）地球化学循环（二）地球化学循环（geochemical cycles）（二）地球化学循环（二）地球化学循环（geochemical cycles）2、沉积循环沉积循环 (sedimentary cycles) 地球化学循环中，大部分属于沉积循环类型。地球化学循环中，大部分属于沉积循环类型。n气象途径气象途径：如空气尘埃和降水的输入及风蚀和搬运的输出：如空气尘埃和降水的输入及风蚀和搬运的输出 （生长在极贫瘠土壤上的森林，化学沉降物的输入有

5、可能生长在极贫瘠土壤上的森林，化学沉降物的输入有可能使其达到较高的生产量使其达到较高的生产量。）n生物途径生物途径：动物、人们的活动可使养分在生态系统之间发：动物、人们的活动可使养分在生态系统之间发生再分配。生再分配。如不合理的经营活动导致水土流失。如不合理的经营活动导致水土流失。n地质水文途径地质水文途径：来自于岩石、溪水中的养分输入。以及土：来自于岩石、溪水中的养分输入。以及土壤或地表水溶解的养分、土粒和有机物质从系统的输出。壤或地表水溶解的养分、土粒和有机物质从系统的输出。（二）地球化学循环（二）地球化学循环（geochemical cycles）n3、气态循环和沉积循环的区别、气态循环

6、和沉积循环的区别n气态循环中物质的主要储存库是大气和海洋，具有全球性；气态循环中物质的主要储存库是大气和海洋，具有全球性；速度快、物质来源充沛，不会枯竭。速度快、物质来源充沛，不会枯竭。n沉积循环的主要蓄库是岩石、土壤和沉积物，速度慢、循沉积循环的主要蓄库是岩石、土壤和沉积物，速度慢、循环性能很不完善。环性能很不完善。n气态循环和沉积循环各有特点，但都受能流的驱动，并都气态循环和沉积循环各有特点，但都受能流的驱动，并都依赖于水循环。依赖于水循环。（三）生物地球化学循环（三）生物地球化学循环 (biogeochemical cycles)1、植物对养分的吸收、植物对养分的吸收n大部分养分从土壤溶

7、液中吸收；n菌根营养2、植物体内养分的分配、植物体内养分的分配3、植物养分的损失、植物养分的损失n雨水的淋失n草食动物的取食n生殖器官的消耗n凋落物损失的养分思考：如何理解养分的思考：如何理解养分的“损失损失”？n生态系统内部化学元素的交换，空间范围不大。植物在系统内就地吸收养分，又通过落叶归还到同一地方。绝大多数的养分可以有效地保留，积累在本系统之内。生物地球化学循环包括：4、凋落物的分解、凋落物的分解 凋落物分解和养分的释放是森林生物地球化学循环中最重要的一环分解过快或过慢对森林生长都不利。思考：热带雨林生产力高，生长快，但也最脆弱，为什么？思考：热带雨林生产力高，生长快，但也最脆弱，为什

8、么？（三）生物地球化学循环（三）生物地球化学循环 (biogeochemical cycles)5、林下植被的作用、林下植被的作用 凋落物含有相当高的养分，一般有利于森林死地被物的分解，从凋落物含有相当高的养分，一般有利于森林死地被物的分解，从而提高土壤肥力。因此，林下保持灌木、杂草以及苔藓，将会对森林而提高土壤肥力。因此，林下保持灌木、杂草以及苔藓，将会对森林的生产力起到有益的作用。的生产力起到有益的作用。思考：除此之外，林下植被还有哪些作用？思考：除此之外，林下植被还有哪些作用？6、养分元素的直接循环、养分元素的直接循环（三）生物地球化学循环（三）生物地球化学循环 (biogeochemi

9、cal cycles)（四）生物化学循环（四）生物化学循环(biochemical cycles)(biochemical cycles) 指养分在生物体内的再分配，也是植物保存养分的重指养分在生物体内的再分配，也是植物保存养分的重要途径。要途径。（五）几种主要元素的循环（五）几种主要元素的循环n1、水循环n2、碳循环 n3、氮循环n4、磷循环n5、硫循环气体型循环沉积型循环匮乏的水资源全世界淡水资源总量并不缺乏。但是降水量在空间和时间上全世界淡水资源总量并不缺乏。但是降水量在空间和时间上分布不均匀，造成有些地区或某些时间仍然严重缺水。分布不均匀，造成有些地区或某些时间仍然严重缺水。地球水资源

10、总量约为地球水资源总量约为14亿亿km3，其中有，其中有97%以上分布在海洋。以上分布在海洋。陆地上的地面水中冰盖和冰川占陆地上的地面水中冰盖和冰川占2.41%，目前无法取用。淡，目前无法取用。淡水湖泊和河流只占水湖泊和河流只占0.0091%，这些水除大量蒸发外，约有三，这些水除大量蒸发外，约有三分之一，即分之一，即42083km3可供人类生活和工农业生产之用。可供人类生活和工农业生产之用。我国水资源分布也很不平衡，南方水资源较丰富，北方不足，我国水资源分布也很不平衡，南方水资源较丰富，北方不足，西北内陆荒漠盆地更贫乏。西北内陆荒漠盆地更贫乏。据国外资料，年总用水量如果超过年总径流量的据国外资

11、料，年总用水量如果超过年总径流量的13-14%，将，将产生水荒和干旱的威胁。近年来世界总需水量每年大约递产生水荒和干旱的威胁。近年来世界总需水量每年大约递增增4%，有些国家用水量，有些国家用水量10年即增加一倍。年即增加一倍。匮乏的水资源1、水循环（、水循环（Water cycles）碳循碳循环环 If greenhouse gases continue to rise at the current rate, between 2030 and 2050, the average temperature on Earth will rise by about 1.5oC to 10oC.3、氮

12、循环、氮循环 (Nitrogen cycles)4、磷循环、磷循环 (Phosphorus cycles)The Phosphorus Cycle:nPhosphorus is an essential element, constituent of cell membranes, energy transfer systems, bones, and teeth.nPhosphorus may limit productivity:nin aquatic systems, sediments act as a phosphorus sinknin soils, phosphorus is o

13、nly readily available between pH of 6 and 74、磷循环、磷循环 (Phosphorus cycles)5、硫循环、硫循环 (Sulfur cycles)（六）（六） 森林生态系统生物地球化学循环的效能森林生态系统生物地球化学循环的效能 未经干扰的天然森林生态系统内，养分能有效地积累和保存。未经干扰的天然森林生态系统内，养分能有效地积累和保存。 贫养土地上森林对养分的保持能力可以补充养分不足的问题。贫养土地上森林对养分的保持能力可以补充养分不足的问题。 世界各地许多森林溪流水的共同特点是，养分含量极低。世界各地许多森林溪流水的共同特点是，养分含量极低。

14、森林生物地球化学循环的效能，为当前的环境问题提供一种可森林生物地球化学循环的效能，为当前的环境问题提供一种可能的解决办法。能的解决办法。（七） 森林经营对森林生物地球化学循环的影响n陆地生态系统中，养分元素的循环分为：地球化学循环、生物地球化学循环、生物化学循环。n生态系统内部演化的过程，总是向着保持和贮存养分的方向发展。n森林中养分的管理主要是靠森林的自肥和永续。n为了保持森林的高产和永续经营，需要维护好森林生态系统内的生物地球化学循环，才能有效地保留现有养分不遭损失。Summary1）概念：生态系统具有一定的抵御环境压力保持平衡状）概念：生态系统具有一定的抵御环境压力保持平衡状态的能力。例

15、如水体自净，森林火灾或砍伐后的恢复。态的能力。例如水体自净，森林火灾或砍伐后的恢复。2）通过负反馈机制实现的。例如，种群的个体数量与食）通过负反馈机制实现的。例如，种群的个体数量与食物的反馈调节机制。反馈的结果与原趋势相反，所以又称物的反馈调节机制。反馈的结果与原趋势相反，所以又称为为“负反馈负反馈” （negative feedback） 。3）这种自我调节能力是有一定限度的，超过这一限度将）这种自我调节能力是有一定限度的，超过这一限度将导致系统结构和功能的不可恢复的破坏。例如水体污染超导致系统结构和功能的不可恢复的破坏。例如水体污染超过自净能力、森林大面积砍伐、草原过度放牧等。过自净能力、

16、森林大面积砍伐、草原过度放牧等。1、稳态调节、稳态调节三）稳态调节与信息流三）稳态调节与信息流生态系统中的反馈生态系统中的反馈（正反馈（左）和负反馈（右）正反馈（左）和负反馈（右）狼狼狼狼兔兔兔兔植物植物植物植物狼狼饿饿死死狼狼吃吃饱饱吃了吃了较多较多兔子兔子吃了吃了较少较少兔子兔子兔兔吃吃饱饱兔兔饿饿死死吃了吃了较少较少的草的草吃了吃了大量大量的草的草污染污染 鱼死亡鱼死亡污染污染 鱼死亡鱼死亡 鱼死亡鱼死亡 污染污染 生态系统的稳定性及其机制生态系统的稳定性及其机制生态系统的稳定性生态系统的稳定性（stability）(生态平衡生态平衡):生态系统通过发育和调节达生态系统通过发育和调节达到

17、一种稳定的状态，表现为结构、功能、能量输入和输出上的稳定，当受到到一种稳定的状态，表现为结构、功能、能量输入和输出上的稳定，当受到外来干扰时，平衡将受到破坏，但只要这种干扰没有超过一定限度，生态系外来干扰时，平衡将受到破坏，但只要这种干扰没有超过一定限度，生态系统仍能通过自我调节恢复原来状态。包括了两个方面的含义统仍能通过自我调节恢复原来状态。包括了两个方面的含义 : 保持现行状态的能力保持现行状态的能力 ,即抗干扰的能力（抵抗力即抗干扰的能力（抵抗力resistance）; 扰动后回归该状态的倾向扰动后回归该状态的倾向 ,即受扰后的恢复能力（恢复力即受扰后的恢复能力（恢复力resilienc

18、e）。）。生态系统稳定性机制：生态系统稳定性机制：生态系统具有自我调节的能力，维持自身的稳定生态系统具有自我调节的能力，维持自身的稳定性，自然生态系统可以看成是一个控制论系统，因此，负反馈调节在维持稳性，自然生态系统可以看成是一个控制论系统，因此，负反馈调节在维持稳定性方面具有重要的作用。定性方面具有重要的作用。 在生态系统的各组分及各组分的内部，存在着各种形式的信息传在生态系统的各组分及各组分的内部，存在着各种形式的信息传递或传输，即递或传输，即信息流（信息流（information flow）。）。营养信息：营养信息：通过营养信息，从一个种群传递给另一个种群，或从一个体传递给另一个体。食物

19、链与食物网，如灰喜鹊和松毛虫。 化学信息：化学信息：在某些特定的条件或发育阶段，分泌出某些特殊的化学物质，在生物种群或个体之间起着某种信息作用，就是化学信息。如昆虫分泌性外激素吸引异性个体，猫、狗通过排尿标记的活动区域，臭鼬放出臭气抵抗敌害，白蚁传递生殖信息等。物理信息：物理信息：通过光、色、电等相同类或异类传达的信息，可以表达安全、警告、恫吓、危险、求偶等多方面信息，如求偶的鸟鸣、兽吼等。行为信息：行为信息：有些动物通过特殊的行为方式向同伴或其他生物发出识别、挑战等信息，如蜜蜂通过舞蹈告诉同伴花源的方向、距离等，人类的哑语，雄鹿之间的吼叫、沿河小走、战斗等。2、信息流三、生态系统的发育与平衡

20、三、生态系统的发育与平衡1、发育规律和趋势、发育规律和趋势2、生态平衡（、生态平衡（ecological equilibrium）3、生态平衡的破坏因素、生态平衡的破坏因素4、生态平衡失调的标志、生态平衡失调的标志 生态系统也有一个从幼年期到成熟期的发育过程。表现为：现存生物量增大，物种增多，营养结构和空间结构趋于复杂；物质循环接近“封闭式”，流失极少；系统稳定性增高等。美国生态学家E. P. 奥德姆于1969年总结了生态系统发展过程中重要的结构和功能的变化规律，主要内容是：(1) 能量学变化能量学变化(2) 群落结构及物种生活史群落结构及物种生活史(3) 营养物质循环营养物质循环(4) 选择

21、压力选择压力(5) 稳态稳态1、发育规律、发育规律随着生态系统内生物的进化，物质能量利用效率逐步提高，表现为初级随着生态系统内生物的进化，物质能量利用效率逐步提高，表现为初级生产力的提高（由化学合成到光合成，由光合系统生产力的提高（由化学合成到光合成，由光合系统到光合系统到光合系统）和能）和能量转换率的提高，从而导致生物量对初级生产的比值逐步上升。量转换率的提高，从而导致生物量对初级生产的比值逐步上升。生态系统的复杂程度逐步提高，表现在随着物种分异度的增高而造成生生态系统的复杂程度逐步提高，表现在随着物种分异度的增高而造成生态系统内生态关系复杂化，物质、能量的转换层次增多。态系统内生态关系复杂

22、化，物质、能量的转换层次增多。生态系统所占据的空间逐步扩展：由半深海底到浅海有光带、到海洋表生态系统所占据的空间逐步扩展：由半深海底到浅海有光带、到海洋表层水域、到陆地及陆上水体和空中。层水域、到陆地及陆上水体和空中。生态系统内物种占据的小生境由生态系统内物种占据的小生境由“不饱和不饱和”状态逐步达到状态逐步达到“饱和饱和”状态。状态。表现在物种之间竞争逐步加剧，物种寿命缩短，绝灭速率和种形成的速率表现在物种之间竞争逐步加剧，物种寿命缩短，绝灭速率和种形成的速率提高。提高。生态系统进化的趋势生态系统进化的趋势 该生态系统各部分的结构与功能均处于相互适应与协调的动态平衡中，此即通常我们所说的生态

23、平衡。 衡量一个生态系统是否处于生态平衡，要考虑个方面，即： 结构上的协调； 功能上的和谐； 输出和输入物质数量上的平衡。2 2、生态平衡（、生态平衡（ecological equilibriumecological equilibrium）自然原因自然原因：如火山爆发、地震、台风等如火山爆发、地震、台风等。人为人为地不合理利用和工农业发展带来的环境污染：地不合理利用和工农业发展带来的环境污染： 物种改变引起的平衡失调物种改变引起的平衡失调（澳大利亚兔子起危机；（澳大利亚兔子起危机；蜣螂；克隆）蜣螂；克隆） 环境因素的改变环境因素的改变 信息系统的改变信息系统的改变3 3、生态平衡的破坏因素、

24、生态平衡的破坏因素a、出现缺损出现缺损，即一个或几个组分，即一个或几个组分“失去失去”，从而在结构上不完整。，从而在结构上不完整。如澳大利亚引进蜣螂即缺分解者这一组分。如澳大利亚引进蜣螂即缺分解者这一组分。b、外部压力外部压力不断作用于系统，造成生物种类与数量减少，层次结不断作用于系统，造成生物种类与数量减少，层次结构产生变化，如过渡放牧使草原退化。构产生变化，如过渡放牧使草原退化。c、非生命成份非生命成份的变化，如水体污染致水体恶化，使浮游生物及各级的变化，如水体污染致水体恶化，使浮游生物及各级消费者受害。消费者受害。4、生态平衡失调的标志B B、功能上的标志、功能上的标志a、能量流动受阻能

25、量流动受阻，如澳大利亚野兔大量繁殖，极大损害畜牧业。，如澳大利亚野兔大量繁殖，极大损害畜牧业。b、物质循环途径物质循环途径的中断，这是失调的主要原因，如有的地方长期以秸的中断，这是失调的主要原因，如有的地方长期以秸秆、畜粪为燃料，导致土壤肥力下降，农作物生长不良。秆、畜粪为燃料，导致土壤肥力下降，农作物生长不良。c、其它其它还有生物生产下降、扰乱信息系统等。还有生物生产下降、扰乱信息系统等。A A、结构上的标志、结构上的标志四、生态系统基本特征四、生态系统基本特征生态系统生物成分非生物环境 生产者（producers） 消费者(consumers)还原者(decomposers)太阳辐射能无机

26、物质有机物质（一）具有一定的区域特征（一）具有一定的区域特征（二）结构特征（二）结构特征（三）功能特征空气水无机盐生产者食草动物食肉动物分解者热热热热热热热热热热Sun第二级食肉动物第二级食肉动物生态系统的物质循环和能量流动物质流能量流（四）动态特征 生态系统是不断变化的系统。随着时间的推移，生态系统是不断变化的系统。随着时间的推移，生态系统总是从比较简单的结构向复杂结构状态发展，生态系统总是从比较简单的结构向复杂结构状态发展，最后达到相对稳定的阶段。最后达到相对稳定的阶段。（五）相互作用和相互联系的特征（五）相互作用和相互联系的特征（六）自动调节、稳定平衡的特征（六）自动调节、稳定平衡的特征

27、 （七）对外开放的特征（七）对外开放的特征 生态系统之间都存在着能量和物质的交换。生态系统之间都存在着能量和物质的交换。 如森林与河流之间营养的流通；森林植物得到来自太如森林与河流之间营养的流通；森林植物得到来自太阳的能量。阳的能量。系统太阳其它能源能量、物质迁出的生物物质和生物环境环境输出输入一个开放的生态系统模型一个开放的生态系统模型n生态系统的概念n生态系统在生物科学中的位置n生态系统的特征n在实践中的指导意义小结小结五、生态系统类型的划分五、生态系统类型的划分2、按人类的影响大小：自然和人工生态系统、按人类的影响大小：自然和人工生态系统此外还有按能量来源和水平等分类方法。此外还有按能量来源和水平等分类方法。1、空间环境性质、空间环境性质Freshwater ecosystemForest ecosystemGrassland ecosystemMarine ecosystemFarmland ecosystemUrban ecosystem3、生态系统按能量来源的分类、生态系统按能量来源的分类n纯太阳能生态系统 主要或完全依赖太阳辐射的自然生态系统。生产力低，面积大。对于水循环、调节气候、