环境生态学-生态系统生态学-生态系统的基本功能

第四章生态系统生态学第二节生态系统的基本功能一、生态系统的生物生产（一）初级生产1.概念：初级生产量，净初级生产量，总初级生产量2.初级生产量的变化群落演替时的变化规律。（二）次级生产二、生态系统的能量流动是指生态系统中能量的输入、传递和散失的过程。绿色植物的光合作用固定太阳能开始了能量的输入。1、概念：2、输入（起点）：生产者固定的太阳能的总量是流动的总能量。3、总值：4、传递的途径：食物链和食物网初级消费者次级消费者

生产者（植物）以有机物形式沿食物链向下一营养级传递；散失的是三大功能类群生物的呼吸作用产生的热能。5、过程：能量流入某一营养级后的四个去向呼吸散失①自身储存②残落物、遗体③流入下一营养级④6、特点能量只能沿着食物链由低营养级流向高营养级。②逐级递减每个营养级生物都因呼吸作用而散失部分热能每个营养级生物总有一部分不能被下一营养级利用传递效率10%～20%（形象地用能量金字塔表示）①单向流动能量金字塔生物量金字塔数量金字塔生态金字塔指将每个营养级有机体的能量、生物量及个体数量，按营养级排列起来，绘制成图形，统称生态金字塔（生态锥体）。③能量流是变化的④能量在流动中质量逐渐提高

帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。7、研究意义：

思维训练：1．为什么肉类食品的价格比小白菜价格高？如D鱼体重增加1kg，所需浮游植物等。1000kg

课堂练习：1、肉食动物不可能是一条食物链中的第几营养级（）

A．第五B．第二C．第三D．第四

2、对水稻→鼠→蛇→鹰这条食物链的错误描述是（）A.水稻是生产者B.鼠是初级消费者C.蛇是次级消费者D.鹰属于第三营养级BD识图作答：下图表示生态系统的能量流动，请据图回答：（1）将A、B、C、D各营养级的名称依次写在图中：

A．______B．_____

C．______D．______生产者初级消费者次级消费者三级消费者（2）图中a1代表（3）图中a2代表（4）a3＜a2的原因是（5）从生态系统能量传递效率上看，一个营养级的能量，流到下一个营养级只有______。因此，一个食物链一般不能超过______。生产者所固定的太阳能从第一营养级流动到第二营养级的能量

初级消费者呼吸作用消耗了大部分的能量，只有10％-20％的能量传递给次级消费者，10％－20％五个营养级生态系统中的一切生物（动物、植物、微生物）和非生物的环境，都是由运动着的物质构成的。并在地球长期的演化过程中建立起来了各种循环体系。其中碳、氢、氧、氮、硫、磷等的循环是生态系统基本的物质循环。锰、锌、铜、钼、钴、钙、镁、钾等微量元素，也在生态系统中的构成了各自的循环。三、生态系统的物质循环（一）物质循环的模式库：物质在运动过程中被暂时固定储存的场所生态系统中各组分都是物质循环的库植物库、动物库、土壤库、水体库等流通率：单位时间、单位面积/体积的物质转移量周转率：流通率/库中营养物质总量周转时间：库中营养物质总量/流通率能量流动和物质循环的相互关系能量流动物质循环形式特点范围联系主要以有机物形式单向流动逐级递减生态系统的各营养级组成生物体的基本元素在生物群落与无机环境间反复循环反复循环维持生态平衡具全球生物圈能量流动和物质循环二者相互伴随，相辅相承，是不可分割的统一整体。水循环气体型循环（C,N）沉积型循环（S,P）（二）物质循环的类型（三）水循环水和水循环对于生态系统具有特别重要意义，它是地球上各种物质循环的中心循环。通过降水和蒸发这两种形式，使地球水分达到平衡状态。此外，水循环通过地表径流将各种营养物质从一个生态系统搬到另一个生态系统，补充某些生态系统营养物质的不足。生态系统中的水循环降雨截留穿透雨蒸腾渗透土壤吸收地表径流地下径流消费者地面蒸发水和水循环对于生态系统具有特别重要意义，它是地球上各种物质循环的中心环。（四）碳循环1.全球碳贮存量约为26×1015吨，绝大部分以碳酸盐的形式禁锢在岩石圈中，其次是化石燃料。生物可直接利用的碳是水圈和大气圈中主要以CO2形式存在的碳。2.碳在生态系统中循环不平衡引起的生态效应：CO2增加，引起的温室效应，致使全球变暖。(1)减少CO2的排放：提高能源的利用效率——发电采用高效先进技术；大力发展不含碳的能源和低碳能源代替煤炭——水力发电、核能发电、充分利用各种再生能源（太阳能、风能、潮汐能等）、天然气、生物能（如沼气利用）等。(2)大力开展对CO2的吸收、固定和利用——海洋交换吸收、陆地植树种草、保护森林植被。3、保持碳循环相对平衡的生态对策（五）氮循环固氮作用——三条途径：氨化作用——由氨化细菌而后真菌的作用将有机氮分解成为氨与氨化合物。硝化作用——氨化合物被亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐。反硝化作用——也称脱氨作用，反硝化细菌将亚硝酸盐转变成大气氮，回到大气库中。（六）沉积型循环（P，S，Ca等）分子或化合物无气体形态，以固体颗粒存在主要储存库：土壤，沉积物，岩石圈循环的全球性不明显循环性能不完善，易发生局部短缺，难以在短期内补充。（七）有毒有害物质的循环有毒有害物质循环的特点：有毒物质进入生态系统的途径是多种多样的。在食物链营养级上进行循环流动并逐级浓缩富集，在生物体代谢过程中不能被排泄而被生物体同化，长期停留于生物体内；有些有毒有害物质不能分解而相反经生态系统循环后使毒性增加。

有毒有害物质的循环是指那些对有机体有害的物质进入生态系统，通过食物链富集或被分解的过程。以DDT为例DDT（二氯二苯三氯乙烷）DDT是一种人工合成有机氯杀虫剂，它的问世，对农业的发展起了很大作用，但它是是有机毒物。生态系统通过两个途径吸入人类喷洒的DDT并通过食物链加以富集：①通过植物茎叶、根系进入植物体草食动物肉肉食动物食逐级浓缩；②喷洒的DDT落入地面经土壤动物吃用富集陆上动物逐级浓缩。1.蜜蜂分别向同伴传递了什么信息？2.信息分别是怎么传递的？四、生态系统的信息传递下例信息各属于哪种信息类型？物理信息(一)物理信息生态系统物理过程传递的信息称为物理信息。1．光信息2．声信息3．电信息4．磁信息

昆虫学家就发现，一只雄飞蛾能够接收到几公里外雌飞蛾发出的某种信号，从而赶去相会。它们敏锐的触角能捕捉空气中不足1/3盎司的信息素（一种无色无味的特殊化学物质）。凤眼莲根部的分泌物可以明显地抑制由于水体富营养化而大量繁殖的藻类的生长。化学信息(二)化学信息及其传递生物代谢产生的化学物质传递的信息，称为化学信息。1．动物和植物间的化学信息2．动物之间的化学信息3．植物之间的化学信息

在繁殖季节，公鸡“抖抖大红冠子花外衣”来引诱母鸡交配

。行为信息(三)行为信息

植物的表现和动物的行动传递的信息，通称为行为信息。北极狐北极兔北极狐和北极兔据科学家们观察，生活在北极地区的北极狐是以北极兔为食的。北极狐一胎可以怀单胎，也可以怀双胎。而这是取决于北极兔的多少。北极兔的数量多，怀双胎；数量少则怀单胎。这对于维持生态系统的平衡是至关重要的。难道是北极兔告诉北极狐自己的数量吗？(四)营养信息在生态系统中，食物链各营养级的种类和数量信息称为营养信息。下列信息是哪一种类型:信息传递在生态系统中的作用莴苣种子萌发率与光的波长的关系作用：生命活动的正常进行，离不开信息的作用。

许多动物都能在特定时期释放用于吸引异性的信息素，用来传递性信号。作用：生物种群的繁衍,离不开信息的传递.作用：调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定。信息传递在生态系统中的作用信息传递在生态系统中的作用1.生命活动的正常进行，离不开信息的作用。2.生物种群的繁衍，离不开信息的传递。3.调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定。信息传递在农业生产中的应用1.提高农产品或畜产品的产量例1利用模拟的动物信息吸引大量的传粉动物，可以提高果树的传粉效率和结实率。例2养鸡业在给鸡增加营养的基础上延长光照时间，可以提高产蛋率。2.对有害动物进行控制

利用音响设备发出不同的声信号诱捕或驱赶某些动物，使其结群或远离农田。例3例4

利用特殊的化学物质，扰乱某些动物的雌雄交配，使有害动物种群的繁殖力下降，从而减少有害动物对农作物的破坏。正常的生态演替维持了生态系统的平衡五、生态平衡在一定时期内，生产者、消费者和分解者之间的能量流动、物质循环和系统的结构较长时间的保持稳定，这种平衡状态叫生态平衡。结构平衡的标志1.生物种类和数量保持相对稳定。2.生产者、消费者和分解者之间构成完整的营养结构，食物网关系复杂。3.在平衡条件下，生态系统中生物的个体数目最多，生物量最大，生产力也最大，生物种类最多，种类比例适宜。（一）生态系统平衡的标志

生态系统成分越复杂，生物种类越多生态平衡不易破坏自动调节能力越强功能平衡的标志生态系统的能量流动和物质循环较长时间保持平衡状态。不平衡平衡不平衡平衡不平衡平衡稳态新的稳态1.能量特征2.食物网特征3.物质循环特征4.群落结构特征5.种群适应对策特征（二）生态系统平衡的基本特征1.反馈：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，反馈在维持生态系统的稳定性方面具有重要的作用。2.后备力3.抵抗力4.恢复力（三）生态平衡的调节机制（四）生态系统平衡失调导致生态系统平衡失调的原因1.自然原因火山爆发海啸地震台风乱砍、滥伐、重采轻造、采育失调，使森林资源遭到破坏。排放“三废”、滥施化肥农药，使有毒物质进入食物链，危害生态系统的健康。大量围湖造田，破坏了全球生态系统的比例结构。滥垦草场、过度放牧，加速了草原的沙化。农田灌溉排水系统不配套，加剧了土壤的次生盐碱化。2.人为原因生态入侵森林被大量破坏树木砍伐后山林退化河流污染滇池围湖造田出现了水华的湖泊（水体富营养化）返回外来物种的危害有：（a）危害农业生产，造成巨大经济损失；种类农作物减产率种类农作物减产率水稻象甲50%水花生水稻45%香蕉穿孔线虫40%小麦36%美洲斑潜蝇60%玉米19%每年打捞水葫芦的费用超过10亿元。互米花草微甘菊水葫芦紫茎泽兰五爪金龙（b）危害生态系统，破坏生物多样性；紫茎泽兰以每年10公顷的速度由南向北蔓延，侵占农田植被、占领草场和采伐迹地，排挤本土植物并阻碍植被的自然恢复。（c）危害人畜健康，威胁人类安全。视频：警惕外来入侵（三）生态系统平衡失调的标志1.平衡失调的结构标志2．生态平衡失调的功能标志结构上的标志1.一级标志——结构缺损生态系统的四大要素中缺少某一个或某几个要素。毁林消费者消失或死亡山洪爆发水土流失表土冲走分解者受损生态系统崩溃2.二级标志——结构变化主要表现为生物种类减少，种群数量下降，层次结构变化等。（1）生产者结构的变化：如草原过度放牧（2）消费者结构的变化：如草原不顾一切的打猎（3）分解者结构的变化（4）非生物成分组成和结构的变化水体污染水质恶化水生动植物受害功能上的标志1.能量流动受阻（1）初级生产者的生产力下降例如