基础生态学- 生态系统的一般特征

基础生态学——生态系统的一般特征第1页/共64页第十一章生态系统的一般特征11.1生态系统的基本概念11.2生态系统的组成与结构11.3食物链和食物网11.4营养级和生态金字塔11.5生态效率11.6生态系统的反馈调节和生态金字塔第2页/共64页11.1生态系统的基本概念生态系统(ecosystem)：在一定空间中共同栖居着的所有生物(生物群落)与其环境之间由于不断进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体系统(system)：相互作用、相互依赖的事物有规律地联合的集合体许多成分组成各成分间相互联系、相互作用独立的、特定的功能生物地理群落(biogeocoenosis)第3页/共64页生态系统的特征是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中巨大损失，因此生态系统中营养级不会超过5-6个生态系统是一个动态系统第4页/共64页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、恢复及其修复研究全球性生态问题的研究生态系统可持续发展的研究第5页/共64页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，具有较高的生产力，能满足人类物质的需求，还给人类提供生存的优良环境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，对于有效利用和保护自然生态系统均有较大的意义第6页/共64页11.2生态系统的构成和结构11.2.1生物群落生产者(producer)消费者(consumer)：食草动物、食肉动物、大型食肉动物分解者(decomposer)11.2.2非生物环境无机物质有机物质气候因素(及其他物理条件）11.2.3成份之间的相互作用关系第7页/共64页一个简单的陆地生态系统模式图第8页/共64页

生态系统的组成成分第9页/共64页生态系统各成份的相互关系无机物质有机物质气候因素消费者分解者生产者植物，化能合成细菌动物，包括大型消费者小型消费者细菌真菌日光能第10页/共64页生态系统各成份的相互关系无机物质有机物质气候因素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分解者生产者植物，化能合成细菌动物，包括大型消费者小型消费者细菌真菌日光能第11页/共64页生态系统结构的一般性模型（仿Anderson,1981）第12页/共64页11.3食物链和食物网11.3.1食物链(foodchain)：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11.3.2食物网(foodweb)：食物链彼此交错连结，形成一个网状结构第13页/共64页生物扩大作用(biologicalmagnification)

如：DDT在海水中浓度为5.0×10-11g，浮游植物含4.0×10-8g，蛤中4.2×10-7g，到银鸥达75.5×10-6g，扩大了百万倍。营养级越高，积累剂量越大。

食物网越复杂，生态系统抵抗外力干扰的能力就越强，反之亦然。第14页/共64页食物链类型捕食食物链碎屑食物链寄生食物链第15页/共64页捕食食物链绿色植物为起点到食草动物进而到食肉动物的食物链第16页/共64页碎屑食物链动、植物的遗体被食腐性生物(小型土壤动物、真菌、细菌)取食，然后到他们的捕食者的食物链植物残体-蚯蚓-线虫类-节肢动物第17页/共64页捕食食物链和碎屑食物链第18页/共64页一些食物链第19页/共64页微型浮游植物(小鞭毛藻)小型浮游动物(植食性原生动物)的型浮游动物(肉食性甲壳动物)大型浮游动物(毛颚类、磷虾)灯笼鱼、秋刀鱼(食浮游动物鱼类)乌贼、鲑、金枪鱼(食鱼动物)大型浮游植物大型浮游动物鲸以浮游生物为食鯷鱼以浮游生物为食1大型浮游植物23海洋食物链1第20页/共64页小型浮游植物大型硅藻、甲藻和微型浮游植物大型浮游动物食浮游生物鱼类如鲱等底栖植食动物蛤,牡蛎,多毛类等底栖肉食鱼类鳕鱼等大型肉食鱼类鲨鱼鲑鱼等海洋食物链2第21页/共64页南极海洋浮游食物网第22页/共64页狼、狐、雪鸮、贼鸥、隼麝牛、驯鹿、雪兔旅鼠、雷鸟、雁鹬、雀类昆虫植被食物关系能量关系主线第23页/共64页食物链的特点

陆地和浅水生态系统中，能流是以碎屑食物链为主。

陆地生态系统中，净初级生产量只有很少一部分通向捕食食物链。

只在某些水生生态系统中，捕食食物链才会成为能流的主要渠道。

沿着食物链动物个体越来越大的概念，只适用于一般情况。第24页/共64页食物网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、生物与生物紧密联系起来的结构，称为生态系统的营养结构第25页/共64页食物网第26页/共64页北极岛屿简单的食物网第27页/共64页FOODWEB

Afewoftheorganismsinatemperatetall-grassprairieandthefoodwebthatconnectsthem第28页/共64页FOODWEB第29页/共64页11.4营养级与生态金字塔营养级(trophiclevel)：处于食物链某一环节上的所有生物种的总和第30页/共64页营养级第31页/共64页生态系统中营养级数目各营养级消费者不可能100%利用前一营养级的生物量各营养级同化率也不是100%，总有一部分排泄出去各营养级生物要维持自身的活动，消耗一部分热量食物链就不可能太长营养级一般只有四、五级，很少超过六级第32页/共64页第33页/共64页未利用46.5×108总初级生产量58.3×106利用47.1×108种群增长1569呼吸170×103摄食250×103净初级生产量49.5×106呼吸8.76×106迁入13.5×103未利用12×103未利用74064生产5170未利用49.3×106日光：植被：田鼠：第34页/共64页能量金字塔第35页/共64页能量金字塔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千卡/平方米·年第36页/共64页生物量金字塔第37页/共64页

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。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，金字塔比较规则生物量金字塔第38页/共64页生物量金字塔第39页/共64页生物量金字塔

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字塔呈倒金字塔形第40页/共64页数量金字塔

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。第41页/共64页数量金字塔有时植食动物比生产者数目多。如昆虫和树木个体大小差别很大，只用个体数目多少来说明问题有局限性。第42页/共64页不同类型金字塔的比较能量金字塔表达营养结构最全面，确切表示食物通过食物链的效率，永远是正塔型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性第43页/共64页能量锥体生物量锥体数量锥体生态锥体第44页/共64页11.5生态效率生态效率：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比值。能量参数：摄取量（I）：表示各生物所摄取的能量同化量(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生产量(P)：生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值。P=A-R第45页/共64页同化效率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被同化了的能量比例：Ae=An/In肉食动物的同化效率高于植食动物第46页/共64页

生产效率=n营养级的净生产量/n营养级的同化能量即

Pe=Pn/An形成新生物量的生产能量占同化能量的百分比生产效率第47页/共64页组织生长效率：Pe=Pn/An生态生长效率:Ee=Pn/In营养级越高，生长效率越低植物的生长效率>动物植物将光合能量大约40%呼吸，60%生长肉食动物同化能量大约65%用于呼吸，35%用于生长哺乳动物呼吸消耗的能量最多，大约占同化量的97-99%，只有1%-3%用于净生产量第48页/共64页第49页/共64页

消费效率=n+1营养级的消费能量/n营养级的净生产量

即

Ce=In+1/Pn；

消费效率n+1营养级消费（即摄食）的能量占n营养级净生产能量的比例。一般在20-35%范围内，每一营养级净生产的65%-75%进入碎屑食物链第50页/共64页林德曼效率林德曼效率：n+1营养级所获得的能量占n营养级所获得的能量之比：

Le=In+1/In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，后一营养级只能是前一营养级能量的十分之一左右。第51页/共64页A：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，同化效率，组织生长效率AB第52页/共64页第53页/共64页1-22-33-4营养级3020101-22-33-4营养级302010林德曼效率利用效率对多个生态系统实测值比较生态效率第54页/共64页

大型动物的生长率低于小型动物。

老年动物的生长率低于幼年动物。

肉食动物的同化效率高于植食动物。

草原生态系统中的植食动物比森林生态系统中的植食动物能利用较多的初级生产量。

恒温动物的同化效率很高，但生长效率极低。

变温动物的同化效率比较低，但生长效率极高。

变温动物的总能量转化效率要比恒温动物高的多。

变温动物是生态系统中更有效的“生产者”。特点第55页/共64页11.6生态系统的反馈调节和生态平衡第56页/共64页第57页/共64页11.6.1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，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第58页/共64页负反馈第59