生态系统的一般特征

关于生态系统的一般特征211.1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主要内容第2页,共70页，2024年2月25日，星期天构成系统的条件：由若干要素所组成要素之间要相互联系，相互作用，相互制约要素之间通过相互作用，产生跟各个组成成分不同的新功能，即整体功能。11.1.1什么是系统？由相互联系、相互作用的若干要素结合而成的具有一定功能的整体。11.1生态系统的基本概念第3页,共70页，2024年2月25日，星期天

在一定空间中，共同栖居着的所有生物（即生物群落）与其环境之间由于不断地进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体。11.1.2生态系统的概念：第4页,共70页，2024年2月25日，星期天11.1.3生态系统是如何发展起来的？英国学者坦斯利（Tansley）于1935年提出生态系统的概念，强调生物和环境的不可分割性。20世纪60年代以来，成为国际上生态学研究的焦点。发展背景：（1）空间技术、遥感技术、计算机、环境监测仪器设备、放射性同位素等的发展，使人们可以精确地测定生态环境的变化。（2）随着世界工农业的发展，出现了举世瞩目的世界性问题，如人口增加，资源短缺、环境污染等问题日益严重。第5页,共70页，2024年2月25日，星期天11.1.4生态系统在生物科学中的位置生态域细胞组织器官器官系统有机体种群群落生态系统生物圈地球行星太阳系宇宙分子原子第6页,共70页，2024年2月25日，星期天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，最后达到相对稳定的阶段。（1）动态特征11.1.5生态系统的特征第7页,共70页，2024年2月25日，星期天（2）相互作用和相互联系的特征生态系统内各生物和非生物成分的关系是紧密相连不可分割的整体。（3）稳定平衡的特征

自然界生态系统总是趋向于保持一定的内部平衡关系，使系统内各成分间完全处于相互协调的稳定状态。生态系统内的负反馈机制是达到和维持平衡或稳定的重要途径。

第8页,共70页，2024年2月25日，星期天（4）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。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。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第9页,共70页，2024年2月25日，星期天11.1.6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10页,共70页，2024年2月25日，星期天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11页,共70页，2024年2月25日，星期天1211.2生态系统的构成和结构生态系统生物环境非生物环境生产者（producers）消费者(consumers)分解者(decomposers)太阳辐射能无机物质有机物质第12页,共70页，2024年2月25日，星期天生产者：自养型植物，包括所有进行光合作用的绿色植物和化能合成细菌。绿色植物利用日光作为能源，通过光合作用将吸收的水、CO2和无机盐类合成初级产品——碳水化合物，可进一步合成脂肪和蛋白质。这些有机物成为地球上包括人类在内的一切生物的食物来源。消费者：生活在生态系统中的各类动物和某些腐生或寄生菌类，异养型生物，只能依赖生产者生产的有机物为营养来获得能量。分解者：异养生物，如细菌、真菌、放线菌以及土壤原生动物和一些土壤中小型无脊椎动物。将复杂的有机物还原为无机物，把养分释放出来，归还给环境中。第13页,共70页，2024年2月25日，星期天一个简单的陆地生态系统模式图第14页,共70页，2024年2月25日，星期天生态系统的组成成分第15页,共70页，2024年2月25日，星期天16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16页,共70页，2024年2月25日，星期天生态系统结构的一般性模型（仿Anderson,1981）第17页,共70页，2024年2月25日，星期天1811.3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第18页,共70页，2024年2月25日，星期天1911.3.2食物链类型捕食食物链碎屑食物链寄生食物链第19页,共70页，2024年2月25日，星期天20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植物-食草动物-食肉动物草原上：青草-野兔-狐狸-狼湖泊中：藻类-甲壳类-小鱼-大鱼第20页,共70页，2024年2月25日，星期天21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-节肢动物蝇卵蝇秃鹫线虫第21页,共70页，2024年2月25日，星期天22捕食食物链和碎屑食物链6

第22页,共70页，2024年2月25日，星期天23寄生食物链由宿主和寄生物构成以大型动物为食物链的起点，继之以小型动物、微型动物、细菌和病毒后者与前者是寄生关系哺乳动物或鸟类-跳蚤-原生动物-细菌-病毒第23页,共70页，2024年2月25日，星期天一些食物链第24页,共70页，2024年2月25日，星期天25微型浮游植物(小鞭毛藻)小型浮游动物(植食性原生动物)大型浮游动物(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25页,共70页，2024年2月25日，星期天26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26页,共70页，2024年2月25日，星期天27南极海洋浮游食物网第27页,共70页，2024年2月25日，星期天28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28页,共70页，2024年2月25日，星期天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29页,共70页，2024年2月25日，星期天11.3.3食物网（Foodweb）食物网：食物链彼此交错连结，形成一个网状结构。第30页,共70页，2024年2月25日，星期天31一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31页,共70页，2024年2月25日，星期天32食物网第32页,共70页，2024年2月25日，星期天33北极岛屿简单的食物网沙燕松鸡贼鸥蜱螨第33页,共70页，2024年2月25日，星期天3411.4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34页,共70页，2024年2月25日，星期天35营养级营养水平第35页,共70页，2024年2月25日，星期天36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，消耗一部分热量能流在通过各营养级时会急剧减少，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，很少超过六级第36页,共70页，2024年2月25日，星期天37陆地的食物链Inafoodchain,energyispassedfromonetrophicleveltothenext.BUTthetransferofenergyisNEVER100%efficient.Thatis,thereisalwayssomeenergylostperthe2ndLawofThermodynamics.Thislostenergyiscalledentropy(熵).第37页,共70页，2024年2月25日，星期天38生态金字塔(ecologicalpyramid)营养级之间的数量关系数量关系可采用生物量、能量和个体数量单位来表示能量金字塔生物量金字塔数量金字塔第38页,共70页，2024年2月25日，星期天39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39页,共70页，2024年2月25日，星期天40能量金字塔Anenergypyramidforaprairieecosystem.Eachtrophiclevelfromproducertotertiaryconsumerhaslessenergystoredinit.Thewidthoftherectanglesrepresentsenergyfoundintheorganismsateachtrophiclevel.第40页,共70页，2024年2月25日，星期天41energypyramid第41页,共70页，2024年2月25日，星期天42矮草草原生产力金字塔PHC第42页,共70页，2024年2月25日，星期天43生物量金字塔

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，金字塔比较规则第43页,共70页，2024年2月25日，星期天44生物量金字塔第44页,共70页，2024年2月25日，星期天45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45页,共70页，2024年2月25日，星期天46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46页,共70页，2024年2月25日，星期天47数量金字塔缺点：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；个体大小有很大差别，只有个体数目多少来说明问题有局限性。第47页,共70页，2024年2月25日，星期天48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48页,共70页，2024年2月25日，星期天49现存量(生物量)金字塔与能量金字塔P-809TC-1.5C-11H-37现存量金字塔kcal.m2能量金字塔kcal.m2.y-1D-5P-20810H-3368C-383TC-21D-5060第49页,共70页，2024年2月25日，星期天50P-1.5×106H-2×105C9×104TC-1PH-1.5×105C-1.2×105TC-2200数量锥体1/1000m2生物量锥体g/m2夏季草原夏季温带森林P-4×104H-4C-1D-10H+C-21P-4热带雨林 海洋数量金字塔与生物量金字塔第50页,共70页，2024年2月25日，星期天5111.5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51页,共70页，2024年2月25日，星期天52营养级位之内的生态效率量度一个物种利用食物能的效率，即同化能量的有效程度第52页,共70页，2024年2月25日，星期天53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53页,共70页，2024年2月25日，星期天54生长效率组织生长效率：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54页,共70页，2024年2月25日，星期天55ProductionEfficiencies第55页,共70页，2024年2月25日，星期天56营养级位之间的生态效率量度营养级位之间的转化效率消费效率：消费效率量度一个营养级对前一营养级的相对取食压力。Ce=In+1/Pn一般在20-35%范围内，每一营养级净生产的65%-75%进入碎屑食物链利用效率：利用效率的高低，说明前一营养级的净生产量被后一营养级同化多少Ue=An+1/Pn第56页,共70页，2024年2月25日，星期天57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57页,共70页，2024年2月25日，星期天5811.6生态系统的反馈调节和生态平衡第58页,共70页，2024年2月25日，星期天5911.6.1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59页,共70页，2024年2月25日，星期天60负反馈第60页,共70页，2024年2月25日，星期天11.6.2生态平衡生态平衡：是指生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状况，它包括结构上的稳定、功能上的稳定和能量输入、输出上的稳定。生态平衡是一种动态平衡，因为能量流动和物质循环总在不间断地进行，生物个体也在不断地进行更新。在自然条件下，生态系统总是朝着种类多样化、结构复杂化和功能完善化的方向发展，直到使生态系统达到成熟的最稳定状态为止。第61页,共70页，2024年2月25日，星期天生态平衡的总特征：能量和物质的输入、输出达到平衡，具体表现如下：A.生态系统的各部分生物组成及数量关系相对稳定，即生产者、消费者、分解者的种类组成和数量稳定。B.生态系统的空间结构，营养结构相对稳定，有典型的食物链关系和符合能量流动定律的生态金字塔。C.总生产量与总呼吸量相等，无净生产量的积累，生物量达到最大且稳定于此水平。D.生物与环境间有最好的适应关系。第62页,共70页，2024年2月25日，星期天生态平衡的调节机制：生态系统是一个控制系统，通过反馈调节使其具有如下功能：自调节（self-regulation）自修复（self-maintenanceorustaining）自维持（self-repair）自发展（self-development）生态系统的自调节、自修复是通过系统内组分之间以及组分与环境之间的相互作用——负反馈作用来实现的。在动态过程中不断进行反馈调节，生态系统得到自维持和自发展，从而达到新的平衡与稳定。第63页,共70页，2024年2月25日，星期天生态平衡的调节机制是负反馈作用。通过反馈调节维持着生态系统的稳态。有人把生态系统比喻为弹簧，它能忍受一定的外来压力，压力一旦解除就又恢复原初的