生态系统课件1

生态系统

一生态系统的能流

任何生命过程无不自始至终贯穿着能量、物质和信息的有组织、有秩序的流动。能量的输入、传递、转化、做功，是生态系统最重要的功能；农业生态系统的能量流动，是体现农业生产持续运转的基本过程。

一生态系统的能流能流遵循的规律A能流的途径B生态系统能流分析方法与能流图C1、能量的基本概念能量——

在物理学上指的是物质具有作功的能力。能是物质运动的量度，相应于不同的运动形式，有不同形态的能量，如机械能、化学能、辐射能、势能、电能、动能、核能、热能等。能量的量度单位是焦耳（J）。焦耳与热量单位卡可按下式换算：1焦耳=0.239卡，1卡=4.18焦耳。能流遵循的规律A2、生态系统中能量的主要来源生态系统的能量来源类型太阳能自然辅助能人工辅助能风能潮汐能地热能水流能降雨能人力畜力燃料电力机械肥（饲）料农（兽）药农用薄膜在占太阳总辐射能99％的主要波长光（0.15-4μ)范围内，包括约50%的可见光(0.4--0.7μ)，约43%的红外线（>0.76μ)和约7%的紫外线（<0.4μ)。植物一般只能将其中的一小部分生理辐射能转化为化学能，并贮存在有机物里，一般对太阳辐射能利用率在1--5%左右。云层吸收10%浮尘15%反射25%

24%52%臭氧层、水蒸气等9%

24%地球表面47%反射4%散射6%散射17%散射损失9%太阳能100%3、能量流动遵循的热力学定律（1）.热力学第一定律——能量守恒定律

能量可以在不同介质中传递，也可以在不同形式间转换，但在所有这些过程中能量保持恒定，既不能创生，也不会消灭。

一个系统内能的变化(U）等于系统吸收的能量（Q）减去系统对环境所作的功(W):ΔU=ΔQ-ΔW（ΔU：内能变化；ΔQ：吸收的热量；ΔW：对外作功）植物同化的日光能

=植物组织的化学能+植物呼吸消耗的热能动物摄取食物能＝被动物体同化的能＋未被同化或粪便中的能＝动物体组织的化学能＋动物呼吸消耗的热能＋排出粪便所含化学能（1）.热力学第一定律——能量守恒定律

3、能量流动遵循的热力学定律三、能量流动遵循的热力学定律（2）.热力学第二定律——能量效率和能流方向定律

自然界的所有自发过程，能量的传替均有一定方向，而且任何的能量转换，其效率不可能达到100%。要点：（1）能流是单向流动（2）能流是能量不断递减的过程（3）能量流动的途径和渠道是食物链和食物网。一生态系统的能流能流遵循的规律A能流的途径B生态系统能流分析方法与能流图C生态系统的能流和物质循环是通过食物链或食物网进行的。能流的途径B能流的途径B1.食物链:

是指生物成员间通过取食与被取食的关系所联系起来的链状结构。食物链是生态系统营养结构的基本单元，是物质循环、能量流动、信息传递的主要通道。能流的途径B微型浮游植物(小鞭毛藻)小型浮游动物(植食性原生动物)中型浮游动物(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海洋食物链捕食食物链：

又叫草牧食物链，从绿色植物开始，再到草食动物、肉食动物，食物链成员有自小到大，从弱到强的趋势，这与捕食能力有关。植物-食草动物-食肉动物草原上：青草-野兔-狐狸-狼食物链的类型湖泊中：藻类-甲壳类-小鱼-大鱼食物链的类型

腐食食物链：

又叫碎屑食物链，主要是以死的动植物有机体或生物排泄物为食物，通过腐烂、分解，将有机物质分解为无机物质的食物链。一般从真菌、细菌和某些土壤动物开始。如：植物残体

蚯蚓

鸡；

植物残体

真菌食物链的类型寄生食物链：

以寄生的方式取食活的有机体而构成的食物链。如：大豆

菟丝子；牛

蚊子；马

蛔虫食物链的类型混合食物链：由不同食性的生物混合构成。如：稻草

牛

蚯蚓

鸡

猪

鱼；

2.食物网:

由多条食物链构成的网状结构，它反映了生态系统中各种生物间直接或间接的食物关系。一般认为，食物网越复杂，生态系统抵抗外力干扰的能力就越强；食物网越简单，生态系统就越发生波动和毁灭。能流的途径B南极海洋生态系统食物网北冰洋生态系统的简单食物网北极地区食物网能流的途径B营养级:

食物链上的每一个食性环节。一般而言，营养级的数目不超过5个。

3.生态效率与生态金字塔生态效率——是指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关系，常以百分数表示。肉猪35%、奶牛20%、蛋鸡15%、肉兔13—18%、肉羊11%、肉牛5—8%。3.生态效率与生态金字塔（1）生态效率常用的几个能量参数摄取量（I）：一个生物所摄取的能量。

同化量（A）：消化道内被吸收的能量（动物）；细胞外产物的吸收（分解者）；光合作用所固定的日光能（植物）。

呼吸量（R）：在新陈代谢和各种活动中所消耗的全部能量。生产量（P）：生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值。3.生态效率与生态金字塔（1）生态效率生态效率的表示方法1941年，美国生态学家林德曼在美国明尼苏达州的CedarBog湖研究了食物链结构,发现营养级之间的能量转化效率大致为十分之一，其余十分之九由于消费者采食时的选择性浪费,以及呼吸和排泄等而被消耗掉,这就是所谓的“十分之一定律”,也叫能量利用的百分之十定律。3.生态效率与生态金字塔（2）林德曼的十分之一定律不同生态系统各营养级间的能量效率不同。大量研究表明,十分之一定律较适合水域生态系统，而陆地生态系统消费者的能量转化效率常比水域生态系统的小。一般说来，大型动物的生长效率要低于小型动物，老年动物的生长效率要低于幼年动物。肉食动物的同化效率要高于植食动物。但随着营养级的增加，呼吸消耗所占的比例也要相应增加，因而导致在肉食动物营养级的净生产量相应下降。（2）林德曼的十分之一定律生态金字塔——是指各个营养级之间的数量关系。这种数量关系可以用能量、生物量和个体数量来表示。3.生态效率与生态金字塔（3）生态金字塔能量金字塔——能量通过营养级逐级减少，把通过各营养级的能流量，由低到高画成图，就成为一个底部宽、上部窄的金字塔型。最能保持金字塔形。生物量金字塔——以各营养级的生物量单位（干重或湿重）所绘制的图形。有时可倒置（如湖泊和海洋这样的水域生态系统）。数量金字塔——以各营养级的个体数目所绘制的图形。有时可倒置（如昆虫和树木）。（3）生态金字塔能量金字塔能量金字塔能量能量流失健康饮食金字塔能流的途径B4.能流路径生产者太阳辐射能输入消费者消费者消费者分解者消费者呼吸、热量生产者呼吸、热量腐生生物分解和呼吸及热量一个稳定生态系统的能量流未利用未利用

生态系统能量流动的一般过程生产者(绿色植物)太阳能辅助能一级消费者(食草动物)三级消费者(食肉动物)二级消费者(食肉动物)环境(土壤、空气、水等)分解者(微生物)农产品等能量输出4.能流路径1.太阳辐射能通过光合作用进入生态系统,成为生态系统能量的主要来源;2.以植物有机物质形式贮存起来的化学潜能,沿着食物链和食物网流动,驱动生态系统完成物质流动、信息传递等功能；3.化学潜能贮存在生态系统的生物组分内，或者随着产品等输出，离开生态系统；4.植物、动物和微生物有机体通过呼吸作用释放热能，并散失;5.辅助能对以太阳辐射能为始点，以食物链为主线的能量流动起辅助作用。4.能流路径能流特征:逐级减少单方向性能量流动过程中损耗的必然性:（1）由于不可食或不得食（2）消费者密度低或食物选择限制（3）利用后未被同化（4）同化后呼吸消耗掉（5）变为生产量又被减少

4.能流路径一生态系统的能流能流遵循的规律A能流的途径B生态系统能流分析方法与能流图C（一）能流分析方法

生态系统的能流分析——就是对生态系统能量的输入及其在系统各组分之间的传递转化和散失情况进行分析,通常采用的方法有实际测定法、统计分析法、输入输出法和过程分析法,这些方法常常是结合使用的。生态系统能流分析方法与能流图C（二）能流分析步骤1确定研究对象和对象的边界2明确系统的组成成分及相互关系,绘出能流路径3实测或搜集资料,确定各组分的各种实物流量或输入输出量4按照各种实物的折能系数(实测或参见本书附录)，将不同质的实物流量转换为能流量。5按能流量绘出能流图,并进行下述各方面的归纳分析,为生态系统调节和控制提供依据。（1）输入能量结构分析。（2）产出能量结构分析。（3）输入能流密度分析。（4）产出能流密度分析。（5）各种能量转换效率计算与分析。生态系统能流分析方法与能流图C一生态系统的能流二生态系统的物流三物质循环的基本类型生态系统第四节物质循环指生态系统的一切物质，包括有机物、无机物、化学元素和水（作为介质）在生物与环境不同组分之间的频繁转移和循环流动。

二生态系统的物流生命与元素A物质循环的基本原理B物质循环的库与流C二生态系统的物流

自然界包含着许多生命活动所必需的无机和有机物质，其中包括20多种必要元素。

碳氢氧氮磷占97%以上

钙镁钾硫钠大量营养元素

铜锌硼锰钼微量元素生命与元素A1、物质不灭定律化学方法可以改变物质的成分，但不能改变物质的量，即在一般的化学变化过程中，觉察不到物质在量上的增加或减少。也就是说，物质的量在转化前后是守恒的。2、质能转化与守恒定律相对论认为：世界上不存在没有能量的物质质量，也不存在没有质量的物质能量。质量和能量作为一个统一体，其总量在任何过程中是保持不变的守恒量。物质循环的基本原理B1、库——物质在运动过程中被暂时固定、贮存的场所称为库。生态系统中的各个组分都是物质循环的库，可分为植物库、动物库、大气库、土壤库和水体库。各库又可分为许多亚库。（1）贮存库——其容积较大，物质交换活动缓慢，一般为非生物成分的环境库。

（2）交换库——其容积较小，与外界物质交换活跃，一般为生物成分。

气体型循环沉积型循环物质循环的库与流C（3）源——是产生和释放物质的库。（4）汇——是吸收和固定物质的库。如化石燃料燃烧是温室气体CO2的一个重要的源，海洋则是CO2的汇之一源汇CO2物质循环的库与流C2.流——物质在库与库之间的转移运行。生态系统中的能流、物流和信息流使生态系统各组分密切联系起来，并使系统与外界环境联系起来。没有库，环境资源不能被吸收、固定、转化为各种产物；没有流，库与库之间就不能联系、沟通，则会使物质循环短路，生命无以维持，生态系统必将瓦解。物质循环的库与流CX2X1输入输出库存量库存量f12f21土壤植物流动ZY2分室模型库、源、汇库存量的变化=输入+流入-流出-输出X1=16.2X2=13.6X3=3.2X4=1204X5=116.4y1=0.7y3=4.9y4=3.1z1=5.2z3=3.5f21=15f32=15f43=8.6f54=5.5f15=10.5枯枝落叶层根系枝和干树叶土壤f53=5.03、周转率与周转期

周转率——是指系统达到稳定状态后，某一组分（库）中的物质在单位时间内所流出的量（FO）或流入的量（FI）占库存总量（S）的分数值。

周转率（R）=单位时间内进入（或流出）某组分的物质量该组分的物质贮量（库存量）

R=FI/S=FO/S物质循环的库与流C3、周转率与周转期周转期——是周转率的倒数，表示该组分的物质全部更换平均需要的时间。

周转期（T）=1/周转率=1/R

物质在运动过程中，周转速率越高，则周转一次所需时间越短。物质循环的库与流C100单位1000单位50单位5000单位16单位/d生产者水体沉积层消费者4单位/d20单位/d4单位/d20单位/d一个池塘生态系统循环模式图水体到生产者的周转率和周转期为多少？一个池塘生态系统循环模式4.循环效率（EC）循环物质（FC）占总输入物质（FI）的比例

EC＝FC／FI影响物质循环速率最重要的因素循环元素的性质生物的生长速率有机物分解的速率物质循环的库与流C一生态系统的能流二生态系统的物流三物质循环的基本类型生态系统第四节生物地球化学循环A物质循环的几种基本类型B三物质循环的基本类型地质大循环——指物质或元素经生物体的吸收作用，从环境进入生物有机体内，然后生物有机体以死体、残体或排泄物形式将物质或元素返回环境，进入五大圈层的循环。五大自然圈层是指大