第五章 生态系统生态学.ppt

1、第五章生态系统(结构、功能)，第五章生态系统，5.1生态系统的构成与结构5.2生态系统的基本功能5.3生态平衡与调控，5.1.1生态系统的概念，生态系统是生态学的基本功能单位，1935年由英吉利的生态家A.G.Tansley提出。 5.1生态系统的构成与结构、生物群落与其生存环境之间以及生物种群之间的密切关联、相互作用，通过物种交换、能量交换与信息传递，占据一定的空间，是一个具有一定结构、执行一定功能的动态平衡整体，被称为生态系统。 或者说生态=生物群落的环境条件，生态系统是现代生态学的重要研究对象，20世纪六十年代以来，许多生态学的国际研究计划都集中在生态系统国际生物科学研究计划(IBP )

2、上：其核心研究内容是世界主要生态系统(包括陆地、淡水、海洋等)的结构， 作为功能和生物生产力的人与生物圈规划(MAB ) :重点研究人的活动与生物圈关系的生态系统维持合作小组(ECG ) :中心任务是研究生态平衡与自然环境保护，维持改善生态系统的第一性生产力。 目前，生态系统研究主要由利用自然生态系统保护和生态系统控制反应历程反应历程生态退化、恢复与修复研究全球生态问题生态系统永续发展研究、5.1.2生态系统构成(两大部分四个基本成分)、两大部分四个基本成分组成，生产者：绿色植物， 蓝绿藻和光合细菌消费者：杂食动物、寄生现象生物部的分解者：包括细菌和真菌，部分原生动物和蚯蚓。 非生物部分：无机

3、物质、有机化合物(蛋白质、糖类脂质和腐殖质)、气候要素。5.1.3生态系统结构、空间结构(垂直结构、水平结构)种结构(群落成员型或重要种，冗长种p142-143 )营养结构：以营养为纽带，将生物与环境、生物与生物结合的结构。 食物链和食物网。 各种生物按照摄食和被食的关系排列的链状顺序叫做食物链。 例如浮游植物、海洋浮游生物、草食性鱼类、肉食性鱼类。 植物蝴蝶裁切线蛇鹰。 食物链的类型，食物链的类型：捕食食物链：以吃活着的动植物为起点的食物链。 草、蝗虫、青蛙、蛇、鹫屑食物链：以吃死生物和腐烂屑为起点的食物链。 植物残体、蚯蚓、线虫类和节脚丫子动物的食物网通过食物链相互交织形成一个网状结构，称

4、为食物网。 一般认为，如果食物网变得复杂，原来如此、生态系统抵抗外力干扰作用的能力就会变强。 如草鹿狼牛、5.2生态系统的基本功能p48、生物的生产能量流动物质循环信息传递、常用生态系统能量残奥表、摄入量(I，C):表示生物摄取的能量。 对植物来说，表示光合作用吸收的日光能量I的动物来说，表示动物吃的食物的能量c。 同化量(A):表示在动物消化管内吸收的能量，即消化后吸收的能量，对植物来说，是指固定在光合作用下的能量，总是用总一次生产量(PG )表示。 呼吸量(R):是指生物在呼吸等新陈代谢和各种活动中消耗的能量。 产量(P):是生物因呼吸消耗后残留的同化能量的值，作为有机物质积蓄在生物体内和

5、生态系统中。 对植物来说，纯一次生产量(PN=PG -R )。 对动物来说，是同化量减去呼吸量的净能量值。 即P=A-R，5.2.1生物的生产、一次生产过程二次生产过程、一次生产过程、一次生产过程：生产者以太阳能为化学能，简单的无机物变为复杂的有机物。 制约因素：光的时间、强度、温度、降雨、人类的干扰作用等。初级生产过程可概括为以下方程：光能6CO26H2O C6H12O6 6O2绿色素，初级生产包括总初级产量PG和纯初级产量PN。 总一次产量PG :植物固定的太阳能或制造的有机物质。 纯一次产量PN :植物固定的能量的一部分被植物自身的呼吸消耗，剩下的用于植物的生长和生殖，称为纯一次产量。

6、群落净产量PNC :考虑消费者消费的部分RH关系： PNC=PG R RH，生态系统发育的各个阶段，各残奥表随群落的更替而变化。 PNC=PG R RH初期：因为三者都低，所以PNC不太低。 当叶面积指数达到4时，净初级产量PNC达到最大。 然而，当生态系统发育成熟或演替达到顶点时，PG接近最大，但r和RH也最大，净产量PNC反而最小。 叶面积指数：单位土地面积植物叶总面积占土地面积倍数。 也就是说，因为叶面积指数=叶的总面积/土地面积，所以从经济效果的观点来看，将生态系统维持到“青壮年期”是最有利的，但从生态保育的观点来看，需要在多个目标之间进行合理的权衡。 这是生态环境评价中不容易采用生产

7、效果代替生态效果的理论依据之一。 二次生产、二次生产过程是指消费者和分解者利用一次生产物质进行同化作用形成自个儿和子孙的过程。 二次产量是二次生产形成的有机物的量，包括消费者的体重增加和子孙繁殖、动物的肉、鸡蛋、奶和毛皮等。 生产过程，二次生产的一般生产过程的净生产量，c、a、FU、NU、p、r、PN，净二次生产量： P=C F U R中P-净生产量C -动物从外界摄食的能量，A-同化的能量，R-呼吸能量，FU-粪、尿能量。 能量流、5.2.2生态系统的能量流、概念：指能量通过食物网络传递到系统的过程和耗散过程。 开始生产者的初次生产，停止还原者功能的完成。 整个过程包括能量形态的转换、能量的

8、转移、利用和耗散。 PG、PN、r、c、a、NU、FU、图生态系统的能量流动过程、PG、PN、r、c、a、NU、FU、p、未利用、PG、r、PN、NU、FU、c、a、r、p、图生态系统的能量流动过程、能量流动基本模型： 向环境释放的能量越来越多，两种营养水平之间的能量利用率都在10%的水平。 食物链的营养水平通常在5-6水平以下。 特点：能源是单向式的流动生态系统中的能源流动正在逐步减少。 能量转移途径：食物链，研究能量传递规律的热力学定律，第一定律：能量守恒定律，能量可以从一种形式变为另一种形式的能量，能量既不能消灭也不能创造。 第二定律：熵律是指，在封闭系统中，所有的过程都伴随着能量的变化

9、，在能量的传递和转换过程中，除了一部分可以继续传递和工作以外，总是有一些能量不能与传递办事儿，而以热的形式消散，增加系统的熵和无序。 课堂讨论问题：试验能源生态学的原理，从环境保护的角度论述股本的运用。 原理：能量沿生态食物链和食物网逐步流动，逐步被各级营养级生命体所利用。 生态工程学设计：能源多层分级利用、作物、家畜、食用菌、蚯蚓、籽生、株根饲料、糖化、一次利用、粪便、二次利用、接种、菌床杂屑、三次利用、产品出口、接种、肥料、光能、产品出口、株根饲料、5.2.3生态系统的物质循环、概念生态系统大从水体、土壤等环境中获得营养物质，通过绿色植物，被其他生物再利用，最后归还给环境，即物质循环。物质

10、主要是为了正常进行生命活动所必须的各种营养元素体。 物质循环模型生态系物质循环可以用仓库和流通率记述。 库是指某种物质在生物的或者非生物的环境中暂时停留的量。 生态系统的单位面积(或者单位体积)和单位时间的物质迁移量叫做流通率。 (图)类型、类型、物质循环的类型(物质参与循环的形式): 水循环瓦斯气体型循环： C N F Cl O等堆积型循环： P S Ca K等，水循环、地球表面总水量约14亿km3，其中约97%包含在海洋仓库中。 真水中：两极地冰盖29 000 km3、地下水8 000 km3、湖沼河川100 km3、土壤水分100 km3、大气水13 km3、生物水1 km3。 地球水循

11、环、水和水循环对生态系统具有特别重要的意义：生物成分、生命活动不可缺少的成分； 对各种营养物质在地球上的分布影响很大，对弥补生态系统营养物质的不足起着重要作用(高贫低肥)防止环境温度急剧变动的调节作用。 全球水问题：水的时空分布不均匀，特别是与人类人口的集中有关，人类与水循环密切相关，自然段可利用资源减少，水质量下降。 南水北调、瓦斯气体型循环、碳循环、氮循环等全球碳储量约261015吨。 其中90%以上以碳酸盐的形式被封入岩石圈，只有7500109吨以有机状态被埋藏在地下(例如煤、石油)。 这些个是正在碳循环的仓库。 只有极少量的碳参与了经常性的流动和包围层间的交换。 构成当前生质能源的有机

12、碳只有1120109吨。 水圈、大气层、生物圈发挥着碳循环中的活动库的作用。 循环过程：碳循环始于大气中的二氧化碳储藏库，通过绿色植物光合作用将大气中的碳转移到植物体内形成碳水化合物，供各级消费者使用，其生物残渣经过微生物分解还原和生物呼吸作用，使碳回到大气中。 (图)、氮循环、氮循环是一个复杂的过程： 1、固氮作用(1)高能固氮作用(如闪电) 8.9kg/hm2.a (2)工业固氮作用(3)生物固氮作用100200kg/hm2.a，2、阿摩尼亚化作用是蛋白质被水解作用分解成氨基酸，氨基酸中的氮氧化3、硝化作用在阿摩尼亚氧化过程中，最终阿摩尼亚转化为硝酸盐。 4、反硝化作用反硝化作用反硝化将亚

13、硝酸盐变为大气氮，返回大气中的过程。 沉积型循环、磷循环磷循环是不完全的循环，很多磷沉积在海里。 磷循环的最主要方法是磷从陆地的土壤库通过河流输送到海里。 磷从大海返回陆地是非常困难的，大海的磷大部分以钙元素盐的形式沉淀，因此长期远离循环堆积。 按有毒有害物质循环、有毒物质、化学性质分为2类。 无机有毒物质主要是指重金属、氟化物、氰化物的有机有毒物质主要有酚类、有机氯元素药等。 DDT是由人造的合成的有机氯元素杀虫剂，在通过脂溶性、食物链浓缩的过程中被称为财富和生物增幅。 5.2.4信息传递、生态系统的各生命成分之间存在信息传递，传递伴有一定的物质和能源消费。物质流动循环的能量流动单向信息传递

14、双向自动调节机制分类，信息传递分类：物理信息光、声、电、磁、色化学信息动物与植物之间：花与蜜蜂，动物之间：动物的性外激素，尿标识牌领土植物之间：植物化感作用行为信息植物异常表现， 动物异常行为营养信息食物链中营养级间能量流和物质循环关系生态系统的服务功能： p196-201 (简化)生物多样性维持授粉，种子生物的土壤预防作用缓和干燥和洪水灾害，净化空气，调节气候，与5.3生态平衡相特罗尔， 生态平衡：生态系统通过发育和调节达到稳定状态，表现为结构性、功能性、能源进口和输出稳定，受到外来干扰时，平衡会崩溃，但只要不超过这样的干扰限度，生态系统就可以在自身调节恢复原来的状态。 虽然生态系统的稳定性包含两个方面的含义：但系统具有抗逆性，即对干扰的抵抗力，可以大幅克服并消除外来干扰并保持自身稳定性的抗逆性与系统的发育阶段状况有关，其发育越成熟，结构越复杂，抵抗声干扰的能力就越强。 另一方面，系统具有恢复性，一旦被妨碍后压力被解除，就会逐渐恢复到原来的状态。 (恢复力强的生态系统，生物的生活世代短，构造比较简单。 草原生态系统破坏后的恢复速度比森林生态系统快得多。 问题：为什么生态系统比较稳定？ 生态系统稳定性反应历程：生态系统具有自身调节能力，维持自身稳定性，自然生态系统可以看作是康特罗尔理论系统，即具有调节功能的反馈机制。 回种子文件：系统的输出成为决定系统将来