第05章 生态系统(修改).ppt

1、第五章生态系统生态学，第一节生态系统概述，第一节生态系统(ecosystem)的概念1，由英国Tansley A.G. (1935年)提出生态系统生态系统。生态系统的核心是生物群落。生态系统成为当前生态学中最重要的概念。生态系统是现代生态学的重要研究对象。2，生态系统的共同特性(1)生态系统是生态学中最重要的结构和功能单元。(2)生态系统具有自我调节能力。(3)能量流、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能。(4)营养级别的数量仅限于生产者固定的最大能源价值和能量流动中的能量损失，一般不超过5-6个。(5)生态系统是需要经历从简单到复杂、从不成熟到成熟的发育过程的动态系统。3，生态系统的类型划

2、分(1)根据空间环境性质的淡水生态系统、海洋生态系统、陆地生态系统进行划分。(2)根据人类对生态系统的影响，自然生态系统、人工生态系统。第二，生态系统的组成部分，第一，非生物环境(abiotic environment)无机元素和化合物：C，H，O2，N2，矿物盐等。有机物质：碳水化合物、蛋白质、脂质、腐殖质等。气候因素：光、热、水、空气、压力等。2、生物成分(1)生产者：绿色植物、藻类、光能、化学能源细菌。(2)消费者：异养生物包括各种动物(食草、食肉、大型食肉)，特别是腐败的消费者和寄生动物。(3)分解者：细菌、真菌、原生动物等异养生物。1，Food Chain，生产者最基本最重要的是没有

3、消费者的渡边杏成分。成分之间的联系是营养。1，食物链：生产者固定的能量和物质，通过一系列餐饮和餐饮关系传递到生态系统，生物是根据其饮食关系排列的链条顺序。能量在传递过程中损失很大，所以食物链一般由4到5个营养级组成。第三，食物链和食物网，食物链的所有生物成员被称为营养级。生态系统的食物链不固定。动物发育的不同阶段、季节和多年来，自然食物条件的变化引起食物链结构的变化。食物链类型1)食物链：一种生物是指由另一种生物组成的食物链。食物链以生产者为起点。植物食草性动物食肉性动物。草原上的草原兔狐狸狼。湖里的鸟甲壳类小鱼大鱼。2)食物链：以食物(植物的枯枝和落叶等)为起点的食物链。森林净生产的90%是

4、以食物破碎的方式消费的。例如：破碎的食物、破碎的食物、消费者、小型食肉动物、大型食肉动物。3)寄生性食物链：由生物间寄生物和寄主的关系构成食物链。它以大型动物为食物链的起点。哺乳动物和鸟类跳蚤原生动物细菌病毒等。4)腐蚀性食物链：移动、植物的史逸欣或粪便作为食物链的起点，也称为分解链。动植物尸体或粪便真菌，细菌原生动物土壤动物节肢动物等。食物链的特征：1)同一条食物链经常包含各种各样的生物，这些生物的食性和其他生活习性非常不同。(2)同一生态系统可能有多条不同长度、不同营养等级的食物链。(。因为在一系列的餐饮和餐饮过程中，所有的转换都将大量的化学能转化为热能，从而消亡。(莎士比亚，哈姆雷特)因

5、此，自然生态系统的营养级数量是有限的。在人工生态系统中，可以人为地控制食物链的长度。3)不同的生态系统，各种食物链的比重不同。4)在任何生态系统中，各种食物链总是一起发挥作用。，2，Food Web，2，食物网：在生态系统中，一种生物经常吃多种生物，食物链徐璐交错，形成网状结构。食物网越复杂，生态系统抵抗外部干扰的能力越强，生态系统也越稳定。第四，生态系统的物种流1，物种流：是指生态系统内物种时空变化的状态。物种流动是生态系统的重要过程，徐璐扩大和加强其他生态系统之间的交流和联系。2.对种类的理解(1)生物与环境相互作用引起的时间和空间变化过程(2)生态系统内物种的模式和数量的动态反映了寄生、

6、捕食、共生等物种的关系状态。(3)生物群落的物种构成、构成、营养结构变化、外来物种和当地物种的相互作用、生态系统的物种增加和对空缺的反应等。(4)物种是遗传单位，也是适应变异的单位。同一物种的个体可以自由交配，共享的基因库，因此物种的流动意味着基因流动。3种流特性(1)迁移和入侵。物种的空间波动分为不规则生物入侵和规则迁移两类。迁移是指动物依靠主动和自己的行动扩散和移动，有一定的路径和路线，徐璐穿越其他生态系统。生物入侵是指生物从原发地侵入其他新生态系统的过程，入侵成功与否由多种因素决定。(2)秩序。个人迁移有季节先后。有年轻成熟的个体的先后。(3)连续性。个体在生态系统内不断运动。(4)连锁

7、性。物种的向外扩张往往是成批的。例如，东亚飞蝗先有少数个人起飞，然后率领大量蝗虫起飞。4.种类对生态系统的影响(1)物种的增加和去除对生态系统的影响关岛的18种当地鸟类中，有17种濒临灭绝。原因是，该岛引进了天敌黑米林蛇。它不仅吃掉了岛上的鸟类，灭绝了大量的鸟类，还给岛上的夜行蜥蜴带来了同样的结果。(2)入侵物种通过资源利用改变了生态过程，郑型冰秀入侵了美国加利福尼亚群岛，导致了土壤盐分的变化。这种树在利用土壤盐分方面不同于群落的其他物种，可以加重和沉积土壤表面的盐分。改变了土壤的营养运输过程，沉积了盐，抑制了另一种植物的发芽和生长。这些岛屿成为单一晶体冰水的生长区。去除不能吃冰树的动物，改变

8、了群岛生态系统的营养结构。一些入侵物种通过改变资源利用或资源更新来改变资源利用率。生长在大西洋加那利群岛的固氮植物叫火树，侵入夏威夷，占据了岛上大部分湿地和干枯的森林。这些树每年固定在土壤上的氮是当地植物氮的四倍，早在1800年夏威夷火山周围的灰质土壤就缺乏氮肥。佛树入侵后，土壤中氮含量大幅度增加，提高了生产力，促进了矿质营养的循环，为新的入侵物种提供了沃土。(3)物种的丧失，空缺影响分解作用及其速度。印度洋马里昂岛缺乏食草性哺乳动物，生态系统的碎屑动物占鼻虫蜗牛、蚯蚓等重要位置。马里恩无翅蛾是当地特种，处理有机物的主要物种。据Crafford (1990)估计，无翅蛾每年分解的落叶占该岛最大

9、初级产量的50%。Smith进行了将幼虫放入落叶微环境的实验，强化了氮和磷的矿化作用，氮提高了10倍，磷提高了3倍。结论：无翅蛾在岛的营养物质矿化作用中起着最重要的作用。1818年，捕猎海豹的海轮偶尔把小老鼠带到岛上。小老鼠大部分吃无脊椎动物，吃无翅蛾占整个食物的50% 75，因此至少1000公斤/hm2落叶不能分解。如果没有幼鼠，蛾类幼虫处理落叶的方法为2500公斤/(hm2 .应该是年)。显然，在小老鼠的进入下，没有翅膀的蛾子和其他无脊椎动物的空缺改变了马里恩岛生态系统的物质循环过程。(4)对生态系统的间接影响外来物种入侵后，改变了现有生态系统的干扰机制，改变了生态过程。热带一些岛屿通常受

10、火的干扰。例如，在大洋州岛引入外来草种，通过增加落叶层积累燃料，提高了火的发生频率，本地种以前几乎没有与火接触的机会。因此，如果区域内的火燃烧，当地物种的多样性和数量将急剧下降。摘要外来物种入侵成功对生态系统的影响是多方面的。1)改变现有系统的成员和数量。2)系统内营养结构的变化；3)改变了干涉和压力的机制。4)资源的获取和利用与当地物种不同。只要具备其中一个，入侵的外来物种就可以直接或间接改变生态系统过程。第五，生态系统的能量流1，生态系统的能量存在形式(1)辐射能。太阳的辐射能在植物光化学反应中起着重要作用。(2)化学能。是生命活动的基本能量形式。(3)机械能。动物能独立活动的是基于肌肉释

11、放的机械能。(4)电能。电子运动对生命有机体的能量转换至关重要。(5)生物能源。参与生命活动的所有形式的能量称为生物能源。上述各种形式的能量最终都必须转换为热能。生态系统的各种形式的能量可以储存和徐璐改变。2，生态系统的能量太阳辐射能是生态系统能量的最重要来源。红外线产生热效应，形成生物的热环境。紫外线具有促进消毒灭菌和维生素D生成的生物学效果。可见光为植物光合作用提供能量。除了太阳辐射以外，对生态系统起作用的所有其他形式的能量统称为辅助能源。辅助能源分为自然辅助能源(如潮汐作用、风力作用、降水、蒸发作用)和人工辅助能源(如肥料、灌溉)。辅助能源不能直接转化为生化潜力，但能促进辐射能的转化，对

12、生态系统的光聚合物形成、物质循环、生物的生存和繁殖有很大的辅助作用。3、生态系统的能量流动路径如下：能量以太阳的形式进入生态系统，以植物物质的形式储存的能量沿着食物链和食物网络流经生态系统，以动物、植物物质的化学能量形式储存在系统中，或以产品输出离开生态系统。消费者和分解者的呼吸所释放的热量可能会在系统中丢失。1)因为各营养级消费者无法100%利用以前的营养级生物量。2)各营养级别的同化作用也不是100%，部分未同化。3)生物在维持生命的过程中新陈代谢，总是消耗部分能量。4，能量流特性1)能量转换符合热力学第一定律(能量转换和守恒)。2)能量流是单向的，非循环的。3)能量沿食物链流动，逐步减少

13、。营养级的剩余能量是原能量的十分之一，剩下的都消耗掉了。5，营养级和能量金字塔，(1)营养级营养级是食物网内生物到生物的消费级，是食物链某一部分所有生物种类的总和。营养级一般不超过6级。为了便于分析，经常根据动物的主要食性决定营养级别。生产者(绿色植物等)是第一营养级。所有以生产者为食的动物(一级消费者)都是第二营养级。二级消费者是三级营养级。以这种方式类推。生态金字塔，类型：数量金字塔生物量金字塔能量金字塔，能量，能量损失，能量金字塔，(2)生态金字塔，能量圆锥体保持金字塔，因为能量逐步减少。生物量和数量圆锥体有时会倒着出现。1/10法则：在自然生态系统中，营养级之间能量的转换大约有十分之一

14、转移到下一个营养级，形成生物量，消耗十分之九，被称为十分之一法则或林德曼法则。6，生态效率，生态效率：各种能源类参数中的任何参数都是营养级之间或营养级内部的比例。特别是指特定营养级别的能量输出和输入之间的比率。1.几种常用的能量参数1)摄取量(I):一种生物摄取的能量。对植物来说，光合作用吸收的太阳能。对动物来说，这是动物吃的食物能量。2)同化量(A):由动物消化道吸收的能量分解器吸收细胞外产品的能量；植物光合作用的固定太阳能，即总初级产量(GP)。3)呼吸量(R):生物花费在呼吸等新陈代谢和各种活动上的所有能量。4)产量(P):生物呼吸消耗后剩下的同化能量值。它以有机物的形式积累在生物体内或

15、生态系统中。P=A-R 2，营养级内生态效率1)同化效率=被植物固定的能量/吸收的日光能量=被动物吸收的能量/动物的摄取，一般食肉动物的同化效率高于食草动物。2)增长效率包括组织增长效率和生态增长效率。组织生长效率=n营养级净产量/n营养级同化能源生态生长效率=n营养级净产量/n营养级摄入量增长效率普通植物动物；小动物大动物；小动物。小小年纪就老了。温度变化动物恒温动物；组织生长效率生态生长效率。3.营养级间生态效率1)消费效率(或利用效率)消费效率=(n 1)营养级摄取量/n营养级净生产利用效率=(n 1)营养级同化量/n营养级净产量，消费效率用于衡量一个营养级对以前营养级的相对素食压力2)

16、林德曼效率林德曼效率林德曼效率的比率约为1/10，不同生态系统的高度为30%，低则低于1%。第二节生态系统的反馈调节和生态平衡，第一，生态系统的反馈调节反馈分为积极反馈和消极反馈。负反馈调节使生态系统保持稳定更为常见。积极的反馈调节加剧了生态系统的脱离，因此比较罕见。生态系统具有负反馈的自我调节机制，因此生态系统通常保持自身的生态平衡。第二，生态平衡1，生态平衡：是指生态系统通过发育和调节实现的动态平衡状态。在此状态下，结构和功能相对稳定，能量输入和输出稳定。在外来干涉下，通过自然调节(或人为调节)恢复原来的稳定状态。2、生态平衡的特点：动态平衡；身份。生态平衡是生态系统结构和功能统一的体现。

17、第三，生态平衡的不平衡和破坏，外来干涉超越生态系统的自我调节能力，无法恢复到原始状态的现象称为生态不平衡或生态平衡破坏。1，发生原因1)生物种类的变化。如果在生态系统中引入新的物种，或某个主要成分突然消失，就会对生态系统产生重大影响。据推算，每有1种植物消失，2030种相关动物就会消失。原因2)生态系统结构的破坏(物种减少，食物链破坏)。不仅会减少固定的太阳能，如森林和植物的破坏，还会导致异养生物的大量死亡。森林和植物的破坏，原因3)环境破坏，污染物增加。不合理的资源利用、水土流失、气候干燥、水源枯竭等，会导致生态失衡，破坏生态平衡。、水源枯竭、环境污染、原因4)大型工程等(人为因素)地震等自然灾害。大规模工程(如水利水电工程)，2，生态失衡的象征生态系统生产力下降；资源退化污染物增加灾