4生态系统生态学_《基础生态学》课件.ppt

1、基础生态学,天津师范大学生命科学学院,第四部分 生态系统生态学,1,2,3,4,生态系统的一般特征,生态系统中的能量流动,生态系统中的物质循环,陆地生态系统主要类型,11.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,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 独立的

2、、特定的功能 各成分间相互联系、相互作用 生物地理群落(biogeocoenosis),11.1 生态系统的基本概念,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 营养级的数目受限于生产者所固定的最大能值和能量在流动中巨大损失，生态系统中营养级不会超过5-6个 动态系统,生态系统的特征,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

3、 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,池塘生态系统示意图,一个简单的陆地生态系统模式图,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,表示出三个亚系统的生态系统结构一般模型,11.3 食物链和食物网,11.3.1 食物链 (food chain)：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 (food web)：食物链彼此交错连结，形成一个网状结构,食物链类型,捕食食物链

4、 碎屑食物链 寄生食物链,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,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,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,一个食物链的例子“螳螂捕蝉，黄雀在后”,螳螂捕蝉，黄雀在后！哈！哈！,植物汁液,蝉 (初级消费者),螳螂 (二级消费者),黄雀

5、(三级消费者),鹰 (四级消费者) (顶极食肉动物),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,食物网,11.4 营养级与生态金字塔,营养级(trophic level)：处于食物链某一环节上的所有生物种的总和,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

6、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,生态金字塔(ecological pyramid),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,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,energy pyramid,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

7、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,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,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。,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。,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

8、的重要性 生物量金字塔过分突出大生物体的重要性,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,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,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 = A

9、n / In 肉食动物的同化效率高于植食动物,生产效率,生产效率 = n营养级的净生产量/n营养级的同化能量 生态生长效率 = n营养级的净生产量/n营养级的摄入能量 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,营养级位之间的生态效率,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。 消费效率= n+1营养级的消费能量 /n营养级的净生产量 一般在20-35%范围内，每一营养级净生产的65%-75%进入碎

10、屑食物链,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。,林德曼效率,11.6.生态系统的反馈调节和生态平衡,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

11、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,生态系统中的反馈（正反馈（左）和负反馈（右）,狼,狼,兔,兔,植物,植物,狼饿死,狼吃饱,吃了较多兔子,吃了较少兔子,兔吃饱,兔饿死,吃了较少的草,吃了大量的草,污染 ,鱼死亡,污染,鱼死亡 ,鱼死亡 ,污染 ,生态平衡：生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状态，它包括结构、功能和能量输入和输出的稳定 生态阈值：生态系统受外界干扰后，自动调节的极限 生态危机：由于人类盲目活动而导致局部地区甚至整个生物圈结构和功能的失衡，从而威胁人类的生存。,11.6.生态系统的反

12、馈调节和生态平衡,12.生态系统中的能量流动,12.1 生态系统中的初级生产 12.2 生态系统中的次级生产 12.3 生态系统中的分解 12.4 生态系统中的能量流动,12.1 生态系统中的初级生产,12.1.1 初级生产的基本概念 12.1.2 地球上初级生产力的分布 12.1.3 初级生产的生产效率 12.1.4 初级生产量的限制因素 12.1.5 初级生产量的测定方法,12.1.1 初级生产的基本概念,初级生产：自养生物的生产过程，其提供的生产力为初级生产力 次级生产：异养生物再生产过程，提供的生产力为次级生产力 生产过程： 生产者通过光合作用合成复杂的有机物质，使植物的生物量(包括个

13、体数量和生长)增加 消费者摄食植物已经制造好的有机物质(包括直接的取食植物和间接的取食食草动物和食肉动物)，通过消化、吸收在合成为自身所需的有机物质，增加动物的生产量,初级生产的基本概念,初级生产量(primary production)：绿色植物通过光合作用合成有机物质的数量称为初级生产量，也称第一性生产量 净初级生产量(net primary production)：初级生产过程植物固定的能量一部分被植物自己的呼吸消耗掉，剩下的可用于植物的生长和生殖，这部分生产量成为淨初級生产量(NP) 总初级生产量(gross primary production)：初级生产过程植物固定的能量的总量 G

14、P=NP+R,初级生产力：植物群落在一定空间一定时间内所生产的有机物质积累的数量 生物量 (biomass)：是指某一时刻单位面积上积存的有机物质的量。以鲜重或干重表示 现存量：是指绿色植物初级生产量被植食动物取食及枯枝落叶掉落后所剩下的存活部分 SC=GP-R-H-D,初级生产的基本概念,初级生产,11.1.2 地球上初级生产力的分布,不同生态系统类型的初级生产力不同 陆地比水域的初级生产力总量大 陆地上初级生产力有随纬度增加逐渐降低的趋势 海洋中初级生产力由河口湾向大陆架和大洋区逐渐降低 生态系统的初级生产力随群落的演替而变化 水体和陆地生态系统的生产力有垂直变化 初级生产力随季节变化,不

15、同生态系统的初级生产力,世界上主要生物群带的初级生产力,Average net primary productivity in grams of organic material per square meter per year of some terrestrial and aquatic ecosystems,NET PRIMARY PRODUCTIVITY,初级生产力的分布,生产力极低的区域：1000kcal/m2.a或者更少，如大部分海洋和荒漠。 中等生产力区域：1000-10000kcal/m2.a，如草地、沿海区域、深湖和一些农田。 高生产力的区域：10000-20000kcal

16、/m2.a或者更多，如大部分湿地生态系统、河口湾、泉水、珊瑚礁、热带雨林和精耕细作的农田、冲积平原上的植物群落等。,地球主要陆地生态系统的初级生产力强烈受温度和降水的影响,P: productivity (thm-2a-1) B: biomass (thm-2) R: radiation (kcalcm-2d-1),NP,R,CO2,光,H2O,营养,取食,O2温度,陆地生态系统中，初级生产量是由光、二氧化碳、水、营养物质(物质因素) 、氧和温度(环境调节因素)六个因素决定的。,污染物,光合作用 生物量,GP,12.1.4 初级生产量的限制因素,陆地生态系统,辐射强度和日照时间：光强升高，光照

17、时间长，提高产量 光合途径：光合作用途径的不同，直接影响初级生产力的高低 水：光合作用的原料，缺水显著抑制光合速率 温度：温度升高，总光合速率升高 营养元素 二氧化碳 食草动物,水域生态系统,光 P=R*C*3.7/k P：浮游植物的净初级生产力，R：相对光合率，k：光强度随水深度而减弱的衰变系数，C：水中的叶绿素含量 营养物质：N/P,12.1.5 初级生产量的测定方法,收获量测定法 氧气测定法 二氧化碳测定法 放射性标记物测定法 叶绿素测定法,收获量测定法,陆生定期收获植被，烘干至恒重 以每年每平方米的干物质重量表示 以其生物量的产出测定，但位于地下的生物量，难以测定 地下的部分可以占有4

18、0%至85%的总生产量，因此不能省略,氧气测定法,通过氧气变化量测定总初级生产量 1927年T.Garder, H.H.Gran用于测定海洋生态系统生产量 从一定深度取自养生物的水样，分装在体积为125-300ml的白瓶(透光)、黑瓶(不透光)和对照瓶中 对照瓶测定初始的溶氧量IB 黑白瓶放置在取水样的深度，间隔一定时间取出，用化学滴定测定黑白瓶的的含氧量DB、LB 计算呼吸量(IB-DB)，净生产量(LB-IB)，总生产量(LB-DB),黑白瓶法,黑瓶 （呼吸作用）,白瓶 (净光合作用),对照瓶 （消除误差）,放置于水样深度处,一定时间后，测各瓶的含氧量变化，求初级生产量,二氧化碳测定法,用

19、塑料罩将生物的一部分套住 测定进入和抽出空气中的CO2 透明罩：测定净初级生产量 暗罩：测定呼吸量,放射性标记物测定法,用放射性14C測定其吸收量，即光合作用固定的碳量 放射性14C以碳酸盐的形式提供，放入含有自然水体浮游植物的样瓶中，沉入水中经过一定时间，滤出浮游植物，干燥后在计数器测定放射活性，然后计算： 14CO2/CO2=14C6H12O6/C6H12O6 确定光合作用固定的碳量 需用“暗呼吸”作校正,叶绿素测定法,植物定期取样 丙酮提取叶绿素 分光光度计测定叶绿素浓度 每单位叶绿素的光合作用是一定的，通过测定叶绿素的含量计算取样面积的初级生产量,12.2 生态系统中的次级生产,12.

20、2.1 次级生产过程 12.2.2 次级生产量的测定 12.2.3 次级生产的生态效率,12.2.1 次级生产量的生产过程,未捕获(876.1g),猎物种群生产量(886.4g),被捕获(10.3g),被吃下(7.93g)I,未吃下(2.37g),未同化(0.63g),同化(7.3g)A,净次级生产(2.7g)P,呼吸(4.6g)R,次级生产量,12.2.2 次级生产量的测定,用同化量和呼吸量估计生产量(用摄食量扣除粪尿量估计同化量)： P=A-R=(C-FU)-R C：动物从外界摄食的能量，A：被同化能量， FU：排泄物，R：呼吸量 用个体的生长和繁殖后代的生物量表示净生产量: P=Pg+P

21、r Pr：生殖后代的生产量， Pg：个体增重,12.2.3 次级生产的生态效率,消费效率 同化效率 生长效率,消费效率： 食草动物对植物净生产量的利用 植物种群增长率高，世代短，更新快，被利用的百分比高 草本植物维管束少，能提供较多的净初级生产量 浮游动物利用的净初级生产量比例最高 食肉动物对猎物的消费效率研究较少 脊椎动物捕食者50100%，无脊椎动物捕食者25%,12.2.3 次级生产的生态效率,几种生态系统中食草动物利用植物净生产量的比例,同化效率 草食、碎食动物同化效率低，肉食动物高 生长效率 肉食动物的净生长率低于草食动物 不同动物类群有不同的生长效率,12.2.3 次级生产的生态效

22、率,12.3 生态系统中的分解,12.3.1 分解过程的性质 12.3.2 分解者生物 12.3.3 资源质量 12.3.4 理化环境对分解的影响,12.3.1 分解过程的性质,概念： 死有机物质的逐步降解过程 将有机物还原为无机物，释放能量 意义： 建立和维持全球生态系统的动态平衡 通过死亡物质的分解，使营养物质再循环，给生产者提供营养物质 维持大气中CO2浓度 稳定和提高土壤有机质的含量，为碎屑食物链以后各级生物生产食物 改善土壤物理性状,分解作用的三个过程,碎化：把尸体分解为颗粒状的碎屑 异化：有机物在酶的作用下，进行生物化学的分解 从聚合体变成单体(如纤维素降解为葡萄糖) 进而成为矿物

23、成分(如葡萄糖降为CO2和H2O) 淋溶：可溶性物质被水淋洗出，完全是物理过程,12.3.2 分解者生物,微生物(细菌和真菌) 动物类群 陆地分解者 水生系统,分解者生物,微生物(细菌和真菌) 主要利用可溶性物质，氨基酸和糖类的分解产物作为的食物而被吸收,分解者生物,动物类群 陆地分解者 动物主要是食碎屑的无脊椎动物 小型：100m以下，不能碎裂枯枝落叶，属粘附类型 中型：100m-2mm，调节微生物种群的大小和处理和加工大型动物粪便 大型和巨型：2mm-20mm, 碎裂植物残叶和翻动土壤,对分解和土壤结构有明显影响,分解者生物,动物类群 水生系统 动物的分解过程分为搜集、刮取、粉碎、取食或捕

24、食等几个环节 碎裂者：以落入河流中的树叶为食 颗粒状有机物质搜集者：一类从沉积物中搜集；另一类从水体中滤食有机颗粒 刮食者：其口器适应在石砾表面刮取藻类和死有机物 以藻类为食的食草性动物 捕食动物：以其他物脊椎动物为食,12.3.3 资源质量,物理、化学性质影响分解速率 物理性质：表面特性和机械结构 化学性质：随其化学组成而不同 单糖分解快，一年失重99%半纤维纤维素木质素 C:N,12.3.4 理化环境对分解的影响,水热条件 温度高、湿度大的地带，有机质分解速率高 低温干燥地带，分解速率低 分解速度随纬度增高而降低(热带雨林温带森林冻原)；,分解生物的相对作用 无脊动物在地球上的分布随纬度的

25、变化呈现地带性的变化规律 低纬度热带地区起作用的主要是大型土壤动物，其分解作用明显高于温带和寒带 高纬度寒温带和冻原地区多为中、小型动物，它们对物质分解起的作用很小,12.3.4 理化环境对分解的影响,分解指数,K=I/X K：分解指数，I：死有机物年输入总量，X：系统中死有机物质现存量 规律： 热带雨林最高 温带草地高于温带阔叶林 冻原最低,12.4 生态系统中的能量流动,12.4.1 研究能流传递的热力学定律 12.4.2 食物链层次上的能流分析 12.4.3 生态系统层次上的能流分析 12.4.4 异养生态系统的能流分析 12.4.5 分解者和消费者在能流中的相对作用,12.4.1 热力

26、学定律,热力学第一定律(能量守恒定律):能量既不能创生，也不会消灭，只能按严格的当量比例由一种形式转变为另一种形式 生态系统中的能量转换和传递过程，都可以根据热力学第一定律进行定量计算，并列出平衡式和编制能量平衡表,Energy Flow in the Environment,During photosynthesis, plants capture the energy of sunlight and store it in ATP, sugar, and other high-energy carbohydrates synthesized from carbon dioxide and

27、water. Oxygen is released as a byproduct.,Heat,Heat,Producer,PrimaryConsumer,SecondaryConsumer,DetritusFeeders,Heat,Chemical energy,Energy Transfer and Loss,热力学定律,热力学第二定律 (熵定律)：在能量传递和转化过程中，除了一部分传递和作功外，总有一部分以热的形式消散，使系统的熵增加 生态系统是一个开放系统，它不断地与环境进行能量交换。通过光合同化，引入负熵；通过呼吸，把正熵值转出系统。,热力学的两个定律,熱力学的两个定律： 第一定律：A

28、 = B + C 第二定律：C A,生态系统中的能源,太阳辐射能是生态系统中的能量的最主要来源 红外线产生热效应，形成生物的热环境 紫外线可以消毒灭菌和促进维生素D的生成 可见光为植物光合作用提供能源 辅助能 辅助能分为自然辅助能(如如潮汐作用、风力作用、降水和蒸发作用)和人工辅助能(如施肥、灌溉等) 辅助只可以促进辐射能的转化 对生态系统中光合产物的形成、物质循环、生物的生存和繁殖起着极大的辅助作用,生态系统中能量流动的主要路径,能量以日光形式进入生态系统，以植物物质形式贮存起来的能量，沿着食物链和食物网流动通过生态系统，以动物、植物物质中的化学潜能形式贮存在系统中，或作为产品输出，离开生态

29、系统，或经消费者和分解者生物有机体呼吸释放的热能自系统中丢失 生态系统是开放的系统，某些物质还可通过系统的边界输入、输出系统。如动物迁移，水流的携带，人为的补充等,能量是单向性和逐级减少,生态系统能量的流动是单一方向的 能量以光能的状态进入生态系统后，就只能以热的形式不断地逸散于环境中 从太阳辐射能到被生产者固定，再经植食动物，到肉食动物，能量是逐级递减的过程 各营养级消费者不能百分之百地利用前一营养级的生物量 各营养级的同化作用也不是百分之百的 生物的新陈代谢要消耗一部分能量,图框宽窄示流经该通道能量值的相对大小(kcalhm-2a-1),一个弃耕地群落中通过食物链的能量流动示意,异养生态系

30、统的能流分析,自养生态系统 靠绿色植物固定太阳能的生态系统 异养生态系统 主要依靠其他生态系统所生产的有机物输入来维持的生态系统 异养生态系统的能流分析 应特别注意其他生态系统的有机物输入,13.生态系统中的物质循环,13.1 物质循环的一般特征 13.2 全球水循环 13.3 碳循环 13.4 氮循环 13.5 磷循环 13.6 硫循环,物质循环的一般特征,生物地球化学循环：生态系统从大气、水体和土壤等环境中获得营养物质，通过绿色植物吸收，进入生态系统，被其他生物重复利用，最后再归还于环境中的过程。这一过程包括生物与非生物二者的参与, 同时也包含一些地质与地理作用在內, 因此称为生物地球化学

31、循环 生物小循环：环境中元素经生物吸收，在生态系统中被相继利用，然后经过分解者的作用再为生产者吸收、利用,生物小循环,物质循环的基本概念,库： 贮存一定数量元素的某种生态系统组分称为该元素的库 生态系统中各组分都是物质循环的库 植物库、动物库、土壤库、水体库等 流通率：单位时间、单位面积/体积的物质转移量 周转率：流通率/库中营养物质总量 周转时间：库中营养物质总量/流通率,物质在库间的流通,流通量、周转率与周转时间是相对于库而言的 生产者库 流通率：20单位/天 周转率：20/100=20% 周转时间：100/20=5天 消费者库 流通率：4单位/天 周转率：4/50=8% 周转时间：50/

32、4=12.5天,影响物质循环速率的因素,元素的性质：有的元素循环的速率快，而有的则比较慢，这是元素化学特性和被生物有机体利用的方式不同所决定的。如CO2 1年,N 100万年 生物的生长速率：决定生物对物质吸收的速率以及物质在食物网中运动的速度,影响物质循环速率的因素,有机物质腐烂的速率：适宜的环境有利于分解者的生存，并使有机体很快分解，供生物重新利用 人类活动的影响： 开垦农田和砍伐森林引起土壤矿物质的流失，影响物质循环速率 化石燃烧把硫和二氧化硫释放大气中,13.2 全球水循环,水循环是太阳能推动，在陆地、大气和海洋间循环 地表总水量：1.4109km3，海洋约占97% 水的循环： 陆地：

33、蒸发(蒸腾)71,000km3，降水111,000km3 ，径流40,000km3 海洋：蒸发425,000km3，降水385,000km3,The Hydrologic Cycle,(40),(71),(111),(385),(425),(40),103km3,生态系统中的水循环,降雨,截留,穿透雨,蒸腾,渗透,土壤吸收,地表径流,地下径流,消费者,地面蒸发,13.3 碳循环,碳的重要性：生命元素、能量流动 碳库：海洋和大气、生物体 碳的存在形式：CO2，无机盐，有机碳 主要循环过程 生物的同化和异化过程 大气和海洋间的CO2交换 碳酸盐的沉淀作用 人类活动对碳循环造成严重影响，引起气候变化

34、的主要原因,The Carbon Cycle,The Carbon Cycle,92,90,750,6,1,1015gC,温室效应,温室效应（ Greenhouse effects ）：大气中对长波辐射具有屏蔽作用的温室气体浓度增加使较多的辐射能被截留在地球表层而导致温度上升 温室气体：二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、六氟化碳(SF6)、氟氯碳化物 (CFCs)、氢氟碳化物(HFCs)等 温室效应的影响 海平面上升，淹沒陆地 全球气候经常发生暴雨或干旱 土地沙漠化，生态环境改变,Carbon accumulation,CO2 has increased from its

35、 pre-industrial level data: recent records plus older data such as ice cores mostly fossil fuel burning,CO2排放,13.4 氮循环,氮的重要性 氮库：大气、土壤、陆地植被 生物可利用的氮的形式：NO32-、NO22-、NH4+ 氮循环的主要过程 固氮作用 氨化作用 硝化作用 反硝化作用,The Nitrogen Cycle,固氮作用,类型 闪电、宇宙射线、火山爆发等高能固氮 工业固氮：400摄氏度，200大气压下 生物固氮：固氮菌、与豆科植物共生的根瘤菌和蓝藻等自养和异养微生物 意义 平衡

36、反硝化作用 对局域缺氮环境有重要意义 使氮进入生物循环,硝酸盐NO3-+R,硝酸盐细菌,植体内蛋白质合成,植 食 动 物,各级肉食动物,死体及排泄物,亚硝酸盐细菌,氨NH4+,氨化作用 (细菌、真菌),反硝化细菌,蓝藻、闪电、固氮菌,大气N2,损失到 水体中,火山活动,氮在自然界的循环示意图,氨化作用、硝化作用和反硝化作用,氨化作用：由氨化细菌和真菌的作用将有机氮分解成为氨和氨化合物，氨溶水成为NH4+，为植物利用 硝化作用：在通气良好的土壤中，氨化合物被亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，供植物吸收利用 反硝化作用：反硝化细菌将亚硝酸盐转变成氮气，回到大气库中,13.5 磷循环,

37、磷循环属典型的沉积循环 磷以不活跃的地壳作为主要贮存库 磷的循环过程 岩石经土壤风化释放的磷酸盐和农田中施用的磷肥，被植物吸收进入植物体内 沿食物链传递，并以粪便、残体或直接以枯枝落叶、秸秆归还土壤 含磷有机化合物经土壤微生物的分解，转变为可溶性的磷酸盐，可再次供给植物吸收利用，这是磷的生物小循环。 一部分磷脱离生物小循环进入地质大循环 动植物遗体在陆地表面的磷矿化 磷受水的冲蚀进入江河，流入海洋,一个池塘生态系统的磷循环,磷在自然界的循环示意图,第十四章 陆地生态系统的主要类型及其分布,14.1 陆地生态系统分布的基本规律 14.2 陆地生态系统的类型及其分布 14.3 淡水生态系统的类型及

38、其分布 14.4 海洋生态系统的类型及其分布,14.1 陆地生态系统分布的基本规律,14.1.1 影响陆地生态系统分布的因素 14.1.2 植被分布的水平地带性 14.1.3 植被分布的垂直地带性 14.1.4 局域地形对植被的影响,14.1.1 影响陆地生态系统分布的因素,植被(vegetation)的概念 影响植被分布的主要因素 水热条件：水分和温度 水热条件变化的主要因素 纬度：纬向地带性 经度：经向地带性 海拔：垂直地带性,14.1.2 植被分布水平地带性,从低纬度向高纬度或沿经度方向从高到低的有规律分布 纬向地带性 经向地带性,纬向地带性,纬向地带性 由于热量沿纬度的变化，出现生态系

39、统类型有规律的更替 从赤道向两极依次出现 热带雨林 亚热带常绿阔叶林 温带落叶阔叶林 寒温带北方针叶林 苔原,赤道热带雨林 信风地形雨热带雨林 热带落叶林和湿润稀树草原 热带多刺灌丛和干稀树草原 热带荒漠 冷内陆荒漠 冬雨半荒漠或草原 冬雨硬叶疏林 寒冬草原 亚热(暖温)带常绿林 落叶阔叶林 海洋性落叶阔叶林 北方针叶林 亚北极(桦树)阔叶林 苔原 冻荒漠 海岸荒漠 雾荒漠 冬雨硬叶疏林(南半球) 半荒漠 亚热带草地 暖温带雨林 寒温带森林 垫状半荒漠或草原 亚南极草丛草地 南极内陆冰川,理想大陆的生物群落带格局,赤道热带雨林及其变体 常绿阔叶林及其变体 落叶阔叶林 北方针叶林 温带草原 湿润

40、稀树草原及疏林 干旱稀树草原及多刺灌丛 荒漠 苔原 冻荒漠,理想大陆的生物群落带格局,我国植被分布纬度地带性,从南自南沙群岛，北至黑龙江，跨50多个纬度 从南向北形成各种热量带：热带、亚热带、温带和寒温带 在湿润森林区域内，植被类型由南到北顺序为： 热带雨林 亚热带常绿阔叶林区 温带落叶阔叶林 寒温带针叶林区,经向地带性,在北美大陆和欧亚大陆，由于海陆分布格局与大气环流特点，水分梯度常沿经向变化 植被因水分状况而按经度呈带状依次更替 沿海的湿润区的森林 半干旱的草原 干旱区的荒漠,我国植被分布经度地带性,我国东西横跨经度约62度 陆地上大气降水的主要来源是海洋蒸发的水汽，我国东临太平洋，西连内

41、陆，受海洋季风影响的程度不同 我国从东到西水分条件从湿润到干旱的明显变化，依次分布三大植被区域 湿润森林 半干旱草原 干旱荒漠,14.1.3 植被分布的垂直地带性,温度、降水随海拔变化 海拔每上升100米，气温下降0.6度。相当于平地北移60公里 降水随高度的增加而增加，但达到一定界限后，降水量又降低 垂直地带性 由于海拔高度的变化，引起自然生态系统有规律地垂直交替 垂直带谱 随着海拔的升高而依次出现的植被带 具体顺序依不同地区而异,台湾玉山的植被垂直带谱,垂直带特点,垂直带谱的基带与该山体所地区的水平地带性植被相一致 越向高纬度，垂直带谱越简单，极地为冻原带，水平带与垂直带重合 在同一纬度内

42、，经度不同也影响山体植被的垂直带谱 如长白山（东经128度）、西部的天山（东经86度），两者均北纬42度。但长白山距海较近，属温带针阔叶混交林，天山位于内陆，属荒漠范围。,长白山天池的植被垂直带谱,垂直带与水平带的关系,植被类型在山体垂直方向上的成带分布和地球表面纬度水平分布顺序有相应性 垂直带与水平带上相应的植被类型，在外貌上也基本相似 纬向带的宽度较垂直带的宽度大得多 纬向带是相对连续的，而垂直带在是相对间断的 虽然纬度带、垂直带的植被类型分布顺序的相似性但，植物种类成分和群落生态结构有很大差异,垂直带与水平带,14.1.4 局部地形对植被的影响,坡向 南坡 北坡 坡度 平地 陡坡 缓坡

43、非地带性植被,陆地生态系统的水平分布格局,世界陆地主要植被及生态系统的类型,1.热带雨林 Tropic Rain Forest 2. 亚热带常绿阔叶林 Subtropic Evergreen Broad-leaved Forest 3. 温带落叶阔叶林 Temperate Deciduous Forest/ Summer Green Broad-leaved Forest 4. 北方针叶林 Boreal Forest 5. 草原 Steppe(欧亚大陆草原）/Prairie（北美大陆草原）/Pampas（南美草原）/Savanna（稀树草原）/Meadow（草甸草原） 6. 沙漠 Desert

44、 7. 苔原/冻原 Tundra,1. 热带雨林生态系统 （Tropic Rain Forest Ecosystem）,1.热带雨林生态系统 （Tropic Rain Forest）,（1）环境特征：高温高湿 终年高温多雨，年平均气温26以上，月平均温度多高于20，温度的日变幅2-9。 年降水25004500毫米，全年均匀分布，无明显旱季。在中午降大雨，雨后很快天晴。常年多云雾，日照率低。 土壤风化过程强烈，母岩崩解层深厚；土壤强烈淋溶，基性离子被冲走，留下三氧化物，被称为硅红壤化过程。 土壤养分极为贫膺，而且是酸性的。,（2）热带雨林生态系统的结构,种类组成：种类丰富多样，植物多木本 据统计

45、，组成热带雨林的高等植物在4万5千种以上，而且绝大部分是木本的。如马来半岛一地就有乔木9000种。在1.5公顷的样地内，乔木常达200种左右（圭那亚217种，尼日利亚192种）。这些乔木异常高大，常达46-55米，最高达92米，但胸径并不太粗，树干细长，而且少会枝（23级）。 热带雨林中还富有藤本植物和附生植物。 成因： 环境优越；热带陆地的古老性；自第三纪以来，这里的环境很少发生剧烈的变化。,动物种类繁多，特化普遍，大型动物多K对策 植被特点给动物提供了常年丰富的食物和多种多样的隐避场所，地球上动物种类最丰富的地区。(巴拿马附近的一个小岛上，面积不到0.5个平方千米，就有哺乳动物58种！但每

46、个种的个体数量少，捉100种动物容易，但捉一个种的着100个个体却很困难)。 长期进化过程中，生态位分化并特化，大多数热带雨林动物均为窄生态幅种类。 热带雨林的生境对昆虫，两栖类、爬虫类等变温动物特别适宜，它们在这里广泛发展，而且体驱巨大， 大型动物多K对策型。,（2）热带雨林生态系统的结构,热带雨林生物多样性及其丰富,热带雨林群落外貌结构 群落层次复杂而不明显乔木一般可分三层，第一层高3040米以上，树冠宽广，有时呈伞形，往往不连续；第二层一般20米以上，树冠长、宽相等；第三层10米以上，树冠锥形而尖，生长极密。再往下为幼树及灌木层，最后为稀疏的草本层，地面裸露或有薄层落叶。 协同进化：热带

47、雨林中，生态位分化极为明显。植物对群落环境的适应，达到完善的程度，每一个种的存在，几乎都以其他物种的存在为前提。,（2）热带雨林生态系统的结构,热带雨林群落外貌结构 发达的层间植物寄生现象突出，藤本植物多木本，粗如绳索或电线杆，一般长70米左右，有时达240米。其中大藤本可达第一乔木层或第二乔木层，主干不分枝，达天顶时则繁茂发育。小藤本多单子叶植物或蕨类，一般不超出树冠荫蔽的范围。 空中花园附生植物生长在乔木、灌术或藤本植物的枝叶上，其组成从藻、菌、苔藓、蕨类到高等有花植物均有。 绞杀植物有的植物开始附生在乔木上，并常杀死藉以支持的乔木，所以被称为“绞杀植物”如无花果属的一些种。,（2）热带雨

48、林生态系统的结构,热带雨林木本树种的生物学特性 板状根。第一层乔木最发达，第二层次之。每一树干具110条，一般35条，高度可达地面上9米。 独木成林 裸芽，乔木的叶子在大小、形状上非常一致，全绿，革质，中等大小。幼叶多下垂，彩色 老茎生花（结果）：在短枝上的叶芽或叶腋的潜伏芽形成，且多一年四季开花。 多昆虫传粉。 滴水叶尖。,（2）热带雨林生态系统的结构,热带雨林生态系统的季相特点：无明显的季相交替 组成雨林的每一个植物种都终年进行生长活动，但仍有其生命活动节律。乔木叶子平均寿命1314个月，零星凋落，零星添新叶。多四季开花，但每个种都有一个多少明显的盛花期。,（2）热带雨林生态系统的结构,（3）热带雨林生态系统的