第五章+生态系统

1、第五章、什么是生态系统？,一、生态系统的基本概念 二、生态系统的组成与结构 三、食物链和食物网 四、营养级与生态金字塔 五、生态效率 六、生态系统的反馈调节和生态平衡,一、生态系统的基本概念,英国生态学家 A .GTansley 生态系统(ecosystem)：就是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。 微生物系统生物圈,Ecosystem defined: a community of organisms and its corresponding abiotic environment through which m

2、atter cycles and energy flows,Wide variation in ecosystems Boarders can be well defined or vague Can be natural or artificial, managed or wild Wide range in scale Common to all ecosystems: energy flow and cycling of matter,构成系统至少要有3个条件： 1、系统是由许多成分组成的； 2、各成分间不是孤立的而是彼此互相联系、互相作用的； 3、系统具有独立的、特定的功能。,二、生态

3、系统的组成与结构,一、非生物环境 二、生产者 三、消费者 四、分解者,一、非生物环境,非生物环境包括参加物质循环的无机元素和化合物(如C、N、C02、02、Ca、P、K)、联系生物和非生物成分的有机物质(如蛋白质、糖类、脂类和腐殖质等)和 气候或其他物理条件(如温度、压力)。,二、生产者,生产者：能以简单的无机物制造食物的自养生物 有根植物 漂浮植物 藻类,三、消费者,消费者：是针对生产者而言，它们不能从无机物质制造有机物质，而是直接或间接依赖于生产者所制造的有机物质，属于异养生物 食草动物 食肉动物 大型食肉动物或顶极食肉动物,四、分解者,分解者是异养生物，其作用是把动植物残体的复杂有机物分

4、解为生产者能重新利用的简单化合物，并释放出能量，其作用正与生产者相反 池塘中：细菌和真菌； 蟹、软体动物和蠕虫等无脊椎动物 草地中：细菌和真菌， 蚯蚓、螨等无脊椎动物,Millipede,Bacteria and archaea,Pillbugs,Nematodes,Earthworm,Mushroom,Centipede,Spider,Salamander,Puffball,Predators of decomposers,Primary decomposers:,三、食物链和食物网,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称为

5、食物链(food chain)。 研究证明DDT在水中浓度为5.0 x10-11，浮游植物4.0 x10-8，蛤中4.2x10-7到银鸥达75.5x10-6，扩大了百万倍这个作用称为生物扩大作用,四、营养级与生态金字塔,营养级：是指处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。 由于能流在通过各营养级时会急剧地减少，所以食物链就不可能太长、生态系统中的营养级一般只有四、五级很少有超过六级的。,生态系统中的能流是单向的，通过各个营养级的能量是逐级减少的，原因是： 1、各营养级消费者不可能百分之百地利用前一营养级的生物量，总有一部分会自然死亡和被分解者所利用； 2、各营养级的同化率也不是百分之百，总有一

6、部分变成排泄物而留于环境中，被分解生物所利用； 3、各营养级生物要维持自身的生命活动，总要消耗一部分能量，这部分能量变成热能而耗散掉。,五、生态效率,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，常以百分数表示。,一、常用的几个能量参数,摄取量（I）：表示一个生物所摄取的能量。 同化量（A）：消费者吸收所采食的食物能 呼吸量（R）：指生物在呼吸等新陈代谢和各种活动中所消耗的全部能量 生产量(P)：指生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值,营养级位之内的生态效率,同化效率：指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。,生长效率,

7、通常植物的生长效率大于动物，大型动物的生长效率小于小型动物的年老动物的生长效率小于幼年的，变温动物的大于恒温动物的，通常生物的组织生长效率高于其生态生长效率。,营养级位之间的生态效率,消费效率（或利用效率）,林德曼效率,相当于同化效率、生长效率和消费效率的乘积；但也有学者把营养级间的同化能量之比值视为林德曼效率。,六、生态系统的反馈调节和生态平衡,1、反馈调节 反馈：就是系统的输出变成了决定系统未来功能的输入。 一个系统，如果其状态能够决定输入，就说明它有反馈机制的存在。 开放系统如果具有调节其功能的反馈机制(feedback mechanism)，该系统就成为控制系统,2、生态平衡,生态平衡

8、：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。 由于生态系统具有负反馈的自我调节机制，所以在通常情况下，生态系统会保持自身的生态平衡。,生态系统的自我调节功能是有一定限度的。当外来干扰因素(如火山爆发、地震、泥石流、雷击火烧、人类修建大型工程、排放有毒物质、喷洒大量农药、人为引人或消灭某些生物等)超过一定限度的时候，生态系统自我调节功能本身就会受到损害，从而引起生态失调，甚至导致发生生态危机。,思考题,1、生态系统有哪些组成成分，阐述它们各自在生态系统物质循环和能量流动中的功能定位？ 2、说明摄取量、同化量、呼吸量、生产量之间的关系

9、？,生态系统中的能量流动,一、生态系统中的初级生产 二、生态系统中的次级生产 三、生态系统中的分解 四、生态系统中的能量流动 五、异养生态系统的能流分析 六、生态系统能流模型 七、生态系统中的信息及其传递,一、生态系统中的初级生产,初级生产量(第一性生产)：植物所固定的太阳能或所制造的有机物质。 GP=NP+R,生产量与生物量：生产量含有速率的概念，指单位时间单位面积上的有机物质生产量，单位是Jm2 .a ，生物量是指在某一定时刻调查时单位面积上积存的有机物质单位是干重gm2或Jm2,在陆地上，热带雨林是生产量最高的，平均2200 g(m2.a),由热带雨林向温带常绿林、落叶林、北方针叶林、稀

10、树草原、温带草原、寒漠和荒漠依次减少。 沼泽和某些作物栽培地是属于高生产量的,初级生产的生产效率,初级生产量的限制因素,（一）陆地生态系统,初级生产量的限制因素,（二）水域生态系统,初级生产量的测定方法,收获量测定法 氧气测定法 CO2测定法 放射性标记物测定法 叶绿素测定法,二、生态系统中的次级生产,1、次级生产的一般生产过程：,2、次级生产量的测定,某一动物种群的能量收支： P=C FU R P净次级生产量 C动物从外界摄食的能量 FU粪、尿能量 R呼吸能量,3、次级生产生态效率,研究表明： 1）、 植物种群增长率高、世代短、更新快，其被利用的百分比就较高； 2）、草本植物的支持组织比木本

11、植物的少，能提供更多的净初级生产量为食草动物所利用； 3）、小型的浮游植物酌消费者(浮游动物)密度很大利用净初级生产量比例最高。,三、生态系统中的分解,1、分解过程的性质 2、分解者 3、资源质量与分解作用的关系 4、理化环境对分解作用的影响,分解实际上是一个很复杂的过程，是碎裂、异化和淋溶三个过程的综合。 由于物理的和生物的作用，把尸体分解为颗粒状的碎屑称为碎裂。 有机物质在酶的作用下分解，从聚合体变成单体，例如由纤维素变成葡萄糖，进而成为矿物成分，称为异化。 淋溶则是可溶性物质被水所淋洗出，是一种纯物理过程。 在尸体分解中、这三个过程是交叉进行、相互影响的。,四、生态系统中的能量流动,1、

12、研究能量传递规律的热力学定律 2、食物链层次上的能流分析 3、实验种群层次上的能流分析 4、生态系统层次上的能流分析,热力学定律,第一定律：在自然界发生的所有现象中，能量既不能消失也不能凭空产生，它只能以严格的当量比例由一种形式转变为另一种形式。 第二定律：在封闭系统中，一切过程都伴随着能量的改变，在能量的传递和转化过程中，除了一部分可以继续传递和作功的能量(自由能)外，总有一部分不能继续传递和作功，而以热的形式消散。,2、食物链层次上的能流分析,3、实验种群层次上的能流分析,4、生态系统层次上的能流分析,七、生态系统中的信息及其传递,生态系统中所包含的信息： 物理信息 化学信息 行为信息 营

13、养信息,1、物理信息,生态系统中以物理过程为传递形式的信息称为物理信息。 光信息 声信息 电信息 磁信息,2、化学信息,动物与植物间的化学信息 动物之间的化学信息 植物之间的化学信息,生态系统中的物质循环,一、物质循环的一般特点 二、水循环 三、气体型循环 四、沉积型循环 五、有毒有害物质循环,物质循环 ： 生态系统从大气、水体和土壤等环境中获得营养物质，通过缘色植物吸收，进入生态森统，被其他生物重复利用，最后，再归还于环境中的过程称为物质循环,又称生物地球化学循环。,一、物质循环的一般特点,库：是由存在于生态系统某些生物或非生物成分中一定数量的某种化合物所构成的。 对于某一种元素而言，存在一

14、个或多个主要的蓄库。,影响物质循环速率因素：,1、循环元素的性质：即循环速率由循环元素的化学特性和被生物有机体利用的方式不同所致； 2、生物的生长速率：这一因素影响着生物对物质的吸收速度和物质在食物链中的运动进度； 3、有机物分解的速率：适宜的环境有利于分解者的生存，并使有机体很快分解，迅速将生物体内的物质释放出来，重新进入循环。,物质循环类型,水循环 气体型循环 沉积型循环,水循环,水循环,气体型循环,特点： 1、以大气和海洋为主要储存库，循环与大气和海洋密切相联，具有明显全球性，循环性能最为完善。 2、属于气体型循环的物质，其分子或某些化合物常以气体的形式参与循环过程。 3、气体循环速度比

15、较快，物质来源充沛，不会枯竭 如：氧、二氧化碳、氯、氯、滇、氟等。 碳循环 氮循环,碳循环,碳的主要循环形式是从大气的二氯化碳蓄库开始，经过生产者的光合作用，把碳固定，生成糖类，然后经过消费者和分解者，在呼吸和残体腐败分解后，再回到大气蓄库中。 全球碳库261015 吨,碳的存在形式,1、以碳酸盐形式存在于岩石圈 2、贮存在化石燃料中 3、以二氧化碳形式存在于水圈和大气圈 大气圈中二氧化碳浓度昼夜与季节变化,CO2, CH4,氮循环,氮主要存在于大气，氮气是一种惰性气体，植物不能够直接利用。 硝酸盐和亚硝酸盐,沉积型循环,特点： 1、主要蓄库与岩石、土壤和水相联系。 2、沉积型循环速度比较慢，

16、周期长。 3、沉积型循环物质的主要储库在土壤、沉积物和岩石中，而无气体状态 沉积型循环的物质有：磷、硫、钙、钾、钠、镁、锰、铁、铜、硅等， 磷循环 硫循环,磷循环,硫循环,有毒有害物质循环,1、无机化合物 2、有机化合物 3、重金属,思考题,1、气体型循环和沉积型循环物质在生态系统中循环中有哪些异同？ 2、与一般营养物质相比较，有毒物质在生态系统中循环有哪些特点？,陆地生态系统,一、陆地生态系统的特征 二、森林生态系统 三、草地生态系统 四、荒漠生态系统,一、陆地生态系统的特征,1、影响陆地生态系统分布的因素 起主导作用的因素是水陆分布和各地太阳高度角的差异所导致的太阳辐射量的多少及其季节分配

17、，以及与此相联系的水热状况。 纬度 经度 海拔,一、陆地生态系统的特征,2、陆地生态系统的水平分配格局 纬度地带性 3、陆地生态系统的垂直分配格局 山地垂直带谱,二、森林生态系统,世界林地面积从6109 hm2下降到1985年的4109 hm2，占陆地总面积的45.8%降低到31.7% 森林的主要类型： 1、热带雨林 2、常绿阔叶林 3、落叶阔叶林 4、北方针叶林,1、热带雨林,环境条件： 热带雨林分布区域终年高温多雨，年平均气温26 以上，年降水25004500mm，全年均匀分布，无明显旱季。土壤养分贫瘠雨林所需的营养成分，几乎全部贮备于植物量中，植物死去后，很快矿质化，并直接被根系吸收，形

18、成一个几乎封闭的循环系统。,1、热带雨林,热带雨林特点： 种类组成极为丰富 群落结构复杂 乔木特殊构造 无明显季相交替,2、常绿阔叶林,常绿阔叶林分布区夏季炎热多雨、冬季少雨而寒冷，春秋温和，四季分明，年平均气温16一18 ，最热月平均2427，最冷月平均38，冬季有霜冻，年降水10001500mm 是亚热带大陆东岸湿润季风气候下的产物，主要分布于欧亚大陆东岸北纬22。一40。之间。此外，我国常绿阔叶林是地球上面积最大(人类开发前约2.5x106km2)、发育最好的一片。,3、落叶阔叶林,落叶阔叶林又称夏绿林，分布于中纬度湿润地区。年平均气温8一14 ，一月平均气温多在0之下(-3一-22)、

19、7月平均气温2428，年降水量500一1000 mm。 由于生长区冬季寒冷，树木仅在暖季生长，入冬前树木叶子枯死并脱落。这类森林主要分布于北美中东部、欧洲及我国温带沿海地区。,4、北方针叶林,北方针叶林地区处于寒温带，年平均气温多在0之下，夏季最长一个月，最热月平均1522，冬季长达9个月之上，最冷月平均-2l一-38，年降水量400一500mm，集中于夏季。 北方针叶林分布在北半球高纬度地区，面积约1.2x107km2，仅次于热带雨林，由于这里气候寒冷，土壤有水冻层，不适于耕作，所以自然面貌保存较好。,三、草地生态系统,1、草原生态系统 草原是内陆干旱到半湿润气候条件的产物，以耐旱的多年生禾草占优势，世界草原面积为2.4x107km2，为陆地总面积的1/6 2、草甸生态系统 出现在不同生物气候地带的河漫滩等低湿地和林间空地由喜湿润的中生草本植物组成,草原生态系统 温带草原：寒温草原带、中温草原带、 暖温草原带 热带草原（稀树草原）： 分布在热带和亚热带，一年中存在一到两个干旱期，加上频繁的野火，限制了森林的发育。,四、荒漠生态系统,荒漠是地球上最耐旱的以超旱生的灌木、半灌木或小半灌木占优势的地上部分不