第5章生态系统及其稳定性ppt.ppt

1、第5章 生态系统及其稳定性,第1节 生态系统的结构,森林中一棵大树死了，倒在地上，苔藓、藻类、蘑菇、白蚁、鼠均以这棵树为生，它们共同构成生态系统吗？,一.生态系统的概念,由生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体，叫做生态系统。,红树林是湿地生态系统,非生物的物质和能量,生产者,消费者,分解者,捕食关系,生态系统 的成分,营养结构 食物链（网）,生态系统的结构,生态系统的物质循环、能量流动就是顺着这种渠道进行的。,生态系统的成分之间的关系,非生物物质和能量,生产者,消费者,分解者,捕食,残枝败叶,尸体、粪便,光合作用,无机物,生产者,归类：,自养型生物,作用：,能将无机物合成有机物，为其

2、他生物提供食物和栖息场所。,举例：,光能自养型：绿色植物,化能自养型：硝化细菌,生产者是生态系统的基石,所有植物都是生产者吗？所有生产者都是植物吗？,如菟丝子,如硝化细菌,消费者,归类：,异养型生物：主要是动物,还有寄生生物、食虫植物,作用：,加快生态系统的物质循环，有的消费者对植物传粉或种子的传播等有重要作用,分 类,初级消费者(植食性动物): 次级消费者(肉食性动物1): 三级消费者(肉食性动物2):,分解者,归类：,异养型生物,作用：,将有机物分解为无机物，归还无机环境（在碳循环中将有机碳转变为无机碳）,举例：,腐生细菌 腐生真菌,一些动物：如蚯蚓,分解者是生态系统不可或缺的成分,对生态

3、系统的组成成分的理解：,1.生产者包括绝大多数的植物，进行光合作用的原核生物，化能合成作用的细菌。如：硝化细菌，铁细菌，硫细菌等。总之，自养生物都是生产者。 2.不是所有的植物都是生产者，如菟丝子，槲寄生。消费者不仅指动物，如捕蝇草。消费者和分解者都属于异养生物。 3.分解者主要指细菌，真菌等营腐生生活的微生物。还有一些腐食性动物，如蚯蚓，蜣螂，蛤，蚌，蟹等。 4.生产者和分解者是生物群落中最重要的两种成分，是连接生命世界和无机自然界的两个重要环节。而消费者不是必不可少的。,生产者、消费者、分解者的关系,紧密联系，缺一不可,初级消费者,次级消费者,三级消费者,四级消费者,第一营养级,第二营养级

4、,第三营养级,第四营养级,第五营养级,1、食物链,（二）食物链和食物网（生态系统的营养结构）,生产者,在生态系统中，各种生物之间由于食物关系而形成的一种联系。 （捕食链）,注意点:,1.这里的食物链都是指捕食链。每条食物链的起点总是生产者,终点是不被其他动物所食的动物。,2.营养级：食物链中的一个个环节称营养级，处在第几位即为第几营养级。生产者总是为第一营养级，其他营养级比消费级高一级。,4. 分解者不参与食物链的构成，不占营养级。,3.在食物网中，生产者相对稳定，即生产者比消费者稳定得多，当某一种群数量发生变化时，一般不用考虑生产者数量的增加或减少。处于最高营养级的种群，其食物有多种来源时，

5、若其中一条食物链中断，则种群数量不会发生较大的变化。,9.箭头所示方向为物质和能量的流动方向。箭头方向从低营养级指向高营养级，同时体现捕食与被捕食的关系。,8.食物网的复杂程度取决于有食物联系的生物种类而非生物数量。,7.各种动物所处的营养级的级别,并不是一成不变的。消费者不只以一种生物为食，是食物网形成的原因。,6.一条食物链上一般不会超过五个营养级，因为能量流动沿食物链是逐级递减的。,5.单条食物链中生物数量变化的关系：如果天敌减少，先增后减再稳定。,思考：下图是一个简化的食物网，据图分析回答下列问题,（1）该食物网由 条食物链组成。 （2）该生态系统的主要成分是 , 初级消费者是 。 （

6、3）处于第二营养级的生物有 种。 （4）蜘蛛和青蛙的种间关系为 。 （5）生态系统的四种成分中，该图上只体现了 种成分。未体现出来的成分是 。,5,草,植食性鸟类和食草昆虫,2,捕食和竞争,2,非生物的物质和能量以及分解者,错综复杂的食物网是生态系统保持相对稳定的重要条件,食物网越复杂，生态系统抵抗外界干扰的能力就越强,食物链和食物网是生态系统的营养结构，生态系统的物质循环和能量流动就是沿着这种渠道进行的,生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动。,生态系统的能量流动,、能量流动的起点：,从生产者固定太阳能开始,生产者光合作用固定的全部太阳能,3、生态系统能量流动的

7、渠道：,食物链和食物网（以有机物的形式）,2、流经生态系统的总能量：,4、生态系统能量的散失：,热能,5 生态系统能量形成转变顺序：,光能,化学能,热能,生态系统能量流动的特点：,逐级递减:,单向流动:,生产者,次级消费者,三级消费者,能量传递效率大约为10%20%,初级消费者,不循环，不可逆,能量在沿食物链流动的过程中是逐渐减少的,一条食物链的营养级不超过5个的原因是：,流经5个营养级后所剩下的能量不足以再维持一个种群生存的最小需要量。,1能量的输入 (1)几乎所有的生态系统 光能 有机物中的化学能 (2)特殊的生态系统深海热泉生态系统 无机物氧化产生的能量 有机物中的化学能,（3）能量流动

8、的起点：,从生产者固定太阳能开始,（4）流经生态系统的总能量：,生产者通过光合作用固定的太阳能总量,2能量的传递 (1)传递途径： (2)传递形式： (3)流入某一营养级的一定量的能量在足够长的时间内的去路可有三条：,自身呼吸作用散热消耗； 流入下一营养级； 被分解者分解利用。,能量传递效率大约为10%20%,能量传递效率=,下一营养级同化量,该营养级的同化量,X100%,食物链和食物网。,有机物中的化学能。,真正流入下一营养级的能量，应该是该生物的同化量， 即同化量=摄入量-粪便量 粪便量实际上是上一营养级的未被利用的成分，通过分解者将其分解。,一条食物链的营养级不超过5个的原因是：,流经5

9、个营养级后所剩下的能量不足以再维持一个种群生存的最小需要量。,3能量的散失 形式： 过程：,4、生态系统能量形成转变顺序：,光能,化学能,热能,热能，热能是能量流动的最后形式。,有机物(化学能),5能量流动特点的原因分析 (1)单向流动 能量流动是沿食物链进行的，食物链中各营养级之间的捕食关系是长期自然选择的结果，是不可逆转的。 各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用，因此能量流动无法循环。 (2)逐级递减 各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量； 各营养级的能量都会有一部分流入分解者，包括未被下一营养级生物所利用的部分。,能量金字塔：单位时间内各个营养级所得到的能量数值，由

10、低到高绘制成的图。 （能量金字塔基层营养级总是生产者）,A、B、C、D分别表示不同的营养级，每一层都有多种生物，因此，含有复杂的食物网，不是简单的一条食物链。 A、B、C、D的大小分别表示不同的营养级所得到的能量。 A、B、C、D的大小变化体现了能量流动的特点是逐级递减。,生物量金字塔：以生物组织的干重表示每一 个营养级中的总重量。,一般来说，绿色植物的生物量大于它们所养活的植食性动物的生物量，而植食性动物的生物量大于以它们为食肉食性动物的生物量。,但在湖泊和开阔的海洋这样的水域生态系统中，微小是单细胞藻类是只要的初级生产者，这些生物世代经历期短，繁殖迅速，只能积累很少的有机物，并且浮游生物对

11、它们的取食强度大，因而现存的生物量很小，这样就会出现金字塔的倒置。,生物数量金字塔：食物链不同环节上生物个 体的数量存在巨大的差异。,通常在食物链的始端个体数量多，之后的各环节上生物的数量逐渐减少。,但数量金字塔在某种情况下也可能出现倒置的现象，如一颗树上生活着许多昆虫。,研究能量流动的目的（意义）,合理调整能量的流动方向，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分,图是某个生态系统中的食物网简图，据图回答：若E生物种群总能量为7.1109kJ，B生物种群总能量为2.3108 kJ，从理论上计算A贮存的总能量最少为_ kJ。,有关计算,4.8107,第3节 生态系统的物质循环,物质循环的概念?,这

12、里的物质是指？,在哪两者之间循环？,组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，都不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程，这就是生态系统的物质循环。又叫生物地球化学循环。,主要是组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素,循环范围？,生物圈,物质循环离不开能量的驱动,森林是生物圈中能量流动和物质循环的主体,碳的循环过程,C循环的图解,化石燃料,无机环境,生产者,分解者,消费者,光合作用,呼吸作用,分解作用,呼吸作用,呼吸作用,燃烧作用,分解作用,摄食作用,形成石油、 天然气等。,形成石油、 天然气等,1.碳在生物群落和无机环境之间主要以（ ）的形式 进行。 2.绿色植物通

13、过（ ）使碳元素从大气中进入生物群落。 3.产生CO2的途径（碳进入大气的活动）有三条： 4.碳在无机环境中的存在形式是（ ）和（ ） 在生物群落中的存在形式主要是（ ）。 5.碳循环的特点：碳在无机环境和生物群落之间（ ）,CO2,光合作用,1.微生物分解（包括有氧呼吸和无氧呼吸）,2.动植物的呼吸作用,3.燃料的氧化分解（燃烧）,CO2,碳酸盐,有机物,往复循环，,全球性,6.只有生产者与无机环境之间的传递是相互的，其他成分 之间均为单向传递。,物质循环的平衡打破，将造成生态环境问题： 碳循环失衡 硫循环失衡 生物富集作用： a原因：化学性质稳定不易被分解；在生物体内积累而不易排出。 b过

14、程：随着食物链的延长而不断加强，即营养级越高，富集物的浓度越高。,温室效应,酸雨,是指环境中的一些污染物(如重金属、化学农药)通过食物链在生物体内大量积累的过程。,粪,叶,粪尿,茎叶加工物,粪,塘泥,粪尿,粪尿,鱼粪,原理：将废料变原料，能量和物质的多级利用。,（1）碳循环的形式： （2）碳在自然界中的主要存在形式： （3）碳在生物体内的存在形式： （4）碳进入生物体的途径： （5）碳在生物体之间传递途径： （6）只有生产者与无机环境之间的传递是相互的，其 他成分之间均为单向传递。,CO2,CO2,有机物,光合作用和化能合成作用,食物链和食物网,光合作用、化能合成作用,生物固氮、矿质元素的吸收

15、,矿质元素的吸收、直接吸收,CO2,N2、NH3、NO3-、NO2-、NH4+,SO2、SO42-,CO2,N2,SO2、H2S、SO42-,动植物的细胞呼吸、分解者的分解作用、燃烧,反硝化作用,分解者的分解作用、燃烧、火山爆发,1.在生物群落和无机环境间都是以无机物的形式循环,2.都经过生产者的作用进入生物群落。,3.在生物群落内部主要以有机物的形式传递,能量流动与物质循环的关系,以有机物形式流动,以无机物形式循环,单向流动、逐级递减,往复循环、全球性,生物群落各营养级之间,生物圈,（1）同时进行、相互依存 （2）物质是能量流动的载体 （3）能量是物质反复循环的动力 （4）能量流动和物质循环

16、是生态系统的主要功能,（3）图中D C过程是通过 作用实现的，C D过程是通过 作用实现的，B D过程是通过_ 作用实现的。碳循环始终与 结合在一起。 （4）生物群落中有一部分碳以_形式储藏在地层中。碳在无机环境中以 形式存在。,（1）此生态系统的能量流动是从 _ 固定太阳能开始的。 （2）碳元素在大气中与A、B、C之间的传递是以 _形式进行的，在生态系统各成分中A为 ，B为 。,右图示生态系统碳循环示意图，A、B、C、D是生态系统的成分，D为大气，请据图回答：,消费者,分解者,光合,呼吸,分解,能量,石油、煤炭等,CO2,CO2,（1）写出的生理过程及产生 CO2的方式。 _ _ _ _ （

17、2）碳在无机环境与生物群落之间以_形式进行循环。 （3）碳循环中最简单的循环途径是在_和大气之间的循环。,光合作用,呼吸作用,微生物分解作用,呼吸作用,燃烧,CO2,绿色植物,联系生活,某农户有如下经营模式：,请你根据所学的能量流动和物质循环的知识，建立新的经营模式，使农户减少投入，从而增加收入 。 (画出该生态系的结构模型）,如果滥伐森林、大量化石燃料燃烧，对生态系统的碳循环及生态环境有何影响？,破坏碳循环的平衡,大气中CO2含量增加,温室效应,关注社会,造成温室效应的主要原因是：,煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧,探究：土壤微生物的分解作用,微生物能分解落叶使之腐烂,微生物能分解淀粉,对土

18、壤高温处理,对土壤不做任何处理,土壤中是否含有微生物,在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组,微生物对土壤有分解作用,A杯加入30ml土壤浸出液,B杯加入30ml蒸馏水,烧杯中是否含淀粉,土壤浸出液中的微生物能分解淀粉,A1不变蓝,B1变蓝,A2产生砖红色沉淀,B2不变色,生态系统的功能：,1.能量流动 2.物质循环 3.信息传递,物质循环是生态系统的基础， 能量流动是生态系统的动力。 信息传递决定着能量流动和物质循环的方向和状态。,什么是信息？,一般将可以传播的消息、情报、指令、数据与信号等称作信息,有机物(化学能),信息传递特点：,单向或双向,生命系统的信息观,细胞生命系统（细胞内部信息

19、流） 例：DNAmRNA蛋白质,个体生命系统 例：神经调节中的电信号、化学信号 激素调节中的激素 免疫调节中的抗原信号等,生态系统中信息的种类,生态系统中的光、温度、湿度、磁力等通过物理过程传递的信息,生物在生命活动过程中，产生的一些可传递信息的化学物质,动物的能对同种或异种生物传递信息的行为特征,生态系统中信息的种类除上述3种外，还有一种称为营养信息。,信息传递在农业生产中的应用,有利于生命活动的正常进行,有利于生物种群的繁衍,提高农产品或畜产品的产量,对有害动物进行控制。,生态系统中信息的作用,调节生物的种间关系，维持生态系统的稳定,信息传递与能量流动、物质循环的关系,生态系统发展的发展趋

20、势： 生物种类多样化；结构复杂化；功能完善化,生态系统只有发展到一定阶段才具有稳定功能。,生态系统的稳定性,生态系统稳定性的概念,生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力，叫做生态系统的稳定性。,生态系统的稳定性包括生态系统的结构稳定性和生态系统功能稳定性。,结构稳定性：指生态系统中生产者、消费者、分解者在种类数量上能较长时间地保持相对稳定。,功能稳定性：指生态系统的物质和能量的输入和输出基本相等。,河流受到轻微的污染时，能通过物理沉降、化学分解和微生物的分解，很快消除污染，河流中生物的种类和数量不会受到明显的影响。 这些例子说明什么？ 生态系统的自我调节能力跟哪些因素有关？ 生

21、态系统的自我调节能力是无限的吗？,生态系统的稳定性的原因： 是由于生态系统具有自我调节能力。,（1）与生态系统的生物种类多少和营养结构的复杂程度有关；,（2）自我调节能力有一定限度。,生态系统的自我调节能力包括正反馈调节和负反馈调节,负反馈调节在生态系统中普遍存在，它是生态系统自我调节能力的基础。（生物种类越多，自动调节能力越强）,负反馈调节存在于生态系统、生物群落以及生物群落和无机环境之间,生态系统的稳定性来自抵抗力稳定性和恢复力稳定性两个方面。,概念：生态系统抵抗外界干扰使自身结构功能保持原状的能力。,抵抗力稳定性,例如：乡村一个池塘，每天都有人到池塘边洗东西，可每天早晨池水依然清澈如故,

22、越简单,越小,越低,越复杂,越大,越高,群落中生物种类越多，个体数量分布越合理，越有利于能量流动，其抵抗力稳定性越大。,概念：生态系统受到外界干扰使自身结构功能破坏后恢复原状的能力。,恢复力稳定性,例如：一片草地上发生火灾后，第二年就又长出茂密的草本植物，动物的种类和数量也能很快恢复。,对一个生态系统来说，抵抗力稳定性与恢复力稳定性存在相反关系。,抵抗力稳定性与恢复力稳定性的关系,抵抗力稳定性和恢复力稳定性呈负相关,生态系统抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系,图中两条虚线之间的部分表示生态系统功能正常的 作用范围。 y表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小，偏离的大小可以作为抵抗力稳定

23、性的定量指标，偏离大说明抵抗力稳定性弱，反之，抵抗力稳定性强。如热带雨林与草原生态系统相比受到相同干扰，草原生态系统的y值要大于热带雨林的y值。,x可以表示恢复到原状所需的时间；x越大，表示恢复力稳定性越弱，反之，恢复力稳定性越强。 TS表示曲线与正常范围之间所围成的面积，可作为总稳定性的定量指标，这一面积越大，即x与y越大，则说明这个生态系统的总稳定性越低。,极地苔原（冻原） 由于其物种组分单一、结构简单，它的抵抗力稳定性很低， 在遭到过度放牧、火灾等干扰后，恢复的时间也十分漫长。 因此，直接将抵抗力稳定性与恢复力稳定性比较，可能这种分析本身就不合适。 如果要对一个生态系统的两个方面进行说明

24、，则必须强调它们所处的环境条件。环境条件好，生态系统的恢复力稳定性较高，反之亦然。,注意： 1.沙漠生态系统、北极苔原生态系统、冻原等脆弱的生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性都低。,2.食物网简化是生态系统遭到严重破坏的主要标志。,4.外界干扰刚产生时，主要是抵抗力稳定性起作用。,3. 所有生态系统均有抵抗力稳定性和恢复力稳定性,人类的生存离不开一个适宜稳定的环境。,人类的发展离不开一个适宜稳定的环境。,走可持续发展的道路需要一个适宜稳定的环境。,意义:,提高生态系统的稳定性,提高生态系统的稳定性：,一方面要控制对生态系统干扰的程度，对生态系统的利用应该适度，不应超过生态系统的自我调节能力；

25、,另一方面要对人类利用强度较大的生态系统，应实施相应的物质、能量投入，保证生态系统内部结构与功能的协调。,实验：设计并制作生态缸，观察其稳定性 1实验原理 (1)生态系统的稳定性与它的物种组成、营养结构和非生物因素都有着密切的关系。 (2)将少量植物，以这些植物为食的动物和其他非生物物质放入一个密封的生态缸中，便形成一个人工模拟的微型生态系统。 (3)观察生态缸中生物的生存状况和存活时间的长短，了解生态系统的稳定性及影响稳定性的因素。,2基本操作要求 (1)生态缸的设计要求及分析,生态缸必须是封闭的,防止外界生物或非生物因素的干扰,生态缸中投放的几种生物必须具有很强的生活力，成分齐全(具有生产

26、者、消费者和分解者),生态缸中能够进行物质循环和能量流动，在一定时期内保持稳定。应时常放入少量尿素，提供氮源。,生态缸的材料必须透明,为光合作用提供光能；便于观察,2基本操作要求 (1)生态缸的设计要求及分析,生态缸宜小不宜大，缸中的水量应占其容积的4/5，要留出一定的空间,便于操作；缸内储备一定量的空气。水分不能过少，水分过少不能满足小鱼和植物需要。,生态缸的采光用较强的散射光,防止水温过高导致水生植物死亡,选择生命力强的生物，动物不宜太多，个体不宜太大,减少对O2的消耗， 防止生产量消耗量,(2)生态缸稳定性观察与分析 观察稳定性，可通过观察动植物的生活情况、水质变化、基质变化等判断生态系

27、统的稳定性。 由于生态缸中的生态系统极为简单，自我调节能力极差，所以抵抗力稳定性极低，生态系统的稳定性极易被破坏。因此，生态缸内的生物只能保持一定时间的活性。 如果生态缸是一个开放的生态系统，则生态系统的成分复杂，自我调节、自我修复和自我延续的能力强，在没有巨大外界环境干扰的情况下会长期保持相对稳定。,1.在图中，小方格代表不同的环境因子（空间、温度等），4个不规则的图形代表了、4个生物在生态系统中的环境因子的情况。如果资源是有限的，最有可能被排除的生物是（） A. B. C. D. ,A,2.如果一个生态系统中有4种生物，它们可以形成下面几种营养结构，如图所示，其中最稳定的是( ),甲,乙,丙,丁,甲,乙,丙,丁,甲,乙,丙,丁,甲,丁,乙,丙,A,B,C,D,B,第6章 生态环境的保护,第1、2节 人口增长对生态环境的影响 保护我们共同的家园,人口增长对生态环境将会造成什么影响？ 燃料需求增加、人均耕地减少、植被破坏、环境污染加剧以及水、矿产资源短缺。,环境污染发生的原因：,外来干扰超过了生态系统自我调节能力限度。