1、 第三章第三章 植物在生态系统中的作用植物在生态系统中的作用最新.1 3 初级生产 3.1 初级生产力的概念初级生产力的概念 3.2 影响初级生产的主要因素影响初级生产的主要因素 3.3 初级生产力的分布初级生产力的分布 4 植物与生态系统的平衡 4.1 植物在生态平衡中的基础植物在生态平衡中的基础 4.2 植物的生物多样性与生态平衡植物的生物多样性与生态平衡 5 植物与生态系统的生态服务 5.1 资源保障资源保障 5.2 环境支持环境支持一 主要内容最新.2 1 本节重点本节重点 (1)(1) 初级生产的形成过程；初级生产的形成过程； (2)(2) 影响初级生产的因素影响初级生产的因素; (
2、3)(3) 初级生产在地球上的分布。初级生产在地球上的分布。 2 本节难点本节难点 (1) C(1) C3 3、C C4 4和和CAMCAM植物在环境中表现出来的光合效率的植物在环境中表现出来的光合效率的差异性；差异性； (2) (2) 植物在生态系统中是如何发挥作用的。植物在生态系统中是如何发挥作用的。二 本节重难点最新.3三 讲授新课初级生产者的光合作用光太阳水、二氧化碳氧气、有机物（糖类）消费者、分解者及植物的呼吸废热宇宙植物作为初级生产者示意图最新.4最新.53.1 初级生产力的概念1 概念:是指单位面积和时间内生态系统中的植物固定能量、生产有机质的数量。有时也称为初级生产量。其表示方
3、法有两种：(1)以固定能量的多少来表示（cal.m-2.a-1)；(2)以生产有机质的多少来表示(g.m-2.a-1)。总初级生产力总初级生产力(Gross Primary Productivity，Pg) ：植物在单位面积和时间内生产有机物质的总量或固定同化的总能量。净初级生产力净初级生产力(Net Primary Productivity，Pn)：植物呼吸消耗(Respiration，R)后剩下的有机物质的量或能量。公式为：Pn=Pg-R2 其形式最新.6 3 净增生物量净增生物量(Net Gainable Biomass，B)：单位时间内单位面积所增加的植物生产量,公式为B= Pn-L-
4、G；其中L为一定时间内植物的凋落物(Litter)；G为被动物或其他消费者所啃食(Grazing，G)的量。4 生物量生物量(Biomass)：地表单位面积内现存的活植物体总量或贮存的总能量，即现存量(Standing Crop)，常用kg.m-2或t.hm-2表示。Pn= B+ L+ G不同生态系统的植物、同一生态系统中植物的不同发育阶段L、G的大小不同。一般成熟的生态系统中，净初级生产力主要用于维持系统中动物的取食和变成凋落物，基本没有净增生物量。最新.7C4植物纤毛蒺藜草 68甘蔗属 64 苏丹草 57 玉米 55 C3植物草本植物 波依奥小麦 45 宽叶香蒲 43 稻 40 向日葵 2
5、8 大豆 27 凤眼蓝 20表3-1不同植物或植被的净初级生产力（以固定CO2量表示，u.mol.m-2.s-2)最新.8木本植物 柳属 2035 杨属 2025 三叶胶 2026 臭椿 20 少花桉 15 20 欧洲赤松 17CAM植物梅皮萨加龙舌兰 34 富尔克罗依德龙舌兰 23 印度仙人掌 20 表3-1不同植物或植被的净初级生产力（以固定CO2量表示，u.mol.m-2.s-2)最新.9总初级生产效率经常用总初级生产量的能量与同一时期内相应面积所吸收太阳的辐射能来表示。一般地，植物能够利用的太阳能总量是很有限的。热带雨林和湿地大多数森林草原和高原干草原、半荒漠 最新.10 3.2.1
6、光合能力 3.2.1.1 光合效率 a 光合作用的基本过程3.2 影响初级生产的主要因素最新.11最新.12光反应光反应：植物叶绿体把光能俘获，形成高能电子。可表述为：2H2O+2NADP+2ADP+2Pi8hv（光量子） 叶绿体2NADPH2+2ATP+O2暗反应暗反应：发生在叶绿体内部，利用从光反应中得到的能量和还原性物质，固定二氧化碳并形成糖类的过程。可表述为：nCO2+2nNADPH2+2nATP酶（CH2O)n+2nADP+2nNADP+2nPi+nH2O最新.13b CO2的固定和还原C3途径（戊糖磷酸途径、卡尔文-本森循环）C4途径（二羧酸途径、哈奇-斯莱克-科特萨克途径）CAM
7、途径（景天酸途径）c C3植物、C4植物、CAM植物把二氧化碳以C3途径的形式固定和还原的植物称为C3植物，其他相应地称为C4植物、CAM植物。最新.14植物在二氧化碳固定方式的差异，是同它所在环境的水、热条件密切联系在一起的。C4植物在热量条件好、水分相对充足时，光合效率高于C3植物；CAM植物更适合在干旱环境中，避免在高温条件下开放气孔吸收二氧化碳，对保存水分特别有利。最新.15最新.16最新.17最新.18最新.19特征特征C3 C4CAM叶结构叶结构片状叶片状叶肉，薄肉，薄壁组织壁组织维管束维管束鞘鞘叶肉呈辐射状排列在绿叶肉呈辐射状排列在绿色薄壁组织维管束鞘周色薄壁组织维管束鞘周围围大
8、液泡大液泡叶绿体叶绿体颗粒状颗粒状（层积（层积类囊体）类囊体）叶肉：颗粒状；维管束叶肉：颗粒状；维管束鞘细胞：颗粒状或非颗鞘细胞：颗粒状或非颗粒状（片状类囊体）粒状（片状类囊体）颗粒状颗粒状叶绿素叶绿素a/b约为约为3约约-10%-20%约约-10%-20%CO2最最初受体初受体RuBP(底物：底物：CO2)约约-10%-20%约约-10%-20%光合作光合作用最初用最初产物产物C3酸酸（PGA)约约-10%-20%约约-10%-20%最新.20光和产光和产物中碳物中碳与同位与同位素的比素的比率率 约约-20%-40%约约-10%-20%约约-10%-35%光合作光合作用的氧用的氧抑制抑制 有
9、有 无无 有有在光下在光下CO2的的释（表释（表观光呼观光呼吸）吸） 有有 无无 无无最新.21最适温度最适温度CO2补偿浓度补偿浓度30 50umol10umol 在光下： 0 200mol在暗中： 5umol叶肉阻力与叶肉阻力与最小最小气孔阻力的气孔阻力的比率比率4 5 0.5 1最新.22特征特征C C3 3 C C4 4CAMCAM净光合净光合能力能力微小至高微小至高高至非常高高至非常高在光下：微小在光下：微小在暗中：中等在暗中：中等光合用光合用的光饱的光饱和作和作在中等强度在中等强度时时无饱和，甚至在无饱和，甚至在最强光时最强光时在中等至高强在中等至高强度度同化产同化产物再分物再分配
10、配慢慢快快不定不定干物质干物质生产生产中等中等高高低低 表表3-23-2 具有不同二氧化碳固定方式的植物的特征具有不同二氧化碳固定方式的植物的特征最新.23在正常大气条件下，光合作用效率由高到低依次为C4植物、C3植物、CAM植物。如表3-3所示： 植物类群 CO2吸收 umol/m2/s mg/g/hC4植物 3060（70） 60140C3植物 作物 2040 3060 向阳生境的中生植物 2030（40） 3060 阴地植物 2（5）10 1030 干燥生境的植物 1530 1540CAM植物 在光照下 2（5）12 0.32 在黑暗下 610（20） 11.5最新.24 2040608
11、0 100C4 植 物 的 比 率/% 1000 2000 3000 400015202530生 物 量 的 15C 值/% 海拔高度/m15C值 C4的比率图3-8 不同海拔条件下C4植物的比例最新.25如上图所示，在C4植物不断降低。物丰富地区，随着海拔高度增加，C4植物比例不断降低。几种植物分布如下：植物主要分布地区C3植物分布极广，主要分布在温带和寒带C4植物热带、亚热带半湿润地区CAM植物分布十分广泛，大多是在周期性干旱环境和贫瘠的生境中最新.26 1 光合时间(Photosynthetic Time)：植物在整个生育期，或者全年中进行光合作用的时间。 2 自然条件下，不同水、热条件
12、地区的植物，能够进行光合作用的时间有很大差异。一般地，热带、亚热带湿润和半湿润地区的植物光合时间最长；热带和亚热带干旱和半干旱地区、温带地区光合时间较短。 3 相应措施： 人工补充光照时间，如早播和育苗移栽等； 合理施肥3.2.1.2 光合时间最新.273.2.1.3 光合面积1 光合面积光合面积：是进行光合作用的植物叶片的面积。对于一个植物个体或植物群体而言，叶面积通常用叶面积指数(Leaf Area Index,简称LAI)来衡量，它的计算公式是： LAI=相应土地面积上叶片总面积 土地面积2 最适叶面积指数最适叶面积指数：是植物群体达到最大光合作用效率的叶面积指数，因不同的植物，以及同一
13、植物在不同的生长发育阶段而有较大差别。最新.28在自然植物群落中，尤其是在极端的生境中，虽然植物的叶面积较大，其光合效率也较低，这也与它们对极端温度和水分条件的适应有关。3 在栽培植物群落中，一般采取培育新品种和间作套种、及施肥来提高群落的总的光合效率。最新.29光光合合面面积积在生产上的应用在生产上的应用对光合作用的影响对光合作用的影响外因外因合理密植、修剪合理密植、修剪反应速率反应速率叶面积指数叶面积指数24680ABC光合作用实际量光合作用实际量净光合作用量净光合作用量呼吸作用量呼吸作用量净光合作用量净光合作用量光合作用实际量光合作用实际量呼吸作用量呼吸作用量光合面积饱和点光合面积饱和点
14、问：问：叶面积指数超过哪点，植物无法生活下去？叶面积指数超过哪点，植物无法生活下去？D最新.303.2.2 光照、温度和水分条件光合速率光合速率光饱和点光饱和点光照强度光照强度最新.31C：光饱和点：光合速率最大时的光照强度。：光饱和点：光合速率最大时的光照强度。A点：光照强度为零，只有呼吸作用点：光照强度为零，只有呼吸作用光光照照强强度度最新.32温温度度在生产上的应用在生产上的应用对光合作用的影响对光合作用的影响外因外因光合速率光合速率温度温度102030 40500ABC温度会直接影响酶的活性温度会直接影响酶的活性.（ 主要是影响暗反应）主要是影响暗反应）1.1.适时播种适时播种2.2.
15、温室栽培时温室栽培时, ,白天白天适当提高温度适当提高温度, ,晚上晚上适当降温适当降温（增加昼（增加昼夜温差）。夜温差）。最新.33水水在生产上的应用在生产上的应用对光合作用的影响对光合作用的影响外因外因1.水是光合作用的原料水是光合作用的原料2.水是体内各种化学反应的介质水是体内各种化学反应的介质3.水还影响气孔的开闭水还影响气孔的开闭,间接影响间接影响CO2进入植物体进入植物体预防干旱预防干旱合理灌溉合理灌溉最新.34最新.353.2.3 二氧化碳和其他营养条件acbde二氧化碳最新.36营养条件积极影响：增施氮、磷、钾肥等矿质元素；消极影响：富营养化最新.37最新.383.3 初级生产
16、力的分布初级生产力的分布有以下特点：1 陆地生态系统中，水、热综合配置好的，初级生产力高；2 水域生态系统中，营养条件比较丰富的，初级生产力高。 陆地生态系统中，热带、亚热带、温带的湿润地区，初级生产力高，热带干旱地区（湿度小）和高纬度地区（温度低、光合效率低）初级生产力低。最新.39最新.40 1 生态平衡生态平衡:一定空间尺度的生态系统单元内，在一定的时间范围中，对外来的干扰具有一定的缓冲能力，这就是生态平衡。 2生态平衡是一个成熟生态系统的重要特征，它主要包括(1)生产者、消费者、分解者三大功能类群之间相对平衡，如生物种类组成及数量比例，营养结构联系和物质循环与能量流动的相对稳定性； （
17、2）生物群落与无机环境之间相对稳定，物质和能量的输入和输出呈现动态动态平衡； （3）对外界的干扰和影响具有自我修复、自我恢复的能力。4 植物与生态系统的平衡最新.414.1 植物在生态平衡中的基础地位最新.42 1 植物是生态系统中占据主导作用的功能成分，其数量动态、生产力决定了其他生物存在的规模，进而决定生态平衡的层次和水平。 2 生态系统处于相对平衡的成熟阶段，其中最重要的时期是群落演替进入顶级阶段。 3 生态系统的平衡水平，关键在于其自我调节能力，包括抗干扰的恢复能力和对污染的自净能力，而植物往往处于一种基础地位。在恢复和重建受损的生态系统中，恢复植被是生态建设的中心环节。最新.43 生
18、态系统的自动调节能力的大小，取决于生态系统的生物多样性，即多样性导致稳定性。其功能成分越复杂，物质循环和能量流动的渠道越多，在外来干扰和破坏下，可替换的途径就越多，从而生态系统的平衡水平就越高。4.2 植物的生物多样性和生态平衡最新.44最新.45 1 1 生态系统的平衡，是通过生态系统的平衡，是通过负反馈负反馈(Negative Feedback)方方式进行自动调节的。负反馈的作用是使生态系统达到和式进行自动调节的。负反馈的作用是使生态系统达到和保持平衡或稳态，反馈的结果是抑制和减弱最初发生变保持平衡或稳态，反馈的结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分所导致的变化。化的那种成分所导致的变化。
19、 2 正反馈和负反馈的区别正反馈和负反馈的区别抑制和减弱最初发生变化的那种成分所导致抑制和减弱最初发生变化的那种成分所导致的变化的变化-负反馈负反馈加速最初发生的变化加速最初发生的变化-正反馈正反馈最新.46最新.47 1 生态系统服务生态系统服务（Ecosystem Service)：是指自然生态环境、物种、生物学状态、性质和生态过程所产生的物质和能量，及其所维持的良好环境对人类的效用的总称。 5.1资源保障资源保障 （1）生物产品生产生物产品生产5 植物与生态系统的生态服务栽培植物畜牧产品重要药源（2 2）生物多样性的产生和维持）生物多样性的产生和维持最新.48最新.49最新.505.2
20、环境支持环境支持土壤的形成和改良生态水文作用为动物的生存和发展提供生态条件保护和改善环境质量最新.511 1 哪些因素影响初级生产力？如何挖掘初级生产力？哪些因素影响初级生产力？如何挖掘初级生产力？2 2 比较分析比较分析C3C3、C4C4和和CAMCAM植物应对所在环境表现出来的光植物应对所在环境表现出来的光合效率的差异性。合效率的差异性。3 3 生态系统的服务包括哪些方面？植物在生态系统提供服生态系统的服务包括哪些方面？植物在生态系统提供服务中是如何发挥作用的？务中是如何发挥作用的？4 4 植物在维护其他生物多样性方面是如何发挥作用的？植物在维护其他生物多样性方面是如何发挥作用的？5 5 生态平衡维持中植物的作用主要体现在哪些方面？生态平衡维持中植物的作用主要体现在哪些方面？最新.52最新.53
