1、基础生态学 生态系统生态学第十一章 生态系统的一般特征第十一章第十一章 生态系统的一般特征生态系统的一般特征11.1 生态系统的基本概念生态系统的基本概念11.2 生态系统的组成与结构生态系统的组成与结构11.3 食物链和食物网食物链和食物网11.4 营养级和生态金字塔营养级和生态金字塔11.5 生态效率生态效率11.6 生态系统的反馈调节和生态金字塔生态系统的反馈调节和生态金字塔11.1 11.1 生态系统的基本概念生态系统的基本概念n生态系统生态系统(ecosystem)：在一定空间中共同栖居着的所在一定空间中共同栖居着的所有生物有生物( (生物群落生物群落) )与其环境之间由于不断进行物
2、质循环和能量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流动过程而形成的统一整体n系统系统(system)：相互作用、相互依赖的事物有规律地联合相互作用、相互依赖的事物有规律地联合的集合体的集合体q许多成分组成许多成分组成q各成分间相互联系、相互作用各成分间相互联系、相互作用q独立的、特定的功能独立的、特定的功能n生物地理群落生物地理群落(biogeocoenosis)n是生态学的一个主要结构和功能单位，属于生态学研究的是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最高层次 n内部具有自我调节能力内部具有自我调节能力 n能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大
3、功能能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能 n生态系统中营养级的数目受限于生产者所固定的最大能值生态系统中营养级的数目受限于生产者所固定的最大能值和这些能量在流动中巨大损失，因此生态系统中营养级不和这些能量在流动中巨大损失，因此生态系统中营养级不会超过会超过5-6个个 n生态系统是一个动态系统生态系统是一个动态系统目前有关生态系统的研究工作目前有关生态系统的研究工作n自然生态系统的保护和利用自然生态系统的保护和利用n生态系统调控机制的研究生态系统调控机制的研究n生态系统退化的机制、恢复及其修复研究生态系统退化的机制、恢复及其修复研究n全球性生态问题的研究全球性生态问题的研究n生态系统
4、可持续发展的研究生态系统可持续发展的研究自然生态系统的保护和利用自然生态系统的保护和利用n和谐、高效和健康是自然生态系统有的共同特点和谐、高效和健康是自然生态系统有的共同特点n自然生态系统中具有较高的物种多样性和群落稳定性自然生态系统中具有较高的物种多样性和群落稳定性n健康的生态系统比退化的更有价值，具有较高的生产力，能满健康的生态系统比退化的更有价值，具有较高的生产力，能满足人类物质的需求，还给人类提供生存的优良环境足人类物质的需求，还给人类提供生存的优良环境n研究自然生态系统的形成和发展过程、合理性机制、以及人类研究自然生态系统的形成和发展过程、合理性机制、以及人类活动对自然生态系统的影响
5、，对于有效利用和保护自然生态系活动对自然生态系统的影响，对于有效利用和保护自然生态系统均有较大的意义统均有较大的意义11.2 11.2 生态系统的构成和结构生态系统的构成和结构11.2.1 11.2.1 生物群落生物群落q生产者生产者 (producer)(producer)q消费者消费者 (consumer)(consumer)：食草动物、食肉动物、大型食肉：食草动物、食肉动物、大型食肉动物动物q分解者分解者 (decomposer)(decomposer)11.2.2 11.2.2 非生物环境非生物环境q无机物质无机物质q有机物质有机物质q气候因素气候因素( (及其他物理条件）及其他物理条
6、件）11.2.3 11.2.3 成份之间的相互作用关系成份之间的相互作用关系一个简单的陆地生态系统模式图一个简单的陆地生态系统模式图 生态系统的组成成分 生态系统各成份的相互关系生态系统各成份的相互关系无机物质无机物质 有机物质有机物质 气候因素气候因素消费者消费者分解者分解者生产者生产者植物，植物，化能合成细菌化能合成细菌动物，包括动物，包括大型消费者大型消费者小型消费者小型消费者细菌细菌真菌真菌日光能日光能生态系统各成份的相互关系生态系统各成份的相互关系无机物质无机物质 有机物质有机物质 气候因素气候因素线条粗细表示作用强弱和物质能量流通的总量多寡消费者消费者分解者分解者生产者生产者植物，
7、植物，化能合成细菌化能合成细菌动物，包括动物，包括大型消费者大型消费者小型消费者小型消费者细菌细菌真菌真菌日光能日光能生态系统结构的一般性模型（仿 Anderson, 1981） 11.3 11.3 食物链和食物网食物链和食物网11.3.1 食物链食物链 (food chain)：生产者所固定的能量和物质，：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生物按其食物关系排列的链状顺序11.3.2 食物网食物网 (food web)：食物链彼此交错连结，形成：食物链彼此交错连结，形成一个网状
8、结构一个网状结构生物扩大作用生物扩大作用(biological magnification) 如：如：DDTDDT在海水中浓度为在海水中浓度为5.05.01010-11-11g g，浮游植物含，浮游植物含4.04.01010-8-8g g，蛤中，蛤中4.24.21010-7-7g g，到银鸥达，到银鸥达75.575.51010-6-6g g，扩大了百万倍。营养级越高，积累剂量越大。扩大了百万倍。营养级越高，积累剂量越大。 食物网越复杂，生态系统抵抗外力干扰的能力就越强，反之食物网越复杂，生态系统抵抗外力干扰的能力就越强，反之亦然。亦然。食物链类型食物链类型n捕食食物链捕食食物链n碎屑食物链碎屑
9、食物链n寄生食物链寄生食物链捕食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绿色植物为起点到食草动物进而到食肉动物的食物链碎屑食物链碎屑食物链n动、植物的遗体被动、植物的遗体被食腐性生物食腐性生物( (小型土小型土壤动物、真菌、细壤动物、真菌、细菌菌) )取食，然后到他取食，然后到他们的捕食者的食物们的捕食者的食物链链n植物残体植物残体- -蚯蚓蚯蚓- -线虫线虫类类- -节肢动物节肢动物捕食食物链和碎屑食物链一些食物链一些食物链微型浮游植物微型浮游植物(小鞭毛藻小鞭毛藻)小型浮游动物小型浮游动物(植食性原生动物植食性原生动物)的型浮游动物的型浮游动物(肉食性甲壳动物肉食性甲
10、壳动物)大型浮游动物大型浮游动物(毛颚类、磷虾毛颚类、磷虾)灯笼鱼、秋刀鱼灯笼鱼、秋刀鱼(食浮游动物鱼类食浮游动物鱼类)乌贼、鲑、金枪鱼乌贼、鲑、金枪鱼(食鱼动物食鱼动物)大型浮大型浮游植物游植物大型浮大型浮游动物游动物鲸鲸以浮游生物为食以浮游生物为食鯷鱼鯷鱼以浮游生物为食以浮游生物为食1大型浮游植物大型浮游植物23海洋食物链1小型浮游植物小型浮游植物大型硅藻、甲藻大型硅藻、甲藻和微型浮游植物和微型浮游植物大型浮游动物大型浮游动物食浮游生物鱼类食浮游生物鱼类如鲱等如鲱等底栖植食动物底栖植食动物蛤蛤,牡蛎牡蛎,多毛类等多毛类等底栖肉食鱼类底栖肉食鱼类鳕鱼等鳕鱼等大型肉食鱼类大型肉食鱼类鲨鱼鲑鱼等
11、鲨鱼鲑鱼等海洋食物链2南极海洋浮游食物网狼、狐、狼、狐、雪鸮、贼鸥、隼雪鸮、贼鸥、隼麝牛、驯麝牛、驯鹿、雪兔鹿、雪兔旅鼠、雷旅鼠、雷鸟、雁鸟、雁鹬、鹬、雀类雀类昆虫昆虫植被植被食物关系食物关系能量关系能量关系主线主线食物链的特点食物链的特点 陆地和浅水生态系统中，能流是以碎屑食物链为主。陆地和浅水生态系统中，能流是以碎屑食物链为主。 陆地生态系统中，净初级生产量只有很少一部分通陆地生态系统中，净初级生产量只有很少一部分通 向捕食食物链。向捕食食物链。 只在某些水生生态系统中，捕食食物链才会成为能只在某些水生生态系统中，捕食食物链才会成为能 流的主要渠道。流的主要渠道。 沿着食物链动物个体越来越
12、大的概念，只适用于一般情况。沿着食物链动物个体越来越大的概念，只适用于一般情况。食物网食物网n一种生物常常以多种食物为食，而同一种食物又常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，形成了食物网食物链相联，形成了食物网n食物网不仅维持着生态系统的相对平衡，并推动着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生物的进化，成为自然界发展演变的动力n食物网以营养为纽带，把生物与环境、生物与生物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
13、统的营养结构紧密联系起来的结构，称为生态系统的营养结构食物网北极岛屿简单的食物网FOOD WEB A few of the organisms in a temperate tall-grass prairie and the food web that connects themFOOD WEB11.4 营养级与生态金字塔营养级与生态金字塔n营养级营养级(trophic level)：处于食物链某一环节：处于食物链某一环节上的所有生物种的总和上的所有生物种的总和营养级生态系统中营养级数目生态系统中营养级数目各营养级消各营养级消费者不可能费者不可能100%利用利用前一营养级前一营养级的生物量的
14、生物量n各营养级同化各营养级同化率也不是率也不是100%，总有一部分排总有一部分排泄出去泄出去各营养级生物要维持自身的活动，消耗一部分热量各营养级生物要维持自身的活动，消耗一部分热量食物链就不可能太长食物链就不可能太长营养级一般只有四、五级，很少超过六级营养级一般只有四、五级，很少超过六级未利用未利用46.5108总初级生产量总初级生产量58.3106利用利用47.1108种群增长种群增长1569呼吸呼吸170103摄食摄食250103净初级生产量净初级生产量49.5106呼吸呼吸8.76106迁入迁入13.5103未利用未利用12103未利用未利用74064生产生产5170未利用未利用49.
15、3106日光：日光：植被：植被：田鼠：田鼠：能量金字能量金字塔塔能量能量金字金字塔塔n由各营养级所固定的总能量值的多少来构成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的生态金字塔n以相同的单位面积和单位时间内的生产者和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各级消费者所积累的能量比率来构造n千卡千卡/ /平方米平方米年年生物量金字生物量金字塔塔 以相同单位面积上生产者和各级消费者的生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、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，因为生产者是大型浅水生态系统中比较
16、典型，因为生产者是大型的，所以塔基比较大，金字塔比较规则的，所以塔基比较大，金字塔比较规则生物量金字塔生物量金字塔生物量金字塔生物量金字塔生物量金字塔 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塔形数量金字塔数量金字塔 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
17、成塔身及塔顶。一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，沿食物链般每一个营养级所包括的有机体数目，沿食物链向上递减。向上递减。数量金字塔数量金字塔n有时植食动物比生有时植食动物比生产者数目多。如昆产者数目多。如昆虫和树木虫和树木n个体大小差别很大，个体大小差别很大，只用个体数目多少只用个体数目多少来说明问题有局限来说明问题有局限性。性。不同类型金字塔的比较不同类型金字塔的比较n能量金字塔表达营养结构最全面，确切能量金字塔表达营养结构最全面，确切 表表示食物通过食物链的效率，永远是正塔型示食物通过食物链的效率，永远是正塔型n数量金字塔过分突出小生物体的重要性数
18、量金字塔过分突出小生物体的重要性n生物量金字塔过分突出大生物体的重要性生物量金字塔过分突出大生物体的重要性能量锥体生物量锥体数量锥体生态锥体11.5 11.5 生态效率生态效率n生态效率：各种能流参数中的任何一个参数在营生态效率：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。养级之间或营养级内部的比值。n能量参数：能量参数：q摄取量（摄取量（I I）：表示各生物所摄取的能量）：表示各生物所摄取的能量q同化量同化量(A)(A)：动物消化道内被吸收的能量，即消费者吸收：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所采食的食物能；植物光合作用所固定的
19、日光能q呼吸量呼吸量(R)(R)：生物在呼吸等新陈代谢和各种活动所消耗的：生物在呼吸等新陈代谢和各种活动所消耗的全部能量全部能量q生产量生产量(P)(P)：生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值。：生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值。P= P= A- RA- R同化效率同化效率n被植物吸收的日光能中被光合作用所固定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的能量比例，或被动物摄食的能量中被同化了的能量比例：化了的能量比例：AeAe = A = An n / I/ In nn肉食动物的同化效率高于植食动物肉食动物的同化效率高于植食动物 生产效率生产效率= n= n营养级的净
20、生产量营养级的净生产量 / n/ n营养级的同化能量营养级的同化能量 即即 Pe = Pn / An 形成新生物量的生产能量占同化能量的百分比形成新生物量的生产能量占同化能量的百分比生产效率生产效率n组织生长效率：组织生长效率：PePe = P = Pn n / A/ An nn生态生长效率生态生长效率: Ee: Ee = P = Pn n/ I/ In nn营养级越高，生长效率越低营养级越高，生长效率越低n植物的生长效率植物的生长效率 动物动物q植物将光合能量大约植物将光合能量大约40%40%呼吸，呼吸，60%60%生长生长q肉食动物同化能量大约肉食动物同化能量大约65%65%用于呼吸，用于
21、呼吸，35%35%用于生长用于生长n哺乳动物呼吸消耗的能量最多，大约占同化量的哺乳动物呼吸消耗的能量最多，大约占同化量的97-99%97-99%，只有，只有1%-3%1%-3%用于净生产量用于净生产量 消费效率消费效率= n+1= n+1营养级的消费能量营养级的消费能量/ n/ n营养级的净生产量营养级的净生产量 即即 Ce = In+1 / Pn； 消费效率消费效率n+1营养级消费（即摄食）的能量占营养级消费（即摄食）的能量占n营养级净生产营养级净生产能量的比例。能量的比例。一般在一般在20-35%范围内，每一营养级净生产的范围内，每一营养级净生产的65%-75%进入碎屑食物链进入碎屑食物链
22、林德曼效率林德曼效率n林德曼效率：林德曼效率：n+1n+1营养级所获得的能量占营养级所获得的能量占n n营养级所获得的能量之比：营养级所获得的能量之比： Le=ILe=In+1n+1/I/In nn林得曼定律（十分之一定律）：能量沿营林得曼定律（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。能是前一营养级能量的十分之一左右。 A：利用效率，能量摄取效率，同化效率，生产效率：利用效率，能量摄取效率，同化效率，生产效率 B：生态生长效率，同化效率，组织生长效率：生态生长效率，同化效率，组织生长效率AB1-2 2-3
23、 3-4营养级营养级3020101-2 2-3 3-4营养级营养级302010林德曼效率林德曼效率利用效率利用效率对多个生态系统实测值比较生态效率对多个生态系统实测值比较生态效率 大型动物的生长率低于小型动物。大型动物的生长率低于小型动物。 老年动物的生长率低于幼年动物。老年动物的生长率低于幼年动物。 肉食动物的同化效率高于植食动物。肉食动物的同化效率高于植食动物。 草原生态系统中的植食动物比森林生态系统中的植草原生态系统中的植食动物比森林生态系统中的植 食动物能利用较多的初级生产量。食动物能利用较多的初级生产量。 恒温动物的同化效率很高，但生长效率极低。恒温动物的同化效率很高，但生长效率极低
24、。 变温动物的同化效率比较低，但生长效率极高。变温动物的同化效率比较低，但生长效率极高。 变温动物的总能量转化效率要比恒温动物高的多。变温动物的总能量转化效率要比恒温动物高的多。 变温动物是生态系统中更有效的变温动物是生态系统中更有效的“生产者生产者”。特点特点11.6 生态系统的反馈调节和生态平衡生态系统的反馈调节和生态平衡11.6.1 反馈调节反馈调节n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的那种成分n负
25、反馈：系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化，结负反馈：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达到或保持平衡或稳态n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所发生的变化，使生态系统远离过来加速最初发生变化的成分所发生的变化，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，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
26、泊污染并引起更多鱼类的死亡由于鱼体腐烂，加重湖泊污染并引起更多鱼类的死亡负反馈负反馈11.6.2 11.6.2 生态平衡生态平衡n生态平衡：生态平衡：生态系统通过发育和调节所达到的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、功能和能量输入和一种稳定状态，它包括结构、功能和能量输入和输出的稳定输出的稳定n生态阈值：生态阈值：生态系统受外界干扰后，自动调节生态系统受外界干扰后，自动调节的极限的极限n生态危机：生态危机：由于人类盲目活动而导致局部地区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，从而威胁人甚至整个生物圈结构和功能的失衡，从而威胁人类的生存类的生存小结：小结：生态系统、分解者、食物链、生态系统、分解者、食物链、生产效率、消费效率、林德曼效率生产效率、消费效率、林德曼效率生态系统的反馈调节和生态平衡生态系统的反馈调节和生态平衡负反馈调节对维护生态平衡的指导意义负反馈调节对维护生态平衡的指导意义完完
