1、第四部分第四部分 生态系统生态学生态系统生态学生态系统的一般特征：组成与结构、食物链和食生态系统的一般特征：组成与结构、食物链和食物网、营养级和生态金字塔、生态效率、生态系物网、营养级和生态金字塔、生态效率、生态系统的反馈调节和生态平衡统的反馈调节和生态平衡生态系统中的能量流动：生态系统中的初级生产、生态系统中的能量流动：生态系统中的初级生产、生态系统中的次级生产、生态系统中的分解、生生态系统中的次级生产、生态系统中的分解、生态系统中的能量流动态系统中的能量流动生态系统中的物质循环：物质循环的一般特征、生态系统中的物质循环：物质循环的一般特征、全球水循环、碳循环、氮循环、磷循环、硫循环全球水循
2、环、碳循环、氮循环、磷循环、硫循环陆地生态系统分布的基本规律、淡水生态系统的陆地生态系统分布的基本规律、淡水生态系统的类型及其分布、海洋生态系统的类型及其分布、类型及其分布、海洋生态系统的类型及其分布、世界陆地主要生态系统的类型及其分布世界陆地主要生态系统的类型及其分布生态系统的一般特征生态系统的一般特征生态系统的基本概念生态系统的基本概念生态系统的组成与结构生态系统的组成与结构物链和食物物链和食物营养级和生态金字塔营养级和生态金字塔生态效率生态效率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 生态系统的基本概念生态系统的基本概念生态系统生态系统(ecosystem)(
3、ecosystem)：在一定空间中共同栖居着的在一定空间中共同栖居着的所有生物所有生物(生物群落生物群落)与其环境之间由于不断进行物质循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环和能量流动过程而形成的统一整体系统系统(system)(system)：相互作用、相互依赖的事物有规律地相互作用、相互依赖的事物有规律地联合的集合体联合的集合体许多成分组成许多成分组成各成分间相互联系、相互作用各成分间相互联系、相互作用独立的、特定的功能独立的、特定的功能生物地理群落生物地理群落(biogeocoenosis)(biogeocoenosis)生态系统的特征生态系统的特征 生态学的一
4、个主要结构和功能单位，属于生态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学研究的最高层次 内部具有自我调节能力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能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能三大功能 营养级的数目受限于生产者所固定的最大能值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，生态系统中营养级和能量在流动中巨大损失，生态系统中营养级不会超过不会超过5-65-6个个 动态系统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自然生态系统的保护和利用自然生态系统的保护和利用生态系统调控机制的研究生态系统调控机制的研究生
5、态系统退化的机制、恢复及其修复研生态系统退化的机制、恢复及其修复研究究全球性生态问题的研究全球性生态问题的研究生态系统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 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 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 健康的生态系统比退化的更有价值，具有较高的生产力，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能满足人类物质的需求，还给人类提供生存的优良环境 研究自然生态系
6、统的形成和发展过程、合理性机制、以及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，对于有效利用和保护自人类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然生态系统均有较大的意义11.2 生态系统的构成和结构生态系统的构成和结构生物群落生物群落生产者生产者(producer)消费者消费者(consumer)：食草动物、食肉动物、大型：食草动物、食肉动物、大型食肉动物食肉动物分解者分解者(decomposer)非生物环境非生物环境无机物质无机物质有机物质有机物质气候因素气候因素(及其他物理条件）及其他物理条件）成份之间的相互作用关系成份之间
7、的相互作用关系池塘生态系统示意图池塘生态系统示意图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 气气候因素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，植物
8、，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11.3 食物链和食物网食物链和食物网 食物链食物链(food chain)：生产者所固定的能量和：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传递，各种生物按其食物关系排列的链状顺序 食物网食物网(food web)：食物链彼此交错连结，形：食物链彼此交错连结，形成一个网状结构成一个网状结构食物链类型食物链类型捕食食物链捕食食物链碎屑食物链碎屑食物链寄生食物链寄生食物链捕食食物
9、链捕食食物链 绿色植物为起点到食草动物进而到食肉绿色植物为起点到食草动物进而到食肉动物的食物链动物的食物链 植物植物-食草动物食草动物-食肉动物食肉动物 草原上：青草草原上：青草-野兔野兔-狐狸狐狸-狼狼 湖泊中：藻类湖泊中：藻类-甲壳类甲壳类-小鱼小鱼-大鱼大鱼碎屑食物链碎屑食物链 动、植物的遗体被食腐性生物动、植物的遗体被食腐性生物(小型土壤动物、小型土壤动物、真菌、细菌真菌、细菌)取食，然后到他们的捕食者的食物取食，然后到他们的捕食者的食物链链 植物残体植物残体-蚯蚓蚯蚓-线虫类线虫类-节肢动物节肢动物捕食食物链和碎屑食物链寄生食物链寄生食物链 由宿主和寄生物构成由宿主和寄生物构成 以大
10、型动物为食物链的起点，继之以小型动物、以大型动物为食物链的起点，继之以小型动物、微型动物、细菌和病毒微型动物、细菌和病毒 后者与前者是寄生关系后者与前者是寄生关系 哺乳动物或鸟类哺乳动物或鸟类-跳蚤跳蚤-原生动物原生动物-细菌细菌-病毒病毒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
11、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鲨鱼鲑鱼等海洋食物链海洋食物链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
12、能量关系能量关系主线主线冻原生态系统食物链冻原生态系统食物链食物网食物网一种生物常常以多种食物为食，而同一种食物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，称为生态系统的营生物紧密联系起来的结构，
13、称为生态系统的营养结构养结构11.4 营养级和金字塔营养级和金字塔 营养级营养级(trophic level)：处于食物链某一环节上的所有生：处于食物链某一环节上的所有生物种的总和物种的总和 各营养级消费者不可能各营养级消费者不可能100%利用前一营养级的生物量利用前一营养级的生物量 各营养级同化率也不是各营养级同化率也不是100%，总有一部分排泄出去，总有一部分排泄出去 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 能流在通过各营养级时会急剧减少，食物链就不可能太长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
14、级，很少超过六级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生态金字塔营养级之间的数量关系营养级之间的数量关系数量关系可采用生物量、能量和个体数量数量关系可采用生物量、能量和个体数量单位来表示单位来表示能量金字塔能量金字塔生物量金字塔生物量金字塔数量金字塔数量金字塔生态金字塔生态金字塔能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级消费者所积累的能量比率来构造千卡千卡/平方米平方米年年PHC矮草草原
15、生产力金字塔生物量金字塔生物量金字塔 以相同单位面积上生产者和各级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，因为生产者是大型的，所比较典型，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 湖泊和开旷海洋，第一性生产者主要为湖泊和开旷海洋，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
16、统的生的现存量很低，导致这些生态系统的生物量金字塔呈倒金字塔形物量金字塔呈倒金字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。目，沿食物链向上递减。数量金字塔数量金字塔 有时植食动物比有时植食动物比生产者数目多。生产者数目多。如昆虫和树木如昆虫和树木 个体大小差别很个体大小差别很大，只用个体数大，只用个体数目多少来说明问目多少来说明问题有局限性。题有局限性。不同类型金
17、字塔的比较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，永远是正表示食物通过食物链的效率，永远是正塔型塔型 数量金字塔过分突出小生物体的重要性数量金字塔过分突出小生物体的重要性 生物量金字塔过分突出大生物体的重要生物量金字塔过分突出大生物体的重要性性P-809TC-1.5C-11H-37现存量金字塔现存量金字塔kcal.m2能量金字塔能量金字塔kcal.m2.y-1D-5P-20810H-3368C-383TC -21D-5060P-ProductorsH-Herbivorers C-Carnivorers TC-Top
18、carnivorers D-Decomposers现存量现存量(生物量生物量)金字塔与能量金字塔金字塔与能量金字塔P-1.5106H-2105C9 104TC-1PH-1.5105C-1.2 105TC-2200数量锥体1/1000m2生物量锥体g/m2夏季草原 夏季温带森林P-4104H-4C-1D-10H+C -21P -4热带雨林 海洋数量金字塔与生物量金字塔11.5 生态效率生态效率 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。能量参数：能量参数：摄取量（摄取量（I）：表示各生物所摄取的能量
19、）：表示各生物所摄取的能量 同化量同化量(A)：动物消化道内被吸收的能量，即消费者：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 呼吸量呼吸量(R)：生物在呼吸等新陈代谢和各种活动所消：生物在呼吸等新陈代谢和各种活动所消耗的全部能量耗的全部能量 生产量生产量(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=A-R营养级位之内的生态效率营养级位之内的生态效率 量度一个物种利用食量度一个物种利用食物能的效率，即同化能量物能的效率，即同化能量的有效程度的有效程度同化效率同化效率 被植物吸
20、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：Ae=An/In 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长效率生长效率 组织生长效率：组织生长效率：Pe=Pn/An 生态生长效率生态生长效率:Ee=Pn/In 营养级越高，生长效率越低营养级越高，生长效率越低 植物的生长效率植物的生长效率动物动物 植物将光合能量大约植物将光合能量大约40%呼吸，呼吸，60%生长生长 肉食动物同化能量大约肉食动物同化能量大约65%用于呼吸，用于呼吸，35%用于生用于生长长
21、 哺乳动物呼吸消耗的能量最多，大约占同化量哺乳动物呼吸消耗的能量最多，大约占同化量的的97-99%，只有，只有1%-3%用于净生产量用于净生产量营养级位之间的生态效率营养级位之间的生态效率 量度营养级位之间的转化效率量度营养级位之间的转化效率 消费效率：消费效率量度一个营养级对前一营消费效率：消费效率量度一个营养级对前一营养级的相对取食压力。养级的相对取食压力。Ce=In+1/Pn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%进入碎屑进入碎屑食物链食物链 利用效率：利用效率的高低，说明前一营养级利用效率：利用效率的高低，说明前一营养级的净生产量被后一
22、营养级同化多少的净生产量被后一营养级同化多少Ue=An+1/Pn林德曼效率林德曼效率 林德曼效率：林德曼效率：n+1营养级所获得的能量占营养级所获得的能量占n营营养级所获得的能量之比：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。前一营养级能量的十分之一左右。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负反馈负反馈生态平衡生态平衡 1981年11月中国生态学会专门召开“生态平衡”讨论会，与会专家
23、给“生态平衡”下了一个定义：“生态平衡是生态系统在一定时间内结构功能的相对生态平衡是生态系统在一定时间内结构功能的相对稳定状态，其物质和能量的输入、输出接近相等，在稳定状态，其物质和能量的输入、输出接近相等，在外来干扰下，能通过自我调节外来干扰下，能通过自我调节(或人为控制或人为控制)恢复到原恢复到原初稳定状态。当外来干扰超越生态系统自我调节能力，初稳定状态。当外来干扰超越生态系统自我调节能力，而不能恢复到原初状态谓之生态失衡，或生态平衡的而不能恢复到原初状态谓之生态失衡，或生态平衡的破坏。生态平衡是动态的。维护生态平衡不只是保持破坏。生态平衡是动态的。维护生态平衡不只是保持其原初状态。生态系
24、统在人为有益的影响下，可以建其原初状态。生态系统在人为有益的影响下，可以建立新的平衡，达到更合理的结构，更高效的功能和更立新的平衡，达到更合理的结构，更高效的功能和更好的生态效益。好的生态效益。”包含：生态系统的发展、稳态、生态系统的调节、对外界干扰的抵抗力和恢复力。生态平衡生态平衡生态平衡：生态平衡：生态系统通过发育和调节所达到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入和输出的稳定生态阈值：生态阈值：生态系统受外界干扰后，自动调生态系统受外界干扰后，自动调节的极限节的极限生态危机：生态危机：由于人类盲目活动而导致局部地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胁人类的生存
