1、个体种群种群群落生态系统生物圈第五章、生态系统生态学第五章、生态系统生态学第一节、生第一节、生态态系统概述系统概述第二节、生第二节、生态态系统中的能系统中的能量量流动流动第三节、生第三节、生态态系统中的信系统中的信息息传递传递第四节、生第四节、生态态系统中的物系统中的物质质循环循环第五节、生第五节、生态态系统的稳定性系统的稳定性第一节、生态系统概述第一节、生态系统概述一、生态系统的概念二、生态系统的特征三、生态系统的类型四、生态系统的组成一、一、生态系统Ecosystems的概念“生态系统”-Arthur Tansley 在1935 描述生态系统的概念:是指在一定时间和空间范围 内，由生物群落
2、与其环境组成的一个整体，该 整体具有一定的大小和结构，各成员借助能量 流动，物质循环和信息传递而相互联系，相互 影响，相互依存，并形成具有自组织和自调节 功能的复合体。为什么研究为什么研究生生态系统态系统?生态系统生态学让我们更好地了解地球的动态机制生态系统为社区提供物资和服务人类的活动正在改变生态系统（进而改变地球系统）生态系统生态学研究的内容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退化的机制、恢复及其修复研究全球性生态问题的研究生态系统可持续发展的研究1生态系统生态学研究的内容用定量的方法，研究整个系统的结构、功能和动态 相同组分（如生产者、消费者）的生物量 能量的流动 生物
3、地化循环 生态系统的行为（阻抗，反弹）“生态系统服务功能”Solar Energy Producers Cons umers Dec omposers RespirationMateri(CO2,H2al InputsO,nutrients)Materi(CO2,Hal Out2O,nutputsrients)Ecosystem BoundaryOrganic NutrientsInorganic Nutrients生态系统是行使“能 量转化”和“营养再生”功能的系统二、生态系统的特征生态学上的主要结构和功能单位生态学上的主要结构和功能单位生态系统具有自我调节的能力生态系统具有能量流动，物质循
4、环，信息传递的功能生态系统中营养级是有限的生态系统是一个动态系统三、生态系统的类型三、生态系统的类型按生物划分按结构和能流物流状况划分人类活动及影响划分按非生物成分划分比较内容自然生态系统半自然生态系统人工生态系统组成组成成分复杂生 物 成 员 简 化，生 产 力 提 高，抗 逆 性 下 降，环 境 被 改 造，更有利于部分生物成员被按特定目 的所筛选，环境要素 为特定生物而设计。结构自然结构生物成员。优化结构组装结构系统目的及功 能生态系统的稳定及繁 荣提供人类所需的产 品研究、产品、人类生 活主要能量来源太阳能、自然辅助能太阳能、自然辅助 能、人工辅助能工业能稳定性稳定亚稳定不稳定稳定机制
5、非中心式调控自然信息调控生物间相生相克，生 物与环境相互适应非中心式调控和中 心式调控结合自然调控人工直接调控社会经济间接调控中心式调控人工调控开放程度开放程度小开放程度大相对封闭四、生态系统的构成生态系统的组成:任何一个生态系统都由生物和非生 物两大部分组成，生物部分按照它们的营养方式和 在系统中所起的作用不同，又可分为生产者、消费 者和分解者三大功能类群。（1）生产者（2）消费者（3）分解者（4）非生物成分：2(comsumers)(carnivores)称三级消费者三级肉食动物（顶极肉食动物）寄生者 杂食动物腐食性动物（3）还原者（分解者）(decomposer)生态系统的组成生态系统的
6、组成气候因子（光、温等及其他物理因子）1.非生物部分 无机物质（H2O、N、P、K、Ca等矿质元素）有机物质（糖、蛋白质、脂类、腐殖质等）（1）生产者自养生物（把太阳能输入生态系统）生态系统草食动物（一级消费者）(herbivores)一级肉食动物（以食草动物为食，统称二级消费者）2.生物部分（2）消费者 肉食物动物 二级肉食动物（大型肉食动物）生态系统的三大功能类群：生产者producer植食动物 herbivores消费者 Consumer 肉食动物 carnivores杂食动物 omnivorous食碎屑者 detritivores分解者decomposer生产者能利用简单的无机物质制
7、造食物的自养生物，包括 绿色植物、蓝绿藻和一些 自养细菌念珠蓝细菌化能自养细菌产甲烷细菌只有生产者才能将无机物转化成有机物，在生态 系统中是为其它生物提供能流的唯一来源。制造氧气。氧气是大部分生物生存的条件。提供其它必需元素：K 等。生产者是生态系统营养结构中的基础，它决定着 生态系统的生产力高低，是生态系统中最基本、最重要的组成部分消费者消费者：依靠活的动植物为食的动物。直接或者间接以 植物为食。寄生物也属于消费者。对初级生产物进行加工、再生产的作用，对其他生物种 群数量起到调节作用。分解者主要是细菌，真菌和某些营腐生生活的原生生物 和食腐动物在生态系统中的基本功能是分解死亡动植物的躯 体，
8、变成简单化合物，最终分解为简单的无机物 并释放到环境中，供生产者重新利用吸收。对其他生物的生长产生重大影响改造表面惰性物质为碎屑食物链提供食物和物质基础3消费者四级消费者三 级 消 费 者 二 级 消 费 者 一级消费者生产者第二节、生态系统的能量流动第二节、生态系统的能量流动一、生态系、生态系统统的结构的结构二、食物链二、食物链与与食物网食物网三、营养级三、营养级和和食物金字塔食物金字塔四、生态系四、生态系统统的生产力的生产力五、生态系五、生态系统统的能量流动的能量流动六、生态效率六、生态效率七、有机物七、有机物质质的分解的分解一、生态系统的结构一、生态系统的结构形态结构：是指生态系统的生物
9、种类、种 群数量、种的空间配置、种的时间变化等 构成生态系统的形态结构。营养结构:一食物链和食物网、二营养级和 生态金字塔二、食物链与食物网1、食物链：食物链是指初级生产者获得光能后制 造的食物供给各级消费者形成以食物营养为中心的 链索关系。一个生态系统中的各种生物彼此以能量和营养物质 相互联系从而形成各种生物的链索称为食物链。植物所固定的能量通过一系列的取植物所固定的能量通过一系列的取 食食与被取食的关系在生态系统中传与被取食的关系在生态系统中传 递。递。食物链树蝉螳螂黄雀第一营养级第二营养级第三营养级第四营养级生产者初级消费者次级消费者三级消费者植物植食动物小型肉食动物大型肉食动物4生态系
10、统中的食物链不是固定不变的，它 不仅在进化历史上有改变，在短时间内也 有改变。2、食物网食物网：生态系统中，各种生物之间通过取 食关系存在着错综复杂的联系，这就使生态 系统内，多条食物链相互交织、互相联结，形成了网络，称为食物网。食物网9食物链/网的典范性食物网很少是环状的食物链不长，平均为4节顶位种、中位种、基位种的比例相当稳定各类链节、即基一中节、基一顶节、中一 中节和中一顶节的相对比例也很稳定链节数/物种数比率相当稳定。应用有毒物质沿食物链的积累引种和有害生物防治的结果估计；自然保护区的设计；对人类在自然中的地位的更好理解。53、食物链类型：捕食食物链：青青草野草野兔兔狐狸狼，狐狸狼，藻
11、藻类甲壳类小鱼类甲壳类小鱼大鱼大鱼寄生食物链：哺哺乳动物乳动物或或鸟类跳蚤鸟类跳蚤细细滴虫滴虫碎屑食物链枯枯枝落叶枝落叶真菌昆虫真菌昆虫蛞蛞蝓蝓腐食食物链动物动物尸体丽蝇尸体丽蝇食物链/网的类型捕食食物链、寄生食物链、碎屑食物链和 腐食食物链。前两种是以活的生物为起点的食物链，捕 食食物链是某些水生生态系统中的主要食 物链形式；后两种是以生物遗体或腐败物质为起点的 食物链，碎屑食物链是陆地生态系统和浅 水生态系统中的主要食物链形式。捕食食物链，指一种活的生物取食另一种活的生物 所构成的食物链。捕食食物链都以生产者为食物链 的起点。碎食食物链，指以碎食（植物的枯枝落叶等）为食 物链的起点的食物链
12、。碎食被别的生物所利用，分 解成碎屑，然后再为多种动物所食。碎屑食物链有 两个去向：微生物或者大型食碎屑动物。寄生食物链：由宿主和寄生物构成。它以大型动物 为食物链的起点，继之以小型动物、微型动物、细 菌和病毒。后者与前者是寄生性关系。例：一个沙漠食物链和食物网的功能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沿着食物链、食物 网的渠道进行。生态系统中各类食物链的特点在同一个食物链中，常包含有食性和其它 生活习性极不相同的多种生物。在同一个生态系统中，可能有多条食物 链，它们的长短不同，营养级数目不等。在不同的生态系统中，各类食物链的比重 不同。在任一生态系统中，各类食物
13、链总是协同 起作用。6三、营养级和生态金字塔营养级：绿色植物、草食动物、肉食动物等 各种有机体位于食物链的不同环节上，食物 链的每一个环节，称为一个营养级。它是指 处于食物链某一环节上的所有生物的总和。生态金字塔：生态金字塔是指各个营养级之 间的数量关系，这种数量关系可以用生物量 单位、能量单位和个体数量单位表示，采用 这些单位所构成的生态金字塔分别称为生物 量金字塔、能量金字塔和数量金字塔。生态金字塔能量金字塔，如果把通过各营养级的能流量由低到 高用图来表示，就成为一个金字塔形，称为能量金 字塔。它表示各营养级之间能量的配置关系，用千 克/m2年表示。生物量金字塔，如果把通过各营养级的生物量
14、由低 到高作图，就可以得到生物量金字塔。它表示各营 养级之间生物的重量关系，用千克/年表示；例如，陆地、浅水生态系统数量金字塔，如果把通过各营养级的生物数量由低 到高作图，就可以得到数量金字塔。它表示各营养 级之间在一定时间和空间内生物的数量关系，用生 物的个体数目表示。例如，湖泊、海洋生态系统营养级和生态金字塔变化趋势营养营养级级从从低到低到高，高，反反映映了一了一般趋般趋势势：物种数目：多少个体数量：多少生殖力：高低个体体积：小大（一般）觅食范围：小大搜索能力：弱强行为复杂度：低高取食专一性：强弱寿命：短长四、生态系统的生产力生态系统的生产力生物生物量量：单位单位面积面积上上动动物、物、植
15、物植物、微微生物生物的重的重 量。量。通通常常用干用干重表重表示示。初级初级生生产产：绿：绿色植色植物物固固定太定太阳能阳能或或制制造的造的有机质有机质 过过程程称称为为初级初级生产。生产。净第净第一一生生产产量量NP总总第第一一生生产量产量GP植植物物自身自身消消耗耗（呼（呼吸吸）R初级初级生生产产力：力：初级初级生生产产积累积累能量能量的的速率速率,用单位用单位 时时间间单单位位面积面积内累内累计计的的能量能量或者或者生生产产的干的干物质表物质表 示示（g/m2.年年，kg/ha2.年等）年等）71、初级生产力概述全球初级生产力概况及分布特点影响初级生产力的主要因子初级生产量的测定方法全球
16、初级生产力分布特点陆地比水域的初级生产力大陆地上初级生产力有随纬度增加逐渐降低的趋势海洋中初级生产力由河口湾向大陆架和大洋区逐渐 降低全球初级生产力可划分为三个等级：低、中、高初级生产力的特点初级生产力都有垂直变化的规律初级生产力往往随着系统的发育年龄而改变作物结构谷粒秸秆比率高；叶面指数迅速达到4，且维持之；达到最大食物储存的合适时间。荷兰人选择冬小麦的种子与茎杆的比较品种时期总产量种子茎杆比率Wilhel mina1902193212600642661740.51Julian a1934194712430683655940.55Starli ng1948196113900820156990
17、.59Felix1958196112830769851320.60Heines1953195511860782840320.66人类粮食的产量农业农业水水平平千克干千克干物物质质/公顷公顷/年年千千卡卡/平米平米/年年早期的采集0.4-2.00.2-10无附加能的农业50-200025-1000附加辅助能的农业2000-20000理想的海藻培养20000-800001000-100008影响初级生产力的主要因子光合作用 生物量CO2光H20营养取食RO2温度NPGP影响初级生产力的主要因子陆陆地生地生态态系统系统光照、光照、温度温度、生生长长期、期、水水分、分、矿矿物物营营养、养、动动物摄物摄
18、食食等等水水域生域生态态系统系统P=（R/k）C 3.7 P:浮游植浮游植物的物的净净初级初级生生产力产力 R:相对光相对光和率和率k:光强度光强度随水随水深深而减而减弱弱的衰的衰败败系数系数C:水中水中的的叶叶绿绿素素含量含量林林业牧业牧业业农业农业提提高高初初级生级生产产力的力的措措施施培培育光育光合合作用作用强强、呼呼吸率吸率底底的植的植物物品种品种改改善生善生态态系统系统的的结结构构，增，增加加层次层次充充分供分供给给水分水分、二二氧氧化碳化碳和和矿物矿物成成分等分等初级生产量的测定方法收获量测定收获量测定（陆地）陆地）氧气测定（氧气测定（水水域）域）CO2测定（陆地）测定（陆地）放射
19、性标记放射性标记（水域）水域）叶绿素测定叶绿素测定遥感遥感2、生态系统中的次级生产消费消费者者和和分解分解者利者利用用初初级生级生产量产量进进行行的同的同化作化作用用，表现表现为为动动物和物和微生微生物物的的生长生长、繁、繁殖殖和和营养营养物质物质的的贮贮 存存等等生生命命活动活动的过的过程程。次级次级生生产产的特的特点：点：以以初级初级生生产为产为基基础础初初级生级生产产力：力：陆陆地地海洋海洋，但，但次次级生级生产产力陆力陆地地 k1分解率是可以测量的“废物袋litterbags”带 网眼的袋子可以测量随时间变化 发生的物质丢失和化 学成分的变化2.作为分解者的生物类群细菌和真菌动物动物细
20、菌细菌真菌真菌线虫线虫原原生动物生动物轮虫轮虫螨螨弹弹尾目尾目弹弹尾目尾目陆地生态系统分解者：小型：20mm水生生态系统分解者碎裂者颗粒状有机物质收集者 刮食者食草性动物 捕食动物3.影响分解的因素分解物性质环境因素15含氮量 木质素含量低 高高 低低分解率分解物性分解物性质质高Flowering dogwoodRedmapleWhite oakChestnut oakNorth CarolinaNew HampshireAshRed maplePin cherry Paper birchSugar mapleBeech低氮，高木质素=慢速分解资源质量资源质量高氮，低木质素=快速分解Beech环境因素环境因素物理环境物理环境气气候（候（纬纬度）度）16
