1、allre natures第第4 4讲讲 生态系统的结构及其一般特征生态系统的结构及其一般特征 导论导论 生态系统的一般概念生态系统的一般概念 生态系统的分类生态系统的分类 生态系统的组成生态系统的组成 生态系统的结构生态系统的结构 营养级与生态金字塔（生态锥体）营养级与生态金字塔（生态锥体）生态效率生态效率 生态平衡生态平衡allre natures生态系统的结构及其一般特征生态系统的结构及其一般特征导导 论论v系统系统v自然界系统自然界系统v跳出自然看自然跳出自然看自然allre naturesv系统：系统：许多组成要素（组件）许多组成要素（组件）特定的结构特定的结构特定的功能特定的功能封
2、闭系统、开放系统封闭系统、开放系统生态系统的结构及其一般特征生态系统的结构及其一般特征allre natures生态系统的结构及其一般特征生态系统的结构及其一般特征环境环境(非生物非生物)人类人类生物生物v自然界系统（世界系统）自然界系统（世界系统）allre natures生态系统的结构及其一般特征生态系统的结构及其一般特征自然系统自然系统自然自然生态系统生态系统人类人类社会系统社会系统复合复合生态系统生态系统allre natures4.1 生态系统的基本概念生态系统的基本概念vEcosystem定义：定义：指生物群落与生存环境之间，经指生物群落与生存环境之间，经及生物群落内生物之间进行物
3、质循环和能量交换而及生物群落内生物之间进行物质循环和能量交换而形成的动态平衡体。形成的动态平衡体。v表达式：表达式：生态系统生态系统=生物群落生物群落+无机环境无机环境 （非无机环境，非生物环境）（非无机环境，非生物环境）allre natures4.1 生态系统的基本概念生态系统的基本概念生物群落生物群落种种群群种种群群物质循环能量交换信息交换生态系统概念模型生态系统概念模型要点：要点：功能的统一性功能的统一性协调的统一性协调的统一性具有自我调节功能具有自我调节功能生态系统是功能上的单位，而生态系统是功能上的单位，而非生物学单位非生物学单位干扰干扰人力因素（经济、社会）人力因素（经济、社会）
4、自然力自然力环境环境（非生物环境）（非生物环境）allre natures4.1 生态系统的基本概念生态系统的基本概念v 概念理解概念理解v 生态系统概念，把系统学原理运用到对生态系统概念，把系统学原理运用到对“生物生物环境环境”复复杂系统的认识，并把它简化为一个系统。杂系统的认识，并把它简化为一个系统。v 由于人类生活和生产活动的干扰，纯自然的生态系统已不由于人类生活和生产活动的干扰，纯自然的生态系统已不存在，（除了没有人类活动的原始森林外，但其事实上也存在，（除了没有人类活动的原始森林外，但其事实上也受到气候变化的影响）受到气候变化的影响）v 宏观上，我们在研究社会发展时，把自然生态系统进
5、一步宏观上，我们在研究社会发展时，把自然生态系统进一步扩展为复合生态系统（见下页）扩展为复合生态系统（见下页）allre natures4生态系统的基本概念生态系统的基本概念 复合生态系统复合生态系统社会社会Ecosys 自然自然Ecosys生产者生产者Ecosysallre natures4.2 生态系统的分类生态系统的分类生物圈生态系统生物圈生态系统自然生态系统自然生态系统农业生态系统农业生态系统人工生态系统人工生态系统森林森林ESES草原草原ESES水域水域ESES极地极地ESES农田农田ESES人工林人工林ESES牧场牧场ESES鱼塘鱼塘ESES养殖养殖ESES微生物微生物ESES城市
6、城市ESES工矿工矿ESES温室温室ESES宇宙飞船宇宙飞船allre natures生态系统的共同特征生态系统的共同特征是生态学上的一个结构和功能单位，属于生态学是生态学上的一个结构和功能单位，属于生态学上的最高层次；上的最高层次；内部具有自调节、自组织、自更新能力；内部具有自调节、自组织、自更新能力；具能量流动、物质循环和信息传递三大功能；具能量流动、物质循环和信息传递三大功能；营养级的数目有限；营养级的数目有限；是一个动态系统是一个动态系统allre natures4.3 生态系统的组成生态系统的组成v非生物环境非生物环境“环境环境”v生产者生产者v消费者消费者 “生物群落成员生物群落成
7、员”v分解者分解者allre natures 气候因子（太阳辐射、温度、湿度、风等）气候因子（太阳辐射、温度、湿度、风等）非生物环境非生物环境 生物代谢材料（生物代谢材料（COCO2 2、O O2 2、无机盐类和、无机盐类和H H2 2O O等）等）（无机环境）（无机环境）媒质（水、空气、土壤等）媒质（水、空气、土壤等）生长基质（岩石、砂砾、泥土等）生长基质（岩石、砂砾、泥土等）生态系统生态系统 生产者（植物和利用化学能的细菌）生产者（植物和利用化学能的细菌）生物成分生物成分 消费者（动物）消费者（动物）分解者（真菌和细菌）分解者（真菌和细菌）4.3 生态系统的组成生态系统的组成allre n
8、atures4.3 生态系统的组成生态系统的组成非生物环境非生物环境 非生物环境包括参加物质循环的无机元素和化合物（如非生物环境包括参加物质循环的无机元素和化合物（如C C、N N、COCO2 2、CaCa、P P、K K）、）、联系生物和非生物成分的有机物联系生物和非生物成分的有机物质（如蛋白质、糖类、脂类和腐殖质等）和气候或其他物理质（如蛋白质、糖类、脂类和腐殖质等）和气候或其他物理条件（如温度、压力）条件（如温度、压力）allre natures4.3 生态系统的组成生态系统的组成生产者：生产者：生 产 者 是 能 经 简 单 的 无 机 物 制 造 食 物 的 自 养 生 物生 产 者
9、 是 能 经 简 单 的 无 机 物 制 造 食 物 的 自 养 生 物（autotrophs）。）。对于淡水池塘来说，生产者主要分为：对于淡水池塘来说，生产者主要分为：有根的植物或漂浮物植物有根的植物或漂浮物植物:通常只生活于淡水中。通常只生活于淡水中。体形小的浮游植物体形小的浮游植物:主要是藻类，分布在光线能够透入的主要是藻类，分布在光线能够透入的 水层中，一般用肉眼看不到。但对水池来讲，比有根植物水层中，一般用肉眼看不到。但对水池来讲，比有根植物 更重要，是有机物质的主要制造者。因此，池塘中几乎一更重要，是有机物质的主要制造者。因此，池塘中几乎一 切生命都依赖它们。切生命都依赖它们。对草
10、地来说，生产者是有根的绿色植物。对草地来说，生产者是有根的绿色植物。allre natures4.3 生态系统的组成生态系统的组成消费者：消费者：所谓消费者是针对生产者而言，即它们不能从无机物质所谓消费者是针对生产者而言，即它们不能从无机物质制造有机物质，而是直接或间接依赖于生产者的制造的有机制造有机物质，而是直接或间接依赖于生产者的制造的有机物质，因此属于异养生物（物质，因此属于异养生物（heterotrophs）allre natures4.3 生态系统的组成生态系统的组成消费者按其营养方式上的不同又可分为：消费者按其营养方式上的不同又可分为：食草动物（食草动物（herbivores）：）
11、：是直接以植物体为营养的动物。是直接以植物体为营养的动物。在池塘中有两大类，即浮游动物和某些底栖动物。后者在池塘中有两大类，即浮游动物和某些底栖动物。后者如环节动物，它们直接依赖生产者而生存。草地上的食草动如环节动物，它们直接依赖生产者而生存。草地上的食草动物，如食草性昆虫和食草性哺乳动物，食草动物可以统称为物，如食草性昆虫和食草性哺乳动物，食草动物可以统称为一级消费者（一级消费者（primary consumers）。allre natures4.3 生态系统的组成生态系统的组成消费者按其营养方式上的不同又可分为：消费者按其营养方式上的不同又可分为：食肉动物（食肉动物（carnivores）
12、：）：即以食草动物为食者。即以食草动物为食者。例如，池塘中某些以浮游动物为食的鱼类，在草地上例如，池塘中某些以浮游动物为食的鱼类，在草地上的也有以食草动物动物为食的捕食性鸟兽。以食草性动物的也有以食草动物动物为食的捕食性鸟兽。以食草性动物为食的食肉动物，可统称为二级消费者（为食的食肉动物，可统称为二级消费者（secodary consumers）。）。allre natures4.3 生态系统的组成生态系统的组成消费者按其营养方式上的不同又可分为：消费者按其营养方式上的不同又可分为：大型食肉动物或顶级食肉动物大型食肉动物或顶级食肉动物(top carnivores):):即以食肉动物为主食。即
13、以食肉动物为主食。例如，池塘中的黑鱼或鳜鱼，草地上的鹰隼等猛禽，它例如，池塘中的黑鱼或鳜鱼，草地上的鹰隼等猛禽，它们可统称为三级消费者（们可统称为三级消费者（tertiary consumers）。allre natures4.3 生态系统的组成生态系统的组成分解者分解者：分解者属于异养生物。其作用是把动植物残体的复分解者属于异养生物。其作用是把动植物残体的复杂有机物分解为生产者能重新利用的简单化合物，并释杂有机物分解为生产者能重新利用的简单化合物，并释放出能量。细菌、真菌、蚯蚓、螨虫等。放出能量。细菌、真菌、蚯蚓、螨虫等。生产者、消费者、分解者之间形成物质能量循环，生产者、消费者、分解者之间
14、形成物质能量循环，使生态系统保持一个自组织的动态平衡状态。使生态系统保持一个自组织的动态平衡状态。allre natures4.4 生态系统的结构生态系统的结构 生态系统结构的一般模型生态系统结构的一般模型 形态结构形态结构 营养结构营养结构allre natures4.4.1 生态系统的一般模型生态系统的一般模型生产生产者亚者亚系统系统草食动物草食动物肉食动物肉食动物2 2碎屑碎屑再循环再循环分解者分解者分解者亚系统分解者亚系统消费者亚系统消费者亚系统COCO2 2无机无机营养物营养物生态系统结构的一般性模型（生态系统结构的一般性模型（Anderson,1981,1981）肉食动物肉食动物1
15、 1allre natures4.4.2 生态系统结构的分解生态系统结构的分解初级生产：初级生产：自养生物的生产过程称为初级生产，或第一性自养生物的生产过程称为初级生产，或第一性生产，其提供的生产力称为初级生产力。生产，其提供的生产力称为初级生产力。次级生产：次级生产：异养生物的再生产过程称为次生产，或第二性异养生物的再生产过程称为次生产，或第二性生产，其提供的生产力称为次级生产力。生产，其提供的生产力称为次级生产力。分解过程：分解过程：分解者将复杂的有机物质分解为简单无机物的分解者将复杂的有机物质分解为简单无机物的过程。过程。allre natures4.5 食物链与食物网食物链与食物网食物
16、链：食物链：生产者所固定的能量和物质，通过系统生产者所固定的能量和物质，通过系统取食和被食的关系在生态系统中传递，各种生物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顺序称为食物链（按其食物关系排列的链顺序称为食物链（Food chain）。allre naturesv生态系统的三大功能类群生态系统的三大功能类群4.5 食物链与食物网食物链与食物网生产者生产者（绿色植物）（绿色植物）还原者还原者（细菌、真菌）（细菌、真菌）消费者消费者（动物）（动物）环境环境（土壤、空气、水）（土壤、空气、水）allre natures4.5 食物链与食物网食物链与食物网食草性鱼类食草性鱼类浮
17、游动物浮游动物浮游植物浮游植物食肉性鱼类食肉性鱼类 例例1 1：水生态系统中的食物链：水生态系统中的食物链例例2 2：人类食物链（网）：人类食物链（网）植物生产植物生产加工链加工链食品食品动物生产动物生产allre natures4.5 食物链与食物网食物链与食物网食物网：食物网：在一个生态系统中，生物群落中的各种在一个生态系统中，生物群落中的各种生物的食物链往往是彼此交链连结，形成一个网生物的食物链往往是彼此交链连结，形成一个网状结构，称为食物网。状结构，称为食物网。allre natures4.6 营养级与生态金字塔营养级与生态金字塔营养级：营养级：一个营养是指处于食物链某一环节上的所有生
18、一个营养是指处于食物链某一环节上的所有生 物种的总和。物种的总和。食物链和食物网表现的是物种与物种之间的营养关食物链和食物网表现的是物种与物种之间的营养关系。这种关系错综复杂，无法用图解的方式完全表示，系。这种关系错综复杂，无法用图解的方式完全表示，为了便于进行定行定量的能量和物质循环研究，生态学为了便于进行定行定量的能量和物质循环研究，生态学家提出了营养级（家提出了营养级（Tropic Level）的概念。的概念。allre natures4.6 营养级与生态金字塔营养级与生态金字塔生态金字塔或生态锥体（生态金字塔或生态锥体（Ecological Pyramid）生物量金字塔（生物量金字塔（
19、Pyramid of biomass）能量金字塔（能量金字塔（Pyramid of energy）数量金字塔（数量金字塔（Pyramid of numbers）三类锥体合称为生态金字塔，表示营养沿食物链的流动三类锥体合称为生态金字塔，表示营养沿食物链的流动或转化规律。或转化规律。allre natures4.6 营养级与生态金字塔营养级与生态金字塔 能量传递的能量传递的1/101/10定律定律N N 级级次级消费者次级消费者初级消费者初级消费者生生 产产 者者1010001001allre natures 二级肉食者（二级肉食者（1.51.5g/m2）分解者分解者 一级肉食者（一级肉食者（11
20、11g/m2）（5g/m2）草食者草食者 （3737g/m2/m2）生物量金字塔生物量金字塔4.6 营养级与生态金字塔营养级与生态金字塔浮游生物（浮游生物（8080g/m2）allre natures4.7 生态效率生态效率（Ecological Efficiency）评价生态效率的参数：评价生态效率的参数：a.a.摄取量（摄取量（I I）b.b.同化量（同化量（A A）c.c.呼吸量（呼吸量（R R）d.d.生产量（生产量（P P）营养级内的生态效率营养级内的生态效率 营养级间的生态效率营养级间的生态效率allre natures4.7.1 评价生态效率的参数评价生态效率的参数 摄取量：摄取
21、量：摄取量（摄取量（I I）表示一个生物所摄取的能量。对植物来表示一个生物所摄取的能量。对植物来说，说，I I代表被光合作用所吸收的日光能。对动物来说，代表被光合作用所吸收的日光能。对动物来说，I I代代表动物吃进的食物能。表动物吃进的食物能。同化量：同化量：同化量（同化量（A A）表示在动物消化道内被吸收的能量，即表示在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。对分解者是指细胞外产物的消费者吸收所采食的食物能。对分解者是指细胞外产物的吸收。对植物来说是指在光合作用中所固定的日光能，常吸收。对植物来说是指在光合作用中所固定的日光能，常以总初能生产量（以总初能生产量（GPGP）表示。
22、表示。allre natures4.7.1 评价生态效率的参数评价生态效率的参数呼吸量：呼吸量：呼吸量（呼吸量（R R）指生物在呼吸等新陈代谢和各种活动中指生物在呼吸等新陈代谢和各种活动中所消耗的全部能量。所消耗的全部能量。生产量：生产量：生产量（生产量（P P）指生物呼吸消耗后所净剩的同化能量指生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值。它以有机物资的形式累积在生物体内或生态系统值。它以有机物资的形式累积在生物体内或生态系统中。对于植物来说，它是指净初级生产量（中。对于植物来说，它是指净初级生产量（NPNP）。）。对动对动物来说，它是同化量扣除维持消耗后的能量，即物来说，它是同化量扣除维持消耗后的能量
23、，即P=A-RP=A-R。allre natures吸 收 的 日 光 量吸 收 的 日 光 量4.7.2 营养级内的生态效率营养级内的生态效率 同化效率：同化效率：同化效率指被植物吸收的日光能中被光合作用所固定的能量同化效率指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化了的能理比例。比例，或被动物摄食的能量中被同化了的能理比例。动植物固定的能量动植物固定的能量同 化 效 率同 化 效 率=动植物吸收的能量动植物吸收的能量动 物 的 摄 食 量动 物 的 摄 食 量=A An n其中：其中：n n为营养级数为营养级数I In n即即A Ae e=一般肉食动物中同化
24、效率比植食动物要高些，因为肉食动一般肉食动物中同化效率比植食动物要高些，因为肉食动物的食物在化学组成上更接近其本身的组织。物的食物在化学组成上更接近其本身的组织。allre natures 生长效率生长效率包括组织生长和生态生长效率包括组织生长和生态生长效率 通常植物的生长效率大于动物，大型动物的生长效率小于小型动通常植物的生长效率大于动物，大型动物的生长效率小于小型动物的，年老动物的生长效率小于幼年的，变温动物的大于恒温动物物的，年老动物的生长效率小于幼年的，变温动物的大于恒温动物的，通常生物的组织生长效率高于其生态生长效率。的，通常生物的组织生长效率高于其生态生长效率。n n营养级的同化能
25、量营养级的同化能量4.7.2 营养级内的生态效率营养级内的生态效率n n营养级的净生产量营养级的净生产量组织生长效率组织生长效率=n n营养级的净生产量营养级的净生产量n n营养级的摄入量营养级的摄入量生态生长效率生态生长效率=即即TGTGe e=NPnAn即即EGEGe e=In或或allre natures4.7.3 营养级之间的生态效率营养级之间的生态效率 消费效率消费效率(或利用效率或利用效率)I In+1n+1利用效率利用效率=(n+1)(n+1)营养级的同化量营养级的同化量n n 营养级的净生产量营养级的净生产量即即U Ue e=NPNP消费效率消费效率=(n+1)(n+1)营养级
26、的摄入量营养级的摄入量n n 营养的净生产量营养的净生产量即即C Ce e=NPNPn nA An+1n+1 消费效率可用来量度一个营养级位对前一营养级位的相对采食消费效率可用来量度一个营养级位对前一营养级位的相对采食压力。此值一般在压力。此值一般在25%35%25%35%，这说明每一营养级位的净生产量有，这说明每一营养级位的净生产量有65%65%75%75%进入腐屑食物链进入腐屑食物链.利用效率的高低，说明前一营养级位的净利用效率的高低，说明前一营养级位的净生产量被后一营养级位同化了多少，即被转化利用了多少。生产量被后一营养级位同化了多少，即被转化利用了多少。allre naturesI I
27、n n4.7.3 营养级之间的生态效率营养级之间的生态效率 林德曼林德曼（R.L.Lindeman)效率效率 根据林德曼测量结果，这个比值大约是一项重要的生态学定律。但根据林德曼测量结果，这个比值大约是一项重要的生态学定律。但这仅是湖泊生态系统的一个近似值，在其他不同的生态系统中，高则可这仅是湖泊生态系统的一个近似值，在其他不同的生态系统中，高则可达达30%30%，低则可能只有，低则可能只有1%1%或更低。或更低。I In+1n+1I In n林得曼效率林得曼效率=(n+1)(n+1)营养级的同化量营养级的同化量n n营养级的同化量营养级的同化量林得曼效率林得曼效率=即即L Le e=A An
28、+1n+1A An nA An nP Pn+1n+1A An nI In+1n+1P Pn n=(n+1)(n+1)营养级摄取的食物营养级摄取的食物n n营养级摄取的食物营养级摄取的食物allre natures4.8 生态平衡生态平衡 定义：定义：生态系统是指生态系统通过发育和调节生态系统是指生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状态，包括结构上的稳定，功能所达到的一种稳定状态，包括结构上的稳定，功能上的稳定和能量输入、输出上的稳定。上的稳定和能量输入、输出上的稳定。allre natures4.8 生态平衡生态平衡 生态平衡的条件生态平衡的条件开放的系统开放的系统存在负反馈的自我调节机制存在负反馈的自我调节机制 生态系统的自我调节能力是有限度的。超过生态系统的自我调节能力是有限度的。超过这个限度会引起生态失调和生态破坏。这个限度会引起生态失调和生态破坏。
