1、基础生态学基础生态学天津师范大学生命科学学院天津师范大学生命科学学院第四部分第四部分 生态系统生态学生态系统生态学1234生态系统的一般特征的一般特征生态系统中的能量流动生态系统中的能量流动生态系统中的物质循环生态系统中的物质循环陆地生态系统主要类型陆地生态系统主要类型11.11.生态系统的一般特征生态系统的一般特征11.1 11.1 生态系统的基本概念生态系统的基本概念11.2 11.2 生态系统的组成与结构生态系统的组成与结构11.3 11.3 食物链和食物网食物链和食物网11.4 11.4 营养级和生态金字塔营养级和生态金字塔11.5 11.5 生态效率生态效率11.6 11.6 生态系
2、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 生态系统生态系统(ecosystem)(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质循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相互作用、相互依赖的事物有规律地联合的集合体地联合的集合体许多成分组成许多成分组成独立的、特定的功能独立的、特定的功能各成分间相互联系、相互作用各成分间相互联系、相互作用 生物地理群落生物地理群落(b
3、iogeocoenosisbiogeocoenosis)11.1 11.1 生态系统的基本概念生态系统的基本概念 生态学的一个主要结构和功能单位，属于生态学研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三大能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能功能 营养级的数目受限于生产者所固定的最大能值和能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，生态系统中营养级不会超过量在流动中巨大损失，生态系统中营养级不会超过5-65-6个个 动态系统动态系统生态系统的特征生态系统
4、的特征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 生产者生产者 (producer)(producer)消费者消费者 (consumer)(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)(decomposer)11.2.2 11.2.2 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）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池塘生态系统示意图池塘生态系统示意图一个
5、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 气候气候因素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表示出三个亚系统的生态系统结构一般模型表示出三个亚系统的生态系统结构一般模型11.3 11.3 食物链和食物网食物链和食物网 11.3.1 11.3.1 食物链食物链 (food chain)(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
6、被食的关系在生态系统中传递，各种生物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按其食物关系排列的链状顺序 11.3.2 11.3.2 食物网食物网 (food web)(food web)：食物链彼此交错连结，形成一：食物链彼此交错连结，形成一个网状结构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 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
7、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、植物的遗体被食动、植物的遗体被食腐性生物腐性生物(小型土壤动小型土壤动物、真菌、细菌物、真菌、细菌)取食，取食，然后到他们的捕食者然后到他们的捕食者的食物链的食物链 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 以大型动物为食物链的起点，继之以小型动物、微型动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
8、菌-病毒病毒一个食物链的例子一个食物链的例子“螳螂捕蝉，黄雀在后螳螂捕蝉，黄雀在后”螳螂捕蝉，螳螂捕蝉，黄雀在后！黄雀在后！哈！哈！哈！哈！植物汁液植物汁液蝉蝉(初级消费者初级消费者)螳螂螳螂(二级消费者二级消费者)黄黄雀雀(三级消费者三级消费者)鹰鹰(四级消费者四级消费者)(顶极食肉动物顶极食肉动物)食物网食物网 一种生物常常以多种食物为食，而同一种食物又常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，多条食物为多种消费者取食，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，并推动着生食物网不仅
9、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、生物与生物紧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，称为生态系统的营养结构密联系起来的结构，称为生态系统的营养结构食物网11.4 11.4 营养级与生态金字塔营养级与生态金字塔 营养级营养级(trophictrophic level)level)：处于食物链某一环节上的所有：处于食物链某一环节上的所有生物种的总和生物种的总和生态系统中营养级数目生态系统中营养级数目 各营养级消费者不可能各营养级消费者不可能100%100%利用前一营养
10、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%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，食物链就不可能太能流在通过各营养级时会急剧减少，食物链就不可能太长长 生态系统中的营养级一般只有四、五级，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(ecological pyramid)(ecological pyramid)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、能量和个体数量单
11、位来表数量关系可采用生物量、能量和个体数量单位来表示示 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能量能量金字金字塔塔 由各营养级所固定的总能量值的多少来构成的生态金字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塔 以相同的单位面积和单位时间内的生产者和各级消费者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所积累的能量比率来构造 千卡千卡/平方米平方米年年energy pyramid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消费者的生物量即生命物质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、
12、浅水生态系统中比较典型，因总量建立的金字塔。对陆地、浅水生态系统中比较典型，因为生产者是大型的，所以塔基比较大，金字塔比较规则为生产者是大型的，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 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，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，在任何时间它的现存量很繁殖迅速，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塔形低，导致这些生态系统的生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，以相同面积内各营养单位面积内
13、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塔顶。一般每一个营养级所包括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，沿食物链向上递减。的有机体数目，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 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 能量金字塔表达营养结构最全面，确切表示食物通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，永远是正塔型过食物链的效率，永远
14、是正塔型 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性生物量金字塔过分突出大生物体的重要性11.5 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养级生态效率：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。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 I）：表示各生物所摄取的能量）：表示各生物所摄取的能量 同化量同化量(A)(A)：动物消化道内被吸收的能量，即消费：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者吸收所采食的食物能；植物光合作用所固
15、定的日光能光能 呼吸量呼吸量(R)(R)：生物在呼吸等新陈代谢和各种活动所：生物在呼吸等新陈代谢和各种活动所消耗的全部能量消耗的全部能量 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=A-RP=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物能的效率，即同化能量的有效程度量度一个物种利用食物能的效率，即同化能量的有效程度同化效率同化效率 被植物吸收的日光能中被光合作用所固定的能量比例，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量比例：或被动物摄食的能量中被同化了的能量比例：AeA
16、e=A=An n/I/In n 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 生产效率生产效率 =n=n营养级的净生产量营养级的净生产量/n/n营养级的同化能量营养级的同化能量 生态生长效率生态生长效率 =n=n营养级的净生产量营养级的净生产量/n/n营养级的摄入能量营养级的摄入能量 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%40%呼吸，呼吸，60%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%65%用于呼吸，用于呼吸，35%35%用于生长用于生长 哺乳动物
17、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营养级位之间的生态效率营养级位之间的生态效率 消费效率：消费效率量度一个营养级对前一营养消费效率：消费效率量度一个营养级对前一营养级的相对取食压力。级的相对取食压力。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营养级的净营养级的净生产量生产量 一般在一般在20-35%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%-65%-75%75%进入碎屑食物链进入碎屑食物链林德曼效率林德曼效率 林德曼
18、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营养级所营养级所获得的能量之比：获得的能量之比：Le=ILe=In+1n+1/I/In n 林得曼定律（十分之一定律）：能量沿营养级的移林得曼定律（十分之一定律）：能量沿营养级的移动时，逐级变小，后一营养级只能是前一营养级能动时，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。量的十分之一左右。林德曼效率林德曼效率11.6.11.6.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 反馈调节：反馈调节：当生态系统某一成分发生变化，它必然引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，
19、这些变化又反过来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的那种成分影响最初发生变化的那种成分 负反馈：负反馈：系统中某一成分的变化所引起的其他一系列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，结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分的变化，使生态系统达到或保持平衡或稳态变化，使生态系统达到或保持平衡或稳态 正反馈：正反馈：系统中某一成分的变化所引起的其他一系列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，变化，反过来加速最初发生变化的成分所发生的变化，使生态系统远离平衡状态或稳态。如湖泊污
20、染，导致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，由于鱼体腐烂，加重湖泊污鱼的数量因死亡而减少，由于鱼体腐烂，加重湖泊污染并引起更多鱼类的死亡染并引起更多鱼类的死亡生态系统中的反馈（正反馈（左）和负反馈（右）正反馈（左）和负反馈（右）狼狼狼狼兔兔兔兔植物植物植物植物狼狼饿饿死死狼狼吃吃饱饱吃了吃了较多较多兔子兔子吃了吃了较少较少兔子兔子兔兔吃吃饱饱兔兔饿饿死死吃了吃了较少较少的草的草吃了吃了大量大量的草的草污染污染 鱼鱼死亡死亡污染污染 鱼鱼死亡死亡 鱼鱼死亡死亡 污染污染 生态平衡：生态系统通过发育和调节所达到的一种稳生态平衡：生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定
21、状态，它包括结构、功能和能量输入和输出的稳定定状态，它包括结构、功能和能量输入和输出的稳定 生态阈值：生态系统受外界干扰后，自动调节的极限生态阈值：生态系统受外界干扰后，自动调节的极限 生态危机：由于人类盲目活动而导致局部地区甚至整生态危机：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，从而威胁人类的生存。个生物圈结构和功能的失衡，从而威胁人类的生存。11.6.11.6.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12.12.生态系统中的能量流动生态系统中的能量流动 12.1 12.1 生态系统中的初级生产生态系统中的初级生产 12.2 12.2 生态系统中的次级生
22、产生态系统中的次级生产 12.3 12.3 生态系统中的分解生态系统中的分解 12.4 12.4 生态系统中的能量流动生态系统中的能量流动12.1 12.1 生态系统中的初级生产生态系统中的初级生产 12.1.1 12.1.1 初级生产的基本概念初级生产的基本概念 12.1.2 12.1.2 地球上初级生产力的分布地球上初级生产力的分布 12.1.3 12.1.3 初级生产的生产效率初级生产的生产效率 12.1.4 12.1.4 初级生产量的限制因素初级生产量的限制因素 12.1.5 12.1.5 初级生产量的测定方法初级生产量的测定方法12.1.1 12.1.1 初级生产的基本概念初级生产的
23、基本概念 初级生产：自养生物的生产过程，其提供的生产力为初初级生产：自养生物的生产过程，其提供的生产力为初级生产力级生产力 次级生产：异养生物再生产过程，提供的生产力为次级次级生产：异养生物再生产过程，提供的生产力为次级生产力生产力 生产过程：生产过程：生产者通过光合作用合成复杂的有机物质，使植物生产者通过光合作用合成复杂的有机物质，使植物的生物量的生物量(包括个体数量和生长包括个体数量和生长)增加增加 消费者摄食植物已经制造好的有机物质消费者摄食植物已经制造好的有机物质(包括直接的包括直接的取食植物和间接的取食食草动物和食肉动物取食植物和间接的取食食草动物和食肉动物)，通过，通过消化、吸收在
24、合成为自身所需的有机物质，增加动消化、吸收在合成为自身所需的有机物质，增加动物的生产量物的生产量初级生产的基本概念初级生产的基本概念 初级生产量初级生产量(primary production)(primary production)：绿色植物通：绿色植物通过光合作用合成有机物质的数量称为初级生产量，过光合作用合成有机物质的数量称为初级生产量，也称第一性生产量也称第一性生产量 净净初初级生产级生产量量(net primary production)(net primary production)：初级：初级生产过程植物固定的能量一部分被植物自己的呼生产过程植物固定的能量一部分被植物自己的呼吸消
25、耗掉，剩下的可用于植物的生长和生殖，这吸消耗掉，剩下的可用于植物的生长和生殖，这部分生产量成为部分生产量成为淨初級淨初級生产生产量量(NP)(NP)总总初初级生产级生产量量(gross primary production)(gross primary production)：初：初级生产过程植物固定的能量的总量级生产过程植物固定的能量的总量 GP=NP+RGP=NP+R 初级生产力：植物群落在一定空间一定时间内所生初级生产力：植物群落在一定空间一定时间内所生产的有机物质积累的数量产的有机物质积累的数量 生物量生物量 (biomass)(biomass)：是指某一时刻单位面积上积存：是指某一时
26、刻单位面积上积存的有机物质的量。以鲜重或干重表示的有机物质的量。以鲜重或干重表示 现存量：是指绿色植物初级生产量被植食动物取食现存量：是指绿色植物初级生产量被植食动物取食及枯枝落叶掉落后所剩下的存活部分及枯枝落叶掉落后所剩下的存活部分 SC=GP-R-H-DSC=GP-R-H-D初级生产的基本概念初级生产的基本概念初级生产11.1.2 11.1.2 地球上初级生产力的分布地球上初级生产力的分布 不同生态系统类型的初级生产力不同不同生态系统类型的初级生产力不同 陆地比水域的初级生产力总量大陆地比水域的初级生产力总量大 陆地上初级生产力有随纬度增加逐渐降低的趋势陆地上初级生产力有随纬度增加逐渐降低
27、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海洋中初级生产力由河口湾向大陆架和大洋区逐渐降低低 生态系统的初级生产力随群落的演替而变化生态系统的初级生产力随群落的演替而变化 水体和陆地生态系统的生产力有垂直变化水体和陆地生态系统的生产力有垂直变化 初级生产力随季节变化初级生产力随季节变化不同生态系统的初级生产力世界上主要生物群带的初级生产力世界上主要生物群带的初级生产力NET PRIMARY PRODUCTIVITY初级生产力的分布初级生产力的分布 生产力极低的区域：生产力极低的区域：1000kcal/m1000kcal/m2 2.a.a或者更少，如大部或者更少，如大部分海洋和荒漠。
28、分海洋和荒漠。中等生产力区域：中等生产力区域：1000-10000kcal/m1000-10000kcal/m2 2.a.a，如草地、沿，如草地、沿海区域、深湖和一些农田。海区域、深湖和一些农田。高生产力的区域：高生产力的区域：10000-20000kcal/m10000-20000kcal/m2 2.a.a或者更多，如或者更多，如大部分湿地生态系统、河口湾、泉水、珊瑚礁、热带大部分湿地生态系统、河口湾、泉水、珊瑚礁、热带雨林和精耕细作的农田、冲积平原上的植物群落等。雨林和精耕细作的农田、冲积平原上的植物群落等。地球主要陆地生态系统的初级生产力强烈受温度和降水的影响地球主要陆地生态系统的初级生
29、产力强烈受温度和降水的影响P:productivity P:productivity(t t hmhm-2-2 a a-1-1)B:biomass B:biomass(t t hmhm-2-2)R:radiation R:radiation(kcalkcal cmcm-2-2 d d-1-1)NPRCO2光光H2O营养营养取食取食O2温度温度陆地生态系统中，初级生产量是由光、二氧化碳、水、营养物陆地生态系统中，初级生产量是由光、二氧化碳、水、营养物质质(物质因素物质因素)、氧和温度、氧和温度(环境调节因素环境调节因素)六个因素决定的。六个因素决定的。污染物污染物光合作用光合作用生物量生物量GP
30、12.1.4 12.1.4 初级生产量的限制因素初级生产量的限制因素陆地生态系统陆地生态系统 辐射强度和日照时间：光强升高，光照时间长，提高辐射强度和日照时间：光强升高，光照时间长，提高产量产量 光合途径：光合作用途径的不同，直接影响初级生产光合途径：光合作用途径的不同，直接影响初级生产力的高低力的高低 水：光合作用的原料，缺水显著抑制光合速率水：光合作用的原料，缺水显著抑制光合速率 温度：温度升高，总光合速率升高温度：温度升高，总光合速率升高 营养元素营养元素 二氧化碳二氧化碳 食草动物食草动物水域生态系统水域生态系统 光光P=RP=R*C C*3.7/k3.7/k P P：浮游植物的净初：
31、浮游植物的净初级生产力，级生产力，R R：相对：相对光合率，光合率，k k：光强度：光强度随水深度而减弱的衰随水深度而减弱的衰变系数，变系数，C C：水中的：水中的叶绿素含量叶绿素含量 营养物质：营养物质：N/PN/P12.1.5 12.1.5 初级生产量的测定方法初级生产量的测定方法收获量测定法收获量测定法氧气测定法氧气测定法二氧化碳测定法二氧化碳测定法放射性标记物测定法放射性标记物测定法叶绿素测定法叶绿素测定法收获量测定法收获量测定法 陆生定期收获植被，烘干至恒重陆生定期收获植被，烘干至恒重 以每年每平方米的干物质重量表示以每年每平方米的干物质重量表示 以其以其生物量生物量的的产产出出测定
32、测定，但，但位于位于地下的地下的生物量生物量，难以难以测定测定 地下的部分可以地下的部分可以占占有有40%40%至至85%85%的的总生产量总生产量，因此，因此不能不能省略省略氧气测定法氧气测定法 通过氧气变化量测定总初级生产量通过氧气变化量测定总初级生产量 19271927年年T.GarderT.Garder,H.H.GranH.H.Gran用于测定海洋生态系统生产用于测定海洋生态系统生产量量 从一定深度取自养生物的水样，分装在体积为从一定深度取自养生物的水样，分装在体积为125-125-300ml300ml的白瓶的白瓶(透光透光)、黑瓶、黑瓶(不透光不透光)和对照瓶中和对照瓶中 对照瓶测定
33、初始的溶氧量对照瓶测定初始的溶氧量IBIB 黑白瓶放置在取水样的深度，间隔一定时间取出，黑白瓶放置在取水样的深度，间隔一定时间取出，用化学滴定测定黑白瓶的的含氧量用化学滴定测定黑白瓶的的含氧量DBDB、LBLB 计算呼吸量计算呼吸量(IB-DB)(IB-DB)，净生产量，净生产量(LB-IB)(LB-IB)，总生产量，总生产量(LB-DB)(LB-DB)黑白瓶法黑黑瓶瓶（呼吸作用呼吸作用）白瓶白瓶(净光合作用净光合作用)对照瓶对照瓶（消除误差）（消除误差）放放置置于于水水样样深深度度处处一定时间后，测各瓶的含氧量变化，求初级生产量一定时间后，测各瓶的含氧量变化，求初级生产量二氧化碳测定法二氧化
34、碳测定法 用塑料罩将生物的一部分套住用塑料罩将生物的一部分套住 测定进入和抽出空气中的测定进入和抽出空气中的COCO2 2 透明罩：测定净初级生产量透明罩：测定净初级生产量 暗罩：测定呼吸量暗罩：测定呼吸量放射性标记物测定法放射性标记物测定法 用用放射性放射性1414C C測定其吸收量測定其吸收量，即光合作用固定的碳量，即光合作用固定的碳量 放射性放射性1414C C以碳酸盐的形式提供，放入含有自然水体浮以碳酸盐的形式提供，放入含有自然水体浮游植物的样瓶中，沉入水中经过一定时间，滤出浮游游植物的样瓶中，沉入水中经过一定时间，滤出浮游植物，干燥后在计数器测定放射活性，然后计算：植物，干燥后在计数
35、器测定放射活性，然后计算：1414COCO2 2/CO/CO2 2=1414C C6 6H H1212O O6 6/C/C6 6H H1212O O6 6 确定光合作用固定的碳量确定光合作用固定的碳量 需用需用“暗呼吸暗呼吸”作校正作校正叶绿素测定法叶绿素测定法 植物定期取样植物定期取样 丙酮提取叶绿素丙酮提取叶绿素 分光光度计测定叶绿素浓度分光光度计测定叶绿素浓度 每单位叶绿素的光合作用是一定的，通过测定叶绿素每单位叶绿素的光合作用是一定的，通过测定叶绿素的含量计算取样面积的初级生产量的含量计算取样面积的初级生产量12.2 12.2 生态系统中的次级生产生态系统中的次级生产 12.2.1 1
36、2.2.1 次级生产过程次级生产过程 12.2.2 12.2.2 次级生产量的测定次级生产量的测定 12.2.3 12.2.3 次级生产的生态效率次级生产的生态效率12.2.1 12.2.1 次级生产量的生产过程次级生产量的生产过程未捕获未捕获(876.1g)(876.1g)猎物种群生产量猎物种群生产量(886.4g)(886.4g)被捕获被捕获(10.3g)(10.3g)被吃下被吃下(7.93g)I(7.93g)I未吃下未吃下(2.37g)(2.37g)未同化未同化(0.63g)(0.63g)同化同化(7.3g)A(7.3g)A净次级生产净次级生产(2.7g)P(2.7g)P呼吸呼吸(4.6
37、g)R(4.6g)R次级生产量次级生产量12.2.2 12.2.2 次级生产量的测定次级生产量的测定 用同化量和呼吸量估计生产量用同化量和呼吸量估计生产量(用摄食量扣除粪尿量估用摄食量扣除粪尿量估计同化量计同化量)：P=A-R=(C-FU)-R P=A-R=(C-FU)-R C C：动物从外界摄食的能量，：动物从外界摄食的能量，A A：被同化能量，：被同化能量，FU FU：排泄物，：排泄物，R R：呼吸量：呼吸量 用个体的生长和繁殖后代的生物量表示净生产量用个体的生长和繁殖后代的生物量表示净生产量:P=P=Pg+PrPg+Pr Pr Pr：生殖后代的生产量，：生殖后代的生产量，PgPg：个体增
38、重：个体增重12.2.3 12.2.3 次级生产的生态效率次级生产的生态效率 消费效率消费效率 同化效率同化效率 生长效率生长效率 消费效率：消费效率：食草动物对植物净生产量的利用食草动物对植物净生产量的利用植物种群增长率高，世代短，更新快，被利植物种群增长率高，世代短，更新快，被利用的百分比高用的百分比高草本植物维管束少，能提供较多的净初级生草本植物维管束少，能提供较多的净初级生产量产量浮游动物利用的净初级生产量比例最高浮游动物利用的净初级生产量比例最高食肉动物对猎物的消费效率研究较少食肉动物对猎物的消费效率研究较少脊椎动物捕食者脊椎动物捕食者5050100%100%，无脊椎动物捕食，无脊椎
39、动物捕食者者25%25%12.2.3 12.2.3 次级生产的生态效率次级生产的生态效率几种生态系统中食草动物利用植物净生产量的比例几种生态系统中食草动物利用植物净生产量的比例 生态系统生态系统 类类 型型 主要植物及其特征主要植物及其特征 被捕食被捕食 百分比百分比 成熟落叶林成熟落叶林 乔木乔木,大量非光合生物量大量非光合生物量,世代时世代时间长间长,种群增长率低种群增长率低 1.22.5 17 年弃耕田年弃耕田 一年生草本一年生草本,种群增长率中等种群增长率中等 12 非洲草原非洲草原 多年生草本多年生草本,少量非光合生物量少量非光合生物量,种群增长率高种群增长率高 2860 人工管理牧
40、场人工管理牧场 多年生草本多年生草本,少量非光合生物量少量非光合生物量,种群增长率高种群增长率高 3045 海海 洋洋 浮游植物浮游植物,种群增长率高种群增长率高,世代短世代短 6099 同化效率同化效率草食、碎食动物同化效率低，肉食动物高草食、碎食动物同化效率低，肉食动物高 生长效率生长效率肉食动物的净生长率低于草食动物肉食动物的净生长率低于草食动物不同动物类群有不同的生长效率不同动物类群有不同的生长效率12.2.3 12.2.3 次级生产的生态效率次级生产的生态效率12.3 12.3 生态系统中的分解生态系统中的分解 12.3.1 12.3.1 分解过程的性质分解过程的性质 12.3.2
41、12.3.2 分解者生物分解者生物 12.3.3 12.3.3 资源质量资源质量 12.3.4 12.3.4 理化环境对分解的影响理化环境对分解的影响12.3.1 12.3.1 分解过程的性质分解过程的性质 概念：概念：死有机物质的逐步降解过程死有机物质的逐步降解过程 将有机物还原为无机物，释放能量将有机物还原为无机物，释放能量 意义：意义：建立和维持全球生态系统的动态平衡建立和维持全球生态系统的动态平衡 通过死亡物质的分解，使营养物质再循环，给生通过死亡物质的分解，使营养物质再循环，给生产者提供营养物质产者提供营养物质 维持大气中维持大气中CO2CO2浓度浓度 稳定和提高土壤有机质的含量，为
42、碎屑食物链以稳定和提高土壤有机质的含量，为碎屑食物链以后各级生物生产食物后各级生物生产食物 改善土壤物理性状改善土壤物理性状分解作用的三个过程分解作用的三个过程 碎化：把尸体分解为颗粒状的碎屑碎化：把尸体分解为颗粒状的碎屑 异化：有机物在酶的作用下，进行生物化学的分解异化：有机物在酶的作用下，进行生物化学的分解 从聚合体变成单体从聚合体变成单体(如纤维素降解为葡萄糖如纤维素降解为葡萄糖)进而成为矿物成分进而成为矿物成分(如葡萄糖降为如葡萄糖降为CO2CO2和和H2O)H2O)淋溶：可溶性物质被水淋洗出，完全是物理过程淋溶：可溶性物质被水淋洗出，完全是物理过程 12.3.2 12.3.2 分解者
43、生物分解者生物 微生物微生物(细菌和真菌细菌和真菌)动物类群动物类群 陆地分解者陆地分解者 水生系统水生系统分解者生物分解者生物 微生物微生物(细菌和真菌细菌和真菌)主要利用可溶性物质，氨基酸和糖类的分解产主要利用可溶性物质，氨基酸和糖类的分解产物作为的食物而被吸收物作为的食物而被吸收分解者生物分解者生物 动物类群动物类群 陆地分解者陆地分解者 动物主要是食碎屑的无脊椎动物动物主要是食碎屑的无脊椎动物 小型：小型：100m100m以下，不能碎裂枯枝落叶，属粘以下，不能碎裂枯枝落叶，属粘附类型附类型 中型：中型：100m-2mm100m-2mm，调节微生物种群的大小和，调节微生物种群的大小和处理
44、和加工大型动物粪便处理和加工大型动物粪便 大型和巨型：大型和巨型：2mm-20mm,2mm-20mm,碎裂植物残叶和翻动碎裂植物残叶和翻动土壤土壤,对分解和土壤结构有明显影响对分解和土壤结构有明显影响分解者生物分解者生物 动物类群动物类群 水生系统水生系统 动物的分解过程分为搜集、刮取、粉碎、取动物的分解过程分为搜集、刮取、粉碎、取食或捕食等几个环节食或捕食等几个环节 碎裂者：以落入河流中的树叶为食碎裂者：以落入河流中的树叶为食 颗粒状有机物质搜集者：一类从沉积物中搜颗粒状有机物质搜集者：一类从沉积物中搜集；另一类从水体中滤食有机颗粒集；另一类从水体中滤食有机颗粒 刮食者：其口器适应在石砾表面
45、刮取藻类和刮食者：其口器适应在石砾表面刮取藻类和死有机物死有机物 以藻类为食的食草性动物以藻类为食的食草性动物 捕食动物：以其他物脊椎动物为食捕食动物：以其他物脊椎动物为食12.3.3 12.3.3 资源质量资源质量 物理、化学性质影响分物理、化学性质影响分解速率解速率 物理性质：表面特性和物理性质：表面特性和机械结构机械结构 化学性质：随其化学组化学性质：随其化学组成而不同成而不同 单糖分解快，一年失重单糖分解快，一年失重99%99%半纤维半纤维 纤维素纤维素 木木质素质素 C:NC:N12.3.4 12.3.4 理化环境对分解的影响理化环境对分解的影响 水热条件水热条件 温度高、湿度大的地
46、带，有机质分解速率高温度高、湿度大的地带，有机质分解速率高 低温干燥地带，分解速率低低温干燥地带，分解速率低 分解速度随纬度增高而降低分解速度随纬度增高而降低(热带雨林热带雨林温带森温带森林林冻原冻原)；分解生物的相对作用分解生物的相对作用 无脊动物在地球上的分布随纬度的变化呈现地无脊动物在地球上的分布随纬度的变化呈现地带性的变化规律带性的变化规律 低纬度热带地区起作用的主要是大型土壤动物，低纬度热带地区起作用的主要是大型土壤动物，其分解作用明显高于温带和寒带其分解作用明显高于温带和寒带 高纬度寒温带和冻原地区多为中、小型动物，高纬度寒温带和冻原地区多为中、小型动物，它们对物质分解起的作用很小
47、它们对物质分解起的作用很小12.3.4 12.3.4 理化环境对分解的影响理化环境对分解的影响分解指数分解指数 K=I/XK=I/X K K：分解指数，：分解指数，I I：死有机物年输入总量，：死有机物年输入总量，X X：系：系统中死有机物质现存量统中死有机物质现存量 规律：规律：热带雨林最高热带雨林最高 温带草地高于温带阔叶林温带草地高于温带阔叶林 冻原最低冻原最低12.4 12.4 生态系统中的能量流动生态系统中的能量流动 12.4.1 12.4.1 研究能流传递的热力学定律研究能流传递的热力学定律 12.4.2 12.4.2 食物链食物链层次上的能流分析层次上的能流分析 12.4.3 1
48、2.4.3 生态系统层次上的能流分析生态系统层次上的能流分析 12.4.4 12.4.4 异养生态系统的能流分析异养生态系统的能流分析 12.4.5 12.4.5 分解者和消费者在能流中的相对作用分解者和消费者在能流中的相对作用12.4.1 12.4.1 热力学定律热力学定律 热力学第一定律热力学第一定律(能量守能量守恒恒定律定律):):能量既不能创生，能量既不能创生，也不会消灭，只能按严格的当量比例由一种形式转也不会消灭，只能按严格的当量比例由一种形式转变为另一种形式变为另一种形式 生态系统中的能量转换和传递过程，都可以根据热生态系统中的能量转换和传递过程，都可以根据热力学第一定律进行定量计
49、算，并列出平衡式和编制力学第一定律进行定量计算，并列出平衡式和编制能量平衡表能量平衡表Energy Flow in the EnvironmentEnergy Transfer and Loss热力学定律热力学定律 热力学第二定律热力学第二定律 (熵定律熵定律)：在能量传递和转化过程中，：在能量传递和转化过程中，除了一部分传递和作功外，总有一部分以热的形式消散，除了一部分传递和作功外，总有一部分以热的形式消散，使系统的熵增加使系统的熵增加 生态系统是一个开放系统，它不断地与环境进行能量交生态系统是一个开放系统，它不断地与环境进行能量交换。通过光合同化，引入负熵；通过呼吸，把正熵值转换。通过光合
50、同化，引入负熵；通过呼吸，把正熵值转出系统。出系统。热力学的两个定律熱力学的两个定律：第一定律：A=B+C第二定律：C A生态系统中的能源生态系统中的能源 太阳辐射能是生态系统中的能量的最主要来源太阳辐射能是生态系统中的能量的最主要来源 红外线产生热效应，形成生物的热环境红外线产生热效应，形成生物的热环境 紫外线可以消毒灭菌和促进维生素紫外线可以消毒灭菌和促进维生素D D的生成的生成 可见光为植物光合作用提供能源可见光为植物光合作用提供能源 辅助能辅助能 辅助能分为自然辅助能辅助能分为自然辅助能(如如潮汐作用、风力作用、如如潮汐作用、风力作用、降水和蒸发作用降水和蒸发作用)和人工辅助能和人工辅
