生态系统生态学.ppt

阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 1 第五章生态系统生态学 第一节生态系统的一般特征第二节生态系统的能量流动第三节生态系统的物质循环第四节生态系统的信息传递第五节生态系统的服务功能第六节生态系统的类型与分布 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 2 第一节生态系统的一般特征 生态系统的概念生态系统的组分生态系统的结构生态系统的功能 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 3 1 1生态系统的概念 生态系统 ecosystem 在一定空间内 生物群落与其环境之间通过物质循环和能量流动而形成的相互作用 相互依存的统一整体 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 4 系统 system 相互作用 相互依赖的事物有规律地联合的集合体 由许多成分组成 各组分之间是相互联系 相互作用的 具有独立的 特定的功能 生态系统生态学 ecosystemecology 研究生态系统的组成要素 结构功能 发展演替以及人为影响与调控机制的生态科学 生物地理群落 biogeocoenosis 1 1生态系统的概念 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 5 生态系统的特征 空间结构 生态系统通常与特定的空间相联系 动态特性 生态系统有发生 发展的过程 自我调控 具有负反馈机制 维持生态平衡 开放系统 与外界不断进行物质 能量交换 1 1生态系统的概念 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 6 1 2生态系统的组分 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 7 1 2 1非生物环境 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 8 生产者 producer 是能利用简单的无机物制造有机物的自养生物 autotroph 主要是绿色植物 以及一些藻类 光合细菌 1 2 2生物组分 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 9 消费者 consumer 直接或间接依赖于生产者制造的有机物为食的异养生物 heterotroph 根据食性分为植食动物 肉食动物 杂食动物 寄生动物 腐食动物 1 2 2生物组分 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 10 分解者 decomposer 指利用动植物残体及其它有机物为食的异养生物 主要是真菌和细菌以及腐食性无脊椎动物 1 2 2生物组分 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 11 生态系统的结构 指构成生态系统的诸要素及其量比关系 各组分在时间 空间上的分布 以及各组分间的能量 物质 信息的流动途径与传递关系 1 3生态系统的结构 池塘生态系统示意图 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 12 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 13 1 3生态系统的结构 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 14 空间结构 分层现象 上层为光合作用层 其下为异养层或分解层 分层有利于生物充分利用阳光 水分 养料和空间 时间结构 短时间度量 昼夜变化 季节变化 中等时间度量 以群落演替为主要内容 长时间度量 以生态系统进化为主要内容 1 3生态系统的结构 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 15 营养结构 以营养 食物 关系为纽带 把生物与生物 生物与环境紧密联系起来的结构 营养关系主要指食物链和食物网 食物链 foodchain 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 各种生物按其食物关系排列的链状顺序 营养级 trophiclevel 处于食物链某一个环节上的所有生物种的总和 1 3生态系统的结构 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 16 1 3生态系统的结构 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 17 食物链的类型 捕食食物链 grazingfoodchain 绿色植物为起点到食草动物进而到食肉动物的食物链 1 3生态系统的结构 植物 食草动物 食肉动物草原上 青草 野兔 狐狸 狼湖泊中 藻类 甲壳类 小鱼 大鱼 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 18 1 3生态系统的结构 碎屑食物链 detritalfoodchain 动植物的遗体被食腐性生物 小型土壤动物 真菌 细菌 取食 然后到其捕食者的食物链 植物残体 蚯蚓 线虫 节肢动物 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 19 捕食食物链和碎屑食物链 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 20 寄生食物链 parasiticfoodchain 以活的动植物有机体为营养源 以寄生方式存在的食物链 多以大型动物为食物链的起点 哺乳动物或鸟类 跳蚤 原生动物 细菌 病毒 食物链的特点 同一食物链中 常有多种生物组成 同一生态系统中 常有多条食物链 不同生态系统中 各类食物链的比重不同 生态系统中 各类食物链总是协同起作用 1 3生态系统的结构 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 21 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 22 1 3生态系统的结构 食物网 foodweb 生态系统中多条食物链交织联结形成的网状结构 一种生物常以多种食物为食 而同一种食物又常为多种消费者取食 于是食物链交错 多条食物链相联 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 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 23 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 24 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 25 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 26 生态系统的基本功能 能量流动 生产者 消费者 分解者 单向 物质循环 生物 环境 双向 信息传递 营养信息 化学信息 物理信息 行为信息等 构成信息网 1 4生态系统的功能 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 27 1 4生态系统的功能 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 28 第二节生态系统的能量流动 生态系统的初级生产生态系统的次级生产生态系统的物质分解生态系统的能量流动 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 29 2 1生态系统的初级生产 生物生产 生物有机体在能量代谢过程中 将物质 能量重新组合 形成新的生物产品的过程 2 1 1生物生产的有关概念 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 30 生产量 production 单位时间单位空间的生态系统所生产的有机物质 或称生产力 productivity g m 2 a 1或j m 2 a 1 生物量 biomass 某一时刻单位空间内积存的有机物质 g m2或j m2 现存量 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 2 1 1生物生产的有关概念 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 31 初级生产 primaryproduction 生态系统中绿色植物把太阳能转化为化学能 把无机物转化为有机物的过程 2 1 2初级生产的概念 6h2o 12 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 32 总初级生产量 grossprimaryproduction gpp 在单位面积 单位时间内 绿色植物生产的干物质或积累的能量 净初级生产量 netprimaryproduction npp 单位面积 单位时间内总初级生产量减去呼吸消耗所剩余的数量 gpp npp rnpp gpp r 2 1 2初级生产的概念 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 33 初级生产力的分布特点 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 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 初级生产力随季节变化 2 1 3全球初级生产力的分布 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 34 地球上各种生态系统的净初级生产力 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 35 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 36 2 1 3全球初级生产力的分布 地球陆地生态系统初级生产力的分布 gdw m2 a 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 37 初级生产力的大小 生产力极低的区域 1000kcal m2 a或者更少 如大部分海洋和荒漠 中等生产力区域 1000 10000kcal m2 a 如草地 沿海区域 深湖和一些农田 高生产力的区域 10000 20000kcal m2 a或者更多 如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 2 1 3全球初级生产力的分布 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 38 loomis和williams 1963 2 1 4初级生产的生产效率 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 39 初级生产效率 总初级生态效率一般在3 以下 精耕细作的农田较高 可能达到6 8 土壤肥沃的地区总初级生产效率1 2 贫瘠荒凉的地区只有0 1 全球平均 总初级生产效率0 2 0 5 2 1 4初级生产的生产效率 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 40 2 1 5初级生产量的限制因素 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 41 水分 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 42 温度 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 43 2 1 5初级生产量的限制因素 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 44 营养 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 45 污染 破坏叶绿素结构 导致生产力下降 甚至使植物死亡 破坏生态系统的结构 如含s f的气体及重金属等 co2 硅藻 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 46 火 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 47 火 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 48 2 1 5初级生产量的限制因素 水域生态系统 光p 3 7rc kp 浮游植物的净初级生产力 r 相对光合 k 光强度随水深度而减弱的衰变系数 c 水中的叶绿素含量 营养物质 n p食草动物 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 49 收获量测定法 定期收割植物地上部分烘干至恒重 计算单位时间单位面积的净初级生产量 2 1 6初级生产量的测定方法 o2测定法 黑白瓶法 测水体初级生产力 npp lb ib r ib db gpp lb db 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 50 co2测定法 用塑料罩罩住群落的一部分 测定进入和抽出的空气中co2含量 透明罩测净初级生产量 暗罩测定呼吸量 叶绿素测定法 植物定期取样 过滤水样 丙酮提取叶绿素 分光光度计测定叶绿素浓度 通过测定叶绿素含量计算初级生产量 2 1 6初级生产量的测定方法 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 51 放射性标记物测定法 以放射性14c碳酸盐 培养浮游植物 过滤 测定放射活性 确定固定的碳量 用 暗呼吸 作校正 遥感 rs 技术 利用rs识别植被类型 建立遥感信息与实测数据间的数学模型 推算叶面积和净初级生产力 2 1 6初级生产量的测定方法 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 52 次级生产 secondaryproduction 生态系统中消费者利用初级生产的产品进行新陈代谢 经过同化作用形成自身物质的过程 2 2生态系统的次级生产 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 53 2 2 1次级生产的一般模式 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 54 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 55 2 2 2次级生产量的测定方法 用同化量a和呼吸量r 估计pp a r用个体增重的部分pg和繁殖后代的生物量pr 估计pp pg pr根据生物量净变化 b和死亡损失e 估计pp b e 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 56 全球各类生态系统年次级生产量 whittaker 1973 2 2 3全球次级生产量的分布 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 57 研究海洋生态系统次级生产的意义 海洋的初级生产量只有陆地的一半 但次级生产量却比陆地高得多 海洋植食动物的取食效率约为陆地动物的5倍 对人类的未来而言 研究海洋次级生产量具有重要的经济意义 2 2 3全球次级生产量的分布 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 58 分解作用 decomposition 死有机物质逐步降解的过程 把复杂的有机物还原为简单的无机物 释放能量 2 3生态系统的物质分解 c6h12o6 6o2 6co2 6h2o 能量 资源分解的三个过程 碎裂 c 异化 k 和淋溶 l 影响物质分解的因素 分解者生物 资源质量和理化因素 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 59 2 3 1物质分解的过程 碎裂 breakdown c 把有机残体 尸体分解为碎屑的过程 碎裂有生物因素也有物理因素的作用 如风化 解冻和干湿交替等 异化 degradation k 有机物在酶的作用下 经过生物化学过程 分解为单分子的物质或无机物 淋溶 leaching l 可溶性成分被水淋洗出来的过程 受前两个过程的影响 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 60 2 3 1物质分解的过程 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 61 微生物 细菌 真菌 2 3 2分解者生物 营养方式 分泌胞外酶 丝状生长穿透入侵有机质深部 群体生长迅速布满表面微生境 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 62 动物 陆地生态系统 主要是食碎屑的无脊椎动物 小型 100 m以下 不能碎裂枯枝落叶 属粘附类型 中型 100 m 2mm 调节微生物种群的大小 处理和加工大型动物粪便 大型和巨型 2mm 20mm 碎裂植物残叶和翻动土壤 对分解和土壤结构有明显影响 2 3 2分解者生物 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 63 2 3 2分解者生物 水生生态系统 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刮取藻类和死有机物 食草性动物 以藻类为食 捕食动物 以其他物脊椎动物为食 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 64 分解者 与种类组成有关 资源质量 物理 化学性质影响分解速率 物理性质 表面特性和机械结构 化学性质 随其化学组成而不同 单糖 半纤维 纤维素 木质素 酚类 物质的c n c n比值最适为25 30 1 植物中含n较低 n供应受到限制 2 3 3影响物质分解的因素 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 65 2 3 3影响物质分解的因素 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 66 环境因素 高温 高湿地区 分解速率高 低温干燥地区 分解速率低 分解速度随纬度增高而降低 2 3 3影响物质分解的因素 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 67 2 3 3影响物质分解的因素 分解指数 k i xk 分解指数 i 死有机物年输入总量 x 系统中死有机物质现存量 规律 热带雨林最高 温带草地高于温带阔叶林 冻原最低 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 68 各类生态系统的生产和分解特点比较 2 3 3影响物质分解的因素 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 69 建立和维持全球生态系统的动态平衡 通过矿化作用 使营养物质再循环 为生产者提丰富的供营养物质 维持大气中co2的浓度 稳定和提高土壤有机质的含量 为碎屑食物链提供物质基础 改善土壤物理性状 改造地球表面惰性物质 降低污染物危害程度 2 3 4分解作用的意义 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 70 2 4生态系统的能量流动 种群 个体食物链 物种生态系统 营养级 个体内能量流动的通用模式 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 71 2 4 1热力学定律 热力学第一定律 能量守恒定律 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 都可以根据热力学第一定律进行定量计算 热力学第二定律 熵律 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 使系统的熵增加 生态系统是开放系统 不断地与环境交换能量 通过光合同化 引入负熵 通过呼吸 把正熵值转出系统 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 72 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 73 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 74 2 4 2生态系统的能流途径 能流途径 食物链和食物网 能量流动以食物链为主线 将绿色植物与消费者之间能量代谢的过程有机地联系起来 捕食食物链的每一个环节上都有一定的代谢产物进入到腐屑食物链中 从而把两类主要的食物链联系起来 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 75 2 4 3能量流动的生态效率 生态效率 ecologicalefficiency 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 能量参数 摄取量 i 生物摄取的能量同化量 a 生物吸收 固定的能量呼吸量 r 生物呼吸等活动消耗的能量生产量 p 生物积累的能量 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 76 几种重要的生态效率 同化效率 assimilationefficiency ae an in 肉食动物的同化效率高于植食动物 生产效率 productionefficiency pe pn an 营养级越高 生长效率越低 消费效率 consumptionefficiency ce in 1 pn 量度相对取食压力 一般20 35 利用效率 useefficiency le an 1 pn 前一营养级的净生产量被后一营养级同化多少 2 4 3能量流动的生态效率 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 77 2 4 3能量流动的生态效率 林德曼效率 lindeman sefficiency le in 1 inn 1营养级所获得的能量占n营养级所获得的能量之比 林德曼定律 十分之一定律 能量沿营养级传递时 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 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 78 生态金字塔 ecologicalpyramid 营养级之间的数量关系 数量关系可采用生物量 能量和个体数量单位来表示 生态系统中 能量通过营养级逐级减少 把通过各营养级的能流由低到高排列 呈现金字塔形分布 称为能量金字塔 与数量金字塔 生物量金字塔合称为生态金字塔 2 4 4生态金字塔 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 79 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 80 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 81 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 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 82 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 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 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 83 能量金字塔比较直观地表明了营养级之间的依赖关系 不受个体大小 组成和代谢速率的影响 可以较准确地说明能量传递的效率和系统的功能特点 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 84 研究生态金字塔的意义 生态金字塔直观地解释了各种生物的多少和比例关系 对提高生态效率和改善营养结构 获得更多的生物产品有指导意义 人类的食物结构 以素食为主 利用生物能量是最经济的形式 2 4 4生态金字塔 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 85 2 4 5生态系统的能流分析 食物链层次上的能流分析 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 86 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 87 生态系统层次上的能流分析 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 88 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 89 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 90 2 4 6分解者和消费者在能流中的相对作用 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 91 第三节生态系统的物质循环 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 92 生态系统中的能量流与物质流特征的比较 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 93 生物地球化学循环 biogeochemicalcycle 矿物元素在生态系统之间的输入和输出 它们在大气圈 水圈 岩石圈之间以及生物之间的流动和交换称为生物地化循环 即物质循环 生物小循环 biologicalcycle 环境中元素经生物吸收 在生态系统中被相继利用 然后经过分解者的作用再为产者吸收 利用 3 1物质循环的一般特征 3 1 1物质循环的有关概念 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 94 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 95 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 96 库 pool 物质在运动过程中被暂时固定 储存的场所 或贮存一定数量元素的某种生态系统组分 生态系统中各组分都是物质循环的库 植物库 动物库 土壤库 水体库等 3 1 1物质循环的有关概念 储存库 reservoirpool 容积大 物质交换慢 一般为环境组分 交换库 exchangepool 容积小 物质交换快 一般为生物组分 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 97 流通率或通量率 fluxrate 单位时间 单位面积 体积的物质转移量 流入或流出 周转率或循环率 turnoverrate 流通率 库中营养物质总量 r fo s r fi s周转时间或周转期 turnovertime 库中营养物质总量 流通率 t 1 r 3 1 1物质循环的有关概念 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 98 3 1 1物质循环的有关概念 物质在库间的流通 流通率 周转率与周转时间是相对于库而言的 生产者库 流通率 20单位 天 周转率 20 100 20 周转时间 100 20 5天消费者库 流通率 4单位 天 周转率 4 50 8 周转时间 50 4 12 5天 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 99 物质在生态系统中循环往复 可以重复利用物质循环与能量流动不可分隔 物质是能流的载体物质循环的生物富集效应生态系统对物质循环有一定的自我调节能力生物是物质循环的动力 调节物质在生态系统内的分配各种物质循环过程相互联系 不可分隔 3 1 2物质循环的特点 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 100 3 1 3物质循环的类型 气体型循环 gaseouscycle 主要贮存库是大气和海洋 有气体形式的分子参与循环过程 循环速度快 具有全球性特点 沉积型循环 sedimentarytype 主要贮存库是岩石和土壤 没有气体形式的分子参与循环过程 循环比较缓慢 水循环 watercycle 物质循环都离不开水循环的推动 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 101 水循环是太阳能推动 在陆地 大气和海洋间循环 地表总水量1 4 109km3 海洋约占97 储存库 km3 海洋 1 35 109冰盖 2 9 107 地下水 8 2 106土壤 1 0 105 湖泊河流 1 0 105大气 1 3 104 生物 1 0 103流通率 km3 a 陆地 蒸发 蒸腾 71000 降水111000 径流40000 海洋 蒸发425000 降水385000 3 2水循环 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 102 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 103 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 104 人类活动对水循环的影响 环境污染恶化水质 改变自然库容 影响降水分布 过度利用地下水 加重水危机 干旱半干旱地区的植被破坏 加速荒漠化进程 3 2水循环 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 105 3 3碳循环 碳的重要性 生命元素 能量流动 碳库 海洋 3 8 1019gc 大气 7 5 1017gc 和陆地植物 5 6 1017gc 碳的存在形式 co2 无机盐 有机碳 主要循环过程 生物的同化和异化过程 大气和海洋间的co2交换 碳酸盐的沉淀作用 人类活动对碳循环造成严重影响 是引起气候变化的主要原因 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 106 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 107 化石燃料6 0 植被破坏0 9 大气3 2 海洋2 0 1 7where 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 108 氮的重要性 蛋白质组分 生物结构的原料 氮库 大气 3 9 1021gn 土壤 3 5 1015gn 陆地植物 95 140 1015gn 生物可利用的氮的形式 no32 no22 nh4 氮循环的主要过程 固氮作用 氨化作用 硝化作用 反硝化作用 3 4氮循环 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 109 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 110 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 111 生态系统中氮循环 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 112 3 4氮循环 固氮作用 类型 闪电 宇宙射线 火山爆发等高能固氮 工业固氮 400摄氏度 200大气压下 生物固氮 固氮菌 与豆科植物共生的根瘤菌和蓝藻等自养和异养微生物 意义 平衡反硝化作用 对局域缺氮环境有重要意义 使氮进入生物循环 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 113 3 4氮循环 氨化作用 由氨化细菌和真菌的作用将有机氮分解成为氨和氨化合物 氨溶水成为nh4 为植物利用 硝化作用 在通气良好的土壤中 氨化合物被亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐 供植物吸收利用 反硝化作用 反硝化细菌将亚硝酸盐转变成氮气 回到大气库中 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 114 典型的沉积循环 不完全的循环 储存库 以不活跃的地壳作为主要贮存库 磷的循环过程 岩石经土壤风化释放的磷酸盐和农田施用的磷肥 被植物吸收进入植物体内 沿食物链传递 以粪便 残体或直接以枯枝落叶 秸秆归还土壤 含磷有机化合物经土壤微生物的分解 转变为可溶性的磷酸盐 可再次供给植物吸收利用 一部分磷脱离生物小循环进入地质大循环 3 5磷循环 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 115 phosphateleachesfromphosphate richrocksorfromfertilizersandentersplantsandotherproducerswhereitisincorporatedintobiologicalmolecules thesearepassedthroughthetrophiclevels 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 116 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 117 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 118 既是气体型循环 也是沉积型循环 储存库 主要是地壳 硫从陆地进入大气的途径 化石燃料燃烧 沙尘 火山爆发 陆地生态系统释放 硫在大气的停留时间较短 在对流层几天 在平流层1 2年 3 6硫循环 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 119 theglobalsulfurcycle eachfluxisshowninunitsof1012gs yr fromschlesinger1997 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 120 汞的储存库 地壳汞进入生命系统的途径 岩石风化 火山爆发等 人类开采 冶炼等活动 3 7有毒有害物质的循环 汞循环 日本水俣病 含hg废气废渣排入水俣湾食物链甲基汞慢性中毒1953年开始发病螃蟹24ppm 人肾14ppm 鱼的允许水平0 5ppm 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 121 3 8 1碳循环与温室效应 温室效应 greenhouseeffect 大气中对长波辐射具有屏蔽作用的温室气体浓度增加使较多的辐射能被截留在地球表层而导致温度上升 3 8物质循环与环境问题 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 122 incomingsunlightwarmsthesurfaceoftheearthandisradiatedbacktoatmosphere greenhousegasesabsorbsomeofthisheat trappingitintheatmosphere 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 123 3 8 1碳循环与温室效应 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 124 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 125 co2hasincreasedfromitspre industrialleveldata recentrecordsplusolderdatasuchasicecoresmostlyfossilfuelburning 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 126 3 8 2氮磷循环与水体富营养化 水体富营养化 天然水体中由于过量营养物质 主要是氮 磷等 的排入 引起藻类等水生生物异常繁殖和生长的现象 水体富营养化的危害 挤压其他水生生物生存空间 产生有毒物质毒害其他生物 死亡分解消耗大量o2 产生ch4 h2s等物质 恶化水质 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 127 水华 蓝藻 绿藻 硅藻 3 8 2氮磷循环与水体富营养化 赤潮 藻类 原生动物 细菌 富营养化 总p 20mg m3无机n 300mg m3 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 128 酸雨 ph 5 6的大气降水 so2h2so4noxhno3 3 8 3硫氮循环与酸雨 h2o so2排放 全球1 47亿t a 70 来自燃煤 中国0 15亿t a 1 6t km2 超过全球的平均负荷 1 0t km2 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 129 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 130 themostacidicrainisconcentratedinthenortheast butthousandsoflakesinthewestarealsovulnerable 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 131 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 132 3 8 4有毒物质的生物富集 生物富集 bio magnification 沿着食物链 某种元素或化合物在生物体内积累 并随营养级越高而浓度越大的现象 生物放大生物浓缩 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 133 第四节生态系统的信息传递 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 134 信息 information 社会学 人类共享的一切知识以及从客观事物中提炼出来的各种消息 生态学 引起生物的生理 生化和行为变化的信号 4 1信息的概念与特征 信息传递是生态系统的三大基本功能之一 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 135 信息的主要特征 普遍性 广泛存在于人类社会和自然界 传扩性 通过传播扩大信息的覆盖面 永续性 取之不尽 用之不竭 时效性 经常实践不断捕捉新的信息 分享性 交换 相互补充 共享 转化性 有效利用 转化成人力 财力 4 1信息的概念与特征 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 136 生态系统中信息的类型 物理信息 光 声 色 磁等物理信息对生物的生长发育 繁殖 行为有重要影响 4 2生态系统中的信息 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 137 化学信息 生物在代谢活动中分泌的具有调节生物的生长 发育 繁殖等功能的次生物质 称为信息素 4 2生态系统中的信息 胜红蓟防治病虫草害 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 138 行为信息 生物通过特殊行为传递的信息 主要体现在动物之间 营养信息 指环境中的食物营养状况 生物通过食物链营养关系构成有机整体 4 2生态系统中的信息 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 139 生态系统中信息的特点 生态系统信息量与日俱增 生态系统信息的多样性 信息通讯方式的复杂性 物种的信息储存量大 大量信息有待开发 4 2生态系统中的信息 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 140 4 2生态系统中的信息 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 141 生态系统的信息传递途径 取食 涉及多种信息的复杂过程 居住 综合分析环境信息的行为 防卫 保护色 分泌物质 性行为 性激素 4 2生态系统中的信息 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 142 光信息的应用 调节和控制生物的生长发育 利用昆虫的趋光特性诱杀害虫 植物光周期现象在花卉 育种 营养生长等方面有很大的应用价值 4 3生态系统信息应用 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 143 化学信息的应用 预测预报害虫发生时期 密度 危害 干扰正常交配防治害虫 结合其他方法大量消灭害虫 声信息的应用 用一定频率的声波处理蔬菜 谷类及树木等种子 可以提高发芽率 获得增产 4 3生态系统信息应用 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 144 生态系统服务功能的概念生态系统服务功能的内涵生态系统服务功能的价值生态系统服务功能的研究 第五节生态系统的服务功能 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 145 生态系统服务功能 ecosystemservice 是指由生态系统的生境 物种和生态过程所生产的物质及其所维持的良好环境对人类的服务性能 5 1生态系统服务功能的概念 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 146 5 2生态系统服务功能的内涵 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 147 1 食物 原材料和遗传资源 约3000种植物曾经被食用 估计有75000种植物可食用 目前人类所需营养75 来自 小麦 水稻 玉米 马铃薯 大麦 甘薯和木薯 5 2生态系统服务功能的内涵 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 148 2 土壤形成及改良土壤形成依赖生态系统过程 生态系统在调节水文 水土保持方面意义重大 5 2生态系统服务功能的内涵 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 149 3 抵抗干扰 保护和改善环境质量植被 湿地在调节气候 减缓干旱和洪涝灾害等方面发挥重要作用 生态系统的物质循环 有利防治污染产生 鄂尔多斯 油蒿 5 2生态系统服务功能的内涵 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 150 4 传粉 传播种子已知繁殖方式的24万种植物中 约22万种需要动物帮助 参与授粉的动物有10万种以上 农作物中约70 的物种需要动物传粉 5 2生态系统服务功能的内涵 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 151 5 2生态系统服务功能的内涵 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 152 6 休闲 娱乐和文化生物多样性给人们提供休闲 娱乐 教育 科研的场所和基地 滕头村 浙江奉化 5 2生态系统服务功能的内涵 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 153 costanza等 直接估计间接估计 生态系统的产品价值 的美学价值和保护价值 5 3生态系统服务功能的价值 thevalueoftheworld secosystemservicesandnaturalcapital nature vol38715may1997 253 260 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 154 5 3生态系统服务功能的价值 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 155 生态系统服务功能估价的意义 提醒人们对自然资本的价值给以足够的重视 生态系统的许多服务功能是人类无法用其他方法替代的 为决策者及有关部门制定方案和措施提供背景值 环评 5 3生态系统服务功能的价值 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 156 生态系统服务功能估价存在的问题 空缺一些项目 如荒漠 苔原等生态系统目前未进行充分研究 根据当前人们愿意支付做出的 带有主观性 局部估计推算全球会有误差 估计方法是静态的 而生态系统是动态的 具有复杂性 5 3生态系统服务功能的价值 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 157 不同类型生态系统的服务功能及其时空变化格局 人类活动对生态系统服务功能的影响 不同生态系统服务功能受损现状及其发展前景预测 生态系统服务功能的量化及其在不同尺度上的转换 5 4生态系统服务功能的研究 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 158 人为干扰后生态系统服务功能恢复的程度与技术 特别是生态脆弱区恢复保持基本服务功能的技术手段 人类技术对生态系统服务功能的可替代性 替代的有效性与尺度以及替代所产生的副作用 5 4生态系统服务功能的研究 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 159 在局部 区域和全球范围内 维持基本服务功能应保留的生态系统的比例 空间格局与动态过程 服务功能评价的指标与方法 保护生态系统服务功能的政策 完善生态经济复合核算体制和生态补偿制度 5 4生态系统服务功能的研究 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 160 第六节生态系统的类型与分布 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 161 按环境性质分 陆地生态系统 森林生态系统草原生态系统苔原生态系统荒漠生态系统 6 1 1生态系统的类型 6 1生态系统的类型 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 162 水生生态系统 海洋生态系统 河口 海岸带 浅海 远洋淡水生态系统 河流 湖泊 水库 沼泽 6 1 1生态系统的类型 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 163 6 1 1生态系统的类型 湿地生态系统 wetlandecosystem 是指地表过湿或常年积水 生长着湿地生物的地区 是陆地和水域的过渡带 兼有两类系统的特点 具有独特的结构功能 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 164 6 1 1生态系统的类型 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 165 按生物种类 植物生态系统 动物生态系统 微生物生态系统 人类生态系统 6 1 1生态系统的类型 按人类干扰的程度 自然生态系统 半自然生态系统 人工生态系统 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 166 陆地生态系统的基本特征 生物类群高度发展 生产者主要是根系发达的绿色植物 消费者的多样性 水生生态系统 waterecosystem 包括海洋 江河 湖泊等 占地球表面的70 以上 分为淡水生态系统和海洋生态系统 淡水生态系统 freshwaterecosystem 只占总水量的2 3 但在生物圈中占有重要地位 根据水流速度 分为静水生态系统和流水生态系统 6 1 2一般生态系统概述 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 167 静水生态系统 lenticecosystem 水的流动和更新很缓慢 湖泊 水库 池塘 生物群落随水深而变化 6 1 2一般生态系统概述 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 168 流水生态系统 loticecosystem 包括江河 溪涧 水渠等 分为急流和缓流 分布有急流生物群落和缓流生物群落 6 1 2一般生态系统概述 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 169 海洋生态系统 marineecosystem 分为海岸带 浅海带和远洋带 海岸带受人类活动的剧烈影响 海洋生物主要有浮游 游泳和底栖三大类群 海洋生态系统的生产力低于陆地 平均约为陆地生态系统的1 5 海洋生态系统的特征 生产者均为小型生物 为消费者提供广阔的活动场所 生产者转化为初级消费者的物质循环效率高 生物分布范围很广 6 1 2一般生态系统概述 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 170 湿地生态系统 分布 分布广泛 主要在北半球 具有较高的生物多样性 类型 类型多样 主要有沼泽 湖滨湿地 海滨湿地 功能 天然基因库 潜在资源 净化功能 调节水文 气候 6 1 2一般生态系统概述 阜阳师范学院生命科学学院 生态学第五章生态系统生态学 5 171 农业生态系统 agriculturalecosystem agr