第九章生态系统的一般特征

1、 一、生态系统的基本概念 二、生态系统的组成成分及三大功能类型 三、食物链和食物网 四、营养级和生态金字塔 五、生态效率 六、生态系统的反馈调节与生态平衡 第九章第九章 生态系统的一般特征生态系统的一般特征一、生态系统的基本概念 生态系统生态系统是指在一定的空间内生物的成分和非生物是指在一定的空间内生物的成分和非生物的成分通过物质的循环和能量的流动互相作用，互相依的成分通过物质的循环和能量的流动互相作用，互相依存而构成的一个生态学功能单位。存而构成的一个生态学功能单位。 在自然界只要在一定空间内存在生物和非生物两种成分，并能互相作用达到某种功能上的稳定性，这个整体就可以视为一个生态系统。因此在

2、我们居住的这个地球上有许多大大小小的生态系统，大至生物圈(biosphere)或生态圈(ecosphere)，海洋，陆地，小至森林，草原、湖泊和小池塘。 一个简化了的陆地生态系统 生态系统的基本特性基本特性： 1生态系统是生态学上的一个主要结构和功能单结构和功能单位位，属于生态学研究的最高层次。最高层次。 2生态系统内部具有自我调节能力自我调节能力。生态系统的结构越复杂，物种数目越多，自我调节能力也越强。但生态系统的自我调节能力是有限度的，超过了这个限度，调节也就失去了作用 3能量流动，物质循环和信息传递能量流动，物质循环和信息传递是生态系统的三大功能。能量流动是单方向的，物质流动是循环式的，

3、信息传递则包括营养信息、化学信息、物理信息和行为信息，构成了信息网。通常，物种组成的变化、环境因素的改变和信息系统的破坏是导致自我调节失效的三个主要原因。 4生态系统中营养级的数目营养级的数目受限于生产者所固定的最大能值和这些能量在流动过程中的巨大损失。因此生态系统营养级的数目通常通常不会超过不会超过56个个。 5. 生态系统是一个动态系统动态系统，要经历一个从简单到复杂，从不成熟到成熟的发育过程，其早期发育阶段和晚期发育阶段具有不同的特性。 生态系统概念的提出为生态学的研究和发展奠定了新的基础，极大地推动了生态学的发展。 一、生态系统的基本概念 二、生态系统的组成成分及三大功能类型 三、食物

4、链和食物网 四、营养级和生态金字塔 五、生态效率 六、生态系统的反馈调节与生态平衡 生态系统是由四个部分组成的见下图生产者生产者消费者消费者分解者分解者无生命物质无生命物质能量能量物质物质热量热量 生产者：生产者：主要是绿色植物，凡能进主要是绿色植物，凡能进行光合作用制造有机物的植物种类，包行光合作用制造有机物的植物种类，包括单细胞藻类，均属于生产者。还有一括单细胞藻类，均属于生产者。还有一些能利用化学能把无机物转化为有机物些能利用化学能把无机物转化为有机物的化能自养型微生物，也应列入生产者的化能自养型微生物，也应列入生产者之列。之列。 消费者：主要是动物，又分为一级消消费者：主要是动物，又分

5、为一级消费者（如草食性动物）；二级消费者（如费者（如草食性动物）；二级消费者（如肉食动物）；肉食动物）；等等。等等。 一级消费者草食动物二级消费者肉食动物 分解者：指各种具有分解能力的微生分解者：指各种具有分解能力的微生物，也包括一些微型动物，如鞭毛虫，土物，也包括一些微型动物，如鞭毛虫，土壤线虫等。壤线虫等。 微生物（真菌）橙盖伞橙盖伞分解者分解者无生命物质：指生态系统中的各种无无生命物质：指生态系统中的各种无生命的无机物、有机物和各种自然因素生命的无机物、有机物和各种自然因素（如土壤、空气、水等）。（如土壤、空气、水等）。 岩石矿物土壤空气水体p生产者；c1初级消费者；c23二、三级消费者

6、；cn四级消费者；d分解者太阳生产者一级消费者二级消费者简化的陆地生态系统简化的池塘生态系统一级消费者（浮游生物）二级消费者三级消费者 生产者（浮游植物）分解者（微生物）分解者图2-2 任何一个生态系统都是由生物成分和非生物生物成分和非生物成分成分两部分组成的，但是为了分析的方便，常常又把这两大成分区分为以下六种构成成分六种构成成分： 1. 无机物质无机物质 包括处于物质循环中的各种无机物，如氧、氮、二氧化碳，水和各种无机盐等。 2. 有机化合物有机化合物 包括蛋白质、糖类、脂类和腐殖质等。 3. 气候因素气候因素 如温度、湿度、风和雨雪等。 4. 生产者生产者(producers) 指能利用

7、简单的无机物质制造食物的自养生物，主要是各种绿色植物，也包括蓝绿藻和一些能进行光合作用的细菌。 5. 消费者消费者(consumers) 异养生物，主要指以其他生物为食的各种动物，包括植食动物、肉食动物、杂食动物和寄生动物等。 6. 分解者分解者(decomposers或reducers) 异养生物，它们分解动植物的残体、粪便和各种复杂的有机化合物，吸收某些分解产物，最终能将有机物分解为简单的无机物，而这些无机物参与物质循环后可被自养生物重新利用。分解者主要是细菌和真菌，也包括某些原生动物和蚯蚓、白蚁、秃鹫等大型腐食性动物。 按生态系统中的生物成分的作用可划分为三大类群：生产者、消费者和分解者

8、，由于它们是依据其在生态系统中的功能划分的而与分类类群无关，所以又被称为生态系统的三大功功能类群能类群。 二氧化碳二氧化碳分分 解解 者者食草动物食草动物食肉动物食肉动物1食肉动物食肉动物2碎碎屑屑消费消费者亚者亚系统系统分解分解者亚者亚系统系统再循环再循环无机无机营养物营养物生产生产者亚者亚系统系统生态系统结构生态系统结构的一般性模型的一般性模型 一、生态系统的基本概念 二、生态系统的组成成分及三大功能类型 三、食物链和食物网 四、营养级和生态金字塔 五、生态效率 六、生态系统的反馈调节与生态平衡 一、食物链和食物网的概念一、食物链和食物网的概念 植物所固定的能量通过一系列的取食和被取植物所

9、固定的能量通过一系列的取食和被取食关系在生态系统中传递，我们把生物之间存在食关系在生态系统中传递，我们把生物之间存在的这种传递关系称为的这种传递关系称为食物链食物链(food chains)。 由于受能量传递效率的限制，食物链的长度不可能太长，一般有45个环节构成,最简单的食物链有3个环节构成。如草兔狐狸。 在生态系统中，生物成分之间通过能量传递在生态系统中，生物成分之间通过能量传递关系存在着一种错综复杂的普遍联系，这种联系关系存在着一种错综复杂的普遍联系，这种联系象是一个无形的网把所有生物都包括在内，使它象是一个无形的网把所有生物都包括在内，使它们彼此之间都有着某种直接或间接的关系，这就们彼

10、此之间都有着某种直接或间接的关系，这就是是食物网食物网(foodweb) 。 一个复杂的食物网是使生态系统保持稳定的重要条件，一般认为，食物网越复杂，生态系统抵抗外力干扰的能力就越强；食物网越简单，生态系统就越容易发生波动和毁灭。 二、食物链的类型二、食物链的类型 在生态系统中都存在着三种主要的食物在生态系统中都存在着三种主要的食物链，链，捕食食物链捕食食物链(grazing food chain)和和碎屑食碎屑食物链物链( detrital food chain)和和寄生食物链寄生食物链。 捕食食物链虽然是人们最容易看到的，捕食食物链虽然是人们最容易看到的，但它在陆地生态系统和很多水生生态系

11、统中但它在陆地生态系统和很多水生生态系统中并不是主要的食物链并不是主要的食物链,只在某些水生生态系统只在某些水生生态系统中，捕食食物链才会成为能流的主要渠道，中，捕食食物链才会成为能流的主要渠道， 在陆地生态系统中，净初级生产量只有很少在陆地生态系统中，净初级生产量只有很少一部分通向捕食食物链。一部分通向捕食食物链。捕食食物链和碎屑食物链及两类食物链之间的相互关系捕食食物链和碎屑食物链及两类食物链之间的相互关系绿色植物植食动物肉食动物顶位肉食动物腐屑粪便小分解者食微生物者小捕食者大分解者太阳辐射能1234r112233a1d1d2d3d4d11d11d22d332233r1r2r3r4a11r

12、11r22r33a2a3a4热热 一般说来，生态系统中的能量在沿着捕食食一般说来，生态系统中的能量在沿着捕食食物链的传递过程中，物链的传递过程中，每从一个环节到另一个环每从一个环节到另一个环节，能量大约要损失节，能量大约要损失9090，也就是能量转化效，也就是能量转化效率大约只有率大约只有10%10%。越是处在食物链顶端的动物，越是处在食物链顶端的动物，数量越少、生物量越小，能量也越少，而顶位数量越少、生物量越小，能量也越少，而顶位肉食动物数量最少，以致使得不可能再有别的肉食动物数量最少，以致使得不可能再有别的动物以它们为食，因为从它们身上所获取的能动物以它们为食，因为从它们身上所获取的能量不

13、足以弥补为搜捕它们所消耗的能量。一般量不足以弥补为搜捕它们所消耗的能量。一般说采，能量从太阳开始沿着捕食食物链传递几说采，能量从太阳开始沿着捕食食物链传递几次以后就所剩无几了，所以食物链一般都很短，次以后就所剩无几了，所以食物链一般都很短，通常只由通常只由4 45 5个环节构成，个环节构成，很少有超过很少有超过6 6个环节个环节的的。 在大多数陆地生态系统和浅水生态系统中，生在大多数陆地生态系统和浅水生态系统中，生物量的大部分不是被取食，而是死后被微生物所分物量的大部分不是被取食，而是死后被微生物所分解，因此能流是以通过解，因此能流是以通过碎屑食物链碎屑食物链为主。碎屑食物为主。碎屑食物链可能

14、有两个去向，这两个去向就是链可能有两个去向，这两个去向就是微生物微生物或或大型大型食碎屑动物食碎屑动物，这些生物类群对能量的最终消散所起这些生物类群对能量的最终消散所起的作用已经引起了生态学家的重视。的作用已经引起了生态学家的重视。 由于寄生物的生活史很复杂，所以由于寄生物的生活史很复杂，所以寄生食寄生食物链也很复杂物链也很复杂。例如，寄生在哺乳动物和鸟类身上。例如，寄生在哺乳动物和鸟类身上的跳蚤反过来可以被细滴虫的跳蚤反过来可以被细滴虫( (一种寄生原生动物一种寄生原生动物) )所所寄生。寄生。 一、生态系统的基本概念 二、生态系统的组成成分及三大功能类型 三、食物链和食物网 四、营养级和生

15、态金字塔 五、生态效率 六、生态系统的反馈调节与生态平衡 营养级营养级（trophic levels）是指处于食物链某一指处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。环节上的所有生物种的总和。因此，营养级之间因此，营养级之间的关系不是指一种生物与另一种生物之间的营养的关系不是指一种生物与另一种生物之间的营养关系，而是指一类生物与处在不同营养层次上与关系，而是指一类生物与处在不同营养层次上与另一类生物之间的关系另一类生物之间的关系。 生产者的绿色植物和所有自养生物都位生产者的绿色植物和所有自养生物都位于食物链的起点，即食物链的第一环节，于食物链的起点，即食物链的第一环节，它们构成了它们构成了第一个营

16、养级。第一个营养级。 所有以生产者所有以生产者( (主要是绿色植物主要是绿色植物) )为食为食的动物都属于的动物都属于第二个营养级第二个营养级，即植食动物，即植食动物营养级。营养级。 第三个营养级包括所有以植食动物为食的肉食动物。以此类推，还可以有第四个营养级(即二级肉食动物营养级)和第五个营养级等。由于食物链的环节数目是受到限制的，所以营养级的数目也不可能很多，一般限于35个。营养级的位置越高，归属于这个营养级的生物种类和数量就越少，当少到一定程度的时候，就不可能再维持另一个营养级中生物的生存了。 有很多动物，往往难以依据它们的营养关系把它们放在某一个特定的营养级中，因为它们可以同时在几个营

17、养级取食或随着季节的变化而改变食性，但为了分析的方便，生态学家常常依据动物的主要食性决定它们的营养级，因为在进行能流分析的时候，每一种生物都必须置于一个确定的营养级中。 生态金字塔生态金字塔（ecological pyramids）是指各是指各个营养级之间的个营养级之间的数量数量关系关系，这种数量关系可采，这种数量关系可采用生物量单位、能量单位和个体数量单位，采用生物量单位、能量单位和个体数量单位，采用这些单位所构成的生态金字塔就分别称为生用这些单位所构成的生态金字塔就分别称为生物量金字塔、能量金字塔和数量金字塔。物量金字塔、能量金字塔和数量金字塔。 数量金字塔数量金字塔是以生物的个体数量表示

18、每一营养级。 生物量金字塔生物量金字塔以生物组织的干重表示每一个营养级中生物的总重量。 能量金字塔能量金字塔是利用各营养级所固定的总能量值的多少来构成的生态金字塔。(a)生物量金字塔生物量金字塔分解者5（g/m2）二级肉食者1.5（g/m2）一级肉食者11(g/m2)植食者37(g/m2)浮游生物809(g/m2)净生产量8,763(kcal/m2d)总生产量36,380(kcal/m2d)细菌3800kcal一级肉食者48kcal植食者596kcal(c)能量能量金字塔金字塔(b)生物量金字塔生物量金字塔(倒形倒形)214浮游和底栖动21(g/m2)浮游植物4(g/m2)(d)数量金字塔数量

19、金字塔浮游生物4x1091.1x105生态金字塔的生态金字塔的4种类型种类型 数量金字塔和生物量金字塔在某些生态系统中可以呈倒金字塔形，但能量金字塔绝不会这样，因为生产者在单位时间单位面积上所固定的能量绝不会少于靠吃它们为生的植食动物所生产的能量；同样，肉食动物所生产的能量是靠吃植食动物获得的，因此依据热力学第二定律，它们的能量也绝不会多于植食动物。 一、生态系统的基本概念 二、生态系统的组成成分及三大功能类型 三、食物链和食物网 四、营养级和生态金字塔 五、生态效率 六、生态系统的反馈调节与生态平衡 生态效率生态效率（ecological efficiencies）是指各种能流参数中的任何一

20、个参数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关在营养级之间或营养级内部的比值关系系。 i (摄取或吸收摄取或吸收)：表示一个生物(生产者，消费者或腐食者)所摄取的能量；对植物来说，i代表被光合作用色素所吸收的日光能值。a (同化同化)：表示在动物消化道内被吸收的能量(吃进的食物不一定都能吸收)。对分解者来说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，即总初级生产量(gp)。 r (呼吸呼吸)：指在新陈代谢和各种活动中所消耗的全部能量。 p (生产量生产量)：代表呼吸消耗后所净剩的能量值，它以有机物质的形式累积在生态系统中。对植物来说，它是指净初级生产量(np

21、)；对动物来说，它是同化量扣除维持消耗后的生产量，即p=a-r。利用以上这些参数可以计算生态系统中能流的各种效率： 植物： （动物）吸收的日光能固定的日光能同化效率nnia摄取的食物能同化的食物能营养级的同化能量营养级的净生产能量生长效率nnapnn营养级的净生产能量营养级的摄食能量消费和利用效率nnpinn11营养级摄取的食物能营养级摄取的食物能量）效率林德曼（nniilindmannn11 若n营养级为植物，in即为植物吸收的日光能。并且，nnnnnnnnpiapiaii11 即林德曼效率相当于同化效率、生长效率与利用效率的乘积。但也有学者把营养级间的同化能量之比值视为林德曼效率，即，营养

22、级的同化能量营养级的同化能量林德曼效率nnaann11 一般说来，大型动物的生长效率要低于小型动物，老年动物的生长效率要低于幼年动物。肉食动物的同化效率要高于植食动物。但随着营养级的增加，呼吸消耗所占的比例也相应增加，因而导致在肉食动物营养级净生产量的相应下降。 林德曼效率似乎是一个常数，即林德曼效率似乎是一个常数，即10%，生态学家通常把，生态学家通常把10%的林德曼效的林德曼效率看成是一条重要的生态学规律，率看成是一条重要的生态学规律， 但近来对海洋食物链的研究表明，在有些情况下，林德曼效率可以大于30%。对自然水域生态系统的研究表明，在从初级生产量到次级生产量的能量转化过程中，林德曼效率

23、大约为1520%；就利用效率来看，从第一营养级往后可能会略有提高，但一般说来都处于2025%的范围之内。这就是说，每个营养级的净生产量将会有7580%通向碎屑食物链。 一、生态系统的基本概念 二、生态系统的组成成分及三大功能类型 三、食物链和食物网 四、营养级和生态金字塔 五、生态效率 六、生态系统的反馈调节与生态平衡 生态系统的一个普遍特性是存在着反馈反馈现象。当生态系统中某一成分发生变化的时当生态系统中某一成分发生变化的时候，它必然会引起其他成分出现一系列的相候，它必然会引起其他成分出现一系列的相应变化，这些变化最终又反过来影响最初发应变化，这些变化最终又反过来影响最初发生变化的那种成分，这个过程就叫生变化的那种成分，这个过程就叫反馈反