第十一章 生态系统的一般特征

1、 主要内容主要内容一、一、 生态系统的基本概念生态系统的基本概念 二、二、 生态系统的组成与结构生态系统的组成与结构 三、三、 食物链和食物网食物链和食物网 四、四、 营养级和生态金字塔营养级和生态金字塔 五、五、 生态效率生态效率 六、六、 生态系统的反馈调节和生态生态系统的反馈调节和生态 金字塔金字塔 一、一、 生态系统的基本概念生态系统的基本概念生态系统生态系统(ecosystem)：在一定空间中共：在一定空间中共同栖居着的所有生物同栖居着的所有生物(生物群落生物群落)与其环与其环境之间由于不断进行物质循环和能量流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。动过程而形成的统

2、一整体。 系统系统(system)：相互作用、相互依赖的：相互作用、相互依赖的事物有规律地联合的集合体事物有规律地联合的集合体 许多成分组许多成分组成成 各成分间相互联系、相互作用各成分间相互联系、相互作用 独立的、独立的、特定的功能。特定的功能。 生物地理群落生物地理群落(biogeocoenosis)1、生态系统的特征、生态系统的特征生态学的一个主要结构和功能单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。位，属于生态学研究的最高层次。 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能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能是生态系统的三大功能

3、 。营养级的数目受限于生产者所固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大损失，生态系统中营养级不会超过超过5-6个。个。 动态系统。动态系统。2、目前有关生态系统的研究工作、目前有关生态系统的研究工作自然生态系统的保护和利用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调控机制的研究 生态系统退化的机制、恢复生态系统退化的机制、恢复及其修复研究及其修复研究 全球性生态问题的研究全球性生态问题的研究 生态系统可持续发展的研究生态系统可持续发展的研究3、自然生态系统的保护和利用、自然生态系统的保护和利用和谐、高效和

4、健康是自然生态系统有的和谐、高效和健康是自然生态系统有的共同特点。共同特点。 自然生态系统中具有较高的物种多样性自然生态系统中具有较高的物种多样性和群落稳定性。和群落稳定性。 健康的生态系统比退化的更有价值，具健康的生态系统比退化的更有价值，具有较高的生产力，能满足人类物质的需有较高的生产力，能满足人类物质的需求，还给人类提供生存的优良环境。求，还给人类提供生存的优良环境。 研究自然生态系统的形成和发展过程、研究自然生态系统的形成和发展过程、合理性机制、以及人类活动对自然生态合理性机制、以及人类活动对自然生态系统的影响，对于有效利用和保护自然系统的影响，对于有效利用和保护自然生态系统均有较大的

5、意义。生态系统均有较大的意义。 二、二、 生态系统的构成和结构生态系统的构成和结构1、 生物群落生物群落 生产者生产者 (producer) 消费者消费者 (consumer)：食草动物、：食草动物、食肉动物、大型食肉动物食肉动物、大型食肉动物 分解者分解者 (decomposer) 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） 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3、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

6、机物质无机物质 有机物质有机物质 气候因素气候因素线条粗细表示作用强弱和物质能量流通的总量多寡线条粗细表示作用强弱和物质能量流通的总量多寡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三、三、 食物链和食物网食物链和食物网 食物链食物链 (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，通过一系列取食和被食的关系在生态系统中传递，各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。种生物按其食物关系排列的链状顺序。

7、 食物网食物网 (food web)：食物链彼此交错连结，形成一个：食物链彼此交错连结，形成一个网状结构。网状结构。1、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（1）捕食食物链）捕食食物链概念：绿色植物为起点到食草动物进而概念：绿色植物为起点到食草动物进而到食肉动物的食物链。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。 湖泊中：藻类湖泊中：藻类-甲壳类甲壳类-小鱼小鱼-大鱼。大鱼。（2）碎屑食物链）碎屑食物链概念：动、植物的遗体被食腐性生物概念：动、植物的遗体被食腐性

8、生物(小型土壤动物、小型土壤动物、真菌、细菌真菌、细菌)取食，然后到他们的捕食者的食物链取食，然后到他们的捕食者的食物链 。植物残体植物残体-蚯蚓蚯蚓-线虫类线虫类-节肢动物。节肢动物。捕食食物链与捕食食物链与碎屑食物链碎屑食物链（3）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。型动物、微型动物、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-细菌细菌-病病毒。毒。小型浮游植物小型浮游植物 大型硅藻、甲藻大型

9、硅藻、甲藻 和微型浮游植物和微型浮游植物大型浮游动物大型浮游动物食浮游生物鱼类食浮游生物鱼类 如鲱等如鲱等底栖植食动物底栖植食动物 蛤蛤,牡蛎牡蛎,多毛类等多毛类等底栖肉食鱼类底栖肉食鱼类 鳕鱼等鳕鱼等大型肉食鱼类大型肉食鱼类 鲨鱼鲑鱼等鲨鱼鲑鱼等海洋食物链海洋食物链南极海洋浮游食物网狼、狐、狼、狐、 雪鸮、贼鸥、隼雪鸮、贼鸥、隼麝牛、驯麝牛、驯鹿、雪兔鹿、雪兔 旅鼠、雷旅鼠、雷鸟、雁鸟、雁鹬、鹬、 雀类雀类昆虫昆虫植被植被食物关系食物关系能量关系能量关系主线主线冻原生态系统食物链冻原生态系统食物链2、食物网、食物网一种生物常常以多种食一种生物常常以多种食物为食，而同一种食物物为食，而同一种食

10、物又常常为多种消费者取又常常为多种消费者取食，于是食物链交错起食，于是食物链交错起来，多条食物链相联，来，多条食物链相联，形成了食物网形成了食物网 食物网不仅维持着生态食物网不仅维持着生态系统的相对平衡，并推系统的相对平衡，并推动着生物的进化，成为动着生物的进化，成为自然界发展演变的动力自然界发展演变的动力 食物网以营养为纽带，食物网以营养为纽带，把生物与环境、生物与把生物与环境、生物与生物紧密联系起来的结生物紧密联系起来的结构，称为生态系统的营构，称为生态系统的营养结构养结构食物网食物网北极岛屿简单的食物网北极岛屿简单的食物网FOOD WEBA few of the organisms in

11、 a temperate tall-grass prairie and the food web that connects themFOOD WEB 四、四、 营养级与生态金字塔营养级与生态金字塔 营养级营养级(trophic level)：处于食物链某一环：处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。节上的所有生物种的总和。营养级生态系统中营养级数目生态系统中营养级数目v各营养级消费者不可能各营养级消费者不可能100%利用前一营养级利用前一营养级的生物量。的生物量。 v各营养级同化率也不是各营养级同化率也不是100%，总有一部分排，总有一部分排泄出去。泄出去。 v各营养级生物要维持自身的活动，

12、消耗一部分各营养级生物要维持自身的活动，消耗一部分热量。热量。 v能流在通过各营养级时会急剧减少，食物链就能流在通过各营养级时会急剧减少，食物链就不可能太长。不可能太长。 v生态系统中的营养级一般只有四、五级，很少生态系统中的营养级一般只有四、五级，很少超过六级。超过六级。TERRESTRIAL FOOD CHAINThe length of food chains2、生态金字塔、生态金字塔(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、能量和个体数数量关系可采用生物量、能量和个体数量单位来表示量单位来表示 能量金字塔能量金字塔 生物量金

13、字塔生物量金字塔 数量金字塔数量金字塔（1）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。构成的生态金字塔。 以相同的单位面积和单位时间内的生产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者和各级消费者所积累的能量比率来构造。造。 千卡千卡/平方米平方米年。年。Energy Pyramidenergy pyramid （2）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物质总量建立的金字

14、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。比较规则。 生物量金字塔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，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金字塔呈倒金字塔形（3）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，以相单位面积内生产者的个体数目为塔

15、基，以相同面积内各营养级位有机体数目构成塔身及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的有机体数塔顶。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。目，沿食物链向上递减。数量金字塔数量金字塔有时植食动有时植食动物比生产者物比生产者数目多。如数目多。如昆虫和树木昆虫和树木 个体大小差个体大小差别很大，只别很大，只用个体数目用个体数目多少来说明多少来说明问题有局限问题有局限性。性。 4、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，能量金字塔表达营养结构最全面，确切确切 表示食物通过食物链的效率，表示食物通过食物链的效率，永远是正塔型。永

16、远是正塔型。 数量金字塔过分突出小生物体的数量金字塔过分突出小生物体的重要性。重要性。生物量金字塔过分突出大生物体生物量金字塔过分突出大生物体的重要性。的重要性。五、五、 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。营养级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）：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)：动物消化道内被吸收的能量，：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；植物光合作用即消费者吸收所采食的食物能；植物光合作用所固定的日光能所固定的

17、日光能 呼吸量呼吸量(R)：生物在呼吸等新陈代谢和各种：生物在呼吸等新陈代谢和各种活动所消耗的全部能量活动所消耗的全部能量 生产量生产量(P)：生物呼吸消耗后所净剩的同化：生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值。能量值。P= A- R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：被同化了的能量比例： Ae = An / In 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组织生产效率：组织生产效率：Pe = Pn / An生态生长效率生态生长效率

18、: Ee = Pn/ In 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%呼吸，呼吸，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%用于呼吸，用于呼吸，35%用于生长用于生长 哺乳动物呼吸消耗的能量最多，大约占同化量哺乳动物呼吸消耗的能量最多，大约占同化量的的97-99%，只有，只有1%-3%用于净生产量用于净生产量 Production Efficiencies营养级位之间的生态效率营养级位之间的生态效率量度营养级位之间的转化效率量度营养级位之间的转化效率 消费效率：消费效率量度一个营养级对前

19、一营消费效率：消费效率量度一个营养级对前一营养级的相对取食压力。养级的相对取食压力。 Ce = In+1 / Pn 一般在一般在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%-75%进入碎屑食物链进入碎屑食物链 利用效率：利用效率的高低，说明前一营养级利用效率：利用效率的高低，说明前一营养级的净生产量被后一营养级同化多少的净生产量被后一营养级同化多少 Ue = An+1 / Pn林德曼效率林德曼效率林德曼效率：林德曼效率：n+1营养级所获得的能量占营养级所获得的能量占n营养级所获得的能量之比：营养级所获得的能量之比： Le=In+1/In 林得曼定律（十分之一定律）：能

20、量沿林得曼定律（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量的十分之一左级只能是前一营养级能量的十分之一左右。右。1-2 2-3 3-4营养级营养级30 20 101-2 2-3 3-4营养级营养级30 20 10林德曼效率林德曼效率利用效率利用效率对多个生态系统实测值比较生态效率对多个生态系统实测值比较生态效率12.6 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负反馈负反馈12.6.2 生态平衡生态平衡 生态平衡：生态平衡：生态系统通过发育和调节所达生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状态，它包括结构、功能和

21、到的一种稳定状态，它包括结构、功能和能量输入和输出的稳定。能量输入和输出的稳定。 生态阈值：生态阈值：生态系统受外界干扰后，自动生态系统受外界干扰后，自动调节的极限。调节的极限。 生态危机：生态危机：由于人类盲目活动而导致局部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，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。从而威胁人类的生存。本本 章章 小小 结结 生态系统的概念。生态系统的概念。 生态系统的结构：三大功能类群生态系统的结构：三大功能类群+无无机环境；食物链；食物网。机环境；食物链；食物网。 生态系统的动态及调节：负反馈、生生态系统的动态及调节：负反馈、生态平衡。态平衡。 生态系统的功能：物质生产（