第九章 生态系统

1、第九章第九章 生态系统生态系统学习提纲学习提纲n第一节生态系统概述第一节生态系统概述n第二节生态系统的组成与结构第二节生态系统的组成与结构n第三节生态系统的稳定与平衡第三节生态系统的稳定与平衡n第一节生态系统概述第一节生态系统概述u1.1.生态系统概念及发展生态系统概念及发展l基本概念基本概念生态系统生态系统(ecosystem)：在一定时间和空间中在一定时间和空间中共同栖居着的所有生物共同栖居着的所有生物( (生物群落生物群落) )与其环境之间由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于不断进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体整体 n第一节生态系统概述第一节生态系统概

2、述系统系统(system)：相互作用、相互依赖的事物有相互作用、相互依赖的事物有 规律地联合的集合体规律地联合的集合体 一般认为，构成系统至少要有一般认为，构成系统至少要有3 3个条件：个条件：系统是由许多成分组成的；系统是由许多成分组成的；各成分间不是孤立的，而是彼此互相联系、互各成分间不是孤立的，而是彼此互相联系、互相作用的；相作用的；系统具有独立的、特定的功能。系统具有独立的、特定的功能。生物区高能量生物区高能量有机化合物有机化合物物质区低能量物质区低能量无机化合物无机化合物热量活动热量活动呼吸作用呼吸作用能量释放能量释放光合作用光合作用能量同化能量同化光光太阳太阳一个生态系统模型一个生

3、态系统模型生态系统概念及发展生态系统概念及发展l生态系统的发展生态系统的发展生态系统生态系统（ecosystem）是由英国植物生态学家是由英国植物生态学家tansley 年提出的年提出的前苏联植物生态学家前苏联植物生态学家sukachev 在深入研究植物群在深入研究植物群落种内和种间竞争的基础上提出了生物地理群落的落种内和种间竞争的基础上提出了生物地理群落的概念概念lindeman 于于20世纪世纪30年代末率先揭示了营养物质年代末率先揭示了营养物质移动规律移动规律,建立了营养动态模型建立了营养动态模型,成为系统能量动态研成为系统能量动态研究的奠基者究的奠基者生态系统的发展生态系统的发展20

4、世纪世纪50 年代以来，年代以来， odum 提出了生态系统发提出了生态系统发展中结构和功能特征的变化规律展中结构和功能特征的变化规律.20 世纪世纪80-90 年代，年代， odum 他指出生态系统是一他指出生态系统是一个开放的、远离平衡的热力学系统个开放的、远离平衡的热力学系统马世骏等（马世骏等（1993） 在探讨人类生态学的基础上，在探讨人类生态学的基础上， 提出了社会经济自然复合生态系统模型提出了社会经济自然复合生态系统模型生态系统的研究内容生态系统的研究内容 自然生态系统的保护和利用自然生态系统的保护和利用 一个健康的生态系统比一个退化的更有价值，它一个健康的生态系统比一个退化的更有

5、价值，它具有较高的生产力，能满足人类物质的需求，还给具有较高的生产力，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、合理性机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系统的影响，对于制、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生态系统均有较大的意义有效利用和保护自然生态系统均有较大的意义 生态系统的研究内容生态系统的研究内容 生态系统调控机制的研究生态系统调控机制的研究 自然、半自然和人工等不同类型生态系统自我调自然、半自然和人工等不同类型生态系统自我调控的阈值控的阈值 生物多样性、群落和生态

6、系统与外部限制因素间生物多样性、群落和生态系统与外部限制因素间的作用效应及其机制的作用效应及其机制 生态系统退化的机制、恢复及其修复研究生态系统退化的机制、恢复及其修复研究 由于人类活动而造成逆向演替或对生态系统由于人类活动而造成逆向演替或对生态系统结构、重要生物资源退化机理及其恢复途径；结构、重要生物资源退化机理及其恢复途径；生态系统的研究内容生态系统的研究内容防止人类与环境关系的失调；自然资源的综合利防止人类与环境关系的失调；自然资源的综合利用以及污染物的处理用以及污染物的处理全球性生态问题的研究全球性生态问题的研究 全球变化对生物多样性和生态系统的影响及其全球变化对生物多样性和生态系统的

7、影响及其反应；敏感地带和生态系统对气候变化的反应；反应；敏感地带和生态系统对气候变化的反应；气候与生态系统相互作用的模拟；建立全球全球气候与生态系统相互作用的模拟；建立全球全球变化的生态系统发展模型；提出全球变化中应采变化的生态系统发展模型；提出全球变化中应采取的对策和措施等取的对策和措施等 生态系统的研究内容生态系统的研究内容生态系统可持续发展的研究生态系统可持续发展的研究 生态系统资源的分类、配置、替代及其自我维持生态系统资源的分类、配置、替代及其自我维持模型；发展生态工程和高新技术的农业工厂化；模型；发展生态工程和高新技术的农业工厂化；探索自然资源的利用途径，不断增加全球物质的探索自然资

8、源的利用途径，不断增加全球物质的现存量；研究生态系统科学管理的原理和方法，现存量；研究生态系统科学管理的原理和方法，把生态设计和生态规划结合起来；加强生态系统把生态设计和生态规划结合起来；加强生态系统管理、保持生态系统健康和维持生态系统服务功管理、保持生态系统健康和维持生态系统服务功能能u2.2.生态系统的特征生态系统的特征l以生物为主体，具有整体性特征以生物为主体，具有整体性特征l多要素、多层次、多功能和多边性的复杂系统多要素、多层次、多功能和多边性的复杂系统l开放的、远离平衡的热力学体系开放的、远离平衡的热力学体系l生态系统及其过程都有特征性的时间和空间生态系统及其过程都有特征性的时间和空

9、间l生态系统的资源和环境是有限的，具有一定生态系统的资源和环境是有限的，具有一定的负荷力的负荷力生态系统的特征生态系统的特征l生态系统具有自我维持和自我调控能力生态系统具有自我维持和自我调控能力l生态系统环境演变与生物进化密切相关生态系统环境演变与生物进化密切相关l生态系统受环境深刻的影响生态系统受环境深刻的影响l生态系统具有明确功能和服务性能生态系统具有明确功能和服务性能l生态系统具有健康和可持续发展特性生态系统具有健康和可持续发展特性u3.3.生态系统的类型生态系统的类型l生态系统常用分类方法生态系统常用分类方法按基质的性质划分按基质的性质划分分为分为陆地生态系统陆地生态系统和和水域生态系

10、统水域生态系统两大类两大类陆地生态系统又可分为森林生态系统、草原生态陆地生态系统又可分为森林生态系统、草原生态系统、农田生态系统、荒漠生态系统、冻原生态系统、农田生态系统、荒漠生态系统、冻原生态系统等系统等水域生态系统又可分为淡水生态系统和海洋生态水域生态系统又可分为淡水生态系统和海洋生态系统系统陆地生态系统的水平分布格局陆地生态系统的水平分布格局u3.3.生态系统的类型生态系统的类型按人类的影响程度划分按人类的影响程度划分按系统的开放程度按系统的开放程度分为自然生态系统、半自然生态系统和人工生分为自然生态系统、半自然生态系统和人工生态系统三类态系统三类依次可将生态系统划分为开放系统、封闭系依

11、次可将生态系统划分为开放系统、封闭系统和隔离系统。统和隔离系统。生态系统的类型生态系统的类型l地球表层主要生态系统类型地球表层主要生态系统类型海洋生态系统海洋生态系统全球海洋总面积全球海洋总面积3.63.610108 8kmkm, ,占全球面积的占全球面积的70.870.8海洋生态系统是生物圈内面积最大、层次最丰富的海洋生态系统是生物圈内面积最大、层次最丰富的生态系统生态系统影响海洋生态系统的非生物因素主要是阳光、温度和影响海洋生态系统的非生物因素主要是阳光、温度和盐度盐度海洋生态系统海洋生态系统生态系统的类型生态系统的类型淡水生态系统淡水生态系统由河流、湖泊或池塘等淡水水域与淡水生物组成由河

12、流、湖泊或池塘等淡水水域与淡水生物组成根据水流速度不同可分为流水生态系统和静水生根据水流速度不同可分为流水生态系统和静水生态系统态系统流水生态系统根据流速不同还可以分成急流生态系流水生态系统根据流速不同还可以分成急流生态系统和缓流生态系统等统和缓流生态系统等生态系统的类型生态系统的类型湿地生态系统湿地生态系统湿地一般是指沼泽和沿海滩涂，按照湿地一般是指沼泽和沿海滩涂，按照“湿地公约湿地公约”的定义，沼泽地、泥炭地、河流、湖泊、红树林、的定义，沼泽地、泥炭地、河流、湖泊、红树林、沿海滩涂等，甚至包括在低潮时水深不超过沿海滩涂等，甚至包括在低潮时水深不超过6m6m的浅的浅海水域，都属于湿地海水域，

13、都属于湿地湿地生态系统主要包括湖泊湿地、沼泽湿地和海湿地生态系统主要包括湖泊湿地、沼泽湿地和海滨湿地三种类型滨湿地三种类型辽宁双台河口自然保护区辽宁双台河口自然保护区 红树林红树林红树林大部分由红树科植物组成，主要种类有海漆、海红树林大部分由红树科植物组成，主要种类有海漆、海榄、桐花树、海莲等。红树科植物多含丹宁，树皮、木材常呈红榄、桐花树、海莲等。红树科植物多含丹宁，树皮、木材常呈红褐色，因此，通称红树林。红树是湿地的特色植物。褐色，因此，通称红树林。红树是湿地的特色植物。生态系统的类型生态系统的类型森林生态系统森林生态系统按照地带性的气候特点和相适应的森林类型可以分按照地带性的气候特点和相

14、适应的森林类型可以分为热带雨林、亚热带常绿阔叶林、温带落叶阔叶林为热带雨林、亚热带常绿阔叶林、温带落叶阔叶林和北方针叶林等类型和北方针叶林等类型动植物种类繁多，群落结构复杂动植物种类繁多，群落结构复杂 热带雨林热带雨林 热带雨林热带雨林32 亚热带常绿阔叶林亚热带常绿阔叶林 亚热带常绿阔叶林亚热带常绿阔叶林33 温带落叶阔叶林温带落叶阔叶林 夏绿阔叶林夏绿阔叶林34 温带落叶阔叶林温带落叶阔叶林 夏绿阔叶林夏绿阔叶林35 北方针叶林北方针叶林 北方针叶林北方针叶林 生态系统的类型生态系统的类型草原生态系统草原生态系统动植物的种类少，群落结构不如森林生态系统复杂，动植物的种类少，群落结构不如森林

15、生态系统复杂，在不同的季节或年份，降雨量很不均匀，种群密度和在不同的季节或年份，降雨量很不均匀，种群密度和群落结构经常发生剧烈的变化群落结构经常发生剧烈的变化主要分为干旱草原和湿草原（草甸草原）两种主要分为干旱草原和湿草原（草甸草原）两种草原草原 草原草原 草原草原 布斯基纳法索境内的稀疏大草原布斯基纳法索境内的稀疏大草原生态系统的类型生态系统的类型荒漠、冻原生态系统荒漠、冻原生态系统根据温度不同又可分为热荒漠和冷荒漠根据温度不同又可分为热荒漠和冷荒漠冻原分布在高纬度地带和高山雪线以上冻原分布在高纬度地带和高山雪线以上, ,气候严气候严寒（最热月平均气温寒（最热月平均气温1010以下）以下）,

16、 ,生长期短（不生长期短（不超过超过2 2个月）个月）沙漠、荒漠沙漠、荒漠 沙漠、荒漠沙漠、荒漠 desert desert 46 沙漠、荒漠沙漠、荒漠 沙漠、荒漠沙漠、荒漠 desert desert 沙漠、荒漠沙漠、荒漠 沙漠、荒漠沙漠、荒漠 desert desert 沙漠、荒漠沙漠、荒漠 冻原冻原生态系统的类型生态系统的类型农业生态系统农业生态系统是人工培育下的介于自然生态系统（如森林生态是人工培育下的介于自然生态系统（如森林生态系统）和人工生态系统（如城市生态系统）之间的系统）和人工生态系统（如城市生态系统）之间的半自然生态系统是同时具有自然、社会和经济功能半自然生态系统是同时具有自

17、然、社会和经济功能的复杂系统。的复杂系统。农田生态系统农田生态系统 生态系统的类型生态系统的类型城市生态系统城市生态系统城市生态系统是城市居民及其生存环境性相互作城市生态系统是城市居民及其生存环境性相互作用的网络结构用的网络结构以人为核心，对外部的强烈依赖性和密集的人流、以人为核心，对外部的强烈依赖性和密集的人流、物流、能流、信息流、资金流等物流、能流、信息流、资金流等 生态系统的类型生态系统的类型城市生态系统不仅有生物组成要素城市生态系统不仅有生物组成要素(植物、动植物、动物和细菌、真菌、病毒物和细菌、真菌、病毒)和非生物组成要素和非生物组成要素(光、光、热、水、大气等热、水、大气等),还包

18、括人类和社会经济要素还包括人类和社会经济要素,这些要素通过能量流动、生物地球化学循环以这些要素通过能量流动、生物地球化学循环以及物资供应与废物处理系统及物资供应与废物处理系统,形成一个具有内在形成一个具有内在联系的统一整体联系的统一整体 城市生态系统城市生态系统中国植被水平分布示意图中国植被水平分布示意图n第二节生态系统的组成与结构第二节生态系统的组成与结构u1.1.生态系统的组成生态系统的组成分解者分解者(decomposer):微生物微生物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、食肉动物、大型食：食草动物、食肉动物、大型食肉动物肉动物生态

19、系统的组成生态系统的组成气候因素气候因素(及其他物理条件）及其他物理条件）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 池塘生态系统示意图池塘生态系统示意图 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 气候因素气候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u2.2.生态系统的结构生态系统的结构l生态系统的时间结构生态系统的时间结构l生态系统的营养结构生态系统的营养结构l生态系统的空间结构生态系统的空间结构l生态系统

20、的时间结构生态系统的时间结构季节动态季节动态随着季节性交替，生物群落或生态系统呈现出不随着季节性交替，生物群落或生态系统呈现出不同的季相同的季相年纪变化年纪变化在不同年度之间，生态系统外貌和结构也有变化在不同年度之间，生态系统外貌和结构也有变化l生态系统的营养结构生态系统的营养结构食物链食物链(food chain)：生产者所固定的能量和物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递，各种生物按其食物关系排列的链状顺序 食物链和食物网食物链和食物网食物网食物网(food web)：食物链彼

21、此交错连结，形成：食物链彼此交错连结，形成一个网状结构一个网状结构 北极岛屿简单的食物网北极岛屿简单的食物网 72 南极海洋浮游食物网生态系统的营养结构生态系统的营养结构食物链的类型食物链的类型73 捕食食物链捕食食物链 腐食食物链腐食食物链 寄生食物链寄生食物链食物链的类型食物链的类型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绿色植物为起点到食草动物进而到食肉动物的食 物链物链 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 农田里：

22、小麦农田里：小麦- -蚜虫蚜虫- -瓢虫瓢虫- -食虫小鸟食虫小鸟生态系统的营养结构生态系统的营养结构75 腐食食物链腐食食物链 也叫分解链。以动、植物的残体为食物链起点，也叫分解链。以动、植物的残体为食物链起点，从真菌、细菌和某些土壤动物开始的食物链从真菌、细菌和某些土壤动物开始的食物链 动植物残体动植物残体蚯蚓蚯蚓微生物微生物土壤动物土壤动物76 腐食食物链腐食食物链 动、植物的遗体被动、植物的遗体被食腐性生物食腐性生物(小型小型土壤动物、真菌、土壤动物、真菌、细菌细菌)取食，然后取食，然后到他们的捕食者的到他们的捕食者的食物链食物链 植物残体植物残体-蚯蚓蚯蚓-线线虫类虫类-节肢动物节肢

23、动物食物链的类型食物链的类型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、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- -病毒病毒 食物链的类型食物链的类型捕食食捕食食物链物链碎食性碎食性食物链食物链 阳阳光光植物植物食草动物食草动物碎屑消费者碎屑消费者生态系统的营养结构生态系统的营养结构l食物链长度食物链长度营养级营养级(trophic level)：处于食物链某一环节上的处于

24、食物链某一环节上的所有生物种的总和所有生物种的总和 79 食物链长度食物链长度生态系统中营养级数目生态系统中营养级数目 生态系统中的能量在沿着捕食食物链的传递过程生态系统中的能量在沿着捕食食物链的传递过程中，每从上一营养级到下一营养级能量大约要损失中，每从上一营养级到下一营养级能量大约要损失90% 90% 左右左右. .能流在通过各营养级时会急剧减少，食物链就不能流在通过各营养级时会急剧减少，食物链就不可能太长可能太长 生态系统中的营养级一般只有生态系统中的营养级一般只有3-53-5级，很少超过级，很少超过6 6级级 81 the length of food chains u3.3.生态系统

25、的空间结构生态系统的空间结构l生态系统的空间范围生态系统的空间范围生态系统的边界是指一个生态系统跟外界的区生态系统的边界是指一个生态系统跟外界的区分处，它可能很清晰，也可能是模糊、过渡的分处，它可能很清晰，也可能是模糊、过渡的l生态系统的垂直结构生态系统的垂直结构生态系统在形成过程中，由于环境（主要是光、生态系统在形成过程中，由于环境（主要是光、也有湿度、温度等）的逐渐分化，导致对环境有也有湿度、温度等）的逐渐分化，导致对环境有不同需要的生物种各自占有一定的空间，构成生不同需要的生物种各自占有一定的空间，构成生态系统的垂直结构，也叫成层性态系统的垂直结构，也叫成层性. .生态系统的空间结构生态

26、系统的空间结构l生态系统的水平结构生态系统的水平结构生态系统的水平结构是指系统的水平格局生态系统的水平结构是指系统的水平格局生态系统中生物的种类、密度等在二维平面的生态系统中生物的种类、密度等在二维平面的不均匀分配，使群落表现为斑块相间的分布格局，不均匀分配，使群落表现为斑块相间的分布格局，称为镶嵌性。称为镶嵌性。n第三节生态系统的稳定与平衡第三节生态系统的稳定与平衡u生态系统的稳定生态系统的稳定u生态平衡生态平衡u生态系统的稳定生态系统的稳定l生态系统稳定性生态系统稳定性生态系统抵抗变化和保持平衡状态的倾向称为生生态系统抵抗变化和保持平衡状态的倾向称为生态系统的稳定性或态系统的稳定性或“稳态

27、稳态”抵抗力稳定性：指生态系统抵抗干预和保护自抵抗力稳定性：指生态系统抵抗干预和保护自身结构与功能不受损伤的能力身结构与功能不受损伤的能力恢复力稳定性：指生态系统被干扰、破坏后自恢复力稳定性：指生态系统被干扰、破坏后自我恢复能力我恢复能力生态系统的稳定生态系统的稳定l生态阈值生态阈值生态系统忍受一定程度外界压力维持其相对稳定生态系统忍受一定程度外界压力维持其相对稳定的这个限度称为的这个限度称为“生态阈值生态阈值（ecological hreshold）”生态阈值的大小取决于生态系统的成熟性生态阈值的大小取决于生态系统的成熟性生态系统在其进化发展的不同阶段有多种不同的生态系统在其进化发展的不同阶段有多种不同的生态阀值。生态阀值。生态系统的稳定生态系统的稳定l生态系统稳定性的调控机制生态系统稳定性的调控机制生态系统的稳定性主要通过系统的反馈生态系统的稳定性主要通过系统的反馈（feedback）调控来实现调控