第1章 生态系统及其功能概论

1、1第一章第一章 生态系统及其功能概论生态系统及其功能概论2第一节第一节 生态系统的组成结构与功能生态系统的组成结构与功能 v生态系统是指在一定的空间内生物的成分和非生物的成分通生态系统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循环和能量流动互相作用、互相依存构成的一个具有过物质循环和能量流动互相作用、互相依存构成的一个具有自动调节机制的自动调节机制的生态学功能单位生态学功能单位。v生态系统具有自然整体性，生物群落都不可能单独存在，总生态系统具有自然整体性，生物群落都不可能单独存在，总是和环境密切相关、相互作用，组成有序的整体。是和环境密切相关、相互作用，组成有序的整体。一、生态系统一、

2、生态系统（ecosystemecosystem）3v生态系统概念的提出为生态学研究和发展奠定了新的理论生态系统概念的提出为生态学研究和发展奠定了新的理论基础，极大推动了生态学的发展，基础，极大推动了生态学的发展，生态系统生态学成为现生态系统生态学成为现代生态学研究的主流和中心代生态学研究的主流和中心。生物大分子生物大分子基因基因细胞细胞组织全球都是生命系统组织全球都是生命系统器官器官个体个体生态系统生态系统4二、生态系统的基本组成成分二、生态系统的基本组成成分51.1.非生物成分非生物成分(abiotic component)(abiotic component)：生命支持系统生命支持系统 2

3、.2.生物成分（生物成分（biotic componentbiotic component）：生态系统的主体生态系统的主体 功能性组分功能性组分功能群：功能群：v 生产者生产者(producers)(producers)：绿色植物、自养生物、首要地位：绿色植物、自养生物、首要地位 v 消费者消费者(consumers) (consumers) ：异养生物：异养生物v 分解者分解者(decomposers)(decomposers)：思考：海洋生态系统的构成？思考：海洋生态系统的构成？67三、生态系统的营养结构和空间结构三、生态系统的营养结构和空间结构（一）生态系统的营养结构（一）生态系统的营养

4、结构、食物链（、食物链（food chain） 生物之间通过食与被食形成一环套一环的生物之间通过食与被食形成一环套一环的链状营养关系链状营养关系。食物链类型：食物链类型： 牧食食物链牧食食物链或植食食物链（或植食食物链（grazing food chain） 碎屑食物链碎屑食物链（detritus food chain） 寄生食物链寄生食物链（parasite food chain）思考：思考： 一条完整食物链的构成？一条完整食物链的构成？ 常见海洋牧食食物链的模式？常见海洋牧食食物链的模式？89、食物网（、食物网（food web）v食物链彼此交错连接，形成食物链彼此交错连接，形成网状营养结

5、构网状营养结构，称为食物网。，称为食物网。v生态系统中生物种类繁多，一种生物往往有多种食物对生态系统中生物种类繁多，一种生物往往有多种食物对象，同一种生物也可被多种摄食，因此一种生物不可能固象，同一种生物也可被多种摄食，因此一种生物不可能固定在一条食物链上。食物网更能定在一条食物链上。食物网更能真实地反映生态系统内各真实地反映生态系统内各种生物有机体之间的营养位置和相互关系种生物有机体之间的营养位置和相互关系。101112133 3、营养层次（、营养层次（trophictrophic level level）v以每一个物种为基础描述的生态系统营养结构非常繁以每一个物种为基础描述的生态系统营养结

6、构非常繁杂，以杂，以简化食物网简化食物网结构代替复杂食物网分析才具有可结构代替复杂食物网分析才具有可操作性操作性v简化食物网是将简化食物网是将营养地位相同的不同物种（包括同一营养地位相同的不同物种（包括同一物种的某一相应的发育阶段）归并在一起物种的某一相应的发育阶段）归并在一起，称为，称为“营营养层次养层次”。（。（营养级营养级）14（二）生态系统的空间结构（二）生态系统的空间结构褐色带褐色带异氧代谢异氧代谢绿色带绿色带自氧代谢自氧代谢15四、生态系统能量流动和物质循环的基本过程四、生态系统能量流动和物质循环的基本过程（一）生态系统的能量流动（一）生态系统的能量流动(energy transf

7、er) 6CO2+ 12H2O C6H12O6+ 6O2+ 6H2O 光能光能 叶绿素叶绿素 n生态系统的能源来自太阳。生态系统的能源来自太阳。n食物链把绿色植物（光合细菌）固定的太阳能经过摄食食物链把绿色植物（光合细菌）固定的太阳能经过摄食的有序环节，使一种形式的化学能转化为另一种形式化的有序环节，使一种形式的化学能转化为另一种形式化学能的过程。学能的过程。 n食物链本质上是生态系统的能流途径。食物链本质上是生态系统的能流途径。16n生态系统中的能量流动与转化服从热力学定律生态系统中的能量流动与转化服从热力学定律 。n植物光合作用形成的有机物质和能量植物光合作用形成的有机物质和能量PG，一部

8、分呼吸消耗，一部分呼吸消耗R，剩余是提供给下一营养级的净初级产量剩余是提供给下一营养级的净初级产量PN，利用的部分（摄食，利用的部分（摄食量）有一些不能被同化排出体外。被同化吸收的量量）有一些不能被同化排出体外。被同化吸收的量A又有相当又有相当一部分用于机体的生命活动，转变成热能而散失一部分用于机体的生命活动，转变成热能而散失R ，还有一部，还有一部分以代谢废物的形式排出分以代谢废物的形式排出Fu。其余的才是转化为植食性动物的。其余的才是转化为植食性动物的繁殖与生长，即次级产量繁殖与生长，即次级产量P，也即能提供给下一营养级利用的，也即能提供给下一营养级利用的能量。能量。 食物种群食物种群 动

9、物得到的动物得到的 动物未得到的动物未得到的 动物吃进的动物吃进的 动物未吃进的动物未吃进的 被同化的被同化的 未同化的未同化的 次级生产量次级生产量 呼吸代谢呼吸代谢 被被更更高高营养营养级取食级取食 未被取食未被取食 17能量通过营养级不断消耗的过程。能量通过营养级不断消耗的过程。18（二）生态系统的物质循环（二）生态系统的物质循环（cycle of matter）v生物地化循环（生物地化循环（biogeochemical cyclebiogeochemical cycle）：生态系生态系统之间各种物质或元素的输入和输出以及它们在大气圈、水统之间各种物质或元素的输入和输出以及它们在大气圈、

10、水圈、土壤圈、岩石圈之间的交换。圈、土壤圈、岩石圈之间的交换。1920v库库(pool)：研究生态系统中某一物质在生物或非生物环境研究生态系统中某一物质在生物或非生物环境中贮存的数量。中贮存的数量。v贮存库（贮存库（reservoir pool）、交换库或循环库）、交换库或循环库( (exchange or cycling pool) ) v流通率、周转率、周转时间流通率、周转率、周转时间周转率周转率 流通率流通率库中营养物质量库中营养物质量 周转时间周转时间 库中营养物质量库中营养物质量流通率流通率 21v水循环（水循环（water cyclewater cycle）：）：由太阳能所推动的由

11、大气由太阳能所推动的由大气、海洋和陆地形成的一个全球性水循环系统。、海洋和陆地形成的一个全球性水循环系统。v气态循环（气态循环（gaseous cyclegaseous cycle）：）：指循环物质的主要贮指循环物质的主要贮存库是大气，并在大气中以气态出现。属气态循环的物质存库是大气，并在大气中以气态出现。属气态循环的物质以氧、碳、氮为代表。以氧、碳、氮为代表。v沉积循环（沉积循环（sedimentary cyclesedimentary cycle）：）：指循环物质的主指循环物质的主要贮存库是岩石圈和土壤圈，以磷、硅等为代表。要贮存库是岩石圈和土壤圈，以磷、硅等为代表。2223碳循环241、

12、反馈机制（、反馈机制（feedback mechanism）v反馈反馈：当生态系统中某一成分发生变化的时候，它必然会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应变化，这些变化最终又反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生变化的那种成分，这个过程就叫反馈。过来影响最初发生变化的那种成分，这个过程就叫反馈。v生物系统通过生物系统通过反馈机制反馈机制实现自我调控以维持相对的稳态。实现自我调控以维持相对的稳态。v生态系统的稳定性生态系统的稳定性：生态系统所具有的保持或恢复自身结：生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力。（自我调节）

13、构和功能相对稳定的能力。（自我调节）五、生态系统的自校稳态和生态平衡五、生态系统的自校稳态和生态平衡 25v正反馈（正反馈（positive feedbackpositive feedback）和）和负反馈负反馈（negative feedbacknegative feedback）v正、负反馈作用在生态系统中同时存在，在系统发展的不正、负反馈作用在生态系统中同时存在，在系统发展的不同阶段作用强度不同，大发展阶段系统调节以正反馈为主，同阶段作用强度不同，大发展阶段系统调节以正反馈为主，系统生物量、体积、多样性、复杂性迅速增加，大发展过系统生物量、体积、多样性、复杂性迅速增加，大发展过后，随即是

14、一段减速增加阶段，负反馈逐渐起作用，系统后，随即是一段减速增加阶段，负反馈逐渐起作用，系统趋于恒定。趋于恒定。v负反馈负反馈是比较常见的一种反馈，能够使生态系统达到和保是比较常见的一种反馈，能够使生态系统达到和保持平衡或稳态。持平衡或稳态。26272 2、 生态平衡（生态平衡（ecological equilibriumecological equilibrium）v如果生态系统能量和物质的输入和输出在较长时间趋于如果生态系统能量和物质的输入和输出在较长时间趋于相等，相等，系统的结构与功能长期处于稳定状态系统的结构与功能长期处于稳定状态（这时动、（这时动、植物的种类和数量也保持相对稳定，环境的

15、生产潜力得植物的种类和数量也保持相对稳定，环境的生产潜力得以充分发挥，能流途径畅通），在外来干扰下以充分发挥，能流途径畅通），在外来干扰下能通过自能通过自我调节恢复到原初的稳定状态我调节恢复到原初的稳定状态，生态系统的这种状态就，生态系统的这种状态就叫做生态平衡。叫做生态平衡。28v生物圈生物圈2号号v1986年，年，美国富豪美国富豪Edward Bass为了拓展人类生存空间，为了拓展人类生存空间，出资出资在在美国亚美国亚利桑那州的沙漠利桑那州的沙漠区兴建区兴建Biosphere 2，占地，占地1.3万平方米，花费了近万平方米，花费了近2亿美元和亿美元和9年时间建造起来的，目的年时间建造起来的

16、，目的为了考察人类离升了地球为了考察人类离升了地球“生物圈生物圈1号号”是否能生存。是否能生存。 29v该系统引入了该系统引入了3800多种生物，包括鸡、羊、猪、蜂鸟、多种生物，包括鸡、羊、猪、蜂鸟、鱼和各种有益的昆虫及微生物，布置成森林、草地、河鱼和各种有益的昆虫及微生物，布置成森林、草地、河流和沼泽、农田和海洋生态系统，还有供研究和生活用流和沼泽、农田和海洋生态系统，还有供研究和生活用的楼房和人造风雨设施。的楼房和人造风雨设施。v1991年年9月月27日，来自美、英、德和比利时等国的日，来自美、英、德和比利时等国的4男男4女女进入进入“生物圈生物圈2号号”，计划靠系统自给自足生活两年。，计

17、划靠系统自给自足生活两年。v一年多以后，一年多以后，“生物圈生物圈2号号”的生态状况急转直下，氧气的生态状况急转直下，氧气含量从含量从21迅速下降到迅速下降到14，而，而CO2和和N2O的含量却直线的含量却直线上升，大气和海水变酸，很多物种死去，而用来吸收上升，大气和海水变酸，很多物种死去，而用来吸收CO2的牵牛花却疯长。大部分脊椎动物死亡，所有的传的牵牛花却疯长。大部分脊椎动物死亡，所有的传粉昆虫的死亡造成靠花粉传播繁殖的植物也全部死亡。粉昆虫的死亡造成靠花粉传播繁殖的植物也全部死亡。 30v第一次入住计划共耗时第一次入住计划共耗时21个月，以失败告终。个月，以失败告终。v1994年年3月，

18、月，5男男2女又进入了生物圈女又进入了生物圈2号，住了个半年后，号，住了个半年后，由于笑气（由于笑气（N2O）积累过多，在）积累过多，在1994年年9月月17日被迫离开，日被迫离开，实验再度以失败告终。实验再度以失败告终。v自然界不同于人工控制系统，地球上的生态系统内的生物自然界不同于人工控制系统，地球上的生态系统内的生物间关系很复杂，目前人类还未全面了解生物间的协调性。间关系很复杂，目前人类还未全面了解生物间的协调性。人类实在很难用科技与工程营造与复杂地球上的自然生态人类实在很难用科技与工程营造与复杂地球上的自然生态系统，而籍以保护人类的生活。系统，而籍以保护人类的生活。31v生态阈限：生态

19、阈限：生态系统自我调节功能是有限度的，只有在某生态系统自我调节功能是有限度的，只有在某一限度内可以自我调节自然界或人类施加的干扰。一限度内可以自我调节自然界或人类施加的干扰。v生态平衡失调生态平衡失调(生态失调生态失调)的主要因素：的主要因素：自然因素、人类干扰自然因素、人类干扰 v生态失调表现：生态失调表现：群落中生物种类减少，物种多样性降低，群落中生物种类减少，物种多样性降低，结构渐趋简化，能流和物质循环障碍。当外界压力太大而结构渐趋简化，能流和物质循环障碍。当外界压力太大而持久的话，生态系统崩溃。持久的话，生态系统崩溃。 32第二节第二节 生物圈的形成与进化生物圈的形成与进化v原始生命起

20、源于一系列复杂的化学进化。原始生命起源于一系列复杂的化学进化。v地球上的生物从无到有，从简单到复杂，当今丰富多彩的地球上的生物从无到有，从简单到复杂，当今丰富多彩的生物圈是经过非常漫长的地质年代发展起来的，并且是诸生物圈是经过非常漫长的地质年代发展起来的，并且是诸物种物种协同进化协同进化（coevolutioncoevolution）的历史。）的历史。v生物的进化不仅是诸物种协同进化的历史，同时生物圈生生物的进化不仅是诸物种协同进化的历史，同时生物圈生态系统的形成与发展，也是生物与环境协同进化的历史。态系统的形成与发展，也是生物与环境协同进化的历史。3334l l陆地生态系统陆地生态系统 1.1 1.1 森林生态系统森林生态系统 热带森林生态系统热带森林生态系统 温带森林生态系统温带森林生态系统 1.2 1.2 草原生态系统草原生态系统 1.3 1.3 荒漠生态系统荒漠生态系统 生态系统的主要类型生态系统的主要类型 352 2水域生态系统水域生态系统 2.1 2.1 湖泊生态系统湖泊生态系统 2.2 2.2 河流生态系统河流生态系统 2.3 2.3 海洋生态系统海洋生态系统 海岸带生态系统（潮上带、潮间带、河口）海岸带生态系统（潮上带、潮间带、河口） 岛屿生态系统岛屿生态系统 浅海生态系统浅海生态系统 外海和大洋生态系统外海和大洋生态系统 36 3 3人