第五章生态系统的一般特征

1、基础生态学基础生态学11 生态系统的一般特征n生态系统的基本概念生态系统的基本概念n生态系统的组成与结构生态系统的组成与结构n食物链和食物网食物链和食物网n营养级和生态金字塔营养级和生态金字塔n生态效率生态效率n生态系统的反馈调节和生态金字塔生态系统的反馈调节和生态金字塔n生态系统：在一定空间中共同栖居着的所有生物生态系统：在一定空间中共同栖居着的所有生物(生物群生物群落落)与其环境之间由于不断进行物质循环和能量流动过程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整体而形成的统一整体n系统：相互作用、相互依赖的事物有规律地联合的集合体系统：相互作用、相互依赖的事物有规律地联合的集

2、合体n许多成分组成许多成分组成n各成分间相互联系、相互作用各成分间相互联系、相互作用n独立的、特定的功能独立的、特定的功能n生物地理群落生物地理群落n是生态学的一个主要结构和功能单位，属于生态学研究的是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最高层次n内部具有自我调节能力内部具有自我调节能力n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、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能n生态系统中营养级的数目受限于生产者所固定的最大能值生态系统中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中巨大损失，因此生态系统中营养级不和这些能量在流动中巨大损失，因此生态系统中

3、营养级不会超过会超过5-6个个n生态系统是一个动态系统生态系统是一个动态系统n自然生态系统的保护和利用自然生态系统的保护和利用n生态系统调控机制的研究生态系统调控机制的研究n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n全球性生态问题的研究全球性生态问题的研究n生态系统可持续发展的研究生态系统可持续发展的研究n和谐、高效和健康是自然生态系统有的共同特点和谐、高效和健康是自然生态系统有的共同特点n自然生态系统中具有较高的物种多样性和群落稳定性自然生态系统中具有较高的物种多样性和群落稳定性n健康的生态系统比退化的更有价值，具有较高的生产力，健康的生态系统比退化的更有价值

4、，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能满足人类物质的需求，还给人类提供生存的优良环境n研究自然生态系统的形成和发展过程、合理性机制、以及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，对于有效利用和保护自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然生态系统均有较大的意义n生态系统是一个自我调控的系统生态系统是一个自我调控的系统n自然、半自然和人工等不同类型生态系统自我调控的阈值自然、半自然和人工等不同类型生态系统自我调控的阈值n自然和人类自然和人类 活动引起局部和全球环境变化带来的一系列活动引起局部

5、和全球环境变化带来的一系列生态效应生态效应n生物多样性、群落和生态系统与外部限制因素间的作用效生物多样性、群落和生态系统与外部限制因素间的作用效应及其机制应及其机制n在人为干扰和其他因素的影响下，有大量的生态系统处于在人为干扰和其他因素的影响下，有大量的生态系统处于不良状态，承载着超负荷的人口和环境负担、水资源枯竭、不良状态，承载着超负荷的人口和环境负担、水资源枯竭、荒漠化和水土流失在加重等，脆弱、低效和衰退已成为这荒漠化和水土流失在加重等，脆弱、低效和衰退已成为这一类生态系统的明显特征一类生态系统的明显特征n由于人类活动而造成逆向演替或对生态系统结构、重要生由于人类活动而造成逆向演替或对生态

6、系统结构、重要生物资源退化机理及其恢复途径物资源退化机理及其恢复途径n防止人类与环境关系的失调防止人类与环境关系的失调n自然资源的综合利用以及污染物的处理自然资源的综合利用以及污染物的处理n近几十年来，许多全球性的生态问题严重威胁着人类的生近几十年来，许多全球性的生态问题严重威胁着人类的生存和发展，要靠全球人类共同努力才能解决的问题，如臭存和发展，要靠全球人类共同努力才能解决的问题，如臭氧层破坏、温室效应、全球变化等氧层破坏、温室效应、全球变化等n全球变化对生物多样性和生态系统的影响及其反应全球变化对生物多样性和生态系统的影响及其反应n敏感地带和生态系统对气候变化的反应敏感地带和生态系统对气候

7、变化的反应n气候与生态系统相互作用的模拟气候与生态系统相互作用的模拟n建立全球全球变化的生态系统发展模型建立全球全球变化的生态系统发展模型n提出全球变化中应采取的对策和措施等提出全球变化中应采取的对策和措施等n过去以破坏环境为代价来发展经济的道路使人类社会走进过去以破坏环境为代价来发展经济的道路使人类社会走进了死胡同，人类要摆脱这种困境，必须从根本上改变人与了死胡同，人类要摆脱这种困境，必须从根本上改变人与自然的关系，把经济发展和环境保护协调一致，建立可持自然的关系，把经济发展和环境保护协调一致，建立可持续发展的生态系统续发展的生态系统n生态系统资源的分类、配置、替代及其自我维持模型生态系统资

8、源的分类、配置、替代及其自我维持模型n发展生态工程和高新技术的农业工厂化发展生态工程和高新技术的农业工厂化n探索自然资源的利用途径，不断增加全球物质的现存量探索自然资源的利用途径，不断增加全球物质的现存量n研究生态系统科学管理的原理和方法，把生态设计和生态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规划结合起来n加强生态系统管理、保持生态系统健康和维持生态系统服加强生态系统管理、保持生态系统健康和维持生态系统服务功能务功能n生物群落生物群落n生产者生产者n消费者：食草动物、食肉动物、大型食肉动物消费者：食草动物、食肉动物、大型食肉动物n分解者分解者n非生物环境非生物环境n无机

9、物质无机物质n有机物质有机物质n气候因素气候因素(及其他物理条件）及其他物理条件）n成份之间的相互作用关系成份之间的相互作用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无机物质无机物质 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

10、者小型消费者细菌细菌真菌真菌日光能日光能n食物链：生产者所固定的能量和物质，通过一系列取食和食物链：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列的链状顺序n食物网：食物链彼此交错连结，形成一个网状结构食物网：食物链彼此交错连结，形成一个网状结构n捕食食物链捕食食物链n碎屑食物链碎屑食物链n寄生食物链寄生食物链n绿色植物为起点到食草动物进而到食肉动物的食物链绿色植物为起点到食草动物进而到食肉动物的食物链n植物植物-食草动物食草动物-食肉动物食肉动物n草原上：青草草原上：青草-野兔野兔-

11、狐狸狐狸-狼狼n湖泊中：藻类湖泊中：藻类-甲壳类甲壳类-小鱼小鱼-大鱼大鱼n动、植物的遗体被食动、植物的遗体被食腐性生物腐性生物(小型土壤动小型土壤动物、真菌、细菌物、真菌、细菌)取食，取食，然后到他们的捕食者然后到他们的捕食者的食物链的食物链n植物残体植物残体-蚯蚓蚯蚓-线虫线虫类类-节肢动物节肢动物n由宿主和寄生物构成由宿主和寄生物构成n以大型动物为食物链的起点，继之以小型动物、微型动物、以大型动物为食物链的起点，继之以小型动物、微型动物、细菌和病毒细菌和病毒n后者与前者是寄生性关系后者与前者是寄生性关系n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-病毒病毒微型浮游

12、植物微型浮游植物(小鞭毛藻小鞭毛藻)小型浮游动物小型浮游动物(植食性原生动物植食性原生动物)的型浮游动物的型浮游动物(肉食性甲壳动物肉食性甲壳动物)大型浮游动物大型浮游动物(毛颚类、磷虾毛颚类、磷虾)灯笼鱼、秋刀鱼灯笼鱼、秋刀鱼(食浮游动物鱼类食浮游动物鱼类)乌贼、鲑、金枪鱼乌贼、鲑、金枪鱼(食鱼动物食鱼动物)大型浮大型浮游植物游植物大型浮大型浮游动物游动物鲸鲸以浮游生物为食以浮游生物为食鯷鱼鯷鱼以浮游生物为食以浮游生物为食1大型浮游植物大型浮游植物23海洋食物链海洋食物链1小型浮游植物小型浮游植物大型硅藻、甲藻大型硅藻、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

13、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2南极海洋浮游食物网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n一种生物常常以多种食物为食，而同一种食物又常常为多一种生物常常以多种食物为食，而同一种食物又常常为多种消费者取食，于是食物链交错起来，多条食物链相联，种消费者取食，于是食物链交错起来，多条食物链相联，形成

14、了食物网形成了食物网n食物网不仅维持着生态系统的相对平衡，并推动着生物的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进化，成为自然界发展演变的动力n食物网以营养为纽带，把生物与环境、生物与生物紧密联食物网以营养为纽带，把生物与环境、生物与生物紧密联系起来的结构，称为生态系统的营养结构系起来的结构，称为生态系统的营养结构北极岛屿简单的食物网北极岛屿简单的食物网 A few of the organisms in a temperate tall-grass prairie and the food web that connects themn营养级：处于食物

15、链某一环节上的所有生物种的总和营养级：处于食物链某一环节上的所有生物种的总和n各营养级消费者不可能各营养级消费者不可能100%利用前一营养级的生物量利用前一营养级的生物量n各营养级同化率也不是各营养级同化率也不是100%，总有一部分排泄出去，总有一部分排泄出去n各营养级生物要维持自身的活动，消耗一部分热量各营养级生物要维持自身的活动，消耗一部分热量n能流在通过各营养级时会急剧减少，食物链就不可能太长能流在通过各营养级时会急剧减少，食物链就不可能太长n生态系统中的营养级一般只有四、五级，很少超过六级生态系统中的营养级一般只有四、五级，很少超过六级The length of food chains

16、n营养级之间的数量关系营养级之间的数量关系n这种数量关系可采用生物量、能量和个体数量单位来表示这种数量关系可采用生物量、能量和个体数量单位来表示n能量金字塔能量金字塔n生物量金字塔生物量金字塔n数量金字塔数量金字塔n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n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造积累的能量比率来构造n千卡千卡/平方米平方米.年年PHC矮草草原生产力金字塔矮草草原生产力金字塔 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以相同单

17、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，金字塔比较规则是大型的，所以塔基比较大，金字塔比较规则 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，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低，导致这些生态系统的生物量金字塔呈倒金字塔形 单位面积内生产者的个体数目为塔基，以相同

18、面积内各营养单位面积内生产者的个体数目为塔基，以相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目，沿食物链向上递减。的有机体数目，沿食物链向上递减。n有时植食动物比生产者有时植食动物比生产者数目多。如昆虫和树木数目多。如昆虫和树木n个体大小差别很大，只个体大小差别很大，只用个体数目多少来说明用个体数目多少来说明问题有局限性。问题有局限性。n能量金字塔表达营养结构最全面，确切能量金字塔表达营养结构最全面，确切 表示食物通过食表示食物通过食物链的效率，永远是正塔型物链的效率，永远是正塔型n数量金字塔过分突出小生物体

19、的重要性数量金字塔过分突出小生物体的重要性n生物量金字塔过分突出大生物体的重要性生物量金字塔过分突出大生物体的重要性P-809TC-1.5C-11H-37现存量金字塔现存量金字塔kcal.m2能量金字塔能量金字塔kcal.m2.y-1D-5P-20810H-3368C- 383TC -21D-5060P- ProductorsH- Herbivorers C- Carnivorers TC- Top carnivorers D- Decomposers现存量现存量(生物量生物量)锥体与能量锥体锥体与能量锥体P-1.5106H-2105C9 104TC-1PH-1.5105C-1.2 105TC

20、-2200数量锥体数量锥体1/1000m2生物量锥体生物量锥体g/m2夏季草原 夏季温带森林P-4104H-4C-1D-10H+C -21P -4热带雨林 海洋海洋Eltonian Pyramidsn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，常以百分数表示。内部的比值，常以百分数表示。n能量参数：能量参数：n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n同化量同化量(A)：动物消化道内被吸收的能量，即消费者吸收所采食的：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

21、用所固定的日光能食物能；植物光合作用所固定的日光能n呼吸量呼吸量(R)：生物在呼吸等新陈代谢和各种活动所消耗的全部能量：生物在呼吸等新陈代谢和各种活动所消耗的全部能量n生产量生产量(P)：生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值。：生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值。P= A- R量度一个物种利用食物能的效率，即同化能量的有效程度量度一个物种利用食物能的效率，即同化能量的有效程度n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被同化了的能量比例：被动物摄食的能量中被同化了的能量比例：Ae = An / Inn肉食动物的同化效率高于植

22、食动物肉食动物的同化效率高于植食动物n组织生长效率：组织生长效率：Pe = Pn / Ann生态生长效率生态生长效率: Ee = Pn/ Inn营养级越高，生长效率越低营养级越高，生长效率越低n植物的生长效率植物的生长效率动物动物n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n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n哺乳动物呼吸消耗的能量最多，大约占同化量的哺乳动物呼吸消耗的能量最多，大约占同化量的97-99%，只有只有1%-3%用于净生产量用于净生产量n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n消费效率：消

23、费效率量度一个营养级对前一营养级的相对消费效率：消费效率量度一个营养级对前一营养级的相对取食压力。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n利用效率：利用效率的高低，说明前一营养级的净生产量利用效率：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被后一营养级同化多少Ue = An+1 / Pnn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营养级所获得营养级所获得的能量之比：的能量之比：Le=In+1/Inn林得曼定律（十分之一定律）：能量

24、沿营养级的移动时，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，后一营养级只能是前一营养级能量的十分之一逐级变小，后一营养级只能是前一营养级能量的十分之一左右。左右。 A：利用效率，能量摄取效率，同化效率，生产效率：利用效率，能量摄取效率，同化效率，生产效率 B：生态生长效率，同化效率，组织生长效率：生态生长效率，同化效率，组织生长效率AB1-2 2-3 3-4营养级营养级3020101-2 2-3 3-4营养级营养级302010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上屏上屏返回返回 n反馈调节：当生态系统某一成分发生

25、变化，它必然引起其反馈调节：当生态系统某一成分发生变化，它必然引起其他成分出现一系列相应变化，这些变化又反过来影响最初他成分出现一系列相应变化，这些变化又反过来影响最初发生变化的那种成分发生变化的那种成分n负反馈：系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化，负反馈：系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化，结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分的变化，使生结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分的变化，使生态系统达到或保持平衡或稳态态系统达到或保持平衡或稳态n正反馈：系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化，正反馈：系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化，反过来加速最初发生变化的成分所发

26、生的变化，使生态系反过来加速最初发生变化的成分所发生的变化，使生态系统远离平衡状态或稳态。如湖泊污染，导致鱼的数量因死统远离平衡状态或稳态。如湖泊污染，导致鱼的数量因死亡而减少，由于鱼体腐烂，加重湖泊污染并引起更多鱼类亡而减少，由于鱼体腐烂，加重湖泊污染并引起更多鱼类的死亡。的死亡。n生态平衡：生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状生态平衡：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、功能和能量输入和输出的稳定态，它包括结构、功能和能量输入和输出的稳定n生态阈值：生态系统受外界干扰后，自动调节的极限生态阈值：生态系统受外界干扰后，自动调节的极限n生态危机：由于人类盲目活动而导致局部地区甚至整个生生态危机：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，从而威胁人类的生存物圈结构和功能的失衡，从而威胁人类的生存n收获量测定法收获量测定法n氧气测定法氧气测定法n二氧化碳测定法二氧化碳测定法n放射性标记物测定法放射性标记物测定法n叶绿素测定法叶绿素测定法n陆生定期收获植被，烘干至恒重陆生定期收获植被，烘干至恒重n以每年每平方米的干物质重量表示以每年每平方米的干物质重量表示n以其以其生物量生物量的的产