第十一章 生态系统

1、第十一章第十一章 生态系统生态系统第一节第一节 生态系统的基本概念生态系统的基本概念第二节第二节 生态系统的能量流动和贮存生态系统的能量流动和贮存第三节第三节 生态系统的物质循环生态系统的物质循环第四节第四节 生态系统的信息传递生态系统的信息传递第五节第五节 生态平衡生态平衡一、生态系统的概念一、生态系统的概念 系统是相互依赖的部分或事件组成的整体。构系统是相互依赖的部分或事件组成的整体。构成系统至少要有三个条件：成系统至少要有三个条件：系统是由多个成分组成的；系统是由多个成分组成的；各成分之间不是孤立的，而是彼此联系、相各成分之间不是孤立的，而是彼此联系、相互作用的；互作用的；系统具有独立的

2、、特定的功能。系统具有独立的、特定的功能。第一节第一节 生态系统的基本概念生态系统的基本概念系统的结构特点系统的结构特点 系统都有边界。是区分系统内外的标志。系统都有边界。是区分系统内外的标志。 系统具有层次性。即系统由若干个子系统组成，系系统具有层次性。即系统由若干个子系统组成，系统本身也是更大系统的子系统。统本身也是更大系统的子系统。构成系统的组分间有一定的量比关系。构成系统的组分间有一定的量比关系。系统的组分在空间上有一定的排列位置关系。系统的组分在空间上有一定的排列位置关系。 系统的功能特点系统的功能特点系统功能的整合性：即整体大于部分之和。通常形象系统功能的整合性：即整体大于部分之和

3、。通常形象地称地称“1+12” 。各组分之间相互作用产生。各组分之间相互作用产生新效应。新效应。生态系统生态系统(ecosystem) ：1935年英国生态学家年英国生态学家(A. G. Tansley) 最早提出。最早提出。指在一定时间和空间范围内，由生物群落及其环指在一定时间和空间范围内，由生物群落及其环境组成的一个整体，各成员借助能量流动、物质境组成的一个整体，各成员借助能量流动、物质循环与信息传递相互联系、相互依存，并形成具循环与信息传递相互联系、相互依存，并形成具有自我组织、自我调节功能的复合体。有自我组织、自我调节功能的复合体。Ecosystem = community + env

4、ironmentv四个基本条件：四个基本条件：二、生态系统的成分、结构和分类二、生态系统的成分、结构和分类v1、生产者（、生产者（producers）：）：（一）生态系统的基本成分（一）生态系统的基本成分v2、消费者（、消费者（consumers）：）：不能从无机物质制不能从无机物质制造有机物质，而是直接或间接依赖于生产者所制造的造有机物质，而是直接或间接依赖于生产者所制造的有机物质，因此属于有机物质，因此属于异养生物异养生物（heterotroph）。）。v3、分解者（、分解者（decomposer）：）：细菌、真菌、细菌、真菌、放线菌及土壤动物和小型无脊椎动物。放线菌及土壤动物和小型无脊椎

5、动物。生态系统生态系统（二）（二）生生态态系系统统的的结结构构1、空间结构、空间结构v垂直结构、水平结构垂直结构、水平结构2、时间结构（三个时间尺度）、时间结构（三个时间尺度）v生态系统进化生态系统进化v群落演替群落演替v周期性变化周期性变化（较普遍）（较普遍）3、营养结构、营养结构v食物链、营养级、生态金字塔食物链、营养级、生态金字塔以物质循环为基础的营养结构以物质循环为基础的营养结构以能量流动为基础的营养结构以能量流动为基础的营养结构（三）生态系统的基本特征（三）生态系统的基本特征2、生态系统具有一定的区域特征、生态系统具有一定的区域特征4、生态系统具有自动调节的功能、生态系统具有自动调节

6、的功能 返回稳定状态的能力返回稳定状态的能力（四）（四）生生态态系系统统的的分分类类2按生物成分按生物成分3按生态系统结构和外界物质与能量交换状按生态系统结构和外界物质与能量交换状况况4. 按人类活动及其影响程度按人类活动及其影响程度第二节第二节 生态系统的能量流动和贮存生态系统的能量流动和贮存（一）食物链（一）食物链（food chain） 1、概念、概念一、食物链和食物网一、食物链和食物网如稻田生态系统：如稻田生态系统：2、食物链的类型、食物链的类型v捕食食物链捕食食物链(predatory food chain）（又称）（又称草牧草牧食物链食物链 gazing food chain）v腐

7、生食物链腐生食物链（分解食物链）（分解食物链）v寄生食物链（寄生食物链（parasite food chain）v混合食物链混合食物链v1、捕食食物链（、捕食食物链（predatory food chain）（又称草）（又称草牧食物链牧食物链 gazing food chain）：）：以绿色植物为基础以绿色植物为基础，从草食动物开始。，从草食动物开始。v形式：形式：能量沿着生产者（植物）能量沿着生产者（植物） 植食性动物植食性动物 肉食性动物的途径流动。肉食性动物的途径流动。如海洋中：如海洋中：浮游植物浮游植物 浮游动物浮游动物 虾虾 鱼鱼草原上：草原上：青草青草 兔子兔子 狐狸狐狸 老虎老虎

8、农田中：农田中：水稻水稻 蝗虫蝗虫 青蛙。青蛙。v2、腐生食物链（分解食物链）、腐生食物链（分解食物链）形式：形式：如：植物残体如：植物残体 蚯蚓蚯蚓 跳虫跳虫 螨类螨类 细菌细菌v3、寄生食物链（、寄生食物链（parasite food chain）特点：特点：以活的动、植物有机体为营养源，以寄生以活的动、植物有机体为营养源，以寄生方式存在的食物链。方式存在的食物链。 如：如：植物型：大豆植物型：大豆 菟丝子。菟丝子。动物型：马动物型：马 蛔虫；蛔虫； 老鼠老鼠 跳蚤跳蚤 细菌细菌 病毒。病毒。（二）食物网（二）食物网（food web）北极地区食物网：北极地区食物网：一个复杂的食物网是使生

9、态系统保持稳定的重要一个复杂的食物网是使生态系统保持稳定的重要条件。条件。一般认为，食物网越复杂，生态系统抵抗外力干一般认为，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。容易发生波动和毁灭。 （三）营养级和生态金字塔（三）营养级和生态金字塔2生态金字塔（生态锥体）生态金字塔（生态锥体）能量金字塔（能量金字塔（pyramid of energy）生物量金字塔（生物量金字塔（pyramid of biomass）数量金字塔（数量金字塔（pyramid of number）数量金字塔（数量金字塔（pyrami

10、d of number）顺着营养级位的顺序按各营养级生物的数量绘制顺着营养级位的顺序按各营养级生物的数量绘制。生物量金字塔（生物量金字塔（pyramid of biomass）顺着营养级位的顺序按各营养级的生物量（干重顺着营养级位的顺序按各营养级的生物量（干重或湿重）绘制。或湿重）绘制。能量金字塔（能量金字塔（pyramid of energy）顺着营养级位的顺序按各营养级所固定的总能量值顺着营养级位的顺序按各营养级所固定的总能量值绘制。绘制。美国明尼达州塞达波格湖生态系统能美国明尼达州塞达波格湖生态系统能量金字塔量金字塔cal cm-2 a 1 cal cm-2 a 1 cal cm-2 a

11、 1 （四）生态效率（四）生态效率1生态效率生态效率(ecological efficiency)：各种能流参数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中的任何一个参数在营养级之间或营养级内部的比值，常用百分数表示，也可以成为比值，常用百分数表示，也可以成为传递效率传递效率(transfer efficiency)。 2常用的几个能量参数常用的几个能量参数摄食量摄食量(I)：表示一个生物摄取的能量。表示一个生物摄取的能量。同化量同化量(A)：对植物来说，它指在光合作用中固定的对植物来说，它指在光合作用中固定的能量，对于动物来说，它是消化后吸收的能量，对能量，对于动物来说，它是消化

12、后吸收的能量，对分解者是指对细胞外的吸收能量。分解者是指对细胞外的吸收能量。 呼吸量呼吸量(R)：指生物在呼吸新陈代谢和各种活动中消指生物在呼吸新陈代谢和各种活动中消耗的全部能量。耗的全部能量。生产量生产量(P)：指生物在呼吸消耗后所净剩的能量值，指生物在呼吸消耗后所净剩的能量值，对植物来说，它是净初级生产量对植物来说，它是净初级生产量(NP)；对动物来说；对动物来说，它是同化量扣除维持消耗后的生产量。，它是同化量扣除维持消耗后的生产量。P=A-R。两个营养级之间各阶段的能量转化指标两个营养级之间各阶段的能量转化指标利用或消费效率利用或消费效率（consumption efficiency）利

13、用效率利用效率(In+1/Pn)= n+1营养级摄取能量营养级摄取能量/n营养级的净营养级的净生产量生产量同化效率同化效率（assimilation efficiency）同化效率同化效率(An/In)= 同化能量同化能量/吸收能量吸收能量生产效率生产效率（production efficiency）净生产效率净生产效率(Pn/An)=n营养级的净生产量营养级的净生产量/n营养级营养级的同化能量的同化能量总生产效率总生产效率(Pn/In)=n营养级的净生产量营养级的净生产量/n营养级的营养级的吸收能量吸收能量生态效率生态效率（Lindemans efficiency）（林德曼效）（林德曼效率、

14、率、“百分之十百分之十”或或“十分之一十分之一”定律）定律）=n+1营养级营养级净生产量净生产量/n营养级的净生产量。营养级的净生产量。不同的消费者不同的消费者利用效率利用效率差异很大。差异很大。不同物种、不同生态系统的不同物种、不同生态系统的同化效率同化效率不同。不同。同化效率和总生产效率之间的区别在于是否考虑同化效率和总生产效率之间的区别在于是否考虑呼吸和排泄的损失。呼吸和排泄的损失。陆地生态系统中植物转化成动物生物量的效率是陆地生态系统中植物转化成动物生物量的效率是很低的。（多数低于很低的。（多数低于1%）二、二、 能量流动遵循的基本定律能量流动遵循的基本定律 （一）热力学第一定律（一）

15、热力学第一定律能量守恒定律能量守恒定律能量既不能被消灭，也不能凭空创造，只能按严能量既不能被消灭，也不能凭空创造，只能按严格的热功当量比例由一种形式转变为另一种形式格的热功当量比例由一种形式转变为另一种形式。在转换过程中是守恒的。在转换过程中是守恒的。 即即U=Q-W。U：系统内能的变化，：系统内能的变化，Q：系统吸收的热量，：系统吸收的热量，W：系统对外作的功。：系统对外作的功。各种形式的能量都有当量转换关系。各种形式的能量都有当量转换关系。太阳辐射能，被绿色植物转化为化学能，最终以太阳辐射能，被绿色植物转化为化学能，最终以热能的形式走出生态系统。热能的形式走出生态系统。（二）热力学第二定律

16、（二）热力学第二定律能量效率和能能量效率和能流方向定律流方向定律能量的传递有一定的方向性。能量的传递有一定的方向性。生态系统中能量沿生态系统中能量沿着食物链从一个营养级转移到另一个营养级。着食物链从一个营养级转移到另一个营养级。能量的转换效率不可能能量的转换效率不可能100%。能量的每一次转化能量的每一次转化都导致系统自由能的减少。总有部分能量转化为都导致系统自由能的减少。总有部分能量转化为不能被生物利用的热能而散失。不能被生物利用的热能而散失。三、生态系统中能量流动的途径三、生态系统中能量流动的途径 生产者生产者（植物）（植物）呼吸呼吸 初级消费者初级消费者（植食动物（植食动物）呼吸呼吸 次

17、级消费者次级消费者（肉食动物）（肉食动物） 三级消费者三级消费者（肉食动物）（肉食动物）呼吸呼吸呼吸呼吸分分 解解 者者呼吸呼吸四、能量流动的基本特点四、能量流动的基本特点 能量流动的起点：从生产者固定太阳能开始能量流动的起点：从生产者固定太阳能开始 流经生态系统的总能流经生态系统的总能 能量流动的数量能量流动的数量 是生产者所固定的全部太阳能是生产者所固定的全部太阳能生态系统的生态系统的 能量流动的途径：太阳能能量流动的途径：太阳能第一营养级第一营养级第二营第二营能量流动能量流动 养级养级第五营养级第五营养级 单向流动不可逆单向流动不可逆 能量流动的特点能量流动的特点 逐级递减传递率为逐级递

18、减传递率为1020 设法调整能量流动关系设法调整能量流动关系 研究的目的研究的目的 使能量流向对人类最有益的部分使能量流向对人类最有益的部分五、生产力五、生产力（一）生产力的基本概念（一）生产力的基本概念1生产量生产量(production)：一定面积上经过一定的时间，一定面积上经过一定的时间，有机物质增加的总量。生产量可分为：有机物质增加的总量。生产量可分为：总生产量总生产量(gross production)：某一时期增加的有机物质：某一时期增加的有机物质与呼吸损失量之和。与呼吸损失量之和。净生产量净生产量(net production) ：总生产量减去呼吸损失量。：总生产量减去呼吸损失量

19、。2生物量生物量(biomass)：是指某一时刻单位面积内实存生活是指某一时刻单位面积内实存生活的有机物质（干重）（包括生物体内所存食物的重量）的有机物质（干重）（包括生物体内所存食物的重量）总量。某一特定时刻的生物量是一种现存量（总量。某一特定时刻的生物量是一种现存量（standing crop）（）（kg/hm2 、g/m2 、 kJ/m2 ）生物量和生产量是不同的概念，生物量是到某一特定时生物量和生产量是不同的概念，生物量是到某一特定时刻为止，生态系统所积累下来的生产量，生产量是某一刻为止，生态系统所积累下来的生产量，生产量是某一段时间内生态系统中积存的生物量。即生产量段时间内生态系统中

20、积存的生物量。即生产量=生物量生物量+减少量。减少量。3生产力：生产力：单位时间、单位面积的生产量。（与生产量单位时间、单位面积的生产量。（与生产量相似）相似） 全球初级生产力分布特点全球初级生产力分布特点陆地比水域的初级生产力大。陆地比水域的初级生产力大。陆地上的初级生产力有随纬度增加而逐渐降低陆地上的初级生产力有随纬度增加而逐渐降低的趋势。的趋势。海洋初级生产力有从河口湾向大陆架和大洋区海洋初级生产力有从河口湾向大陆架和大洋区逐渐降低的趋势。逐渐降低的趋势。地球上各生态系统的净初级生产力可分为地球上各生态系统的净初级生产力可分为4个等级个等级20003500gm-2a-1：包括热带雨林、沼

21、泽湿地，河流岸包括热带雨林、沼泽湿地，河流岸边的湿地生态系统，农业集约栽培的甘蔗等高产田。边的湿地生态系统，农业集约栽培的甘蔗等高产田。10002000gm-2a-1：包括世界大部分的森林、湖泊、沼包括世界大部分的森林、湖泊、沼泽地、部分生产力高的农耕地。泽地、部分生产力高的农耕地。2501000gm-2a-1：包括干燥的疏林灌木、大部分的草包括干燥的疏林灌木、大部分的草地、大部分的农耕地。地、大部分的农耕地。0250gm-2a-1：包括海洋、荒漠、冰川、两极冻原等，包括海洋、荒漠、冰川、两极冻原等，生产力水平极低。生产力水平极低。六、初级生产者的能量转移和贮存六、初级生产者的能量转移和贮存1

22、能量的输入能量的输入绿色植物吸收太阳能来组织和推动生态系统的运绿色植物吸收太阳能来组织和推动生态系统的运转。转。 生产量生产量 光合效率光合效率= 进入系统的太阳能量进入系统的太阳能量1002能量消耗能量消耗呼吸呼吸食草动物引起的消耗食草动物引起的消耗凋落凋落呼吸呼吸不不同生态系统用于呼吸的能量占总初级生产量的比例不同生态系统用于呼吸的能量占总初级生产量的比例不同。一般自养生物的呼吸消耗为总生长量的同。一般自养生物的呼吸消耗为总生长量的3040。食草动物引起的消耗食草动物引起的消耗不同类型的生态系统中，植物被食草动物的消耗量有很不同类型的生态系统中，植物被食草动物的消耗量有很大差异。（消耗净初

23、级生产量：草地大差异。（消耗净初级生产量：草地2860%、森林、森林1.52.5%）凋落凋落在森林生态系统中占有重要的地位。森林地上部凋落物的在森林生态系统中占有重要的地位。森林地上部凋落物的量随纬度的增加而减少，还受气候、土壤湿度、肥力、海量随纬度的增加而减少，还受气候、土壤湿度、肥力、海拔等因子的影响。凋落的过程具有拔等因子的影响。凋落的过程具有季节性和连续性。季节性和连续性。3生物量在植物体内的分配生物量在植物体内的分配丛极地到赤道，随着总生物量的增加，地上部分生丛极地到赤道，随着总生物量的增加，地上部分生物量也同步增加，而根系生物量相对减少。叶生物物量也同步增加，而根系生物量相对减少。

24、叶生物量的分配因植物特性（如落叶和常绿）而变化。量的分配因植物特性（如落叶和常绿）而变化。当环境质量发生改变时，初级生产量在各部分的生当环境质量发生改变时，初级生产量在各部分的生物量分配也发生变化。物量分配也发生变化。4植物器官中的能量植物器官中的能量植物器官中的能量浓度是有差异的，在同一群落内植物器官中的能量浓度是有差异的，在同一群落内，能量浓度以木质和叶片物质最低，子实最高。，能量浓度以木质和叶片物质最低，子实最高。木质植物的能量浓度高于非木质植物。热带植物群木质植物的能量浓度高于非木质植物。热带植物群落的能量浓度比北方植物群落低。落的能量浓度比北方植物群落低。5能量周转期能量周转期生态系

25、统中生物体内能量的生态系统中生物体内能量的平均周转时间（年）平均周转时间（年）等于等于系统中生物量所贮存的能量与系统中能量流动的速率系统中生物量所贮存的能量与系统中能量流动的速率之比。之比。转换时间（年）转换时间（年）=估测估测凋落物内能量转换或残留时间凋落物内能量转换或残留时间。转换时间（年）转换时间（年）=净生产力净生产力g/（m2年）年）生物量（生物量（g/m2）凋落物速率凋落物速率g/（m2年）年）凋落物量（凋落物量（g/m2）一、物质循环的基本概念一、物质循环的基本概念v植物从极低浓度的环境中吸收和富集养分的能力很强。植物从极低浓度的环境中吸收和富集养分的能力很强。v生态系统中的物质

26、主要指维持生命活动正常进行所必需生态系统中的物质主要指维持生命活动正常进行所必需的各种营养元素。的各种营养元素。v大量元素：大量元素：碳、氢、氧、氮、钾、钙、铁、磷、硫，其碳、氢、氧、氮、钾、钙、铁、磷、硫，其中碳、氢、氧和氮中碳、氢、氧和氮4种元素是生物量中主要的化学成分种元素是生物量中主要的化学成分，大约占植物干重的，大约占植物干重的95。v微量元素：微量元素：氯、铁、锰、硼、锌、铜、钼等。氯、铁、锰、硼、锌、铜、钼等。第三节第三节 生态系统的物质循环生态系统的物质循环物质循环的概念物质循环的概念生态系统从大气、水体和土壤等环境中获得营生态系统从大气、水体和土壤等环境中获得营养物质、通过绿

27、色植物吸收，进入生命系统，养物质、通过绿色植物吸收，进入生命系统，被其他生物重复利用，最后，归还于环境中。被其他生物重复利用，最后，归还于环境中。物质循环流程图物质循环流程图1库（库（pool）生态系统中能量和物质在生态系统中能量和物质在运动过程中被暂时固定、运动过程中被暂时固定、贮存的场所，称为库。贮存的场所，称为库。库存（库存（S）-库在某一时刻库在某一时刻所贮存的某一化学元素的所贮存的某一化学元素的数量。数量。动动物物库库植植物物库库土壤库土壤库物质循环的库在生物地球化学循环可分为两大类：物质循环的库在生物地球化学循环可分为两大类：贮存库贮存库(reservoir pool)：容积大，元

28、素在库中滞：容积大，元素在库中滞留的时间长，流动速率小，多属于非生物成分，留的时间长，流动速率小，多属于非生物成分， 一一般为环境库。如岩石、沉积物、化石等。般为环境库。如岩石、沉积物、化石等。交换库：交换库：(exchange pool)：容积小，元素滞留的：容积小，元素滞留的时间短，流速较大，与外界物质交换活跃，一般为时间短，流速较大，与外界物质交换活跃，一般为生物成分。如植物库、动物库等。生物成分。如植物库、动物库等。2流流(flow)流：流：能量和物质通过食物链形成的转移运动状能量和物质通过食物链形成的转移运动状态，称为流。态，称为流。生流态系统中主要的流有物质流、能量流和信息生流态系

29、统中主要的流有物质流、能量流和信息流。流。流通率：流通率：是指单位时间、单位面积（或体积）是指单位时间、单位面积（或体积）内物质移动的量。内物质移动的量。3周转率和周转期周转率和周转期周转率周转率 (turnover ratio,R)系统达到稳定状态后，单位时间内所流入的量（系统达到稳定状态后，单位时间内所流入的量（Fi）或流出量（）或流出量（Fo）与库存（）与库存（S）的比例。）的比例。R=Fi/S=Fo/S （流通率与库存的比率）（流通率与库存的比率）周转期周转期（ turnover time）周转率的倒数，表示该库的全部物质全部更换一周转率的倒数，表示该库的全部物质全部更换一次平均需要的

30、时间。次平均需要的时间。T=1/R 流通率流通率=16单位单位/天天，对于生产者的，对于生产者的输出库的周转率输出库的周转率=16/100=0.16对于生产者的周对于生产者的周转时间为转时间为6.25天。天。影响物质循环速率最重要的因素影响物质循环速率最重要的因素循环元素的性质：循环元素的性质：循环速率因循环元素的化学特性和被循环速率因循环元素的化学特性和被生物有机体利用方式不同所致。生物有机体利用方式不同所致。生物的生长速率：生物的生长速率：影响生物对物质的吸收速度和物质在影响生物对物质的吸收速度和物质在食物链中的运动速度。食物链中的运动速度。有机物分解的速率：有机物分解的速率：适宜的环境有

31、利于分解者的生存，适宜的环境有利于分解者的生存，并使有机体很快分解，将生物体内的物质释放出来，重新并使有机体很快分解，将生物体内的物质释放出来，重新进入循环。进入循环。人类活动的影响：人类活动的影响：如开垦农田和砍伐森林引起土壤矿物如开垦农田和砍伐森林引起土壤矿物质的流失，从而影响物质循环的速率。质的流失，从而影响物质循环的速率。二、物质循环的种类二、物质循环的种类一般可在一般可在3个不同层次上进行：个不同层次上进行：在生态系统之间：在生态系统之间：物质在不同生态系统之间进行流物质在不同生态系统之间进行流动，称为动，称为地球化学循环。地球化学循环。在生态系统内部：在生态系统内部：初级生产者从环

32、境中吸收营养物初级生产者从环境中吸收营养物质建造自身，通过各级消费者和分解者把营养物质归质建造自身，通过各级消费者和分解者把营养物质归还环境之中，称为还环境之中，称为生物地球化学循环。生物地球化学循环。在生物个体内部：在生物个体内部：营养物质在生物个体内部流动，营养物质在生物个体内部流动，称为称为生物化学循环。生物化学循环。1地球化学循环地球化学循环是指不同生态系统之间化学元素的交换，范围变是指不同生态系统之间化学元素的交换，范围变化很大，从几公里到全球范围，但主要研究的是化很大，从几公里到全球范围，但主要研究的是与人类生存密切相关的各种元素的全球性循环，与人类生存密切相关的各种元素的全球性循

33、环，这种循环可分为这种循环可分为3大类型大类型即水循环、气体型循环和沉积型循环。即水循环、气体型循环和沉积型循环。 定义定义 指化合物或元素经生物体的吸收作用，从环境进入生指化合物或元素经生物体的吸收作用，从环境进入生物有机体，然后生物有机体以死体、残体或排泄物的形式物有机体，然后生物有机体以死体、残体或排泄物的形式将物质或元素返回环境，经过五大自然圈循环后，再被生将物质或元素返回环境，经过五大自然圈循环后，再被生物利用的过程物利用的过程特点：特点：时间长、范围广、影响面广、具有全球性质，时间长、范围广、影响面广、具有全球性质，是闭合性循环。是闭合性循环。大气中的大气中的CO2通过生物圈的光合

34、和呼吸作用约通过生物圈的光合和呼吸作用约400年循年循环一次。环一次。O2通过生物代谢，约通过生物代谢，约2000年循环一次。年循环一次。水圈（包括占地球表面水圈（包括占地球表面71%的海洋）中的水，通过生的海洋）中的水，通过生物圈的吸收、排泄、蒸腾，每物圈的吸收、排泄、蒸腾，每200万年才循环一次。万年才循环一次。2生物地球化学循环生物地球化学循环是生态系统内部生物组分与物理环境之间连续的是生态系统内部生物组分与物理环境之间连续的、循环的养分交换，其空间范围小，只包括植物、循环的养分交换，其空间范围小，只包括植物个体从土壤吸收养分到养分返回同一地域的过程个体从土壤吸收养分到养分返回同一地域的

35、过程（养分吸收、养分在植物体内的再分布、养分的（养分吸收、养分在植物体内的再分布、养分的损失）。损失）。特点：特点：绝大多数的养分可以有效地保留，积累在绝大多数的养分可以有效地保留，积累在本系统内，其循环经常遵循一定的循环路线。本系统内，其循环经常遵循一定的循环路线。 定义：定义：生态系统中各元素和化合物被生物利用生态系统中各元素和化合物被生物利用后返回环境，不经五大自然圈的循环，又相继被生后返回环境，不经五大自然圈的循环，又相继被生物利用的过程。物利用的过程。如，碳元素：大气如，碳元素：大气CO2光合作用光合作用植物体植物体草食性动物草食性动物沿食物链传递沿食物链传递 分解者分解者CO2。

36、特点特点：在一个系统内进行，范围小、时间短、在一个系统内进行，范围小、时间短、速度快，是开放式的循环。速度快，是开放式的循环。3生物化学循环生物化学循环是指养分在生物体内的再分配。是指养分在生物体内的再分配。植物不只单靠根和叶吸收养分满足其生长，同样还植物不只单靠根和叶吸收养分满足其生长，同样还会将在植物体内的养分转移到需要养分的地方。会将在植物体内的养分转移到需要养分的地方。三、几种重要物质的循环三、几种重要物质的循环1水循环水循环生态系统中的水循环生态系统中的水循环降雨降雨截留截留穿透雨穿透雨蒸腾蒸腾渗透渗透地表蒸发地表蒸发地表地表径流径流地下径流地下径流v碳的作用：碳的作用： 糖、脂肪、

37、蛋白质、核酸都是构成生物体糖、脂肪、蛋白质、核酸都是构成生物体的基本物质，在它们的分子中都含有碳元素。的基本物质，在它们的分子中都含有碳元素。碳元素大约占生物体干重的碳元素大约占生物体干重的49，是有机化合，是有机化合物的物的“骨架骨架”，没有碳就没有生命。，没有碳就没有生命。 碳在无机环境与生物群落之间是以碳在无机环境与生物群落之间是以CO2的的形式形式进行循环的。进行循环的。2C循环循环大大气中的气中的CO2库库光合作用光合作用呼吸作用呼吸作用植物植物呼吸作用呼吸作用动物动物残落物残落物尸体尸体粪便粪便煤煤石油等石油等化石燃料化石燃料微生物分解微生物分解燃烧燃烧碳循环碳循环(carbon

38、cycle)动物动物摄食摄食碳循环碳循环(carbon cycle)化化泥碳泥碳煤煤大气中大气中CO2CO2碳化作用碳化作用石油石油水生植物水生植物光合作用光合作用腐烂腐烂燃料燃料呼吸呼吸作用作用光合光合作用作用腐烂腐烂扩散扩散2C循环循环碳循环途径碳循环途径绿色植物通过光合作用，把大气中的绿色植物通过光合作用，把大气中的CO2固定，转化固定，转化为碳水化合物；为碳水化合物；光合作用产物供各营养级利用、重组、呼吸、分解光合作用产物供各营养级利用、重组、呼吸、分解等，以等，以CO2形式回到大气；形式回到大气；通过燃烧煤炭、天然气、石油等产生的通过燃烧煤炭、天然气、石油等产生的CO2转变成为地下的

39、石油和煤，这部分转变成为地下的石油和煤，这部分“C”暂时暂时脱离循环，一经开采运到地面燃烧，仍可产生脱离循环，一经开采运到地面燃烧，仍可产生CO2再返回碳循环。再返回碳循环。海洋对调节海洋对调节CO2的浓度发挥重要作用。的浓度发挥重要作用。特点：特点：（1）碳循环的形式：）碳循环的形式：（2）碳在自然界中的存在形式：）碳在自然界中的存在形式：（3）碳在生物体内的存在形式：）碳在生物体内的存在形式：（4）碳进入生物体的途径：）碳进入生物体的途径：（5）碳在生物体之间传递途径：）碳在生物体之间传递途径：（6）碳进入大气的途径：）碳进入大气的途径：CO2；CO2和碳酸盐；和碳酸盐；含碳有机物；含碳有

40、机物；绿色植物的光合作用；绿色植物的光合作用；食物链；食物链；生物的呼吸作用生物的呼吸作用分解者的分解作用分解者的分解作用化石燃料的燃烧化石燃料的燃烧(nitrogen cycle)陆地陆地陆地陆地其它其它动植物动植物蓝藻蓝藻浅层死有机物浅层死有机物溶解死溶解死有机物有机物土壤土壤中无中无机氮机氮库库丢失于深丢失于深层沉积中层沉积中动植物动植物活体活体共生或共生或自由生活自由生活的固氮的固氮微生物微生物死有机体死有机体陆地陆地河流带走河流带走生物固氮生物固氮大气库大气库N2大气库大气库HN3,NO,NO2, N2O ，工业固氮工业固氮（汽车（汽车,化肥化肥,电厂）电厂）脱氮脱氮闪电闪电化学反应

41、化学反应海洋海洋火火山山作作用用降降水水大气大气3氮循环氮循环大气中的氮以氮气、氨气、大气中的氮以氮气、氨气、NO3-、NH4形式存形式存在。在。硝态氮和氨态氮主要以干沉降形式进入生态系统硝态氮和氨态氮主要以干沉降形式进入生态系统，可以被植物叶片直接吸收。，可以被植物叶片直接吸收。氮先被作物以氮先被作物以NO3-、NH4形式吸收形式吸收 ，转变成有，转变成有机物，再沿食物链流动，最终返回土壤。机物，再沿食物链流动，最终返回土壤。固氮作用固氮作用生物固氮生物固氮（最重要途径）：固氮菌与豆科植物形成（最重要途径）：固氮菌与豆科植物形成的根瘤菌和蓝藻等自养和异养微生物。有共生固氮、的根瘤菌和蓝藻等自

42、养和异养微生物。有共生固氮、自生固氮和联合固氮作用三种类型，其中，共生固氮自生固氮和联合固氮作用三种类型，其中，共生固氮作用贡献最大。农业上利用根瘤菌较多，占全部生物作用贡献最大。农业上利用根瘤菌较多，占全部生物固固N的的40左右。左右。工业固氮工业固氮（化肥的制造）：（化肥的制造）：400 ，200大气大气压。将和压。将和N2和和H2合成合成NH3。高能固氮：高能固氮：闪电、宇宙射线、损石、火山爆闪电、宇宙射线、损石、火山爆发活动等的高能固氮，形成氨或硝酸盐，随降发活动等的高能固氮，形成氨或硝酸盐，随降雨到达地面。雨到达地面。氨化作用：氨化作用：含氮的有机化合物通过微生物转变成含氮的有机化合

43、物通过微生物转变成NH3 ， NH3可形成可形成NH4 。硝化作用：硝化作用：（ NH3 或或NH4NO2- NO3- ）阔叶林比针叶林、南方比北方、低海拔地区比高海拔地区阔叶林比针叶林、南方比北方、低海拔地区比高海拔地区明显。明显。反硝化作用反硝化作用（也称脱氮作用）：是指（也称脱氮作用）：是指NO3-被还原成被还原成NO2-、N2和和N2O （嫌气环境），使氮从生物地球化学（嫌气环境），使氮从生物地球化学循环中损失。循环中损失。大气中的大气中的N2生物固氮生物固氮工业固氮工业固氮闪电固氮闪电固氮硝酸盐和氨等物质硝酸盐和氨等物质 动植物遗体等动植物遗体等氨化细菌氨化细菌NH3NO3硝硝化化细

44、细菌菌反反硝硝化化细细菌菌生物固氮：生物固氮：N23H22NH3氨化作用：含氮有机物氨化作用：含氮有机物NH4 反硝化作用：反硝化作用： N2 NO3多种植物多种植物多种动物多种动物 硝化作用：硝化作用：NH3 NO3NO2他和了些风油精，有酸雨及其危害（空中死神）酸雨及其危害（空中死神）1、酸雨、酸雨（acid rain；acid precipitation）：）：pH5.6 的雨水（硫酸和的雨水（硫酸和硝酸的水溶液）。酸雨正式的名称为硝酸的水溶液）。酸雨正式的名称为酸沉降酸沉降，它可分为，它可分为“湿沉降湿沉降”与与“干沉降干沉降”两大类。两大类。我国酸雨面积约占国土面积的我国酸雨面积约占

45、国土面积的40%，成为继欧洲，成为继欧洲和美国之后的第三大酸雨区。和美国之后的第三大酸雨区。我国三大酸雨区：西南、华中我国三大酸雨区：西南、华中 、 华东沿海华东沿海2、酸雨的危害、酸雨的危害一般将可以传播的消息、情报、指令一般将可以传播的消息、情报、指令、数据与信号等称作信息（、数据与信号等称作信息（information）第四节第四节 生态系统的信息传递生态系统的信息传递一、信息传递的概念一、信息传递的概念物理信息物理信息化学信息化学信息类型类型营养信息营养信息行为信息行为信息光信息光信息光强弱，光质，光照时间长短是重要的光强弱，光质，光照时间长短是重要的光信息。太阳能是光信息的重要初级信

46、源。光信息。太阳能是光信息的重要初级信源。声信息声信息鸟类婉转多变的叫声；蝙蝠、鲸类发达鸟类婉转多变的叫声；蝙蝠、鲸类发达的声纳定位系统；鸟的报警鸣叫声等。的声纳定位系统；鸟的报警鸣叫声等。电信息电信息特别是鱼类，大约有特别是鱼类，大约有300多种能产生多种能产生0.22V微弱电压，电鳗产生的电压能高达微弱电压，电鳗产生的电压能高达600伏。植物伏。植物与动物一样，其组织与细胞存在着电现象。与动物一样，其组织与细胞存在着电现象。磁信息磁信息鱼类遨游迁徙于大海，候鸟成群结队长鱼类遨游迁徙于大海，候鸟成群结队长途飞行，工蜂将花蜜运回蜂巢，植物对磁场也有反应途飞行，工蜂将花蜜运回蜂巢，植物对磁场也有

47、反应光对植物叶片运动的影响光对植物叶片运动的影响鸟的叫声鸟的叫声含羞草含羞草鸽子喙部发现感应磁场器官鸽子喙部发现感应磁场器官 识途靠地磁导航识途靠地磁导航 信鸽信鸽蒲公英蒲公英植物与植物之间植物与植物之间 研究表明植物与植物研究表明植物与植物之间有丰富的信息联之间有丰富的信息联系。如甘蔗、玉米、系。如甘蔗、玉米、棉花能分泌一种含两棉花能分泌一种含两个内酯的萜类化合物个内酯的萜类化合物独脚金酚，只要独脚金酚，只要其他条件合适，浓度其他条件合适，浓度在在110-6mol/L就能促就能促进寄生植物黄独脚金进寄生植物黄独脚金50%的种子发芽。的种子发芽。 同品种植株间同品种植株间的信号传导的信号传导同

48、植株不同部同植株不同部分间信号传导分间信号传导不同品种植株不同品种植株间的信号传导间的信号传导红三叶草红三叶草（含异黄酮类物质）常形成较纯的群落，（含异黄酮类物质）常形成较纯的群落，排挤其它的杂草植物。排挤其它的杂草植物。植物与动物之间植物与动物之间玉米受螟虫袭击时释放吲哚和萜烯类物质吸引天敌玉米受螟虫袭击时释放吲哚和萜烯类物质吸引天敌 9:54当烟草植物受到蛾幼虫的攻击时当烟草植物受到蛾幼虫的攻击时 动物与动物之间动物与动物之间猎豹、狼和猫科动物领域性标记物猎豹、狼和猫科动物领域性标记物尿尿长爪沙鼠能从四种小型啮齿类的外激素中分出同种的气味长爪沙鼠能从四种小型啮齿类的外激素中分出同种的气味有

49、有19个属的蚜虫受到干扰时会分泌一种个属的蚜虫受到干扰时会分泌一种反一发反一发呢烯，呢烯，这种报警信息素可以促使收到信息的同这种报警信息素可以促使收到信息的同种其他个体逃走。种其他个体逃走。物种在进化过程中逐渐形成物种在进化过程中逐渐形成释放化学信号于体外释放化学信号于体外的的特性。（植物自我保护）特性。（植物自我保护）如黄鼠狼的嗅腺；如黄鼠狼的嗅腺；金丝桃属植物分泌海棠素；金丝桃属植物分泌海棠素；烟草中的尼古丁和其他植物碱可使烟草上的蚜虫麻烟草中的尼古丁和其他植物碱可使烟草上的蚜虫麻痹；痹；成熟橡树叶子含有的单宁。成熟橡树叶子含有的单宁。 问题探讨讨论：讨论：一只一只蜜蜂在找到蜜蜂在找到蜜源

50、之后，蜜源之后，如何告诉巢如何告诉巢中的其他同中的其他同伴蜜源的位伴蜜源的位置呢？置呢？蜜蜂的舞蹈蜜蜂的舞蹈每每15秒尾部摆动秒尾部摆动的次数的次数蜜源的距离蜜源的距离9-10次次100米米7次次160米米4次次1000米米2次次6000米米求偶行为求偶行为发光发光萤火虫发出的萤光萤火虫发出的萤光是一种求偶信号，是一种求偶信号，以此与异性取得联以此与异性取得联系。但这种信号往系。但这种信号往往被第三者往被第三者狼狼蛛非法利用，结果蛛非法利用，结果双双被捕，成了爱双双被捕，成了爱情的牺牲品。情的牺牲品。 求偶行为求偶行为鸣叫鸣叫 以嘹亮的鸣声呼唤以嘹亮的鸣声呼唤配偶的动物较多，配偶的动物较多，其

51、中有些只是简单其中有些只是简单的鸣叫，如蝉类。的鸣叫，如蝉类。有些鸟类则伴有炫有些鸟类则伴有炫耀歌喉或滔滔不绝耀歌喉或滔滔不绝地地“表白表白”。这种。这种方式也容易暴露目方式也容易暴露目标，往往酿成爱情标，往往酿成爱情悲剧悲剧。 极乐鸟求偶炫耀极乐鸟求偶炫耀 求偶行为求偶行为炫耀炫耀 这种行为多见于水鸟。如雄鸭这种行为多见于水鸟。如雄鸭子经常在雌鸭面前脉脉含情，子经常在雌鸭面前脉脉含情，不时用喙梳理羽毛，并涂擦脂不时用喙梳理羽毛，并涂擦脂肪，使羽毛平伏光洁，以炫耀肪，使羽毛平伏光洁，以炫耀自己的美丽姿态。有些鸟则只自己的美丽姿态。有些鸟则只梳理色彩鲜明或者色彩别致的梳理色彩鲜明或者色彩别致的地

52、方。最进步的是鸳鸯，它只地方。最进步的是鸳鸯，它只象征性地用喙触碰一下翅翼上象征性地用喙触碰一下翅翼上一根特别大的橙色羽毛。鹑鸡一根特别大的橙色羽毛。鹑鸡类雄性凭着花丽的外表、雄健类雄性凭着花丽的外表、雄健的气魄，常在雌性面前展翅、的气魄，常在雌性面前展翅、度步、开屏等，以炫耀自己的度步、开屏等，以炫耀自己的健美。有些鸣禽则以歌舞的方健美。有些鸣禽则以歌舞的方式进行炫耀，从而取得配偶。式进行炫耀，从而取得配偶。 大鸨大鸨双领鸻双领鸻1人工仿自然信息：人工仿自然信息：光长模拟、黄板利用，黑光灯光长模拟、黄板利用，黑光灯应用等。应用等。2人工采集和生成的信息：人工采集和生成的信息：如农民根据作物的

53、长势如农民根据作物的长势长相判断栽培措施；利用灯光诱杀害虫等；利用气象长相判断栽培措施；利用灯光诱杀害虫等；利用气象卫星进行天气预报等。卫星进行天气预报等。3社会信息：社会信息：如人类利用广播、电视、邮电、出版如人类利用广播、电视、邮电、出版物等进行信息的传递等。物等进行信息的传递等。 人工信息人工信息u 相关资料：相关资料： 在苹果园里放置一个电子仪器，产生在苹果园里放置一个电子仪器，产生与蜜蜂跳圆圈舞或摆尾舞相同的频率或声与蜜蜂跳圆圈舞或摆尾舞相同的频率或声音。当蜜蜂感受到电子仪器发出的信息后，音。当蜜蜂感受到电子仪器发出的信息后，就会受到诱惑，飞到苹果园去采蜜。这就就会受到诱惑，飞到苹果

54、园去采蜜。这就有助于苹果更好的传粉，从而提高产量。有助于苹果更好的传粉，从而提高产量。用一定频率的声波处理蔬菜、谷类作物及树用一定频率的声波处理蔬菜、谷类作物及树木等种子，可以提高发芽率。法国园艺学家木等种子，可以提高发芽率。法国园艺学家用耳机套在番茄上，使其每天欣赏用耳机套在番茄上，使其每天欣赏3H音乐音乐，结果番茄重达，结果番茄重达2.5公斤。公斤。性信息素诱捕器性信息素诱捕器 不不管是白天黑夜，时不时有深管是白天黑夜，时不时有深褐色虫子飞来，掉入褐色虫子飞来，掉入“吊瓶吊瓶”下面的塑料袋中，不一会儿就下面的塑料袋中，不一会儿就呜呼哀哉。一天下来，每个这呜呼哀哉。一天下来，每个这样的装置能

55、捉虫样的装置能捉虫100多只，多只，不仅不仅省了农药、人工钱，还保证了省了农药、人工钱，还保证了蔬菜质量。蔬菜质量。“吊瓶吊瓶”学名叫学名叫性信息素性信息素诱捕器诱捕器，是一种高科技产品，是一种高科技产品，将人工合成雌性害虫性成熟后将人工合成雌性害虫性成熟后释放出来的信息素制成引诱剂释放出来的信息素制成引诱剂放在诱捕器中，吸引雄性害虫放在诱捕器中，吸引雄性害虫前来求偶，自投前来求偶，自投“温柔陷阱温柔陷阱”，从而使害虫雌雄失调，达到抑从而使害虫雌雄失调，达到抑制虫害的目的。制虫害的目的。当雌性蟑螂想要交配的时候当雌性蟑螂想要交配的时候，它会放射出一种信息素吸，它会放射出一种信息素吸引异性，雄性

56、蟑螂很快就会引异性，雄性蟑螂很快就会追随这种信息素所带有的香追随这种信息素所带有的香味而来。味而来。科研人员将信息素从蟑螂的科研人员将信息素从蟑螂的标本中净化提炼出来，生产标本中净化提炼出来，生产出一种人工合成的蟑螂信息出一种人工合成的蟑螂信息素来引诱雄性蟑螂，然后将素来引诱雄性蟑螂，然后将它们一起杀灭。（蟑螂专用它们一起杀灭。（蟑螂专用香水）香水）第五节第五节 生态平衡生态平衡暂时的、相对的、动态平衡。暂时的、相对的、动态平衡。原因：生态系统具有内部的自我调控能力。原因：生态系统具有内部的自我调控能力。表现为：表现为：结构的稳定：结构的稳定：生物种类组成、种群数量、食物链营养生物种类组成、种

57、群数量、食物链营养结构协调稳定；结构协调稳定；功能的稳定：功能的稳定：能量流动、物质循环、信息传递畅通无能量流动、物质循环、信息传递畅通无阻；阻；能量和物质输入输出的稳定。能量和物质输入输出的稳定。判断一个生态系统是否平衡，可以重点从判断一个生态系统是否平衡，可以重点从以下几个方面进行分析：以下几个方面进行分析：生物与其生存环境之间是协调稳定的。生物与其生存环境之间是协调稳定的。物质和能量的输入与输出在长时间内保持稳定。物质和能量的输入与输出在长时间内保持稳定。内部结构稳定。（多样性增加稳定性）内部结构稳定。（多样性增加稳定性）负熵的增加超过了墒值的增加。负熵的增加超过了墒值的增加。太阳能太阳

58、能化学能化学能有机物质（增加负熵）有机物质（增加负熵）化学能化学能热能热能 ；复杂有机物质；复杂有机物质分散简单无机物质分散简单无机物质（增加墒值）（增加墒值）二、生态平衡失调二、生态平衡失调生态平衡失调：生态平衡失调：当外界所施加的压力（自然的当外界所施加的压力（自然的或人为的）或人为的）超过了生态系统自身调节能力或补超过了生态系统自身调节能力或补偿功能后，偿功能后，都将造成其结构破坏，功能受阻，都将造成其结构破坏，功能受阻，正常的生态关系被打乱以及反馈自控能力下降正常的生态关系被打乱以及反馈自控能力下降等。等。生态平衡失调的表现：生态平衡失调的表现：（一）生态平衡失调的原因（一）生态平衡失

59、调的原因1自然因素：自然因素：气候的突变，自然灾害。气候的突变，自然灾害。如：台风、海啸、龙卷风、暴雨、干旱、地震、火山如：台风、海啸、龙卷风、暴雨、干旱、地震、火山、泥石流、火灾、流行病等都带有很强烈的突发性的、泥石流、火灾、流行病等都带有很强烈的突发性的破坏作用。破坏作用。2人为因素：人为因素：人类对自然资源的不合理开发利用；人类对自然资源的不合理开发利用；人类对自然环境的污染；人类对自然环境的污染；不合理的农业生产技术。不合理的农业生产技术。植被的破坏：植被的破坏：对森林的过量采伐；对森林的过量采伐； 在草原上过渡放牧；在草原上过渡放牧； 毁林开荒，毁草开荒。毁林开荒，毁草开荒。环境的污

60、染：环境的污染：工厂排放的三废，农业上大量使用化肥工厂排放的三废，农业上大量使用化肥和有机农药。影响动植物的正常发育甚至死亡。如和有机农药。影响动植物的正常发育甚至死亡。如SO2可造成酸雨等。可造成酸雨等。人类活动对池塘生态环境的破坏人类活动对池塘生态环境的破坏工厂废液工厂废液（含（含P.N2）池塘池塘排入排入养分养分剧增剧增藻类过藻类过渡生长渡生长营养源营养源浮游生物浮游生物过渡繁殖过渡繁殖有机物过剩有机物过剩微生物分解作用增强微生物分解作用增强积累积累大量耗氧，大量耗氧，使水中缺使水中缺氧；导致氧；导致鱼类窒息鱼类窒息而大批死而大批死亡。亡。森林火灾森林火灾酸雨在毁酸雨在毁灭森林！灭森林！