生态学第十一到十二章

1、1第十一章 生态系统的一般特征11.1 11.1 生态系统的基本概念生态系统的基本概念11.2 11.2 生态系统的组成与结构生态系统的组成与结构11.3 11.3 食物链和食物网食物链和食物网11.4 11.4 营养级和生态金字塔营养级和生态金字塔11.5 11.5 生态效率生态效率11.6 11.6 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211.1 生态系统的基本概念T生态系统生态系统(ecosystem)(ecosystem)：在一定空间中共同栖居着的所有生物在一定空间中共同栖居着的所有生物( (生物群落生物群落) )与其环境之间由于不断进行物质循环和能量流动过程而

2、形成的统一整体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T系统系统(system)(system)：相互作用、相互依赖的事物有规律地联合的集合体相互作用、相互依赖的事物有规律地联合的集合体 许多成分组成许多成分组成 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、特定的功能独立的、特定的功能T生物地理群落生物地理群落(biogeocoenosis)(biogeocoenosis)3生态系统的特征T生态学研究的最高层次生态学研究的最高层次T内部具有自我调节能力内部具有自我调节能力T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

3、系统的三大功能T动态系统动态系统411.2 生态系统的构成和结构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） 生产者生产者 (producer)(producer) 消费者消费者 (consumer)(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 分解者分解者 (decomposer)(decomposer)5池塘生态系统示意图6一个简单的陆地生态系统模式图711.3 食物链和食物网食物链食物链 (food chain)(food chain)：生产者所固定的能量和物质，：生产者所固定的

4、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，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各种生物按其食物关系排列的链状顺序食物网食物网 (food web)(food web)：食物链彼此交错连结，形成一：食物链彼此交错连结，形成一个网状结构个网状结构8FOOD WEB9食物链类型T捕食食物链捕食食物链T碎屑食物链碎屑食物链10捕食食物链T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11碎屑食物链T动、植物

5、的遗体被食腐性生物动、植物的遗体被食腐性生物( (小型土壤动物、真菌、细菌小型土壤动物、真菌、细菌) )取取食，然后到他们的捕食者的食物链食，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1211.4 营养级与生态金字塔T营养级营养级(trophic level)(trophic level)：处于食物链某一环节上的所有：处于食物链某一环节上的所有生物种的总和生物种的总和13生态系统中营养级数目T各营养级消费者不可能各营养级消费者不可能100%100%利用前一营养级的生物量利用前一营养级的生物量T各营养级同化率也不是各营养级同化率也不是10

6、0%100%，总有一部分排泄出去，总有一部分排泄出去T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soso，T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T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14TERRESTRIAL FOOD CHAIN15生态金字塔(ecological pyramid)T营养级之间的数量关系营养级之间的数量关系T数量关系可采用生物量、能量和个体数量单位来表数量关系可采用生物量、能量和个体数量单位来表示示 能量金字

7、塔能量金字塔 生物量金字塔生物量金字塔 数量金字塔数量金字塔16能量金字塔T保持金字塔型保持金字塔型17energy pyramid18生物量金字塔v陆地、浅水生态系统中比较典型，因为生产者是大型的，所陆地、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，金字塔比较规则以塔基比较大，金字塔比较规则19 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，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低，导致这些生态系统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

8、字塔形的生物量金字塔呈倒金字塔形20数量金字塔v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的有机体数目，沿食物链向目构成塔身及塔顶。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。上递减。21T有时植食动物比生产者数目多。如昆虫和树木有时植食动物比生产者数目多。如昆虫和树木T个体大小差别很大，只用个体数目多少来说明问题有局限性。个体大小差别很大，只用个体数目多少来说明问题有局限性。2211.5 生态效率T生态效率：各种能流参数中的任何一个参数在营养生态效率：各种能

9、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。级之间或营养级内部的比值。T能量参数：能量参数： 摄取量（摄取量（I 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)(A)：动物消化道内被吸收的能量，即消费者吸收所采：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；植物光合作用所固定的日光能食的食物能；植物光合作用所固定的日光能 呼吸量呼吸量(R)(R)：生物在呼吸等新陈代谢和各种活动所消耗的全部：生物在呼吸等新陈代谢和各种活动所消耗的全部能量能量 生产量生产量(P)(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-

10、RP= A- R23同化效率同化效率同化效率= =被植物固定能量被植物固定能量/ /植物吸收日光能，植物吸收日光能，oror，同化效率同化效率= =被动物消化吸收的能量被动物消化吸收的能量/ /动物摄食的能量动物摄食的能量A Ae e = A= An n / I/ In n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。恒温动物的同化效率恒温动物的同化效率高于变温动物。高于变温动物。24生产效率生产效率生产效率= n= n营养级的净生产量营养级的净生产量 / n/ n营养级的同化能量营养级的同化能量P Pe e = P = Pn n / A/ An n25消费效率消费消费效率效

11、率= n= n+1+1营养级的营养级的消费（摄食）能量消费（摄食）能量 / n / n营养级营养级净生产量净生产量P Pe e = P = Pn n / A/ An n26林德曼效率林德曼效率T林德曼效率：林德曼效率：n+1n+1营养级所获得的能量占营养级所获得的能量占n n营养级所获得的营养级所获得的能量之比：能量之比：L Le e=I=In+1n+1/I/In n林得曼定律（十分之一定律）：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，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后一营养级只能是前一营养级能量的十分之一左右。十分之一左右。2711.6 生态

12、系统的反馈调节和生态平衡28反馈调节T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发生变化的那种成分系列相应变化，这些变化又反过来影响最初发生变化的那种成分。T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，使生态系统达到或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保持平衡或稳态稳态T正反馈：系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化，反过来加速正

13、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生的变化，使生态系统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远离平衡状态或稳态。 eg. eg. 湖泊污染，导致鱼的数量因死亡而减少，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由于鱼体腐烂，加重湖泊污染并引起更 多鱼类的死亡多鱼类的死亡. .29负反馈30生态平衡T生态平衡：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，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它包括结构、功能和能量输入和输出的稳定T生态阈值：生态阈

14、值：生态系统受外界干扰后，自动调节的极限生态系统受外界干扰后，自动调节的极限T生态危机：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圈结构和功能的失衡，从而威胁人类的生存31第十二章：生态系统中的能量流动第十二章：生态系统中的能量流动T生态系统中的初级生产生态系统中的初级生产T生态系统中的次级生产生态系统中的次级生产T生态系统中的分解生态系统中的分解T生态系统中的能量传递生态系统中的能量传递T分解者与消费者在能流中的相对作用分解者与消费者在能流中的相对作用32生态系统中的初级生产生态系统中的初级生产初级生产

15、的基本概念初级生产的基本概念初级生产量初级生产量：植物所固定的太阳能或所制造的有机物质植物所固定的太阳能或所制造的有机物质。净初级生产量净初级生产量：植物固定的能量，除去呼吸消耗，可用于植：植物固定的能量，除去呼吸消耗，可用于植物生长和繁殖的部分。物生长和繁殖的部分。总初级生产量总初级生产量：植物固定的全部能量：植物固定的全部能量GP = NP + R 生产量生产量:指指单位时间单位面积上单位时间单位面积上的有机物质生产量。的有机物质生产量。 生物量：指在生物量：指在某一定时刻调查时单位面积上某一定时刻调查时单位面积上积存的有机物积存的有机物 质，单位是干重质，单位是干重g g/m/m2 2或

16、或J/mJ/m2 2。 33地球上初级生产力的分布地球上初级生产力的分布不同生态系统生产力分布不均。不同生态系统生产力分布不均。34全球净初级生产力全球净初级生产力的的三个高峰三个高峰。 第一高峰接近与赤道第一高峰接近与赤道 第二高峰出现在北半球的中温带第二高峰出现在北半球的中温带 第三高峰出现在第三高峰出现在 南半球的中温带。南半球的中温带。 35初级生产量随季节波动，陆地系统波动大于海洋系统。初级生产量随季节波动，陆地系统波动大于海洋系统。初级生产量随群落的演替而变化。初级生产量随群落的演替而变化。 水体和陆地生态系统的生产量都有垂直变化。水体和陆地生态系统的生产量都有垂直变化。eg.eg

17、.森林，一般乔木层最高，灌木层次之，草被层更低，而地森林，一般乔木层最高，灌木层次之，草被层更低，而地下部分反映了同样情况。下部分反映了同样情况。 36初级生产的生产效率初级生产的生产效率表2 最适条件下初级生产量的估计效率（J / (m2 d) ） 能量输入 能量损失 所占% 总入射日光能 2.9 107 100 可见光以外部分 1.6 107 -55.0可为植物色素吸收可见光 1.3 107 45.0 植物表面反射 1.3 106 -4.5 非活性吸收 3.4 106 -12.0光合作用可利用部分 8.0 106 28.5 有机物合成未利用部分 5.4 106 -19.3总初级生产量 GP

18、 2.7 106 9.1 呼吸消耗 R 6.7 105 -2.3净初级生产量 NP 2.0 106 6.8即：总初级生产量（形成糖类）最大估计为总入射日光能的9.1% 净初级生产量 是总入射日光能的6.8 %37初级生产量的限制因素初级生产量的限制因素 （1）陆地生态系统陆地生态系统 1 光：冠层下植被，光：冠层下植被，C4植物植物 2 水分：降水量与净初级生产量线性正相关。水分：降水量与净初级生产量线性正相关。3 温度：驼背状曲线关系。温度：驼背状曲线关系。38（2）海洋海洋生态系统生态系统 （3）淡水淡水生态系统生态系统 营养物质、光和食草动物的捕食营养物质、光和食草动物的捕食 表明：浮游

19、植物的净初级生产量取决于日辐射量、水中叶绿素含表明：浮游植物的净初级生产量取决于日辐射量、水中叶绿素含量、光强随水深衰减的系数量、光强随水深衰减的系数7 . 3CKRP39初级生产量的测定方法初级生产量的测定方法（1）收获量测定法收获量测定法 （2）氧气测定法氧气测定法 （3）CO2测定法测定法 （4）放射性标记物测定法放射性标记物测定法 （5）叶绿素测定法叶绿素测定法 40（1 1）收获量测定法）收获量测定法 陆地生态系统陆地生态系统 方法：定期收割植被，烘干称重方法：定期收割植被，烘干称重 收割部位：草本（地上部），树木及水生生物（全株）收割部位：草本（地上部），树木及水生生物（全株）（2

20、 2）氧气测定法氧气测定法黑白瓶法黑白瓶法：水生生态系统：水生生态系统 方法：（假定黑瓶无光合，仅有呼吸；白瓶兼有光合和呼吸；且二者方法：（假定黑瓶无光合，仅有呼吸；白瓶兼有光合和呼吸；且二者“呼吸相同呼吸相同”）41（3 3）COCO2 2 测定测定法法 利用红外气体分析仪测定利用红外气体分析仪测定光合：吸收的光合：吸收的CO2 量量呼吸：释放的呼吸：释放的CO2 量量（4）放射性同位素法）放射性同位素法（5）叶绿素测定法等叶绿素测定法等42生态系统的次级生产生态系统的次级生产次级生产的一般过程次级生产的一般过程 食物种群食物种群= =动物得到的动物得到的= =动物未得到的动物未得到的动物吃

21、进的动物吃进的= =动物未吃进的动物未吃进的动物同化的动物同化的= =动物未同化的动物未同化的次级生产量次级生产量动物呼吸代谢动物呼吸代谢被更高营养级取食被更高营养级取食未被取食未被取食43动物种群的能量收支公式 P = C FU R次级生产量外界取食量呼吸损失量排泄物含量44猎物种群产量= 886.4g蜘蛛未捕获量 876.1g蜘蛛捕获量= 10.3g蜘蛛未吃量 2.37g蜘蛛吃进量= 7.93g蜘蛛未同化量 0.63g蜘蛛同化量= 7.30g呼吸代谢量 4.60g净次级生产量 2.69g 同化效率 = A / I = 7.30 / 7.93= 92 % 生产效率 = P / A = 2.6

22、9/ 7.30 = 37 %举例：春季地栖蜘蛛种群的次级生产过程与效率 生产过程45次级生产量的测定次级生产量的测定1. 1. 利用利用“同化量同化量”和和“呼吸消耗呼吸消耗”估算估算 净次级生产量净次级生产量P P = = 同化量同化量A A 呼吸消耗量呼吸消耗量R R 而而 同化量同化量A A = = 摄食量摄食量C C 粪尿排泄量粪尿排泄量FUFU 关键关键是是R的估算的估算：一般方法：利用呼吸仪测定其耗氧量或一般方法：利用呼吸仪测定其耗氧量或 CO2 排出量排出量，转为热量，转为热量462. 2. 根据种群内根据种群内“个体生长个体生长”及及“新个体出生新个体出生”估算估算 净生产量净

23、生产量 = 出生出生 + 生长（减重）生长（减重） = 20+10+10+10+10+30-10-10 = 70 （生物量单位）（生物量单位）47次级生产次级生产的生态效率的生态效率 林德曼效率林德曼效率= =消费效率消费效率同化效率生产效率同化效率生产效率48 生态系统中的分解生态系统中的分解分解过程的性质分解过程的性质 分解作用分解作用：死有机物的逐步降解过程死有机物的逐步降解过程 矿化：无机元素在分解过程中从有机物质中分解释放出来矿化：无机元素在分解过程中从有机物质中分解释放出来 碎裂：在碎裂：在生物生物或或物理物理因素的作用下，尸体被因素的作用下，尸体被分解为颗粒状分解为颗粒状异化：有

24、机物在异化：有机物在酶催化下分解酶催化下分解，由聚合体，由聚合体单体，单体，成为矿物成分成为矿物成分淋溶：可淋溶：可溶性物质溶性物质被水淋洗的被水淋洗的物理过程物理过程分解三过程分解三过程491. 1. 细菌、真菌：分解过程的开始细菌、真菌：分解过程的开始生长型：群体生长生长型：群体生长酵母、细菌（繁殖、扩散）酵母、细菌（繁殖、扩散） 丝状生长丝状生长真菌、放线菌（穿透）真菌、放线菌（穿透）营养方式：（节能）营养方式：（节能） 分解细胞外酶分解细胞外酶催化分解底物催化分解底物再吸收再吸收分解者分解者生物生物50细菌和真菌是主要的分解者细菌和真菌是主要的分解者T土壤细菌土壤细菌 以异养型为主，以

25、异养型为主，1g1g土中的总菌数一般可土中的总菌数一般可达达10106 610109 9，生物量超过全部土壤微生物总量的，生物量超过全部土壤微生物总量的1 14 4。所以，细菌是土壤微生物中数量最大、功能多样的类所以，细菌是土壤微生物中数量最大、功能多样的类群群T真菌真菌 主要分布在土壤表面的枯枝落叶层和表土层主要分布在土壤表面的枯枝落叶层和表土层中，中，1g1g土中的数量可达土中的数量可达10103 310105 5512.2.动物动物微微型土壤动物：体宽型土壤动物：体宽100100 m m以下，原以下，原生动物生动物、线虫等、线虫等中型土壤动物：体宽中型土壤动物：体宽100100 m m

26、-2mm -2mm，弹尾目昆虫、螨、小型甲虫等，弹尾目昆虫、螨、小型甲虫等大型、巨型土壤动物：大型、巨型土壤动物：2-20mm2-20mm和和20mm20mm以上，千足虫、蜗牛、蚯蚓等以上，千足虫、蜗牛、蚯蚓等5253资源质量资源质量（1 1）资源化学成分对分解的影响）资源化学成分对分解的影响 eg. eg. 枯枝落叶中化学成分的分解枯枝落叶中化学成分的分解（2 2）C C：N N比对分解的限制比对分解的限制 分解者微生物身体组成分解者微生物身体组成，N N含量较高含量较高 C C：N = 10N = 10：1 1 待分解的植物组织待分解的植物组织中，中，N N含量低含量低 C C：N = 40-80N = 40-80：1 1限制因素：限制因素：N供应量供应量 最适的最适的C：N = 25-30：154 理化环境与分解作用的关系理化环境与分解作用的关系（1 1）温度高、湿度大的地带，土壤有机物的分解速率高温度高、湿度大的地带，土壤有机物的分解速率高；低温、干燥的地带分解速率低，土壤易积累有机物低温、干燥的地带分解速率低，土壤易积累有机物 举例：举例：有机物含量比较有机物含量比较（下图）（下图）（2 2）水淹沼泽土微生物分解慢水淹沼泽土微生物分解慢缺氧缺氧5556生态系统的能量流动生态系统的能量流动食物链层次上的