第二章生态系统

1、第二章第二章 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 生态平衡及其破坏生态平衡及其破坏 本章重点本章重点 1.生态学概念生态学概念 2.生态系统的六组分生态系统的六组分. 3.生态系统依地理分两大类生态系统依地理分两大类. 4.食物网越复杂，生态系统越稳定食物网越复杂，生态系统越稳定. 5.生命之碳及循环生命之碳及循环. 6.“生态危机生态危机”大多指人类活动引起的生态失调大多指人类活动引起的生态失调. 第一节第一节 生态系统的基本概念生态系统的基本概念 一一 生态系统的概念，生态系统的概念，二生态学概念二生态学概念三三. 生态系统的共同特性，组成，结

2、构和类型生态系统的共同特性，组成，结构和类型四四. 食物链和食物网食物链和食物网 五五 营养级和生态金字塔营养级和生态金字塔 六六 生态系统的功能生态系统的功能 一一 生态系统的组成，结构和类型生态系统的组成，结构和类型1.生态系统的概念：生物，非生物，一个生态学生态系统的概念：生物，非生物，一个生态学功能单位功能单位.2.生态学的定义生态学的定义 生态学生态学(ecology) 一词源于希腊文一词源于希腊文“oikos”，表示住所和栖息地表示住所和栖息地,“logy”表学科，原意是研究表学科，原意是研究生物栖息环境的学科。生物栖息环境的学科。 生态学与经济学生态学与经济学(economics

3、)的的“eco”词根相同，经济学最词根相同，经济学最初是研究初是研究“家庭的管理家庭的管理”的，生态学与经济学的，生态学与经济学有着密切的关系，生态学可理解为有关生物的有着密切的关系，生态学可理解为有关生物的管理的科学或创造一个美好的家园之意。管理的科学或创造一个美好的家园之意。 1866年，德国的动物学家年，德国的动物学家haeckel首次为生态首次为生态学下了定义：生态学是研究有机体与其周围学下了定义：生态学是研究有机体与其周围环境环境包括非生物环境和生物环境相互关包括非生物环境和生物环境相互关系系(interaction)的科学。后来，一些著名生态的科学。后来，一些著名生态学家也对生态学

4、进行了定义。学家也对生态学进行了定义。1966年，年，smith认认为认认为“eco”代表生活之地因此代表生活之地因此生态学是研究有机体与生活之地相互关系的生态学是研究有机体与生活之地相互关系的科学，所以又可把生态学称为环境生物学科学，所以又可把生态学称为环境生物学(evironmental biology)。 著名美国生态学家著名美国生态学家Eodum(1956)提出的定提出的定义是：生态学是研究生态系统的结构和功义是：生态学是研究生态系统的结构和功能的科学。他的著名教材能的科学。他的著名教材生态学基础生态学基础(1971)以生态系统为中心，对大学生态学以生态系统为中心，对大学生态学教学和研

5、究有很大的影响，他因此而荣获教学和研究有很大的影响，他因此而荣获了美国生态学的最高荣誉了美国生态学的最高荣誉泰勒生态学泰勒生态学奖奖(1977)。 我国著名生态学家马世骏先生认为，生态我国著名生态学家马世骏先生认为，生态学是研究生命系统和环境系统相互关系的学是研究生命系统和环境系统相互关系的科学。科学。 生态学家普遍认为，生态学是研究生物生态学家普遍认为，生态学是研究生物与环境之间相互关系及其作用机理的科学。与环境之间相互关系及其作用机理的科学。可见生态学的不同定义代表了生态学的不可见生态学的不同定义代表了生态学的不同发展阶段，强调了不同的基础生态学分同发展阶段，强调了不同的基础生态学分支和领

6、域。支和领域。 生态学的研究对象生态学的研究对象 明确研究对象，有助于生态学定义的了明确研究对象，有助于生态学定义的了解。生态学研究的特殊性，可以从以下几解。生态学研究的特殊性，可以从以下几入面来理解，生态学是研究生物与环境、入面来理解，生态学是研究生物与环境、生物和生物之间相互关系的一门生物学基生物和生物之间相互关系的一门生物学基础分支学科。生物学各分支学科的关系，础分支学科。生物学各分支学科的关系，犹如切多层蛋糕，水平切法表示把生物学犹如切多层蛋糕，水平切法表示把生物学按研究的生命现象各个方面加以划分。按研究的生命现象各个方面加以划分。 例如生理学、形态学、遗传学、进化论等各例如生理学、形

7、态学、遗传学、进化论等各有其特殊研究对象，而生态学研究的则是活有其特殊研究对象，而生态学研究的则是活的生物在自然界中与环境的相互作用和生物的生物在自然界中与环境的相互作用和生物之间的相互作用；垂直切法则是按系统分类，之间的相互作用；垂直切法则是按系统分类，把生物学划分为动物学、植物学、微生物学把生物学划分为动物学、植物学、微生物学等学科。由此可见，生态学不仅是生物学的等学科。由此可见，生态学不仅是生物学的基础分支学科之一，也是每一门分类学科基础分支学科之一，也是每一门分类学科的的个重要组成部分。个重要组成部分。 生态学是研究以种群、群落和生态系统生态学是研究以种群、群落和生态系统为中心的宏观生

8、物学。现代生物学可按为中心的宏观生物学。现代生物学可按照图绪照图绪 1所示的方式，把研究对象划分为所示的方式，把研究对象划分为大小不同的组织层次。生态学研究的主大小不同的组织层次。生态学研究的主要是右侧的层次。从这个意义上讲，生要是右侧的层次。从这个意义上讲，生态学属于宏观生物学的范畴。态学属于宏观生物学的范畴。 群落群落 生态系统生态系统 种群种群 种群系统种群系统 个体个体 有机系统有机系统 器官器官 器官系统器官系统 细胞细胞 细胞系统细胞系统 基因基因 基因系统基因系统 生物成分非生物环境生物成分非生物环境 生物系统生物系统 经典生态学研究的最低层次是经典生态学研究的最低层次是有机体有

9、机体(个体个体)，按其研究的大部分问，按其研究的大部分问题来看当前的个体生态学应属于题来看当前的个体生态学应属于生理生态学的范畴。这是生理学与生理生态学的范畴。这是生理学与生态学交界的边缘学科。生态学交界的边缘学科。 任何生态系统都具有以下共同特征：任何生态系统都具有以下共同特征： （1）具有能量流动具有能量流动.物质循环和信息物质循环和信息传递三大功能。传递三大功能。 （2）具有自我调节的能力。具有自我调节的能力。 （3）是一种动态系统。是一种动态系统。3.生态系统的组成生态系统的组成 （重点重点） 生态系统中包括以下六种组分：生态系统中包括以下六种组分： （1）.无机物：包括氮、氧、二氧化

10、碳无机物：包括氮、氧、二氧化碳和各种无机盐等。和各种无机盐等。 （2）.有机化合物：包括蛋白质、糖类、有机化合物：包括蛋白质、糖类、脂类和土壤腐殖质等。脂类和土壤腐殖质等。 （3）.气候因素：包括温度、湿度、风和气候因素：包括温度、湿度、风和降水等，来自宇宙的太阳辐射也可归如降水等，来自宇宙的太阳辐射也可归如此类。此类。（4）.生产者：指能进行光合作用的各种生产者：指能进行光合作用的各种绿色植物、蓝绿藻和某些细菌。又成为绿色植物、蓝绿藻和某些细菌。又成为自养生物。自养生物。 （5）.消费者：指以其他生物为食的各种动消费者：指以其他生物为食的各种动物（植食动物、肉食动物、杂食动物和寄生物（植食动

11、物、肉食动物、杂食动物和寄生动物等）。动物等）。 （6）分解者：指分解动植物残体、粪便和）分解者：指分解动植物残体、粪便和各种有机物的细菌、真菌、原生动物、蚯蚓各种有机物的细菌、真菌、原生动物、蚯蚓和秃鹫等食腐动物。分解者和消费者都是异和秃鹫等食腐动物。分解者和消费者都是异样生物。样生物。 2.生态系统的类型生态系统的类型 生态系统中的生物成分按照其在生态系生态系统中的生物成分按照其在生态系统中的功能可划分为三大类群：生产者统中的功能可划分为三大类群：生产者（自养生物）（自养生物）.消费者（异养生物）和分解消费者（异养生物）和分解者（又称还原者）。者（又称还原者）。生态系统可根据地理条件的不同

12、而分为两生态系统可根据地理条件的不同而分为两大类：水生生态系统和陆地生态系统。大类：水生生态系统和陆地生态系统。二者还可进一步细分为更多种的生态系二者还可进一步细分为更多种的生态系统。如水生生态系统可分为海洋生态系统。如水生生态系统可分为海洋生态系统和淡水生态系统。淡水生态系统又可统和淡水生态系统。淡水生态系统又可分为流水生态系统和静水生态系统等。分为流水生态系统和静水生态系统等。 同样，陆地生态系统也可以分为森林、同样，陆地生态系统也可以分为森林、草原、荒漠、高山、冻原等生态系统。草原、荒漠、高山、冻原等生态系统。 森林生态系统还可以细分为热带、亚热森林生态系统还可以细分为热带、亚热带、温带

13、和寒温带森林等生态系统。陆带、温带和寒温带森林等生态系统。陆地生态系统有鲜明的空间结构，在空间地生态系统有鲜明的空间结构，在空间上有明显的垂直和水平分布，即具有三上有明显的垂直和水平分布，即具有三维的空间结构和二维的水平结构。维的空间结构和二维的水平结构。 二二 食物链和食物网食物链和食物网 各种生物之间存在着取食和被取食的关系，各种生物之间存在着取食和被取食的关系，这就是食物链。通过这种关系，能量在生态这就是食物链。通过这种关系，能量在生态系统内传递。我国民谚说的系统内传递。我国民谚说的“大鱼吃小鱼，大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米小鱼吃虾米”就是食物链的生动写照。当然就是食物链的生动写照。当然自然界

14、中实际存在的取食关系要复杂的自然界中实际存在的取食关系要复杂的多。多。 一般，食物网越复杂，生态系统就越稳定。一般，食物网越复杂，生态系统就越稳定。因为食物网中某个环节（物种）缺失时，其因为食物网中某个环节（物种）缺失时，其他相应环节能起补偿作用。相反，食物网越他相应环节能起补偿作用。相反，食物网越简单，则生态系统越不稳定。生态系统中一简单，则生态系统越不稳定。生态系统中一般都存在着两种食物链：捕食食物链和碎屑般都存在着两种食物链：捕食食物链和碎屑食物链。前者以活的动植物为起点，后者以食物链。前者以活的动植物为起点，后者以死的生物或腐屑为起点。死的生物或腐屑为起点。 在陆地生态系统和许多水生生

15、态系统中，在陆地生态系统和许多水生生态系统中，能量流动主要通过碎屑食物链，净初级能量流动主要通过碎屑食物链，净初级生产量中只有很少一部分通向捕食食物生产量中只有很少一部分通向捕食食物链。只有在某些水生生态系统中，例如链。只有在某些水生生态系统中，例如在一些又浮游藻类和滤食性原生动植物在一些又浮游藻类和滤食性原生动植物组成食物链的湖泊中，捕食食物链才成组成食物链的湖泊中，捕食食物链才成为能量流动的主要渠道。为能量流动的主要渠道。三三 营养级和生态金字塔营养级和生态金字塔 尽管食物链和食物网在理论上反映了生态尽管食物链和食物网在理论上反映了生态系统中物种和物种间的营养关系，但这种系统中物种和物种间

16、的营养关系，但这种关系是如此复杂，迄今尚未有一种食物网关系是如此复杂，迄今尚未有一种食物网能如实的反映出自然界食物网的复杂性，能如实的反映出自然界食物网的复杂性，为此生态学家提出了营养级的概念。为此生态学家提出了营养级的概念。 某个营养级就是食物链某个环节上一切某个营养级就是食物链某个环节上一切生物种的总和，是处在某一营养层次上生物种的总和，是处在某一营养层次上一类生物和另一营养层次上另一类生物一类生物和另一营养层次上另一类生物的关系。生态系统中的物质和能量就是的关系。生态系统中的物质和能量就是这样通过营养级向上传递。这样通过营养级向上传递。 但是，当能量在食物网中流动时，其转但是，当能量在食

17、物网中流动时，其转移效率是很低的。下面营养级所储存的移效率是很低的。下面营养级所储存的能量只有大约能量只有大约10%能够被其上一营养级能够被其上一营养级所利用。其余部分能量被消耗在该营养所利用。其余部分能量被消耗在该营养级的呼吸作用上，以热量的形式释放到级的呼吸作用上，以热量的形式释放到大气中去。这在生态学上被称为大气中去。这在生态学上被称为10%定定律或律或1/10律。律。 （见图（见图2）四四 生态系统的功能生态系统的功能 生态系统具有三大功能：能量流动、物质循生态系统具有三大功能：能量流动、物质循环和信息传递。环和信息传递。 （一）能量流动（一）能量流动 地球是一个开放系统，存在着能量的

18、输地球是一个开放系统，存在着能量的输入和输出。能量输入的根本来源是太阳能，入和输出。能量输入的根本来源是太阳能，食物是光合作用新近固定和储存的太阳能，食物是光合作用新近固定和储存的太阳能，化石燃料则是过去地质年代固定和储存的太化石燃料则是过去地质年代固定和储存的太阳能。阳能。 （见图（见图3） 生态系统中的能量流动都是按照热力学生态系统中的能量流动都是按照热力学第一定律和第二定律进行的。根据热力第一定律和第二定律进行的。根据热力学第一定律，能量可以从一种形式转化学第一定律，能量可以从一种形式转化为另一种形式，在转化过程中，能量守为另一种形式，在转化过程中，能量守恒。根据热力学第二定律，能量的流

19、动恒。根据热力学第二定律，能量的流动总是从集中到分散，从能量高向能量低总是从集中到分散，从能量高向能量低的方向传递。的方向传递。 （二）物质循环（二）物质循环 生物学研究表明，对生命必须的元素只生物学研究表明，对生命必须的元素只有约有约24种，即碳、氧、氮、氢、钙、硫、磷、种，即碳、氧、氮、氢、钙、硫、磷、钠、钾、氯、镁、铁、碘、铜、锰、锌、钴、钠、钾、氯、镁、铁、碘、铜、锰、锌、钴、锡、钒，可能还有镍、溴、铝和硼。上述元锡、钒，可能还有镍、溴、铝和硼。上述元素中的四种，即碳、氢、氧、氮，占生物有素中的四种，即碳、氢、氧、氮，占生物有机体组成的机体组成的99%以上，在生命中起这关键作以上，在生

20、命中起这关键作用，被称为用，被称为“关键元素关键元素”。 生物圈中碳、氮、硫、磷的循环在生命生物圈中碳、氮、硫、磷的循环在生命活动中起着重要作用，主要有：（活动中起着重要作用，主要有：（1）碳）碳循环循环 （重点重点）（见图）（见图4）. （2）氮循环）氮循环（见图（见图5）. （3）硫循环（见图）硫循环（见图6）.（4）磷循环（见图磷循环（见图7）. （三）信息传递（三）信息传递 信息传递是生态系统的重要功能之一。信息传递是生态系统的重要功能之一。生态系统中的各种信息形式主要有四种：生态系统中的各种信息形式主要有四种： 1.物理信息物理信息 2.化学信息化学信息 3.营养信息营养信息 4.行

21、为信息行为信息第二节第二节 生态平衡及其破坏生态平衡及其破坏 在一定时期内，系统内生产者、消费者在一定时期内，系统内生产者、消费者和分解者之间保持着一种动态平衡，系和分解者之间保持着一种动态平衡，系统内的能量流动和物质平衡在较长时期统内的能量流动和物质平衡在较长时期内保持稳定。这种状态就是生态平衡，内保持稳定。这种状态就是生态平衡，又称自然平衡。如果生态系统中物质与又称自然平衡。如果生态系统中物质与能量的输入大于输出，其总生物量增加，能量的输入大于输出，其总生物量增加，反之则生物量减少。反之则生物量减少。 生态平衡是靠一系列反馈机制维持的。生态平衡是靠一系列反馈机制维持的。物种循环与能量流动中

22、的任何变化，都物种循环与能量流动中的任何变化，都是对系统发出的信号，会导致系统向进是对系统发出的信号，会导致系统向进化或退化的方向变化。但是变化的结果化或退化的方向变化。但是变化的结果又反过来影响信号本身，使信号减弱，又反过来影响信号本身，使信号减弱，最终使原有平衡的以保持。最终使原有平衡的以保持。 影响生态平衡的因素既有自然的，也有影响生态平衡的因素既有自然的，也有人为的。自然因素如火山、地震、海啸、人为的。自然因素如火山、地震、海啸、台风、林火、泥石流和水旱灾害等常常台风、林火、泥石流和水旱灾害等常常在短期内使生态系统破坏或毁灭。受破在短期内使生态系统破坏或毁灭。受破坏的生态系统在一定时期

23、内有可能自然坏的生态系统在一定时期内有可能自然恢复或更新。恢复或更新。 人为因素包括人类有意识人为因素包括人类有意识“改造自然改造自然”的行动和无意识造成对生态系统的破坏。的行动和无意识造成对生态系统的破坏。所谓的所谓的“生态危机生态危机”大多是指人类活动大多是指人类活动引起的此类生态失调。生态平衡的破坏引起的此类生态失调。生态平衡的破坏往往出自人类的贪欲与无知，过分地向往往出自人类的贪欲与无知，过分地向自然索取，或对生态系统的复杂机理知自然索取，或对生态系统的复杂机理知之甚少而贸然采取行动。之甚少而贸然采取行动。 生态学第一定律：我们的任何行动都不生态学第一定律：我们的任何行动都不是孤立的，对自然界的任何侵犯都具有是孤立的，对自然界的任何侵犯都具有无数效应，其中许多效应是不可逆的无数效应，其中许多效应是不可逆的 。该定律为哈定（该定律为哈定（ghardin）所提出，可称）所提出，可称为多效应原理。为多效应原理。 生态学第二定律：每一种事物无不与