生态学：生态系统课件

1、生态学：生态系统生态学：生态系统11. 生态系统的一般特征 11.1 生态系统的基本概念 1.生态系统：是在一定空间中共同栖居着的所有生物与其环境之间由于不断地进行着物质循环和能量流动过程而形成的统一整体 1935年由Tansley提出11. 生态系统的一般特征 11.1 生态系统的基本概念 生态系统的类型生态系统的类型生态系统共同特性（1）生态系统是生态学上的一个主要结构和功能单位，属于生态学研究的最高层次。（2）生态系统内部具有自我调节能力。其结构越复杂，物种数越多，自我调节能力越强。（3）能量流动、物质循环是生态系统的两大功能。（4）生态系统营养级的数目因生产者固定能值所限及能流过程中能

2、量的损失，一般不超过56个。（5）生态系统是一个动态系统，要经历一个从简单到复杂、从不成熟到成熟的发育过程。 生态系统共同特性（1）生态系统是生态学上的一个主要结构和功能生态系统是现代生态学最基本的概念，主要是强调自然界生物与环境之间不可分割的整体性，树立这种整体性思想是人类认识自然的具有革命性的进步。生态系统的理论在处理人与自然、资源、环境的关系中到广泛的应用，生态系统生态学是现代生态学的核心 生态系统是现代生态学最基本的概念，主要是强调自然界生物与环境11.2 生态系统的组成与结构 （四大基本成分 ）一、环境系统（非生物环境） 二、生物系统： 1.生产者 2.消费者 3.分解者 11.2

3、生态系统的组成与结构 生态学：生态系统生态学：生态系统三、生产过程 1.初级生产 所提供的生产力叫做初级生产力2.次级生产 三、生产过程 1.初级生产11.3 食物链和食物网 1.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而在生态系统中传递，各种生物按其食物关系排列的链状顺序称为食物链 （食物链的理论是美国生态学家林德曼在1942年首先提出的 ）1）捕食食物链： 2）碎屑食物链 3）辅助食物链：寄生物和食腐动物形成其中，牧食食物链和碎屑食物链是2类主要食物链11.3 食物链和食物网 1.食物链：生产者所固定的能量和2.食物网：食物链彼此交错连结，形成一个网状结构2.食物网：食

4、物链彼此交错连结，形成一个网状结构3.特点：1）食物链不是固定不变的：季节、年份等2）具有复杂食物网的生态系统稳定 同资源种团 3.特点：11.4 营养级与生态金字塔 1.营养级：指处于食物链某一环节上的所有生物种的总和 11.4 营养级与生态金字塔 1.营养级：指处于食物链某一环生态学：生态系统2.能流: 生态系统内能量单向传递的全过程，叫作能量流动。 单向.通过各个营养级的能量是逐级减少的 3.生态金字塔： 顺着营养级序列向上，能量急剧减少。把通过各营养级的能流量由低到高作图，就成为一个能量锥体或金字塔。生态锥体： 包括能量锥体、生物量锥体和数量锥体 2.能流:生态学：生态系统生态学：生态

5、系统生态学：生态系统11.5 生态效率 一、生态效率的定义：指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，也叫传递效率 11.5 生态效率 一、生态效率的定义：二、常用的几个能量参数1.摄食量I：表示一个生物所摄取的能量2. 同化量A：消费者吸收所采食的食物能量3. 呼吸量R： 生物在呼吸等新陈代谢和各种活动中所消耗的全部能量4.生产量P：指生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值 二、常用的几个能量参数三、生态效率三、生态效率生态学：生态系统生态学：生态系统呼吸消耗: 脊椎动物的大约占其同化能量的98，因此只有2的同化能量用于生长；无脊椎动物大约占同化能量的79，因此可以把更多的同化

6、能量用于生长 。同化效率和生长效率: 恒温动物同化效率很高（约为70），但生长效率极低（约为13）。变温动物的同化效率虽然比较低（约为30），但生长效率极高（约为1637）。 例如，蝗虫每吃50千克植物可以长6.85千克肉（包括构成身体的各种组织），而田鼠每吃50千克植物只能长0.7千克肉（包括各种组织）。两类动物的总能量转化效率大约相差14倍！ 变温动物是生态系统中更有效的“生产者”，它们在把自然界中的植物有机质转化为动物有机质方面发挥着更大的作用。 呼吸消耗:荷兰流行吃虫子 荷兰流行吃虫子 4.林德曼效率：相当于同化效率、生产效率和消费效率的乘积，也等于营养级间的同化能量比值林德曼效率=

7、An/InPn/AnIn+1/Pn= In+1 /In=n+1营养级摄食的能量/n营养级摄食的能量4.林德曼效率：相当于同化效率、生产效率和消费效率的乘积，也林德曼效率似乎是一个常数，即10 林德曼效率似乎是一个常数，即10 Lindeman 十分之一法则，后来研究其变化范围在2-24% ，平均是10.13%如果人类直接以植物为食物，会有什么结果？案例数Lindeman 十分之一法则，后来研究其变化范围在2-24生态系统的发育Ecosystem development:从幼年期到成熟期的发育过程生态系统的发育Ecosystem development:从生态系统能量学特征发展期成熟期1.P/R

8、自养演替1异养演替1接近1接近12.总生产量/现存生物量P/B高低3.生物量/单位能流量B/E低高4.净生产量高低5.食物链直线状，以牧食链为主网状，以碎食链为主生态系统能量学特征发展期成熟期1.P/R自养演替1接近12群落结构发展期成熟期1.总有机物质较少较多2.无机营养物质的贮存环境库生物库3.物种多样性：组分多样低高4.物种多样性：均匀性低高5.生化物质多样性低高6.分层和空间异质性低高群落结构发展期成熟期1.总有机物质较少较多2.无机营养物质的生活史发展期成熟期1.生态位宽度宽狭2.有机体大小小大3.生活史短，简单长，复杂营养物质循环发展期成熟期1.矿质营养循环开放封闭2.生物环境间交

9、换快慢3.营养循环中碎屑的利用不重要重要生活史发展期成熟期1.生态位宽度宽狭2.有机体大小小大3.生选择压力发展期成熟期1.增长型增长迅速r反馈控制K2.生产量质稳态发展期成熟期1.内部共生不发达发达2.营养物质保存不良良好3.稳定性（对外部抵抗力）不良良好4.熵值高低5.信息量低高选择压力发展期成熟期1.增长型增长迅速r反馈控制K2.生产量11.6 生态系统的反馈调节和生态平衡11.6 生态系统的反馈调节和生态平衡1.反馈(feedback)：系统的输出通过反馈环反送到输入端，变成了决定系统未来功能的输入1）正反馈：具有增前系统功能的作用，使偏离加剧。 2）负反馈：具有削弱系统功能的作用，可

10、使系统保持稳定。 1.反馈(feedback)：系统的输出通过反馈环反送到输入生态学：生态系统3.生态平衡生态平衡是指生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状况，包括结构上的稳定、功能上的稳定和能量输入、输出上的稳定 3.生态平衡生态平衡概念的内涵：生态组成、结构和功能等诸方面的协调关系。三大功能类群之间的相互联系，如生物种类组成及数量比例，营养结构联系和物质与能量流动的相对稳定性；生物群落与无机环境之间的相互作用，如物质和能量的输入和输出呈现持久的周期性动态平衡。生态平衡概念的内涵：当生态系统达到动态平衡的最稳定状态时，它能够自我调节和维持自己的正常功能，并能在很大程度上克服和消除外来的干扰

11、，保持自身的稳定性。 生态学：生态系统“黑箱理论”(Black box theory) 以生态系统的输入和输出为基础 “黑箱理论”(Black box theory) 以生态明 确 生态平衡是一个生态系统发展到成熟而稳定的阶段的状态； 平衡是指系统内能量的输入和输出几乎相等； 稳定状态是指系统内各生物功能类群的种类、组成和数量比例保持相对稳定，这三大功能类群之间构成完整的营养结构，并且有典型的食物链关系。稳态是平衡的具体表现 生态系统的平衡是进化过程中长期生态适应的结果，又是生态系统向着较大的复杂性和稳定性发展的基础。 明 确 生态平衡是一个生态系统发展到成熟而稳定4.生态危机：由于人类盲目活

12、动而导致局部地区甚至整个生物圈结构和功能的失衡，从而威胁到人类生存。生态阈值：生态系统对外来干扰耐受力的限度 4.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生态平衡失调各类生态系统，当外界施加的压力(自然的或人为的)超过了生态系统自身调节能力或代偿功能后，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等，这种状态称之为生态平衡失调。 生态平衡失调各类生态系统，当外界施加的压力(自然的或人为的) 生态平衡失调的基本标志 从结构和功能两个方面进行度量 1）平衡失调的结构标志 一级结构水平是指生态系统四个基本成分中的生物成分，即生产者、消费者和分解者二级结构水平

13、是指组成一级结构的划分及其特征。如生物的种类组成、种群和群落层次及其变化特征等 生态平衡失调的基本标志2）生态平衡失调的功能标志生态系统平衡失调在功能上的反映就是能量流动在系统内的某一个营养层次上受阻或物质循环正常途径的中断。2）生态平衡失调的功能标志4.影响生态平衡的因素1） 环境变化：如火山喷发、地震2）人为因素破坏植被 生物种类减少，生态系统的稳定性下降 食物链破坏 污染物质对生态系统的危害 4.影响生态平衡的因素生态学：生态系统生态学：生态系统过渡樵采导致土壤侵蚀-贫穷是落后与愚昧的根源过渡樵采导致土壤侵蚀-贫穷是落后与愚昧的根源河岸植被带被破坏 河流的自然弯曲被裁弯取直河岸植被带被破

14、坏 河流的自然弯曲被裁弯取 山体石质化与河床干枯 山体石质化与河床干枯 松干蚧（Matsucoccus matsumurae） 种群爆发，松树受害严重 松干蚧（Matsucoccus matsumurae） 赤松散林 赤松散林 严重退化的草地 严重退化的草地 天津厚蟹被油污后死亡 天津厚蟹被油污后死亡 河流污染草河上游 河流污染草河上游背井离乡背井离乡沙进人退沙进人退生态学：生态系统生态学：生态系统生态学：生态系统当今世界上，人类主要从以下三个方面破坏着生态系统的平衡：即对巨大工程建设缺乏生态论证，不考虑生态后果对自然资源的不合理开发和利用对自然环境的污染。 当今世界上，人类主要从以下三个方面

15、破坏着生态系统的平衡：即生物多样性丧失包括：物种损失和生态系统或生境破坏丧失原因：过度利用；生境丧失或片段化；环境污染；外来物种的引入不当；农业、牧业和林业品种单一化生物多样性丧失包括：物种损失和生态系统或生境破坏保持生态平衡 人与自然协调发展确立尊重自然就是尊重人类自身的观点必须把各种成分或一个地区的不同类型生态系统联系起来，作为一个综合的整体，才是全面的生态系统观点破坏生态平衡，就会遭到一系列的惩罚 保持生态平衡总结生态系统的基本特征 生态系统是动态功能系统 生态系统具有一定的区域特征 生态系统是开放的“自持系统” (self-maintenance) 生态系统具有自动调节的功能 总结生态

16、系统的基本特征 生态系统是动态功能系统 12.生态系统中的能量流动食肉动物食草动物生产者能量在循环？在一个生态系统中能量是失去/获得？如何失去？如何获得？12.生态系统中的能量流动食肉动物食草动物生产者能量在循环？生物生产力包括初级生产力、次级生产力、群落净生产力以及现存量、周转率与生产力之间的关系等基本概念 生物生产力包括初级生产力、次级生产力、群落净生产力以及现存量12.1 生态系统中的初级生产12.1.1 初级生产量和生物量的基本概念 初级生产量或第一性生产量 （Primary Production）： 植物固定的太阳能或制造的有机物质。 通常是用每年每平方米所生产的有机物质干重（gm2

17、a）或每年每平方米所固定能量值（Jm2a）表示，所以初级生产量也可称为初级生产力 (99.9%)12.1 生态系统中的初级生产2.次级生产量或第二性生产量（secondary production）：动物和其他异养生物的生产量。3. 净初级生产量（NP, net pri-mary production）4.总初级生产量（GP，gross primary Production） 包括呼吸消耗在内的植物全部生产量。三者之间的关系是：GP=NP+R NP= GP-R 2.次级生产量或第二性生产量（secondary produ5. 生物量（biomass）：在某一特定时刻调查时，生态系统单位面积内所

18、积存的生活有机质。 用（gm2）或（Jm2）来表示 因为GP=NP+R,所以，如果GP-R0，则生物量增加；如果GP-R0，则生物量减少；如果GP=R，则生物量不变。 5. 生物量（biomass）：在某一特定时刻调查时，生态系6. 生物量的变化 1）随演替而变化 6. 生物量的变化 2）季节植物地上部分的生物量是随着季节而变化的2）季节3）不同生态系统的生物量和生产量地球上不同生态系统的初级生产量和生物量受温度和雨量的影响最大。全球净生产力沿纬度梯度出现三个高峰： 第一高峰接近赤道，第二高峰出现在北半球的中温带，第三高峰出现在南半球的中温带。 3）不同生态系统的生物量和生产量大陆架平均坡度约

19、0.1，其水深变化在20550米之间。 大陆架12.1.3 初级生产量的生产效率 Efficiency of gross primary production=energy fixed by gross primary production/ energy in incident sunlight12.1.3 初级生产量的生产效率 Efficiency o生态学：生态系统1926年，美国生态学家EdgarTranseau1926年，美国生态学家EdgarTranseau总初级生产量占入射光能的1.2%总初级生产量占入射光能的1.2%总初级生产效率为0.10（即111.3118872.0）。呼吸

20、消耗约占总初级生产量的21。 总初级生产效率为0.10（即111.3118872.0）呼吸消耗：玉米田和荒地的情况，植物的呼吸消耗约占总初级生产量的1524在温带森林中，呼吸消耗约占总初级生产量的5060。在热带森林中呼吸消耗可占总初级生产量的7075。就大多数情况来说，植物的呼吸消耗约占总初级生产量的3040，也就是说只有大约6070的总初级生产量能够转化为净初级生产量 呼吸消耗：12.1.4 初级生产量的限制因素 1.陆地生态系统12.1.4 初级生产量的限制因素 1.陆地生态系统蒸发蒸腾作用是指从地面蒸发和从植物蒸腾到大气中的水分水分的实际蒸发蒸腾量PPT是太阳辐射、温度和降雨量的一个综

21、合指标。潜蒸发蒸腾指数PET：反映在特定辐射、温度、湿度和风速条件下蒸发到大气中水量的一个指标PET-PPT可反映缺水程度蒸发蒸腾作用是指从地面蒸发和从植物蒸腾到大气中的水分生态学：生态系统陆地生态系统生产力与温度和降水的关系陆地生态系统生产力与温度和降水的关系 营养营养物质的供应状况往往决定着某些陆地生态系统的生产力 ，最重要的是N、P、K试验表明：施肥玉米的生产量可高达1050gm2a，而不施肥玉米的生产量则只有410gm2a 营养N+PNcontrolP研究表明，净初级生产量与N的最高积累量密切相关N+PNcontrolP研究表明，净初级生产量与N的最高积累 2.水域生态系统 2.水域生

22、态系统1）光Water absorbs solar radiation : more than half of the solar radiation is absorbed in the first meter of water, including almost all the infrared energy.1）光Iamount of solar radiation； t-depth； k -extinction coefficientLarge k values indicate less transparent waters生态学：生态系统生态学：生态系统2) 营养物质Global

23、distribution of primary production in the oceans has no latitudinal gradient of production exist. Large parts of tropics and subtropics are very unproductive.The North Atlantic, the Gulf of Alaska and the Southern Ocean off New Zealand are quite productive. 2) 营养物质 Absence of Nutrient Fertile soil c

24、ontains 5% organic matter and up to 0.5% nitrogen. One square meter of surface soil can support 50 kg dry weight of plant matter. In the ocean, the richest water contains 0.00005% nitrogen. A column of rich seawater one square meter could support no more than 5 grams dry weight phytoplankton.生态学：生态系

25、统（1）淡水 fresh water浮游植物叶绿素的生物量往往受营养物质的限制，早期研究结果显示：氮和磷是海洋初级生产量的主要限制因子。对小池塘施用磷和硫酸铵可使初级生产量增加45倍 富营养化（eutrophication） ： 磷是大多数湖泊浮游植物生产量的主要限制因子 （1）淡水 fresh water伴随湖泊富养化所发生的变化之一是绿藻被蓝绿藻所取代蓝绿藻能成为优势浮游植物的原因有： a.浮游动物和鱼不愿以蓝绿藻为食； b.很多蓝绿藻都能固定大气中的氮，因此当氮短缺时，它们便处在有利的竞争地位。在华盛顿湖中，氮磷比只要小于23，蓝绿藻就会成为湖泊中的优势藻类，但是当这个比值大于25时，蓝

26、绿藻就会消失。 c.产生藻毒素：内蒙的呼伦贝尔大草原，牲畜因饮用富含蓝绿藻的湖水而死亡 因此，防止富养化的一个简单方法就是控制湖泊和江河中磷的输入量。伴随湖泊富养化所发生的变化之一是绿藻被蓝绿藻所取代因此，防止（2）海洋 marine ecosystem Nitrogen and iron are key limiting resources, and that silica may limit diatom production when diatoms are a dominant component of the phytoplankton.Platt et al. 1992: the

27、addition of nitrogen caused a heavy algal growth in bay water, but the addition of phosphate did not induce algal growth. （2）海洋 marine ecosystemThis work has some obvious practical conclusions: If nitrogen is the factor currently limiting phytoplankton production, the elimination of phosphates from

28、sewage entering the ocean will not help the problem of coastal pollution.This work has some obvious praDowning et al. (1999) analyzed 303 controlled nutrient-addition experiments carried out over the past 30 years. They found： Nitrogen addition stimulated phytoplankton (marine) growth most strongly,

29、 followed closely by iron addition. Doubling times for phytoplankton populations averaged 3.3 days for nitrogen addition and 4.1 days for iron addition.Downing et al. (1999) analyzed大量的实验结果和理论预测证实了铁的生理生化作用.例如,叶绿素和藻胆色素的生化合成依赖于铁的营养状态,铁限制的藻细胞色素浓度低.铁也是电子传递系统的必要组分.另外,硝酸盐和亚硝酸盐还原酶中含有铁原子,铁的营养状态可影响硝酸盐的吸收.大量的

30、实验结果和理论预测证实了铁的生理生化作用.例如,叶绿素To summarizeTotal primary production in the ocean is thus rarely limited by light but instead by the shortage of nutrients, particularly nitrogen and iron, which are critical for plant growth. Limitation of primary production by phosphorus is rare in oceanic ecosystems. Th

31、e major controlling factors for primary production in freshwater communities are light, phosphorus, and silicon(for diatoms), and occasional controlling factors include nitrogen and iron.To summarize测定初级生产量的方法1） 收获量测定法 2） 氧气测定法 3） 二氧化碳测定法 4） 放射性标记物测定法5） 叶绿素测定法 测定初级生产量的方法12.2 生态系统中的次级生产 12.2.1 次级生产过程

32、 次级生产量 在被动物同化的能量中，有一部分用于动物的呼吸代谢和生命的维持，这一部分能量最终将以热的形式消散掉，剩下的那一部分才能用于动物各器官组织的生长和繁殖新的个体，称为次级生产量 12.2 生态系统中的次级生产 12.2.1 次级生产过利用率？利用率？请计算：同化效率生产效率请计算：净次级生产的估计方法1） 按同化量和呼吸量估计生产量 即P=AR ;按摄食量和扣除粪尿量估计同化量 即A=CFU2）利用种群个体生长和出生的资料来计算动物的净生产量。3） 净生产量=生物量变化+死亡损失净次级生产的估计方法1） 按同化量和呼吸量估计生产量 即P=12.2.3 次级生产的生态效率生态学：生态系统

33、1. 消费效率1. 消费效率根据生产力的高低可以把海洋分为三个区域，即开阔大洋区、沿岸区和海水上涌区 海洋动物利用海洋植物的效率约相当于陆地动物利用陆地植物效率的5倍 根据生产力的高低可以把海洋分为三个区域，即开阔大洋区、沿岸区生态学：生态系统2.同化效率在食草动物中低，在食肉动物中高原因？ 2.同化效率3.生产效率 3.生产效率 12.3 生态系统中的分解分解作用的意义主要在于维持全球生产和分解的平衡。在全球生态系统的动态平衡中，资源分解的主要作用有：通过死亡物质的分解，使营养物质再循环，给生产者提供营养物质；维持大气中CO2浓度；稳定和提高土壤有机物质的含量，为碎屑食物链以后各级生物提供食

34、物；改变土壤物理性状，改变地球表面惰性物质。12.3 生态系统中的分解分解作用的意义主要在于维持全球生产12.3.1 分解过程的性质分解（decomposition）是死有机物质的逐步降解过程。矿化：分解时，无机的元素从有机物质中释放出来分解过程是碎裂、异化和淋溶三个过程的综合碎裂：由于物理的和生物的作用，把尸体分解为颗粒状的碎屑；异化：有机物质在酶的作用下分解，从聚合体变成单体，例如由纤维素变成葡萄糖，进而成为矿物成分；淋溶：是可溶性物质被水所淋洗出来，是一种纯物理过程 12.3.1 分解过程的性质2.分解作用 包括碎裂、混合、物理结构改变、摄食、排出和酶作用等过程分解者： 一个很复杂的食物

35、网，包括食肉动物、食草动物、寄生生物和少数生产者。 2.分解作用 12.3.2 分解者生物 12.3.2 分解者生物 分解者生物分解过程是由多种生物共同完成的，参加这个过程的生物统称为分解者。分解过程主要是在土壤中进行，分解者包括土壤生物和部分地表生物。真正的分解者主要是指微生物，包括细菌、放线菌和真菌。有机物质的分解过程一般是从微生物的入侵开始，它们通过分泌细胞外酶，把有机物质分解为简单的分子状态，然后再吸收利用。土壤动物在有机物质的分解过程中起着非常重要的作用，在生态系统研究中常把土壤动物称之为分解者动物。它们包括食腐性、食菌性、食根性和捕食性动物等，构成一个很复杂的食物网。分解者生物12

36、.3.1 细菌和真菌 它们利用可溶性物质，主要是氨基酸和糖类 ，暴发性增长 生长型和营养方式 ：1生长型： 微生物主要有群体生长和丝状生长两类生长型 2营养方式： 微生物通过分泌细胞外酶，把底物分解为简单的分子状态，然后再被吸收 陆生生态系统12.3.1 细菌和真菌 陆生生态系统12.3.2.2 动物 小型土壤动物：原生动物、线虫、轮虫、最小的弹尾和螨，它们都不能碎裂枯枝落叶，属粘附类型； 中型土壤动物（mesofauna），体宽100m2mm，包括弹尾、螨、线蚓、双翅目幼虫和小型甲虫，对分解的作用主要是调节微生物种群的大小和对大型动物粪便进行处理和加工。只有白蚁，由于其消化道中的共生微生物，

37、能直接影响系统的能流和物流； 大型（macrofauna，2mm20mm）和巨型（megafauna，20mm）土壤动物，包括食枯枝落叶的节肢动物，如千足虫、等足目和端足目，蛞蝓、蜗牛、较大的蚯蚓，是碎裂植物残叶和翻动土壤的主力，因而对分解和土壤结构有明显影响。 12.3.2.2 动物 有机物质的物理的（表面性质、机械结构等）和化学的（营养物、生长因素、刺激摄食等）性质影响着分解的速率。有机物质的相对表面积越大越有利于分解；动物性、植物性有机物质；植物不同部位。待分解有机物质资源按基质的化学特性，可分为3种类型：碳和能量的来源、营养物和调节剂。12.3.4 资源质量 有机物质的物理的（表面性质

38、、机械结构等）和化学的（营养物、生1. 碳和能量的来源植物死有机物质中各种化学成分的分解速率1. 碳和能量的来源2.营养物： 动物性有机物质 种子 落叶树叶子 针叶树叶子 有机残体的物理状态：一般情况下，多汁幼嫩新鲜的绿肥易分解。 有机残体的化学成分：一般情况下，阔叶比针叶快；叶片比残根快，豆科比禾本科快。 待分解资源的CN比，常可作为生物降解性能的测度指标。 微生物吸收1份氮，就要吸收5份碳用于构成自身细胞，同时要消耗20份碳作为生命活动的能量。微生物分解需有机质的C/N为25：1。2.营养物：3.调节剂待分解资源中能引起分解微生物生理活性和行为特征变化的化学成分，称为调节剂。如植物在与食草

39、动物协同进化过程中形成的保护性次级产物，能够抑制食草动物取食的行为。如在枯枝落叶中存在单宁，就是分解过程特别重要的调节剂。在贫瘠土壤中生长的植物体内能形成较高浓度的多元酚，有利于积累有机质，提高土壤的肥力。许多农药，包括一些生物农药都能影响分解过程，有类似调节剂的作用。3.调节剂待分解资源中能引起分解微生物生理活性和行为特征变12.3.4 理化环境对分解的影响 外界条件通过制约微生物的活动，而影响有机质的转化。1.温度和湿度的影响 最适温度：2030 ； 在田间持水量的60%最好,通气状况也比较好 土壤微生物活动的最适温度一般在2535之间，高于45或低于0时，一般微生物活动受到抑制，多停止活

40、动12.3.4 理化环境对分解的影响 外界条件通过制约微生物的2.各类分解生物的相对作用对分解率地带性变化也有重要影响2.各类分解生物的相对作用对分解率地带性变化也有重要影响3. 土壤类型沼泽土 4.土壤pH：细菌最适pH6.57.5，放线菌中性到为碱性，真菌酸性到中性条件5.枯落物分解的地带性规律表示生态系统分解特征的指标 k=IX其中，k=分解指数，I=死有机物输入年总量，X为系统中死有机物质总量（现存量） 用地面残落物代表输入量 ；地面枯枝落叶代表现存量 3. 土壤类型生态学：生态系统生态学：生态系统12.4 生态系统中的能量流动12.4.1 研究能量传递规律的热力学定律1.能量在生态系

41、统内的传递和转化规律服从热力学的两个定律 热力学第一定律 ：又称为能量守恒定律 在转化中，必须考虑到能量的总和，应该计算进出一个系统全部能量的总和 12.4 生态系统中的能量流动12.4.1 研究能量传递规律热力学第二定律是对能量传递和转化的一个重要概括，即：在封闭系统中，一切过程都伴随着能量的改变，在能量的传递和转化过程中，除了一部分可以继续传递和作功的能量（自由能）外，总有一部分以热的形式消散的能量，这部分能量使熵和无序性增加 能量在生态系统各营养级之间的流动是单向的，而且转化过程中不断有热的产生和消耗，从前面一个营养级能量转变为后面一个营养级的潜能不可能是百分之一百。 热力学第二定律是对

42、能量传递和转化的一个重要概括，即：在封闭系自然界的变化的趋势是从有序到无序，熵值增加，从而放出能量，例如生态系统中复杂的有机物，被还原者分解为无机物，这是一个自发过程。但是，生态系统作为开放系统，由于负熵流的不断输入，借助于光能，可以将水和二氧化碳变成有机物，从无序到有序。 自然界的变化的趋势是从有序到无序，熵值增加，从而放出能量，例生态系统与其能源太阳能的关系，生态系统内生产者与消费者之间及捕食者与猎物之间的关系都受热力学基本规律的制约和控制 能量的传递次数受到了限制，同时这种限制也必然反映在复杂生态系统的结构上（如食物链的环节数和营养级的级数等）。物质的传递并不受热力学定律的限制生态系统与

43、其能源太阳能的关系，生态系统内生产者与消费者之间及12.4.2 食物链层次上的能流分析 把每一个物种都作为能量从生产者到顶级消费者移动过程中的一个环节 1960年，FBGolley在密执安荒地对一个由植物、田鼠和鼬三个环节组成的食物链进行了能流分析： 1.食物链每个环节的净初级生产量（NP）只有很少一部分被利用 2.能流过程中能量损失的另一个重要方面是生物的呼吸消耗 12.4.2 食物链层次上的能流分析 把每一个物种都作为能量生态学：生态系统12.4.3 生态系统层次上的能流分析 把每个物种都归属于一个特定的营养级中（依据该物种主要食性），然后精确地测定每一个营养级能量的输入值和输出值 这种分

44、析多见于水生生态系统 12.4.3 生态系统层次上的能流分析 把每个物种都归属于一1. 1957年，HTOdum对美国佛罗里达州的银泉（Silver spring）进行了能流分析 当能量从一个营养级流向另一个营养级时，其数量急剧减少 1. 1957年，HTOdum对美国佛罗里达州的银泉（S2. Cedar Bog湖的能流分析 2. Cedar Bog湖的能流分析 森林生态系统的能流分析 森林生态系统的能流分析 过程 起点：始于生产者固定太阳能 （输入能量） 渠道：沿食物链的营养级依次传递（转移能量） 终点：最终以呼吸热的形式散失 （输出能量）特点 传递数量：逐级递减，传递效率为10%20%原因

45、: 呼吸热散失 部分个体未被利用（生物体自身储备能源） 分解者分解（残枝败叶动植物尸体，枯枝落叶，粪便）在一个生态系统中，营养级越多，消耗能量越多，所以食物链一般不超过5个营养级。 传递方向：单向流动不能循环流动：生态系统输出的呼吸热不被生产者固定不能逆向流动：食物链营养级关系不能逆转 1101001000过程110100100012.5 能量流动模型 12.5 能量流动模型 能流分析意义之一使能量流向有益于人类的生产和生活退耕还林还草禁止秸秆燃烧 能流分析意义之一使能量流向有益于人类的生产和生活农作物太阳辐射秸杆糖化饲料家畜产品输出食用菌产品输出菌床杂屑蚯蚓排泄物杂屑产品输出肥料农作物太阳辐

46、射秸杆糖化饲料家畜产品输出食用菌产品输出菌床杂屑能流分析意义之二保护自然环境，发展自然资源，防止系统内能量流动受阻。 能流分析意义之二保护自然环境，发展自然资源，防止系统内能13. 生态系统中的物质循环13.1 物质循环的一般特征1.物质循环和能量流动总是相伴发生的。2.生态系统中的物质的流动是循环式的，注意两点： 一是物质循环带有全球性质，故又叫生物地球化学循环（biogeochemical cycle） ； 二是物质指的是什么物质，主是指C、H、O、N、P、S等元素的循环 13. 生态系统中的物质循环13.1 物质循环的一般特征2.物质循环是指群落与环境之间生命基本元素的循环运动，包括：

47、系统内物质输入与输出，以及营养级之间的交换过程。 具有全球性质2.物质循环是指群落与环境之间生命基本元素的循环运动，包括：3.物质循环与能量流动的区别与联系由于呼吸热能不能再被生产者利用,能量单向流动，逐级递减；而各种无机物如二氧化碳可以被植物再次固定,所以物质循环运动能流、物流的渠道相同,都是食物链或食物网。 物质是能量的载体，能量是物质循环的动力.能量流动伴随物质循环 3.物质循环与能量流动的区别与联系生态学：生态系统3.生物地化循环可以用“库”（pools）和“流通率”（flux rates）两个概念加以描述。 库(pools)是由存在于生态系统某些生物或非生物成分中一定数量的某种化学物

48、质所构成的 . 是指某一物质在生物或非生物环境暂时滞留(被固定或贮存)的数量.根据库的大小和活跃程度常将其分为两类： (1)贮存库，其容积大而活动缓慢，一般为非生物成分，如岩石或沉积物； (2)交换库或循环库，营养物质在生物和其环境之间进行迅速交换的较小而又非常活跃的部分。 流通率: 物质在生态系统单位面积（或单位体积）和单位时间的移动量。 3.生物地化循环可以用“库”（pools）和“流通率”（fl生态学：生态系统13.2 生物地化循环的类型 1.物质在整个生物圈各圈层之间的循环，称生物地球化学循环。 生物地化循环可分为三大类型:水循环气体型循环（gaseous cycles）：氧、二氧化碳

49、、氮、氯、溴和氟等 沉积型循环（sedimentary cycles）：磷、钙、钾、钠、镁、铁、锰、碘、铜、硅等 13.2 生物地化循环的类型 1.物质在整个生物圈各圈层之间有机体的97%以上是由氧、碳、氢、氮和磷五种元素组成 有机体的97%以上是由氧、碳、氢、氮和磷五种元素组成 13.3 水的全球循环 13.3 水的全球循环 生态学：生态系统地球上的水循环通过三条主要途径完成，即降水、蒸发和水蒸汽输送 单位是千立方千米/年 地球上的水循环通过三条主要途径完成，即降水、蒸发和水蒸汽输送1.水中携带着大量的多种化学物质（各种盐和气体）周而复始地循环，极大地影响着各类营养物质在地球上的分布。 2.

50、水对于能量的传递和利用也有着重要影响 3.水的主要循环路线是从地球表面通过蒸发进入大气圈，同时又不断从大气圈通过降水而回到地球表面 ,达到了一种平衡状态 4.太阳是推动水在全球进行循环的主要动力5.陆地每年都把多余的水通过江河源源不断输送给大海 6.地球上被结合在岩石圈和沉积岩里的水，这部分水是不参与全球水循环的。7.降水和蒸发的相对和绝对数量以及周期性对生态系统的结构和功能有着极大影响 1.水中携带着大量的多种化学物质（各种盐和气体）周而复始地循水循环的地理意义1）水资源不断更新。2）维持全球水的平衡3）进行能量交换和物质转移。4）不断塑造着地表形态水循环的地理意义人类对水循环的影响空气污染

51、，刺激水汽凝结过程而降水，也影响水质改变地面，增加径流：城市硬覆盖，水土流失过度利用地下水：土地下沉，咸水入侵水的再分布：水库等人类对水循环的影响空气污染，刺激水汽凝结过程而降水，也影响水13.4 碳循环 1.碳的重要性 2.碳库 大气；海洋；生物机体；岩石圈；化石燃料（石油和煤等） 交换库和储存库 3.形态：常随所在库而不同。岩石圈中主要以碳酸盐的形式存在，在大气圈中以二氧化碳和一氧化碳的形式存在，在水圈中以多种形式存在，在生物库中则存在着几百种被生物合成的有机物质。13.4 碳循环 1.碳的重要性 海洋是大气含碳量的50倍。最重要的碳流通率是大气与海洋的碳交换 岩石圈中的碳也可以重返大气圈

52、和水圈，主要是借助于岩石的风化和溶解、化石燃料的燃烧和火山爆发等 海洋是大气含碳量的50倍。最重要的碳流通率是大气与海洋碳的地球化学循环 碳的地球化学循环控制了碳在地表或近地表的沉积物和大气、生物圈及海洋之间的迁移,而且是对大气二氧化碳和海洋二氧化碳的最主要的控制 碳的地球化学循环 碳的地球化学循环控制了碳在地表或近地表的沉生态学：生态系统碳的生物循环 碳的生物循环包括了碳在动、 植物及环境之间的迁移 碳的生物循环 碳的生物循环包括了碳在动、 植物及环境之间的迁 1）大气圈中（以CO2的形式）的碳循环的基本路线是：从大气储存库到植物和动物，再从动植物通向分解者，最后又回到大气中去。二氧化碳在大

53、气中的平均浓度是0.032（或320100万，即320ppm） 2）循环的物质形式是二氧化碳，从无机环境进入生物群落是通过生产者的光合作用，从生物群落进入无机环境主要是通过生物的呼吸作用(包括生产者、消费者、分解者的呼吸作用)，此外还以化石燃料的形式储藏于地层中及化石燃料的燃烧。 生态学：生态系统3）生物圈中碳的循环主要有三条途径： 一是始于绿色植物并经陆生生物与大气之间的碳交换；第二条途径是海洋生物与大气间的碳交换；碳酸盐的沉淀作用是碳循环的第三条途径，生物残体也可沉入海底或湖底而离开生态系统碳循 另外人类对化石燃料的应用也起到重要作用3）生物圈中碳的循环主要有三条途径：5.特点 带有全球性

54、.岩石圈和化石燃料是碳的储存库; 大气圈、水圈和生物圈构成碳的交换库 气态型循环:主要形式为二氧化碳 通过光合作用进入生物群落 以多条途径返回无机环境 生物体的呼吸作用 分解者分解生物遗体或遗物 化石燃料的综合作用 自然状态下,自然界中碳循环维持动态平衡。大气中的CO2大约20年就完全更新一次 5.特点问 题温室效应 夏威夷莫纳罗亚大气中二氧化碳浓度的上升情况 问 题温室效应 夏威夷莫纳罗亚大气中二氧化碳浓度的上升情况生态学：生态系统13.4 氮的循环 1.氮的作用 在自然界，氮元素以分子态（氮气）、无机结合氮和有机结合氮三种形式存在。 13.4 氮的循环 1.氮的作用2.氮库1） 大气2） 土壤和陆地植被2.氮库生态学：生态系统氮循环氮循环3.固氮方式 1）固氮作用：首先需要分子氮激活，使其分裂为两个自由氮原子（N22N），这个过程需要消耗能量。所有固氮生物都需要从外部提供碳化合物作为一种能源 2）氨化作用 是蛋白质通过水解降解为氨基酸，然后氨基酸中的碳被氧化而释放出氨的过程。 3）硝化作用 是氨的氧化过程。4）反硝化作用（也称脱氮作用） 反硝化作用是指把硝酸盐等较复杂的含氮化合物转化为N2、NO和N2O的过程，这个过程是由细菌如假单孢菌属（Pseudomonas）和真菌参与的。 3.固氮方式 5氮的全球平衡 全球每年的固氮量为92