生态学基础课件-生态系统的一般特征

第五章生态系统第五章生态系统5.1生态系统的一般特征导入基本概念生态系统的组成与结构食物链与食物网营养级与生态金字塔5.1生态系统的一般特征5.1.1基本概念（1）系统（system)概念 由各自独立但相互作用的各部分所形成的统一体称为系统。构成系统的条件由许多成分组成；各成分彼此联系，互相作用；具有独立和特定的功能。（2）生态系统（ecosystem）5.1.1基本概念（1）系统（system)（2）生态系统1866年德国动物学家赫克尔（Haeckel）首次提出生态学（ecology）的概念，但当时的意思是研究生物住所的科学,（ecology源于希腊文，意为住所研究）；1875年，奥地利地质学家修斯首次提出生物圈的概念。1926年，前苏联的地球化学家维尔纳茨基作了“生物圈”的报告后，生物圈才成为现代生态学的基本概念。直至20世纪初，生态学才作为一门独立的科学。生态系统的概念生态系统的特征（2）生态系统1866年德国动物学家赫克尔（Haeckel）概念生物群落和环境相互作用的统一体。（作用：物质和能量的交换）。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进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体。生态系统是一个功能单位，而不是生物学中的分类单位。且作为系统，必须满足三个条件：由许多成分组成；各成分间是彼此联系，相互作用的；具有独立的、特定的功能。概念生物群落和环境相互作用的统一体。（作用：物质和能量的交换特征：是一个开放系统具有同外界进行物质和能量交换的能力，能量流动、物质循环、信息传递是生态系统的三大功能。能量：单向流动——接受太阳光能，最终以热能形式耗散，不能循环。物质：循环流动—无机物（N、O、P…）→有机物（植物）→动物→经微生物分解→无机物信息传递则包括营养信息、化学信息、物理信息和行为信息，构成了行为网。通常物种组成的变化，环境因素的改变和信息系统的破坏是导致自我调节失效的三个主要原因处于运动之中它是发展的，即使出现平衡，也只是相对平衡和动态平衡，如人口增长率为0，也是有生有死。具有自我恢复和调节能力少量三废的排放，经自然界微生物的分解，也可达到净化。是不断发展、进化和演变形成的从猿到人，是进化的结果；熊猫则是蜕化的例子。特征：是一个开放系统5.1.2生态系统的组成与结构

组成

结构5.1.2生态系统的组成与结构生态系统生态系统的结构非生物成分：

太阳辐射能，无机物质,有机物质生物成分（三大功能类群）：生产者、消费者，还原者

生态系统（Ecosystem）

在一定空间内由生物和非生物成分组成的一个功能整体及生物圈能流和物质循环的一个功能单位。生态系统生态系统的结构生态系统（Ecosystem）

（1）组成

（1）组成（2）结构生态系统结构的一般模型见图5-1。生产者通过光合作用合成有机物，属自养生物自养生物的生产称为初级生产（primaryproduction）消费者摄食由植物制造的有机物，属异养生物异养生物的生产称为次级生产（secondaryproduction）分解者将有机物分解为简单的无机物陆地生态系统与水生生态系统营养结构的比较见图5-2。（2）结构生态系统结构的一般模型见图5-1。初级生产基本概念植物所固定的太阳能或所制造的有机物质称为初级生产量或第一性生产量（primaryproduction）。总初级生产量=净初级生产量+呼吸消耗的能量，即

GP=NP+R

（J/m2·a）或（g/m2·a）各种生态系统的净生产力全球：115×109t/a（陆地）+55×109t/a（海洋）海洋：河口湾和上涌区高，深海低陆地：热带雨林最高，其它依次为：温带常绿林，落叶林北方针叶林，稀树草原，温带草原，寒漠和荒漠沼泽和作物栽培地高初级生产基本概念植物所固定的太阳能或所制造的有机物质称为初级图5-1生态系统结构的一般模型图5-1生态系统结构的一般模型次级生产一般生产过程（见图）动物种群的能量收支次级生产一般生产过程（见图）图次级生产量的一般生产过程图次级生产量的一般生产过程图5-2陆地生态系统与水生生态系统营养结构的比较

陆地生态系统：

母质—土壤—草本植物—无脊椎动物—食草性昆虫和哺育动物或陆地鸟类及其它—微生物

水生生态系统：

母质—沉积物—浮游植物—浮游动物—水中底栖无脊椎动物—水中鱼类—微生物图5-2陆地生态系统与水生生态系统营养结构5.1.3食物链和食物网概念食物链的类型食物网举例5.1.3食物链和食物网概念1概念食物链（foodchain）各种生物按其食物关系排列的链状顺序。食物网（foodweb）食物链彼此交错连结，形成一个网状结构。1概念食物链（foodchain）2

食物链的类型捕食食物链以生产者为基础，后者与前者是捕食性关系，构成方式是：植物→植食性动物→肉食性动物。如草原上的青草→野兔→狐狸→狼；碎食食物链以碎食为基础，碎食是由高等植物的枯枝落叶等形式被其它生物所利用，分解成碎屑，然后再为其它多种动物所食。构成方式为：碎食物→碎食物消费者→小型肉食动物→大型肉食动物；寄生性食物链以宿生与寄生物构成，以大型动物为基础，继之以小型动物、微型动物、细菌和病毒，后者与前者为寄生关系，构成方式为：哺育动物或鸟类→跳蚤→原生动物→细菌→病毒；腐生性食物链以动物的遗体为基础，被微生物分解利用，后者与前者为腐生性关系2食物链的类型捕食食物链3食物网举例一个陆地生态系统的部分食物网（见图5-3）草原食物网（见图5-4）落叶林食物网（见图5-5）3食物网举例图5-3一个陆地生态系统的部分食物网图5-3一个陆地生态系统的部分食物网图5-4草原食物网图5-4草原食物网图5-5落叶林食物网图5-5落叶林食物网4营养级与生态金字塔概念营养级（trophiclevels）：处于食物链某一环节上的所有生物种的总和；生态金字塔（ecologicalpyramid）：生态系统中的能量、生物量或生物个体数目均通过营养级逐级减少，将其由低到高绘制成图，就成为一个金字塔形，可分别称为：能量金字塔（pyramidofenergy）生物量金字塔（pyramidofbiomass）数量金字塔（pyramidofnumbers）三类金字塔统称为生态金字塔。美国佛罗里达银泉生态系统食物链的能流分析（图5-6）金字塔的倒置4营养级与生态金字塔概念生态金字塔类型：

数量金字塔

生物金字塔

能量金字塔能流能流特征：逐级减少，单方向性营养水平

绿色植物(一级）

食草动物（二级）

肉食动物（三级）生态金字塔类型：能流图5-6美国佛罗里达银泉生态系统食物链的能流分析图5-6美国佛罗里达银泉生态系统食物链的能流分析图5-7能量金字塔图5-7能量金字塔图5-8生物量金字塔图5-8生物量金字塔图5-9数量金字塔图5-9数量金字塔生物量金字塔的倒置能量金字塔总是保持金字塔形；生物量金字塔的倒置海洋生态系统中的浮游植物与其上一级的浮游和底栖动物在某一时刻的金字塔是倒置的；但以年为单位时仍为正置；数量金字塔的倒置寄生性食物链中，寄生者的数量往往多于宿主；个体小的消费者的数量往往多于个体大的生产者，如昆虫与树木。生物量金字塔的倒置能量金字塔总是保持金字塔形；推荐阅读文献与思考题推荐阅读文献[1][美]OdumEP.孙儒泳，钱国桢，林浩然，等译.生态学基础.北京：科学出版社，1981思考题怎样理解生态系统，生态系统具有什么特征？什么是食物链、食物网和营养级？推荐阅读文献与思考题推荐阅读文献5.2生态系统的主要过程5.2生态系统的主要过程生态系统的物种流动生态系统的能量流动生态系统的物质循环生态系统的信息传递生态系统中的分解生态系统的物种流动5.2.1生态系统的物种流动物种流的概念与意义物种流的一些特点物种流对生态系统的影响5.2.1生态系统的物种流动物种流的概念与意义5.2.2生态系统中的能量流动生态系统中能量存在的形式生态系统中的能源生态系统中的能量流动生态系统能流模型生态系统中能量流动的特点生态系统中的生态效率5.2.2生态系统中的能量流动生态系统中能量存在的形式5.2.2.3生态系统中的能量流动食物链层次上的能流分析生态系统层次上的能流分析5.2.2.3生态系统中的能量流动（1）食物链层次上的能流分析植物—田鼠—鼬组成的食物链见图5.2.2-1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，大部分通过呼吸以热的形式耗散；食物链层次越高，能量损失越大；食物链层次越高，净次级生产量越低；能量损失还应考虑生态系统能量的输入和输出植物不完全被田鼠利用；种群密度增大时，迁徙也引起能量的流失；食物链上低层次物种丰富时，也有高层次物种的迁入。（1）食物链层次上的能流分析植物—田鼠—鼬组成的食物链见图5图5.2.2-1食物链层次上的能流分析

a为前一环节NP的%；b为未吃；c为吃后未同化（J/hm2·a）图5.2.2-1食物链层次上的能流分析

a为前一环节N（2）生态系统层次上的能流分析生态系统层次上的能流分析依据物种的主要食性，将物种归属于特定的营养级中，并精确测定每个营养级能量的输入与输出值。这种分析主要用于水生生态系统——边界明确。分析实例水生生态系统的能流分析银泉（流水）的能流分析（图5.2.2-2）比较固定太阳能的效率，流水比静水高10倍消耗于呼吸的能量，流水比静水高2.5倍静水系统中净生产量大部分沉入湖底，形成泥炭，流水系统中大部分被带入下游地区。森林生态系统的能流分析人工松林18年间的能流分析（图5.2.2-3）森林生态系统的营养流动（图5.2.2-4）（2）生态系统层次上的能流分析生态系统层次上的能流分析 图5.2.2-1银泉的能流分析

a.按营养级流动时，数量急剧减少；

b.净初级生产量的57.6%未被利用，消耗于呼吸或流向分解者；

c.该生态系统只能维持四个营养级。 图5.2.2-1银泉的能流分析

a.按营养级流动时生态学基础课件——生态系统的一般特征 图5.2.2-2一个栽培松林18年间的能流分析

a.固定能量的38%时沿碎屑食物链流动；

b.以木材形式流动的能量占24%；

c.沿捕食食物链流动的仅占1%。

图5.2.2-2一个栽培松林18年间的能图5.2.2-3森林生态系统的营养流动图5.2.2-3森林生态系统的营养流动5.2.2.4生态系统能流模型普适模型（图5.2.2-4）美国生态学家E.P.Odum于1959年提出方框表示营养级和贮存库箭头表示能流方向能流通道的粗细表示能流量的多少；大方框表示生态系统的边界。普适模型的解读两个能量输入通道：日光能通道粗者大体为自养生态系统，反之大体为异养生态系统；三个能量输出通道：未固定的日光能，生物的呼吸，有机物质的流失普适模型的研究结果能量从一个营养级到另一营养级，转化率在5-30%之间，从植物到植食性动物的转化率约10%，从植食性动物到肉食性动物之间约为15%5.2.2.4生态系统能流模型普适模型（图5.2.2-4图5.2.2-4一个普适的生态系统能流模型图5.2.2-4一个普适的生态系统能流模型5.2.2.5生态系统中能量流动的特点5.2.2.5生态系统中能量流动的特点5.2.2.6生态效率常用的几个能量参数营养级位之内的生态效率营养级位之间的生态效率5.2.2.6生态效率（1）常用的几个能量参数摄取量（I）一个生物所摄取的能量。植物：I代表被光合作用所吸收的日光能；动物：I代表动物吃进的食物能。同化量（A）消费者吸收所采食的食物能动物：消化道内吸收的能量植物：光合作用所固定的日光能微生物：细胞外产物的吸收呼吸量（R）生物经呼吸等新陈代谢活动所消耗的全部能量生产量（P）生物经呼吸等消耗后净剩的同化能量动物：P=A-R植物：净初级生产量（1）常用的几个能量参数摄取量（I）图次级生产量的一般生产过程图次级生产量的一般生产过程（2）营养级位之内的生态效率同化效率（Ae）生长效率（2）营养级位之内的生态效率同化效率（Ae）（3）营养级位之间的生态效率消费效率（或利用效率）是一种度量一个营养级位对前一营养级位的相对采食能力或利用能力，一般为25-35%林德曼效率相当于同化效率、生长效率和消费效率的乘积，或称为营养级间的同化能量的比值，曾被认为是一个重要的生态学定律，即十分之一定律（图5.2.2-5）十分之一定律一般限于湖泊生态系统，其它有的可高达30%，有的则仅有1%（3）营养级位之间的生态效率消费效率（或利用效率）消费效率林德曼效率消费效率图5.2.2-5某湖泊食物链的能塔图图5.2.2-5某湖泊食物链的能塔图推荐阅读文献与思考题推荐阅读文献[1][美]OdumEP.孙儒泳，钱国桢，林浩然，等译.生态学基础.北京：科学出版社，1981思考题说明同化效率、生长效率、消费效率和林德曼效率的关系？推荐阅读文献与思考题推荐阅读文献5.2.3生态系统中的物质循环物质循环的一般特点生物地球化学循环的类型5.2.3生态系统中的物质循环物质循环的一般特点5.2.3.1物质循环的一般特点概念生命与元素物质循环的模式5.2.3.1物质循环的一般特点概念1、概念物质循环（cycleofmaterial）生态系统从环境中获得营养物质，通过绿色植物吸收，再经其它生物重复利用，最后归还于环境的过程。生物地球化学循环（Biogeo-chemicalcycle）物质循环的另一种表述。能量——流动物质——循环能量流动+物质循环=生态系统的统一整体1、概念物质循环（cycleofmaterial）2、生命与元素生命所需的元素主要有两类：大量元素（macronutrient），大多数生物必需的元素，包括含量超过生物体重1%以上的元素，如：C、O、H、N、P等；含量为生物体干重0.2-1%之间的元素，如：S、Cl、K、Ca、Mg、Fe、Cu等。微量元素（micronutrient），某些生物必需的元素，包括Al、B、Br、Cr、Co、F、Ga、I、Mn、Mo、Se、Si、Sr、Sn、Sb、V、Zn等；有机物通过光合作用合成过程的必需元素：N、P及微量Zn、Mo等。

2、生命与元素生命所需的元素主要有两类：3、物质循环的模式名词解释池塘生态系统的物质循环模式影响循环速率的重要因素3、物质循环的模式名词解释

a.名词解释库（pool）：存在于生物或非生物体内的某种化合物的多余部分；流通（flow）：库与库之间的转移流通率：单位时间、单位面积内通过的营养物质（量），通常用绝对值表示（物质/单位面积·

单位时间）；周转率（turnoverrate）：流通率与库中物质总量的比率周转时间（turnovertime）：周转率的倒数

a.名词解释库（pool）：存在于生物或非生物体内的某b.池塘生态系统的物质循环模式池塘生态系统中库与库流通的模式见图5.2.3.1。b.池塘生态系统的物质循环模式池塘生态系统中库与库流通的模图5.2.3-1池塘生态系统中库与库流通的模式图四个库：沉积层，水体，生产者，消费者各个库的流通率：沉积层-水体：20；水体-生产者：20；生产者-消费者：4；消费者-沉积层：4周转率沉积层：(20/5000)=0.004周转时间沉积层：(1/0.004)=250(a)沉积层中营养物质的更新需要250年图5.2.3-1池塘生态系统中库与库流通的模式图四个库：c.影响循环速率的重要因素循环元素的性质元素自身的性质以及被生物有机体利用的方式生物的生长速率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；有机物分解速率分解者及分解环境c.影响循环速率的重要因素循环元素的性质5.2.3.2生物地球化学循环类型水循环（watercycle）生态系统中所有物质循环的基础和前提，单独列出气体型循环（gaseouscycle）贮存库是大气和海洋全球性，完善型，高速度。主要有氧、二氧化碳、氮等；沉积型循环（sedimentarycycle）贮存库是岩石圈和土壤圈，与水有联系速度慢，性能不完善，主要有磷、钙、钾、钠、镁、铁、铜等有毒有害物质循环5.2.3.2生物地球化学循环类型水循环（watercyc1、水循环全球水循环全球水循环示意图见图5.2.3-1全球水资源概况见表5.2.3-1水循环的特点全球的降水量和蒸发量相等，但存在地区差异；地表径流携带大量营养物质，造成高地贫瘠，低地肥沃；冰雪的溶化可以调节气温，保持生态稳定。1、水循环全球水循环图5.2.3-1全球水循环图5.2.3-1全球水循环表5.2.3-1全球水资源概况

注：平均误差10-15%，*未计入南北极冰块的溶化量（引自Smith,1980）表5.2.3-1全球水资源概况

注：平均误差10-152、气体型循环 气体型循环包括氧、碳、氮、氯、溴、氟等，研究最多的是碳和氮。碳循环氮循环2、气体型循环 气体型循环包括氧、碳、氮、氯、溴、氟等，研究（1）碳循环碳的来源及储存是一切生物体中最基本的成分，有机体干重的45%以上是碳。地球上碳的储存量约为26×1015

t。碳的储存库岩石圈：占总量的99.9%，主要以碳酸盐形式存在；海洋：海洋中CO2的含量约为0.1%；大气：大气中CO2的含量约为0.0126%，总量约7000×108

t，每年只有200-300×103

t为光合作用利用，却有1000×108

t以碳酸盐形式溶于水，并流入大海。森林：约储存碳1.7×1010

t，相当于大气中碳的2/3。碳的循环从光合作用开始，合成植物，进入生物链，再分别回归储存库，见图5.2.3-3。碳循环的特点速度快：最快几分钟或几小时，一般几周或几个月；大气中的CO2能吸收太阳的短波辐射并阻挡地球的长波反射；保持地球温度的稳定；（1）碳循环碳的来源及储存图5.2.3-3生态系统中的碳循环图5.2.3-3生态系统中的碳循环5.3.2氮循环氮是蛋白质的基本成分，是生命结构的原料。氮必须被固定后，才能进入生态系统，参与循环。固氮作用高能固氮：闪电、宇宙射线、陨石、火山爆发等活动，将大气中的N2转化成氨或硝酸盐，随降雨到达地表；工业固氮：工业固氮能力在20世纪末已达1×108t；主要是氮肥；生物固氮：是最重要的固氮途径，约占地球固氮的90%，具有固氮能力的生物主要有固氮菌、根瘤菌及某些藻类和细菌等。氮的循环（见图5.2.3-4）含氮有机物的转化和分解氨化作用：由氨化细菌和真菌将有机氨分解成为氨与氨化物；硝化作用：由亚硝酸盐与硝酸盐细菌转化为亚、硝酸盐；反硝化作用：又叫脱氮作用，将亚硝酸盐转变为N2回到大气。人类对于氮循环的影响有三个方面汽车尾气、化石燃料化肥氮过度开发利用，破坏自然生态系统氮素平衡5.3.2氮循环氮是蛋白质的基本成分，是生命结构的原料。图5.2.3-4生态系统中的氮循环图5.2.3-4生态系统中的氮循环3、沉积型循环主要是某些矿物质元素的循环，是一种不完全循环。对生态系统影响比较大的主要有磷和硫的循环。磷循环硫循环3、沉积型循环主要是某些矿物质元素的循环，是一种不完全循环。（1）磷循环磷是生物不可缺少的重要元素参与代谢过程；是核酸、细胞膜和骨骼的主要成分；是细胞内一切生化作用的能量磷的循环（图5.2.3-5）磷的沉积磷随着动植物残骸沉入深海后，几乎没有回到陆地的有效途径；磷以磷矿的形式开采利用后，加速了磷的消耗，全世界磷的蕴藏量只能维持100a左右；磷将成为人类和陆地生物的生命活动的限制因子。（1）磷循环磷是生物不可缺少的重要元素图5.2.3-5生态系统的磷循环图5.2.3-5生态系统的磷循环（2）硫循环硫是原生质体的重要组分；空气中的硫含量与人的健康密切相关；硫循环（图5.2.3-6）与磷循环相似，但硫循环要经过气体型阶段；硫的主要蓄库是岩石圈，有一个较短的气体阶段；硫进入生态系统的途径：生物分解：如铁硫杆菌将硫转变为硫酸盐；侵蚀与风化：无机硫经细菌作用还原为硫化物，再氧化为硫酸盐；火山爆发：释放硫化氢；人类活动：硫的开采，化石燃料的燃烧。人类每年向大气中排放SO2已达1.47×108

t，80%源自燃烧煤。（2）硫循环硫是原生质体的重要组分；空气中的硫含量与人的图5.2.3-6生态系统中的硫循环图5.2.3-6生态系统中的硫循环4、有毒有害物质循环有毒有害物质循环的一般特点概念：对有机体有毒有害的物质进入生态系统，通过食物链富集或被分解的过程。大多数有毒物质（人工合成的大分子有机物和重金属离子）难以在有机体的代谢过程被排除，经同化作用富集而造成有机体的中毒甚至死亡。某些有毒物质经生物转化后使毒性增加，如汞转化为甲基汞。有毒有害物质的控制减少排放；回收利用；无害化处理。有毒有害物质循环实例DDT汞4、有毒有害物质循环有毒有害物质循环的一般特点DDTDDT的特点一种人工合成的有机氯杀虫剂，发明者获得诺贝尔奖；化学性能稳定，不易分解但易扩散的有毒大分子有机物；1981年，我国参加了世界卫生组织举办的对人体中有机氯（农药）的检测，如连云港地区：母亲乳汁中含“六六六”600mg/l，“DDT”400mg/l，婴儿胎盘中“六六六”890mg/l，“DDT”610mg/l，超过容许量的10倍。并且，导致胎儿早产，发育不良，甚至致癌、致畸；1983年，中国决定停止有机氯农药的生产；发达国家在70年代已停止生产，但至今在南北极仍可检测到DDT。

DDT在母乳与胎儿中的含量（图5.2.3-7）DDT在食物链中的富集（图5.2.3-8）DDTDDT的特点图5.2.3-7母乳与胎儿身体中DDT和PCB的含量

（mg/kg）图5.2.3-7母乳与胎儿身体中DDT和PCB的含量

图5.2.3-8从浮游生物到水鸟的食物链中DDT的质量分数

（×10-6）的增加图5.2.3-8从浮游生物到水鸟的食物链中DDT的质量汞汞在生物体内易与中枢神经系统的某些酶结合，引起神经错乱，昏迷甚至致死；汞能与一种蛋白质一起对DNA发生作用并形成专一性结合，造成胎儿先天畸形；汞在生态系统中经卫生作用转化为有机汞，具有脂溶性，不仅更易富集，且毒性更大。汞的富集实例（表5.2.3-2）汞汞在生物体内易与中枢神经系统的某些酶结合，引起神经错乱，昏表5.2.3-2汞在水生物中的富集

汞浓度ppm浓缩系数食肉娃鱼1-210000-20000小鱼0.1-0.31000-3000低等动物0.02-0.05200-500植物0.01-0.02100-200海水0.0001

表5.2.3-2汞在水生物中的富集

汞浓度ppm浓缩系数推荐阅读文献与思考题推荐阅读文献[美]OdumEP.孙儒泳，钱国桢，林浩然，等译.生态学基础.北京：科学出版社，1981

思考题名词解释：库，流通，流通率，周转率，周转时间。影响物质循环速率的主要因素有哪些？怎样影响？气体型循环物质与沉积型循环物质在生态系统中的循环有哪些异同？有毒有害物质的循环具有什么特点，怎样控制？推荐阅读文献与思考题推荐阅读文献5.2.4生态系统中的信息及其传递1、信息与信息量信息：是物质的主要属性之一，源于通讯科学，在生态系统中，环境为信息源（图5.2.4-1）信源：信息的产生者信宿：信息的接受者信息量：信息的多少。信息量的多少决定信息的传递方向。信息传递信息势差：信源与信宿之间信息量的差值。信息只能从高信息态传向低信息态；信息势差越大，信息传递的速度（信息流）越快。5.2.4生态系统中的信息及其传递1、信息与信息量2、信息及其传递生态系统中的信息种类物理信息：包括光、声、电、热、磁等；化学信息：生物代谢产生的物质，如酶、维生素、生长素、抗生素、性引诱剂等；行为信息：主要存在于动物，不同个体相遇时所表现的行为格式，如表示相识，威胁，炫耀，求偶等。营养信息：生态系统中食物链的每一层次数量的增减都成为其它层次数量增减的信息。2、信息及其传递生态系统中的信息种类物理信息及其传递光信息：光的强弱，光的质量，光照时间声信息：听觉，声纳定位，声音的丧失电信息：生物放电，对电信号的敏感，植物细胞的电刺激；磁信息：生物的第六感觉，生物运动的方向和定位；色信息：花朵艳丽的色彩，雄鸟肩羽颜色的改变。化学信息及其传递动物和植物间的信息：气味，激素动物之间的信息：信息素植物之间的信息：分泌物，包括化学亲和物质和抑制物质。行为信息及其传递限于动物，如舞蹈及其它形体语言营养信息及其传递（图5.2.4-2）物理信息及其传递图5.2.4-1密尔勒（Miller）将生态系统划分为19个子系统

I为信息，M为物质，H为热耗散图5.2.4-1密尔勒（Miller）将生态系统划分为1图5.2.4-2松鼠数量波动与云杉种子收成之间的关系图5.2.4-2松鼠数量波动与云杉种子收成之间的关系5.2.5生态系统中的分解分解过程的性质分解者资源质量与分解作用的关系理化环境对分解作用的影响5.2.5生态系统中的分解（1）分解过程的的性质分解是有机物逐步降解为无机物的过程，也是光合作用的相反过程。分解是一个复杂的过程；在分解者亚系统中，大部分动物可以既是消费者，又是分解者（图5.2.5-1）。分解过程是由一系列阶段组成的；多样性分解—→特异性分解；好氧性分解—→缺氧性分解—→厌氧性分解；高浓度分解—→低浓度分解（1）分解过程的的性质分解是有机物逐步降解为无机物的过程，也图5.2.5-1森林落叶层中的部分食物网图5.2.5-1森林落叶层中的部分食物网（2）分解者微生物细菌：群体生长型，但在有氧条件下对木质素和纤维素分解能力差；真菌：丝状生长型，能分解木质素和纤维素，但在缺氧条件下分解能力差；动物小型土壤动物：体宽小于100μm，如原生动物，线虫，轮虫等，不能碎裂枯枝落叶，属粘附型；中型土壤动物：体宽100μm—2mm，如弹尾目昆虫，螨虫等，对碎裂贡献小，主要分解大型动物的粪便；大型（2~20mm）和巨型（>20mm）土壤动物：如蜗牛，大蚯蚓等，主要起碎裂作用，改善土壤结构，调节微生物种群。水生生态系统中的分解者基本特点与陆地生态系统的分解者相同（2）分解者微生物（3）资源质量与分解作用的关系资源质量主要包括两个方面有机物质的种类（图5.2.5-2）营养物质的浓度营养物质：N分解者身体组织中的C：N比约10：1一般植物组织的C：N比约为（40-80）：1最适宜的C：N比约为（25-30）：1（3）资源质量与分解作用的关系资源质量主要包括两个方面图5.2.5-2植物枯枝落叶中各种成分的分解曲线

前面数字表示年减少率；后面数字表示各成分质量占总质量的质量分数图5.2.5-2植物枯枝落叶中各种成分的分解曲线

前面（4）理化环境对分解作用的影响有机物的积累随纬度升高而增高，分解率则随纬度升高而降低（图5.2.5-3）纬度升高，温度和湿度降低；纬度降低，物脊椎动物也起分解作用。同纬度地区的差别取决于土壤类型与有机物的特点土壤中的氧含量影响微生物的生命过程；低温条件有利于有机物的积累。生态系统分解特征指标——分解指数KK=I/X式中：K—分解指数

I—死有机物年输入总量（g）X—生态系统中死有机物质总量（或现存量），g。不同生态系统分解特点的比较（4）理化环境对分解作用的影响有机物的积累随纬度升高而增高，图5.2.5-3分解速率和有机物积累率随纬度的变化图5.2.5-3分解速率和有机物积累率随纬度的变化5.3生态系统服务与

主要生态系统功能生态系统服务内容自然生态系统功能5.3生态系统服务与

主要生态系统功能生态系自然生态系统功能※自然生态系统分布格局※自然生态系统功能自然生态系统功能※自然生态系统分布格局※自然生态系统功能自然生态系统分布格局生态系统的类型及分布陆地生态系统的分布规律自然生态系统分布格局生态系统的类型及分布生态系统类型及分布陆地生态系统湿地生态系统：水域生态系统森林生态系统草地生态系统荒漠生态系统苔原生态系统海洋生态系统淡水生态系统陆地和水域的过渡类型热带雨林生态系统常绿阔叶林生态系统落叶阔叶林生态系统常绿落叶阔叶混交林生态系统针叶林生态系统草甸草原生态系统典型草原生态系统荒漠草原生态系统生态系统类型及分布陆地生态系统湿地生态系统：水域生态系统森林陆地生态系统的分布规律纬度地带性经度地带性垂直地带性陆地生态系统的分布规律纬度地带性纬度地带性由于太阳高度角及其季节变化因纬度而不同，太阳辐射量及与其相关的热量也因纬度而异，从赤道向两极温度递减。由于热量沿纬度变化，出现群落和生态系统类型的有规律更替，如从赤道向北极依次出现热带雨林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、北方针叶林与苔原。纬度地带性由于太阳高度角及其季节变化因纬度而不同，太阳辐射量经度地带性在北美和欧亚大陆，由于海陆分布格局与大气环流特点，水分梯度常沿经向变化，因而导致群落和生态系统经向分异，即由沿海湿润区的森林，经半干旱的草原至干旱的荒漠。与纬度地带性表现的自然规律不同，经度地带性是局部大陆的自然地理现象。

经度地带性在北美和欧亚大陆，由于海陆分布格局与大气环流特点，垂直高度地带性海拔高度每升高100米，气温下降0.4-0.6℃，降水最初随高度增加而增加，超过一定高度增加而降低。由于海拔高度的变化，常引起群落和生态系统有规律的更替。表现垂直带谱：山地季雨林、山地常绿阔叶林、落叶阔叶林、针阔混交林、针叶林、高山矮曲林、高山草原与高山草甸、高山永久冻土带。垂直高度地带性海拔高度每升高100米，气温下降0.4-0.6中国生态区划分森林生态系统草原生态系统荒漠和苔原生态系统水域生态系统湿地生态系统中国生态区划分森林生态系统草原生态系统荒漠和苔原生态系统水域森林生态系统森林生态系统的分布规律森林生态系统的主要特征森林生态系统的功能我国的森林资源现状森林生态系统森林生态系统的分布规律森林生态系统分布规律森林生态系统分布规律森林生态系统的主要特征生物种类多、结构复杂；系统稳定性高；物质循环的封闭程度高；生产效力高。森林生态系统的主要特征生物种类多、结构复杂；森林生态系统的功能具有综合的环境效益；调节气候；涵养水源，保持水土；作为生物遗传资源库。森林生态系统的功能具有综合的环境效益；我国的森林资源现状我国森林生态系统的主要问题森林生态系统比例小，地理分布不均匀；森林生态系统生物群落结构发生变化，系统自身调节能力下降；恢复和重建速度慢。森林生态系统破坏的生态危害：促进沙漠化的过程；对大气化学产生影响；引起气候变化、增加自然灾害发生的频率。我国森林生态系统恢复和重建对策：加快森林生态战略工程的建设，增大比例、改变格局；积极推广农林复合生态系统的建设；尽快建立南方用材林基地；加强科学管理，发挥现有森林综合效益潜力。我国的森林资源现状我国森林生态系统的主要问题草原生态系统草原生态系统的类型和特点草原生态环境现状草原生态环境恶化的原因恢复和保护对策草原生态系统草原生态系统的类型和特点草原生态系统的类型和特点草原生态系统的类型降水减少降水增加荒漠草原典型草原原草甸草原辐射量增加辐射量减少草原生态系统的特点草原生态系统中生产者的主体是禾本科、豆科和菊科等草本植物，优势植物以丛生禾本科为主。垂直结构通常分为三层：草本层、地面层和根层。气候（温度）对草原植物有明显的影响。草原生态系统中的初能消费者有适于奔跑的大型草食动物、穴居的啮齿动物以及小型的昆虫等；食肉动物有狼、狐、鼬、猛禽等。初级生产量在所有的陆地生态系统中居中等或中等偏下水平。草原生态系统的类型和特点草原生态系统的类型草原生态环境现状20世纪60年代以来，草原生态系统普遍出现草原退化现象。20世纪70年代中期，全国退化草原面积占草原总面积的15％，20世纪70年代中期，增加到30％以上。全国草原退化面积以1000－2000万亩的速度扩展。草原退化的主要特征：群落优势种和结构发生改变；生产力低下，产草量下降；草原土壤生态条件发生巨变，出现沙化(sandification)和风暴;固定沙丘复活、流沙在掩埋草场；鼠害现象严重；动植物资源遭破坏，生物多样性下降。草原生态环境现状20世纪60年代以来，草原生态系统普遍出现草草原生态环境恶化的原因超载过牧;不适宜的农垦；人类对资源的掠夺性开采。草原生态环境恶化的原因超载过牧;草原生态系统恢复和保护对策实行科学管理；发展人工草场；建立牧业生产新体系。草原生态系统恢复和保护对策实行科学管理；荒漠和苔原生态系统荒漠和苔原生态系统的分布荒漠生态系统类型与特征荒漠化及荒漠化防治苔原生态系统的特征荒漠和苔原生态系统荒漠和苔原生态系统的分布荒漠生态系统类型与特征荒漠生态系统类型：荒漠生态系统(desertecosystem):是地球上最为干旱的地区，其气候干燥，蒸发强烈。由超旱生的小乔木、灌木和半灌木占优势的生物群落与其周围环境所组成的综合体。有石质、砾质和沙质之分。习惯上称石质、砾质的荒漠为戈壁(gobi),或戈壁沙漠(gobidesert)；沙质荒漠为沙漠(sandydesert)。荒漠生态系统的特征：生态环境严酷；荒漠生物群落极为稀少，植被丰富度极低；植物群落以超旱生小乔木和半木本植物为优势物种；生态系统生物物种极度贫乏，种群密度稀少，生态系统脆弱；荒漠生态系统类型与特征荒漠生态系统类型：荒漠化及荒漠化防治荒漠化（desertification）:是指在干旱、半干旱地区和一些半湿润地区，生态环境遭到破坏，植被稀少或缺少，土地生产力有明显的衰退或丧失，呈现荒漠或类似荒漠景观的变化过程。我国的荒漠化土地占国土面积的8％。荒漠化的主要危害：对土地资源的损害；造成作物死亡；毁坏各种建设工程；损害水利、河道的正常效益；对通讯和输电线路的危害；引起沙尘暴。荒漠化防治对策：加强领导；重视保护濒临荒漠化的生产性款地；加强综合整治工作；因地制宜进行治理。荒漠化及荒漠化防治荒漠化（desertification）:苔原生态系统的特征苔原生态系统(tundraecosystem)是由极地平原和高山苔原的生物群落与其生存的环境所组合成的综合体，主要特征是低温、生物种类贫乏、生长期短、降水量少。我国的苔原为山地苔原，存在于温带东部的长白山和西部的阿尔泰山高山带。苔原生态系统的特征苔原生态系统(tundraecosyst水域生态系统水域生态系统的特点：水域生态系统的环境特点水域生态系统的营养结构特点水域生态系统的功能特点水域生态系统的类型：淡水生态系统海洋生态系统水域生态系统的恢复和保护对策：减少污水排放量实行综合保护措施，提高系统自身的抵抗力；正确认识水生生物群落特征，合理利用生物资源。水域生态系统水域生态系统的特点：湿地生态系统湿地生态系统的概念湿地及其保护中国湿地湿地生态系统湿地生态系统的概念湿地生态系统的概念湿地生态系统(wetlandecosystem):是指地表过湿或常年积水，生长着湿地植物的地区。湿地是开放水域与陆地之间过渡性的生态系统，它兼有水域和陆地生态系统的特点，具有独特的结构和功能。湿地生态系统的功能：天然的基因库；潜在资源；净化功能；气候和水文调节等功能。湿地生态系统的概念湿地生态系统(wetlandecosys湿地及其保护湿地定义：湿地指不问其天然或人工、永久或暂时的沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带，常带有静止或流动、咸水或淡水，半碱水或碱水水体，包括低潮时水深不过6m的滨岸海域。湿地保护1971年全球政府间的湿地保护公约《关于特别作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》（简称《湿地公约》）诞生;到1999年已有96个国家加入《湿地公约》。我国于1992年正式加入。我国目前已建立各类保护区152处，有7个自然保护区被列为国际重要湿地。湿地及其保护湿地定义：湿地指不问其天然或人工、永久或暂时的沼中国湿地近海及海岸湿地河流湿地湖泊湿地沼泽和沼泽化草甸湿地库塘中国湿地近海及海岸湿地复习思考题生态系统服务功能包括哪些内容？如何经济量化？意义何在？上海与新疆对比结果对你有何启示？对比森林、湿地、草原的生态功能，分析异同及原因。复习思考题生态系统服务功能包括哪些内容？如何经济量化？意义何5.4生态系统的反馈与调节5.4生态系统的反馈与调节5.4生态系统反馈调节与生态平衡反馈调节生态平衡5.4生态系统反馈调节与生态平衡反馈调节5.4.1反馈调节生态系统是一个开放系统，必须有外部能量的输入，见图5.4.1.1（a）开放系统对外的输出必然影响外部的输入，此即为反馈，见图5.4.1.1（b）；系统的理想状态是，系统能够围绕该状态进行调节，这就是反馈调节，见图5.4.1.1（c）。正反馈：促使生物沿着食物链的正方向增长的反馈。有可能引起种群爆炸，是一种不稳定的反馈。负反馈：生物沿着食物链的正方向减少的反馈。使系统保持稳定的反馈。控制人口，有助于自然资源的持久利用；控制羊群，有助于草原生态系统的自我调节，等5.4.1反馈调节生态系统是一个开放系统，必须有外部能量图5.4.1.1自然生态系统的反馈调节图5.4.1.1自然生态系统的反馈调节5.4.2生态平衡概念当生态系统中能量流动和物质循环较长时间的保持动态平衡，这种状态叫生态平衡。生态平衡的基础生态系统所以能存在至今天，并将继续存在下去，是因为生态系统具有很强的自我调节能力。但这个能力有一个阈值：小生态系统或简单生态系统：阈值小大生态系统或复杂生态系统：阈值大5.4.2生态平衡概念例1 西双版纳的热带雨林是一个原始的生态系统，后从巴西引进橡胶，开辟了一个橡胶林，由于气候的变化，遭到低温的袭击，热带雨林完好无损，橡胶林大片冻死。例2 1986年，委内瑞拉在加罗尼河谷建坝，造出了一个4300km2的人造湖，数百座山峰变成了湖中岛屿，最小0.1ha，最大150ha。1993～1994年，多国生物科学家对其中12座岛进行科学考查，结果表明：大岛上原有的物种基本保留，小岛则有75％以上的脊椎动物灭绝。例1第五章生态系统第五章生态系统5.1生态系统的一般特征导入基本概念生态系统的组成与结构食物链与食物网营养级与生态金字塔5.1生态系统的一般特征5.1.1基本概念（1）系统（system)概念 由各自独立但相互作用的各部分所形成的统一体称为系统。构成系统的条件由许多成分组成；各成分彼此联系，互相作用；具有独立和特定的功能。（2）生态系统（ecosystem）5.1.1基本概念（1）系统（system)（2）生态系统1866年德国动物学家赫克尔（Haeckel）首次提出生态学（ecology）的概念，但当时的意思是研究生物住所的科学,（ecology源于希腊文，意为住所研究）；1875年，奥地利地质学家修斯首次提出生物圈的概念。1926年，前苏联的地球化学家维尔纳茨基作了“生物圈”的报告后，生物圈才成为现代生态学的基本概念。直至20世纪初，生态学才作为一门独立的科学。生态系统的概念生态系统的特征（2）生态系统1866年德国动物学家赫克尔（Haeckel）概念生物群落和环境相互作用的统一体。（作用：物质和能量的交换）。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进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体。生态系统是一个功能单位，而不是生物学中的分类单位。且作为系统，必须满足三个条件：由许多成分组成；各成分间是彼此联系，相互作用的；具有独立的、特定的功能。概念生物群落和环境相互作用的统一体。（作用：物质和能量的交换特征：是一个开放系统具有同外界进行物质和能量交换的能力，能量流动、物质循环、信息传递是生态系统的三大功能。能量：单向流动——接受太阳光能，最终以热能形式耗散，不能循环。物质：循环流动—无机物（N、O、P…）→有机物（植物）→动物→经微生物分解→无机物信息传递则包括营养信息、化学信息、物理信息和行为信息，构成了行为网。通常物种组成的变化，环境因素的改变和信息系统的破坏是导致自我调节失效的三个主要原因处于运动之中它是发展的，即使出现平衡，也只是相对平衡和动态平衡，如人口增长率为0，也是有生有死。具有自我恢复和调节能力少量三废的排放，经自然界微生物的分解，也可达到净化。是不断发展、进化和演变形成的从猿到人，是进化的结果；熊猫则是蜕化的例子。特征：是一个开放系统5.1.2生态系统的组成与结构

组成

结构5.1.2生态系统的组成与结构生态系统生态系统的结构非生物成分：

太阳辐射能，无机物质,有机物质生物成分（三大功能类群）：生产者、消费者，还原者

生态系统（Ecosystem）

在一定空间内由生物和非生物成分组成的一个功能整体及生物圈能流和物质循环的一个功能单位。生态系统生态系统的结构生态系统（Ecosystem）

（1）组成

（1）组成（2）结构生态系统结构的一般模型见图5-1。生产者通过光合作用合成有机物，属自养生物自养生物的生产称为初级生产（primaryproduction）消费者摄食由植物制造的有机物，属异养生物异养生物的生产称为次级生产（secondaryproduction）分解者将有机物分解为简单的无机物陆地生态系统与水生生态系统营养结构的比较见图5-2。（2）结构生态系统结构的一般模型见图5-1。初级生产基本概念植物所固定的太阳能或所制造的有机物质称为初级生产量或第一性生产量（primaryproduction）。总初级生产量=净初级生产量+呼吸消耗的能量，即

GP=NP+R

（J/m2·a）或（g/m2·a）各种生态系统的净生产力全球：115×109t/a（陆地）+55×109t/a（海洋）海洋：河口湾和上涌区高，深海低陆地：热带雨林最高，其它依次为：温带常绿林，落叶林北方针叶林，稀树草原，温带草原，寒漠和荒漠沼泽和作物栽培地高初级生产基本概念植物所固定的太阳能或所制造的有机物质称为初级图5-1生态系统结构的一般模型图5-1生态系统结构的一般模型次级生产一般生产过程（见图）动物种群的能量收支次级生产一般生产过程（见图）图次级生产量的一般生产过程图次级生产量的一般生产过程图5-2陆地生态系统与水生生态系统营养结构的比较

陆地生态系统：

母质—土壤—草本植物—无脊椎动物—食草性昆虫和哺育动物或陆地鸟类及其它—微生物

水生生态系统：

母质—沉积物—浮游植物—浮游动物—水中底栖无脊椎动物—水中鱼类—微生物图5-2陆地生态系统与水生生态系统营养结构5.1.3食物链和食物网概念食物链的类型食物网举例5.1.3食物链和食物网概念1概念食物链（foodchain）各种生物按其食物关系排列的链状顺序。食物网（foodweb）食物链彼此交错连结，形成一个网状结构。1概念食物链（foodchain）2

食物链的类型捕食食物链以生产者为基础，后者与前者是捕食性关系，构成方式是：植物→植食性动物→肉食性动物。如草原上的青草→野兔→狐狸→狼；碎食食物链以碎食为基础，碎食是由高等植物的枯枝落叶等形式被其它生物所利用，分解成碎屑，然后再为其它多种动物所食。构成方式为：碎食物→碎食物消费者→小型肉食动物→大型肉食动物；寄生性食物链以宿生与寄生物构成，以大型动物为基础，继之以小型动物、微型动物、细菌和病毒，后者与前者为寄生关系，构成方式为：哺育动物或鸟类→跳蚤→原生动物→细菌→病毒；腐生性食物链以动物的遗体为基础，被微生物分解利用，后者与前者为腐生性关系2食物链的类型捕食食物链3食物网举例一个陆地生态系统的部分食物网（见图5-3）草原食物网（见图5-4）落叶林食物网（见图5-5）3食物网举例图5-3一个陆地生态系统的部分食物网图5-3一个陆地生态系统的部分食物网图5-4草原食物网图5-4草原食物网图5-5落叶林食物网图5-5落叶林食物网4营养级与生态金字塔概念营养级（trophiclevels）：处于食物链某一环节上的所有生物种的总和；生态金字塔（ecologicalpyramid）：生态系统中的能量、生物量或生物个体数目均通过营养级逐级减少，将其由低到高绘制成图，就成为一个金字塔形，可分别称为：能量金字塔（pyramidofenergy）生物量金字塔（pyramidofbiomass）数量金字塔（pyramidofnumbers）三类金字塔统称为生态金字塔。美国佛罗里达银泉生态系统食物链的能流分析（图5-6）金字塔的倒置4营养级与生态金字塔概念生态金字塔类型：

数量金字塔

生物金字塔

能量金字塔能流能流特征：逐级减少，单方向性营养水平

绿色植物(一级）

食草动物（二级）

肉食动物（三级）生态金字塔类型：能流图5-6美国佛罗里达银泉生态系统食物链的能流分析图5-6美国佛罗里达银泉生态系统食物链的能流分析图5-7能量金字塔图5-7能量金字塔图5-8生物量金字塔图5-8生物量金字塔图5-9数量金字塔图5-9数量金字塔生物量金字塔的倒置能量金字塔总是保持金字塔形；生物量金字塔的倒置海洋生态系统中的浮游植物与其上一级的浮游和底栖动物在某一时刻的金字塔是倒置的；但以年为单位时仍为正置；数量金字塔的倒置寄生性食物链中，寄生者的数量往往多于宿主；个体小的消费者的数量往往多于个体大的生产者，如昆虫与树木。生物量金字塔的倒置能量金字塔总是保持金字塔形；推荐阅读文献与思考题推荐阅读文献[1][美]OdumEP.孙儒泳，钱国桢，林浩然，等译.生态学基础.北京：科学出版社，1981思考题怎样理解生态系统，生态系统具有什么特征？什么是食物链、食物网和营养级？推荐阅读文献与思考题推荐阅读文献5.2生态系统的主要过程5.2生态系统的主要过程生态系统的物种流动生态系统的能量流动生态系统的物质循环生态系统的信息传递生态系统中的分解生态系统的物种流动5.2.1生态系统的物种流动物种流的概念与意义物种流的一些特点物种流对生态系统的影响5.2.1生态系统的物种流动物种流的概念与意义5.2.2生态系统中的能量流动生态系统中能量存在的形式生态系统中的能源生态系统中的能量流动生态系统能流模型生态系统中能量流动的特点生态系统中的生态效率5.2.2生态系统中的能量流动生态系统中能量存在的形式5.2.2.3生态系统中的能量流动食物链层次上的能流分析生态系统层次上的能流分析5.2.2.3生态系统中的能量流动（1）食物链层次上的能流分析植物—田鼠—鼬组成的食物链见图5.2.2-1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，大部分通过呼吸以热的形式耗散；食物链层次越高，能量损失越大；食物链层次越高，净次级生产量越低；能量损失还应考虑生态系统能量的输入和输出植物不完全被田鼠利用；种群密度增大时，迁徙也引起能量的流失；食物链上低层次物种丰富时，也有高层次物种的迁入。（1）食物链层次上的能流分析植物—田鼠—鼬组成的食物链见图5图5.2.2-1食物链层次上的能流分析

a为前一环节NP的%；b为未吃；c为吃后未同化（J/hm2·a）图5.2.2-1食物链层次上的能流分析

a为前一环节N（2）生态系统层次上的能流分析生态系统层次上的能流分析依据物种的主要食性，将物种归属于特定的营养级中，并精确测定每个营养级能量的输入与输出值。这种分析主要用于水生生态系统——边界明确。分析实例水生生态系统的能流分析银泉（流水）的能流分析（图5.2.2-2）比较固定太阳能的效率，流水比静水高10倍消耗于呼吸的能量，流水比静水高2.5倍静水系统中净生产量大部分沉入湖底，形成泥炭，流水系统中大部分被带入下游地区。森林生态系统的能流分析人工松林18年间的能流分析（图5.2.2-3）森林生态系统的营养流动（图5.2.2-4）（2）生态系统层次上的能流分析生态系统层次上的能流分析 图5.2.2-1银泉的能流分析

a.按营养级流动时，数量急剧减少；

b.净初级生产量的57.6%未被利用，消耗于呼吸或流向分解者；

c.该生态系统只能维持四个营养级。 图5.2.2-1银泉的能流分析

a.按营养级流动时生态学基础课件——生态系统的一般特征 图5.2.2-2一个栽培松林18年间的能流分析

a.固定能量的38%时沿碎屑食物链流动；

b.以木材形式流动的能量占24%；

c.沿捕食食物链流动的仅占1%。

图5.2.2-2一个栽培松林18年间的能图5.2.2-3森林生态系统的营养流动图5.2.2-3森林生态系统的营养流动5.2.2.4生态系统能流模型普适模型（图5.2.2-4）美国生态学家E.P.Odum于1959年提出方框表示营养级和贮存库箭头表示能流方向能流通道的粗细表示能流量的多少；大方框表示生态系统的边界。普适模型的解读两个能量输入通道：日光能通道粗者大体为自养生态系统，反之大体为异养生态系统；三个能量输出通道：未固定的日光能，生物的呼吸，有机物质的流失普适模型的研究结果能量从一个营养级到另一营养级，转化率在5-30%之间，从植物到植食性动物的转化率约10%，从植食性动物到肉食性动物之间约为15%5.2.2.4生态系统能流模型普适模型（图5.2.2-4图5.2.2-4一个普适的生态系统能流模型图5.2.2-4一个普适的生态系统能流模型5.2.2.5生态系统中能量流动的特点5.2.2.5生态系统中能量流动的特点5.2.2.6生态效率常用的几个能量参数营养级位之内的生态效率营养级位之间的生态效率5.2.2.6生态效率（1）常用的几个能量参数摄取量（I）一个生物所摄取的能量。植物：I代表被光合作用所吸收的日光能；动物：I代表动物吃进的食物能。同化量（A）消费者吸收所采食的食物能动物：消化道内吸收的能量植物：光合作用所固定的日光能微生物：细胞外产物的吸收呼吸量（R）生物经呼吸等新陈代谢活动所消耗的全部能量生产量（P）生物经呼吸等消耗后净剩的同化能量动物：P=A-R植物：净初级生产量（1）常用的几个能量参数摄取量（I）图次级生产量的一般生产过程图次级生产量的一般生产过程（2）营养级位之内的生态效率同化效率（Ae）生长效率（2）营养级位之内的生态效率同化效率（Ae）（3）营养级位之间的生态效率消费效率（或利用效率）是一种度量一个营养级位对前一营养级位的相对采食能力或利用能力，一般为25-35%林德曼效率相当于同化效率、生长效率和消费效率的乘积，或称为营养级间的同化能量的比值，曾被认为是一个重要的生态学定律，即十分之一定律（图5.2.2-5）十分之一定律一般限于湖泊生态系统，其它有的可高达30%，有的则仅有1%（3）营养级位之间的生态效率消费效率（或利用效率）消费效率林德曼效率消费效率图5.2.2-5某湖泊食物链的能塔图图5.2.2-5某湖泊食物链的能塔图推荐阅读文献与思考题推荐阅读文献[1][美]OdumEP.孙儒泳，钱国桢，林浩然，等译.生态学基础.北京：科学出版社，1981思考题说明同化效率、生长效率、消费效率和林德曼效率的关系？推荐阅读文献与思考题推荐阅读文献5.2.3生态系统中的物质循环物质循环的一般特点生物地球化学循环的类型5.2.3生态系统中的物质循环物质循环的一般特点5.2.3.1物质循环的一般特点概念生命与元素物质循环的模式5.2.3.1物质循环的一般特点概念1、概念物质循环（cycleofmaterial）生态系统从环境中获得营养物质，通过绿色植物吸收，再经其它生物重复利用，最后归还于环境的过程。生物地球化学循环（Biogeo-chemicalcycle）物质循环的另一种表述。能量——流动物质——循环能量流动+物质循环=生态系统的统一整体1、概念物质循环（cycleofmaterial）2、生命与元素生命所需的元素主要有两类：大量元素（macronutrient），大多数生物必需的元素，包括含量超过生物体重1%以上的元素，如：C、O、H、N、P等；含量为生物体干重0.2-1%之间的元素，如：S、Cl、K、Ca、Mg、Fe、Cu等。微量元素（micronutrient），某些生物必需的元素，包括Al、B、Br、Cr、Co、F、Ga、I、Mn、Mo、Se、Si、Sr、Sn、Sb、V、Zn等；有机物通过光合作用合成过程的必需元素：N、P及微量Zn、Mo等。

2、生命与元素生命所需的元素主要有两类：3、物质循环的模式名词解释池塘生态系统的物质循环模式影响循环速率的重要因素3、物质循环的模式名词解释

a.名词解释库（pool）：存在于生物或非生物体内的某种化合物的多余部分；流通（flow）：库与库之间的转移流通率：单位时间、单位面积内通过的营养物质（量），通常用绝对值表示（物质/单位面积·

单位时间）；周转率（turnoverrate）：流通率与库中物质总量的比率周转时间（turnovertime）：周转率的倒数

a.名词解释库（pool）：存在于生物或非生物体内的某b.池塘生态系统的物质循环模式池塘生态系统中库与库流通的模式见图5.2.3.1。b.池塘生态系统的物质循环模式池塘生态系统中库与库流通的模图5.2.3-1池塘生态系统中库与库流通的模式图四个库：沉积层，水体，生产者，消费者各个库的流通率：沉积层-水体：20；水体-生产者：20；生产者-消费者：4；消费者-沉积层：4周转率沉积层：(20/5000)=0.004周转时间沉积层：(1/0.004)=250(a)沉积层中营养物质的更新需要250年图5.2.3-1池塘生态系统中库与库流通的模式图四个库：c.影响循环速率的重要因素循环元素的性质元素自身的性质以及被生物有机体利用的方式生物的生长速率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；有机物分解速率分解者及分解环境c.影响循环速率的重要因素循环元素的性质5.2.3.2生物地球化学循环类型水循环（watercycle）生态系统中所有物质循环的基础和前提，单独列出气体型循环（gaseouscycle）贮存库是大气和海洋全球性，完善型，高速度。主要有氧、二氧化碳、氮等；沉积型循环（sedimentarycycle）贮存库是岩石圈和土壤圈，与水有联系速度慢，性能不完善，主要有磷、钙、钾、钠、镁、铁、铜等有毒有害物质循环5.2.3.2生物地球化学循环类型水循环（watercyc1、水循环全球水循环全球水循环示意图见图5.2.3-1全球水资源概况见表5.2.3-1水循环的特点全球的降水量和蒸发量相等，但存在地区差异；地表径流携带大量营养物质，造成高地贫瘠，低地肥沃；冰雪的溶化可以调节气温，保持生态稳定。1、水循环全球水循环图5.2.3-1全球水循环图5.2.3-1全球水循环表5.2.3-1全球水资源概况

注：平均误差10-15%，*未计入南北极冰块的溶化量（引自Smith,1980）表5.2.3-1全球水资源概况

注：平均误差10-152、气体型循环 气体型循环包括氧、碳、氮、氯、溴、氟等，研究最多的是碳和氮。碳循环氮循环2、气体型循环 气体型循环包括氧、碳、氮、氯、溴、氟等，研究（1）碳循环碳的来源及储存是一切生物体中最基本的成分，有机体干重的45%以上是碳。地球上碳的储存量约为26×1015

t。碳的储存库岩石圈：占总量的99.9%，主要以碳酸盐形式存在；海洋：海洋中CO2的含量约为0.1%；大气：大气中CO2的含量约为0.0126%，总量约7000×108

t，每年只有200-300×103

t为光合作用利用，却有1000×108

t以碳酸盐形式溶于水，并流入大海。森林：约储存碳1.7×1010

t，相当于大气中碳的2/3。碳的循环从光合作用开始，合成植物，进入生物链，再分别回归储存库，见图5.2.3-3。碳循环的特点速度快：最快几分钟或几小时，一般几周或几个月；大气中的CO2能吸收太阳的短波辐射并阻挡地球的长波反射；保持地球温度的稳定；（1）碳循环碳的来源及储存图5.2.3-3生态系统中的碳循环图5.2.3-3生态系统中的碳循环5.3.2氮循环氮是蛋白质的基本成分，是生命结构的原料。氮必须被固定后，才能进入生态系统，参与循环。固氮作用高能固氮：闪电、宇宙射线、陨石、火山爆发等活动，将大气中的N2转化成氨或硝酸盐，随降雨到达地表；工业固氮：工业固氮能力在20世纪末已达1×108t；主要是氮肥；生物固氮：是最重要的固氮途径，约占地球固氮的90%，具有固氮能力的生物主要有固氮菌、根瘤菌及某些藻类和细菌等。氮的循环（见图5.2.3-4）含氮有机物的转化和分解氨化作用：由氨化细菌和真菌将有机氨分解成为氨与氨化物；硝化作用：由亚硝酸盐与硝酸盐细菌转化为亚、硝酸盐；反硝化作用：又叫脱氮作用，将亚硝酸盐转变为N2回到大气。人类对于氮循环的影响有三个方面汽车尾气、化石燃料化肥氮过度开发利用，破坏自然生态系统氮素平衡5.3.2氮循环氮是蛋白质的基本成分，是生命结构的原料。图5.2.3-4生态系统中的氮循环图5.2.3-4生态系统中的氮循环3、沉积型循环主要是某些矿物质元素的循环，是一种不完全循环。对生态系统影响比较大的主要有磷和硫的循环。磷循环硫循环3、沉积型循环主要是某些矿物质元素的循环，是一种不完全循环。（1）磷循环磷是生物不可缺少的重要元素参与代谢过程；是核酸、细胞膜和骨骼的主要成分；是细胞内一切生化作用的能量磷的循环（图5.2.3-5）磷的沉积磷随着动植物残骸沉入深海后，几乎没有回到陆地的有效途径；磷以磷矿的形式开采利用后，加速了磷的消耗，全世界磷的蕴藏量只能维持100a左右；磷将成为人类和陆地生物的生命活动的限制因子。（1）磷循环磷是生物不可缺少的重要元素图5.2.3-5生态系统的磷循环图5.2.3-5生态系统的磷循环（2）硫循环硫是原生质体的重要组分；空气中的硫含量与人的健康密切相关；硫循环（图5.2.3-6）与磷循环相似，但硫循环要经过气体型阶段；硫的主要蓄库是岩石圈，有一个较短的气体阶段；硫进入生态系统的途径：生物分解：如铁硫杆菌将硫转变为硫酸盐；侵蚀与风化：无机硫经细菌作用还原为硫化物，再氧化为硫酸盐；火山爆发：释放硫化氢；人类活