环境生态学第五章1

第五章生态系统生态学

（Ecosystem）5.1生态系统(ecosystem)的结构与功能5.1.1生态系统的定义：A.G.Tansley1935年提出的概念。A.G.Tansley对生态系统的描述（概念）：更基本的概念是……完整的系统（物理学上所谓系统），它不仅包括生物复合体，而且还包括人们称为环境的全部物理因素的复合体……。我们不能把生物从其特定的、形成物理系统的环境中分离开来……。这种系统是地球表面上自然界的基本单位……。这些生态系统有各种各样的大小和种类。系统构成至少要有3个条件：系统是由许多成分组成的；各成分间不是孤立的而是彼此互相联系、互相作用的；系统具有独立的、特定的功能。美国青年科学工作者林德曼（R.L.Lindeman）的伟大贡献——根据他的研究，提出了“食物链”、“金字塔营养级”和创立“十分之一”定律，从理论和实践上为生态系统奠定了坚实的基础。生态系统的科学定义为：生态系统就是在一定的时间和空间内，生物和非生物的成分之间，通过不断的物质循环和能量流动而相互作用、相互依存的统一体，构成一个生态学的功能复合体。生物地理群落（biogeoconosis）为生态系统的同义语。5.1.2生态系统的结构：非生物、生物部分

气候因子（光、温等及其他物理因子）

1．非生物部分无机物质（H2O、N、P、K、Ca等矿质元素）有机物质（糖、蛋白质、脂类、腐殖质等）（1）生产者—绿色植物（把太阳能输入生态系统）生态系统

草食动物（一级消费者）(herbivores)

一级肉食动物（以食草动物为食，

统称二级消费者）

2．生物部分（2）消费者肉食物动物二级肉食动物（大型肉食动物）称三

（能量传递）(comsumers)(carnivores)级消寄生者三级肉食动物（顶极肉食动物）费者 杂食动物 腐食性动物 （3）还原者（分解者）(reducers)生态系统的基本结构（组成部分）5.1.3生态系统的能量流动1．食物链与食物网——生态系统能量流动的渠道

(1)食物链（foodchains）定义：食物链是指初级生产者获得光能后制造的食物供给各级消费者形成以食物营养为中心的链索关系。类型：掠食链、寄生链、腐生链

(2)食物网（foodweb）定义：许多长短不一的食物链互相交织成复杂的网状关系（见示图）。营养阶(trophiclevels)——食物网内从生物到生物的消费者阶梯。处于食物网某一环节上所有生物种总和。2．生态金字塔（ecologicalpyramid）反映生态系统的营养结构与营养机能的锥体图解模式。数量金字塔、生物量金字塔、能量金字塔（见图示）3．生态效率（ecologicalefficiencies）在生态系统食物链的不同点上，能量之间的百分比率。特指某一营养级的能量输出和输入间的比率。林德曼效率——“百分之一”或“十分之一”定律在营养级n上的同化量/在营养级n-1上的同化量≈10%一、各种能流参数如下：1，摄食量（I）:

表示一个生物所摄取的能量。对于植物来说，它代表光合作用所吸收的日光能；对于动物来说，它代表动物吃进的食物的能量。

2，同化量（A）:对于动物来说，它是消化后吸收的能量，对分解者是指对细胞外的吸收能量；对于植物来说，它指在光合作用中所固定的能量，常常以总初级生产量表示。

3，呼吸量（R）:指生物在呼吸等新陈代谢和各种活动中消耗的全部能量。

4，生产量（P）:指生物在呼吸消耗后净剩的同化能量值，它以有机物质的形式累积在生物体内或生态系统中。对于植物来说，它是净初级生产量。对于动物来说，它是同化量扣除呼吸量以后的净剩的能量值。同化效率=被植物固定的能量/植物吸收的日光能

=被动物消化吸收的能量/动物摄食的能量即

Ae=An/In；

生长/产效率=n营养级的净生产量/n营养级的同化能量即

Pe=Pn/An

二、营养级位之内的生态效率

大型动物的生长率低于小型动物。

老年动物的生长率低于幼年动物。

肉食动物的同化效率高于植食动物。

草原生态系统中的植食动物比森林生态系统中的植食动物能利用较多的初级生产量。

恒温动物的同化效率很高，但生长效率极低。

变温动物的同化效率比较低，但生长效率极高。

变温动物的总能量转化效率要比恒温动物高的多。

变温动物是生态系统中更有效的“生产者”。特点量度营养级位之间的转化效率消费效率：消费效率量度一个营养级对前一营养级的相对取食压力。Ce=In+1/Pn一般在20-35%范围内，每一营养级净生产的65%-75%进入碎屑食物链利用效率：利用效率的高低，说明前一营养级的净生产量被后一营养级同化多少Ue=An+1/Pn三、营养级位之间的生态效率林德曼效率：n+1营养级所获得的能量占n营养级所获得的能量之比林德曼效率4．生态系统中能量流动的特点① 生态系统中能量形成的转换完全符合热力学第一定律（能量转化和守恒）。系统能量增加，环境能量减少，但总能量不变。所不同的是，太阳能转化为化学能，再转变为热能、机械能等其他形式。② 能量沿着食物链方向流动，在其流动时，生物中的能量由于各个营养级生物维持自身生命消耗而逐级减少，估计每经一个营养级的剩余能量为原有能量的十分之一左右，其余的都消耗了。③ 生态系统的能量流动是单向、非循环的，它只能一次流过生态系统，单程前进，决不可逆。（热力学第二定律）为什么要研究生态系统的能量流动？能量是生态系统的驱动力林业、农业、渔业、牧业等工作者对森林、农田、渔场、草原等的经营管理，应掌握能量的输入和输出途径及其限制因素，以达到高产目的，设法调整生态系统的能量分配关系，使能量流向对人类最有益的部分。

关于能量的概念1能量——做功的能力。2能量值的表示：卡或千卡。3与生物体有关的几种能量形式：

辐射能、机械能、化学能、热能4.生态系统能量流遵循热力学定律热力学第一定律又称为能量守恒与转化原理.（EnergyConservationLaw）能量可从一种形式转换成另一种形式，但能量即不能增加也不会减少。如太阳辐射能，通过绿色植物的光合作用转变为存在于有机物质化学键中的化学潜能；动物通过消耗自身体内贮存的化学潜能变成爬、跳、飞、游的机械能热力学第二定律(熵律entropylaw)表达有关能量传递方向和转换效率的规律。自然界中任何形式的能最终归宿是热能，且不可逆。任何一种能量的转换，总有一些能量损失掉，一种形式的能绝不会全部转换成另一种形式的能。热力学的两个定律第一定律：A=B+C

第二定律：C<ASUNA:日光，100单位释放的能量B:热，98单位释放的能量形式C:糖，2单位浓缩的能量形式橡树叶，能量转换系统太阳辐射能有机物质的合成过程，即生产者（绿色植物）吸收太阳能量形成初级生产量。热能化学能热能机械能活有机物质被各级消费者（动物）消费的过程。死有机物质（动植物残体和排泄物）被腐生物分解的过程。生态系统中能量的流动能量流动特点：1“越流越细”，能量在流动过程中逐渐耗散。2单向流动，不可逆。生物能量的来源我们能利用的能量来自：太阳辐射、核能、地热……太阳辐射能是生态系统中的能量的最主要来源。太阳辐射红外线太阳辐射无线电波X光可见光紫外光