第九章 生态系统的一般特征

2023/2/41第九章生态系统的一般特征第一节生态系统的基本概念第二节生态系统的组成与结构第三节食物链和食物网第四节营养级与生态金字塔第五节生态效率第六节生态系统的反馈调节和生态平衡知识点回顾

个体生态生物与环境

种群生态种群及其基本特征

种群的格局、动态、遗传与进化

种内、种间关系群落生态生物群落的组成与结构生物群落的动态生物群落的分类2023/2/43第一节生态系统的基本概念1概念(ecosystem)在一定空间中共同栖居着的所有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形成的统一整体。种群群落个体系统2特征2.1是生态学的一个主要结构和功能单位，属于生态学研究的高层次。2.2生态系统具有自我调节能力。一般为负反馈调节。生态系统结构越复杂物种数越多自我调节能力越强2.3生态系统具有三大功能：能量流动+物质循环+信息传递化学能传递物质循环太阳光能热能散失2.4生态系统中营养级的数目受限于生产者所固定的最大能量和这些能量在系统流动过程中的巨大损失，因此，其营养级的数目通常不超过5～6个，由能流规律决定的。能流锥体示意能量损失2.5生态系统是一个动态系统，要经历一系列发育阶段。破伐草本山杨灌丛红松鼠北美麋北美松鸡鹿

黑熊早期灌乔木林早期混交林成熟混交林成熟云杉林2023/2/4123目前有关生态系统的研究热点3.1自然生态系统的保护和利用自然生态系统有和谐、高效和健康的共同特点。许多野外研究表明，自然生态系统中具有较高的物种多样性和群落稳定性。一个健康的生态系统比一个退化的更有价值，它具有较高的生产力，能满足人类物质的需求，还给人类提供优良的生存环境。因此，研究自然生态系统的形成和发展过程、合理性机制以及人类活动对自然生态系统的影响，对于有效利用和保护自然生态系统均有较大的意义。2023/2/4133.2生态系统调控机制的研究生态系统是一个自我调控（Self-regulation）的系统。这方面的研究包括：自然、半自然和人工等不同类型生态系统自我调控的阈值；自然和人类活动引起局部和全球环境变化带来的一系列生态效应；生物多样性、群落和生态系统与外部限制因素间的作用效应及其机制。2023/2/4143.3生态系统退化的机制、恢复及其修复研究退化生态系统的明显特征：脆弱、低效和衰退这方面的研究主要有：由于人类活动而造成逆向演替或对生态系统结构、重要生物资源退化机理及其恢复途径；防止人类与环境关系的失调；自然资源的综合利用以及污染物的处理。退化过程石漠化退化生态系统恢复与重建技术：土壤改良技术、培土配肥技术，岩溶水资源开发利用技术如表层岩溶水开发技术，生物恢复与重建技术（如品种选育、栽培、多样性配置、管护技术等）。矿山退化生态系统恢复与重建技术：特殊特定矿山环境对植物的选择性限制2023/2/4173.4全球性生态问题的研究近几十年来，许多全球性的生态问题严重威胁着人类的生存和发展，要靠全球人类共同努力才能解决问题。如臭氧层破坏、温室效应、全球变化等。这方面的研究重点有：全球变化对生物多样性和生态系统的影响及其反应；敏感地带和生态系统对气候变化的反应；气候与生态系统相互作用的模拟；建立全球变化的生态系统发展模型；提出全球变化中应采取的对策和措施等。2023/2/4183.5生态系统可持续发展的研究研究重点有：生态系统资源的分类、配置、替代及其自我维持模型；发展生态工程和高新技术的农业工厂化；探索自然资源的利用途径，不断增加全球物质的现存量；研究生态系统科学管理的原理和方法，把生态设计和生态规划结合起来；加强生态系统管理（ecosystemmanagement）、保持生态系统健康（ecosystemhealth）和维持生态系统服务功能（ecosystemservice）。2023/2/419第二节生态系统的组成与结构1非生物环境包括参加物质循环的无机元素和化合物、联系生物和非生物成分的有机物质和气候或其他物理条件。生态系统非生物部分生物部分非生物成分生产者物质代谢成分消费者分解者2023/2/4202生产者生产者（producers），又称初级生产者（primaryproducers），指自养生物，主要指绿色植物，也包括一些化能合成细菌。这些生物能利用无机物合成有机物，并把环境中的太阳能以生物化学能的形式第一次固定到生物有机体中。是自然界生命系统中唯一能将太阳能转化为生物化学能的媒介。2023/2/4213消费者3.1概念指那些直接或间接依赖于生产者所制造的有机物质生存的异养生物。2023/2/4223.2按营养方式的分类（1）食草动物：直接以植物体为营养的动物。（一级消费者）（2）食肉动物：以食草动物为食者（二级消费者）。（3）大型食肉动物或顶极食肉动物：以食肉动物为食者（三级消费者）。2023/2/4234分解者分解者（decomposers），异养生物。指利用动植物残体及其它有机物分解为生产者能重新利用的简单化合物，并释放出能量的生物。主要有真菌、细菌、放线菌等微生物。2023/2/424生物部分

生态系统的结构生态系统的结构主要指构成生态诸要素及其量比关系，各组分在时间、空间上的分布，以及各组分间能量、物质、信息流的途径与传递关系。生态系统结构主要包括组分结构、时空结构和营养结构三个方面。

.组分结构时空结构（时间和空间结构）营养结构食物链

食物网2023/2/426第三节食物链和食物网1食物链(Foodchain)

：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。2023/2/427AQUATICFOODCHAIN2023/2/4282食物链类型2.1捕食食物链(grazingfoodchain)以绿色植物为起点到食草动物进而到食肉动物的食物链。如植物——草食性动物——肉食性动物。如草原上的青草－野兔－狐狸－狼；在湖泊中，藻类——甲壳类——小鱼——大鱼。2023/2/4292.2碎屑食物链(detritusfoodchain)以动、植物的遗体被食腐性生物（小型土壤动物、真菌、细菌）取食，然后到它们的捕食者的食物链。植物残体——蚯蚓——线虫类——节肢动物。2023/2/4302.3寄生性食物链由宿主和寄生物构成。它以大型动物为食物链的起点，继之以小型动物、微型动物、细菌和病毒。后者与前者是寄生性关系。如哺乳动物或鸟类——跳蚤——原生动物——细菌——病毒。2023/2/4313食物网（Foodweb）食物网：食物链彼此交错连结形成的网状结构。2023/2/432FOODWEBAfewoftheorganismsinatemperatetall-grassprairieandthefoodwebthatconnectsthem.2023/2/4332023/2/434第四节营养级与生态金字塔生态系统的营养结构——以营养为纽带，把生物与环境、生物与生物紧密联系起来的结构，称为生态系统的营养结构。2023/2/4351营养级（Trophiclevel）处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。2023/2/4362生态系统中营养级的数目（1）各营养级消费者不可能100%利用前一营养级的生物量；（2）各营养级同化率也不是100%，总有一部分排泄出去；（3）各营养级生物要维持自身的活动，消耗一部分热量。由于能量在通过各营养级时会急剧减少，所以食物链就不可能太长，生态系统中的营养级一般只有四、五级，很少超过六级。2023/2/437TERRESTRIALFOODCHAINInafoodchain,energyispassedfromonetrophicleveltothenext.BUTthetransferofenergyisNEVER100%efficient.Thatis,thereisalwayssomeenergylostperthe2ndLawofThermodynamics.Thislostenergyiscalledentropy(熵).2023/2/4383生态金字塔3.1概念指各营养级之间的数量关系。这种数量关系可采用生物量、能量和个体数量单位，采用这些单位构成的生态金字塔分别为生物量金字塔、能量金字塔和数量金字塔。2023/2/4393.2类型3.2.1能量金字塔3.2.2生物量金字塔3.2.3数量金字塔2023/2/4403.2.1能量金字塔以各营养级所固定的总能量值的多少来构成的生态金字塔。以相同的单位面积和单位时间内的生产者和各级消费者所积累的能量比率来构造（千卡/平方米.年）。2023/2/441Anenergypyramidforaprairieecosystem.Eachtrophiclevelfromproducertotertiaryconsumerhaslessenergystoredinit.Thewidthoftherectanglesrepresentsenergyfoundintheorganismsateachtrophiclevel.2023/2/4422023/2/4432023/2/4443.2.2生物量金字塔以相同单位面积上生产者和各级消费者的生物量即生命物质总量建立的金字塔。在陆地、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；2023/2/4452023/2/446但对于湖泊和开旷海洋，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，导致这些生态系统的生物量金字塔呈倒金字塔形。2023/2/4473.2.3数量金字塔以单位面积内生产者的个体数目为塔基，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，沿食物链向上递减。2023/2/448但是，有时植食动物比生产者数目多。如昆虫和树木。当个体大小有很大差别时，只用个体数目多少来说明问题有局限性。2023/2/449EltonianPyramids能量生物个体数生物量陆生生态系统

水生生态系统陆地和水生生态系统生态金字塔的比较2023/2/451比较：能量金字塔表达营养结构最全面，能确切表示食物通过食物链的效率，永远是正塔型；数量金字塔过分突出小生物体的重要性；生物量金字塔过分突出大生物体的重要性。2023/2/452第五节生态效率Shouldwefeedgraintobeefcattleorshouldweeatthegrain?2023/2/453第五节生态效率生态效率：某一能量参数在营养级之间或营养级内部的比值，常以百分数表示。1能量参数2营养级位之内的生态效率3营养级位之间的生态效率2023/2/4541能量参数1.1摄取量（I）：表示各生物所摄取的能量。1.2同化量(A)：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。1.3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。1.4生产量(P)：生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值。P=A-R2023/2/4552营养级位之内的生态效率量度一个物种利用食物能的效率，即同化能量的有效程度。2.1同化效率2.2生长效率2023/2/4562.1同化效率Assimilationefficiency被植物吸收的日光能中被光合作用所固定的能量比例，或被动物摄食的能量中被同化了的能量比例。Ae=An/In肉食动物的同化效率高于植食动物。2023/2/4572.2生长效率(growthefficiency)组织生长效率(TGe)=NPn/An生态生长效率(EGe)=NPn/In营养级越高，生长效率越低。植物的生长效率>动物。植物光合能量中大约40%呼吸，60%生长。肉食动物同化能量中大约65%用于呼吸，35%用于生长。哺乳动物呼吸消耗的能量最多，大约占同化量的97-99%，只有1%-3%用于净生产量。2023/2/4582023/2/4593营养级位之间的生态效率量度营养级位之间的转化效率。3.1消费效率（利用效率）（consumptionefficiency）消费效率(Ce)=In+1/NPn消费效率量度一个营养级对前一营养级的相对取食压力。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，被损失到系统之外。利用效率（Ue）=An+1/NPn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量的多少。2023/2/4603.2林德曼效率Lindemanefficiencies,theproportionofenergypassedtothenexttrophiclevelineachenergytransfer.Le=An+1/AnLe=In+1/In林德曼定律（十分之一定律）：能量沿营养级移动时，逐级变小，