第十章生态系统

第十章生态系统生态系统的概念和特征生态系统中的生产生态系统中的分解思考题生态系统的能量流动生态系统的物质循环群落或生态系统的稳定性生态系统的发育第一节生态系统的概念和特征生态系统的定义及意义系统与反馈生态系统的基本结构食物链、食物网和营养级生态系统中的同资源种团上行控制和下行控制一、生态系统的特点及意义生态系统（ecosystem）：一定空间内栖居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。生态系统的特点生态系统主要是功能单位，而不是分类学单位；生态系统具有自我调节能力；属于经典生态学研究的最高层次；能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能；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流动过程中的巨大损失，因此，营养级的数目通常不超过5－6个；生态系统是动态系统，要经历一系列发育阶段。学习生态系统生态学的意义二、系统与反馈

系统类型隔离系统封闭系统开放系统反馈类型正反馈负反馈生态系统中的反馈（正反馈（左）和负反馈（右））狼↑狼↓兔↓兔↑植物↓植物↑狼饿死狼吃饱吃了较多兔子吃了较少兔子兔吃饱兔饿死吃了较少的草吃了大量的草污染↑

↑

鱼死亡↑污染↑

鱼死亡↑

↑↑鱼死亡↑↑污染↑

↑

↑

三、生态系统的基本结构无机物有机物气候因素②生产者③消费者④分解者六大组成成分（四大基本成分）①生产者：自养生物，主要是各种绿色植物，也包括蓝绿藻和一些能进行光合作用的细菌。②消费者：异养生物，主要指以其他生物为食的各种动物。③分解者：异养生物，把复杂的有机物分解成简单无机物。①非生物成分生物成分(生物群落)三大功能群生态系统的营养结构及能流和物流间的关系生产者(绿色植物)消费者(动物)分解者(细菌、真菌)放牧系统净初级生产分解系统死有机物太阳辐射能呼吸散失呼吸散失生态系统的营养结构(能量流动)能流物流环境(土壤、空气、水)生态系统的营养结构(物质循环)四、食物链、食物网和营养级食物链（foodchain）食物链指生态系统中不同生物之间在营养关系中形成的物质和能量传递关系。食物链的类型牧食食物链（grazingfoodchain）：又称捕食食物链，以活的动植物为起点的食物链。寄生食物链可以看作牧食食物链的一种特殊类型。腐食食物链（detritalfoodchain）：又称碎屑食物链，从死亡的有机体或腐屑开始。一个食物链的例子“螳螂捕蝉，黄雀在后”螳螂捕蝉，黄雀在后！哈！哈！植物汁液蝉(初级消费者)螳螂(二级消费者)黄雀(三级消费者)鹰(四级消费者)(顶极食肉动物)食物网

(foodweb)：生态系统中的食物链很少是单条、孤立出现的，它往往是交叉链索，形成复杂的网络结构，此即食物网。营养级（trophiclevel）：食物链上的每一个环节称为营养阶层或营养级，即处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。食物链和食物网概念的意义食物链是生态系统营养结构的形象体现。生态系统中能量流动和物质循环沿着食物链和食物网进行的。食物链和食物网揭示了环境中有毒污染物转移、积累的原理和规律。五、生态系统中的同资源种团组成同资源种团的物种间生态学特征非常相似，生态位重叠明显，种间竞争非常激烈。同资源种团间的物种竞争强度小，联系较弱。按同资源种团来描述生态系统营养结构的优点。六、上行控制和下行控制下行控制（top-downcontrol）：顶级以下的各营养级多受捕食者所控制，即上一营养级控制着下一营养级的数量。上行控制（down-upcontrol）：所有的营养级都受食物资源多少的控制，即下一营养级控制着上一营养级的数量。第二节生态系统中的生产生态系统的初级生产(primaryproduction)：生态系统中绿色植物通过光合作用，吸收和固定太阳能，从无机物合成、转化成复杂有机物的过程。生态系统的次级生产(secondaryproduction)：消费者利用初级生产的物资进行新陈代谢，经过同化作用形成异养生物自身物质的过程。§1生态系统的初级生产生产力的基本概念全球初级生产力的分布生态系统初级生产力的变化决定初级生产力的限制因子初级生产力的测定方法一、生产力的基本概念

生物量（biomass）：某一特定观察时刻，某一空间范围内现有的有机体量（个体数量、重量或含能量），因此它是一种现存量(standingcrop)。通常现存的数量以N表示，现在的生物量以B表示。生产量(production):是在一定时间阶段中，某个种群或生态系统所新生产出的有机体的数量、重量或能量。通常以P表示。生产量和现存量关系示意图现存量现存量P＝△B＋EB生产量PA减少量E生产量P减少量E周转率＝P/B二、全球初级生产力的分布补偿点（compensationpoint）：光合作用与呼吸作用相等时生态系统所处的平衡点。总初级生产(GPP)与净初级生产(NPP)：植物通过光合作用固定的总能量称为总初级生产(量)；植物总初级生产（量）减去呼吸量（R），余下的有机物质即为净初级生产（量）。NPP＝GPP－R净初级生产量的估计：光能6CO2＋6H2OC6H12O6＋

6O2

叶绿素净初级生产量的分布：海洋与陆地纬度上分布的三多个高峰季节变化三、生态系统初级生产力的变化初级生产力的纬向地带性变化初级生产力的垂直变化随海拔高度的变化随陆生植物垂直分层的变化水体初级生产力的垂直变化净初级生产力的应用净初级生产力的应用叶面指数为4时初级净生产力最高；收获植物整体的作物；收获种子的作物。总初级生产量净初级生产量叶面指数最大光合率4四、决定初级生产力的限制因子PNRCO2光H2O营养取食O2＋温度陆地生态系统中，初级生产量主要由光、CO2、水、营养物质(物质因素)和温度(环境调节因素)六个因素决定。⑥①②③④⑤光合作用生物量PG五、初级生产力的测定方法产量收割法：收获植物地上部分烘干至恒重，获得单位时间内的净初级生产量。氧气测定法黑白瓶法二氧化碳测定法：用特定空间内的二氧化碳含量的变化，作为进入植物体有机质中的量，进而估算有机质的量。黑白瓶法黑瓶（呼吸作用）DB白瓶(净光合作用)LB

对照瓶IB放置于水样深度处一定时间后，测各瓶的含氧量变化，求初级生产量§2生态系统的次级生产次级生产的基本特点及次级生产量的测定食物链能流和生态锥体生态效率一、次级生产的基本特点及次级生产量的测定次级生产过程模型食物资源不可得拒食未食粪尿(Fu)呼吸(R)分解可得可利用食用(C)同化(A)动物产品产生能量(P)潜在能量维持能量损失能量ⅠⅡⅢⅣⅤⅥC=A+FuA=P+RC=P+Fu+RP=C-Fu-R二、食物链能流和生态锥体食物链能流的实例(植被－田鼠－鼬；p477图10-22)食物链中被利用的能量与前一营养级可提供能量相比非常少；绿色植物用于维持的能量较少（15％）；动物，尤其是常温动物，同化量大部分用于了维持（田鼠68％，鼬93％），而只有很少的同化能量用于了生长和繁殖；由于能量沿食物链流动中损失巨大，因此处于越高营养级的动物需要的猎食面积越大。生态系统中能流的特点：单向的，层层递减的对前一营养级生物量的利用不可能百分之百；各营养级的同化率不可能百分之百，总有部分能量以粪尿形式散失；各营养级维持自身生命活动总要消耗一部分能量。能量在各营养级之间的数量关系可用生态锥体表示。生态锥体(CharlesElton,1927)生态锥体（ecologicalpyramid）:能量通过营养级逐级减少，把通过各营养级的能流量由低到高用图型表示，就成为一个金字塔形，称能量锥体或能量金字塔。以生物量或个体数目来表示，得到生物量锥体（pyramidofenergy）和数量锥体（pyramidofnumber）。三类锥体合称为生态锥体。a生物量锥体b能量锥体c数量锥体三、生态效率生态效率（ecologicalefficiencies）:是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关系（p478）。同化效率(assimilationefficiency):An/In,An为植物固定的能量或动物摄入食物中被同化的能量，In为植物吸收的能或动物摄取的食物。生长效率(growthefficiency):Pn／An，同一个营养级的净生产量（Pn）与同化量（An）的比值。消费或利用效率(comsumptionefficiency):In＋1／Pn

，n＋1营养级所消费（摄食）的能量占n营养级净生产能量的百分比。林德曼效率(Lindemanefficiency):In＋1／In，指

n＋1与n营养级摄取的食物量能量之比。它相当于同化效率、生长效率和利用效率的乘积。十分之一法则：林德曼效率大约是10％～20％，因此，每通过一个营养级，其有效能量大约为前一个营养级的1/10。第三节生态系统中的分解生态系统的分解（decomposition）：与光合作用正好相反的过程，指死的有机物逐步绛解，释放出能量和无机营养元素的过程。影响分解过程的因素：分解者类型待分解资源的质量环境因素资源分解的意义理论意义通过死有机物的分解，使营养物质再循环，给生产者提供营养物质；维持大气中二氧化碳的浓度；稳定和提高土壤有机质含量，为碎屑食物链以后各级生物生产食物；改善土壤物理性状，改造地球表面惰性物质；实践意义：粪便处理；污水处理美国塞达波格CedarBog湖（沼泽水湖）的能流分析总初级生产量464.7植食动物62.8肉食动物12.6分解12.5分解2.1分解微量呼吸96.3呼吸18.8呼吸7.5未利用293.1太阳能497693.3未利用29.3未利用5.0未吸收的能497228.6第四节生态系统的能量流动第五节生态系统的物质循环生物地化循环的特点及类型水循环气体型循环沉积型循环一、生物地化循环的特点及类型生物地化循环：矿物元素在生态系统中的输入和输出（在大气圈、水圈、岩圈之间以及生物间的流动和交换）称生物地(球)化(学)循环，即物质循环(cyclingofmaterial)。生物地化循环的特点生物积累、生物浓缩和生物放大生物地化循环的类型生物地化循环的特点物质在生态系统中的运动是循环的；生物地化循环可以用库和流通率两个概念来描述。生物地化循环在受人类干扰以前一般是处于一种稳定的平衡状态。元素和难分解的化合物常发生生物积累、生物浓缩和生物放大现象。生物积累、生物浓缩和生物放大生物积累(bioaccumlation)：生物体在生长发育过程中，直接通过环境和食物蓄积某些元素或难以分解的化合物的过程。生物浓缩(bioconcentration)：生物体通过对环境中某些元素或难以分解的化合物的积累，使这些物质在生物体内的浓度超过环境中浓度的现象，又称生物富集。生物放大(biomagnification):指生态系统的食物链上，高营养级生物以低营养级生物为食，某种元素或难分解化合物在生物机体中浓度随营养级的提高而逐步增大的现象。生物放大的结果使食物链上高营养级生物体中该类物质的浓度显著超过环境中的浓度。生物地化循环的类型水循环气体型循环沉积型循环二、水循环(aquaticcycle)水循环的意义全球水循环人类活动对水循环的影响：空气污染与降水的质和量；改变地面，增加径流；过度利用地下水；水的再分布。大气流动海洋陆地841677237三、气体型循环(gaseouscycle)

——碳循环(carboncycle)化泥碳煤大气中CO2CO2碳化作用石油水生植物光合作用腐烂燃料呼吸作用光合作用腐烂扩散大气中二氧化碳浓度的变化大气中二氧化碳浓度升高的原因：石化燃料的燃烧；雨林的采伐。大气中二氧化碳浓度升高的抵制：海洋的溶解；光合作用强度的增大。温室效应（二氧化碳、甲烷、氧化氮）四、沉积型循环(sedimentarycycle)

——磷循环（phosphoruscycle）沉积型循环沉积物中的磷（约为土壤和