第二节生态系统的基本功能

第二节生态系统的基本功能第一页，共四十四页，编辑于2023年，星期四一.生物生产1.生态系统的初级生产2.生态系统的次级生产第二页，共四十四页，编辑于2023年，星期四1.生态系统的初级生产初级生产力：单位面积植物初级生产者形成自身生物量的速率。（J/m2﹒d）（t/hm2﹒a)总初级生产力(GP)：植物光合作用所固定的太阳能的总量。净初级生产力(NP):总初级生产力与呼吸消耗量（R）的差值。NP=GP-R第三页，共四十四页，编辑于2023年，星期四第四页，共四十四页，编辑于2023年，星期四初级生产量的变化1垂直变化2随群落的演替而变化第五页，共四十四页，编辑于2023年，星期四2.生态系统的次级生产概念：在被消费者同化的能量中，用于生长繁殖的部分为次级生产力。次级生产力由以下三个方面决定：1、利用率(CE)：一个营养级食物摄入量In占上一营养级被食生物可利用量Pn-1的百分比。

Ce=In/Pn-1﹒100%

2、同化率(AE)：吸收同化量An占摄取食物量In的百分比。Ae=An/In﹒100%3、生产效率(Pe):新产生的生物量(Pn=An-Rn)占被同化能量(An)的百分比。Pe=Pn/An﹒100%第六页，共四十四页，编辑于2023年，星期四对一个动物种群来说，其能量收支情况可以用下列公式表示P=C-FU-R其中C为动物从外界摄食的能量；FU为粪尿能量；R为呼吸能量；P为净次级生产量。第七页，共四十四页，编辑于2023年，星期四初级生产与次级生产的关系次级生产依赖于初级生产，两者在生态系统中成正相关关系；在统一生态系统中次级生产力小于初级生产力；高一营养级的次级生产力小于低一营养级的生产力，整个生态系统成营养金字塔。原因：一个营养级内有机物不是100％可以取食，相邻营养级之间取食率小于100％，同化率小于100％，生产率小于100％。第八页，共四十四页，编辑于2023年，星期四生产力与生物量的关系生产量和生物量是两个有区别的概念，生产量含有速率的概念，是指单位时间单位面积上的有机物生产量；而生物量是指在一定调查时刻单位面积上积存的有机物质。第九页，共四十四页，编辑于2023年，星期四二、生态系统的能量流动第十页，共四十四页，编辑于2023年，星期四光热传递与转换第十一页，共四十四页，编辑于2023年，星期四能量流动的概念能量在生物与环境之间、生物与生物之间的传递与转换过程。第十二页，共四十四页，编辑于2023年，星期四能量流动过程与热力学定律（一）能量传递与热力学定律能量在生态系统内的传递和转化规律服从热力学第一定律和热力学第二定律。第十三页，共四十四页，编辑于2023年，星期四能量流动的特点1.能量流是变化的2.能量流是单向的3.能量在生态系统内流动过程是不断递减的过程4能量在流动中质量逐渐提高5.遵循热力学第一定律，能量守恒6.遵循热力学第二定律。能量转移和转换会导致生态系统自由能流失而减少，部分被用来做功，导致系统的负熵减少，无序性增加。第十四页，共四十四页，编辑于2023年，星期四第十五页，共四十四页，编辑于2023年，星期四三、生态系统的物质循环生物从环境（大气圈、水圈、土壤岩石圈）中获得的营养元素，经过食物链在生物之间流动，最后由分解者分解回归于环境，部分元素又可以重新被植物吸收利用，再次进入食物链，如此反复。第十六页，共四十四页，编辑于2023年，星期四太阳能第十七页，共四十四页，编辑于2023年，星期四物质循环的模式库：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物质所构成。流通率：物质或能量在单位时间，单位面积内的转移量。要表示一个特定的流通过程对有关库的相对重要性，常用周转率或周转时间来表示。周转率=流通率/库中营养物质总量周转时间=库中营养物质总量/流通率第十八页，共四十四页，编辑于2023年，星期四物质循环的类型－按范围分类1.生物化学循环：营养元素在植物体内的在分配。如根据生理功能需要、器官衰老死亡前转移（有效成分损失可减少50％以上）等。范围小，周期短。2.生物地球化学循环：指化学物质在生物圈中的生物3.地球化学部分与非生命环境之间的转移、转化等往返过程。3.地球化学循环：化学元素在不同生态系统之间甚至整个生物圈内的循环。范围大、周期长。第十九页，共四十四页，编辑于2023年，星期四生物地球化学循环三大类：1.水循环2.气体型循环3.沉积型循环第二十页，共四十四页，编辑于2023年，星期四水循环水循环是物质循环的核心，是生态系统中物质运动的介质，没有水循环就没有生物地化循环。水也是地质侵蚀的动因，一个地方侵蚀另一个地方沉积，都与水循环相联系，因此了解水循环是理解生态系统物质循环的基础。第二十一页，共四十四页，编辑于2023年，星期四水循环第二十二页，共四十四页，编辑于2023年，星期四碳循环碳对生物和生态系统的重要性仅次于水。植物通过光合作用从大气中摄取碳的速率和通过呼吸作用把碳释放给大气的速率大体相同。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。第二十三页，共四十四页，编辑于2023年，星期四第二十四页，共四十四页，编辑于2023年，星期四氮循环在自然界，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。大气中含有大量的分子态氮。但是绝大多数生物都不能够利用分子态的氮，只有象豆科植物的根瘤菌一类的细菌和某些蓝绿藻能够将大气中的氮气转变为硝态氮（硝酸盐）加以利用。植物只能从土壤中吸收无机态的铵态氮（铵盐）和硝态氮（硝酸盐），用来合成氨基酸，再进一步合成各种蛋白质。动物则只能直接或间接利用植物合成的有机氮（蛋白质），经分解为氨基酸后再合成自身的蛋白质。在动物的代谢过程中，一部分蛋白质被分解为氨、尿酸和尿素等排出体外，最终进入土壤。动植物的残体中的有机氮则被微生物转化为无机氮（氨态氮和硝态氮），从而完成生态系统的氮循环。第二十五页，共四十四页，编辑于2023年，星期四第二十六页，共四十四页，编辑于2023年，星期四沉积型循环沉积型循环(sedimentarycycle)的蓄库主要是岩石圈和土壤圈。属于沉积型循环的营养元素主要有磷、硫、钾、钠、钙等。保存在岩石圈中的这些元素只有当地壳抬升变为陆地后，才有可能因岩石风化、侵蚀和人工采矿等形式释放出来被生产者植物所利用。因此，循环周期很长，常常还会造成局部性的匮乏。第二十七页，共四十四页，编辑于2023年，星期四硫的循环硫循环的沉积过程往往与铁离子和钙离子的存在有关，当形成不溶性的FeS、Fe2S3和硫酸钙CaSO4时就会出现硫的沉淀现象。其中的FeS具有重要的生态学意义，它是在厌氧条件下生成的，在中性和碱性水中呈不溶解状态。因此，在这种条件下硫的存在就成了铁含量的限制因素。第二十八页，共四十四页，编辑于2023年，星期四第二十九页，共四十四页，编辑于2023年，星期四磷的循环磷是比较典型的沉积型循环物质，这种类型的循环物质实际上都有两种存在相：岩石相和溶盐相。这类物质的循环都是起自岩石的风化，终于水中的沉积。岩石风化后，溶解在水中的盐便随着水流经土壤进入溪、河、湖、海并沉积在海底，其中一些长期留在海里，另一些可形成新的地壳，风化后又再次进入循环圈。动植物从溶盐中或其他生物中获得这些物质，死后又通过分解和腐败过程而使这些物质重新回到水中和土壤中第三十页，共四十四页，编辑于2023年，星期四磷的来源及其循环第三十一页，共四十四页，编辑于2023年，星期四磷的蓄库及其循环第三十二页，共四十四页，编辑于2023年，星期四有毒污染物质循环有毒污染物质循环：如重金属、农药等。伴随着食物链的延伸，或浓度增大，或毒性加剧－－生物放大作用。特点：1.有毒物质进入生态系统的途径是多种多样的。2.大多数有毒物质在生物体内具有富集现象，若不及时排除会造成有机体中毒、畸形或死亡。3.毒性物质随着环境的变化其毒性也在变化，有可能减弱，也有可能加强。第三十三页，共四十四页，编辑于2023年，星期四汞循环汞是一种生命体非必需元素,在自然界中有单质汞(水银)、无机汞和有机汞等几种形式。汞在自然环境中本底不高,但在19世纪以来,伴随着工业的发展,汞的用途越来越广,生产量急剧增加,从而使大量的汞随着人类活动而进入环境。第三十四页，共四十四页，编辑于2023年，星期四第三十五页，共四十四页，编辑于2023年，星期四物质循环的生态学意义1.物质是能量的载体，物质循环是能量流动的基础；2.物质再生利用，提高生态系统生产能力；3.减少物质流失，促进生态平衡。第三十六页，共四十四页，编辑于2023年，星期四四、生态系统的信息传递营养信息：构建各种营养关系，形成相应的食物链行为信息：如异常行为物理信息：如光、行为、颜色、声音化学信息：如气味、激素作用：相互制约、相互促进、相互吸引、相互排斥，从而协调生态系统的功能。第三十七页，共四十四页，编辑于2023年，星期四生态系统信息流及特点生态系统信息流：生态系统中产生的大量的、复杂的信息，经过信道不断传送、交流和反馈的过程。信息流是双向的。特点：1信息流非常庞大。2传递方式千差万别。3信息类型多，贮存量大。第三十八页，共四十四页，编辑于2023年，星期四生态系统信息的传递过程1信息的产生2信息的获取3信息的传递4信息处理系统5信息再生6信息施效第三十九页，共四十四页，编辑于2023年，星期四五、生态系统自我调节生态系统的反馈调节生态系统平衡第四十页，共四十四页，编辑于2023年，星期四生态系统的反馈调节生态系统普遍存在着反馈现象。什么是反馈？当生态系统中某一成分发生变化的时候，它必然会引起其它成分出现一系列的相应变化，这些变化最终又反过来影响最初发生变化的那种成分，这个过程就叫做反馈。反馈有两种类型，即负反馈和正反馈。负反馈是比较常见的一种反馈，它的作用是能够使生态系统达到和保持平衡或稳态，反馈的结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化。例如，如果草原上的食草动物因为迁入而增加，植物就会因为受到过度啃食而减少，植物数量减少以后，反过来就会抑制动物的数量（如：教学过程设计中的负反馈图解）。另一种反馈叫正反馈，正反馈是比较少见的，它的作用刚好与负反馈相反，即生态系统中某一成分的变化所引起的其它一系列的变化，反过来不是抑制而是加速最初发生变化的成分所发生的变化，因此正反馈的作用常常使生态系统远离平衡状态或稳态。在自然生态系统中正反馈的实例不多，下面我们举出一个例子加以说明：如果一个湖泊受到了污染，鱼类的数量就会因为死亡而减少，鱼体死亡腐烂后又会进一步加重污染并引起更多鱼类死亡。因此，由于正反馈的作用，污染会越来越重，鱼类的死亡速度也会越来越快。从这个例子中我们可以看出，正反馈往往具有极大的破坏作用，但是它常常是爆发性的，所经历的时间也很短。从长远看，生态系统中的负反馈和自我调节将起主要作用。第四十一页，共四十四页，编辑于2023年，星期四生态系统平衡生态系统平衡(Ecosystembalance)又称自然平衡(Naturalbalance)，是指生态系统的物质循环、能量流动和信息传递皆处于稳定和通畅的状态。在自然生态