第五章 生态系统与生态环境保护

第五讲生态系统主讲：汤洁第一节生态系统的基本概念生态学：研究生物生存与其环境关系的学科称作生态学。从人类角度考察生物与人类的关系或考虑对生物进行保护时，总是把生物与其生存的环境作为一个整体看待，因而研究环境问题要依赖生态学的知识和方法。生态学包括个体生态学、种群生态学、群落生态学和生态系统生态学。2.种群(population)：种群是指某一地区中同种个体的集合群体。是生物群落的基本组成单元，如松鼠、杨树。种群具有数量、空间分布和遗传三种主要特征。种群密度和生物量是描述种群动态的常用参数。种群中生物的迁入迁出、繁殖率和死亡率、栖息地条件和人类干扰等因素，都影响种群的动态。3.群落：群落是生活在某一地区中所有种群的集合体，可分为植物群落、动物群落和微生物群落三大类。群落不是物种的简单加和，而是一个由各种关系联系在一起的整体。群落的外部形态特征常被作为划分类型的依据。群落的结构特征亦被用作判别其完整性的指标。陆地植物群落中起主导和控制作用的物种称作优势种，可用重要值和优势度表征。群落的生物量和物种多样性常作为评价其优劣或重要性的指标。4.群落演替：指在一定地段上，群落由一个类型转变为另一类型的有顺序的演变过程。在群落演替过程中，随着群落功能结构的变化，其生物量逐渐增加，生态等级提高，生物多样性增加，环境功能亦随之提高。制约因素：植物繁殖体的迁移、散布和动物的活动性；群落内部的环境变化；种内和种间关系的改变；外界环境条件的变化。研究群落演替规律、条件，可使人类科学地干预演替过程，促使自然演替加速进行，亦可控制演替过程，使之向人类希望的方向发展。5.生物多样性生物中的多样化和变异性，以及物种生境的复杂性。（环境生态学）生物多样性是一个有关大自然物种拥有程度的笼统术语，包括在给定的空间内生态系统、物种和遗传基因的数量和出现率。生物多样性有遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性（景观多样性）三个层次。龙舌兰

克罗地亚发现的极度濒危的淡水鱼多鳞瑞士鲤

88年经国家确认我国有258种野生动物濒临灭绝。联合国<<国际濒危物种贸易公约>>列出的640种世界性濒危物种中，我国占156种，约为总数的1/4。生物多样性锐减

-动物

濒危动物:

大熊猫滇金丝猴华南虎白暨豚朱鹮

1000只1000-1500只10头100头136只本世纪灭绝动物：普氏野马高鼻羚羊…….接近灭绝动物：蒙古野驴野骆驼普氏原羚……

生物多样性的保护对策：生物多样性保护对策应包括全球的、国家的、地区的和地方的等一系列不同层次。建立自然保护区与国家公园。迁地保护是将野生生物迁移到人工环境中或易地实施保护。建立种子库和基因资源库退化生态系统的恢复生物多样性的监测环境和野生动植物保护法律6.生态系统：生态系统是指生命系统与非生命系统在特定的空间组成的具有一定结构与功能的系统。是一定空间内由生物成分和非生物成分组成的一个生态学功能单位。

生态系统中，生物与生物、生物与环境，各个环境因子之间相互联系、相互影响、相互制约，通过能量流动、物质循环和信息传递结合成一个完整的综合系统。

超过半数的生物群落区，其地表面积的20%-50%已经转为农田。1950年以来，土地变化最快的是热带旱地阔叶林，其次是温带草原、洪泛草原和南非大草原。生态系统的特点具有能量流动、物质循环和信息传递三大功能具有自我调节能力为一种动态系统

生态系统特点

生态系统的基本特点是物质的循环和能量的流动。此外，还有如下特点：生态系统整体性生态系统的开放性生态系统的区域分异性生态系统的动态性生态系统的组成

在地球生物圈，各种生物物质结合在一起形成各种有机体，这些有机体就按照细胞→个体→种群→群落→生态系统的顺序而趋于复杂化。

生产者（绿色植物、消化细菌）生物消费者（动物）分解者（还原者）生态系统非生物环境（水、土、空气、岩石）非生物物质代谢原料（CO2、无机盐等）消费者初级消费者次级消费者三级消费者

将有机物分解为无机物供生产者再次利用。包括细菌和真菌等腐生生物。分解者

生态系统的类型

自然生态系统：未受人为干扰或人工扶持，在一定空间和时间范围内依靠生物及其环境本身的自我调节来维持相对稳定的生态系统。例如森林、草原、荒漠和陆地水域、海洋及湿地生态系统。人工生态系统：按照人类需求建立起来的，或受人类活动强烈干扰的生态系统。如城市生态系统。半自然生态系统：介于人工和自然生态系统之间的生态系统。例如农业生态系统、天然放牧草原、人类经营管理的天然林。分类功能分类：生产者、消费者、分解者地理条件分类：水生生态系统：海洋、淡水（湖泊和河流）陆地生态系统：森林、草原、荒漠、高山二、食物链与食物网食物链：各种生物之间存在取食与被取食的关系为食物链。捕食食物链（植物为起点）和碎屑食物链（腐屑为起点）。一个食物链的例子

“螳螂捕蝉，黄雀在后”植物蝉(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)陆地生态系统的食物链二级消费者一级消费者生产者分解者

食物链的类型捕食食物链：以活的动植物为起点的食物链，如草食动物、各级食肉动物。

牧草→羊、牛→狼

以绿色植物为起点，是活的生物体。又可分为陆域型和水域型。碎食食物链：以碎食食物为基础，碎食是指高等植物的枯枝落叶等被其他生物利用，分解成碎屑，然后再被多种动物吃掉。

碎食食物→碎食食物消费者→小型肉食性动物→大型肉食动物

食物链的类型腐食食物链：以动、植物残体为起点，从死亡的有机体或腐屑开始，被土壤和水体中的微生物分解。

动植物残体→细菌和真菌微生物寄生型食物链：以活的生物为寄主，夺取寄主的物质和能量来维持生存。体型越来越小，数量越来越多。

植物→动物→寄生物→更小的寄生物

食物链的特征食物链的长度通常不超过6个营养级，最常见的4—5个营养级，因为能量沿食物链流动时不断流失；食物链越长，最后营养级位所获得的能量也越少。因为从起点到终点经过的营养级越多，其能量损耗也就越大；食物链或食物网的复杂程度与生态系统的稳定性直接相关；生态系统中的食物链不是固定不变的，它不仅在进化历史上有改变，在短时间内也会发生变化。食物网食物网(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－食物网，即：自然界中生物间的捕食关系称为食物网反映了生态系统中各生物有机体之间的营养位置和相互关系。

一个生态系统中有许多条食物链，组成一个食物网。生态系统中生物的种类越多，数量越大，食性越杂，则食物链越多，食物网越复杂。食物网的结构特点根据物种在食物网中所处的位置可分为三种基本类型：顶位种：没有天敌的物种，又称收点；中位种：既是捕食者，又是被食者；基位种：被食者，又称源点。草原食物网示意图三、营养级和生态金字塔某个营养级是食物链某个环节上一切生物的总和，是处在某一营养层次上一类生物和另一营养层次上另一类生物的关系。

营养结构营养级（trophiclevel）

食物链上的每一个环节称为营养阶层或营养级，指处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。食物链生产者初级消费者次级消费者三级消费者第一营养级第二营养级第三营养级第四营养级四、生态系统的功能生态系统运行 生态系统的运行是由组成生态系统的生物群落或生物群落通过它们之间复杂的关系维系的，最重要的运行过程如下：物质循环能量流动信息传递调节反馈上述过程也称作生态功能。（一）能量流动1、太阳能量能量输入的来源————太阳能量太阳能量以电磁波形式输入到地球－紫外线、可见光、近红线。有47%到达地表，一部分返回大气层，进入地表生物圈中的能量作为生态系统中的基本能量。分布是不均一的：赤道多、北极少2、生态系统中能量的流动途径：光合作用和有机成分的输入呼吸的热消耗和有机物的输出规律：符合热力学第一定律：能量守恒定律符合热力学第二定律：在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移。即：在生态系统中转化、作功、消耗的动态规律

能量在生态系统中流动的特点生产者即绿色植物对太阳能的利用率很低，只有1.2%；能量朝单一方向流动；在流动中不断减少，而通过每一营养级以热的形式散失；各消费者之间的利用率为10%；能量的产生和消耗达到平衡，生态系统的结构和功能才能平衡。生态系统能流模型（Odum,1959)（二）物质循环生态系统的物质循环主要指C、N、P、S的物质循环气体循环在生态系统中的气体循环主要是氮和碳的循环，从氮的循环来看，其中一部分为矿质养分的循环。碳的循环则是在光合作用过程中，绿色植物直接从大气中吸收二氧化碳，结合成碳水化合物分子，然后经过消费者和分解者，在呼吸和残体腐烂分解时再进入大气。水循环在生态系统中，一切生命有机体大部分是由水组成，水又是生态系统中能量流支与物质循环的介质，对调节气候和净化环境也起到重要的作用。水分通过水面、陆面的蒸发和植物叶面的蒸腾进入大气中，大气中的水分遇冷凝结成雨、雪等降落到地面，其中一部分流经河川重返大海，一部分渗入地下或被植物所吸收，这就是自然界的水循环。

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)还原者(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)（三）信息传递物理信息化学信息营养信息行为信息信息传递（1）营养信息

营养交换把信息从一个种群传递到另一个种群。如富营养化的过程就是一个例子，污水排入池塘后，促使水体中植物营养物含量增加，将导致各种藻类大量繁殖，随着有机物质的分解和藻类等水生生物大量耗氧，致使水体严重缺氧，影响鱼类死亡。（２）物理化学信息

信息可以通过声、色和外激素等物理和化学现象传导。生物界的许多动物具有靠超声波传达和接受信息的导航、通信器官，这些特点在仿生学中得到了应用。化学信息-昆虫的信息激素，又称外激素，如雄蛾很容易通过性外激素找到雌蛾，科学家应用这种性外激素诱杀害虫收到了很好的效果。

（四）生态系统的环境功能

生态系统是支持人类生存和发展的物质基础，生态系统作为人类的环境而对人类的服务价值称作