第四章生态系统生态学一

第四章生态系统生态学生态系统的结构生态系统的基础功能世界主要生态系统的类型本章聚焦1.生态系统的概念

生态系统是在一定的空间和时间范围内，在各种生物之间以及生物群落与其无机环境之间，通过能量流动和物质循环而相互作用的一个统一整体。生态系统是生物与环境之间进行能量转换和物质循环的基本功能单位。一个池塘、一块草地、一条河流、一片森林、一洼稻田都可以看成一个生态系统。

我们以一个池塘为研究对象来分析一下：1．池塘中有哪些生物？鱼、虾、浮游植物（浮萍、藻类、水草）、藻类植物、小甲壳动物等。2．池塘中的所有鱼类是一个种群吗？为什么？不是一个种群，因为鱼有许多种，不符合种群的概念。

3．池塘中的鱼、虾、浮游植物等总称什么？生物群落4．池塘中除了我们说到的这些生物以外，还有什么？

水、溶解在水中的各种物质、照射在池水上的阳光等无机环境。种群、群落、生态系统种群：在一定时间和空间内，同种生物的总和。

群落：在一定自然区域内，相互之间具有直接或间接关系的各种生物的总和。

生态系统：生物群落及其无机环境相互作用的自然系统。三者关系：种群是由同种的生物个体组成，种群组成群落，群落组成生态系统。种群内只有一种生物；而群落内有不同种的生物。生态系统内除包括有生物群落，还包括有无机环境。许多单一的生物个体（同种）组成种群，种群具有单一生物个体所没有的特征。生态系统=群落+无机环境。例1：在一阴湿山洼草丛中，有一堆长满苦踪的腐木，其中聚集蚂蚁、蚯蚓、蜘蛛、老鼠等动物，它们共同构成一个（）

（A）生态系统；（B）生物群落。下列地点或区域不能认为是生态系统的是（）

A．一个湖泊 B．一个城市C．一块麦地 D．一个池塘中的全部鱼BD3.一个充满生机的鱼缸构成了（）A种群B群落C生态系统 D以上都不是分析：一个充满生机的鱼缸，说明鱼缸中生长着各种鱼类、植物等生物种类。具体地说：有水、光、无机盐和水中溶解的氧气等，它们构成了无机环境；还有水中的浮游植物、浮游动物、鱼类、细菌等，它们又构成了生物群落。这些生物之间以及生物与无机环境发生着复杂而又不可缺少的相互作用，符合一个生态系统的概念。答案：C4.以下可以称作生态系统的是（）

A．一个湖泊中的浮游生物和所有分解者B．取自池塘的水、泥土和浮游生物C．一个池塘中的所有水蚤和分解者D．一个鱼缸中所有金鱼和水草分析：此题旨在考查对生态系统概念的理解。生态系统的结构包括两部分：一是非生物的物质和能量，二是生物群落。A、C、D三个选项都只有生物成员或生物成员中的部分生物，因此，它们都不是生态系统。B选项水中含有溶解O2、无机盐和各种营养物质，足以构成无机环境，浮游生物包括各种植物和动物，泥土中还含有细菌等各种微生物，足以构成生物群落，并且无机环境和群落间发生着相互作用。答案：B5.下列组合中，依次属于种群、群落、生态系统的一组是（）

①生活在人大肠中的细菌②某一池塘中的全部鱼类③肺炎患者肺部的肺炎双球菌④一根枯木及其上的所有生物A．①②④ B．②③④ C．③②① D．③①④D生态系统的共同特性

（1）生态系统是生态学上的一个主要结构和功能单位，属于生态学研究的最高层次。（2）生态系统内部具有自我调节能力。其结构越复杂，物种数越多，自我调节能力越强。（3）能量流动、物质循环是生态系统的两大功能。（4）生态系统营养级的数目因生产者固定能值所限及能流过程中能量的损失，一般不超过5~6个。（5）生态系统是一个动态系统，要经历一个从简单到复杂、从不成熟到成熟的发育过程。

2.生态系统的组成成分

生态系统有四个主要的组成成分。即非生物环境、生产者、消费者和分解者。（1）非生生物因素包括：气候因子，如光、温度、湿度、风、雨雪等；无机物质，如C、Ｈ、O、N、CO2及各种无机盐等。有机物质，如蛋白质、碳水化合物、脂类和腐殖质等。

（2）生产者（producers）主要指绿色植物：自养生物，也包括蓝绿藻和一些光合细菌和化能细菌，是能利用简单的无机物质制造食物的自养生物。在生态系统中起主导作用。

2.生态系统的组成成分（3）消费者（consumers）异养生物，主要指以其他生物为食的各种动物，包括植食动物、肉食动物、杂食动物和寄生动物等。

（4）分解者（decomposers）异养生物，主要是细菌和真菌，也包括某些原生动物和蚯蚓、白蚁等大型腐食性动物。它们分解动植物的残体、粪便和各种复杂的有机化合物，吸收某些分解产物，最终能将有机物分解为简单的无机物，而这些无机物参与物质循环后可被自养生物重新利用。澳大利亚进口屎克螂因牛粪覆盖每年损毁牧场3600万亩

60年代，澳大利亚引入了羚羊粪蜣(Onthophagus

gazella)和神农蜣螂(Catharsius

molossus)等异地金龟，对分解牛粪发挥了明显的作用。必不可少的成份：非生物成份、生产者、分解者3.生态系统的结构

生态系统的结构可以从两个方面理解。其一是物种结构，如生物种类，种群数量，生物群落各部分在生态系统中的功能和作用等等。其二为营养结构，营养结构是以营养为纽带，把生物和非生物紧密结合起来的功能单位，构成以生产者、消费者和分解者为中心的三大功能类群，它们与环境之间发生密切的物质循环和能量流动。关键种和冗余种的概念关键种：是它们的消失或削弱能引起整个群落和生态系统发生根本性的变化的物种。关键种的个体数量可能稀少，但也可能多，其功能或是专一的也可能是多样的。冗余种：是指这些种的去除不会引起生态系统内其他物种的丢失，同时对整个群落和生态系统的结构和功能不会造成太大的影响的物种。这说明群落中的物种在生态功能上有相当程度的重叠性。生态系统的物种结构1.蜣螂（屎壳郎）2.传粉昆虫3.专食仙人掌的夜蝴蝶。优势种和关键种有什么区别？优势种指的是对群落结构和群落环境的形成有明显控制作用的种，它通常指的是那些个体数量多，生物量高，生活能力较强，即优势度较大的物种。

关键种指的是其消失或削弱能引起整个群落和生态系统发生根本性的变化的物种。关键种一定是食物链最顶端的物种吗？关键种不一定是食物链最顶端的物种。传粉的昆虫在维持群落结构中扮演着关键性的作用，因而传粉昆虫可以被认为是关键种。生态系统的物种结构铆钉假说、冗余假说铆钉假说：1981年美国生态学家埃利希（Ehrlich）等人提出，生命的多样性就像飞机上的铆钉，每个物种就像一颗铆钉，任何一颗铆钉的丢失，都会导致飞机无法飞行或坠落。冗余假说：澳大利亚的瓦尔赫（B.Walker）认为大多数物种是多余的，即更像“过路人”而不是铆钉，要维持生态系统的正常功能，只要位数不多的几个关键物种就够了。生态系统的物种结构食物链的概念

植物所固定的能量通过一系列的取食和被取食关系在生态系统中的传递，这种生物之间的传递关系称为食物链（foodchains）。一般食物链是由4~5环节构成的，如草→昆虫→鸟→蛇→鹰。生态系统的营养结构

食物链的类型捕食食物链:以生产者为基础，后者与前者是捕食性关系，构成方式是：植物→植食性动物→肉食性动物。如草原上的青草→野兔→狐狸→狼；碎食食物链:以碎食为基础，碎食是由高等植物的枯枝落叶等形式被其它生物所利用，分解成碎屑，然后再为其它多种动物所食。构成方式为：碎食物→碎食物消费者→小型肉食动物→大型肉食动物；一个食物链的例子

“螳螂捕蝉，黄雀在后”

（

（据周立志）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)食物链的理论是美国生态学家林德曼在1942年首先提出的。他曾描述了这样一个场景。这是一个风和日丽的春天，一只彩蝶翩翩飞来落在鲜花上津津有味地吮吸花蜜，冷不防背后划过一道绿色刀影，转眼之间，蝴蝶已在螳螂的绿色大刀下奄奄一息。螳螂正要品尝美餐，蛤蟆出其不意地吐射长舌，一下子把它卷入口中。蛤蟆还没来得及吞咽螳螂，悄悄爬到近旁的长蛇猛地一窜，准确无误地一口咬住蛤蟆。正在这时，盘旋在天空中的鹰一个猛子扎下去用利爪紧紧攫住蛇。在大自然里，这只是一个很普通的场面。

食物网的概念在生态系统中生物之间的取食和被取食的关系错综复杂，这种联系象是一个无形的网把所有生物都包括在内，使它们彼此之间都有着某种直接或间接的关系，这就是食物网（foodweb）。一般而言，食物网越复杂，生态系统抵抗外力干扰的能力就越强，反之亦然。北极地区食物网一个陆地生态系统的部分食物网图9-5落叶林食物网海洋食

物

网

食物链和食物网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正是沿着食物链和食物网进行的；食物链和食物网还揭示了环境中有毒污染物转移、积累的原理和规律。DDT污染通过食物链产生的生物放大作用“下行效应”，“上行效应”“自上而下”是指较低营养阶层的种群结构依赖于较高营养阶层物种的影响，成为下行效应；“自下而上”是指较低营养阶层的种群结构决定较高营养阶层的种群结构，成为上行效应；食物网的控制机理营养级、生态金字塔的概念

一个营养级（trophiclevels）是指处于食物链某一环节上的所有生物种群的总和，在对生态系统的能流进行分析时，为了方便，常把每一生物种群置于一个确定的营养级上。生产者属第一营养级，植食动物属第二营养级，第三营养级包括所有以植食动物为食的肉食动物，一般一个生态系统的营养级数目为3~5个。生态金字塔（ecologicalpyramids）是指各个营养级之间的数量关系，这种数量关系可采用生物量单位、能量单位和个体数量单位,分别构成生物量金字塔、能量金字塔和数量金字塔。生物量金字塔根据H.T.Odum.1957生物量金字塔（克／米2）。数据来自Florida银泉的营养级排列809.037.04.6还原者顶部肉食类肉食类草食类生产者10.71.5能量金字塔生态系统的空间结构森林生态系统：光照动物：食物、不同层次的微气候水域生态系统：阳光、温度、食物、含氧量空间结构时间结构总之，生态系统的分层现象是自然选择的结果。它显著提高了生物利用自然资源的能力。第二节生态系统的基本功能生物生产能量流动物质循环信息传递生态系统的基本功能生态系统中的能量流动开始于绿色植物的光合作用。光合作用积累的能量是进入生态系统的初级能量，这种能量的积累过程就是初级生产。初级生产积累能量的速率称为初级生产力（primaryproductivity），所制造的有机物质则称为初级生产量或第一性生产量（primaryproduction）。生物生产生态系统的基本功能在初级生产量中，有一部分被植物自己的呼吸所消耗，剩下的部分才以可见有机物质的形式用于植物的生长和生殖，我们称这部分生产量为净初级生产量（netprimaryproduction,NPP），而包括呼吸消耗的能量（R）在内的全部生产量称为总初级生产量（grossprimaryproduction,GPP）。它们三者之间的关系是GPP=NPP+R。GPP和NPP通常用每年每平方米所生产的有机物质干重（g/m2.a）或固定的能量值（J/m2.a）来表示，此时它们称为总（净）初级生产力，生产力是率的概念，而生产量是量的概念。生态系统的基本功能某一特定时刻生态系统单位面积内所积存的生活有机物质量叫生物量（biomass）。通常用平均每平方米生物体的干重（g/m2）或能值（J/m2）来表示。生物量和生产量是两个不同的概念。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质生产量，单位是g/m2.a或者J/m2.a。生态系统的基本功能动物和其它异养生物靠消耗植物的初级生产量制造的有机物质或固定的能量，称为次级生产量或第二性生产量（secondaryproduction），其生产或固定率称次级（第二性）生产力（secondaryproductivity）。动物的次级生产量可由下一公式表示：P=C-FU-R，式中，P为次级生产量，C代表动物从外界摄取的能量，FU代表以粪、尿形式损失的能量,R代表呼吸过程中损失的能量。

次级生产过程