10生态系统的一般特征

第五部分：生态系统生态学1、生态系统的基本概念2、生态系统的组成与结构3、食物链和食物网4、营养级和生态金字塔5、生态效率6、生态系统的反馈调节和生态平衡一、生态系统的一般特征1、生态系统的基本概念在一定空间中共同栖居着的所有生物(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。

生态系统的特征生态学的一个主要结构和功能单位，属于生态学研究的最高层次。内部具有自我调节能力。能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能。营养级的数目受限于生产者所固定的最大能值和能量在流动中巨大损失，生态系统中营养级不会超过5-6个。动态系统。4

目前有关生态系统的研究工作自然生态系统的保护和利用生态系统调控机制的研究生态系统退化的机制、恢复及其修复研究全球性生态问题的研究生态系统可持续发展的研究2、生态系统的组成与结构2.1非生物环境2.1.1无机质包括处于物质循环中的各种无机物，如氧、氮、二氧化碳，水和各种无机盐等。2.1.2有机质包括蛋白质、糖类、脂类和腐殖质等。2.1.3气候因素如温度、湿度、风和雨雪等。2.2生物群落2.2.1生产者(producer)指能利用简单的无机物质制造食物的自养生物，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。2.2.2消费者(consumer)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。2.2.3分解者(decomposer)异养生物，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。分解者主要是细菌和真菌，也包括某些原生动物和蚯蚓、白蚁、秃鹫等大型腐食性动物。7

一个简单的陆地生态系统模式图3、食物链和食物网3.1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。3.2食物链的类型3.2.1捕食食物链(grazingfoodchain)绿色植物为起点到食草动物进而到食肉动物的食物链植物-食草动物-食肉动物草原上：青草-野兔-鹰3.2.2碎屑食物链(detritalfoodchain)动、植物的遗体被食腐性生物(小型土壤动物、真菌、细菌)取食，然后到他们的捕食者的食物链碎食物—碎食物消费者—小肉食性动物—大肉食性动物3.2.3寄生食物链由宿主和寄生物构成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关系哺乳动物或鸟类-跳蚤-原生动物-细菌-病毒微型浮游植物(小鞭毛藻)小型浮游动物(植食性原生动物)(肉食性甲壳动物)大型浮游动物(毛颚类、磷虾)灯笼鱼、秋刀鱼(食浮游动物鱼类)乌贼、鲑、金枪鱼(食鱼动物)大型浮游植物大型浮游动物鲸以浮游生物为食鯷鱼以浮游生物为食1大型浮游植物23海洋食物链1微型浮游植物(小鞭毛藻)小型浮游动物(植食性原生动物)中型浮游动物(肉食性甲壳动物)大型浮游动物(毛颚类、磷虾)灯笼鱼、秋刀鱼(食浮游动物鱼类)乌贼、鲑、金枪鱼(食鱼动物)大型浮游植物大型浮游动物鲸以浮游生物为食鯷鱼以浮游生物为食1大型浮游植物23海洋食物链113

南极海洋浮游食物网14

狼、狐、雪鸮、贼鸥、隼麝牛、驯鹿、雪兔旅鼠、雷鸟、雁鹬、雀类昆虫植被食物关系能量关系主线冻原生态系统食物链3.3食物网(foodweb)食物链彼此交错连结，形成一个网状结构。一种生物常常以多种食物为食，而同一种食物又常常为多种消费者取食，于是食物链交错起来，多条食物链相联，形成了食物网。食物网不仅维持着生态系统的相对平衡，并推动着生物的进化，成为自然界发展演变的动力。食物网以营养为纽带，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。16

食物网17

北极岛屿简单的食物网18

FOODWEB4、营养级与生态金字塔4.1营养级(trophiclevel)：处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。4.2生态系统中营养级数目各营养级消费者不可能100%利用前一营养级的生物量。各营养级同化率也不是100%，总有一部分排泄出去。各营养级生物要维持自身的活动，消耗一部分热量。能流在通过各营养级时会急剧减少，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。TERRESTRIALFOODCHAIN

Inafoodchain,energyispassedfromonetrophicleveltothenextBUTthetransferofenergyisNEVER100%efficient.Thatis,thereisalwayssomeenergylostperthe2ndLawofThermodynamics.Thislostenergyiscalledentropy.22

营养级4.3生态金字塔(ecologicalpyramid)生态金字塔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，采用这些单位所构成的生态金字塔就分别称为生物量金字塔、能量金字塔和数量金字塔。4.3.1能量金字塔（1）由各营养级所固定的总能量值的多少来构成的生态金字塔。（2）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。（3）千卡/平方米·年。EnergyPyramid

Anenergypyramidforaprairieecosystem.Eachtrophiclevelfromproducertotertiaryconsumerhaslessenergystoredinit.Thewidthoftherectanglesrepresentsenergyfoundintheorganismsateachtrophiclevel.4.3.2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。对陆地、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。28

生物量金字塔湖泊和开旷海洋，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。4.3.3数量金字塔单位面积内生产者的个体数目为塔基，以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。数量金字塔有时植食动物比生产者数目多。如昆虫和树木。个体大小差别很大，只用个体数目多少来说明问题有局限性。5、生态效率5.1生态效率(ecologicalefficiency)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。

5.2能量参数（1）I(摄取或吸收)：表示一个生物(生产者，消费者或腐食者)所摄取的能量；对植物来说，I代表被光合作用色素所吸收的日光能值。（2）A(同化)：表示在动物消化道内被吸收的能量(吃进的食物不一定都能吸收)。对分解者来说是指细胞外产物的吸收；对植物来说是指在光合作用中所固定的日光能，即总初级生产量(GP)。（3）R(呼吸)：指在新陈代谢和各种活动中所消耗的全部能量。（4）P(生产量)：代表呼吸消耗后所净剩的能量值，它以有机物质的形式累积在生态系统中。对植物来说，它是指净初级生产量(NP)；对动物来说，它是同化量扣除维持消耗后的生产量，即P=A-R。5.3同化效率(assimilationefficiency)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

＝被植物固定的能量/植物吸收的日光能＝被动物消化吸收的/动物摄食的能量肉食动物的同化效率高于植食动物.5.4生产效率(productionefficiency)形成新生物量的生产能量占同化能量的百分比：

Pe=Pn/An

营养级越高，生长效率越低。植物的生长效率>动物植物将光合能量大约40%呼吸，60%生长；肉食动物同化能量大约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。5.5消费效率(consumptionefficiency)n+1营养级消费（即摄食）的能量占n营养级净生产能量的比例：

Ce=In+1/Pn

5.6林德曼效率(Lindemansefficiency)n+1营养级所获得的能量占n营养级所获得的能量之比：Le=In+1/In

林德曼效率相当于同化效率、生产效率与消费用效率的乘积。林德曼定律（十分之一定律）：能量沿营养级的移动时，逐级变小，后一营养级只能是前一营养级能量的十分之一左右。6、生态系统的反馈调节和生态平衡6.1反馈生态系统的一个普遍特性是存在着反馈现象。当生态系统中某一成分发生变化的时候，它必然会引起其他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，这个过程就叫反馈。6.2反馈的类型反馈有两种类型，即负反馈(negativefeedback)和正反馈(positivefeedback)。6.2.1负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数量。40

负反馈6.2.2正反馈正反馈是比较少见的，它的作用与负反馈相反，即生态系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化，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。6.3生态平衡由于生态系统具有自我调节机制，生态系统会保持自身的生态平衡。生态平衡是指生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状况，它包括结构上的稳定、功能上的稳定和能量输入输出上的稳定。生态平衡是一种动态平衡，因为能量流动和物质循环总在不间断地进行，生物个体也在不断地进行更新。生产者、消费者和分解者在数量上保持平衡能够增强生态系统的自我调节能力。当生态系统达到动态平衡的最稳定状态时，它能够自我调节和维持自己的正常功能，并能在很大程度上克服和消除外来的干