生态系统的结构

1、生态系统,I 生物群落,生态学的博物学传统,Darwin Hongboldt 最幸福的人！,生物群落生态系统的硬结构,Community 在一定时间和空间内所有种群组成的具有内在联系和共同规律的生物系统 对于同一尺度的生物在空间上具有排他性,生态系统,Ecosystem以生物群落为主体，在一定时间和空间内，生物和非生物成分之间，通过不断的能量流动和物质循环而形成的相互作用、相互依存的整体。是生态学的一个结构、功能和进化单位。,淡水生态系统,生态系统的外貌和边界,生态系统的外貌 生态系统的空间范围 尺度跨越很大 空间独占性 生态系统的边界 如何看待边缘? 生态交错带（Ecotone）,温带草原,

2、海洋生态系统,生态系统的水平结构,镶嵌性 生境异质性 其它隔离因素 小群落 群落不均匀是绝对的 小群落之间边界相对模糊 小群落之间本质上同一,垂直结构,成层性 主要生物类群的分层 温带森林最典型4层(乔、灌、草、地被层） 亚热带常绿阔叶林5层 寒温带针叶林而3层（缺少灌木层） 热带雨林几层？ 层间植物 空间分层的原因和意义,生态系统的时间动态,外貌的季节动态季相 温带最典型 热带雨林几乎没有，但季雨林有 主要受温度和水分两个因素决定 外貌的年变化 气候原因 内生原因大小年,生态系统的组分,生物成分 结构性组分建群种、优势种、伴生种、偶见种 功能性组分生产者、消费者、分解者、流通者、调控者 非生

3、物成分太阳辐射能，无机物质(大气、水、土壤等)，有机物质,生态系统结构性组分,主体结构性物种 非主体结构性物种,主体结构性物种的地位类型,建群种（constructive species） 优势种（dominant species） 次优势种（sub-dominant species）,非主体结构性物种的地位类型,伴生种（附属种, accompanying species） 偶见种（accidental species）,非生态学术语,关键种（keystone-species） 冗余种（species redundancy）,生态系统中物种的数量特征,基本数量参数 多度（定性） 密度（定量）

4、盖度 频度 高度 重量,生态系统中物种的数量特征,综合数量指标 优势度（dominance） 重要值（important value） 综合优势比（summed dominance ratio） 群落最小面积,生态系统中物种和种群的多样性,物种多样性 丰富度（richness） 差异度（difference） 均匀度（evenness） 物种多样性测度 丰富度指数 多样性指数,生态系统中物种和种群的多样性,物种多样性测度 丰富度指数 Gleason指数 D=S/lnA Margalef指数 D=(S-1)/lnN 多样性指数 s S D=1-Pi2 H=-Pilog 2 Pi i=1 i=1,

5、影响生态系统物种多样性的因素,决定生态系统物种多样性的因素 时间 环境适宜度和空间异质性 竞争 捕食 气候稳定性 生产力 其它因素,生态系统的非生物组分,光、温、水、气、土等 下章讲,传统生态系统与新生态系统,传统概念仅有功能而无空间维度 经济学渊源 生态学-生物学家跟风 群落与生态系统层次混淆 从分子到全球的时空二维图？ 正确的位置才能避免“烦恼的修补”,研究背景 - 科学内生需求,生态学理论停滞已久 1941年Tansley提出生态系统，1950s 经Odum系统整理成熟 1930s种群理论趋于成熟 70余年里仅小修补 新的革命已经到来 新系统层次刚刚进化出来 大量案例和数据的积累 相邻学

6、科的发展：经济学、物理学 数理工具与实用工具,生物学缺少大人物,目前有生物学科而无生物学家 分科太细99的人都在研究细节 各个领域的顶尖人物都是统合论者 把越来越多的事实以一些基本原理统合起来 物理学界尤其明显 目前在生物学界正相反生物学中少有统合论者 生物学家中很少大人物的原因,他山之石,物理学、数学、经济学、计算机等，生物学新方向的开启者 薛定谔在1943年发表了什么是生命中的三个观点发展成理论生物学的三个方向：分子生物学、耗散结构理论、量子生物学 分子生物学是带头学科之一，但这门学科的创建几乎没有多少生物学家的功劳 故事：Clean and dirty Francis Crick，Rob

7、ert May,Bifurcates,Order within non-order Rule within non-rule Determine within uncertainty,生态学中的主要理论和假说 举例,达尔文 物种的起源 Malthus人口论 进化稳定对策（ESS）， Logistic, Lotka-Volterra模型 能流模型和十分之一法则 群落演替顶极理论 最小因子法则和耐受性定律,主要理论和假说,May-种群混沌理论 McArthur-岛屿生物地理学说 Whittacker-生物五界系统 Hamilton- kin-selection Lovelock- Gaia假说 常

8、杰、葛滢- 统合生物学及城乡耦合系统,生态系统的生长,规模扩大 组分数量增多 生态系统“生物量”增加 密度增高，体积增加,生态系统的生长,生态系统形成的基质 裸地，原生与次生 物种扩散（散布） 进来 传播、定居与竞争 只有在新地点自行繁殖，才是定居成功 阻限（barrier）与筛滤路线（filter route） 生态系统的壮大 密度增高，体积增加,生态系统的发育,生态系统的发育阶段 在发育过程中一个生物群落使生态系统性质发生的变化 初期 先锋物种高多样性低联系 盛期 生物多样性适中复杂性高历时长 末期 混杂,生态系统的变态,生态系统的变态生物群落的演替 结构过程有明显差异, 但却是同一个生态

9、系统的延续和发育成熟 原生演替与次生演替 水生演替与旱生演替 内因性演替与外因性演替 自养性演替与异养性演替 千年演替、世纪演替与快速演替,从水底开始的群落演替,裸底阶段,浮叶根生植物阶段,挺水植物和沼泽植物阶段,沉水植物阶段,从干旱环境开始的原生演替系列,极端生境开始：火山、岩石 地衣植物阶段 苔藓植物阶段 草本植物阶段 灌木阶段 乔木阶段 旱生演替系列的方向是干燥生境湿润化,群落演替的一些共同特征,大多数群落的演替都有着共同的趋向 从低等生物到高等生物 从小型生物发展到大型生物 生活史从短到长 群落空间层次从少到多；生态系统营养级从低到高增加，复杂性增加；种类竞争从无到有，再发展到很激烈，最后趋向于动态中的稳定,群落演替中的一些共同特征,演替速度 原生慢 次生快（生态系统的再生） 演替中的“利他效应” 发育和进化的基础,演替顶极,演替顶极与顶极群落吸引子 恒定性演替 多数群落的演替具有方向性，并在稳定的群落阶段长期保持，有微小波动，地带性植被类型的演替属于此类；