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1、,园林生态 模块二：生态学基础与园林生态系统,课题目录,课题三,园林植物与温度 一、生态系统的概念 二、生态系统的组成和类型 三、生态系统能量流动与物质循环,案例导入,在美国的菲尼克斯，50多位科学家云集于此，展开了一项历时7年的研究。他们在沙漠边缘一个叫“太阳谷”的地方人工建造了一个绿洲。在那里，有湖和运河、四季常绿的草木、与人类和平共处的成群鸟类。在夜晚，甚至能听到野狼的嚎叫。 在这里，城市公园的绿色看起来奢华无比，那是进口的植物、高耸的绿树以及人造池塘和湖泊。相对于纽约的每座大楼，这里就有一个高尔夫球场。人们家中前院的鲜花常年开放，草地总是保持绿油油的。当地有许多丘陵，要么作为公园保留，
2、要么暂时还没有建设。有的小山包，还装点着仙人掌。昆虫、鸟类以及其他大型动物在这里繁衍。然而重要的是，离开这个人造绿洲后，这些生命在周围环境中，根本无法生存超过一周的时间。,案例导入,在7年的研究中，研究人员亲眼目睹了这个城市生态系统的建设过程，试图理解人类活动在城市生态系统中的因果关系。虽然“太阳谷”是完全由人类设计的，但这个新的城市生态系统，并不被认为是人类创造的。人类只是其中的一部分。 是否世界每个地方的人民都能拥有自己的“太阳城”？为此，研究人员把不同的城市看成拥有不同的设计方案，提出了“一个特定生态系统的设计怎样长期运作”的课题。这将有助于解答在一定环境设置下，人类能否拥有一个可持续发
3、展的城市生态系统，以及该系统是否灵活耐久的问题。上述案例中多次提到“生态系统”，那么什么是生态系统，本课题将学习这方面内容。,一. 生态系统的概念,生态系统（ecosystem）一词是由英国植物生态学家AGTansley在1935年首先提出的，强调有机体与环境不可分割的观点，把生物及其非生物的环境看成是互相影响、彼此依存的统一体。在自然界中，生物的生存与周围环境发生着密切的关系。生物从环境中获得必需的能量和物质以塑造自身，同时排出物质以改造环境。因此，生态系统是指在一定的时间和空间内，生物的成分和非生物的成分通过种的流动、物质的循环、能量的流动以及信息的传递等相互作用、相互依存而构成的一个特殊
4、整体。即生态系统包括有生命的成分和无生命的成分。,一. 生态系统的概念,应该指出的是，生态系统不论是自然系统还是人工系统，都具有以下共同特征： 一、生态系统是生态学研究的最高层次。在生态学研究中，研究层次宏观方向由低到高依次为个体有机体、种群、群落、生态系统，微观方向由低到高依次为基本粒子、原子核、原子、分子、个体有机体。 二、生态系统内部具有一定的自我调节能力。通常来说，生态系统的结构越复杂，种的数目越多，自我调节能力就越强。但生态系统的自我调节能力是有限的，超过了这个限度，原系统将不复存在。 三、生态系统具有物质循环、能量流动、信息传递三大功能。其中，物质循环是双向的，能量流动是单向的，传
5、递的信息包括物理的、化学的、营养的和行为的信息等，它们构成了信息网。 四、生态系统的营养极的数目通常不超过56个。这是由于系统的生产者所固定的最大能量值和这些能量在流动过程中会以各种形式的能量从原系统中损失掉造成的。 五、生态系统是一个动态系统。任何一个生态系统的形成，都要经历一个由简单到复杂，不断发展、演变的过程。,二. 生态系统的组成和类型,生态系统都是由生物群落和非生物环境两部分组成的，其内部的构成要素多种多样，但为了分析的方便，常常把这两大成分区分为四个基本组成成分，即：生产者、消费者、分解者和无机环境。,1、生态系统的组成,二. 生态系统的组成和类型,生产者 生产者是指能利用无机物制
6、造有机物的自养生物，主要是绿色植物，同时包括一些藻类、光合细菌及化能合成细菌。它们都能将环境中的无机物合成有机物，并把环境中的能量以化学能的形式固定到有机体内。生产者是生态系统中最基本和最关键的生物成分，是生态系统所需一切能量的基础，是生态系统的核心。,1、生态系统的组成,二. 生态系统的组成和类型,消费者 消费者是指直接或间接利用绿色植物等有机物作为食物来源的异养生物，主要包括动物和寄生性生物。根据食性的不同可分为。草食动物又称素食者或一级消费者、初级消费者；肉食动物又称肉食者，他们以草食动物或其他弱小动物为食，包括次级消费者和三级消费者等；杂食动物既吃植物，也吃动物，食物多种多样，如麻雀、
7、鲤鱼等；寄生动物寄生于其他动、植物体上，靠吸取寄主营养为生的动物；腐食动物以腐烂的动、植物残体为食，如蝇蛆和秃鹰等。,1、生态系统的组成,二. 生态系统的组成和类型,分解者 分解者又称还原者，主要为细菌、真菌等微生物，也包括某些营腐生生活的原生动物，同属于异养生物。分解者以动、植物的残体和排泄物中的有机物质作为维持生命活动的食物源，并将复杂的动、植物残体分解为简单的无机物归还环境，供生产者再度吸收利用。分解者的存在在生态系统中具有重大的意义，如果没有分解者，生态系统的物质循环就会停止。,1、生态系统的组成,二. 生态系统的组成和类型,非生物环境 非生物环境是生态系统中生物赖以生存的物质和能量的
8、源泉，也是生物活动的场所。按其对生物的作用，主要分为： 一、原料部分主要为通过大气层及到达地表的光、氧气、二氧化碳、水、无机盐类以及非生命的有机质等。 二、代谢过程的媒介部分包括水、土壤、温度和风等。 三、基层部分包括岩石和土壤等。,1、生态系统的组成,二. 生态系统的组成和类型,二. 生态系统的组成和类型,二. 生态系统的组成和类型,三. 生态系统能量流动与物质循环,能量是一切生命活动的基础，所有生物的生命活动都伴随着能量的转化。生态系统中各组分的存在、变化及其发展都与能量息息相关。能量是生态系统的动力，其运动与转化始终贯穿于生态系统的生物成分与生物环境相互作用的过程中。能量流动从植物光合作
9、用固定太阳能开始直到分解者为止，实际上一个能量的消耗过程。整个过程包括能量的转变、转移、利用和耗散。 生态系统中的能量流动，是借助于食物链和食物网来实现的。因此生态系统中能流的渠道就是食物链和食物网。,1、生态系统能量流动途径,三. 生态系统能量流动与物质循环,食物链 在生态系统中，生物之间通过一系列吃与被吃的关系联结起来的连锁结构称为食物链。如“青草野兔狐狸狼”就构成了一个食物链。食物链的概念是美国生态学家R L Lindeman在1942年研究某一湖内生物种群能量流动规律时，由中国谚语“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃稀泥”得到启发而首先提出的。 生态系统中的食物链，根据能流发端、生物成员取
10、食方式及食性的不同，一般可分为以下四种类型： 一、捕食食物链也称草牧食食物链或活食食物链，是以植物为起点，到草食动物，再到肉食动物的食物链。如“青草野兔狐狸”。,1、生态系统能量流动途径,三. 生态系统能量流动与物质循环,食物链 二、腐食食物链也称残渣食物链、碎屑食物链或分解链，是以死亡的有机体及其排泄物为起点的食物链。如“枯枝落叶蚯蚓线虫类节肢动物”。 三、寄生食物链是以活的动、植物有机体为营养源，以寄生方式生存的食物链。如“老鼠跳蚤细菌病毒”。 四、混合食物链组成食物链的各节中，既有活食性生物成员，又有腐食性生物成员。如“麦草牛（粪）蚯蚓鸡（粪） 猪（粪） 鱼”，在这一食物链中牛、鸡为活食
11、生物，蚯蚓、鱼为腐食生物。,1、生态系统能量流动途径,三. 生态系统能量流动与物质循环,食物链 生态系统的能量流动是通过食物链进行逐级转化和传递的，生态学中把食物链中每一个环节上的物种称为一个营养级，换言之，营养级就是食物链上的一个一个环节。如生产者是自养生物称为第一营养级，草食动物是第二营养级，肉食动物是第三营养级，以此类推。青草第一营养级野兔第二营养级蛇第三营养级老鹰第四营养级。 食物链的营养级划分一般来说，食物链中的营养级不会多于5个，这是因为能量沿着食物链的营养级逐级流动时，是不断减少的。根据热力学第二定律，当能量流经45个营养级之后，所剩下的能量已经少到不足以维持一个营养级的生命了。
12、,1、生态系统能量流动途径,三. 生态系统能量流动与物质循环,食物网 在一个生态系统中，每一物种不可能仅出现在一条食物链上，因为一种消费者往往不只吃一种食物，而同一物种又可能被不同种的消费者所吃。因此多条食物链交织在一起，形成错综复杂的网状结构，亦即生物之间由于食物关系构成的网状联系，叫做食物网。在食物网中，一个物种数量的改变，必然牵动整个食物网内各物种数量的变动。,1、生态系统能量流动途径,三. 生态系统能量流动与物质循环,生态系统最初的能量来源于太阳。太阳光照到地球表面上，产生两种能量形式：一种是热能，能够推动水分循环，产生空气和水的环流；另一种是光化学能，为植物光合作用所利用和固定，形成
13、碳水化合物及其他化合物，成为生命活动的能源。 初级生产 生态系统最初的能流来自于太阳，它被绿色植物的光合作用所固定。光合作用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。进行能量固定的绿色植物成为初级生产者，是最初的基本的能量贮存者。生态系统的能量流动和物质循环，都以初级生产为基础。 初级生产就是植物光合作用过程，具体能量固定可表示为： 6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O2,2、生态系统能量流动规律,三. 生态系统能量流动与物质循环,次级生产 次级生产是指除初级生产者之外的其他有机体的生产，也即消费者和还原者利用初级生产
14、量进行同化作用，表现为动物和微生物的生长、繁殖和营养物质的贮存。异养的有机体，例如动物和微生物属于次级生产者。,2、生态系统能量流动规律,三. 生态系统能量流动与物质循环,生态系统中物质和能量大致是按十分之一定律进行传递转化的。这条基本定律是美国生态学家林德曼在1942年时揭示的。它描述的是生态系统中能量的不同利用者之间存在的这样一种必然的定量关系生物量从绿色植物向食草动物、食肉动物等按食物链的顺序在不同营养级上转移时，通常后一级生物量只等于或者小于前一级生物量的1/10，这就是生态学中所谓的“百分之十定律”，亦称“林德曼效率”。也就是说，为了维持一个营养级生物的生存，前一个营养级的生物必须具
15、有10倍左右的能量规模，两者才能长期共存。,3、生态百分之十定律,三. 生态系统能量流动与物质循环,生态系统中的生物，不但要有能量输入，还要有物质输入，才能维持生活和进行繁殖。 物质循环的基本概念 生态系统的物质循环就是生物地球化学循环，它是指各种化合元素和化合物，在不同层次、不同大小的生态系统中，沿着特定的途径从环境到生物体，再从生物体到环境，不断地进行着反复循环变化的过程。生命的存在依赖于生态系统的物质循环和能量流动，二者是密切相关不可分割的，构成一个统一的生态系统功能单位。与能量流动不同，生态系统的物质流动是循环的，各种有机物质最终经过还原者分解成可被生产者吸收的形式重返环境，进行再循环
16、。,4、生态系统物质循环概念和类型,三. 生态系统能量流动与物质循环,物质循环的基本概念 有机体生命过程中，需要的养分很多，如C、H、O、N、P、K等大致有3040种化学元素。根据生命的需要可将这些元素分为以下三类： 一、能量元素包括碳、氢、氧，它们占生物总重量的95%左右，生物对其需要量最大，最为重要。 二、大量元素包括钙、镁、磷、钾、硫、钠等，是生物有机体大量需要的元素。 三、微量元素包括铜、锰、锌、硼、铁、铝、硅等，生物对它们的需要量很少，但生命过程中必不可少。,4、生态系统物质循环概念和类型,三. 生态系统能量流动与物质循环,物质循环的主要类型 从整个生物圈的观点出发，根据循环的属性，物质循环可分成三种主要循环类型。 一、水循环水是自然的驱动者，没有水的循环就没有生物地球化学循环，生命就不能维持。 二、气相型循环该种循环的物质贮存库主要是大气圈和水圈。如氧、二氧化碳、氮、氯、溴等属于气相型循环。气相型循环把大气和水密切地连接起来，具有明显的全球性循环特点。 三、沉积型循环该种循环的物质贮存库主要是岩石圈和土壤
