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1、基础生态学,11 生态系统的一般特征,本章内容,生态系统的基本概念 生态系统的组成与结构 食物链和食物网 营养级和生态金字塔 生态效率 生态系统的反馈调节和生态金字塔,生态系统的基本概念,生态系统：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 系统：相互作用、相互依赖的事物有规律地联合的集合体 许多成分组成 各成分间相互联系、相互作用 独立的、特定的功能 生物地理群落,生态系统的特征,是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 生态系统中营养级的
2、数目受限于生产者所固定的最大能值和这些能量在流动中巨大损失，因此生态系统中营养级不会超过5-6个 生态系统是一个动态系统,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,自然生态系统的保护和利用,和谐、高效和健康是自然生态系统有的共同特点 自然生态系统中具有较高的物种多样性和群落稳定性 健康的生态系统比退化的更有价值，具有较高的生产力，能满足人类物质的需求，还给人类提供生存的优良环境 研究自然生态系统的形成和发展过程、合理性机制、以及人类活动对自然生态系统的影响，对于有效利用和保
3、护自然生态系统均有较大的意义,生态系统调控机制的研究,生态系统是一个自我调控的系统 自然、半自然和人工等不同类型生态系统自我调控的阈值 自然和人类 活动引起局部和全球环境变化带来的一系列生态效应 生物多样性、群落和生态系统与外部限制因素间的作用效应及其机制,生态系统退化的机制、恢复及其修复研究,在人为干扰和其他因素的影响下，有大量的生态系统处于不良状态，承载着超负荷的人口和环境负担、水资源枯竭、荒漠化和水土流失在加重等，脆弱、低效和衰退已成为这一类生态系统的明显特征 由于人类活动而造成逆向演替或对生态系统结构、重要生物资源退化机理及其恢复途径 防止人类与环境关系的失调 自然资源的综合利用以及污
4、染物的处理,全球性生态问题的研究,近几十年来，许多全球性的生态问题严重威胁着人类的生存和发展，要靠全球人类共同努力才能解决的问题，如臭氧层破坏、温室效应、全球变化等 全球变化对生物多样性和生态系统的影响及其反应 敏感地带和生态系统对气候变化的反应 气候与生态系统相互作用的模拟 建立全球全球变化的生态系统发展模型 提出全球变化中应采取的对策和措施等,生态系统可持续发展的研究,过去以破坏环境为代价来发展经济的道路使人类社会走进了死胡同，人类要摆脱这种困境，必须从根本上改变人与自然的关系，把经济发展和环境保护协调一致，建立可持续发展的生态系统 生态系统资源的分类、配置、替代及其自我维持模型 发展生态
5、工程和高新技术的农业工厂化 探索自然资源的利用途径，不断增加全球物质的现存量 研究生态系统科学管理的原理和方法，把生态设计和生态规划结合起来 加强生态系统管理、保持生态系统健康和维持生态系统服务功能,Biosphere 2,生态系统的构成和结构,生物群落 生产者 消费者：食草动物、食肉动物、大型食肉动物 分解者 非生物环境 无机物质 有机物质 气候因素(及其他物理条件） 成份之间的相互作用关系,池塘生态系统示意图,一个简单的陆地生态系统模式图,生态系统各成份的相互关系,无机物质 有机物质 气候因素,消费者,分解者,生产者,植物， 化能合成细菌,动物，包括 大型消费者 小型消费者,细菌 真菌,日
6、光能,生态系统各成份的相互关系,无机物质 有机物质 气候因素,线条粗细表示作用强弱和物质能量流通的总量多寡,消费者,分解者,生产者,植物， 化能合成细菌,动物，包括 大型消费者 小型消费者,细菌 真菌,日光能,食物链和食物网,食物链：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 食物网：食物链彼此交错连结，形成一个网状结构,食物链类型,捕食食物链 碎屑食物链 寄生食物链,捕食食物链,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-狐狸-狼 湖泊中：藻类-甲壳类-小鱼-大鱼,碎屑食物链,动、
7、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 植物残体-蚯蚓-线虫类-节肢动物,捕食食物链和碎屑食物链,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 后者与前者是寄生性关系 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),的型浮游动物 (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,2,3
8、,海洋食物链1,小型浮游植物 大型硅藻、甲藻 和微型浮游植物,大型浮游动物,食浮游生物鱼类 如鲱等,底栖植食动物 蛤,牡蛎,多毛类等,底栖肉食鱼类 鳕鱼等,大型肉食鱼类 鲨鱼鲑鱼等,海洋食物链2,南极海洋浮游食物网,冻原生态系统食物链,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,食物网,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
9、系起来的结构，称为生态系统的营养结构,食物网,北极岛屿简单的食物网,FOOD WEB,A few of the organisms in a temperate tall-grass prairie and the food web that connects them,FOOD WEB,营养级与生态金字塔,营养级：处于食物链某一环节上的所有生物种的总和,营养级,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
10、营养级一般只有四、五级，很少超过六级,TERRESTRIAL FOOD CHAIN,In a food chain, energy is passed from one trophic level to the next BUT the transfer of energy is NEVER 100% efficient. That is, there is always some energy lost per the 2nd Law of Thermodynamics. This lost energy is called entropy.,The length of food chain
11、s,生态金字塔,营养级之间的数量关系 这种数量关系可采用生物量、能量和个体数量单位来表示 能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔,能量金字塔,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 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 千卡/平方米.年,energy pyramid,An energy pyramid for a prairie ecosystem. Each trophic level from producer to tertiary consumer has less energy stored in it. The width of the
12、rectangles represents energy found in the organisms at each trophic level.,energy pyramid,P,H,C,矮草草原生产力金字塔,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,生物量金字塔,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,数量金字塔,单位面积内生产者的
13、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。,不同类型金字塔的比较,能量金字塔表达营养结构最全面，确切 表示食物通过食物链的效率，永远是正塔型 数量金字塔过分突出小生物体的重要性 生物量金字塔过分突出大生物体的重要性,P-809,TC-1.5 C-11 H-37,现存量金字塔 kcal.m2,能量金字塔 kcal.m2.y-1,D-5,P-20810,H-3368,C-,383,TC -21,D-5060,P-
14、Productors H- Herbivorers C- Carnivorers TC- Top carnivorers D- Decomposers,现存量(生物量)锥体与能量锥体,P-1.5106,H-2105,C,9 104,TC-1,P,H-1.5105,C-1.2 105,TC-2,200,数量锥体 1/1000m2,生物量锥体 g/m2,夏季草原 夏季温带森林,P-4104,H,-4,C-1,D-10,H+C -21,P -4,热带雨林 海洋,数量金字塔与生物量金字塔,Eltonian Pyramids,生态效率,生态效率：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
15、，常以百分数表示。 能量参数： 摄取量（I）：表示各生物所摄取的能量 同化量(A)：动物消化道内被吸收的能量，即消费者吸收所采食的食物能；植物光合作用所固定的日光能 呼吸量(R)：生物在呼吸等新陈代谢和各种活动所消耗的全部能量 生产量(P)：生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值。P= A- R,营养级位之内的生态效率,量度一个物种利用食物能的效率，即同化能量的有效程度,同化效率,被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 肉食动物的同化效率高于植食动物,生长效率,组织生长效率：Pe = Pn / An 生态生长效率: Ee =
16、 Pn/ In 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,Production Efficiencies,Production Efficiencies,营养级位之间的生态效率,量度营养级位之间的转化效率 消费效率：消费效率量度一个营养级对前一营养级的相对取食压力。 Ce = In+1 / Pn 一般在20-35%范围内，每一营养级净生产的65%-75%进入碎屑食物链 利用效率：利用效率的高低，说明前一营养级的净生产量被后一营养级同化多少 Ue = An+1 / Pn,林德曼效率,林德曼效率：n+1营养级所
