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1、第二章生态系统,第一节生态系统的概念和组成成分第二节生态系统的基本结构第三节世界主要生态系统的类型第四节生态系统的基本功能第五节生态系统的平衡,本章提纲,一、生态系统的概念和组成成分,系统(system)是由相互作用、相互联系和相互依赖的若干组成部份结合而成的具有特定功能的有机整体。生态系统(Ecosystem)指在一定的空间内，生物成分和非生物成分通过物质循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位，这个生态学功能单位称生态系统。英国植物生态学家A.G.Tansley(1935),生态系统生物非生物环境,生态系统是现代生态学的重要研究对象，20世纪60年代以来，许多生态学的国际
2、研究计划均把焦点放在生态系统：国际生物学研究计划（IBP）：其中心研究内容是全球主要生态系统（包括陆地、淡水、海洋等）的结构、功能和生物生产力；人与生物圈计划（MAB）：重点研究人类活动与生物圈的关系；生态系统保持协作组（ECG）：中心任务是研究生态平衡与自然环境保护，以及维持改进生态系统的生物生产力。,目前有关生态系统的研究，主要集中在5个方面：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生态系统可持续发展的研究,生态系统的组成成分,生态系统,非生物部分,生物部分,非生物成分,生产者,物质代谢成分,消费者,分解者,澳大利亚进口屎克螂因牛粪覆
3、盖每年损毁牧场3600万亩。60年代，澳大利亚从中国引入了羚羊粪蜣(Onthophagusgazella)和神农蜣螂(Catharsiusmolossus)等异地金龟，对分解牛粪发挥了明显的作用。,二、生态系统的基本结构,物种结构时空结构营养结构,（一）物种多样性,一些对其他物种具有不成比例影响的物种，在维护生物多样性和生态系统稳定方面起着重要作用。如果它们消失或削弱，整个生态系统就可能要发生根本性的变化，这样的物种称为关键种。,关键种,冗余种,在一些群落中有些种是冗余的，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。,有关物种在生态系统
4、中作用的假说,认为生态系统中每个物种都具有同样重要功能，一个铆钉或一个关键种的丢失或灭绝都会导致严重事故或系统变故。,铆钉假说,冗余假说,认为生态系统中物种作用有显著的不同，某些在生态功能上有相当程度的重叠，而冗余种在短时间内似乎多余，但经过在变化环境中长期发展，次要种和冗余种就可能在新环境下变为优势种或关键种，改变和充实原来的生态系统。,（二）生态系统的空间与时间结构,自然生态系统一般都有分层现象，成层结构是自然选择的结果，它显著提高了植物利用环境资源的能力。,1、空间结构,如水域生态系统：大量的浮游植物聚集于水的表层；浮游动物和鱼、虾等多生活在水中；底层沉积污泥层中有大量细菌等微生物。,淡
5、水生态系统,2、时间结构,生态系统的结构和外貌会随时间不同而变化，这反应出生态系统在时间上的动态。短时间周期性变化在生态系统中是较为普遍的现象。,（三）营养结构,食物链,食物网,生态系统通过食物链把生物与非生物，生产者与消费者，消费者与消费者连成一个整体。食物链在自然生态系统中主要有捕食食物链和碎食食物链。,在生态系统中，一种生物同时属于数条食物链，而且食物链往往是交叉链索，形成复杂的网格式结构即食物网。,生态系统中各生物成分间通过食物网发生直接和间接的联系，保持着生态系统结构和功能的相对稳定性。,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),
6、黄雀(三级消费者),鹰(四级消费者)(顶极食肉动物),植物、藻类等,细菌、真菌和微生物等,“自下而上”：较低营养阶层的密度、生物量等决定较高营养阶层的种群结构，称为上行效应。,“自上而下”：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，称为下行效应。,食物网的控制机理,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。,生态金字塔,生态金字塔（ecologicalpyramid）把生态系统中各个营养级有机体的个体数量、生物量或能量，按营养级位顺序排列并绘制成图，
7、其形似金字塔，故称生态金字塔或生态锥体。可分为：能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔三类。生态金字塔可表示生态系统的营养结构和能流过程，每经过一个营养级，能流总量就减少一次。林德曼（R.L.Linde-man）在研究湖泊生态系统能流时，首次发现能流在各营养级间的传递率约为10，并称为“1/10规律”。一般来说，能量锥体必呈正金字塔形，而生物量锥体和数量锥体则可能倒置或部分倒置。,能量金字塔,383,3368,20810,矿泉(J/m2a),21,三、世界主要生态系统的类型,森林生态系统草地生态系统河流生态系统湖泊生态系统海洋生态系统湿地生态系统城市生态系统,森林,森林,（一）森林生态系统,森林
8、生态系统就是森林群落与其环境在功能流的作用下形成一定结构、功能和自行调控的自然综合体。,森林生态系统是陆地生态系统中面积最大、最重要的自然生态系统。,森林生态系统具有以下主要的共同特征：,（一）物种繁多，结构复杂,（二）生态系统类型多样,（三）生态系统稳定性高,（四）生产力高，现存量大，对环境影响大,森林在全球环境中发挥着重要的作用：,（一）是养护生物最重要的基地；,（二）可大量吸收二氧化碳；,（三）是重要的经济资源；,（四）在防风沙、保水土、抗御水旱、风灾方面有重要生态作用等。,森林在生态系统服务方面的作用是无法替代的。,草原,草甸,（二）草地生态系统,草地可分为草原和草甸。,草原因受水分条
9、件的限制，动物区系的丰富程度及生物量均较森林低，但明显比荒漠高。,草原处于湿润的森林区与干旱的荒漠区之间，草原的净初级生产力变动较大。,草原是地球上草地的主要类型，是内陆干旱到半湿润气候条件的产物，以旱生多年生禾草占绝对优势，多年生杂草及半灌木也或多或少起到显著作用。,分布在南北两半球的中纬度地带，如欧亚大陆草原、北美大陆草原和南美草原等。,分布在热带、亚热带，其特点是在高大禾草（常达23m）的背景上常散生一些不高的乔木，故被称为稀树草原或萨王纳。,温带草原,热带草原,根据草原的组成和地理分布，可分为：,河流,河流,（三）河流生态系统,河流生态系统是指那些水流流动湍急和流动较大的江河、溪涧和水
10、渠等。,生物群落：急流生物群落，缓流生物群落。,氧气丰富。,陆水交换；,水流不停；,特点：,（五）还具有趋触性等适应特征。,（三）具有钩和吸盘等附着器；,（二）有些能够持久地附着在固定的物体上；,（一）一般具有流线型的身体，或许多急流动物具有非常扁平的身体；,（四）黏着的下表面；,急流生物群落是河流的典型生物代表，它们的适应性表现在：,湖泊,（四）湖泊生态系统,1、湖泊生态系统的基本特征：,界限明显；面积较小；湖泊的分层现象；水量变化较大；演替，发育缓慢。,2、湖泊生物群落,1）沿岸带生物群落,消费者：附生生物类型中有池塘螺类、蜉蝣和蜻蜓稚虫、轮虫、扁虫、苔藓虫等。,生产者主要是硅藻、绿藻和蓝
11、藻。,3）深水带生物群落,2）敞水带生物群落,生产者：有根的或底栖植物和浮游或漂浮植物。,主要由水和淤泥中间的细菌、真菌和无脊椎动物组成。,海洋,海洋,（五）海洋生态系统,1、海洋生态系统的主要特征,1）生产者均为小型即由体型极小、数量极大、种类繁多的浮游植物和一些微生物组成。,4）生物分布的范围很广,2）海洋为消费者提供了广阔的活动场所,3）生产者转化为初级消费者的物质循环效率高,海洋面积大，海洋中有大量的营养物质海洋条件复杂,2、海洋环境的主要特点,1）海洋是巨大的，它覆盖70%以上的地球表面2）海洋有连续和周期的循环3）海水含有盐分4）海洋是一个容纳热量的“大水库”,3、海洋生物,浮游生
12、物,游泳生物,底栖生物,在水流运动的作用下，被动地漂浮于水层中的生物类群，一般体积微小、种类多、分布广，遍布于整个海洋的上层。,一些具有发达运动器官和游泳能力很强的动物，如鱼类、大型甲壳动物、龟类、哺乳类和海洋鸟类等属于游泳动物。,一个很大的水生生态类群，种类很多，包括了一些原始的多细胞动物，如海绵和海百合。,湿地,湿地,（六）湿地生态系统,湿地生态系统是指地表过湿或常年积水，生长着湿地植物的地区。湿地是开放水域与陆地之间过渡性的生态系统，它兼有水域和陆地生态系统的特点，具有其独特的结构和功能。,全世界湿地约有5.14亿hm2，约占陆地总面积的6%。湿地环境有机物难以分解，故随着泥炭的积累，湿
13、地的矿物质营养由多而少。可分为：,富养沼泽,贫养沼泽,中养沼泽,湿地生态系统位于水陆交错的界面，具有显著的边际效应。,湿地水文条件成为湿地生态系统区别于陆地生态系统和深水生态系统的独特属性，包括输入、输出、水深、水流方式、淹水持续期和淹水频率。水文条件导致独特植物的组成并限制或增加种的多度。,湿地土壤是湿地的又一主要特征，通常称为水成土，即在淹水或水饱和条件下形成的无氧条件的土壤。,湿地生态系统特点：,两类生态系统的过渡带或两种环境的结合部，由于远离系统中心，所以经常出现一些特殊适应的生物物种，构成这类地带具有丰富物种的现象。,边际效应,湿地生态系统的边际效应不仅表现在物种多样性上，还表现在生
14、态系统结构上，无论其无机环境还是生物群落都反映这种过渡性。湿地生物群落就是湿地特殊生境选择的结果，其组成和结构复杂多样，生态学特征差异大，这主要由于湿地生态条件变幅很大，不同类型的湿地生境条件存在很大差异。,湿地的生态功能,湿地是蓄水调洪的巨大贮库湿地是重要的水源地湿地是生态环境的优化器湿地是重要的物种资源库湿地是重要的物产和能源基地,城市生态系统,（七）城市生态系统,结构：分为社会生态亚系统、经济生态亚系统、自然生态亚系统，它们交织在一起，相辅相成，形成了一个复杂的综合体。,1、城市生态系统的结构,城市生态系统是指特定地域内的人口、资源、环境通过各种相生相克的关系建立起来的人类聚居地或社会、
15、经济、自然复合体。,城市生态系统,3、城市生态系统的功能城市生态系统最基本的功能就是系统内部以及系统与外界间物质（包括人）、能量和信息等的交换：物质流：包括人口流、劳力流、智力流、价值流、货物流、资源流等。能量流：包括热能、光能、太阳能、机械能、化学能、生物能、核能等。信息流,四、生态系统的基本功能,物质生产能量流动物质循环信息传递,（四）生态系统的信息传递,1、信息,信息是生态系统的基本功能之一，是自然、社会间的普遍联系，而且是双向的，有从输入到输出的信息传递，也有从输出向输入的信息反馈。,2、信息及其传递,1）物理信息及其传递,生态系统中以物理过程为传递形式的信息为物理信息，生态系统中的各
16、种光、声、热、电和磁都是物理信息。,生态系统中包含多种多样的信息，大致可以分为物理信息、化学信息、行为信息和营养信息。,声波,阳光,热量,水的振动,温度、湿度,磁场,2）化学信息及其传递,信息素,生态系统的各个层次都有生物代谢产生的化学物质参与传递信息、协调各种功能，这种传递信息的化学物质通称为信息素。,通过种间信息素调节种群之间的活动。,通过激素或神经体液系统协调各器官的活动。,通过种内信息素协调个体之间的活动，以调节受纳动物的发育、繁殖和行为，并可提供某些情报贮存在记忆中。,种群内部,个体内,群落内部,种间信息素主要是次生代谢物生物碱、萜类、黄酮类、非蛋白质有毒氨基酸，以及各种苷类、芳香族化合物等。,3)行为信息及其传递,许多植物的异常表现和动物异常行动传递了某种信息，可通称为行为信息。,营养状况和环境中食物的改变会引起生物在生理、生化和行为上的变化，这种变化所产生的信息称为营养信息。如被捕食者的体重、肥瘦、数量等是捕食者的取食依据。,4)营养信息及其传递,在畜牧业、饲养业上营养信息规律有很大的作用。若要饲养动物，起始饲养的数量要根据饲料的多少而定；若要在草
