生态系统生态学（课堂PPT）

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1、1,Department of Environmental Science and Engineering,1、群落的概念及基本特征 2、群落的种类组成 3、群落的结构 4、影响群落结构的因素 5、主要生物群落类型 6、生物群落分布规律 7、群落的演替,回 顾,2,上篇：环境生态学基础知识,五、生态系统生态学,1、生态系统的概述 2、生态系统的生物生产 3、生态系统的能量流动 4、生态系统的物质循环 5、自然生态系统功能,3,5.1 生态系统的概述,5.1.1 生态系统的定义 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

2、能单位称生态系统。 （英国植物生态学家A.G.Tansley(1935)提出）,4,5.1 生态系统的概述,5.1.2 生态系统的共同特征 生态系统是生态学上一个主要结构和功能单位，属于生态学研究的最高层次。 生态系统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。 生态系统中营养级数目受限于生产者所固定的能值和能量在流动过程中的损失，通常不会超过56个。 生态系统是一个动态系统。,5,5.1 生态系统的概述,5.1.3 生态系统的研究内容 自然生态系统的保护和利用 生态系统调控机制的研究 生态系统退化的机理、恢复模型及其修复的研究 全球性生态问题的研究 生态系统可持

3、续发展研究,6,5.1 生态系统的概述,5.1.4 生态系统的组成成分,无机物 有机化合物 气候因素 生产者 (producer) 消费者 (consumer) 分解者 (还原者) (decomposer),六大组成成分,生产者：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。 消费者：异养生物，主要指以其他生物为食的各种动物。 分解者：异养生物，把复杂的有机物分解成简单无机物，包括细菌、真菌、放线菌和动物等。,非生物成分,生物成分 (生物群落),三大功能群,7,7,一个简单的陆地生态系统模式图,8,5.1 生态系统的概述,5.1.4 生态系统的结构,空间结构 时间结构

4、营养结构 食物链 食物网,9,5.1 生态系统的概述,“螳螂捕蝉，黄雀在后”,植物,蝉 (初级消费者),螳螂 (二级消费者),黄雀 (三级消费者),鹰 (四级消费者) (顶极食肉动物),10,11,12,13,5.1 生态系统的概述,（1）食物链的定义 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称为食物链。 由于受能量传递效率的限制，食物链的长度不可能太长，一般食物链都是由45个环节构成的。 生态系统中的食物链不是固定不变的。,14,生物扩大作用(biological magnification) 如：DDT在海水中浓度为5.010

5、-11g，浮游植物含 4.010-8g，蛤中4.210-7g，到银鸥达75.510-6g， 扩大了百万倍。营养级越高，积累剂量越大。,15,5.1 生态系统的概述,（2）食物链的类型 捕食食物链（grazing food chain）：又称放牧食物链，以活的动植物为起点的食物链，如草食动物、各级食肉动物。 牧草 羊、牛 狼 以绿色植物为起点。 腐食食物链（detrital food chain）：又称碎屑食物链，从死亡的有机体或腐屑开始。 动植物残体 腐食性动物 肉食性动物 顶级肉食动物 以动、植物残体为起点，数量越来越少。,16,5.1 生态系统的概述,寄生型食物链：以活的生物为寄主，夺取寄

6、主的物质和能量来维持生存。体型越来越小，数量越来越多。 植物 动物 寄生物 更小的寄生物,17,18,5.1 生态系统的概述,（3）食物链的特征 食物链的长度通常不超过6个营养级，最常见的45个营养级，因为能量沿食物链流动时不断流失； 食物链越长，最后营养级位所获得的能量也越少。因为从起点到终点经过的营养级越多，其能量损耗也就越大； 食物链或食物网的复杂程度与生态系统的稳定性直接相关； 生态系统中的食物链不是固定不变的，它不仅在进化历史上有改变，在短时间内也会发生变化。,19,5.1 生态系统的概述,（4）食物网 生态系统中许多食物链彼此交错连接，形成的一个网状结构。 一般说来，生态系统中的食

7、物网越复杂，生态系统抵抗外力干扰的能力就越强，其中一种生物的消失不致引起整个系统的失调；生态系统的食物网越简单，生态系统就越容易发生波动和毁灭，尤其是在生态系统功能上起关键作用的种，一旦消失或受严重损害，就可能引起这个系统的剧烈波动。一个复杂的食物网是使生态系统保持稳定的重要条件。,20,5.1 生态系统的概述,5.1.5 营养级与生态金字塔,（1）营养级 指处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。 营养级间的关系已经不是一种生物同另一种生物之间的关系，而是指某一层次上的生物和另一层次上的生物之间的关系。 生态系统中的能流是单向的，通过各个营养级的能量是逐级减少的。减少的原因是：各营养级消费者

8、不可能百分之百地利用前一营养级的生物量；各营养级的同化率也不是百分之百的，总有一部分变成排泄物；各营养级生物要维持自身的生命活动，总是有一部分能量变成热能而耗散掉。,21,5.1 生态系统的概述,（2）生态锥体 是表示生态系统中能流量、生物量和生物个体数量在各营养级分布比例的图形。以方框长度代表各级能流量、生物量或个体数量的大小，并按营养级顺序由下而上叠置在一起。也称为生态金字塔。,22,能量金字塔,生物量金字塔,数量金字塔,23,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。,2

9、4,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。,25,5.2 生态系统的生物生产,生物生产的基本概念 生物生产 生物量与生产量 初级生产 总初级生产与净初级生产 影响初级生产的因素 初级生产量的测定方法 次级生产 次级生产的基本特点 次级生产量的测定方法,26,5.2.1 生物生产的概念,生物生产：是生态系统重要功能之一。生态系统不断运转，生物有机体在能量代谢过程中，将能量、物质重新组合，形成新的产品的过程，称生态系统的生物生产。生物生产常分为个体、种群和群落等不同层次。 生态系统中绿色植物通过光合作用，吸收和固定太阳能，从无

10、机物合成、转化成复杂的有机物。由于这种生产过程是生态系统能量贮存的基础阶段，因此，绿色植物的这种生产过程称为初级生产（primary production），或第一性生产。 初级生产以外的生态系统生产，即消费者利用初级生产的产品进行新陈代谢，经过同化作用形成异养生物自身的物质，称为次级生产（secondary production），或第二性生产。,27,5.2.1 生物生产的概念,生物量（biomass）:某一特定观察时刻，某一空间范围内，现有有机体的量，它可以用单位面积或体积的个体数量、重量（狭义的生物量）或含能量来表示，因此它是一种现存量(standing crop)。 现存的数量以N表

11、示，现在的生物量以B表示。现存生物量通常用平均每平方米生物体的干重(gm-2)或平均每平方米生物体的热值来表示(J m-2 )。,28,生产量(production): 是在一定时间阶段中，某个种群或生态系统所新生产出的有机体的数量、重量或能量。它是时间上积累的概念，即含有速率的概念。有的文献资料中，生产量、生产力(production rate)和生产率(productivity)视为同义语，有的则分别给予明确的定义。 生物量和生产量是不同的概念，前者用量表示，反映种群或生态系统改变的瞬时结果；后者用速度表示，反映其改变的连续过程。如一个池塘，1000公斤/米3表示生物量，而1000公斤/米

12、3/年表示生产量。,5.2.1 生物生产的概念,29,5.2.2 初级生产,（1）初级生产过程,初级生产过程可用下列方程式概述： 光能 6CO26H2O C6H12O6 6O2 叶绿素,30,5.2.2 初级生产,（2）总初级生产与净初级生产 总初级生产(gross primary production,GP)与净初级生产(net primary production,NP)：植物在单位面积、单位时间内，通过光合作用固定太阳能的量称为总初级生产(量)，常用的单位：J m -2 a-1 或 gDW m -2 a-1；植物总初级生产（量）减去呼吸作用消耗掉的（R），余下的有机物质即为净初级生产（量

13、）。二者之间的关系可表示如下： GPNP+R ； NPGPR,31,5.2.2 初级生产,（3）影响初级生产的因素,32,5.2.2 初级生产,（4）初级生产量的测定方法,产量收割法：收获植物地上部分烘干至恒重，获得单位时间内的净初级生产量。 氧气测定法：总光合量净光合量呼吸量 二氧化碳测定法：用特定空间内的二氧化碳含量的变化，作为进入植物体有机质中的量，进而估算有机质的量。 pH测定法：水体中的pH值随着光合作用中吸收二氧化碳和呼吸过程中释放二氧化碳而发生变化，根据pH值变化估算初级生产量。,33,5.2.2 初级生产,叶绿素测定法：叶绿素与光合作用强度有密切的定量关系，通过测定体中的叶绿素

14、可以估计初级生产力。 放射性标记测定法：把具有14C的碳酸盐(14CO32-)放入含有天然水体浮游植物的样瓶中，沉入水中，经过一定时间的培养，滤出浮游植物，干燥后，测定放射性活性，确定光合作用固定的碳量。由于浮游植物在黑暗中也能吸收14C，因此，还要用“暗吸收”加以校正。,34,5.2.2 初级生产,黑白瓶法,35,通过氧气变化量测定总初级生产量 1927年T.Garder, H.H.Gran用于测定海洋生态系统生产量： 从一定深度取自养生物的水样，分装在体积为125-300ml的白瓶(透光)、黑瓶(不透光)和对照瓶中； 对照瓶测定初始的溶氧量IB； 黑白瓶放置在取水样的深度，间隔一定时间取出

15、，用化学滴定测定黑白瓶的的含氧量DB、LB； 计算呼吸量(IB-DB)，净生产量(LB-IB)，总生产量(LB-DB)。,36,5.2.3 次级生产,（1）次级生产过程净初级生产量是生产者以上各营养级所需能量的唯一来源。次级生产是指动物和其他异养生物的生产，次级生产量的一般生产过程可概括于下面的图解中 ：,37,37,次级生产量,38,5.2.3 次级生产,（2）次级生产量的测定方法,按已知同化量A和呼吸量R，估计生产量P P=C-Fu-R， Fu-尿粪量 根据个体生长或增重的部分Pg和新生个体重Pr，估计P P Pg Pr 根据生物量净变化B和死亡损失E，估计P P B E,39,5.3 生

16、态系统的能量流动,生态系统能量流动规律 生态系统中能流途径 能量流动的生态效率,40,5.3.1 生态系统能量流动规律,生态系统是一个热力学系统，生态系统中能量的传递、转换遵循热力学的两条定律： 第一定律：能量守恒定律，能量可由一种形式转化为其他形式的能量，能量既不能消灭，又不能凭空创造。 第二定律：熵律，任何形式的能（除了热）转化到另一种形式能的自发转换中，不可能100被利用，总有一些能量作为热的形式被耗散出去，熵就增加了。,41,5.3.1 生态系统能量流动规律,生态系统中能流特点（规律）： 能流在生态系统中是变化着的； 能流是单向流； 能量在生态系统内流动的过程，就是能量不断递减的过程； 能量在流动过程中，质量逐渐提高。,42,5.3.2 生态系统能量流动的途径,捕食食物链和腐食食物链是生态系统能流的主要渠道。 能量流动以食物链作为主线，将绿色植物与消费者之间进行能量代谢的过程有机地联系起来。 捕食食物链的每一个环节上都有一定的新陈代谢产物进入到腐食食物链中，从而把两类主要