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1、10 生态系统的一般特征,2,10.1 生态系统的基本概念,生态系统(ecosystem)：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(system)：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 系统具有独立的、特定的功能（成分之间通过相互作用，产生跟各个组成成 分不同的新功能，即整体功能。）,生态系统概念的产生与现实意义 英国学者坦斯利（Tansley）于1935年提出生态系统的概念，强调生物和环境的不可分割性。 20世纪60年代以来，成为国际上生态学研究的焦点。 发展背景： （
2、1）空间技术、遥感技术、计算机、环境监测仪器设备、放射性同位素等的发展，使人们可以精确地测定生态环境的变化。 （2）随着世界工农业的发展，出现了如人口增加，资源短缺、环境污染等日益严重的问题。,生态系统的特征,（1）动态特征 生态系统是不断变化的系统。随着时间的推移，生态系统总是从比较简单的结构向复杂结构状态发展，最后达到相对稳定的阶段。,（2）相互作用和相互联系的特征,生态系统内各生物和非生物成分的关系是紧密相连不可分割的整体。,（3）稳定平衡的特征,自然界生态系统总是趋向于保持一定的内部平衡关系，使系统内各成分间完全处于相互协调的稳定状态。生态系统内的负反馈机制是达到和维持平衡或稳定的重要
3、途径。,（4）对外开放的特征 生态系统之间都存在着能量和物质的交换。 如森林与河流之间营养的流通；森林植物得到来自太阳的能量。,7,一个简单的陆地生态系统模式图,10.2 生态系统的组成与结构,生态系统,生物环境,非生物环境,生产者（producers）,消费者(consumers),分解者(decomposers),太阳辐射能（气候因素及其他物理条件）,无机物质,有机物质,生产者：自养型植物，包括所有进行光合作用的绿色植物和化能合成细菌。绿色植物利用日光作为能源，通过光合作用将吸收的水、CO2和无机盐类合成初级产品碳水化合物，可进一步合成脂肪和蛋白质。这些有机物成为地球上包括人类在内的一切生
4、物的食物来源。 消费者：生活在生态系统中的各类动物和某些腐生或寄生菌类，异养型生物，只能依赖生产者生产的有机物为营养来获得能量。 分解者：异养生物，如细菌、真菌、放线菌以及土壤原生动物和一些土壤中小型无脊椎动物。将复杂的有机物还原为无机物，把养分释放出来，归还给环境中。,生态系统结构的一般模型,11,10.3 食物链和食物网,1 食物链 (food chain)：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,12,食物链类型,捕食食物链 碎屑食物链 寄生食物链,13,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
5、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,14,碎屑食物链,动、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,15,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 后者与前者是寄生关系 哺乳动物或鸟类-跳蚤-原生动物-细菌-病毒,16,食物网,2 食物网 (food web)：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 食物网维持着生态系统的相对平衡，并推动着生物的进
6、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、生物与生物紧密联系起来的结构，称为生态系统的营养结构,17,食物网,18,10.4 营养级与生态金字塔,营养级(trophic level)：处于食物链某一环节上的所有生物种的总和,19,营养级,20,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 生态系统中的营养级一般只有四、五级，很少超过六级,21,生态金字塔(ecological pyramid),营养
7、级之间的数量关系 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,22,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）,23,Energy Pyramid,24,energy pyramid,25,P,H,C,矮草草原生产力金字塔,26,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。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,27,生物量金字塔,28,生物量金字塔,湖泊和开旷海
8、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,29,数量金字塔,单位面积内生产者的个体数目为塔基，以相同面积内各营养级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。,30,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。,31,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,32
9、,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- ProductorsH- Herbivorers C- Carnivorers TC- Top carnivorers D- Decomposers,现存量(生物量)金字塔与能量金字塔,33,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
10、,-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,34,10.5 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。 能量参数： 摄取量（I）：表示各生物所摄取的能量 同化量(A)：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,35,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,
11、36,生长效率,组织生长效率：Pe = Pn / An 生态生长效率: Ee = 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,37,Production Efficiencies,38,营养级之间的生态效率,量度营养级之间的转化效率 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
12、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,39,林德曼效率,林德曼效率：n+1营养级所获得的能量占n营养级所获得的能量之比： Le=In+1/In 林得曼定律（十分之一定律）：能量沿营养级的移动时，逐级变小，后一营养级只能是前一营养级能量的十分之一左右。,40,1-2 2-3 3-4,营养级,30 20 10,1-2 2-3 3-4,营养级,30 20 10,林德曼效率,利用效率,对多个生态系统实测值比较生态效率,41,10.6 生态系统的反馈调节和生态平衡,反馈调节：当生态系统某一成分发生变化，它必然引起其他成分出现一系列相应变化，这些变
13、化又反过来影响最初发生变化的那种成分。 负反馈：使生态系统达到或保持平衡或稳态，结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分的变化。 正反馈：系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化，反过来加速最初发生变化的成分所发生的变化。使生态系统远离平衡状态或稳态。,um,反馈控制系统。（A）适于人造自动控制系统和内稳定下目标搜索有机系统。（B）适于包括生态系统等非目的论系统的模型，生态系统中的控制机制是内在和分散的，包含初级和次级子系统之间的相互作用（仿Patten和Odum, 1981）,43,负反馈,44,生态平衡,生态平衡：生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状态，它包括结构、功能和能量输入和输出的稳定 生态阈值：生态系统受外界干扰后，自动调节的极限 生态危机：由于人类盲目活动而导致局部地区甚至整个生物圈结构和功能的失衡，从而威胁人类的生存,45,本 章 小 结,生态系统的概念、生态系统的特征 生态系统的结构：三大功能类群+无机环境；食物链；食物网 生态锥体（金字塔） 林德曼效率 生态系统的动态及调节：反馈、生态平衡,
