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1、 第五章 生态系统组成、结构与功能 生态系统的概念 生态系统的分类 生态系统的能量流 生态系统的 物质循环 生态系统的摸型 小结 西北农林科技大学林学院 2017年 2月 1日 构成系统的条件： 由若干要素所组成 要素之间要相互联系，相互作用，相互制约 要素之间通过相互作用，产生跟各个组成成分不同的新功能，即整体功能。 为什么对系统感兴趣？ 什么是系统？ 由相互联系、相互作用的若干要素结合而成的具有一定功能的整体。 西北农林科技大学林学院 2017年 2月 1日 在一定空间范围内，各 生物成分 （包括人类在内）和 非生物成分（环境中物理和化学因子）通过 能量流动 和 物质循环 而相互作用、相互
2、依存所形成的一个 功能单位 。 生态系统的概念： 生物区高能量 有机化合物 物质区低能量 无机化合物 热量活动 呼吸作用 能量释放 光合作用 能量同化 光 太阳 一个生态系统模型 西北农林科技大学林学院 2017年 2月 1日 态系统类型 ： 陆地生态系统：森林生态系统、农田生态系统、城市生态系统 。 水域生态系统：河流生态系统、池塘生态系统、海洋生态系统 。 西北农林科技大学林学院 2017年 2月 1日 态系统在生物科学中的位置 生态域 细胞 组织 器官 器官系统 有机体 种群 群落 生态系统 生物圈 地球 行星 太阳系 宇宙 分子 原子 西北农林科技大学林学院 2017年 2月 1日 态
3、系统是如何发展起来的？ 英国学者坦斯利（ 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： 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，出现了举世瞩目的世界性问题，如人口增加，资源短缺、环境污染等问题日益严重。 西北农林科技大学林学院 2017年 2月 1日 态系统基本特征： （ 1）结构特征 生态系统 生物成分 非生物环境 生产者（ 消费者 (还原者 (太阳辐射能 无机物质 有机物质 西北农林科技大学林学院 2017年 2月
4、1日 西北农林科技大学林学院 2017年 2月 1日 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、 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。 西北农林科技大学林学院 2017年 2月 1日 生态系统的结构（仿 95
5、4） 草食性动物 杂食性动物 寄生性动物 腐生性动物 肉食性动物 还原者 转 变者 营养物质 光能 绿色植物 还原者 消费者 生产者 非基本成分 非生物成分 生物成分 基本成分 西北农林科技大学林学院 2017年 2月 1日 （ 2）功能特征 空气 水 无机盐 生产者 食草动物 食肉动物 分解者 热 热 热 热 热 二级食肉动物 生态系统的物质循环和能量流动 物质流 能量流 西北农林科技大学林学院 2017年 2月 1日 （ 3）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。 西北农林科技大学林学院 2017年 2月
6、 1日 （ 4）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。 （ 5）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途径。 例如： 森林的自然稀疏过程 昆虫数量与食物的供应 思考：森林病虫害的防治 西北农林科技大学林学院 2017年 2月 1日 兔的食 物增加 兔数量减少 兔因饥 饿死亡 兔吃少 量植物 植物增加 兔数量增加 兔吃大 量植物 植物减少 兔与植物种群之间的负反馈环 （ 6）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。
7、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。 系统 太阳 其它 能源 能量、物质迁出的生物 物质和生物 环境 环境 输出 输入 一个开放的生态系统模型 西北农林科技大学林学院 2017年 2月 1日 为什么要进行分类？ 森林生态系统分类的三个方向： 植物群落学的方向 森林立地学的方向 生态系统分类方向 生态系统分类 植物群落学方向的分类途径： 群落外貌途径 群落区系组成途径 优势种途径 被分类 植被的外貌分类 根据优势植物的生长型和生长环境，将植被分成不同类型或等级。 群系：一特定区域内的主要植物群落类型，以外貌及由外貌所反映的一定环境范围为特征 外貌途径主要用来研究大范围植被的对
8、比，以及植被和气候的关系。 例如：热带雨林、温带落叶林、萨王纳 植被的区系组成分类 法瑞学派 以植物种作为划分标准 分类的基本单位 群丛 该学派的分类过程是通过排列群丛表来实现的。首先在野外做大量的样方，通过排群丛表，找出特征种、区别种，从而达到分类的目的。 苏联苏卡乔夫学派的林型学 按照植物群落的区系组成进行群落分类 注重各层的优势种，以林型作为森林的基本单位。 优势度分类 群系以下常按优势种划分类型 中国植被 分类系统 采用的主要分类单位：植被型、群系、群丛 辅助单位：植被型组、群系组、群丛组 亚级：植被亚型、亚群系 例如： 植被型组 针叶林、阔叶林、草原、荒漠、冻原、草甸、沼泽、水生植物
9、 植被型：寒温性针叶林、落叶阔叶林 植被亚型：寒温性落叶针叶林、温性常绿针叶林 群系组：落叶松林、 群系：兴安落叶松林 群丛：草类兴安落叶松林 地位级和立地指数 按照林分的平均年龄和平均高确定地位级 按照一定年龄优势木亚优势木的树高确定立地指数 按照环境条件划分立地类型 按照气候土壤和地貌条件来划分立地类型 适用于缺乏原始植被的地区 地分类 态系统分类 生物地理气候分类 在加拿大哥伦比亚省发展起来的分类系统 划分出 4个气候群系、 7个生物地理气候区 生物物理分类 对土地的生物和物理性状进行描述和鉴定 五级分类系统 制图的目的 为研究提供基础 有助于植被分类 研究植被结构、演替及其与环境关系
10、作为资源管理的基础 林植被和立地的制图 森林分类与林业 生产力评价 森林利用 森林培育 动植物保护 森林游乐 森林保护 流域管理 西北农林科技大学林学院 2017年 2月 1日 态系统的能量流动 为什么要研究生态系统的能量流动？ 能量是生态系统的驱动力 林业、农业、渔业、牧业等工作者对森林、 农田、渔场、草原等的经营管理，应掌握能量的输入和输出途径及其限制因素，以达到高产目的，设法调整生态系统的能量分配关系，使能量流向对人类最有益的部分。 西北农林科技大学林学院 2017年 2月 1日 于能量的概念 （ 1） 能量 做功的能力。 （ 2） 能量值的表示： 卡或千卡 。 （ 3）与生物体有关的几
11、种能量形式： 辐射能、机械能、化学能、热能 （ 4） 生态系统能量流遵循热力学定律 西北农林科技大学林学院 2017年 2月 1日 热力学第一定律 又称为能量守恒与转化原理 . （ 能量可从一种形式转换成另一种形式，但能量即不能增加也不会减少。 如太阳辐射能，通过绿色植物的光合作用转变为存在于有机物质化学键中的化学潜能；动物通过消耗自身体内贮存的化学潜能变成爬、跳、飞、游的机械能 西北农林科技大学林学院 2017年 2月 1日 热力学第二定律 (熵律 表达有关能量传递方向和转换效率的规律。 自然界中任何形式的能最终归宿是热能，且不可逆。 任何一种能量的转换，总有一些能量损失掉，一种形式的能绝不
12、会全部转换成另一种形式的能。 西北农林科技大学林学院 2017年 2月 1日 热 力 学 的 两 个定律 第一定律： A = B + C 第二定律： C A : 日光， 100单位释放的能量 B: 热， 98单位释放的能量形式 C:糖， 2单位 浓缩的能量形式 橡树叶， 能量转换系统 西北农林科技大学林学院 2017年 2月 1日 太阳 辐射能 有机物质的合成过程，即生产者（绿色植物）吸收太阳能量形成初级生产量。 热 能 化学能 热 能 机械能 活有机物质被各级消费者（动物）消费的过程。 死有机物质（动植物残体和排泄物）被腐生物分解的过程。 生态系统中能量的流动 能量流动特点： 1 “越流越细
13、”，能量在流动过程中逐渐耗散。 2 单向流动，不可逆。 西北农林科技大学林学院 2017年 2月 1日 生态系统的营养结构 （一） 能量转换的途径，或称能量流动的渠道 食物链 ( 指生物界食物关系中，甲吃乙、乙吃丙、丙吃丁的现象。生物之间这种能量转换连续依赖的次序称为食物链。 西北农林科技大学林学院 2017年 2月 1日 食物链类型： 草牧食物链（捕食食物链） : 是以绿色植物为基础，从草食动物开始的食物链，草原和水体生态系统是以草牧食物链为主的生态系统。 腐生食物链（碎食食物链） : 指以死有机物质为基础，从腐生物开始的食物链。森林是以腐生食物链为优势的生态系统。在森林中，有 90%的净生产是被腐生生物所分解消耗的。 寄生性食物链 :由宿主和寄生物构成。它以大型动物为食物链的起点，继之
