第七章第七章 森林生态系统组成与结构森林生态系统组成与结构生态系统及森林生态系统的基本概念生态系统及森林生态系统的基本概念 生态系统的组成与结构生态系统的组成与结构 食物链与食物网食物链与食物网营养级和生态金字塔营养级和生态金字塔生态效率生态效率生态系统的生态平衡与反馈调节生态系统的生态平衡与反馈调节生态系统的特征生态系统的特征.本章导读本章导读识记：生态系统、营养结构、食物链与食物网、营养级、生态金字塔、生态效率、生态平衡、生态失衡、反馈调节等概念；生态系统的基本类型、营养结构、三大功能(能量流动、生物生产、物质循环)及其功能群；生态失衡及其表现领会：森林生态系统的组成；生态系统的特征；生态金字塔及其表示方法简单应用：食物链与食物网及其与生态系统的稳定性的关系；生态金字塔及其表示方法综合应用：生态平衡，生态失衡及其表现，反馈调节.1生态系统及森林生态系统的生态系统及森林生态系统的基本概念基本概念1.1 ecological system, eco-system：在一定空间中共同栖居着的所有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类似概念：小宇宙(microcosm, S. A. Forbes, 1887)、生物系统(biosystem, Thienemann,1939)、生物地理群落(biogeocoenosis, B. H. ，1940，1942，1945，1947，1957)等.构成系统的条件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？.biosphere 2 (science, v.302, 19 December 2003, p2053).生态系统是如何发展起来的？生态系统是如何发展起来的？英国学者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：随着世界工农业发展，出现了举世瞩目的世界性问题:人口增加，资源短缺、环境污染等问题日益严重空间技术、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1.2.1根据基质性质根据基质性质 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1.2生态系统类型生态系统类型.1.2.2根据范围不同根据范围不同大生态系统：如海洋生态系统等中生态系统：如农田生态系统等小生态系统：如水簇箱生态系统等1.2.3根据人的参与与否根据人的参与与否自然生态系统：如原始森林、河流等半自然生态系统：如人工渔塘、人工林等人工生态系统：如城市、矿区等1.2.4根据生态系统中能量供应情况根据生态系统中能量供应情况(E. P. Odum)(1)无补加的自然的太阳供能生态系统主要或完全依赖太阳辐射的自然生态系统，经常受到其它生态因子的限制，但并不需要人们去管理。
供能量低，生产力低；不能维持高密度的生物种群所占面积最大，对于维持全球生态平衡起重要作用此外还有不能按经济效益计算的美学、旅游价值以及提供其他财富的潜力 .(2)自然补加的太阳供能生态系统自然补加的太阳供能生态系统有自然提供的其他能源，从而增加有机物质的产量，可较大幅度地提高生产量和种群密度得到补助能量的形式：潮汐、流水、海浪和海流 、有机物质和养分输入等3)人类补加的太阳供能生态系统人类补加的太阳供能生态系统有人类投入的补助能量(附加能量)，包括耕种、灌溉、施肥、除草、选种、育种及病虫害防治等人力、家畜及化石燃料的应用对农业生态系统能量的输入，几乎与太阳辐射输入的能量一样多4)燃料供能的工业生态系统燃料供能的工业生态系统需要不断从系统外部输入能量和物质，又向外部排出大量废物大量矿物燃料的势能代替了太阳能(不仅是补充)从维持生命的角度来说是一种不完全或者是依赖性的生态系统即依赖于前三类生态系统提供食物、燃料和原料以维持此类系统的存在和发展高效能的燃料供能生态系统，会给邻近低效能的太阳供能生态系统造成巨大的压力，研究城市生态系统的能量流动，要用新的方法和途径，目标是高效、和谐森森林林生生态态系系统统.草原生态草原生态系统系统.沼泽生态沼泽生态系统系统双溪布洛自然公园中的沼泽地Okefenokee Swamp.水域生态水域生态系统系统.农田生态系统农田生态系统.塑料大硼塑料大硼.水簇箱水簇箱.城镇生态系统城镇生态系统.1.3森林生态系统的森林生态系统的基本概念基本概念？ ？只见树木只见树木不见森林不见森林森林是在一定地域上，以大量乔木为主体，林木(树木)彼此之间及其与环境之间相互作用的，并能生产大量木材、林副产品和起着关键性的维持陆地良好的生态环境的生物群体。
森林树木树木获取支持、营养和水分的土壤层与树木具有共生、竞争、互利或相生相克等相互作用的其它植物取食植物并栖息于植物下层或对植物有益处的动物直接或间接地对树木或其它有机体产生有益、互利或相克影响的微生物土壤和气候，包括水灾和降水，它们影响森林中所有有机体的分布和数量森林生森林生态系统态系统.z森林是生态系统z森林生态系统是生物圈生态系统中分布最广、结构最复杂、类型最丰富的一种生态系统z森林生态系统具有结构、功能、动态、相互作用和相互联系、稳定平衡、对外开放的特征森林生态系统森林生态系统.我国森林营造中的败笔我国森林营造中的败笔人工针叶纯林人工针叶纯林后果：后果：生态功能低下生态功能低下病虫害问题病虫害问题经济效益有限经济效益有限.2生态系统的组成与结构生态系统的组成与结构基本结构基本结构(1)形态结构形态结构:包括物种结构和空间结构包括物种结构和空间结构空间结构可有垂直与水平两个方面的特征，也可将时间结构包含在内，它主要是指生物的位置和环境结构两个方面空间结构中，生物部分与群落结构基本一致；环境部分在时空四维结构上也有一定的配置方式及关系，并由此而决定了生物部分的结构，从而形成了生态系统各种各样的结构。
物种结构主要是指物种在生态系统中的组成成分及其配置特点与方式等基本结构基本结构(2)营养结构营养结构指生态系统中营养走向，如能量的流动状态等营养结构是当今生态系统研究的重点营养结构是生态系统动力学的本质结构，也是生态系统中物质循环和信息传递的动力学基础，同时又是解决目前能源短缺、生态系统利用率低下的主要焦点一般称谓生态系统的结构即是指其营养结构生态系统的营养结构生态系统的营养结构无机环境：各种生态因子生物群落：生产者(producer)-光能合成植物（绿色植物）；化能合成微生物（某些细菌等）消费者(consumer)-第一消费者：食草动物；第二消费者：肉食动物分解者(decomposer)：有机营养微生物、土壤原生动物、小型无脊椎动物、大型动物生态系统的营养结构是以营养为纽带，把生物和非生物紧密地结合起来，构成以生产者、消费者、还原者（分解者）为中心的三大功能类群，它们和环境之间有着各种各样的联系，共同完成生态系统的生态过程和功能陆地生态系统陆地生态系统(草地草地)和水生生态系统和水生生态系统(池池塘塘)营养结构的比较营养结构的比较(仿仿Odum，1983) .生态系统结构的一般模型生态系统结构的一般模型(仿Anderson,1981)粗线包围的3个大方块表示3个亚系统，连线和箭头表示系统成分间物质传递的主要途径。
有机物质库以方块表示，无机物质库以不规则块表示.生态系统的营养结构生态系统的营养结构(仿仿Clarke,1954)草食性动物草食性动物杂食性动物杂食性动物寄生性动物寄生性动物腐生性动物腐生性动物肉食性动物肉食性动物还原者还原者转转 变者变者营养物质营养物质光能光能绿色植物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.3食物链与食物网食物链与食物网生态系统营养结构的表示食物链(food chain)与食物网(food web) 生态金字塔(ecological pyramid) 生态效率(ecological efficiency) .食物链食物链(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，称为食物链 food chain能量转换的途径，或称能量流动的渠道.陆地与海洋食物链的例子陆地与海洋食物链的例子.食物链类型食物链类型生食食物链 ：是以绿色植物为基础，以草食动物为开始的食物链 草牧食物链（捕食食物链）:从植物开始，经过小型食草动物，再到稍大型的食肉动物捕食，进而再被更凶猛的食肉动物捕食。
草原和水体生态系统是以草牧食物链为主的生态系统寄生性食物链: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两条食物链两条食物链.食物链特点食物链特点在同一个食物链中，常包含有食性和其它生活习性极不相同的多种生物在同一个生态系统中，可能有多条食物链，它们的长短不同，营养级数目不等由于在一系列取食与被取食的过程中，每一次转化都将有大量化学能变为热能消散因此，自然生态系统中营养级的数目是有限的在不同的生态系统中，各类食物链的比重不同在任一生态系统中，各类食物链总是协同起作用food web生物之间捕食和被食的关系不是简单的一条链，而是错综复杂的相互依赖的网状结构，即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这种以营养为纽带，把生物与环境、生物与生物紧密联系起来的结构，称为生态系统营养结构.食物网食物网.食物链或食物网的意义食物链或食物网的意义生物富集现象生态农业中增环加链食物网的复杂性与生态系统的稳定性食物链或食物网与种群的调节.生物富集生物富集当一些有害有毒物质特别是脂溶性的农药和杀虫剂等进入自然生态系统后，首先进入初级生产者体内，然后沿着食物链和营养级逐级向前传递，并且在通过食物链的过程中，其浓度逐渐提高，这种物质浓度逐渐提高的现象称为生物富集作用。
DDT浓集作用示意图(Banton & Werner, 1974).生态农业生态农业西安生态养殖场的系统结构共由四部分组成，即初级生产者系统、次级生产者系统、水生生态系统和有机污水净化系统 .食物链长度与环境的关系假设食物链长度与环境的关系假设(1)能量假设能量假设(energetic hypothesis)食物链的长度由于受到能量在食物链中传递的损耗和捕食者的最低能量要求所限制而不能无限制地增长太少的能量不可能支持远离基位物种的那些营养物种有足够的个体维持种群，或者那些物种的个体不能找到足够的猎物而存活预测只有较高初级生产力的系统，食物链应当更长但较小范围内的人工生态系统的实验否定了这一假设，尽管这一点还有待进一步验证 Pimm曾评述了从能量贫乏系统到高生产力系统有关食物网的9项研究，其结论是无明显证据表明系统的生产力越高，食物链就越长 .(2)动态稳定性假说动态稳定性假说(dynamical stability hypothesis)基于生态系统的特定数学模型发现，食物链越长，为维持系统平衡或稳定而对模型参数的限制就越严格就实际情况来看，具有较长食物链的生态系统，一旦受到内外因素的干扰，不仅易于遭到破坏，而且恢复原状的时间也长，因此具长食物链的食物网，或者说食物网的长食物链在自然界难于存在。
预测：在没有大的干扰的系统，食物链应该更长，但现在还没有更多的证据支持或者否定这个假设设 .(3)一些经验性的结论一些经验性的结论Briand等分析34个食物网的环境系统后得出结论，认为三维生态系统的食物链比二维生态系统的食物链长所谓二维生态系是指。