《普通生态学：生态系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《普通生态学：生态系统（158页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 生态系统,本章主要内容,C G Cao,2.1 系统观与生态系统 2.2 生态系统的一般特征 2.3 生态系统类型 2.4生态系统服务与管理,C G Cao,2.1 系统观与生态系统 2.1.1“系统”观念的引入 2.1.2 系统的基本性质 2.1.3 系统方法 2.1.4 生态系统的含义,定义:系统(system)是由相互作用和相互依赖的若干组成部分，结合而成的具有一定结构的功能整体。,什么是“系统”,C G Cao,5.1.1“系统”观念的引入,系统的三要素: (1).两个以上的组分； (2).各组分相互联系，具有一定结构； (3).具有独立的、特定的功能。,1.系统组分的整体性
2、2.系统结构的有序性 3.系统功能的整合特性 4.系统结构、功能的可控性,C G Cao,2.1.2 系统的基本性质,(1)系统无论大小都具有一定边界(Boundary),1.系统组分的整体性,C G Cao,(2)系统的水平分离特征 (Characteristic of horizontal part),(3)系统的垂直分离特征 (Characteristic of verticality part),C G Cao,(1)系统的各个组分之间都有一定的量比关系 x1=f ( x n ),2.系统结构的有序性,C G Cao,(2)统内各组分通过各种联系相互作用、相互牵制 x1=f (x1,x
3、2,x3,xn),(3)系统各组分、各层次分工合作，各居其位、各司其职共同完成系统整体功能 y=f(x1,x2,x3,xn),系统的整体功能不等于它各组分功能的相加，而是一种集体效应，既有各组分的功能，又有各组分之间交互作用产生的新功能，这种整体功能大于部分功能之和的特性称为系统功能整合作用（Integration of system function）,3.系统功能的整合特性,C G Cao,0.9,0.9,0.9,0.9,0.9,0.9,可靠性 =1-（1-0.9)3=0.999,可靠性 =0.93=0.729,结构决定功能,反馈信息,4.系统结构、功能的可控性,C G Cao,是在明确研
4、究目的和系统边界的基础上，分析系统组成要素、层次结构及各组分间相互影响的定量关系，建立系统的数学模型，并利用计算机对系统结构优化，使系统具有功能整合作用的研究过程。,1.系统分析(system analysis),C G Cao,2.1.3 系统方法,是用系统科学的基本观点认识事物和解决问题的方法论体系。,C G Cao,2.系统分析过程,第一阶段：定性分析阶段包括明确问题及研究目标； 划分系统边界、确定系统组分、分析系统层次。 第二阶段：定量研究阶段在定性分析的基础上进行定量分析主要是系统结构有序性分析，包括定量研究各组分之间的定量影响关系，建立系统数学模型。 第三阶段：模型分析阶段是在系统
5、组分及基本量化关系认识的基础上，确定系统模型的参数，进行模型试验，分析系统要素的动态关系。 第四阶段：系统结构优化阶段是通过模拟分析，优化系统结构，实行系统调控，使系统具有系统功能整合特性，实现优化的系统功能。,3.系统分析途径,(1) 黑箱法,(2) 白箱法,(3) 灰箱法,生态系统是在一定时间、空间范围内，生物与生存环境、生物与生物之间密切联系、相互作用，通过能量流动、物质循环、信息传递构成的具有一定结构的功能整体。,生物地理群落=生态系统,2.1.4 生态系统的含义,2.2 生态系统的一般特征 2.2.1 生态系统的组成成分 2.2.2 生态系统的一般结构 2.2.3 生态系统的基本功能
6、及过程 2.2.4 生态系统的特点 2.2.5 生态系统研究与一般系统的差异,2.2.1 生态系统的组成成分,C G Cao,C G Cao,1. 生产者,C G Cao,是指能利用无机物制造有机物的自养生物(Autotrophs)，主要是绿色植物，也包括一些蓝绿藻、光合细菌及化能合成细菌。,6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O2 CO2+ 2H2S CH2O+2S+H2O CO2+2H2O CH2O+H2O+O2,光能,叶绿素,光能,光合色素,化学能,C G Cao,在大洋深处的火山口附近广泛存在着高生产力的小型生态系统。在生态系统中最明显的是大白蚌和长达3m的管虫(pogo
7、nophorans)，但许多甲壳类、环节动物、软体动物和鱼类也在火山口附近以极大的密度聚集在一起。火山口群落的高生产力与附近荒漠般的海底形成鲜明反差。处于海洋透光带之下的这些群落如何获得能量呢？这与火山口喷出的水流有关，这些水流很热并含有还原形式的硫化氢(H2S)。火山水流和海水交混处的环境适宜化能自养硫化细菌的生存。这些细菌利用海水中的氧来氧化火山水流中的硫化氢，氧化反应反过来又为海水中的无机碳和无机氮的同化反应提供能源。,深海的生产者化能自养硫化细菌,生产者完成有机物的合成过程，是生物圈生命活动能量的源头,C G Cao,是指直接或间接利用绿色植物有机物作为食物源的异养生物(Heterot
8、rophs)， 主要是指动物(草食动物、肉食动物、腐生动物、杂食动物)和寄生性生物。,2.消费者,C G Cao,杨树,蝉,螳螂,黄雀,老鹰,绿色植物,草食动物,肉食动物,一级消费者,二级消费者,三级消费者,四级消费者,C G Cao,消费者完成有机物的转化过程，是生物圈生命活动最活跃的部分 降低分解者的压力 促进有机物合成 促进有机物分解 促进物质循环 各种调节功能,C G Cao,3.分解者,C G Cao,又称还原者，主要细菌、真菌等微生物，也包某些营腐生生活的原生动物。,分解者完成有机物的分解过程，是生态系统不可缺少的基本成分。产生的生态效应： 通过动、植物残体有机物质的分解，使营养物
9、质得到再循环，微生物种群得到恢复和繁衍。 为碎屑食物链的各级生物提供了食物和物质基础。 产生有调控作用的“环境激素”(Environmental hormone),对生态系统中其他生物的生长产生重大影响。 改造了地球表面的惰性物质。,C G Cao,非生物环境是生态系统中生物赖以生存的物质和能量的源泉及活动的场所。按其对生物的作用，可分为: 原料部分。光、氧、二氧化碳、水、无机盐类以及非生命的有机物质等。 代谢过程的媒介部分。水、土壤、温度和风等。 基层部分。岩石和土壤等。,4. 无机环境,C G Cao,水生植物、浮游植物 生产者 草鱼、鲢鱼、浮游动物 草食动物 鳜鱼、乌鱼 肉食动物 鲤鱼、
10、鲫鱼 杂食动物 消费者 虾、蟹、螺蛳 腐生动物 鱼体内的寄生生物 寄生动物 细菌和其它菌类 分解者 光、温、水、泥、CO2、O2 无机环境,生态系统组成分析举例（湖泊生态系统）,C G Cao,C G Cao,生态系统组成分析举例（陆地生态系统）,C G Cao,2.2.2 生态系统的一般结构,C G Cao,能量流,物质流,信息流,C G Cao,具有生命成分 具有空间结构 具有时间变化 具有自动调控功能 是开放系统,2.2.3 生态系统的特点,C G Cao,物理系统,生态系统,基础理论,物理学,生态学,研究对象,物体,事体,研究内容,物质运动规律,生物与环境关系,思维方式,因果链,关系网
11、,核 心,力的作用,信息的反馈,组织关系数,有限,无穷维,内部结构,白箱(结构清楚)可观、可控,(结构模糊)不可观不可控,参 数,可辩识可预测、可统计处理,粗糙、不确定、不完全,演替方向,熵增、无序,熵减、有序,外部环境,确定的,多变的,目 标,单目标或可调和为单目标,多目标、相互冲突,调控方式,外部调控(中心式调控),自我调节(非中心式调控),研究方法,硬方法,软方法,研究途径,求解模型、优化过程,探索对策、学习过程,研究结果,唯一或无解,多种途径，但逐步逼近目标,最终目的,整治结构,调理功能,2.2.4,C G Cao,生态系统与一般系统的差异,功能问题,反馈关系辩识,生态模型,辩证探讨,
12、有效解,实施,结构问题,因果关系辩识,数学模型,解析优化,最优解,实施,物理系统,生态系统,生态系统与一般系统研究过程的差异,C G Cao,C G Cao,2.3 生态系统的类型 2.3.1 生态系统的类型 2.3.2 一般生态系统概述 1.生物圈生态系统 2. 水域生态系统 3.湿地生态系统 4. 陆地生态系统 5. 农业生态系统 6. 城市生态系统,C G Cao,2.3.1生态系统的类型划分,水生生态系统,陆地生态系统,海洋生态系统,淡水生态系统,海岸带：岩石岸、沙岸,流水(河、沟、渠)：,荒漠：热荒漠、冷荒漠,浅海带：大陆架,急流,冻原,上涌带：,缓流,极地,珊瑚礁：,静水(湖、水库
13、、池)：,高山,远洋带：远洋表层,滨岸带,草原：湿草原、干草原,远洋中层,表水层,稀树干草原,远洋深层,深水层,温带针叶林,远洋底层,热带雨林：雨林、季雨林,1.按环境性质分,C G Cao,自然生态系统(Natural ecosystem) 凡是未受人类干扰和扶持，在一定空间和时间范围内，依靠生物和环境本身的自我调节能力来维持相对稳定的生态系统， 人工生态系统(Artificial ecosystem)。按人类的需求，由人类设计制造建立起来，并受人类活动强烈干预的生态系统 半自然生态系统(Seminatural ecosystem)。在自然生态系统的基础上，通过人工对生态系统进行调节管理，使
14、其更好地为人类服务的这类生态系。,2.按人类对生态系统的影响程度分,C G Cao,森林生态系统 草原生态系统 自然生态系统 水域生态系统 沙漠生态系统 极地生态系统 农田生态系统 人工林生态系统 人工草地生态系统 半自然生态系统 牧场生态系统 (驯化生态系统) 鱼塘生态系统 养殖生态系统 微生物生态系统 城镇生态系统 人工生态系统 工矿生态系统 宇宙飞船生态系统 实验微生物生态系统,生物圈生态系统,C G Cao,自然生态系统,人工生态系统,半自然生态系统,C G Cao,自然生态系统,C G Cao,人工生态系统,Nash 的农业生态系统室,Metcalf的实验微生态系统,人工生态系统,C
15、 G Cao,C G Cao,人工生态系统,C G Cao,人工生态系统,人工生态系统,C G Cao,半自然生态系统,C G Cao,C G Cao,半自然生态系统,比较内容,自然生态系统,半自然生态系统,人工生态系统,组成,组成成分复杂,生物成员简化，生产力提高，抗逆性下降，环境被改造，更有利于部分生物,生物被按特定目的所筛选，环境要素为特定生物而设计,结构,自然结构,优化结构,组装结构,系统目的及功能,生态系统的稳定及繁荣,提供人类所需的产品,研究、产品、人类生活,主要能量来源,太阳能、自然辅助能,太阳能、自然辅助能、人工辅助能,工业能,稳定性,稳定,亚稳定,不稳定,稳定机制,非中心式调
16、控；自然信息调控；生物间相生相克，生物与环境相互适应,非中心式调控与中心式调控结合；自然调控；人工直接调控；社会经济间接调控,中心式调控 人工调控,开放程度,开放程度小,开放程度大,相对封闭,不同生态系统特性比较,C G Cao,森林生态系统,3.按生物成分分,草原生态系统,C G Cao,能量输入,能量输出,能量输入,物质输入,能量输出,物质输入,4.按生态系统的开放程度划分,C G Cao,(1)太阳供能的自然生态系统 (Natural unsubsidized solar-powered ecosystem)、 (2).有自然辅助能量的太阳供能生态系统 (Natural solar-powered ecosystems subsidized by other natural energies)、 (3).有人类辅助能量的太阳供能生态系统 (Human-subsidized solar-ecosystem) (4).燃料供能的城市-工业系统 (Fuel-powered urban-industrial systems),5.根据生态系统形成的原动力划分,C G Cao,1.生物圈生
