第九章生态系统的一般特征

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1、 一、生态系统的基本概念 二、生态系统的组成成分及三大功能类型 三、食物链和食物网 四、营养级和生态金字塔 五、生态效率 六、生态系统的反馈调节与生态平衡 第九章第九章 生态系统的一般特征生态系统的一般特征一、生态系统的基本概念 生生态态系系统统是是指指在在一一定定的的空空间间内内生生物物的的成成分分和和非非生生物物的的成成分分通通过过物物质质的的循循环环和和能能量量的的流流动动互互相相作作用用，互互相相依依存而构成的一个生态学功能单位。存而构成的一个生态学功能单位。 在自然界只要在一定空间内存在生物和非生物两种成分，并能互相作用达到某种功能上的稳定性，这个整体就可以视为一个生态系统。因此在我

2、们居住的这个地球 上 有 许 多 大 大 小 小 的 生 态 系 统 ， 大 至 生 物 圈(biosphere)或生态圈(ecosphere)，海洋，陆地，小至森林，草原、湖泊和小池塘。 一个简化了的陆地生态系统 生态系统的基本特性基本特性： 1生态系统是生态学上的一个主要结结构构和和功功能能单单位位，属于生态学研究的最高层次。最高层次。 2生态系统内部具有自自我我调调节节能能力力。生态系统的结构越复杂，物种数目越多，自我调节能力也越强。但生态系统的自我调节能力是有限度的，超过了这个限度，调节也就失去了作用 3能能量量流流动动，物物质质循循环环和和信信息息传传递递是生态系统的三大功能。能量流

3、动是单方向的，物质流动是循环式的，信息传递则包括营养信息、化学信息、物理信息和行为信息，构成了信息网。通常，物种组成的变化、环境因素的改变和信息系统的破坏是导致自我调节失效的三个主要原因。 4生态系统中营营养养级级的的数数目目受限于生产者所固定的最大能值和这些能量在流动过程中的巨大损失。因此生态系统营养级的数目通通常常不会超过不会超过56个个。 5. 生态系统是一个动动态态系系统统，要经历一个从简单到复杂，从不成熟到成熟的发育过程，其早期发育阶段和晚期发育阶段具有不同的特性。 生态系统概念的提出为生态学的研究和发展奠定了新的基础，极大地推动了生态学的发展。 一、生态系统的基本概念 二、生态系统

4、的组成成分及三大功能类型 三、食物链和食物网 四、营养级和生态金字塔 五、生态效率 六、生态系统的反馈调节与生态平衡 第九章第九章 生态系统的一般特征生态系统的一般特征生态系统是由四个部分组成的见下图生产者生产者消费者消费者分解分解者者无生命物质无生命物质能量能量物质物质热量热量 生产者：生产者：主要是绿色植物，凡能进主要是绿色植物，凡能进行光合作用制造有机物的植物种类，包行光合作用制造有机物的植物种类，包括单细胞藻类，均属于生产者。还有一括单细胞藻类，均属于生产者。还有一些能利用化学能把无机物转化为有机物些能利用化学能把无机物转化为有机物的化能自养型微生物，也应列入生产者的化能自养型微生物，

5、也应列入生产者之列。之列。 消费者：主要是动物，又分为一级消消费者：主要是动物，又分为一级消费者（如草食性动物）；二级消费者（如费者（如草食性动物）；二级消费者（如肉食动物）；肉食动物）；等等。等等。 一级消费者草食动物二级消费者肉食动物 分解者：指各种具有分解能力的微生分解者：指各种具有分解能力的微生物，也包括一些微型动物，如鞭毛虫，土物，也包括一些微型动物，如鞭毛虫，土壤线虫等。壤线虫等。 微生物（真菌）橙盖伞橙盖伞分解者分解者无生命物质：指生态系统中的各种无无生命物质：指生态系统中的各种无生命的无机物、有机物和各种自然因素生命的无机物、有机物和各种自然因素（如土壤、空气、水等）。（如土壤

6、、空气、水等）。 岩石矿物土壤空气水体P生产者；C1初级消费者；C23二、三级消费者；Cn四级消费者；D分解者太阳生产者一级消费者二级消费者简化的陆地生态系统简化的池塘生态系统一级消费者（浮游生物）二级消费者三级消费者 生产者（浮游植物）分解者（微生物）分解者图2-2 任何一个生态系统都是由生生物物成成分分和和非非生生物物成成分分两部分组成的，但是为了分析的方便，常常又把这两大成分区分为以下六种构成成分六种构成成分： 1. 无无机机物物质质 包括处于物质循环中的各种无机物，如氧、氮、二氧化碳，水和各种无机盐等。 2. 有有机机化化合合物物 包括蛋白质、糖类、脂类和腐殖质等。 3. 气候因素气候

7、因素 如温度、湿度、风和雨雪等。 4. 生生产产者者(producers) 指能利用简单的无机物质制造食物的自养生物，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。 5. 消消费费者者(consumers) 异养生物，主要指以其他生物为食的各种动物，包括植食动物、肉食动物、杂食动物和寄生动物等。 6. 分分解解者者(decomposers或reducers) 异养生物，它们分解动植物的残体、粪便和各种复杂的有机化合物，吸收某些分解产物，最终能将有机物分解为简单的无机物，而这些无机物参与物质循环后可被自养生物重新利用。分解者主要是细菌和真菌，也包括某些原生动物和蚯蚓、白蚁、秃鹫等大

8、型腐食性动物。 按生态系统中的生物成分的作用可划分为三大类群：生产者、消费者和分解者，由于它们是依据其在生态系统中的功能划分的而与分类类群无关，所以又被称为生态系统的三大功功能类群能类群。 一、生态系统的基本概念 二、生态系统的组成成分及三大功能类型 三、食物链和食物网 四、营养级和生态金字塔 五、生态效率 六、生态系统的反馈调节与生态平衡 第九章第九章 生态系统的一般特征生态系统的一般特征一、食物链和食物网的概念一、食物链和食物网的概念 植植物物所所固固定定的的能能量量通通过过一一系系列列的的取取食食和和被被取取食食关关系系在在生生态态系系统统中中传传递递，我我们们把把生生物物之之间间存存在

9、在的这种传递关系称为的这种传递关系称为食物链食物链(food chains)。 由于受能量传递效率的限制，食物链的长度不可能太长，一般有45个环节构成,最简单的食物链有3个环节构成。如草兔狐狸。 在在生生态态系系统统中中，生生物物成成分分之之间间通通过过能能量量传传递递关关系系存存在在着着一一种种错错综综复复杂杂的的普普遍遍联联系系，这这种种联联系系象象是是一一个个无无形形的的网网把把所所有有生生物物都都包包括括在在内内，使使它它们们彼彼此此之之间间都都有有着着某某种种直直接接或或间间接接的的关关系系，这这就就是是食物网食物网(foodweb) 。 一个复杂的食物网是使生态系统保持稳定的重要条

10、件，一般认为，食物网越复杂，生态系统抵抗外力干扰的能力就越强；食物网越简单，生态系统就越容易发生波动和毁灭。 二、食物链的类型二、食物链的类型 在在生生态态系系统统中中都都存存在在着着三三种种主主要要的的食食物物链链，捕捕食食食食物物链链(grazing food chain)和和碎碎屑屑食食物物链链( detrital food chain)和和寄生食物链寄生食物链。 捕捕食食食食物物链链虽虽然然是是人人们们最最容容易易看看到到的的，但但它它在在陆陆地地生生态态系系统统和和很很多多水水生生生生态态系系统统中中并并不不是是主主要要的的食食物物链链,只只在在某某些些水水生生生生态态系系统统中中，

11、捕捕食食食食物物链链才才会会成成为为能能流流的的主主要要渠渠道道， 在在陆陆地地生生态态系系统统中中，净净初初级级生生产产量量只只有有很很少少一一部部分分通向捕食食物链。通向捕食食物链。 一一般般说说来来，生生态态系系统统中中的的能能量量在在沿沿着着捕捕食食食食物物链链的的传传递递过过程程中中，每每从从一一个个环环节节到到另另一一个个环环节节，能能量量大大约约要要损损失失9090，也也就就是是能能量量转转化化效效率率大大约约只只有有10%10%。越越是是处处在在食食物物链链顶顶端端的的动动物物，数数量量越越少少、生生物物量量越越小小，能能量量也也越越少少，而而顶顶位位肉肉食食动动物物数数量量最

12、最少少，以以致致使使得得不不可可能能再再有有别别的的动动物物以以它它们们为为食食，因因为为从从它它们们身身上上所所获获取取的的能能量量不不足足以以弥弥补补为为搜搜捕捕它它们们所所消消耗耗的的能能量量。一一般般说说采采，能能量量从从太太阳阳开开始始沿沿着着捕捕食食食食物物链链传传递递几几次次以以后后就就所所剩剩无无几几了了，所所以以食食物物链链一一般般都都很很短短，通通常常只只由由4 45 5个个环环节节构构成成，很很少少有有超超过过6 6个个环环节节的的。 在在大大多多数数陆陆地地生生态态系系统统和和浅浅水水生生态态系系统统中中，生生物物量量的的大大部部分分不不是是被被取取食食，而而是是死死后

13、后被被微微生生物物所所分分解解，因因此此能能流流是是以以通通过过碎碎屑屑食食物物链链为为主主。碎碎屑屑食食物物链链可可能能有有两两个个去去向向，这这两两个个去去向向就就是是微微生生物物或或大大型型食食碎碎屑屑动动物物，这这些些生生物物类类群群对对能能量量的的最最终终消消散散所所起起的作用已经引起了生态学家的重视。的作用已经引起了生态学家的重视。 由由于于寄寄生生物物的的生生活活史史很很复复杂杂，所所以以寄寄生生食食物物链链也也很很复复杂杂。例例如如，寄寄生生在在哺哺乳乳动动物物和和鸟鸟类类身身上上的的跳跳蚤蚤反反过过来来可可以以被被细细滴滴虫虫( (一一种种寄寄生生原原生生动动物物) )所所寄

14、生。寄生。 一、生态系统的基本概念 二、生态系统的组成成分及三大功能类型 三、食物链和食物网 四、营养级和生态金字塔 五、生态效率 六、生态系统的反馈调节与生态平衡 第九章第九章 生态系统的一般特征生态系统的一般特征 营营养养级级（trophic levels）是指指处处于于食食物物链链某某一一环环节节上上的的所所有有生生物物种种的的总总和和。因因此此，营营养养级级之之间间的的关关系系不不是是指指一一种种生生物物与与另另一一种种生生物物之之间间的的营营养养关关系系，而而是是指指一一类类生生物物与与处处在在不不同同营营养养层层次次上上与与另一类生物之间的关系另一类生物之间的关系。 生生产产者者的

15、的绿绿色色植植物物和和所所有有自自养养生生物物都都位位于于食食物物链链的的起起点点，即即食食物物链链的的第第一一环环节节，它们构成了它们构成了第一个营养级。第一个营养级。 所所有有以以生生产产者者( (主主要要是是绿绿色色植植物物) )为为食食的的动动物物都都属属于于第第二二个个营营养养级级，即即植植食食动动物物营养级。营养级。 第三个营养级包括所有以植食动物为食的肉食动物。以此类推，还可以有第四个营养级(即二级肉食动物营养级)和第五个营养级等。由于食物链的环节数目是受到限制的，所以营养级的数目也不可能很多，一般限于35个。营养级的位置越高，归属于这个营养级的生物种类和数量就越少，当少到一定程

16、度的时候，就不可能再维持另一个营养级中生物的生存了。 有很多动物，往往难以依据它们的营养关系把它们放在某一个特定的营养级中，因为它们可以同时在几个营养级取食或随着季节的变化而改变食性，但为了分析的方便，生态学家常常依据动物的主要食性决定它们的营养级，因为在进行能流分析的时候，每一种生物都必须置于一个确定的营养级中。 生生态态金金字字塔塔（ecological pyramids）是是指指各各个个营营养养级级之之间间的的数数量量关关系系，这这种种数数量量关关系系可可采采用用生生物物量量单单位位、能能量量单单位位和和个个体体数数量量单单位位，采采用用这这些些单单位位所所构构成成的的生生态态金金字字塔

17、塔就就分分别别称称为为生生物量金字塔、能量金字塔和数量金字塔。物量金字塔、能量金字塔和数量金字塔。 数数量量金金字字塔塔是以生物的个体数量表示每一营养级。 生生物物量量金金字字塔塔以生物组织的干重表示每一个营养级中生物的总重量。 能能量量金金字字塔塔是利用各营养级所固定的总能量值的多少来构成的生态金字塔。 数量金字塔和生物量金字塔在某些生态系统中可以呈倒金字塔形，但能量金字塔绝不会这样，因为生产者在单位时间单位面积上所固定的能量绝不会少于靠吃它们为生的植食动物所生产的能量；同样，肉食动物所生产的能量是靠吃植食动物获得的，因此依据热力学第二定律，它们的能量也绝不会多于植食动物。 一、生态系统的基

18、本概念 二、生态系统的组成成分及三大功能类型 三、食物链和食物网 四、营养级和生态金字塔 五、生态效率 六、生态系统的反馈调节与生态平衡 第九章第九章 生态系统的一般特征生态系统的一般特征 生生态态效效率率（ecological efficiencies）是指各种能能流流参参数数中中的的任任何何一一个个参参数数在在营营养养级级之之间间或或营营养养级级内内部部的的比比值值关关系系。 I (摄摄取取或或吸吸收收)：表示一个生物(生产者，消费者或腐食者)所摄取的能量；对植物来说，I代表被光合作用色素所吸收的日光能值。A (同同化化)：表示在动物消化道内被吸收的能量(吃进的食物不一定都能吸收)。对分解

19、者来说是指细胞外产物的吸收；对植物来说是指在光合作用中所固定的日光能，即总初级生产量(GP)。 R (呼呼吸吸)：指在新陈代谢和各种活动中所消耗的全部能量。 P (生生产产量量)：代表呼吸消耗后所净剩的能量值，它以有机物质的形式累积在生态系统中。对植物来说，它是指净初级生产量(NP)；对动物来说，它是同化量扣除维持消耗后的生产量，即P=A-R。利用以上这些参数可以计算生态系统中能流的各种效率： 植物： （动物） 若n营养级为植物，In即为植物吸收的日光能。并且， 即林德曼效率相当于同化效率、生长效率与利用效率的乘积。但也有学者把营养级间的同化能量之比值视为林德曼效率，即， 一般说来，大型动物的

20、生长效率要低于小型动物，老年动物的生长效率要低于幼年动物。肉食动物的同化效率要高于植食动物。但随着营养级的增加，呼吸消耗所占的比例也相应增加，因而导致在肉食动物营养级净生产量的相应下降。 林林德德曼曼效效率率似似乎乎是是一一个个常常数数，即即10%，生生态态学学家家通通常常把把10%的的林林德德曼曼效效率率看看成是一条重要的生态学规律，成是一条重要的生态学规律， 但近来对海洋食物链的研究表明，在有些情况下，林德曼效率可以大于30%。对自然水域生态系统的研究表明，在从初级生产量到次级生产量的能量转化过程中，林德曼效率大约为1520%；就利用效率来看，从第一营养级往后可能会略有提高，但一般说来都处

21、于2025%的范围之内。这就是说，每个营养级的净生产量将会有7580%通向碎屑食物链。 一、生态系统的基本概念 二、生态系统的组成成分及三大功能类型 三、食物链和食物网 四、营养级和生态金字塔 五、生态效率 六、生态系统的反馈调节与生态平衡 第九章第九章 生态系统的一般特征生态系统的一般特征 生态系统的一个普遍特性是存在着反反馈馈现象。当当生生态态系系统统中中某某一一成成分分发发生生变变化化的的时时候候，它它必必然然会会引引起起其其他他成成分分出出现现一一系系列列的的相相应应变变化化，这这些些变变化化最最终终又又反反过过来来影影响响最最初初发发生生变变化化的的那那种种成成分分，这这个个过过程程

22、就就叫叫反反馈馈。反馈 有 两 种 类 型 ， 即 负 反 馈 (negative feedback)和正反馈(positive feedback)。 负负反反馈馈是比较常见的一种反馈，它的作用是能够使生态系统达到和保持平衡或稳态，反馈的结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化。例如，如果草原上的食草动物因为迁入而增加，植物就会因为受到过度啃食而减少，植物数量减少以后，反过来就会抑制动物数量。 正正反反馈馈是比较少见的，它的作用与负反馈相反，即生态系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化，反过来不是抑制而是加速最初发生变化的成分所发生的变化，因此正反馈的作用常常使生态系统远离平衡状

23、态或稳态。 由于生态系统具有自我调节机制，生态系统会保持自身的生态平衡。 生生态态平平衡衡是是指指生生态态系系统统通通过过发发育育和和调调节节所所达达到到的的一一种种稳稳定定状状况况，它它包包括括结结构构上上的的稳稳定定、功功能能上上的的稳稳定定和和能能量量输输入入输输出出上上的的稳稳定定。生生态态平平衡衡是是一一种种动态平衡，因因为为能能量量流流动动和和物物质质循循环环总总在在不不间间断断地地进进行行，生物个体也在不断地进行更新。生物个体也在不断地进行更新。 当生态系统达到动态平衡的最稳定状态时，它能够自我调节和维持自己的正常功能，并能在很大程度上克服和消除外来的干扰，保持自身的稳定性。这实质上就是生态系统的反馈调节。但是，生态系统的这种自我调节功能是有一定限度的，当外来干扰因素如火山爆发、地震，泥石流，雷击火烧，人类修建大型工程，排放有毒物质、喷撒大量农药，人为引入或消灭某些生物等超过一定限度的时候，生态系统自我调节功能本身就会受到损害，从而引起生态失调，甚至导致发生生态危机。从而引起局部地区甚至整个生物圈结构和功能的失衡，从而威胁到人类的生存。