部分生态系统生态学课件

2022-7-151第五部分第五部分 生态系统生态学生态系统生态学什么是系统？什么是系统？构成系统的条件：构成系统的条件：z由若干要素所组成由若干要素所组成z要素之间要相互联系，相互作用，相互制约要素之间要相互联系，相互作用，相互制约z要素之间通过相互作用，产生跟各个组成成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。分不同的新功能，即整体功能。由相互联系、相互作用的若干要素结合而由相互联系、相互作用的若干要素结合而成的具有一定成的具有一定功能功能的整体。的整体。2022-7-152第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第一节第一节 生态系统的一般特征生态系统的一般特征第二节第二节 生态系统的能量流动生态系统的能量流动第三节第三节 生态系统的物质循环生态系统的物质循环2022-7-153第一节第一节 生态系统的一般特征生态系统的一般特征一、生态系统的概念一、生态系统的概念二、生态系统的二、生态系统的组成成分组成成分三、三、生态系统的营养结构生态系统的营养结构四、生态效率四、生态效率五、五、生态系统的反馈调节和生态平衡生态系统的反馈调节和生态平衡2022-7-154一、一、生态系统的基本概念生态系统的基本概念1.生态系统（生态系统（ecosystem)：在一定的空间内，共同栖居着的所有生物：在一定的空间内，共同栖居着的所有生物（即生物群落）与其环境之间由于不断进行（即生物群落）与其环境之间由于不断进行 和和 过程而形成过程而形成的统一整体。的统一整体。一个生态学功能单位一个生态学功能单位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物质循环物质循环能量流动能量流动2022-7-1552.生态系统的大小：生态系统的大小：在自然界只要在在自然界只要在一定空间内存在生物和非生物两一定空间内存在生物和非生物两种成分种成分，并能，并能互相作用达到某种功能上的稳定性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。这个整体就可以视为一个生态系统。因此在我们居住的这个地球上有许多大大小小的因此在我们居住的这个地球上有许多大大小小的生态系统，大至生物圈生态系统，大至生物圈(biosphere)或生态圈或生态圈(ecosphere)，海洋，陆地，小至森林，草原、，海洋，陆地，小至森林，草原、湖泊、小池塘和动物有机体内消化道中的微生物系湖泊、小池塘和动物有机体内消化道中的微生物系统。统。一、一、生态系统的基本概念生态系统的基本概念2022-7-156一、一、生态系统的基本概念生态系统的基本概念3.生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。2022-7-1572022-7-158一、一、生态系统的基本概念生态系统的基本概念4.生态系统概念的产生生态系统概念的产生英国学者英国学者坦斯利（坦斯利（Tansley）于）于1935年提出生年提出生态系统的概念，强调生物和环境的不可分割性。态系统的概念，强调生物和环境的不可分割性。20世纪世纪60年代以来，成为国际上生态学研究的年代以来，成为国际上生态学研究的焦点。焦点。发展背景：发展背景：1 空间技术、遥感技术、计算机、环境监测仪空间技术、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。确地测定生态环境的变化。2 2 随着世界工农业的发展，出现了举世瞩目的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。等问题日益严重。2022-7-1595.生态系统的特点生态系统的特点:生态系统是生态学的一个主要生态系统是生态学的一个主要 和和 单单位，属于经典生态学研究的最高层次；位，属于经典生态学研究的最高层次；生态系统具有生态系统具有自我调节自我调节能力；能力；、和和 是生态系统的是生态系统的三大功能；三大功能；生态系统中生态系统中营养级的数目营养级的数目通常不超过通常不超过56个；个；生态系统是一个生态系统是一个动态动态系统。系统。一、生态系统的基本概念一、生态系统的基本概念结构结构功能功能能量流动能量流动 物质循环物质循环信息传递信息传递2022-7-1510二、生态系统的组成成分组成成分生态系统生物成分非生物成分 生产者（producers）消费者(consumers)分解者(decomposers)气候因素无机物质有机物质1.六大组成成分六大组成成分(四大基本成分)2022-7-1511二、生态系统的组成成分组成成分生产者：生产者：指能利用指能利用 制造食物的制造食物的 ，主要是各种，主要是各种 ，也包括蓝绿藻和一些能进行光合作用的细菌。也包括蓝绿藻和一些能进行光合作用的细菌。消费者：消费者：，主要指以其他生物为食的各种动物，包括植食动物（一级），主要指以其他生物为食的各种动物，包括植食动物（一级）、肉食动物（二四级）肉食动物（二四级）、杂食动物和寄生动物等。、杂食动物和寄生动物等。分解者：分解者：异养生物，把异养生物，把 分解成分解成 ，包括细菌、真菌、放线菌和动物（如蚯蚓、白蚁、秃鹫等大型腐食性动物包括细菌、真菌、放线菌和动物（如蚯蚓、白蚁、秃鹫等大型腐食性动物等。等。2.三大功能类群三大功能类群简单的无机物质简单的无机物质自养生物自养生物绿色植物绿色植物异养生物异养生物复杂的有机物复杂的有机物简单无机物简单无机物2022-7-1512三、生态系统的营养结构三、生态系统的营养结构食物链和食物网食物链和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2022-7-1513一个食物链的例子“螳螂捕蝉，黄雀在后螳螂捕蝉，黄雀在后”螳螂捕螳螂捕蝉，黄蝉，黄雀在后！雀在后！哈！哈！哈！哈！植物汁液植物汁液蝉蝉(初级消费者初级消费者)螳螂螳螂(二级消费者二级消费者)黄雀黄雀(三级消费者三级消费者)鹰鹰(四级消费者四级消费者)(顶极食肉动物顶极食肉动物)1、食物链和食物网三、生态系统的营养结构三、生态系统的营养结构2022-7-15141、食物链和食物网(C.Elton,1927)（1）.食物链（food chain）：各种生物按各种生物按其取食和被食的关系而排列成的链状顺序称其取食和被食的关系而排列成的链状顺序称为食物链。为食物链。三、生态系统的营养结构三、生态系统的营养结构2022-7-1515陆地与海洋食物链的例子陆地与海洋食物链的例子2022-7-1516（2）、食物链的长度 一般说来，生态系统中的能量在沿着捕食食物链的传递过程中，每从一个环节每从一个环节到另一个环节，能量大约要损失到另一个环节，能量大约要损失90，也就是能量转化效率大约只有也就是能量转化效率大约只有10%。1、食物链和食物网三、生态系统的营养结构三、生态系统的营养结构2022-7-1517（2）、食物链的长度 顶位肉食动物数量最少？越是处在食物链顶端的动物，数量越少、生物量越小，能量也越少，而顶位肉食动物数量最少，以致使得不可能再有别的动物以它们为食，因为从它们身上所获取的能量不足以弥补为捕食它们所消耗的能量。1、食物链和食物网三、生态系统的营养结构三、生态系统的营养结构2022-7-1518（2）食物链的长度 一般说来，能量从太阳开始沿着捕食食物链传递几次以后就所剩无几了，所以食物链一般都很短，通常只由45个个环节构成，很少有超过6个环节的。1、食物链和食物网三、生态系统的营养结构三、生态系统的营养结构2022-7-1519（3 3）食物链类型）食物链类型A.捕食食物链捕食食物链(grazing food chain)绿色植物为起点到食草动物进而到食肉动物的食物链。绿色植物为起点到食草动物进而到食肉动物的食物链。如植物植食性动物肉食性动物；如草原上的青草 野兔 狐狸 狼；在湖泊中，藻类甲壳类小鱼大鱼。三、生态系统的营养结构三、生态系统的营养结构1、食物链和食物网2022-7-1520B.寄生食物链：由 和 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 关系。如哺乳动物或鸟类跳蚤原生动物细菌病毒。(3)食物链类型食物链类型三、生态系统的营养结构三、生态系统的营养结构1、食物链和食物网宿主寄生物寄生性2022-7-1521C.C.碎屑食物链碎屑食物链(detritus food chain)以 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。(3)食物链类型食物链类型1、食物链和食物网三、生态系统的营养结构三、生态系统的营养结构动、植物的残、遗体2022-7-1522生态系统的食物链是相互连结在一起的。生态系统的食物链是相互连结在一起的。一个环节改，食物链就改变。一个环节改，食物链就改变。生态系统中的食物链总是在生态系统中的食物链总是在 。(4).食物链的连结食物链的连结三、生态系统的营养结构三、生态系统的营养结构1、食物链和食物网变化着变化着2022-7-1523(5).食物网食物网(food webs)生物之间的捕食和被食的关生物之间的捕食和被食的关系不是简单的一条链，而是系不是简单的一条链，而是错综复杂的相互依赖的网状错综复杂的相互依赖的网状结构，即食物网。结构，即食物网。食物链彼此交错连结，形成食物链彼此交错连结，形成一个网状结构称为食物网。一个网状结构称为食物网。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。1、食物链和食物网三、生态系统的营养结构三、生态系统的营养结构2022-7-1524(6).食物链和食物网概念的意义食物链是生态系统营养结构的形象体现。通过食物链和食物网把生物与非生物、生产者与消费者、消费者与消费者连成一个整体，反映了生态系统中各生物有机体之间的营养位置和相互关系；各生物成分间通过 发生直接和间接的联系，保持着生态系统结构和功能的稳定性。生态系统中 和 正是沿着食物链和食物网进行的。1、食物链和食物网三、生态系统的营养结构三、生态系统的营养结构能量流动物质循环食物网2022-7-1525(6).食物链和食物网概念的意义食物链和食物网还揭示了环境中有毒污染物转移、积累的原理和规律。生物扩大作用：由于生物体对于某物生物扩大作用：由于生物体对于某物不能代谢，它们就累积在个体的体内，不能代谢，它们就累积在个体的体内，通过通过食物链或食物网食物链或食物网的传递导致在的传递导致在 上的有机体中的积累。上的有机体中的积累。1、食物链和食物网三、生态系统的营养结构三、生态系统的营养结构更高营养级更高营养级2022-7-15262、营养级和生态金字塔(1).营养级：处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。营养级：处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。三、生态系统的营养结构三、生态系统的营养结构2022-7-1527(2).生态金字塔生态金字塔能量金字塔(energy pyramid)数量金字塔(pyramid of numbers)生物量金字塔(pyramid of biomass)三、生态系统的营养结构三、生态系统的营养结构2、营养级和生态金字塔2022-7-1528能量金字塔能量金字塔2022-7-1529能量在生态系统中流动的过程：能量在生态系统中流动的过程：生产者生产者（植物）（植物）初级消费者初级消费者（植食性动物）（植食性动物）次级消费者次级消费者（肉食性动物）（肉食性动物）三级消费者三级消费者（肉食性动物）（肉食性动物）分分 解解 者者呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸能量流动的特点能量流动的特点1、单向流动的，不可逆、单向流动的，不可逆2、逐级递减、逐级递减2022-7-1530单位：公斤生物量金字塔生物量金字塔1000100101浮游动物鱼浮游植物2022-7-1531能量金字塔能量金字塔如果把各个营养如果把各个营养级的生物数量关级的生物数量关系，用绘制能量系，用绘制能量金字塔的方式表金字塔的方式表达出来，是不是达出来，是不是也是金字塔形？也是金字塔形？想一想：想一想：2022-7-1532数量金字塔数量金字塔有没有例外的有没有例外的情况？情况？想一想：想一想：一般情况下，也是金一般情况下，也是金字塔形。但是有时候会字塔形。但是有时候会出现倒置的塔形。例如，出现倒置的塔形。例如，在海洋生态系统中，由在海洋生态系统中，由于生产者（浮游植物）于生产者（浮游植物）的个体小，寿命短，又的个体小，寿命短，又会不断地被浮游动物吃会不断地被浮游动物吃掉，所以某一时刻调查掉，所以某一时刻调查到的浮游植物的量可能到的浮游植物的量可能低于浮游动物的量。当低于浮游动物的量。当然，总的来看，一年中然，总的来看，一年中流过浮游植物的总能量流过浮游植物的总能量还是比流过浮游动物的还是比流过浮游动物的要多。与此同理，成千要多。与此同理，成千上万只昆虫生活在一株上万只昆虫生活在一株大树上，该数量金字塔大树上，该数量金字塔的塔形也会发生倒置。的塔形也会发生倒置。2022-7-1533p1C2C3C4Cp1C2C3C4Cp1C2Cp1C2C3C3C数量能量落叶林草地落叶林及草地数量和能量金字塔落叶林及草地数量和能量金字塔2022-7-1534(2).生态金字塔生态金字塔各个营养级之间的数量关系 是最稳定的金字塔形。金字塔形。2、营养级和生态金字塔三、生态系统的营养结构三、生态系统的营养结构能量金字塔2022-7-15353、生态效率常用的几个能量参数摄取量：I 生物所摄取的能量同化量：A 固定的能量 呼吸量：R 呼吸等的消耗生产量：P 净剩的同化能量三、生态系统的营养结构三、生态系统的营养结构P2142022-7-15363、生态效率生态效率：各种能流参数中任何一个参数生态效率：各种能流参数中任何一个参数在营养级之间或营养级内部的比值。（常在营养级之间或营养级内部的比值。（常以百分数表示）以百分数表示）三、生态系统的营养结构三、生态系统的营养结构2022-7-15373、生态效率同化效率：Ae=An/In生产效率：Pe=Pn/An消费效率：Ce=In+1/Pn林德曼效率：Le=In+1/In 或An+1/An三、生态系统的营养结构三、生态系统的营养结构2022-7-1538根据林德曼测定结果，这个比值大约是根据林德曼测定结果，这个比值大约是1/10，称为是林德曼，称为是林德曼1/10法则。法则。2022-7-1539四、生态系统的反馈调节和生态平衡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2022-7-1540四、生态系统的反馈调节和生态平衡反馈：系统的输出变成了决定未来功能的输入。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。使生态系统远离平衡状态或稳态。2022-7-1541生态系统中的反馈（正反馈（左）和负反馈（右）正反馈（左）和负反馈（右）狼狼狼狼兔兔兔兔植物植物植物植物狼狼饿饿死死狼狼吃吃饱饱吃了吃了较多较多兔子兔子吃了吃了较少较少兔子兔子兔兔吃吃饱饱兔兔饿饿死死吃了吃了较少较少的草的草吃了吃了大量大量的草的草污染污染 鱼死亡鱼死亡污染污染 鱼死亡鱼死亡 鱼死亡鱼死亡 污染污染 2022-7-1542反馈调节：反馈调节：当生态系统某一成分发生变化，它必然引起其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，这些变化又反过他成分出现一系列相应变化，这些变化又反过来影响最初发生变化的那种成分。来影响最初发生变化的那种成分。2022-7-1543四、生态系统的反馈调节和生态平衡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 是达到和维持平衡或稳定的重要途径。生态平衡：指生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状况，它包括结构上的稳定、功能上的稳定和能量输入、输出上的稳定，是一种动态平衡。负反馈机制2022-7-1544生态阈值：生态阈值：生态系统受外界干扰后，自动调节的生态系统受外界干扰后，自动调节的极限。极限。2022-7-1545生态危机：生态危机：由于人类盲目活动而导致局部地区甚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，从至整个生物圈结构和功能的失衡，从而威胁人类的生存。而威胁人类的生存。2022-7-1546生态系统是生态学的一个主要生态系统是生态学的一个主要结构结构和和功能功能单位，属于经典生态学研究的最高层次；单位，属于经典生态学研究的最高层次；生态系统具有自我调节能力；生态系统具有自我调节能力；能量流动、物质循环和信息传递是生态系能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能；统的三大功能；生态系统中营养级的数目通常不超过生态系统中营养级的数目通常不超过56个；个；生态系统是一个动态系统。生态系统是一个动态系统。生态系统的特点生态系统的特点2022-7-1547问问题题探探讨讨备选策略备选策略1 1：先吃鸡，再吃玉米；先吃鸡，再吃玉米；备选策略备选策略2 2：先吃玉米，同时用一部分玉米先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的喂鸡，吃鸡产下的 蛋，最后吃鸡。蛋，最后吃鸡。2022-7-1548本节重点生态系统有哪些主要组成成分，它们是如何构成生态系统的？2.食物链、食物网、营养级、生态金字塔、林德曼效率3.食物链的类型?4.生态系统营养级只有5-6级？5.什么是负反馈调节？它对维护生态平衡有什么指导意义。2022-7-1549第二节 生态系统的能量流动1 生态系统的生物生产2 生态系统中的分解3 生态系统的能流过程4 生态系统能流分析2022-7-15501 生态系统的生物生产生物生产的基本概念生物生产的基本概念生物生产生物量与生产量初级生产初级生产总初级生产与净初级生产影响初级生产的因素初级生产量的测定方法次级生产次级生产次级生产的基本特点次级生产量的测定方法2022-7-1551 生物生产生物生产：是生态系统重要功能之一。生态系统不断运转，生物有机体在能量代谢过程中，将 、重新组合，形成 的产品的过程，称生态系统的生物生产。生物生产常分为 、和 等不同层次。能量物质新个体种群群落2022-7-1552 生物生产生态系统中绿色植物通过 ，吸收和固定 ，从 合成、转化成复杂的 。由于这种生产过程是生态系统 的 阶段，因此，绿色植物的这种生产过程称为初级生产（primary production），或第一性生产。光合作用太阳能无机物有机物能量贮存基础2022-7-1553 生物生产初级生产以外的生态系统生产，即消费者利用初级生产的产品进行 ，经过 形成异养生物自身的物质，称为 （secondary production），或第二性生产。新陈代谢同化作用次级生产2022-7-1554 生物量和生产量生物量（biomass）:某一特定观察时刻，某一空间范围内，现有有机体的量，它可以用单位面积或体积的个体数量、重量（狭义的生物量）或含能量来表示，因此它是一种现存量(standing crop)。现存的数量以N表示，现在的生物量以B表示。现存生物量通常用平均每平方米生物体的干重(gm-2)或平均每平方米生物体的热值来表示(J m-2 )。2022-7-1555 生物量和生产量 生产量(production):是在一定时间阶段中，某个种群或生态系统所新生产出的有机体的 、或 。它是时间上积累的概念，即含有速率的概念。有的文献资料中，生产量、生产力(production rate)和生产率(productivity)视为同义语，有的则分别给予明确的定义。生物量和生产量是不同的概念，前者到某一特定时刻为止，生态系统所积累下来的生产量，而后者是某一段时间内生态系统中积存的生物量。数量重量能量2022-7-1556总初级生产与净初级生产初级生产过程可用下列方程式概述：光能 6CO26H2O C6H12O6 6O2 叶绿素总初级生产(gross primary production,GP)与净初级生产(net primary production,NP)：植物在单位面积、单位时间内，通过光合作用固定太阳能的量称为总初级生产(量)，常用的单位：J m-2 a-1 或 gDW m-2 a-1；植物总初级生产（量）减去 余下的有机物质即为净初级生产（量）。二者之间的关系可表示如下：GPNP+R ；NPGPR呼吸作用消耗掉的（R），2022-7-1557影响初级生产的因素NPRCO2光光H2O营养营养取食取食O2温度温度陆地生态系统中，初级生产量是由陆地生态系统中，初级生产量是由 、（因素）、因素）、和和 （因素）六个因素决定的。因素）六个因素决定的。污染物污染物光合作用光合作用生物量生物量GP光光二氧化碳二氧化碳水水营养物质营养物质氧氧温度温度物质物质环境调节环境调节2022-7-1558初级生产量的测定方法产量收割法：收获植物地上部分烘干至恒重，获得单位时间内的净初级生产量。氧气测定法：总光合量净光合量呼吸量二氧化碳测定法：用特定空间内的二氧化碳含量的变化，作为进入植物体有机质中的量，进而估算有机质的量。pH测定法：水体中的pH值随着光合作用中吸收二氧化碳和呼吸过程中释放二氧化碳而发生变化，根据pH值变化估算初级生产量。叶绿素测定法：叶绿素与光合作用强度有密切的定量关系，通过测定体中的叶绿素可以估计初级生产力。放射性标记测定法。2022-7-1559次级生产的基本特点次级生产过程模型食物食物资源资源未采食未采食拒食拒食未食未食粪便粪便(Fu)呼吸呼吸(R)分解分解被采食被采食可利用可利用食用食用(C)同化同化(A)动物产品动物产品产生能量产生能量(P)保持能量保持能量损损失失能能量量C=A+FuA=P+RC=P+Fu+RP=C-Fu-R2022-7-1560次级生产量的测定方法按已知同化量A和呼吸量R，估计生产量P P=C-Fu-R，Fu-尿粪量根据个体生长或增重的部分Pg和新生个体重Pr，估计P P Pg Pr根据生物量净变化B和死亡损失E，估计P P B E 2022-7-15612 生态系统中的分解资源分解的过程：分碎裂过程、异化过程和淋溶过程等三个过程。资源分解的意义：理论意义：v通过死亡物质的分解，使营养物质再循环，给生产者提供营养物质；v维持大气中二氧化碳的浓度；v稳定和提高土壤有机质含量，为碎屑食物链以后各级生物生产食物；v改善土壤物理性状，改造地球表面惰性物质；实践意义：v粪便处理v污水处理2022-7-1562澳大利亚引进异地金龟处理牛粪澳洲大陆距今14000万（1.4亿）年前就与其他陆地隔离，生物区系独特，当地繁殖的最大兽类是有袋类的大袋鼠。移民于1788年运去了第一批5头奶牛和2头公牛，到19世纪未牛超过4500万头。如以每头牛一昼夜排便10次计算，每天就有4.5亿堆又大又湿的牛粪。而当地的金龟子主要取食干硬的袋鼠粪，而对软而湿的牛粪不感兴趣。由于当地缺乏分解牛粪的生物，牛粪在草原上风干硬化，几年内都难以分解，日积月积，牛粪数量惊人。牛粪覆盖并破坏大面积草原，形成草原上的一块块秃斑。每年被毁的牧场竟达3600万亩。澳大利亚学者M.H.Wallace(1978)指出“澳大利亚的牛多，牛粪更多，牛屎多到铺天盖地，如果不到世界各地引种食粪金龟子处理，澳大利亚就将淹没在牛屎堆里。”据实验两头金龟子一前一后，能将100克牛粪在3040小时内，滚成球，埋入土层里，以备子代食用。由于牛粪中的蝇卵需96小时后才能孵化为幼虫，牛粪埋入地下，蝇类无法孵化。因此，金龟子消除了牛粪，又破坏了蝇类滋生的条件。为此，60年代，澳大利亚引入了羚羊粪蜣(Onthophagus gazella)和神农蜣螂(Catharsius molossus)等异地金龟，对分解牛粪发挥了明显的作用。2022-7-1563能量的源头能量的源头 :起点起点:输入生态系统的总能量输入生态系统的总能量:渠道渠道:能量散失的形式能量散失的形式:太阳太阳从生产者固定太阳能开始从生产者固定太阳能开始食物链和食物网食物链和食物网生产者固定的太阳能总量生产者固定的太阳能总量热能热能3 生态系统的能流过程2022-7-1564能量流动的关系：一个营养级能量的输入等于能量的一个营养级能量的输入等于能量的 ，即即 ，其中，其中 又又分为分为 和和3 生态系统的能流过程同化量同化量储存量和呼吸作用的散失量储存量和呼吸作用的散失量储存量储存量被分解者利用的量被分解者利用的量被下个营养级摄取的量。被下个营养级摄取的量。2022-7-15653 生态系统的能流过程生态系统能量流动规律生态系统中能流途径2022-7-1566生态系统能量流动规律生态系统中能流特点（规律）：能流是单向流；能量在生态系统内流动的过程，就是能量不断递减的过程；能量在流动过程中，质量逐渐提高。2022-7-1567流入某一营养级的能量，为什么不能百分流入某一营养级的能量，为什么不能百分之百地流到下一个营养级？之百地流到下一个营养级？流入某一营养级的能量主要有以下去向：流入某一营养级的能量主要有以下去向：一部分通过该营养级的呼吸作用散失了；一部分通过该营养级的呼吸作用散失了；一部分作为排出物、遗体或残枝败叶不能进入一部分作为排出物、遗体或残枝败叶不能进入下一营养级，而为分解者所利用；下一营养级，而为分解者所利用；还有一部分未能进入（未被捕食）下一营养级。还有一部分未能进入（未被捕食）下一营养级。所以，流入某一营养级的能量不可能百分之百所以，流入某一营养级的能量不可能百分之百地流到下一营养级。地流到下一营养级。2022-7-1568生态系统能量流动规律既然能量递减，是否遵循能量守恒定律？能量在生态系统中流动、转化后，一部分储存在生能量在生态系统中流动、转化后，一部分储存在生态系统（生物体有机物）中，而另一部分被利用、态系统（生物体有机物）中，而另一部分被利用、散发至无机环境中，两者之和与流入生态系统的能散发至无机环境中，两者之和与流入生态系统的能量相等。量相等。2022-7-1569生态系统中能量流动的途径能量流动以 作为主线，将绿色植物与消费者之间进行能量代谢的过程有机地联系起来。和 是生态系统能流的主要渠道。又称牧食食物链 腐食食物链牧食食物链的每一个环节上都有一定的新陈代谢产物进入到腐屑食物链中，从而把两类主要的食物链联系起来。能量在各营养级之间的数量关系可用 表示。食物链捕食食物链碎屑食物链生态金字塔2022-7-15704 生态系统能流分析研究生态系统能流的途径生态系统层次上能流研究的原理生态系统能流分析的内容生态系统层次上能流研究的步骤生态系统能流分析的方法能流分析的实例2022-7-1571研究生态系统能流的途径生态系统能流分析可以在 、和 层次上进行。个体种群群落生态系统2022-7-1572生态系统层次上能流研究的原理依据物种的主要食性，将每个物种都归属于一个特定的营养级，然后精确地测定每一个营养级能量的输入值和输出值。2022-7-1573生态系统层次上能流研究的步骤确定组成生态系统的生物组成部分的有机体成份；确定消费者的食性，确定消费者的分类地位；确定有机体的营养级归属，进而确定：l各营养级的生物量，l各营养级能量或食物的摄入率，l同化率，l呼吸率，l由于捕食、寄生等因素而引起的能量损失率；结合各个营养级的信息，获得营养金字塔或能流图。2022-7-1574湖泊能流分析的内容水生生态系统的生物生产初级生产次级生产水生生态系统的能量收支水生生态系统的能量格局营养关系生态锥体生态效率水生生态系统的能流过程2022-7-1575美国明尼达州塞达波格湖的能流分析波格湖生态系统各类有机体之间的营养关系分解的分解的营养物质营养物质水草水草浮游植物浮游植物浮游浮游动物动物浮游浮游捕食者捕食者食枝叶食枝叶动物动物底栖底栖捕食者捕食者浮游生物浮游生物捕食者捕食者软泥软泥细菌细菌细菌细菌内部内部太阳辐射能太阳辐射能太阳辐射能太阳辐射能外外 部部 1 2 3 4 4 3 2 12022-7-1576美国明尼达州塞达波格湖的能流分析营养动态学说n n2022-7-1577美国明尼达州塞达波格湖的能流分析波格湖生态系统营养动态简图 n 为从到的能量贡献速率，n为从到的能量流出率有有机机体体利利用用的的部部分分 非呼吸耗散的能非呼吸耗散的能呼吸耗散的能呼吸耗散的能1234(3=4+R3)R4(2=3+R2)(1=2+R1)R2R112022-7-1578美国明尼达州塞达波格湖的能流分析波格湖生态系统营养动态简图 能量单位：cal cm-2 a 1。呼吸29.3+未利用78.2+分解3.5总初级生产量111.0，能量守恒总初级生产量总初级生产量111.0植食动物植食动物15.0肉食动物肉食动物3.0分解分解3.0分解分解0.5分解分解微量微量呼吸呼吸23.0呼吸呼吸4.5呼吸呼吸1.8未利用未利用70.0太阳能太阳能118872未利用未利用7.0未利用未利用1.2未吸收未吸收的能的能1187612022-7-1579美国明尼达州塞达波格湖的能流分析波格湖生态系统能量金字塔cal cm-2 a 1 cal cm-2 a 1 cal cm-2 a 1 2022-7-1580本本节节知知识识体体系系能能量量流流动动概念：概念：生态系统中能量的输入、传递和散失的生态系统中能量的输入、传递和散失的过程过程过过程程能量的源头：能量的源头：流经生态系统的总能量：流经生态系统的总能量：生产者固定的太阳生产者固定的太阳能的总量能的总量途径：食物链或食物网途径：食物链或食物网特特点点单向流动：单向流动：逐级递减：逐级递减：沿食物链方向由低营沿食物链方向由低营养级流向下一营养级养级流向下一营养级能量金字塔：能量金字塔：能量沿食物链流动过程中逐级能量沿食物链流动过程中逐级递减；传递效率为递减；传递效率为10%20%10%20%。研究研究意义意义调整生态系统中的能量流动关系，使能量调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效的流向对人类最有益的部分持续高效的流向对人类最有益的部分太阳能太阳能2022-7-1581第三节 生态系统的物质循环1 生物地化循环的概念2 水循环3 气体型循环4 沉积型循环5 有毒物质的迁移和转化2022-7-15821 生物地化循环的概念生物地化循环生物地化循环的特点生物地化循环的类型2022-7-1583生物地化循环(biogeochemical cycle)矿物元素在生态系统之间的输入和输出，它们在大气圈、水圈、岩圈之间以及生物间的流动和交换称生物地(球)化(学)循环，即物质循环(cycling of material)。2022-7-1584生物地化循环的特点生物地化循环可以用生物地化循环可以用库库和和流通率流通率两个概念来描述。两个概念来描述。库库是由存在于生态系统的某些生物或非生物成分中是由存在于生态系统的某些生物或非生物成分中一定数量的某种化学物质所构成的，可分为一定数量的某种化学物质所构成的，可分为贮存贮存库库和和交换库交换库。前者的特点是库容量大，元素在库中滞留的时间长，前者的特点是库容量大，元素在库中滞留的时间长，流动速率小，多属于非生物成分；交换库则容量流动速率小，多属于非生物成分；交换库则容量较小，元素滞留的时间短，流速较大。较小，元素滞留的时间短，流速较大。物质在生态系统单位面积物质在生态系统单位面积(或单位体积或单位体积)和单位时间和单位时间的移动量称的移动量称流通率流通率。2022-7-1585生物地化循环的特点生物地化循环在受人类干扰以前一般是处于一生物地化循环在受人类干扰以前一般是处于一种种 状态。状态。元素和难分解的化合物常发生元素和难分解的化合物常发生生物积累生物积累、生物生物浓缩浓缩和和生物放大现象生物放大现象。稳定的平衡稳定的平衡2022-7-1586生物积累、生物浓缩和生物放大生物积累(bioaccumulation):指生态系统中生物不断进行新陈代谢的过程中，体内来自环境的元素或难分解的化合物的浓缩系数不断增加的现象。2022-7-1587生物积累、生物浓缩和生物放大生物浓缩(bioconcentration):指生态系统中同一营养级上许多生物种群或者生物个体，从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象，又称生物富集。2022-7-1588生物积累、生物浓缩和生物放大生物放大(biomagnification):指生态系统的食物链上，高营养级生物以低营养级生物为食，某种元素或难分解化合物在生物机体中浓度随营养级的提高而逐步增大的现象。生物放大的结果使食物链上高营养级生物体中该类物质的浓度显著超过环境中的浓度。2022-7-1589生物地化循环的类型水循环气体型循环沉积型循环2022-7-15902 水循环(aquatic cycle)水循环的意义：2022-7-15912 水循环(aquatic cycle)水循环的途径 2022-7-15922 水循环(aquatic cycle)人类活动对水循环的影响：空气污染和降水；改变地面，增加径流；过度利用地下水；水的再分布2022-7-15933 气体型循环气体型循环(gaseous cycle)氧循环碳循环氮循环2022-7-1594氧循环氧循环(oxygen cycle)H2O+CO2 H2CO3 HCO3-+H+CO2HCO3-CO32-Ca2+CaCO3O2水体水体臭氧层臭氧层沉积物沉积物火火山山作作用用4FeO+O22FeO3CO2COO2+2CO CO2O2O3O2OO2HOHH2OH2OOCO2高能紫外辐射高能紫外辐射2022-7-1595碳循环碳循环(carbon cycle)化化泥碳泥碳煤煤大气中大气中CO2CO2碳化作用碳化作用石油石油水生植物水生植物光合作用光合作用腐烂腐烂燃料燃料呼吸呼吸作用作用光合光合作用作用腐烂腐烂扩散扩散2022-7-1596氮循环氮循环(nitrogen cycle)陆地陆地陆地陆地其它其它动植物动植物蓝藻蓝藻浅层死有机物浅层死有机物溶解死溶解死有机物有机物土壤土壤中无中无机氮机氮库库丢失于深丢失于深层沉积中层沉积中动植物动植物活体活体共生或共生或自由生活自由生活的固氮的固氮微生物微生物死有机体死有机体陆地陆地河流带走河流带走生物固氮生物固氮大气库大气库N2大气库大气库HN3,NO,NO2,N2O，工业固氮工业固氮（汽车（汽车,化肥化肥,电厂）电厂）脱氮脱氮闪电闪电化学反应化学反应海洋海洋火火山山作作用用降降水水大气大气2022-7-15974 沉积型循环(sedimentary cycle)磷循环硫循环2022-7-1598磷循环（phosphorus cycle）沉积型循环沉积物中的磷沉积物中的磷（约为土壤和海洋中千倍以上）（约为土壤和海洋中千倍以上）陆地陆地海洋海洋死死有机物有机物土壤中的土壤中的无机磷无机磷活有机物活有机物死死有机物有机物深海的磷深海的磷活有机物活有机物捕鱼捕鱼鸟粪鸟粪悬浮在水中随河水带走悬浮在水中随河水带走摄取摄取排泄排泄死亡死亡下下,沉沉分解分解沉积沉积溶解于水溶解于水上升风化上升风化开采开采摄取摄取排泄死亡排泄死亡上涌上涌2022-7-1599硫循环（sulfur cycle）陆地陆地海洋海洋沉积物（沉积物（CaSO4,FeS2）溶解的溶解的SO42-SO2H2SSCaSO4FeS2死有机物死有机物活有机物活有机物SO42-降水降水SO2,SO42-扩散扩散海浪海浪SO42-大气大气上升，分化上升，分化SO2FeS2死有机物死有机物活有机物活有机物SO42-H2SS分解分解化肥工业化肥工业SO42-摄取摄取扩散扩散火山活动火山活动H2S,SO2,SO42-植物摄取植物摄取SO2,SO42-降水降水SO2,SO42-化石化石燃烧燃烧 SO2H2S,SO2,SO42-2022-7-151005 有毒物质的迁移和转化有毒物质的类型有毒物质的迁移和转化有毒物质循环的典型代表-汞循环2022-7-15101有毒物质的类型有毒物质(toxic substance)又称污染物(pollutant)，按化学性质分两类:无机有毒物质主要指重金属、氟化物、和氰化物；有机有毒物质主要有酚类、有机氯药等。2022-7-15102有毒物质的类型按污染物的作用分一次污染物和二次污染物。前者由污染源直接排入环境的，其物理和化学性状未发生变化的污染物，又称原发性污染物；后者是由前者转化而成，排入环境中的一次性污染物在外界因素作用下发生变化，或与环境中其它物质发生反应形成新的物理化学性状的污染物，又称 。继发性污染物2022-7-15103有毒物质的迁移和转化迁移(transport)是重要的物理过程,包括分散、混合、稀释和沉降等；转化(transformation)主要是通过氧化、还原、分解和组合等作用，会发生物理的化学的和生物化学的变化。2022-7-15104汞循环(mercury cycle)火山活动火山活动化石化石燃烧燃烧 降水降水挥发挥发挥发挥发沉积物沉积物农田风农田风化和淋化和淋溶作用溶作用农药喷洒农药喷洒径流径流(CH3)2HgHg2CH3Hg鱼鱼水生植物水生植物水鸟水鸟工厂工厂汞的废物汞的废物捕鱼捕鱼由河水带走由河水带走(中性中性pH)(酸性酸性pH)rss.html2022-7-15105复习思考题1.为什么说一个复杂的食物网是使生态系统保持稳定的重要条件？l什么是负反馈机制？其在生态系统中的意义何在？l概述生态系统中碳循环的主要过程和特点，并对“温室效应”的形成机制作一说明2022-7-15106一、陆地生态系统分布的基本规律一、陆地生态系统分布的基本规律 第四节第四节 地球上生态系统的主要类型及其分布地球上生态系统的主要类型及其分布 1，植被分布的纬向地带性与经向地带性植被分布的纬向地带性与经向地带性 地带性植被地带性植被 纬向地带性纬向地带性 经向地带性经向地带性 2，世界植被水平分布的一般规律性世界植被水平分布的一般规律性 在南半球没有和北半球相对应的北方针叶林及苔原带在南半球没有和北半球相对应的北方针叶林及苔原带。生物群落带大致与纬线平行。生物群落带大致与纬线平行。在北纬在北纬40和南纬和南纬40之间由于信风的影响，使得西侧之间由于信风的影响，使得西侧 为干旱区域，东侧为湿润的森林区域。为干旱区域，东侧为湿润的森林区域。在亚热带，荒漠伸展到海岸，而在南半球，它们只限于在亚热带，荒漠伸展到海岸，而在南半球，它们只限于 沿海地区。沿海地区。2022-7-15107欧亚大陆（包括北非）植被地理分布规律欧亚大陆（包括北非）植被地理分布规律1 1，西欧北非系列（大陆西部）：，西欧北非系列（大陆西部）：由北向南更替的植被带为由北向南更替的植被带为冻原冻原泰加林（寒温性针叶林）泰加林（寒温性针叶林）针阔叶混交林针阔叶混交林落叶阔落叶阔叶林叶林硬叶常绿林和灌丛硬叶常绿林和灌丛亚热带、热带荒漠亚热带、热带荒漠热带稀树热带稀树草原草原热带雨林。热带雨林。2，东欧，东欧西西伯利亚西西伯利亚中亚中亚阿拉伯系列（大陆中部）阿拉伯系列（大陆中部）冻原冻原泰加林泰加林温带草原温带草原温带荒漠温带荒漠亚热带荒漠。亚热带荒漠。3，东亚系列（大陆东部），东亚系列（大陆东部）冻原冻原泰加林泰加林针阔叶混交林针阔叶混交林落叶阔叶林落叶阔叶林常绿阔叶林常绿阔叶林季雨林季雨林雨林。雨林。以上为纬度地带性。以上为纬度地带性。2022-7-15108经向变化规律：经向变化规律：东欧平原表现最为清楚东欧平原表现最为清楚。植被自西北至东南，依次为：冻原植被自西北至东南，依次为：冻原森林冻原森林冻原泰加林泰加林针针阔叶混交林阔叶混交林落叶阔叶林落叶阔叶林森林草原森林草原草原草原荒漠。荒漠。北美洲植被的经向变化也表现的非常明显。北美洲植被的经向变化也表现的非常明显。从东向西，植被依次更替为森林从东向西，植被依次更替为森林草原草原荒漠荒漠森林。森林。2022-7-15109中国植被的水平地带性规律：中国植被的水平地带性规律：东部湿润森林区东部湿润森林区 中部半干旱草原区中部半干旱草原区西部内陆干旱荒漠区西部内陆干旱荒漠区经度地带性分布：2022-7-15110中国植被的水平地带性规律：中国植被的水平地带性规律：东部湿润森林区东部湿润森林区 植被自北向南依次分布着针叶落叶林植被自北向南依次分布着针叶落叶林温带针叶落叶阔叶温带针叶落叶阔叶林林暖温带落叶阔叶林暖温带落叶阔叶林北亚热带含常绿成分的落叶阔叶北亚热带含常绿成分的落叶阔叶林林中亚热带常绿阔叶林中亚热带常绿阔叶林南亚带常绿阔叶林南亚带常绿阔叶林热带季雨热带季雨林、雨林。林、雨林。纬度地带性分布：2022-7-15111中国植被的水平地带性规律：中国植被的水平地带性规律：温带半荒漠、荒漠带温带半荒漠、荒漠带暖温带荒漠带暖温带荒漠带高寒荒漠带高寒荒漠带高寒草原带高寒草原带高原山地灌丛草原带。高原山地灌丛草原带。纬度地带性分布：西部内陆干旱荒漠区西部内陆干旱荒漠区2022-7-151123，植被分布的垂直地带性植被分布的垂直地带性 植被垂直带性：植被带大致与山坡等高线平行，并且具有一植被垂直带性：植被带大致与山坡等高线平行，并且具有一 定的垂直厚（宽）度。定的垂直厚（宽）度。植被垂直带谱（结构）：山地植被垂直带的组合排列和更迭植被垂直带谱（结构）：山地植被垂直带的组合排列和更迭 顺序形成一定的体系。顺序形成一定的体系。例如：例如：长白山植被垂直带结构自下而上依次为：长白山植被垂直带结构自下而上依次为：落叶阔叶林落叶阔叶林针阔叶混交林针阔叶混交林寒温性常绿针叶林寒温性常绿针叶林矮曲矮曲林林高山冻原。高山冻原。2022-7-15113垂直地带性与水平地带性的关系2022-7-151142022-7-151154，局部地形对植被的影响，局部地形对植被的影响 坡度和坡向对植被的分布具有很大的意义。坡度和坡向对植被的分布具有很大的意义。植物地理预测法则：根据南坡或北坡的植被可以预测更南或植物地理预测法则：根据南坡或北坡的植被可以预测更南或更北地区平地植物种或平地植物群落。更北地区平地植物种或平地植物群落。2022-7-15116二、淡水生态系统的类型及其分布二、淡水生态系统的类型及其分布 淡水群落一般分为流水和静水两大群落类型。淡水群落一般分为流水和静水两大群落类型。组成我国淡水（湖泊、河流）植被的高等植物总数在组成我国淡水（湖泊、河流）植被的高等植物总数在50种以上。种以上。南方和北方有许多种类是共同的，但总的说来，南方的种类较南方和北方有许多种类是共同的，但总的说来，南方的种类较多，区系比较丰富。多，区系比较丰富。如：如：蓖叶眼子菜、线叶眼子菜、水竹叶、眼子菜、穿叶眼子菜、苦草、细叶水蓖叶眼子菜、线叶眼子菜、水竹叶、眼子菜、穿叶眼子菜、苦草、细叶水毛茛、金鱼藻、浮萍、紫萍、水蕨、水车前、满江红、菱毛茛、金鱼藻、浮萍、紫萍、水蕨、水车前、满江红、菱 等等。等等。2022-7-15117三、海洋生态系统的类型及其分布三、海洋生态系统的类型及其分布 海洋植物区系的地理分布也服从地带性规律。海洋植物区系的地理分布也服从地带性规律。海洋生物海洋生物群落也像湖泊群落一样分为若干带：群落也像湖泊群落一样分为若干带：1，潮间带（，潮间带（intertidal）或沿岸带（）或沿岸带（littoral zone）2 2，浅海带或亚沿岸带（，浅海带或亚沿岸带（neritic 或或sublittoral zone）3，浅海带以下沿大陆坡之上为半深海带浅海带以下沿大陆坡之上为半深海带 4，大洋带（大洋带（Pelagic zone）2022-7-15118一、冻原(tundra)位于南极和北极极地区冻原，还有高山冻原。风力强劲,雨量少，地表有永冻层，植物以低矮的苔藓为主,尚有部分低矮的草本植物，夏季极短,植物生长季短。冻原一般都被认为是瘠地(barren grounds)。但是总生产量也是相当的丰盛。提供了于冻原地带生活的动物所需的食物。这些生活于冻原的动物有：驯鹿、北极熊、狼、旅鼠等。世界陆地主要生态系统类型2022-7-15119图图.(A)阿拉斯加的阿拉斯加的Point Barrow，北极研究室，八月份。有禾草和北极研究室，八月份。有禾草和苔藓。苔藓。2022-7-15120图图.冻原的空中鸟瞰图。其中有馴鹿群，以及无数的小池塘。冻原的空中鸟瞰图。其中有馴鹿群，以及无数的小池塘。二、北方针叶林二、北方针叶林Boreal Forest2022-7-15121部分生态系统生态学课件1.分布分布 分布在北半球高纬度地区。The countries it includes are Siberia(making up most of this biome),Scandinavia,Alaska,and Canada.2022-7-15122部分生态系统生态学课件2022-7-151232.气候特点：气候特点：处于寒温带，年均温0度以下。冬季寒冷，夏季温暖而短暂，土壤有永冻层。年降水400-500毫米，集中在夏季。土壤为棕色针叶林土。种类贫乏，乔木以松、云杉、冷杉、铁杉、种类贫乏，乔木以松、云杉、冷杉、铁杉、落叶松等树种占优势，多为单优种，树高落叶松等树种占优势，多为单优种，树高20米上下。灌木层稀疏，草本组成的地被米上下。灌木层稀疏，草本组成的地被层很发达，并常具各种蕨类。枯枝落叶很层很发达，并常具各种蕨类。枯枝落叶很厚，分解缓慢，形成毡状层，树木根系较厚，分解缓慢，形成毡状层，树木根系较浅。浅。2022-7-15124部分生态系统生态学课件2022-7-15125部分生态系统生态学课件2022-7-15126三、热带雨林三、热带雨林Tropical forest 热带雨林：指热带高温高湿地区那种茂密高耸而常绿的森热带雨林：指热带高温高湿地区那种茂密高耸而常绿的森林类型。林类型。1.位置：赤道及其两侧的湿润区域。位置：赤道及其两侧的湿润区域。Location of Tropical RainforestAmazon BasinCongo BasinSouth-east AsiaBetween 10oN and 10oS2022-7-151272.气候特点：气候特点：（1）终年高温多雨。年平均气温26度以上。年降雨2500-4500毫米，全年均匀分布，无明显旱季。这里无明显的季节变化。2022-7-15128（2）热带雨林中土壤和岩石的风化作用强烈，其风化壳可达100米。土壤养分极为贫瘠，而且为酸性。（3）雨林所需要的营养成分，几乎全储存在植物中，每年一部分植物死去，在高温高湿条件下，有机物分解很快，能迅速直接的被树根和真菌所吸收，形成一个几乎封闭的循环系统。三、热带雨林三、热带雨林Tropical forest 2.气候特点：气候特点：2022-7-15129（1）种类种类組成組成极为丰富：极为丰富：高等植物在45000种以上，而且绝大部分为木本；乔木异常高大，常达46-55米，最高达92米；富有藤本植物和附生植物。3.热带雨林植被特点：2022-7-15130Tall trunk and broad crown2022-7-15131攀援植物2022-7-15132附生植物Epiphyte2022-7-15133乔木乔木分为3层：第一层：高30-40米以上，树冠宽广，有时呈伞型，往往不连接；第二层：一般在20米以上，树冠长、宽相等；第三层：10米以上，树冠锥形而尖，生长极其茂密。幼树及灌木层幼树及灌木层稀疏的草本层稀疏的草本层地面裸露或有薄层落叶地面裸露或有薄层落叶藤本植物及附生植物发达。藤本植物及附生植物发达。（2）群落结构复杂）群落结构复杂2022-7-15134Emergent LayerCanopy LayerMiddle LayerShrub Layer andUnderstorey垂直结构20