草地生态学第六章草地生态系统ppt课件

第六章第六章 草地生态系统与景观草地生态系统与景观第一节第一节 生态系统概述生态系统概述一、生态系统的基本概念与特征一、生态系统的基本概念与特征一、生态系统的基本概念与特征一、生态系统的基本概念与特征1.1.生态系统的基本概念生态系统的基本概念生态系统的基本概念生态系统的基本概念 生态系统生态系统生态系统生态系统(Ecosystem):(Ecosystem):是指一定空间区域内生物群落与非是指一定空间区域内生物群落与非是指一定空间区域内生物群落与非是指一定空间区域内生物群落与非生物环境之间通过不断地进行物质循环生物环境之间通过不断地进行物质循环生物环境之间通过不断地进行物质循环生物环境之间通过不断地进行物质循环 能量流动和信息能量流动和信息能量流动和信息能量流动和信息传递过程而形成的相互作用和相互依存的统一整体传递过程而形成的相互作用和相互依存的统一整体传递过程而形成的相互作用和相互依存的统一整体传递过程而形成的相互作用和相互依存的统一整体.草地草地草地草地生态系统是其中的一个类型生态系统是其中的一个类型生态系统是其中的一个类型生态系统是其中的一个类型.生态系统的概念由英国生态学家生态系统的概念由英国生态学家生态系统的概念由英国生态学家生态系统的概念由英国生态学家A.G.TansleyA.G.Tansley于于于于19351935年首次年首次年首次年首次提出提出提出提出.2.2.生态系统的特征生态系统的特征生态系统的特征生态系统的特征(1)(1)生态系统是生态学上一个主要的结构和功能单位生态系统是生态学上一个主要的结构和功能单位生态系统是生态学上一个主要的结构和功能单位生态系统是生态学上一个主要的结构和功能单位,属于生态学研究的最高层次属于生态学研究的最高层次属于生态学研究的最高层次属于生态学研究的最高层次.(2)(2)生态系统内部具有自我调节能力生态系统内部具有自我调节能力生态系统内部具有自我调节能力生态系统内部具有自我调节能力.(3)(3)能量流动能量流动能量流动能量流动 物质循环物质循环物质循环物质循环 信息传递是生态系统的三大信息传递是生态系统的三大信息传递是生态系统的三大信息传递是生态系统的三大功能功能功能功能.(4)(4)营养级数目受限于生产者所固定的最大能值和这营养级数目受限于生产者所固定的最大能值和这营养级数目受限于生产者所固定的最大能值和这营养级数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些能量在流动过程中的巨大损失些能量在流动过程中的巨大损失些能量在流动过程中的巨大损失,通常不会超过通常不会超过通常不会超过通常不会超过5656级级级级.(5)(5)是一个动态系统是一个动态系统是一个动态系统是一个动态系统,早期与晚期具有不同特征早期与晚期具有不同特征早期与晚期具有不同特征早期与晚期具有不同特征.3.3.生态系统的研究内容生态系统的研究内容生态系统的研究内容生态系统的研究内容(1)(1)自然生态系统的保护与利用自然生态系统的保护与利用自然生态系统的保护与利用自然生态系统的保护与利用(2)(2)生态系统调空机制的研究生态系统调空机制的研究生态系统调空机制的研究生态系统调空机制的研究(3)(3)生态系统的退化机理生态系统的退化机理生态系统的退化机理生态系统的退化机理 恢复模型及其修复的研究恢复模型及其修复的研究恢复模型及其修复的研究恢复模型及其修复的研究(4)(4)全球性的生态问题研究全球性的生态问题研究全球性的生态问题研究全球性的生态问题研究(5)(5)生态系统的可持续发展研究生态系统的可持续发展研究生态系统的可持续发展研究生态系统的可持续发展研究4.4.生态系统的研究意义生态系统的研究意义生态系统的研究意义生态系统的研究意义(1)(1)生态系统方法为我们研究生态问题提供了新方法生态系统方法为我们研究生态问题提供了新方法生态系统方法为我们研究生态问题提供了新方法生态系统方法为我们研究生态问题提供了新方法;(2)(2)系统研究属于整体研究系统研究属于整体研究系统研究属于整体研究系统研究属于整体研究,分科不等于系统分科不等于系统分科不等于系统分科不等于系统;(3)(3)是自然资源合理利用与开发的基础是自然资源合理利用与开发的基础是自然资源合理利用与开发的基础是自然资源合理利用与开发的基础;(4)(4)具有现实意义具有现实意义具有现实意义具有现实意义二、生态系统的组成部分与基本结构二、生态系统的组成部分与基本结构1.组成成分组成成分(1)非生物环境非生物环境:气候因子气候因子,基质和媒介基质和媒介,生生长和代谢的基本材料等长和代谢的基本材料等(2)生产者生产者:绿色植物和化能细菌绿色植物和化能细菌(3)消费者消费者:植食动物植食动物,肉食动物肉食动物,寄生动物寄生动物,杂食动物杂食动物(4)分解者分解者:异养生物异养生物,如细菌如细菌真菌真菌原生原生动物动物土壤动物土壤动物2.生态系统的结构生态系统的结构(1)构成生态系统的构成生态系统的3个条件个条件:系统是由许多成分组成的；系统是由许多成分组成的；各成分之间不是孤立的；各成分之间不是孤立的；系统具有独立的特定的功能系统具有独立的特定的功能.(2)构成系统的构成系统的3个亚系统个亚系统:生产者亚系统生产者亚系统,消费者亚系统消费者亚系统,分解者亚系统分解者亚系统（3）生态系统的结构）生态系统的结构 形态结构是指生态系统中生物种类、种形态结构是指生态系统中生物种类、种群数量物种空间配置以及物种随时间而发生群数量物种空间配置以及物种随时间而发生的变化等；的变化等；生态系统的营养结构是指一种生态系统的营养结构是指一种以营养为纽带，把生态系统的生物成分和非以营养为纽带，把生态系统的生物成分和非生物成分紧密结合起来，构成生产者、消费生物成分紧密结合起来，构成生产者、消费者、分解者三大功能群，能量流动、物质循者、分解者三大功能群，能量流动、物质循环和信息传递成为三大功能的有机整体。环和信息传递成为三大功能的有机整体。营养结构是研究生态系统的基础。营养结构是研究生态系统的基础。（3）生态系统的结构）生态系统的结构 形态结构是指生态系统中生物种类、种形态结构是指生态系统中生物种类、种群数量物种空间配置以及物种随时间而发生群数量物种空间配置以及物种随时间而发生的变化等；的变化等；生态系统的营养结构是指一种生态系统的营养结构是指一种以营养为纽带，把生态系统的生物成分和非以营养为纽带，把生态系统的生物成分和非生物成分紧密结合起来，构成生产者、消费生物成分紧密结合起来，构成生产者、消费者、分解者三大功能群，能量流动、物质循者、分解者三大功能群，能量流动、物质循环和信息传递成为三大功能的有机整体。环和信息传递成为三大功能的有机整体。营养结构是研究生态系统的基础。营养结构是研究生态系统的基础。三、食物链和食物网三、食物链和食物网1 1、食物链（、食物链（、食物链（、食物链（Food chainFood chain）n n（1 1 1 1）食物链：食物链：食物链：食物链：生态系统中各种生物之间通过采生态系统中各种生物之间通过采生态系统中各种生物之间通过采生态系统中各种生物之间通过采食与被采食、捕食与被捕食的食物关系，相互间食与被采食、捕食与被捕食的食物关系，相互间食与被采食、捕食与被捕食的食物关系，相互间食与被采食、捕食与被捕食的食物关系，相互间结成一个整体，按取得食物的顺序排成一列，就结成一个整体，按取得食物的顺序排成一列，就结成一个整体，按取得食物的顺序排成一列，就结成一个整体，按取得食物的顺序排成一列，就象一环扣一环的链条，这叫做象一环扣一环的链条，这叫做象一环扣一环的链条，这叫做象一环扣一环的链条，这叫做“食物链食物链食物链食物链”。一个草地生态系统常见的食物链一个草地生态系统常见的食物链(2)(2)食物链的类型食物链的类型食物链的类型食物链的类型捕食食物链（捕食食物链（捕食食物链（捕食食物链（grazing food chaingrazing food chain）：是以活的动植物：是以活的动植物：是以活的动植物：是以活的动植物为起点的食物链，直接以生产者为基础继之以植食性为起点的食物链，直接以生产者为基础继之以植食性为起点的食物链，直接以生产者为基础继之以植食性为起点的食物链，直接以生产者为基础继之以植食性动物和肉食性动物，能量沿着太阳动物和肉食性动物，能量沿着太阳动物和肉食性动物，能量沿着太阳动物和肉食性动物，能量沿着太阳生产者生产者生产者生产者植食性植食性植食性植食性动物动物动物动物肉食动物流动。肉食动物流动。肉食动物流动。肉食动物流动。青草青草青草青草野兔野兔野兔野兔狐狐狐狐狼狼狼狼藻类藻类藻类藻类甲克虫甲克虫甲克虫甲克虫小鱼小鱼小鱼小鱼大鱼大鱼大鱼大鱼碎屑食物链（碎屑食物链（碎屑食物链（碎屑食物链（detrital food chain detrital food chain）：）：）：）：以碎屑为基础高以碎屑为基础高以碎屑为基础高以碎屑为基础高等植物的枯枝落叶被分解者利用，然后再为多种动物等植物的枯枝落叶被分解者利用，然后再为多种动物等植物的枯枝落叶被分解者利用，然后再为多种动物等植物的枯枝落叶被分解者利用，然后再为多种动物所食。所食。所食。所食。寄生食物链（寄生食物链（寄生食物链（寄生食物链（parasite food chain parasite food chain）：）：）：）：2.食物网（食物网（food web）生态系统中生物之间的关系并不象上述生态系统中生物之间的关系并不象上述描述的那样简单，而是存在着错综复杂的描述的那样简单，而是存在着错综复杂的关系。许多食物链彼此交错连接，形成网关系。许多食物链彼此交错连接，形成网状结构。状结构。越复杂抵抗外界的能力强；简单容易发生越复杂抵抗外界的能力强；简单容易发生波动和灭亡，尤其是关键种的消失；研究波动和灭亡，尤其是关键种的消失；研究中还是要尽量简化，研究主要食物路径。中还是要尽量简化，研究主要食物路径。一个温带草原生态系统的食物网（简化）一个温带草原生态系统的食物网（简化）四、营养级与生态金字塔四、营养级与生态金字塔四、营养级与生态金字塔四、营养级与生态金字塔1.1.营养级营养级营养级营养级(Trophic level):(Trophic level):一个营养级指处于食物链某一个营养级指处于食物链某一个营养级指处于食物链某一个营养级指处于食物链某一环节上所有生物的总合一环节上所有生物的总合一环节上所有生物的总合一环节上所有生物的总合.能量趋于减少能量趋于减少能量趋于减少能量趋于减少,原因有原因有原因有原因有:各各各各级消费者不可能级消费者不可能级消费者不可能级消费者不可能100%100%利用上一个营养级的生物量利用上一个营养级的生物量利用上一个营养级的生物量利用上一个营养级的生物量,总总总总有自然死亡和被分解者利用有自然死亡和被分解者利用有自然死亡和被分解者利用有自然死亡和被分解者利用;同化率小于同化率小于同化率小于同化率小于100%,100%,大部大部大部大部分作为排泄物进入环境分作为排泄物进入环境分作为排泄物进入环境分作为排泄物进入环境,为分解者所利用为分解者所利用为分解者所利用为分解者所利用;维持自身生维持自身生维持自身生维持自身生命活动总要消耗掉一部分能量命活动总要消耗掉一部分能量命活动总要消耗掉一部分能量命活动总要消耗掉一部分能量.一般一般一般一般4545级级级级,很少有超很少有超很少有超很少有超过过过过6 6级的级的级的级的.2.2.生态金字塔生态金字塔生态金字塔生态金字塔(1)(1)数量金字塔数量金字塔数量金字塔数量金字塔;(2);(2)生物量锥体生物量锥体生物量锥体生物量锥体;(3);(3)能量锥体能量锥体能量锥体能量锥体能量能量能量能量10%10%定律定律定律定律,即即即即Linderman efficiencyLinderman efficiency3.生态效率生态效率是指各种能流参数中的任何一个参数在营养级之间是指各种能流参数中的任何一个参数在营养级之间或营养级内部的比值或营养级内部的比值,在生产力生态学研究中在生产力生态学研究中,用来用来估测各环节的能量流动估测各环节的能量流动,是一个非常重要的概念是一个非常重要的概念.五、生态系统的稳定性五、生态系统的稳定性1.封闭系统和开放系统封闭系统和开放系统2.系统的稳定和自我调节系统的稳定和自我调节3.系统的反馈系统的反馈(feed back)现象现象反馈反馈:系统的输出变成了决定系统未来输入的功能系统的输出变成了决定系统未来输入的功能性因子性因子,一个系统一个系统,如果其状态能够决定其输入就说如果其状态能够决定其输入就说明它有反馈机制存在明它有反馈机制存在.(1)负反馈负反馈:他的作用是能够使生态系统达到平衡和他的作用是能够使生态系统达到平衡和保持稳定保持稳定,反馈的结果是抑制和减弱最初引发变化反馈的结果是抑制和减弱最初引发变化的那种成分所发生的变化的那种成分所发生的变化.草原上的家畜数量与草草原上的家畜数量与草地牧草之间地牧草之间,畜多畜多草少草少降低家畜数量降低家畜数量.(2)正反馈正反馈:即生态系统中某一成分的变化引起即生态系统中某一成分的变化引起其它一系列变化其它一系列变化,反过来不是抑制而是加速最反过来不是抑制而是加速最初引发变化的成分所发生的变化初引发变化的成分所发生的变化,它是使生态它是使生态系统远离平衡态或稳定系统远离平衡态或稳定,鱼塘污染鱼塘污染鱼死亡鱼死亡导致更多鱼的死亡导致更多鱼的死亡.六、生态系统的类型划分六、生态系统的类型划分1.人类活动的影响人类活动的影响:自然和人工自然和人工2.环境性质环境性质:水生生态系统水生生态系统,陆生生态系统陆生生态系统3.能源来源能源来源:(1)无补加太阳能无补加太阳能(2)自然补加太阳供能自然补加太阳供能(3)人类补加人类补加(4)燃料供能的城市工业系统燃料供能的城市工业系统4.生态平衡生态平衡(balance):生态系统通过批发育和调节所生态系统通过批发育和调节所达到的一种相对稳定的状态达到的一种相对稳定的状态,它包括结构上它包括结构上功能上功能上和能量输出输入上的稳定和能量输出输入上的稳定,但这种平是相对的和动但这种平是相对的和动态的，自然条件下，生态系统总是朝着种类多样化、态的，自然条件下，生态系统总是朝着种类多样化、结构复杂化和功能完善化的方向发展直到系统达到结构复杂化和功能完善化的方向发展直到系统达到成熟的稳定的状态。成熟的稳定的状态。5.生态危机生态危机:是由于人类的盲目活动而导致局部地区是由于人类的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甚至整个生物圈结构和功能的失衡.第二节第二节 草地生态系统的能量流动草地生态系统的能量流动一、一、生态系统能量流动的基本概念生态系统能量流动的基本概念n n1 1、生态系统的能量来源：、生态系统的能量来源：能量的基本来源太阳能量的基本来源太阳维持生命维持生命空间位移空间位移合成新的原生质合成新的原生质形成贮存物形成贮存物太阳能太阳能热能热能光能光能化学能化学能温暖大地温暖大地推动大气和水循环推动大气和水循环光合作用光合作用2、生态系统的能量平衡与热力学定律：、生态系统的能量平衡与热力学定律：q能量是生态系统的动力，是一切生能量是生态系统的动力，是一切生命活动的基础。命活动的基础。q能量有两种形式：动能和潜能。能量有两种形式：动能和潜能。vv生态系统的动能是生物与环境之间互相传递和转化的一种能量（热和辐射）；vv生态系统中的潜能是蕴藏在光合产物中被束缚的能量（化学能），它通过食与被食关系在生物之间转移、转化和释放。qq能量在生态系统内的传递和转化规律能量在生态系统内的传递和转化规律服从热力学的两个定律：服从热力学的两个定律：vv热力学第一定律：热力学第一定律：热力学第一定律：热力学第一定律：在自然界发生的所有现象中，在自然界发生的所有现象中，能量既不能消失也不能凭空产生，它只能以严格能量既不能消失也不能凭空产生，它只能以严格的当量比例由一种形式转变为另一种形式的当量比例由一种形式转变为另一种形式能能能能量守恒定律量守恒定律量守恒定律量守恒定律。vv热力学第二定律：热力学第二定律：热力学第二定律：热力学第二定律：在封闭系统中，一切过程都伴在封闭系统中，一切过程都伴随着能量的改变，在能量的传递和转化过程中，随着能量的改变，在能量的传递和转化过程中，除了一部分可以继续传递和作功的能量（自由能）除了一部分可以继续传递和作功的能量（自由能）外，总有一部分不能继续传递和作功，而以热的外，总有一部分不能继续传递和作功，而以热的形式消散。这部分能量使系统的熵和无序性增加形式消散。这部分能量使系统的熵和无序性增加能量转化定律能量转化定律能量转化定律能量转化定律。3、生态系统的、生态系统的“能流能流”：n n定义：在特定的时间和空间范围内，能量在生态系统各组分间的运动与转移是一种连续的动态过程，因而，形成能量流动（能流）能量流动（能流）n n生物与环境、生物与生物之间的能量转移和转化，就是生态系统中能量的流动过程能量的流动过程。n n生态系统的重要功能重要功能之一就是能量流动。n n生态系统的能量流动也遵循热力学两个定律遵循热力学两个定律：能量转化和能量守恒定律。植物植物食肉动物食肉动物太阳太阳食草动物食草动物分解者分解者能量在草地生态系统中的流动能量在草地生态系统中的流动4、生态系统能量流动的特点：、生态系统能量流动的特点：n n能量在生态系统内的流动是单流程能量在生态系统内的流动是单流程能量在生态系统内的流动是单流程能量在生态系统内的流动是单流程，能量只能一能量只能一次通过生态系统，并不进行循环。次通过生态系统，并不进行循环。n n生态系统是一个开放的系统。生态系统是一个开放的系统。生态系统是一个开放的系统。生态系统是一个开放的系统。要维持生态系统的要维持生态系统的正常运转，该系统必须接受源源不断的能量。生正常运转，该系统必须接受源源不断的能量。生态系统是能量贮存与逸散的系统。能量进入生态态系统是能量贮存与逸散的系统。能量进入生态系统通过固定、流动和最后返回环境。系统通过固定、流动和最后返回环境。n n能量进入到生态系统中后，能量进入到生态系统中后，能量的数量逐级锐减能量的数量逐级锐减能量的数量逐级锐减能量的数量逐级锐减，能流越来越细，直到以废热形式全部散失为止。能流越来越细，直到以废热形式全部散失为止。n n能量流动和物质循环两个过程是同时进行、不可能量流动和物质循环两个过程是同时进行、不可能量流动和物质循环两个过程是同时进行、不可能量流动和物质循环两个过程是同时进行、不可分割的。分割的。分割的。分割的。它们是生态系统的动力核心，能量流和它们是生态系统的动力核心，能量流和物质流共同驱动着草地生态系统的运转。物质流共同驱动着草地生态系统的运转。n n二、二、草地生态系统能量流动的渠道草地生态系统能量流动的渠道n n食物链食物链食物链食物链和和食物网食物网食物网食物网是生态系统能量流动的渠道。是生态系统能量流动的渠道。n n能量沿食物链的流动能量沿食物链的流动能量沿食物链的流动能量沿食物链的流动：vv食物链是生态系统中能量流动的渠道食物链是生态系统中能量流动的渠道食物链是生态系统中能量流动的渠道食物链是生态系统中能量流动的渠道，能量流动，能量流动，能量流动，能量流动沿着食物链一级一级地进行。沿着食物链一级一级地进行。沿着食物链一级一级地进行。沿着食物链一级一级地进行。vv通过生态系统的通过生态系统的通过生态系统的通过生态系统的能量流动是连续的能量流动是连续的能量流动是连续的能量流动是连续的，始于太阳辐，始于太阳辐，始于太阳辐，始于太阳辐射能的截获和转化，终于有机物的完全分解。射能的截获和转化，终于有机物的完全分解。射能的截获和转化，终于有机物的完全分解。射能的截获和转化，终于有机物的完全分解。vv能量数量沿食物链逐级减少。能量数量沿食物链逐级减少。能量数量沿食物链逐级减少。能量数量沿食物链逐级减少。每一营养级的生物每一营养级的生物每一营养级的生物每一营养级的生物类群都把从前一个营养级所获得的能量，一部分类群都把从前一个营养级所获得的能量，一部分类群都把从前一个营养级所获得的能量，一部分类群都把从前一个营养级所获得的能量，一部分用来维持自己的生活和繁殖，其余部分能量转移用来维持自己的生活和繁殖，其余部分能量转移用来维持自己的生活和繁殖，其余部分能量转移用来维持自己的生活和繁殖，其余部分能量转移到下一个营养级去。到下一个营养级去。到下一个营养级去。到下一个营养级去。生态系统中能量的分配与消耗生态系统中能量的分配与消耗引自周寿荣等，引自周寿荣等，19941994RRRRRRDNDNDNDNDNC1SC2C3C4太太阳阳光光生生产产者者分分解解者者C1、C2、C3、C4分别指第一、二、三、四级消费者；分别指第一、二、三、四级消费者；S指太阳能；指太阳能；R指呼吸消耗能；指呼吸消耗能；B指现存生物量；指现存生物量；DN指粪便及死亡有机体指粪便及死亡有机体BBBB三、三、草地生态系统中能量的流动草地生态系统中能量的流动1、能量流动的通用模式、能量流动的通用模式 GBAPRESNUI：能量的总输入；：能量的总输入；NU：未被利用的能量；：未被利用的能量；A：同化的能量；：同化的能量；R：代谢消耗的能量；：代谢消耗的能量；P：用于生产的能量；：用于生产的能量；G：用于生长的能量；：用于生长的能量；B：生物量；：生物量；S：体内贮藏的能量；：体内贮藏的能量；E：排泄的能量：排泄的能量能量流动的基本模式，引自能量流动的基本模式，引自OdumOdum，19831983n n上述能量流动的基本模式充分反映了生态系统中任上述能量流动的基本模式充分反映了生态系统中任上述能量流动的基本模式充分反映了生态系统中任上述能量流动的基本模式充分反映了生态系统中任何生命层次和生态层次能量流动的共同特点，它不何生命层次和生态层次能量流动的共同特点，它不何生命层次和生态层次能量流动的共同特点，它不何生命层次和生态层次能量流动的共同特点，它不仅可用来表示植物、动物和微生物的能流，也可以仅可用来表示植物、动物和微生物的能流，也可以仅可用来表示植物、动物和微生物的能流，也可以仅可用来表示植物、动物和微生物的能流，也可以用来表示个体、种群、群落及至生态系统的能流。用来表示个体、种群、群落及至生态系统的能流。用来表示个体、种群、群落及至生态系统的能流。用来表示个体、种群、群落及至生态系统的能流。n n能流的分析：能流的分析：能流的分析：能流的分析：vvA A A AI I I INU NU NU NU；I I I I为输入的能量，为输入的能量，为输入的能量，为输入的能量，A A A A为被同化的能量，为被同化的能量，为被同化的能量，为被同化的能量，NUNUNUNU为未被利用的能量；为未被利用的能量；为未被利用的能量；为未被利用的能量；同化率（同化率（同化率（同化率（A/I%A/I%A/I%A/I%）的生态意义。同化率的变化很大。的生态意义。同化率的变化很大。的生态意义。同化率的变化很大。的生态意义。同化率的变化很大。vvP P P PA A A AR R R RP P P P为用于生产的能量，为用于生产的能量，为用于生产的能量，为用于生产的能量，R R R R为呼吸消耗的能量为呼吸消耗的能量为呼吸消耗的能量为呼吸消耗的能量P/A%P/A%P/A%P/A%和和和和B/A%B/A%B/A%B/A%都具有很大的生态意义。都具有很大的生态意义。都具有很大的生态意义。都具有很大的生态意义。2、能量流动的基本类型、能量流动的基本类型n n1）草地生物个体能流n n2）草地生物种群能流n n3）群落能流n n4）生态系统能流（1）草地生物个体能流）草地生物个体能流辐射或蒸发辐射或蒸发光能或光能或食物食物吸收、吸收、取食取食总生产总生产净生产净生产生长生长功功幼仔幼仔呼吸作用呼吸作用分泌分泌排尿排尿排粪排粪产量产量腐食动物腐食动物植食动物植食动物通过个体的能量流动模式，通过个体的能量流动模式，G.O.Batzli，1974n n分析个体水平上的能流，是了解群体水平乃至生分析个体水平上的能流，是了解群体水平乃至生分析个体水平上的能流，是了解群体水平乃至生分析个体水平上的能流，是了解群体水平乃至生态系统水平上能量流动的基础。态系统水平上能量流动的基础。态系统水平上能量流动的基础。态系统水平上能量流动的基础。n n生物个体的能量关系：生物个体的能量关系：vv同化消费（粪便尿）同化消费（粪便尿）同化消费（粪便尿）同化消费（粪便尿）vvA A A AC C C CFuFuFuFuvvA A A AP P P PR R R RC C C C为动物从外界摄食的能量，为动物从外界摄食的能量，为动物从外界摄食的能量，为动物从外界摄食的能量，A A A A为被同化的能量，为被同化的能量，为被同化的能量，为被同化的能量，FuFuFuFu为粪尿能，为粪尿能，为粪尿能，为粪尿能，P P P P为净生产能，为净生产能，为净生产能，为净生产能，R R R R为呼吸耗能为呼吸耗能为呼吸耗能为呼吸耗能n n个体能量关系的分析：个体能量关系的分析：用于进行生态预测用于进行生态预测用于进行生态预测用于进行生态预测vv同化效率（同化效率（同化效率（同化效率（A/C%A/C%A/C%A/C%）vv农业生产效率（农业生产效率（农业生产效率（农业生产效率（P/C%P/C%P/C%P/C%）vv生物生产效率（生物生产效率（生物生产效率（生物生产效率（P/RP/RP/RP/R）食物摄入食物摄入0.295（92%）总能量吸收总能量吸收0.320（100%）排泄物排泄物0.102（32%）未再摄入未再摄入0.077（24%）再摄入再摄入0.026（8%）同化能量同化能量0.218（68%）单位：单位：KCal/g.d短耳野兔个体水平上的能量流动短耳野兔个体水平上的能量流动引自引自D.R.Johnson，1966同化率同化率（2）草地生物种群能流）草地生物种群能流n n种群是生态系统能量流动的种群是生态系统能量流动的基本单位，基本单位，种种群的能流密度常常决定了整个生态系统的群的能流密度常常决定了整个生态系统的能流密度。能流密度。n n研究草地生物种群的能流的经济意义在于，研究草地生物种群的能流的经济意义在于，了解草地生产的净初级和次级生产力的生了解草地生产的净初级和次级生产力的生产效率及影响因素，进而提出改进的办法。产效率及影响因素，进而提出改进的办法。CSR5199.00Pn65.59Pg132.89GAR2972.20Rp49.6Rd16.55Tr2839.31RR818.3215.74%20.09%50.17%2.65%1.28%0.96%0.32%64.61%TR1408.48羊草种群能量流动过程羊草种群能量流动过程祖元刚等，祖元刚等，1987单位：单位：kcal/m2.dCSR.总辐射，总辐射，RR.反射辐射，反射辐射，TR.透射辐射，透射辐射，GAR.羊草种群吸收的总辐射，羊草种群吸收的总辐射，Tr.蒸虅作用，蒸虅作用，Pg.总光合作用，总光合作用，Rp.光呼吸，光呼吸，Rd.暗呼吸作用，暗呼吸作用，Pn.净光合作用净光合作用（3）群落能流）群落能流n n群落能流是群落的基本功能之一。群落能流是群落的基本功能之一。群落能流是群落的基本功能之一。群落能流是群落的基本功能之一。n n群落能流有阶段现象：群落能流有阶段现象：群落能流有阶段现象：群落能流有阶段现象：vv第一个阶段：第一个阶段：第一个阶段：第一个阶段：群落代谢阶段。群落代谢阶段。群落代谢阶段。群落代谢阶段。特点：绝大部分的特点：绝大部分的特点：绝大部分的特点：绝大部分的太阳辐射能（太阳辐射能（太阳辐射能（太阳辐射能（98.49%98.49%98.49%98.49%）在此阶段被消耗。能量转）在此阶段被消耗。能量转）在此阶段被消耗。能量转）在此阶段被消耗。能量转化效率低。化效率低。化效率低。化效率低。vv第二个阶段：第二个阶段：第二个阶段：第二个阶段：群落能量生产阶段。群落能量生产阶段。群落能量生产阶段。群落能量生产阶段。特点：能流被特点：能流被特点：能流被特点：能流被多次分割，越流越细。群落形成各种含能产品，多次分割，越流越细。群落形成各种含能产品，多次分割，越流越细。群落形成各种含能产品，多次分割，越流越细。群落形成各种含能产品，但能为人类所利用的极少。但能为人类所利用的极少。但能为人类所利用的极少。但能为人类所利用的极少。n n一个群落能量的转化效率，主要取决于群落自身一个群落能量的转化效率，主要取决于群落自身一个群落能量的转化效率，主要取决于群落自身一个群落能量的转化效率，主要取决于群落自身的的的的能量吸收能力能量吸收能力能量吸收能力能量吸收能力和和和和能量利用能力能量利用能力能量利用能力能量利用能力。n n群落的能量流动具有明显的层次性，群落的能量流动具有明显的层次性，每一层每一层每一层每一层次都靠前一层次提供能量。次都靠前一层次提供能量。次都靠前一层次提供能量。次都靠前一层次提供能量。GARGPNPNTPGSRGSP.总辐射能；总辐射能；GAP.总同化能和呼吸损耗能；总同化能和呼吸损耗能；GP.总生产能；总生产能；NP.净生产能；净生产能；NTP.净产品能净产品能一个羊草群落的能量转化阶一个羊草群落的能量转化阶紫花苜蓿草地群落的能量流动，紫花苜蓿草地群落的能量流动，祝廷成，祝廷成，19831983草地吸收草地吸收1650收割饲草收割饲草23.4光合作用光合作用有效部分有效部分720固定干物质固定干物质贮存贮存46.5到达草地到达草地的太阳能的太阳能草地反射草地反射透入地面透入地面光合作用光合作用无效部分无效部分呼吸及热呼吸及热放散放散贮存再生贮存再生枯枝落叶枯枝落叶摄入家畜体内摄入家畜体内0.250.550.2055%0.560.440.9360.0640.500.250.2524.2%0.77%单位：单位：kcal/m2.d1.55%（4）生态系统层次上的能流分析）生态系统层次上的能流分析n n草地生态系统的能量流动，是指太阳辐射被草地生态系统的能量流动，是指太阳辐射被生态系统中的生产者生态系统中的生产者转化为化学能转化为化学能并贮藏在并贮藏在含能产品中后，再通过取食关系使能量沿食含能产品中后，再通过取食关系使能量沿食物链营养级被各种消费者物链营养级被各种消费者逐级利用逐级利用，最后通，最后通过分解者的分解活动将过分解者的分解活动将能量释放能量释放于环境之中。于环境之中。n n在生态系统层次上分析能量流动，是把每个在生态系统层次上分析能量流动，是把每个物种都归属于一个特定的营养级中。物种都归属于一个特定的营养级中。n n生态系统能量流动的过程：生态系统能量流动的过程：三个过程三个过程vv第一个过程：绿色植物将太阳能转化为生物化学能的过程。第一个过程：绿色植物将太阳能转化为生物化学能的过程。第一个过程：绿色植物将太阳能转化为生物化学能的过程。第一个过程：绿色植物将太阳能转化为生物化学能的过程。由一级消费者（由一级消费者（由一级消费者（由一级消费者（C C C C1 1 1 1）转化，构成次级生产；再由二级消费）转化，构成次级生产；再由二级消费）转化，构成次级生产；再由二级消费）转化，构成次级生产；再由二级消费者（者（者（者（C C C C2 2 2 2），构成三级生产；还可能有三级消费者（），构成三级生产；还可能有三级消费者（），构成三级生产；还可能有三级消费者（），构成三级生产；还可能有三级消费者（C C C C3 3 3 3）进）进）进）进一步转化，能量逐级消失，产量逐级下降；最后，能量全一步转化，能量逐级消失，产量逐级下降；最后，能量全一步转化，能量逐级消失，产量逐级下降；最后，能量全一步转化，能量逐级消失，产量逐级下降；最后，能量全部消散归还于环境中。部消散归还于环境中。部消散归还于环境中。部消散归还于环境中。vv第二个过程：还原过程（腐化过程）。第二个过程：还原过程（腐化过程）。第二个过程：还原过程（腐化过程）。第二个过程：还原过程（腐化过程）。死的生物体，由一死的生物体，由一死的生物体，由一死的生物体，由一级、二级、三级等不同性质的腐生生物，进行转化和分解，级、二级、三级等不同性质的腐生生物，进行转化和分解，级、二级、三级等不同性质的腐生生物，进行转化和分解，级、二级、三级等不同性质的腐生生物，进行转化和分解，一直到最后还原成水和二氧化碳等为止，能量随之消散。一直到最后还原成水和二氧化碳等为止，能量随之消散。一直到最后还原成水和二氧化碳等为止，能量随之消散。一直到最后还原成水和二氧化碳等为止，能量随之消散。这是这是这是这是增加土壤肥力增加土壤肥力增加土壤肥力增加土壤肥力的重要过程。的重要过程。的重要过程。的重要过程。vv第三个过程：储存和矿化过程。第三个过程：储存和矿化过程。第三个过程：储存和矿化过程。第三个过程：储存和矿化过程。由生产者转化来的生物物由生产者转化来的生物物由生产者转化来的生物物由生产者转化来的生物物质和能量，在上述两个流动过程中，耗损和散失一部分，质和能量，在上述两个流动过程中，耗损和散失一部分，质和能量，在上述两个流动过程中，耗损和散失一部分，质和能量，在上述两个流动过程中，耗损和散失一部分，还有一部分转入储存和矿化过程。如：木材矿化为煤。还有一部分转入储存和矿化过程。如：木材矿化为煤。还有一部分转入储存和矿化过程。如：木材矿化为煤。还有一部分转入储存和矿化过程。如：木材矿化为煤。n n生态系统能流分析的研究历史：生态系统能流分析的研究历史：vv1942194219421942，R.L.LindemanR.L.LindemanR.L.LindemanR.L.Lindeman，Cedar BogCedar BogCedar BogCedar Bog湖生态系统能流分析；湖生态系统能流分析；湖生态系统能流分析；湖生态系统能流分析；vv1957195719571957，美，美，美，美H.T.OdumH.T.OdumH.T.OdumH.T.Odum，银泉（，银泉（，银泉（，银泉（Silver SpringSilver SpringSilver SpringSilver Spring）生态系）生态系）生态系）生态系统能流分析；统能流分析；统能流分析；统能流分析；vv1962196219621962，英，英，英，英J.D.OvingtonJ.D.OvingtonJ.D.OvingtonJ.D.Ovington，人工松林生态系统能流分析；，人工松林生态系统能流分析；，人工松林生态系统能流分析；，人工松林生态系统能流分析；vvJ.TealJ.TealJ.TealJ.Teal，根泉（，根泉（，根泉（，根泉（Root SpringRoot SpringRoot SpringRoot Spring）生态系统能流分析；）生态系统能流分析；）生态系统能流分析；）生态系统能流分析；vv1968196819681968，美，美，美，美L.TillyL.TillyL.TillyL.Tilly，锥泉（，锥泉（，锥泉（，锥泉（Cone SpringCone SpringCone SpringCone Spring）生态系统能）生态系统能）生态系统能）生态系统能流分析流分析流分析流分析vv英英英英L.slobodkinL.slobodkinL.slobodkinL.slobodkin，实验室生态系统（藻类小甲壳动，实验室生态系统（藻类小甲壳动，实验室生态系统（藻类小甲壳动，实验室生态系统（藻类小甲壳动物水螅）能流分析物水螅）能流分析物水螅）能流分析物水螅）能流分析光合光合作用作用呼呼吸吸总生产量总生产量入射入射日光能日光能有机物质输入有机物质输入输出输出分解者分解者群落呼吸群落呼吸净生产量净生产量草食草食动物动物肉食肉食动物动物顶级肉顶级肉食动物食动物贮存贮存一个普适的生态系统能流模型一个普适的生态系统能流模型引自引自Odum,1959Odum,1959四、四、草地生态系统能量流动的生态草地生态系统能量流动的生态效率（效率（Ecological efficiency）n n1、能量流动的生态效率：能量流动的生态效率：是指能量在草地是指能量在草地生态系统各营养级之间的传递比率。生态系统各营养级之间的传递比率。草地生态系统是一个能量转换器，可以测定不同系统的能量转换效率。营养级内的能量关系：营养级内的能量关系：CFuAPR2、能量流动生态效率的几种表示方法：、能量流动生态效率的几种表示方法：v生态效率：生态效率：v摄食效率：摄食效率：v利用效率：利用效率：v生产效率：生产效率：3、林德曼效率（、林德曼效率（Lindemenefficiency）：十分之一定律）：十分之一定律n n生态系统的生态效率通常为生态系统的生态效率通常为5 530%30%左右，左右，多集中在多集中在7 714%14%之间。之间。n n在自然生态系统中，二个营养级之间的能在自然生态系统中，二个营养级之间的能量传递的效率平均近似量传递的效率平均近似10%10%。这一规律即是。这一规律即是LindemenLindemen提出的十分之一定律，也叫提出的十分之一定律，也叫林德林德曼效率曼效率。n nLindemenLindemen效率是重要的生态学规律之一。效率是重要的生态学规律之一。基础生产者基础生产者绿色植物绿色植物初级消费者初级消费者食草动物食草动物次级消费者次级消费者食肉动物食肉动物n次次1000100101能量传递的能量传递的“十分之一十分之一”定律，引自祝廷成等，定律，引自祝廷成等，19831983第三节第三节 生态系统的物质循环生态系统的物质循环 宇宙是由物质构成的，运动是物质存在的形式；宇宙是由物质构成的，运动是物质存在的形式；宇宙是由物质构成的，运动是物质存在的形式；宇宙是由物质构成的，运动是物质存在的形式；生态系统中流动着的物质是储存化学物质的载体，又生态系统中流动着的物质是储存化学物质的载体，又生态系统中流动着的物质是储存化学物质的载体，又生态系统中流动着的物质是储存化学物质的载体，又是维持生命活动的物质基础。物质的循环遵循物质不是维持生命活动的物质基础。物质的循环遵循物质不是维持生命活动的物质基础。物质的循环遵循物质不是维持生命活动的物质基础。物质的循环遵循物质不灭定律。灭定律。灭定律。灭定律。6.3.16.3.1物质循环的概念及特点物质循环的概念及特点物质循环的概念及特点物质循环的概念及特点1 1物质与元素物质与元素物质与元素物质与元素物质由元素构成物质由元素构成物质由元素构成物质由元素构成,大多数生物生命活动与大多数生物生命活动与大多数生物生命活动与大多数生物生命活动与2020多种元素有多种元素有多种元素有多种元素有关关关关:（）大量元素：碳、氢、氧、氮和磷，含量超过（）大量元素：碳、氢、氧、氮和磷，含量超过（）大量元素：碳、氢、氧、氮和磷，含量超过（）大量元素：碳、氢、氧、氮和磷，含量超过；也包括；也包括；也包括；也包括.之间硫、氯、钾、钠、钙、之间硫、氯、钾、钠、钙、之间硫、氯、钾、钠、钙、之间硫、氯、钾、钠、钙、镁、铁、和铜。镁、铁、和铜。镁、铁、和铜。镁、铁、和铜。（）微量元素：铝、硼、溴、铬、佛、镓、碘、（）微量元素：铝、硼、溴、铬、佛、镓、碘、（）微量元素：铝、硼、溴、铬、佛、镓、碘、（）微量元素：铝、硼、溴、铬、佛、镓、碘、锰、钼、硒硅、锶、锡、锑、钒和锌元素等，含量锰、钼、硒硅、锶、锡、锑、钒和锌元素等，含量锰、钼、硒硅、锶、锡、锑、钒和锌元素等，含量锰、钼、硒硅、锶、锡、锑、钒和锌元素等，含量在在在在.以下，但不是所有植物都存在。以下，但不是所有植物都存在。以下，但不是所有植物都存在。以下，但不是所有植物都存在。物质循环的概念及特点物质循环的概念及特点物质循环的概念及特点物质循环的概念及特点（1 1）概念：）概念：）概念：）概念：生态系统中矿质元素的输入与输出，以及它们在大生态系统中矿质元素的输入与输出，以及它们在大生态系统中矿质元素的输入与输出，以及它们在大生态系统中矿质元素的输入与输出，以及它们在大气圈、水圈、岩石圈之间，以及生物与生物之间的气圈、水圈、岩石圈之间，以及生物与生物之间的气圈、水圈、岩石圈之间，以及生物与生物之间的气圈、水圈、岩石圈之间，以及生物与生物之间的流动和交换称为生物地球化学循环，即物质循环流动和交换称为生物地球化学循环，即物质循环流动和交换称为生物地球化学循环，即物质循环流动和交换称为生物地球化学循环，即物质循环（cycling of materialscycling of materials）（2 2）同化与异化）同化与异化）同化与异化）同化与异化同化：将以无机形态存在的营养元素合成为具有高能含量同化：将以无机形态存在的营养元素合成为具有高能含量同化：将以无机形态存在的营养元素合成为具有高能含量同化：将以无机形态存在的营养元素合成为具有高能含量的有机化合物的过程；异化：将这些高能化合物分解并释的有机化合物的过程；异化：将这些高能化合物分解并释的有机化合物的过程；异化：将这些高能化合物分解并释的有机化合物的过程；异化：将这些高能化合物分解并释放出能量的过程。放出能量的过程。放出能量的过程。放出能量的过程。（3 3）特点：过程复杂性，源于介质多样性、元素多样性、）特点：过程复杂性，源于介质多样性、元素多样性、）特点：过程复杂性，源于介质多样性、元素多样性、）特点：过程复杂性，源于介质多样性、元素多样性、化学作用多样性；化学作用多样性；化学作用多样性；化学作用多样性；源和库（源和库（源和库（源和库（poolpool）：周转库和贮存库）：周转库和贮存库）：周转库和贮存库）：周转库和贮存库周转率周转率周转率周转率=流通率流通率流通率流通率/库中营养物质总量；库中营养物质总量；库中营养物质总量；库中营养物质总量；周转时间周转时间周转时间周转时间=库中营养物质总量库中营养物质总量库中营养物质总量库中营养物质总量/流通率流通率流通率流通率流通率：物质在生态系统中单位面积（或体流通率：物质在生态系统中单位面积（或体积）和单位时间内的移动量；积）和单位时间内的移动量；周转时间：周转时间：CO2需要需要1年；年；N100万年；大气中万年；大气中的水的水10.5天天.3.物质循环的类型物质循环的类型(1)水循环水循环(2)气体循环气体循环碳循环碳循环氮循环氮循环(3)沉积型循环沉积型循环硫循环硫循环磷循环磷循环二、几种主要的物质循环途径二、几种主要的物质循环途径1.水循环(1)大循环:主要路线是从海洋蒸发出来的水源,被气流运送到大陆上空,凝结成水,落到地面,又沿地面或底下流入江河,最后又汇入海洋的过程,这种海陆之间的循环又称为外循环;(2)从海洋或者陆地上的水分经蒸发、凝结降到海洋或者陆地上的水分运动过程。2.碳的循环碳的循环从大气中的从大气中的CO2储库开始储库开始,绿色植物在进行光绿色植物在进行光合作用时合作用时,把碳从大气中取出把碳从大气中取出,结合到碳水化合结合到碳水化合物分子中物分子中,然后经过消费者和分解者然后经过消费者和分解者,通过呼吸通过呼吸和残体腐烂分解和残体腐烂分解,再回到大气再回到大气。3.3.氮的循环氮的循环氮的循环氮的循环通过有机固氮菌的转化活动通过有机固氮菌的转化活动通过有机固氮菌的转化活动通过有机固氮菌的转化活动,或工业方法把分子态的或工业方法把分子态的或工业方法把分子态的或工业方法把分子态的氮固定为离子态的氮氮固定为离子态的氮氮固定为离子态的氮氮固定为离子态的氮,才能被植物吸收才能被植物吸收才能被植物吸收才能被植物吸收,参与生态系统参与生态系统参与生态系统参与生态系统的循环活动的循环活动的循环活动的循环活动.一般包括一般包括一般包括一般包括3 3个环节个环节个环节个环节:细菌把动植物残体分细菌把动植物残体分细菌把动植物残体分细菌把动植物残体分解成硝酸盐解成硝酸盐解成硝酸盐解成硝酸盐;动物动物动物动物消费者则靠从植物取得氮消费者则靠从植物取得氮消费者则靠从植物取得氮消费者则靠从植物取得氮;各种微各种微各种微各种微生物以排泄物和动植物残体为底物生物以排泄物和动植物残体为底物生物以排泄物和动植物残体为底物生物以排泄物和动植物残体为底物,把有机物分解成把有机物分解成把有机物分解成把有机物分解成无机物无机物无机物无机物.4.4.磷的循环磷的循环磷的循环磷的循环通过采矿和侵蚀通过采矿和侵蚀通过采矿和侵蚀通过采矿和侵蚀,磷从岩石中移出磷从岩石中移出磷从岩石中移出磷从岩石中移出,进入水循环和食物进入水循环和食物进入水循环和食物进入水循环和食物链中链中链中链中.有内循环和外循环有内循环和外循环有内循环和外循环有内循环和外循环第四节第四节 生态系统的信息传递生态系统的信息传递一、一、信息的概念信息的概念信息是指由信息源出发的、被使用者接受和理信息是指由信息源出发的、被使用者接受和理解的各种信号解的各种信号,在人类社会中在人类社会中,信息作为一个社信息作为一个社会学概念会学概念,指的是人类共享的一切知识以及从客指的是人类共享的一切知识以及从客观事物中提取出来的各种消息之和，并以文字、观事物中提取出来的各种消息之和，并以文字、图形、语言、声音的形式表达出来。也可以认图形、语言、声音的形式表达出来。也可以认为是引起生物生理、生化和行为变化的信号，为是引起生物生理、生化和行为变化的信号，信息是系统控制的基础，是系统组织和有序程信息是系统控制的基础，是系统组织和有序程度的标志度的标志二、二、信息的主要特征信息的主要特征1.普遍性普遍性;2.传扩性传扩性;3.永续性永续性;4.时效性时效性;5.分享性分享性;6.转化性转化性三、生态系统中的信息类型及特点三、生态系统中的信息类型及特点1.类型类型(1)物理信息物理信息;(2)化学信息化学信息;(3)行为信息行为信息;(4)营养信息营养信息.2.特点特点:(1)信息量与日俱增信息量与日俱增;(2)信息的多样性信息的多样性;(3)信息通讯方式的复杂性信息通讯方式的复杂性;(4)生物物种贮存生物物种贮存的信息量大的信息量大;(5)信息的可开发程度高信息的可开发程度高.四、信息传递过程的模式四、信息传递过程的模式具有双向的特点具有双向的特点,1.信息的产生信息的产生:变化就会产生信息变化就会产生信息2.信息的获取信息的获取:信息的感知和信息的识别信息的感知和信息的识别3.信息的传递信息的传递(1)信源信源;(2)信道信道;(3)信宿信宿4.信息的处理信息的处理:浅层和深层处理浅层和深层处理5.信息的再生信息的再生:决策就是典型的信息再生过程决策就是典型的信息再生过程6.信息的施效信息的施效:产生效果产生效果五、生态系统中重要的信息传递类型五、生态系统中重要的信息传递类型1.阳光与植物之间的信息传递阳光与植物之间的信息传递;2.植物间的化学信息传递植物间的化学信息传递3.植物与微生物之间的信息传递植物与微生物之间的信息传递4.植物与动物之间的信息传递植物与动物之间的信息传递5.动物与动物之间的信息传递动物与动物之间的信息传递第五节第五节景观生态学景观生态学一、景观一、景观和景观生态学和景观生态学1.景观景观(Landscape)最初用来描述森林、草原、湖泊的美丽景色，或最初用来描述森林、草原、湖泊的美丽景色，或一定地理区域的综合地貌特征，这时景观的含义往往一定地理区域的综合地貌特征，这时景观的含义往往是景色、风景的同义词；在地学中，景观是一定空间是景色、风景的同义词；在地学中，景观是一定空间单元自然地理过程的总体；在生态学中景观是一定空单元自然地理过程的总体；在生态学中景观是一定空间范围内，由不同生态系统所组成的、具有重复格局间范围内，由不同生态系统所组成的、具有重复格局的异质性地域单元（的异质性地域单元（Forman 1986），），生态学上的景观生态学上的景观生态学上的景观生态学上的景观5 5 5 5个特征个特征个特征个特征:（1 1 1 1）由不同空间单元镶嵌）由不同空间单元镶嵌）由不同空间单元镶嵌）由不同空间单元镶嵌而