资源描述
重点知识：重点知识：u生态系统的一般特征生态系统的一般特征；u生态系统的能量流动生态系统的能量流动；u生态系统的物质循环生态系统的物质循环；u自然生态系统自然生态系统。生态系统的一般特征u生态系统的概念u生态系统的组成成分u生态系统的结构 u生态系统的功能u生态系统的稳定性生态系统的基本概念u生态系统的定义:指在一定的空间内，生物成分和非生物成分通过物质循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位，这个生态学功能单位称生态系统。u生态系统的特点:生态系统是经典生态学研究的最高层次；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统的三大功能；生态系统中营养级的数目受限于生产者所固定的最大能量和这些能量在流动过程中的巨大损失，因此，营养级的数目通常不超过56个；生态系统是一个动态系统，要经历一系列发育阶段。生态系统的组成成分u无机物u有机化合物u气候因素u生产者 (producer)u消费者 (consumer)u分解者 (还原者)(decomposer)六大组成成分（四大基本成分）六大组成成分（四大基本成分）生产者生产者：自养生物，主要是各：自养生物，主要是各种绿色植物，也包括蓝绿藻和种绿色植物，也包括蓝绿藻和一些能进行光合作用的细菌。一些能进行光合作用的细菌。消费者消费者：异养生物，主要指以：异养生物，主要指以其他生物为食的各种动物，包其他生物为食的各种动物，包括植食动物（一级）括植食动物（一级）、肉食动、肉食动物（二四级）物（二四级）、杂食动物和、杂食动物和寄生动物等寄生动物等。分解者分解者：异养生物，把复杂的：异养生物，把复杂的有机物分解成简单无机物，包有机物分解成简单无机物，包括细菌、真菌、放线菌和动物括细菌、真菌、放线菌和动物等。等。三大功能群三大功能群非生物成分非生物成分生物成分生物成分(生物群落生物群落)生态系统的结构u空间结构u时间结构u营养结构食物链食物网食物链和食物网概念的意义生态系统的营养结构及能流和物流间的关系“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！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)黄黄雀雀(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)食物链u食物链和营养级：食物链指生态系统中不同生物之间在营养关系中形成的一环套一环似链条式的关系，即物质和能量从植物开始，然后一级一级地转移到大型食肉动物。食物链上的每一个环节称为营养阶层或营养级，指处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。u食物链的类型：根据食物链的起点不同，可将其分成两大类:牧食食物链：又称捕食食物链，以活的动植物为起点的食物链，如绿色植物，草食动物、各级食肉动物。寄生食物链可以看作捕食食物链的一种特殊类型。腐食食物链：又称碎屑食物链，从死亡的有机体或腐屑开始。食物网u食物网：生态系统中的食物链很少是单条、孤立出现的，它往往是交叉链索，形成复杂的网络结构，此即食物网。食物网食物链和食物网概念的意义u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；各生物成分间通过食物网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。u生态系统中能量流动物和物质循环正是沿着食物链和食物网进行的。u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。生态系统的营养结构及能流和物流间的关系生态系生态系统的营统的营养结构养结构(能量能量流动流动)环境环境(土壤、空气、水土壤、空气、水)生态系生态系统的营统的营养结构养结构(物质物质循环循环)生产者生产者(绿色植物绿色植物)消费者消费者(动物动物)还原者还原者(细菌、真菌细菌、真菌)放牧系统放牧系统净净初级初级生产生产分解系统分解系统死死有机物有机物太太阳阳辐辐射射能能呼吸散失呼吸散失呼吸散失呼吸散失能流物流生态系统的功能u能量流动：生产者消费者分解者，单向；u物质循环：生物环境，双向；u信息传递：包括营养信息、化学信息、物理信息和行为信息等，构成信息网。生态系统的信息传递u生态系统的信息特征u生态系统信息流动的过程和环节u信息化的生态系统u生态系统的信息处理系统生态系统的功能生态系统的稳定性u生态系统的稳定性(生态平衡):生态系统通过发育和调节达到一种稳定的状态，表现为结构上、功能上、能量输入和输出上的稳定，当受到外来干扰时，平衡将受到破坏，但只要这种干扰没有超过一定限度，生态系统仍能通过自我调节恢复原来状态。生态系统稳定性包括了两个方面的含义:一方面是系统保持现行状态的能力,即抗干扰的能力（抵抗力）;另一方面是系统受扰动后回归该状态的倾向,即受扰后的恢复能力（恢复力）。u生态系统稳定性机制：生态系统具有自我调节的能力，维持自身的稳定性，自然生态系统可以看成是一个控制论系统，因此，负反馈调节在维持生态系统的稳定性方面具有重要的作用。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 鱼鱼死亡死亡污染污染 鱼鱼死亡死亡 鱼鱼死亡死亡 污染污染 生态系统的能量流动u生态系统的生物生产u生态系统中的分解u生态系统的能流过程u生态系统能流分析生态系统的生物生产u生物生产的基本概念生物生产生物量与生产量u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u次级生产次级生产的基本特点次级生产量的测定方法 生物生产u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，将能量、物质重新组合，形成新产品的过程，称生态系统的生物生产。生物生产常分为个体、种群和群落等不同层次。u生态系统中绿色植物通过光合作用，吸收和固定太阳能，从无机物合成、转化成复杂的有机物。由于这种生产过程是生态系统能量贮存的基础阶段，因此，绿色植物的这种生产过程称为初级生产。u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新陈代谢，经过同化作用形成异养生物自身的物质，称为次级生产。生物量和生产量u生物量: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。u生产量: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数量、重量或能量。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、生产力和生产率视为同义语，有的则分别给予明确的定义。u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。总初级生产与净初级生产u初级生产过程可用下列方程式概述：光能 6CO26H2O C6H12O6 6O2 叶绿素u总初级生产与净初级生产：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）减去呼吸作用消耗掉的（R），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初级生产量的测定方法u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。u氧气测定法：总光合量净光合量呼吸量u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。upH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。u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。u放射性标记测定法：把具有14C的碳酸盐(14CO32-)放入含有天然水体浮游植物的样瓶中，沉入水中，经过一定时间的培养，滤出浮游植物，干燥后，测定放射性活性，确定光合作用固定的碳量。黑白瓶法黑黑瓶瓶（呼吸作用呼吸作用）白瓶白瓶(净光合作用净光合作用)对照瓶对照瓶（消除误差）（消除误差）放放置置于于水水样样深深度度处处一定时间后，测各瓶的含氧量变化，求初级生产量一定时间后，测各瓶的含氧量变化，求初级生产量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)潜潜在在能能量量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-R生态系统中的分解u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。u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污水处理生态系统的能流过程u生态系统能量流动规律u生态系统中能流途径u能量流动的生态效率生态系统能量流动规律u生态系统是一个热力学系统，生态系统中能量的传递、转换遵循热力学的两条定律：第一定律：能量守恒定律，能量可由一种形式转化为其他形式的能量，能量既不能消灭，又不能凭空创造。第二定律：熵律，任何形式的能（除了热）转化到另一种形式能的自发转换中，不可能100被利用，总有一些能量作为热的形式被耗散出去，熵就增加了。u生态系统中能流特点（规律）：能流在生态系统中是变化着的；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。生态系统中能量流动的途径u牧食食物链和腐食食物链是生态系统能流的主要渠道。u能量流动以食物链作为主线，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。u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。u能量在各营养级之间的数量关系可用生态金字塔表示。呼吸呼吸分解者(细菌、真菌等）（散失）（散失）（散失）（散失）呼吸呼吸（散失）（散失）呼吸呼吸（散失）（散失）呼吸呼吸（散失）（散失）呼吸呼吸（输入）（输入）生态系统的能量流动生态系统的能量流动（传递）（传递）生态系统中的能量具有生态系统中的能量具有单向流动单向流动 特点特点12.6 62.8未未固固定定生产者生产者 464.6植食性动物植食性动物 62.8肉食性动物肉食性动物 12.6能量传递效率能量传递效率（输入下一营养级的能量与本营养级能量的比值）（输入下一营养级的能量与本营养级能量的比值）单位（焦单位（焦/厘米厘米2 年）年）96.3 18.8 7.5 分解者分解者 14.6 14.6 12.5 2.1 0.1 未利用未利用 327.3 327.3 293 29.3 5.0赛达伯格湖的能量流动图解赛达伯格湖的能量流动图解赛达伯格湖的能量流动图解赛达伯格湖的能量流动图解 呼吸呼吸 122.6 122.6 营养级营养级流入流入能量能量输入下一营输入下一营养级能量养级能量呼吸作呼吸作用散失用散失分解者分解者利用利用未利用未利用能量能量传递效率传递效率生产者生产者464.662.896.312.5293植食性植食性动物动物62.812.618.82.129.3肉食性肉食性动物动物12.67.50.15.0赛达伯格湖的能量流动图解的数据整理赛达伯格湖的能量流动图解的数据整理13.520.1自身呼吸作用消耗自身呼吸作用消耗分解者利用分解者利用暂未利用暂未利用12.6 62.8未未固固定定生产者生产者 464.6植食性动物植食性动物 62.8肉食性动物肉食性动物 12.613.5%13.5%20%20%96.318.87.5 分解者分解者 14.6 14.6 12.52.1微量微量 未利用未利用 327.3 327.3 29329.35.0 呼吸呼吸 122.6 122.6 能量传递效率能量传递效率能量传递效率能量传递效率10%10%20%20%能量流动具有能量流动具有 逐级递减逐级递减 特点特点能能量量金金字字塔塔生态锥体u生态锥体:能量通过营养级逐级减少，如果把通过各营养级的能流量由低到高用图型表示，就成为一个金字塔形，称能量锥体或能量金字塔。同样如果以生物量或个体数目来表示，可能得到生物量锥体和数量锥体。三类锥体合称为生态锥体。a 生物量锥体生物量锥体(gDW m-2)b 能量锥体能量锥体(kcal m-2 a-1)c 数量锥体数量锥体(个体个体 ha-1)1212生态锥体u数量锥体以各个营养级的生物个体数量进行比较，忽视了生物量因素，一些生物的数量可能很多，但生物量却不一定大，在同一营养级上不同物种的个体大小也是不一样的。u生物量锥体以各营养级的生物量进行比较，过高强调了大型生物的作用。u能量锥体表示各营养级能量传递、转化的有效程度，不仅表明能量流经每一层次的总量，同时，表明了各种生物在能流中的实际作用和地位，可用来评价各个生物种群在生态系统中的相对重要性。能量锥体排除了个体大小和代谢速率的影响，以热力学定律为基础，较好地反映了生态系统内能量流动的本质关系。能量流动的生态效率u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或营养级内部的比值关系。最重要的生态效率有同化效率、生长效率、消费或利用效率、林德曼效率。同化效率:衡量生态系统中有机体或营养级利用能量和食物的效率。AE=An/In,An为植物固定的能量或动物吸收同化的食物，In为植物吸收的能或动物摄取的食物。生长效率:同一个营养级的净生产量（Pn）与同化量（An）的比值。GEPnAn。消费或利用效率:一个营养级对前一个营养级的相对摄取量。CE In1Pn，In1为n1营养级的摄取量，Pn为n营养级的净生产量。林德曼效率:指n与n1营养级摄取的食物量能量之比。它相当于同化效率、生长效率和利用效率的乘积，即：In1In An/In PnAn In1Pn生态系统层次上能流研究的步骤u确定组成生态系统生物组成部分的有机体成份；u 确定消费者的食性，确定消费者的分类地位；u 确定有机体的营养级归属，进而确定：各营养级的生物量，各营养级能量或食物的摄入率，同化率，呼吸率，由于捕食、寄生等因素而引起的能量损失率；u 结合各个营养级的信息，获得营养金字塔或能流图。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，能量守恒总总初级生产量初级生产量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118761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3.03.0 cal cm-2 a 1 111.0111.0 cal cm-2 a 1 15.015.0 cal cm-2 a 1 生态系统的物质循环u生物地化循环的概念u水循环u气体型循环u沉积型循环u有毒物质的迁移和转化u放射性核素循环u生物地化循环与人体健康生物地化循环u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。生物地化循环的特点u物质循环不同于能量流动，后者在生态系统中的运动是循环的；u生物地化循环在受人类干扰以前一般是处于一种稳定的平衡状态。u元素和难分解的化合物常发生生物积累、生物浓缩和生物放大现象。生物积累、生物浓缩和生物放大u生物积累: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。u生物浓缩: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。u生物放大: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。西德地区的水循环示意图西德地区的水循环示意图（Clodius and Keller,1951）水循环水循环碳循环碳循环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氮循环氮循环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浅层死有机物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死有机体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磷循环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）排泄死亡排泄死亡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上涌上涌硫循环陆地陆地海洋海洋沉积物（沉积物（CaSO4,FeS2）溶解的溶解的SO42-SO2H2SSCaSO4FeS2死死有机物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死死有机物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-有毒物质的类型u有毒物质又称污染物，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。u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。有毒物质的迁移和转化u迁移是重要的物理过程,包括分散、混合、稀释和沉降等；u转化主要是通过氧化、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。放射性核素循环u放射性核素可在多种介质中循环，并能被生物富集。u放射性核素通过核试验或核作用物进入大气层，然后，通过降水、尘埃和其他物质以原原子状态回到地球上。u人和生物既可直接受到环境放射源危害，也可因食物链带来的放射性污染而间接受害。u放射性物质由食物进入人体，随血液循环遍布全身，有的放射物质在体内可存留14年之久。自然生态系统u生态系统格局u森林生态系统u草原生态系统u荒漠和苔原生态系统u湿地生态系统u水域生态系统生态系统类型及分布陆地生态系统陆地生态系统湿地生态系统：湿地生态系统：水域生态系统水域生态系统森林生态系统森林生态系统草地生态系统草地生态系统荒漠生态系统荒漠生态系统苔原生态系统苔原生态系统海洋生态系统海洋生态系统淡水生态系统淡水生态系统陆地和水域的过渡类型陆地和水域的过渡类型热带雨林生态系统热带雨林生态系统常绿阔叶林生态系统常绿阔叶林生态系统落叶阔叶林生态系统落叶阔叶林生态系统常绿落叶阔叶混交林生态系统常绿落叶阔叶混交林生态系统针叶林生态系统针叶林生态系统草甸草原生态系统草甸草原生态系统典型草原生态系统典型草原生态系统荒漠草原生态系统荒漠草原生态系统森林生态系统u生物种类多、结构复杂；u系统稳定性高；u物质循环的封闭程度高；u生产效力高。森林生态系统的功能具有综合的环境效益；调节气候；涵养水源，保持水土；作为生物遗传资源库。草原生态系统草原生态系统的特点u草原生态系统中生产者的主体是禾本科、豆科和菊科等草本植物，优势植物以丛生禾本科为主。u垂直结构通常分为三层：草本层、地面层和根层。u气候（温度）对草原植物有明显的影响。u草原生态系统中的初能消费者有适于奔跑的大型草食动物、穴居的啮齿动物以及小型的昆虫等；食肉动物有狼、狐、鼬、猛禽等。u初级生产量在所有的陆地生态系统中居中等或中等偏下水平。草原生态环境现状u20世纪60年代以来，草原生态系统普遍出现草原退化现象。20世纪70年代中期，全国退化草原面积占草原总面积的15，20世纪70年代中期，增加到30以上。全国草原退化面积以10002000万亩的速度扩展。u草原退化的主要特征：群落优势种和结构发生改变；生产力低下，产草量下降；草原土壤生态条件发生巨变，出现沙化和风暴;固定沙丘复活、流沙在掩埋草场；鼠害现象严重；动植物资源遭破坏，生物多样性下降。草原生态环境恶化的原因u超载过牧;u不适宜的农垦；u人类对资源的掠夺性开采。水域生态系统u水域生态系统的特点：水域生态系统的环境特点水域生态系统的营养结构特点水域生态系统的功能特点u水域生态系统的类型：淡水生态系统海洋生态系统u水域生态系统的恢复和保护对策：减少污水排放量实行综合保护措施，提高系统自身的抵抗力；正确认识水生生物群落特征，合理利用生物资源。
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