第5章生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)與功能課件

1、第5章 生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)與功能第5章 生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)與功能構(gòu)成系統(tǒng)的條件： 由若干要素所組成要素之間要相互聯(lián)系，相互作用，相互制約要素之間通過相互作用，產(chǎn)生跟各個組成成分不同的新功能，即整體功能。為什么對系統(tǒng)感興趣？5.1生態(tài)系統(tǒng)的概念5.1.1 什么是系統(tǒng)？由相互聯(lián)系、相互作用的若干要素結(jié)合而成的具有一定功能的整體。西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日構(gòu)成系統(tǒng)的條件：由相互聯(lián)系、相互作用的若干要素結(jié)合而成的具有 在一定空間范圍內(nèi)，各生物成分（包括人類在內(nèi)）和非生物成分（環(huán)境中物理和化學(xué)因子）通過能量流動和物質(zhì)循環(huán)而相互作用、相互依存所形成的一個功能單位。5.1.2 生態(tài)系統(tǒng)的概

2、念：生物區(qū)高能量有機化合物物質(zhì)區(qū)低能量無機化合物熱量活動呼吸作用能量釋放光合作用能量同化光太陽一個生態(tài)系統(tǒng)模型西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日 在一定空間范圍內(nèi)，各生物成分（包括人類在內(nèi)）和非生第5章生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)與功能課件第5章生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)與功能課件 5.1.5 生態(tài)系統(tǒng)是如何發(fā)展起來的？英國學(xué)者坦斯利（Tansley）于1935年提出生態(tài)系統(tǒng)的概念，強調(diào)生物和環(huán)境的不可分割性。20世紀60年代以來，成為國際上生態(tài)學(xué)研究的焦點。發(fā)展背景： 1 空間技術(shù)、遙感技術(shù)、計算機、環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備、放射性同位素等的發(fā)展，使人們可以精確地測定生態(tài)環(huán)境的變化。 2 隨著世界工農(nóng)業(yè)的發(fā)

3、展，出現(xiàn)了舉世矚目的世界性問題，如人口增加，資源短缺、環(huán)境污染等問題日益嚴重。西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日 5.1.5 生態(tài)系統(tǒng)是如何發(fā)展起來的？西北農(nóng)林科技大學(xué)林5.1.6 生態(tài)系統(tǒng)基本特征：（1）結(jié)構(gòu)特征生態(tài)系統(tǒng)生物成分非生物環(huán)境 生產(chǎn)者（producers） 消費者(consumers)還原者(decomposers)太陽輻射能無機物質(zhì)有機物質(zhì)西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日5.1.6 生態(tài)系統(tǒng)基本特征：生態(tài)系統(tǒng)生物成分非生物環(huán)境 生西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年9月24日生產(chǎn)者：自養(yǎng)型植物，包括所有進行光合作用

4、的綠色植物和化能合成細菌。綠色植物利用日光作為能源，通過光合作用將吸收的水、CO2和無機鹽類合成初級產(chǎn)品碳水化合物，可進一步合成脂肪和蛋白質(zhì)。這些有機物成為地球上包括人類在內(nèi)的一切生物的食物來源。消費者：生活在生態(tài)系統(tǒng)中的各類動物和某些腐生或寄生菌類，異養(yǎng)型生物，只能依賴生產(chǎn)者生產(chǎn)的有機物為營養(yǎng)來獲得能量。分解者：異養(yǎng)生物，如細菌、真菌、放線菌以及土壤原生動物和一些土壤中小型無脊椎動物。將復(fù)雜的有機物還原為無機物，把養(yǎng)分釋放出來，歸還給環(huán)境中。西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日生產(chǎn)者：西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年9月24日生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（仿Clarke,1954）草食性動物雜食

5、性動物寄生性動物腐生性動物肉食性動物還原者轉(zhuǎn) 變者營養(yǎng)物質(zhì)光能綠色植物還原者消費者生產(chǎn)者非基本成分非生物成分生物成分基本成分西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（仿Clarke,1954）草食性動物雜食性動（2）功能特征空氣水無機鹽生產(chǎn)者食草動物食肉動物分解者熱熱熱熱熱Sun第二級食肉動物生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動物質(zhì)流能量流西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日（2）功能特征空氣生產(chǎn)者食草動物食肉動物分解者熱熱熱熱熱Su（3）動態(tài)特征 生態(tài)系統(tǒng)是不斷變化的系統(tǒng)。隨著時間的推移，生態(tài)系統(tǒng)總是從比較簡單的結(jié)構(gòu)向復(fù)雜結(jié)構(gòu)狀態(tài)發(fā)展，最后達到相對穩(wěn)定的階段。西北農(nóng)林科技大

6、學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日（3）動態(tài)特征 生態(tài)系統(tǒng)是不斷變化的系統(tǒng)。隨著（4）相互作用和相互聯(lián)系的特征 生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各生物和非生物成分的關(guān)系是緊密相連不可分割的整體。（5）穩(wěn)定平衡的特征 自然界生態(tài)系統(tǒng)總是趨向于保持一定的內(nèi)部平衡關(guān)系，使系統(tǒng)內(nèi)各成分間完全處于相互協(xié)調(diào)的穩(wěn)定狀態(tài)。生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的負反饋機制是達到和維持平衡或穩(wěn)定的重要途徑。 例如： 森林的自然稀疏過程 昆蟲數(shù)量與食物的供應(yīng)思考：森林病蟲害的防治西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日（4）相互作用和相互聯(lián)系的特征 生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各生兔的食物增加兔數(shù)量減少兔因饑餓死亡兔吃少量植物植物增加兔數(shù)量增加兔吃大量植物植物減少兔與植物種群之間

7、的負反饋環(huán)兔的食兔數(shù)量減少兔因饑兔吃少植物增加兔數(shù)量增加兔吃大植物減少（6）對外開放的特征 生態(tài)系統(tǒng)之間都存在著能量和物質(zhì)的交換。 如森林與河流之間營養(yǎng)的流通；森林植物得到來自太陽的能量。系統(tǒng)太陽其它能源能量、物質(zhì)遷出的生物物質(zhì)和生物環(huán)境環(huán)境輸出輸入一個開放的生態(tài)系統(tǒng)模型西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日（6）對外開放的特征系統(tǒng)太陽其它能量、物質(zhì)遷出的生物物質(zhì)和生為什么要進行分類？森林生態(tài)系統(tǒng)分類的三個方向：植物群落學(xué)的方向森林立地學(xué)的方向生態(tài)系統(tǒng)分類方向5.2 生態(tài)系統(tǒng)分類為什么要進行分類？5.2 生態(tài)系統(tǒng)分類植物群落學(xué)方向的分類途徑：群落外貌途徑群落區(qū)系組成途徑優(yōu)勢種途徑5.2.

8、1 植被分類植物群落學(xué)方向的分類途徑：5.2.1 植被分類植被的外貌分類根據(jù)優(yōu)勢植物的生長型和生長環(huán)境，將植被分成不同類型或等級。群系：一特定區(qū)域內(nèi)的主要植物群落類型，以外貌及由外貌所反映的一定環(huán)境范圍為特征外貌途徑主要用來研究大范圍植被的對比，以及植被和氣候的關(guān)系。例如：熱帶雨林、溫帶落葉林、薩王納植被的區(qū)系組成分類法瑞學(xué)派以植物種作為劃分標準分類的基本單位群叢該學(xué)派的分類過程是通過排列群叢表來實現(xiàn)的。首先在野外做大量的樣方，通過排群叢表，找出特征種、區(qū)別種，從而達到分類的目的。蘇聯(lián)蘇卡喬夫?qū)W派的林型學(xué)按照植物群落的區(qū)系組成進行群落分類注重各層的優(yōu)勢種，以林型作為森林的基本單位。植被的外貌分

9、類植被的區(qū)系組成分類法瑞學(xué)派蘇聯(lián)蘇卡喬夫?qū)W派的優(yōu)勢度分類群系以下常按優(yōu)勢種劃分類型中國植被分類系統(tǒng)采用的主要分類單位：植被型、群系、群叢輔助單位：植被型組、群系組、群叢組亞級：植被亞型、亞群系例如：植被型組針葉林、闊葉林、草原、荒漠、凍原、草甸、沼澤、水生植物植被型：寒溫性針葉林、落葉闊葉林植被亞型：寒溫性落葉針葉林、溫性常綠針葉林群系組：落葉松林、群系：興安落葉松林群叢：草類興安落葉松林優(yōu)勢度分類中國植被分類系統(tǒng)地位級和立地指數(shù)按照林分的平均年齡和平均高確定地位級按照一定年齡優(yōu)勢木亞優(yōu)勢木的樹高確定立地指數(shù)按照環(huán)境條件劃分立地類型按照氣候土壤和地貌條件來劃分立地類型適用于缺乏原始植被的地區(qū)5

10、.2.3 立地分類地位級和立地指數(shù)5.2.3 立地分類5.2.4 生態(tài)系統(tǒng)分類生物地理氣候分類在加拿大哥倫比亞省發(fā)展起來的分類系統(tǒng)劃分出4個氣候群系、7個生物地理氣候區(qū)生物物理分類對土地的生物和物理性狀進行描述和鑒定五級分類系統(tǒng)5.2.4 生態(tài)系統(tǒng)分類生物地理氣候分類制圖的目的為研究提供基礎(chǔ)有助于植被分類研究植被結(jié)構(gòu)、演替及其與環(huán)境關(guān)系作為資源管理的基礎(chǔ)5.2.5 森林植被和立地的制圖制圖的目的5.2.5 森林植被和立地的制圖第5章生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)與功能課件DEM數(shù)字化地形-溪流網(wǎng)絡(luò)DEM數(shù)字化地形-溪流網(wǎng)絡(luò)第5章生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)與功能課件第5章生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)與功能課件DEM-集水區(qū)域

11、DEM-集水區(qū)域5.2.6 森林分類與林業(yè)生產(chǎn)力評價森林利用森林培育動植物保護森林游樂森林保護流域管理 西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日5.2.6 森林分類與林業(yè)生產(chǎn)力評價 5.3 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動 為什么要研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動？ 能量是生態(tài)系統(tǒng)的驅(qū)動力 林業(yè)、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、牧業(yè)等工作者對森林、 農(nóng)田、漁場、草原等的經(jīng)營管理，應(yīng)掌握能量的輸入和輸出途徑及其限制因素，以達到高產(chǎn)目的，設(shè)法調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)的能量分配關(guān)系，使能量流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?。西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日5.3 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動 為什么要研究5.3.1 關(guān)于能量的概念（1） 能量做功的能力。（2）

12、 能量值的表示：卡或千卡。（3）與生物體有關(guān)的幾種能量形式： 輻射能、機械能、化學(xué)能、熱能（4） 生態(tài)系統(tǒng)能量流遵循熱力學(xué)定律西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日5.3.1 關(guān)于能量的概念西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 20熱力學(xué)第一定律 又稱為能量守恒與轉(zhuǎn)化原理. （ Energy Conservation Law ） 能量可從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式，但能量即不能增加也不會減少。 如太陽輻射能，通過綠色植物的光合作用轉(zhuǎn)變?yōu)榇嬖谟谟袡C物質(zhì)化學(xué)鍵中的化學(xué)潛能；動物通過消耗自身體內(nèi)貯存的化學(xué)潛能變成爬、跳、飛、游的機械能西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日熱力學(xué)第一定律西北農(nóng)林科技大學(xué)林

13、學(xué)院 2022年9月2熱力學(xué)第二定律(熵律entropy law)表達有關(guān)能量傳遞方向和轉(zhuǎn)換效率的規(guī)律。 自然界中任何形式的能最終歸宿是熱能，且不可逆。任何一種能量的轉(zhuǎn)換，總有一些能量損失掉，一種形式的能絕不會全部轉(zhuǎn)換成另一種形式的能。西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日熱力學(xué)第二定律(熵律entropy law)西北農(nóng)林科技大學(xué)熱力學(xué)的兩個定律第一定律：A = B + C 第二定律：C ASUNA: 日光，100單位釋放的能量B: 熱，98單位釋放的能量形式C:糖，2單位濃縮的能量形式橡樹葉，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日熱力學(xué)的兩個定律SUNA: 日光，1

14、00單位釋放的能量B:太陽輻射能有機物質(zhì)的合成過程，即生產(chǎn)者（綠色植物）吸收太陽能量形成初級生產(chǎn)量。熱 能化學(xué)能熱 能機械能活有機物質(zhì)被各級消費者（動物）消費的過程。死有機物質(zhì)（動植物殘體和排泄物）被腐生物分解的過程。生態(tài)系統(tǒng)中能量的流動能量流動特點：1 “越流越細”，能量在流動過程中逐漸耗散。2 單向流動，不可逆。西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日太陽輻射能有機物質(zhì)的合成過程，即生產(chǎn)者（綠色植物）吸收太陽能5.3.2 生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)（一）能量轉(zhuǎn)換的途徑，或稱能量流動的渠道食物鏈(food chains)指生物界食物關(guān)系中，甲吃乙、乙吃丙、丙吃丁的現(xiàn)象。生物之間這種能量轉(zhuǎn)換連續(xù)依

15、賴的次序稱為食物鏈。西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日5.3.2 生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)（一）能量轉(zhuǎn)換的途徑，或稱能食物鏈類型：草牧食物鏈（捕食食物鏈）: 是以綠色植物為基礎(chǔ)，從草食動物開始的食物鏈，草原和水體生態(tài)系統(tǒng)是以草牧食物鏈為主的生態(tài)系統(tǒng)。腐生食物鏈（碎食食物鏈）: 指以死有機物質(zhì)為基礎(chǔ)，從腐生物開始的食物鏈。森林是以腐生食物鏈為優(yōu)勢的生態(tài)系統(tǒng)。在森林中，有90%的凈生產(chǎn)是被腐生生物所分解消耗的。寄生性食物鏈:由宿主和寄生物構(gòu)成。它以大型動物為食物鏈的起點，繼之以小型動物、微型動物、細菌和病毒。后者與前者是寄生性關(guān)系。西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日食物鏈類型：西北農(nóng)

16、林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年9月24陸地與海洋食物鏈的例子西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日陸地與海洋食物鏈的例子西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年9月24日在生態(tài)系統(tǒng)中各類食物鏈具有以下特點：在同一個食物鏈中，常包含有食性和其它生活習(xí)性極不相同的多種生物。在同一個生態(tài)系統(tǒng)中，可能有多條食物鏈，它們的長短不同，營養(yǎng)級數(shù)目不等。由于在一系列取食與被取食的過程中，每一次轉(zhuǎn)化都將有大量化學(xué)能變?yōu)闊崮芟ⅰＲ虼?，自然生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)級的數(shù)目是有限的。在不同的生態(tài)系統(tǒng)中，各類食物鏈的比重不同.在任一生態(tài)系統(tǒng)中，各類食物鏈

17、總是協(xié)同起作用。西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日在生態(tài)系統(tǒng)中各類食物鏈具有以下特點：西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 （二）食物網(wǎng)(food webs)生物之間的捕食和被食的關(guān)系不是簡單的一條鏈，而是錯綜復(fù)雜的相互依賴的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即食物網(wǎng)。食物網(wǎng)不僅維持著生態(tài)系統(tǒng)的相對平衡，并推動著生物的進化，成為自然界發(fā)展演變的動力。這種以營養(yǎng)為紐帶，把生物與環(huán)境、生物與生物緊密聯(lián)系起來的結(jié)構(gòu)，稱為生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日（二）食物網(wǎng)(food webs)西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 食物網(wǎng)西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日食物網(wǎng)西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022

18、年9月24日（三）生態(tài)金字塔(ecological pyramid)數(shù)量金字塔(pyramid of numbers)生物量金字塔(pyramid of biomass)能量金字塔(energy pyramid)西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日（三）生態(tài)金字塔(ecological pyramid)西北p1C2C3C4Cp1C2C3C4Cp1C2Cp1C2C3C3C數(shù)量能量落葉林草地落葉林及草地數(shù)量和能量金字塔西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日p1C2C3C4Cp1C2C3C4Cp1C單位：公斤生物量金字塔1000100101浮游動物魚浮游植物西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 20

19、22年10月1日單位：公斤生物量金字塔1000100101浮游動物魚浮游植物能量金字塔西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日能量金字塔西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年9月24日5.3.3 生態(tài)系統(tǒng)的能量動態(tài)和儲存（一）基本名詞解釋 生產(chǎn)量(production)：一定時期內(nèi)有機物質(zhì)增加的總重量。 總生產(chǎn)量(gross production)：某一時期合成的有機物質(zhì)總量. 凈生產(chǎn)量(net production)：總生產(chǎn)量減去呼吸損失的部分. 初級生產(chǎn)量(primary production)：綠色植物的生產(chǎn)量. 次級生產(chǎn)量(seconddary production)：消費者的生產(chǎn)量.

20、GPP (Gross primary production)NPP (net primary production)NPP=GPP-Rplant EPP=NPP-Rsoil西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日5.3.3 生態(tài)系統(tǒng)的能量動態(tài)和儲存（一）基本名詞解釋西北農(nóng) 生物量(biomass)：任一時間某一地方某一種群、營養(yǎng)級或某一生態(tài)系統(tǒng)有機物質(zhì)的總重量。(kg/ha、g/m2、kj/m2) 現(xiàn)存量(standing crop)：單位面積上當時所測得的生物體的總重量。 生產(chǎn)力(productivity)：指單位時間單位面積的生產(chǎn)量，即生產(chǎn)的速率。西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10

21、月1日 生物量(biomass)：任一時間某一地方某一種群、營養(yǎng)級（二）初級生產(chǎn)者（綠色植物）營養(yǎng)級1 能量輸入 光合作用光合效能：太陽能量進入生態(tài)系統(tǒng)的效能。光合效能 100 測定值：15西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日（二）初級生產(chǎn)者（綠色植物）營養(yǎng)級西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2 能量消耗（1）呼吸的消耗植物群落呼吸損失掉的能量變化幅度在1590以上。損失量從極地到熱帶逐次提高。原因：溫度增高，尤其是夜晚溫度高。從而影響植物產(chǎn)量。西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日2 能量消耗西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年9月2（2）草食動物的消耗因生態(tài)系統(tǒng)類型不同而有很大變化。草地

22、損失量約2860%之間。森林為1.5%2.5%。水體生態(tài)系統(tǒng)浮游植物群落6099。思考：如何看待森林中的昆蟲？（3）凋落物的消耗西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日（2）草食動物的消耗西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年3 凈生產(chǎn)力和生物量 奧德姆根據(jù)初級生產(chǎn)力將生態(tài)系統(tǒng)劃分為4級： 最低：荒漠和深海。 較低：山地森林、熱帶稀樹草原、某些臨時 農(nóng)耕地、半干旱草原、深湖和大陸架。 較高：熱帶雨林，長久性農(nóng)耕地和淺湖。 最高：少數(shù)特殊的生態(tài)系統(tǒng)（農(nóng)業(yè)高產(chǎn)田、 河漫灘、三角洲、珊瑚礁、紅樹林）。西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日3 凈生產(chǎn)力和生物量西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022西北

23、農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年9月24日能否提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力？ 地球上的森林具有很大的生長潛力。生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力受到很多環(huán)境因子的限制，如光照、水分、溫度、養(yǎng)分供應(yīng)、生長期等。生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對生產(chǎn)力的提高也很重要。如何提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力？給生態(tài)系統(tǒng)增加能量，從而提高光能利用效率。天然條件下：溫度的升高，雨量的增多。人工條件下：營造高光合效能的速生樹種，樹種的合理混交，整地，灌溉，排水，施肥，森林撫育，病蟲害防治等。西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日能否提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力？西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 204 生物量在植物體內(nèi)的分配經(jīng)營者的愿望

24、林業(yè)工作者：凈生產(chǎn)量更多地分布于樹干；農(nóng)民：要求農(nóng)作物結(jié)出更多的種子或其他可食的塊莖和根莖；主要影響因素：品種，環(huán)境，經(jīng)營措施思考：如何讓樹干多長點兒？西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日4 生物量在植物體內(nèi)的分配西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 25 能量流周轉(zhuǎn)期轉(zhuǎn)換時間（年）=(凋落物）轉(zhuǎn)換時間（年）=能量流周轉(zhuǎn)期的意義:西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日5 能量流周轉(zhuǎn)期西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年9月（三）初級消費者（草食動物）營養(yǎng)級陸地生態(tài)系統(tǒng)中植物凈生產(chǎn)量轉(zhuǎn)換成食草動物凈生產(chǎn)量的效率很低，多數(shù)均少于1。（四）二級消費者（肉食動物）營養(yǎng)級（五）腐生營養(yǎng)食物鏈在許多生態(tài)系統(tǒng)

25、中占據(jù)能量流的大部分。影響凋落物分解的因子：水分，溫度，pH值，氧氣，土壤動物數(shù)量，凋落物理化性質(zhì)，細菌和真菌的相對量。西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日（三）初級消費者（草食動物）營養(yǎng)級西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 5.3.4 生態(tài)系統(tǒng)按能量來源的分類 純太陽能生態(tài)系統(tǒng) 主要或完全依賴太陽輻射的自然生態(tài)系統(tǒng)。 生產(chǎn)力低，面積大。對于水循環(huán)、調(diào)節(jié)氣候、凈化空氣等全球生態(tài)的平衡有重要作用。 有自然補助能的太陽供能生態(tài)系統(tǒng) 有自然提供的其他能源，用以補助太陽輻射，從而增加有機物質(zhì)的產(chǎn)量。如沿海潮汐帶、河口灣和某些熱帶雨林。生產(chǎn)力和種群密度較高。 西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日 5

26、.3.4 生態(tài)系統(tǒng)按能量來源的分類西北農(nóng)林科技有人類補助能的太陽供能生態(tài)系統(tǒng) 例如：農(nóng)業(yè)的高產(chǎn)量，是由補助能量的大量輸入來維持的，包括耕種、灌溉、施肥、除草等。 燃料供能的生態(tài)系統(tǒng) 生態(tài)系統(tǒng)提供的有機物滿足不了人們的需要，需要從外界輸入能量和物質(zhì)西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日有人類補助能的太陽供能生態(tài)系統(tǒng) 西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 5.3.5 森林經(jīng)營對生態(tài)系統(tǒng)中能量的影響 森林生物量的再分配 腐生食物網(wǎng)能量流的變化 草牧食物網(wǎng)能量流的變化思考：皆伐對森林能量固定的影響西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日5.3.5 森林經(jīng)營對生態(tài)系統(tǒng)中能量的影響西北農(nóng)林科技大學(xué)林5.4 生

27、態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán) 植物體內(nèi)的養(yǎng)分元素 地球化學(xué)循環(huán) 生物地球化學(xué)循環(huán) 生物化學(xué)循環(huán) 三種主要元素的循環(huán) 森林生態(tài)系統(tǒng)生物地球化學(xué)循環(huán)的效能森林經(jīng)營對森林生物地球化學(xué)循環(huán)的影響西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日5.4 生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán) 植物體內(nèi)的養(yǎng)分元素西北農(nóng)林科技能量流動與物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系 空氣水無機鹽生產(chǎn)者食草動物食肉動物分解者熱熱熱熱熱Sun第二級食肉動物物質(zhì)流能量流西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日能量流動與物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系 空氣生產(chǎn)者食草動物食肉動物分解者熱西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年9月24日5.4.1 植物體內(nèi)的養(yǎng)

28、分元素重要元素：植物正常生長和代謝所必需的元素。其中，其濃度僅有若干ppm的稱作微量元素，而濃度可用百分數(shù)表示的可稱為大量元素; 大量元素：氫、碳、氧、氮、鉀、鈣、鎂、磷、硫; 微量元素：氯、硼、鐵、錳、鋅、銅、鉬生物體中主要的化學(xué)元素：氫、碳、氧、氮. 西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日5.4.1 植物體內(nèi)的養(yǎng)分元素西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 ClHNaMgKCaSPCNOLi?Pb?Cd?As? Br? Sea La Sna VaCrMnFeCoCuZn NiaMo Bp FaThe elements required by organisms.The 11 green elemen

29、ts account for 99.9% of the mass of most organisms.p:為植物所需；a:為動物所需；？：不確定西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日ClHNaMgKCaSPCNOLi?Pb?Cd?As? Br5.4.2 地球化學(xué)循環(huán)（geochemical cycles） 是指不同生態(tài)系統(tǒng)之間化學(xué)元素的交換，空間范圍大。（一）氣態(tài)循環(huán)（gaseous cycles） C、N、O主要以氣態(tài)形式輸入和輸出。為什么氣態(tài)循環(huán)引起人們極大的重視？ 人類的活動每天都有大量CO、CO2、硫和氮的氧化物，以及各種有機物質(zhì)和農(nóng)藥進入氣態(tài)循環(huán)。 典型后果： 1、酸雨 2、溫

30、室效應(yīng)西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日5.4.2 地球化學(xué)循環(huán)（geochemical cycl（二）沉積循環(huán) (sedimentary cycles) 地球化學(xué)循環(huán)中，大部分屬于沉積循環(huán)類型。氣象途徑：如空氣塵埃和降水的輸入以及風(fēng)侵蝕和搬運的輸出 （生長在極貧瘠土壤上的森林，化學(xué)沉降物的輸入有可能使其達到較高的生產(chǎn)量。）生物途徑：動物的活動及人們從事農(nóng)林經(jīng)營活動可使養(yǎng)分在生態(tài)系統(tǒng)之間發(fā)生再分配。例如：不合理的經(jīng)營活動導(dǎo)致水土流失。地質(zhì)水文途徑：如來自于巖石、溪水中的養(yǎng)分輸入。以及土壤水或地表水溶解的養(yǎng)分、土粒和有機物質(zhì)從系統(tǒng)的輸出。西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日（二

31、）沉積循環(huán) (sedimentary cycles)西Sedimentary cycles地質(zhì)的生物的氣象的地質(zhì)的氣象的生物的大氣溶于水和土壤土壤和巖石礦物質(zhì)剩余有機物（活的和死的）西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日Sedimentary cycles地質(zhì)的生物的氣象的地質(zhì)的5.4.3生物地球化學(xué)循環(huán) (biogeochemical cycles) 生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部化學(xué)元素的交換，空間范圍不大。植物在系統(tǒng)內(nèi)就地吸收養(yǎng)分，又通過落葉歸還到同一地方。絕大多數(shù)的養(yǎng)分可以有效地保留，積累在本系統(tǒng)之內(nèi)。西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日5.4.3生物地球化學(xué)循環(huán) (biogeochemi

32、c生物地球化學(xué)循環(huán)包括：（一）植物對養(yǎng)分的吸收大部分養(yǎng)分從土壤溶液中吸收；菌根營養(yǎng)（二）植物體內(nèi)養(yǎng)分的分配（三）植物養(yǎng)分的損失雨水的淋失草食動物的取食生殖器官的消耗凋落物損失的養(yǎng)分思考：如何理解養(yǎng)分的“損失”？西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日生物地球化學(xué)循環(huán)包括：西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022（四）凋落物的分解 凋落物分解和養(yǎng)分的釋放是森林生物地球化學(xué)循環(huán)中最重要的一環(huán)分解過快或過慢對森林生長都不利。思考： 熱帶雨林生產(chǎn)力高，生長快，但也最脆弱，為什么？西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日（四）凋落物的分解西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年9（五）林下植被的作用 林下植被

33、的凋落物含有相當高的養(yǎng)分，一般有利于森林死地被物的分解，從而提高土壤肥力。因此，林下保持一定數(shù)量的灌木、雜草以及苔蘚，將會對森林的生產(chǎn)力起到有益的作用。思考：除此之外，林下植被還有哪些作用？（六）養(yǎng)分元素的直接循環(huán)5.4.4 生物化學(xué)循環(huán)(biochemical cycles) 指養(yǎng)分在生物體內(nèi)的再分配，也是植物保存養(yǎng)分的重要途徑。西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日（五）林下植被的作用5.4.4 生物化學(xué)循環(huán)(bioche5.4.5森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)特征參數(shù)林分分室凋落物分室土壤分室凋落分解降水徑流吸收淋洗森林養(yǎng)分循環(huán)分室模式西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日5.4.5森

34、林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)特征參數(shù)林分分室凋落物分室土壤養(yǎng)分存留量 每年增長的生物量中的養(yǎng)分量。養(yǎng)分的歸還量 森林通過凋落物及雨水淋洗歸還到林地的養(yǎng)分量。養(yǎng)分吸收量吸收量=存留量+歸還量養(yǎng)分吸收率或養(yǎng)分吸收系數(shù)森林植物每年吸收養(yǎng)分量與根層土壤中的養(yǎng)分儲存量之比。養(yǎng)分循環(huán)強度 =年凋落物量/林地凋落物積累量西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日養(yǎng)分存留量 每年增長的生物量中的養(yǎng)分量。西北農(nóng)林科技大5.4.5 幾種主要元素的循環(huán)（一）水循環(huán)（二）碳循環(huán) （三）氮循環(huán) ( 四) 磷循環(huán)（五）硫循環(huán)西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日5.4.5 幾種主要元素的循環(huán)西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 水循環(huán)（

35、Water cycles 106m3/a）西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日水循環(huán)（Water cycles 106m3/a）西北農(nóng)林down loopup loop西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日down loopup loop西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 全世界淡水資源總量并不缺乏。但是降水量在空間和時間上分布不均勻，造成有些地區(qū)或某些時間仍然嚴重缺水。 地球水資源總量約為14億km3，其中有97%以上分布在海洋。陸地上的地面水中冰蓋和冰川占2.41%，目前無法取用。淡水湖泊和河流只占0.0091%，這些水除大量蒸發(fā)外，約有三分之一，即42083km3可供人類生活和工農(nóng)業(yè)生

36、產(chǎn)之用。 我國水資源分布也很不平衡，南方水資源較豐富，北方水資源不足，西北內(nèi)陸荒漠盆地，水資源更貧乏。 據(jù)國外資料，年總用水量如果超過年總徑流量的13-14%，將產(chǎn)生水荒和干旱的威脅。近年來世界總需水量每年大約遞增4%，有些國家用水量10年即增加一倍。西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日 全世界淡水資源總量并不缺乏。但是降水量在空間和時匱乏的水資源西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日匱乏的水資源西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年9月24碳循環(huán) (Carbon cycles)從大氣中的CO2儲庫開始，綠色植物（生產(chǎn)者）在光合作用時，把碳從大氣中取出，結(jié)合到碳水化合物中的分子中，然

37、后，經(jīng)過消費者和分解者，在呼吸和殘體腐爛分解時，再回到大氣。全球儲存碳的數(shù)量約261018噸，但絕大部分以碳酸鹽形式禁錮在巖石圈中。只有極少量碳參與經(jīng)常性流動和圈層間的交換。各類生態(tài)系統(tǒng)固定碳的速率差別很大。全世界森林的儲碳量為4000-5000億噸。西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日碳循環(huán) (Carbon cycles)從大氣中的CO2儲庫開碳循環(huán)西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日碳循環(huán)西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年9月24日西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年9月24日Carbon CyclesInorganic carbo

38、n released through respiration may be taken up quickly through photosynthesis. The organic carbon fixed may be respired again quickly by plants.Organic carbon stored in deposits of coal, oil, or peat is not readily accessible and may remain in storage for millions of years.Inorganic carbon may also

39、be taken out of circulation for millions of years by precipitation as calcium carbonate in aquatic systems.西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日Carbon CyclesInorganic carbon 全球的植被和海洋是大氣中CO2兩個重要的調(diào)節(jié)器。大氣中CO2濃度增加時，會有更多氣體溶于海水，相反，大氣CO2減少，海水中CO2又返回大氣。然而由于人類活動大量排放CO2 ，森林植被的嚴重破壞和減少，大氣中CO2濃度正逐步提高，并產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”。西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年

40、10月1日全球的植被和海洋是大氣中CO2兩個重要的調(diào)節(jié)器。西北農(nóng)林科技The greenhouse effect西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日The greenhouse effect西北農(nóng)林科技大學(xué)林The greenhouse effect西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日The greenhouse effect西北農(nóng)林科技大學(xué)林If greenhouse gases continue to rise at the current rate, between 2030 and 2050, the average temperature on Earth will

41、rise by about 1.5oC to 10oC.西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日If greenhouse gases continue t思考：森林都吸收CO2嗎？氣候變暖后，森林起到什么作用？有些學(xué)者指出，大氣CO2含量增加對植物會產(chǎn)生良好的影響，你認為如何？西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日思考：西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年9月24日大氣是主要的氮庫，大氣體積的78%為分子態(tài)氮。生態(tài)系統(tǒng)氮的來源：雷電：把大氣中的氮，氧化成硝酸鹽及其它含氮的氧化物，再由降水帶入土壤，參與氮的循環(huán)。生物固氮：固氮細菌從土壤和大氣中吸收氮素。工業(yè)固氮：如化肥廠。氮循環(huán) (N

42、itrogen cycles)西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日大氣是主要的氮庫，大氣體積的78%為分子態(tài)氮。氮循環(huán) (Ni西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年9月24日Nitrogen cycles西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日Nitrogen cycles西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 磷循環(huán) (Phosphorus cycles)磷的主要來源：磷酸鹽巖石和沉積物、鳥糞、動物骨骼等。磷在生物中含量少，但絕不可缺少。由于磷的難溶性，往往是植物生產(chǎn)力的主要限制因素。如果適當增加土壤中可利用的磷肥，大多數(shù)陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力，便可能明顯增

43、加。磷在江河及湖泊中的含量是有限的，我國南方紅黃壤地區(qū)土壤中普遍缺磷。在生物圈中磷的數(shù)量正在減少，很多磷進入海洋沉積起來。然而，一旦江河、湖泊中磷含量提高，會引起藻類暴長。出現(xiàn)“富營養(yǎng)化”。西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日磷循環(huán) (Phosphorus cycles)磷的主要來源：磷循環(huán)西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日磷循環(huán)西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年9月24日The Phosphorus CyclePhosphorus is an essential element, constituent of cell membranes, energy transfer

44、systems, bones, and teeth.Phosphorus may limit productivity:in aquatic systems, sediments act as a phosphorus sinkin soils, phosphorus is only readily available between pH of 6 and 7西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 2022年10月1日The Phosphorus CyclePhosphorus硫循環(huán) (Sulfur cycles)硫的主要儲庫：硫酸鹽如石膏，也有少量存在于大氣，主要是SO2和H2S。硫的來源：沉積巖石的風(fēng)化、化石燃料（特別是煤）的燃燒、火山噴發(fā)和有機物的分解。硫的沉積循環(huán)：硫酸鹽的侵蝕和風(fēng)化，土壤中的硫酸鹽被淋溶掉或被微生物還原