環(huán)境生態(tài)學(xué)第五章1

第五章生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)

（Ecosystem）5.1生態(tài)系統(tǒng)(ecosystem)的結(jié)構(gòu)與功能5.1.1生態(tài)系統(tǒng)的定義：A.G.Tansley1935年提出的概念。A.G.Tansley對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的描述（概念）：更基本的概念是……完整的系統(tǒng)（物理學(xué)上所謂系統(tǒng)），它不僅包括生物復(fù)合體，而且還包括人們稱(chēng)為環(huán)境的全部物理因素的復(fù)合體……。我們不能把生物從其特定的、形成物理系統(tǒng)的環(huán)境中分離開(kāi)來(lái)……。這種系統(tǒng)是地球表面上自然界的基本單位……。這些生態(tài)系統(tǒng)有各種各樣的大小和種類(lèi)。系統(tǒng)構(gòu)成至少要有3個(gè)條件：系統(tǒng)是由許多成分組成的；各成分間不是孤立的而是彼此互相聯(lián)系、互相作用的；系統(tǒng)具有獨(dú)立的、特定的功能。美國(guó)青年科學(xué)工作者林德曼（R.L.Lindeman）的偉大貢獻(xiàn)——根據(jù)他的研究，提出了“食物鏈”、“金字塔營(yíng)養(yǎng)級(jí)”和創(chuàng)立“十分之一”定律，從理論和實(shí)踐上為生態(tài)系統(tǒng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。生態(tài)系統(tǒng)的科學(xué)定義為：生態(tài)系統(tǒng)就是在一定的時(shí)間和空間內(nèi)，生物和非生物的成分之間，通過(guò)不斷的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)而相互作用、相互依存的統(tǒng)一體，構(gòu)成一個(gè)生態(tài)學(xué)的功能復(fù)合體。生物地理群落（biogeoconosis）為生態(tài)系統(tǒng)的同義語(yǔ)。5.1.2生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：非生物、生物部分

氣候因子（光、溫等及其他物理因子）

1．非生物部分無(wú)機(jī)物質(zhì)（H2O、N、P、K、Ca等礦質(zhì)元素）有機(jī)物質(zhì)（糖、蛋白質(zhì)、脂類(lèi)、腐殖質(zhì)等）（1）生產(chǎn)者—綠色植物（把太陽(yáng)能輸入生態(tài)系統(tǒng)）生態(tài)系統(tǒng)

草食動(dòng)物（一級(jí)消費(fèi)者）(herbivores)

一級(jí)肉食動(dòng)物（以食草動(dòng)物為食，

統(tǒng)稱(chēng)二級(jí)消費(fèi)者）

2．生物部分（2）消費(fèi)者肉食物動(dòng)物二級(jí)肉食動(dòng)物（大型肉食動(dòng)物）稱(chēng)三

（能量傳遞）(comsumers)(carnivores)級(jí)消寄生者三級(jí)肉食動(dòng)物（頂極肉食動(dòng)物）費(fèi)者 雜食動(dòng)物 腐食性動(dòng)物 （3）還原者（分解者）(reducers)生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)（組成部分）5.1.3生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)1．食物鏈與食物網(wǎng)——生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的渠道

(1)食物鏈（foodchains）定義：食物鏈?zhǔn)侵赋跫?jí)生產(chǎn)者獲得光能后制造的食物供給各級(jí)消費(fèi)者形成以食物營(yíng)養(yǎng)為中心的鏈索關(guān)系。類(lèi)型：掠食鏈、寄生鏈、腐生鏈

(2)食物網(wǎng)（foodweb）定義：許多長(zhǎng)短不一的食物鏈互相交織成復(fù)雜的網(wǎng)狀關(guān)系（見(jiàn)示圖）。營(yíng)養(yǎng)階(trophiclevels)——食物網(wǎng)內(nèi)從生物到生物的消費(fèi)者階梯。處于食物網(wǎng)某一環(huán)節(jié)上所有生物種總和。2．生態(tài)金字塔（ecologicalpyramid）反映生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)與營(yíng)養(yǎng)機(jī)能的錐體圖解模式。數(shù)量金字塔、生物量金字塔、能量金字塔（見(jiàn)圖示）3．生態(tài)效率（ecologicalefficiencies）在生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的不同點(diǎn)上，能量之間的百分比率。特指某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量輸出和輸入間的比率。林德曼效率——“百分之一”或“十分之一”定律在營(yíng)養(yǎng)級(jí)n上的同化量/在營(yíng)養(yǎng)級(jí)n-1上的同化量≈10%一、各種能流參數(shù)如下：1，攝食量（I）:

表示一個(gè)生物所攝取的能量。對(duì)于植物來(lái)說(shuō)，它代表光合作用所吸收的日光能；對(duì)于動(dòng)物來(lái)說(shuō)，它代表動(dòng)物吃進(jìn)的食物的能量。

2，同化量（A）:對(duì)于動(dòng)物來(lái)說(shuō)，它是消化后吸收的能量，對(duì)分解者是指對(duì)細(xì)胞外的吸收能量；對(duì)于植物來(lái)說(shuō)，它指在光合作用中所固定的能量，常常以總初級(jí)生產(chǎn)量表示。

3，呼吸量（R）:指生物在呼吸等新陳代謝和各種活動(dòng)中消耗的全部能量。

4，生產(chǎn)量（P）:指生物在呼吸消耗后凈剩的同化能量值，它以有機(jī)物質(zhì)的形式累積在生物體內(nèi)或生態(tài)系統(tǒng)中。對(duì)于植物來(lái)說(shuō)，它是凈初級(jí)生產(chǎn)量。對(duì)于動(dòng)物來(lái)說(shuō)，它是同化量扣除呼吸量以后的凈剩的能量值。同化效率=被植物固定的能量/植物吸收的日光能

=被動(dòng)物消化吸收的能量/動(dòng)物攝食的能量即

Ae=An/In；

生長(zhǎng)/產(chǎn)效率=n營(yíng)養(yǎng)級(jí)的凈生產(chǎn)量/n營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化能量即

Pe=Pn/An

二、營(yíng)養(yǎng)級(jí)位之內(nèi)的生態(tài)效率

大型動(dòng)物的生長(zhǎng)率低于小型動(dòng)物。

老年動(dòng)物的生長(zhǎng)率低于幼年動(dòng)物。

肉食動(dòng)物的同化效率高于植食動(dòng)物。

草原生態(tài)系統(tǒng)中的植食動(dòng)物比森林生態(tài)系統(tǒng)中的植食動(dòng)物能利用較多的初級(jí)生產(chǎn)量。

恒溫動(dòng)物的同化效率很高，但生長(zhǎng)效率極低。

變溫動(dòng)物的同化效率比較低，但生長(zhǎng)效率極高。

變溫動(dòng)物的總能量轉(zhuǎn)化效率要比恒溫動(dòng)物高的多。

變溫動(dòng)物是生態(tài)系統(tǒng)中更有效的“生產(chǎn)者”。特點(diǎn)量度營(yíng)養(yǎng)級(jí)位之間的轉(zhuǎn)化效率消費(fèi)效率：消費(fèi)效率量度一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)對(duì)前一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的相對(duì)取食壓力。Ce=In+1/Pn一般在20-35%范圍內(nèi)，每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)凈生產(chǎn)的65%-75%進(jìn)入碎屑食物鏈利用效率：利用效率的高低，說(shuō)明前一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的凈生產(chǎn)量被后一營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化多少Ue=An+1/Pn三、營(yíng)養(yǎng)級(jí)位之間的生態(tài)效率林德曼效率：n+1營(yíng)養(yǎng)級(jí)所獲得的能量占n營(yíng)養(yǎng)級(jí)所獲得的能量之比林德曼效率4．生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)的特點(diǎn)① 生態(tài)系統(tǒng)中能量形成的轉(zhuǎn)換完全符合熱力學(xué)第一定律（能量轉(zhuǎn)化和守恒）。系統(tǒng)能量增加，環(huán)境能量減少，但總能量不變。所不同的是，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，再轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、機(jī)械能等其他形式。② 能量沿著食物鏈方向流動(dòng)，在其流動(dòng)時(shí)，生物中的能量由于各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物維持自身生命消耗而逐級(jí)減少，估計(jì)每經(jīng)一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的剩余能量為原有能量的十分之一左右，其余的都消耗了。③ 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)是單向、非循環(huán)的，它只能一次流過(guò)生態(tài)系統(tǒng)，單程前進(jìn)，決不可逆。（熱力學(xué)第二定律）為什么要研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)？能量是生態(tài)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力林業(yè)、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、牧業(yè)等工作者對(duì)森林、農(nóng)田、漁場(chǎng)、草原等的經(jīng)營(yíng)管理，應(yīng)掌握能量的輸入和輸出途徑及其限制因素，以達(dá)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?lèi)最有益的部分。

關(guān)于能量的概念1能量——做功的能力。2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(jī)械能、化學(xué)能、熱能4.生態(tài)系統(tǒng)能量流遵循熱力學(xué)定律熱力學(xué)第一定律又稱(chēng)為能量守恒與轉(zhuǎn)化原理.（EnergyConservationLaw）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(huì)減少。如太陽(yáng)輻射能，通過(guò)綠色植物的光合作用轉(zhuǎn)變?yōu)榇嬖谟谟袡C(jī)物質(zhì)化學(xué)鍵中的化學(xué)潛能；動(dòng)物通過(guò)消耗自身體內(nèi)貯存的化學(xué)潛能變成爬、跳、飛、游的機(jī)械能熱力學(xué)第二定律(熵律entropylaw)表達(dá)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(huì)全部轉(zhuǎn)換成另一種形式的能。熱力學(xué)的兩個(gè)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(shù)葉，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)太陽(yáng)輻射能有機(jī)物質(zhì)的合成過(guò)程，即生產(chǎn)者（綠色植物）吸收太陽(yáng)能量形成初級(jí)生產(chǎn)量。熱能化學(xué)能熱能機(jī)械能活有機(jī)物質(zhì)被各級(jí)消費(fèi)者（動(dòng)物）消費(fèi)的過(guò)程。死有機(jī)物質(zhì)（動(dòng)植物殘?bào)w和排泄物）被腐生物分解的過(guò)程。生態(tài)系統(tǒng)中能量的流動(dòng)能量流動(dòng)特點(diǎn)：1“越流越細(xì)”，能量在流動(dòng)過(guò)程中逐漸耗散。2單向流動(dòng)，不可逆。生物能量的來(lái)源我們能利用的能量來(lái)自：太陽(yáng)輻射、核能、地?zé)帷?yáng)輻射能是生態(tài)系統(tǒng)中的能量的最主要來(lái)源。太陽(yáng)輻射紅外線(xiàn)太陽(yáng)輻射無(wú)線(xiàn)電波X光可見(jiàn)光紫外光