生態(tài)系統(tǒng)的基本功能課件

第二節(jié)生態(tài)的基本功能一、二、生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)三、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)四、生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞五、生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)一.生物生產(chǎn)1.生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)2.生態(tài)系統(tǒng)的次級(jí)生產(chǎn)1.生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)初級(jí)生產(chǎn)力：?jiǎn)挝幻娣e植物初級(jí)生產(chǎn)者形成自身生物量的速率。（J/m2﹒d）（t/hm2﹒a)總初級(jí)生產(chǎn)力(GP)：植物光合作用所固定的太陽(yáng)能的總量。凈初級(jí)生產(chǎn)力(NP):總初級(jí)生產(chǎn)力與呼吸消耗量（R）的差值。NP=GP-R初級(jí)生產(chǎn)量的變化1垂直變化2隨群落的演替而變化2.生態(tài)系統(tǒng)的次級(jí)生產(chǎn)概念：在被消費(fèi)者同化的能量中，用于生長(zhǎng)繁殖的部分為次級(jí)生產(chǎn)力。次級(jí)生產(chǎn)力由以下三個(gè)方面決定：1、利用率(CE)：一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)食物攝入量In占上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)被食生物可利用量Pn-1的百分比。

Ce=In/Pn-1﹒100%

2、同化率(AE)：吸收同化量An占攝取食物量In的百分比。Ae=An/In﹒100%3、生產(chǎn)效率(Pe):新產(chǎn)生的生物量(Pn=An-Rn)占被同化能量(An)的百分比。Pe=Pn/An﹒100%對(duì)一個(gè)動(dòng)物種群來(lái)說(shuō)，其能量收支情況可以用下列公式表示P=C-FU-R其中C為動(dòng)物從外界攝食的能量；FU為糞尿能量；R為呼吸能量；P為凈次級(jí)生產(chǎn)量。生產(chǎn)力與生物量的關(guān)系生產(chǎn)量和生物量是兩個(gè)有區(qū)別的概念，生產(chǎn)量含有速率的概念，是指單位時(shí)間單位面積上的有機(jī)物生產(chǎn)量；而生物量是指在一定調(diào)查時(shí)刻單位面積上積存的有機(jī)物質(zhì)。二、生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)光熱傳遞與轉(zhuǎn)換能量流動(dòng)過(guò)程與熱力學(xué)定律（一）能量傳遞與熱力學(xué)定律能量在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的傳遞和轉(zhuǎn)化規(guī)律服從熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律。能量流動(dòng)的特點(diǎn)1.能量流是變化的2.能量流是單向的3.能量在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)過(guò)程是不斷遞減的過(guò)程4能量在流動(dòng)中質(zhì)量逐漸提高5.遵循熱力學(xué)第一定律，能量守恒6.遵循熱力學(xué)第二定律。能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)自由能流失而減少，部分被用來(lái)做功，導(dǎo)致系統(tǒng)的負(fù)熵減少，無(wú)序性增加。太陽(yáng)能物質(zhì)循環(huán)的模式庫(kù)：由存在于生態(tài)系統(tǒng)某些生物或非生物成分中一定數(shù)量的某種物質(zhì)所構(gòu)成。流通率：物質(zhì)或能量在單位時(shí)間，單位面積內(nèi)的轉(zhuǎn)移量。要表示一個(gè)特定的流通過(guò)程對(duì)有關(guān)庫(kù)的相對(duì)重要性，常用周轉(zhuǎn)率或周轉(zhuǎn)時(shí)間來(lái)表示。周轉(zhuǎn)率=流通率/庫(kù)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)總量周轉(zhuǎn)時(shí)間=庫(kù)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)總量/流通率物質(zhì)循環(huán)的類型－按范圍分類1.生物化學(xué)循環(huán)：營(yíng)養(yǎng)元素在植物體內(nèi)的在分配。如根據(jù)生理功能需要、器官衰老死亡前轉(zhuǎn)移（有效成分損失可減少50％以上）等。范圍小，周期短。2.生物地球化學(xué)循環(huán)：指化學(xué)物質(zhì)在生物圈中的生物3.地球化學(xué)部分與非生命環(huán)境之間的轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化等往返過(guò)程。3.地球化學(xué)循環(huán)：化學(xué)元素在不同生態(tài)系統(tǒng)之間甚至整個(gè)生物圈內(nèi)的循環(huán)。范圍大、周期長(zhǎng)。水循環(huán)水循環(huán)是物質(zhì)循環(huán)的核心，是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的介質(zhì)，沒(méi)有水循環(huán)就沒(méi)有生物地化循環(huán)。水也是地質(zhì)侵蝕的動(dòng)因，一個(gè)地方侵蝕另一個(gè)地方沉積，都與水循環(huán)相聯(lián)系，因此了解水循環(huán)是理解生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的基礎(chǔ)。水循環(huán)碳循環(huán)碳對(duì)生物和生態(tài)系統(tǒng)的重要性僅次于水。植物通過(guò)光合作用從大氣中攝取碳的速率和通過(guò)呼吸作用把碳釋放給大氣的速率大體相同。碳循環(huán)的基本路線是從大氣儲(chǔ)存庫(kù)到植物和動(dòng)物，再?gòu)膭?dòng)植物通向分解者，最后又回到大氣中去。氮循環(huán)在自然界，氮元素以分子態(tài)（氮?dú)猓?、無(wú)機(jī)結(jié)合氮和有機(jī)結(jié)合氮三種形式存在。大氣中含有大量的分子態(tài)氮。但是絕大多數(shù)生物都不能夠利用分子態(tài)的氮，只有象豆科植物的根瘤菌一類的細(xì)菌和某些藍(lán)綠藻能夠?qū)⒋髿庵械牡獨(dú)廪D(zhuǎn)變?yōu)橄鯌B(tài)氮（硝酸鹽）加以利用。植物只能從土壤中吸收無(wú)機(jī)態(tài)的銨態(tài)氮（銨鹽）和硝態(tài)氮（硝酸鹽），用來(lái)合成氨基酸，再進(jìn)一步合成各種蛋白質(zhì)。動(dòng)物則只能直接或間接利用植物合成的有機(jī)氮（蛋白質(zhì)），經(jīng)分解為氨基酸后再合成自身的蛋白質(zhì)。在動(dòng)物的代謝過(guò)程中，一部分蛋白質(zhì)被分解為氨、尿酸和尿素等排出體外，最終進(jìn)入土壤。動(dòng)植物的殘?bào)w中的有機(jī)氮?jiǎng)t被微生物轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)氮（氨態(tài)氮和硝態(tài)氮），從而完成生態(tài)系統(tǒng)的氮循環(huán)。磷的循環(huán)磷是比較典型的沉積型循環(huán)物質(zhì)，這種類型的循環(huán)物質(zhì)實(shí)際上都有兩種存在相：巖石相和溶鹽相。這類物質(zhì)的循環(huán)都是起自巖石的風(fēng)化，終于水中的沉積。巖石風(fēng)化后，溶解在水中的鹽便隨著水流經(jīng)土壤進(jìn)入溪、河、湖、海并沉積在海底，其中一些長(zhǎng)期留在海里，另一些可形成新的地殼，風(fēng)化后又再次進(jìn)入循環(huán)圈。動(dòng)植物從溶鹽中或其他生物中獲得這些物質(zhì)，死后又通過(guò)分解和腐敗過(guò)程而使這些物質(zhì)重新回到水中和土壤中磷的來(lái)源及其循環(huán)磷的蓄庫(kù)及其循環(huán)有毒污染物質(zhì)循環(huán)有毒污染物質(zhì)循環(huán)：如重金屬、農(nóng)藥等。伴隨著食物鏈的延伸，或濃度增大，或毒性加?。锓糯笞饔?。特點(diǎn)：1.有毒物質(zhì)進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的途徑是多種多樣的。2.大多數(shù)有毒物質(zhì)在生物體內(nèi)具有富集現(xiàn)象，若不及時(shí)排除會(huì)造成有機(jī)體中毒、畸形或死亡。3.毒性物質(zhì)隨著環(huán)境的變化其毒性也在變化，有可能減弱，也有可能加強(qiáng)。汞循環(huán)汞是一種生命體非必需元素,在自然界中有單質(zhì)汞(水銀)、無(wú)機(jī)汞和有機(jī)汞等幾種形式。汞在自然環(huán)境中本底不高,但在19世紀(jì)以來(lái),伴隨著工業(yè)的發(fā)展,汞的用途越來(lái)越廣,生產(chǎn)量急劇增加,從而使大量的汞隨著人類活動(dòng)而進(jìn)入環(huán)境。物質(zhì)循環(huán)的生態(tài)學(xué)意義1.物質(zhì)是能量的載體，物質(zhì)循環(huán)是能量流動(dòng)的基礎(chǔ)；2.物質(zhì)再生利用，提高生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)能力；3.減少物質(zhì)流失，促進(jìn)生態(tài)平衡。四、生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞營(yíng)養(yǎng)信息：構(gòu)建各種營(yíng)養(yǎng)關(guān)系，形成相應(yīng)的食物鏈行為信息：如異常行為物理信息：如光、行為、顏色、聲音化學(xué)信息：如氣味、激素作用：相互制約、相互促進(jìn)、相互吸引、相互排斥，從而協(xié)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)的功能。生態(tài)系統(tǒng)信息流及特點(diǎn)生態(tài)系統(tǒng)信息流：生態(tài)系統(tǒng)中產(chǎn)生的大量的、復(fù)雜的信息，經(jīng)過(guò)信道不斷傳送、交流和反饋的過(guò)程。信息流是雙向的。特點(diǎn)：1信息流非常龐大。2傳遞方式千差萬(wàn)別。3信息類型多，貯存量大。生態(tài)系統(tǒng)信息的傳遞過(guò)程1信息的產(chǎn)生2信息的獲取3信息的傳遞4信息處理系統(tǒng)5信息再生6信息施效五、生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)平衡生態(tài)系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)普遍存在著反饋現(xiàn)象。什么是反饋？當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)中某一成分發(fā)生變化的時(shí)候，它必然會(huì)引起其它成分出現(xiàn)一系列的相應(yīng)變化，這些變化最終又反過(guò)來(lái)影響最初發(fā)生變化的那種成分，這個(gè)過(guò)程就叫做反饋。反饋有兩種類型，即負(fù)反饋和正反饋。負(fù)反饋是比較常見(jiàn)的一種反饋，它的作用是能夠使生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到和保持平衡或穩(wěn)態(tài)，反饋的結(jié)果是抑制和減弱最初發(fā)生變化的那種成分所發(fā)生的變化。例如，如果草原上的食草動(dòng)物因?yàn)檫w入而增加，植物就會(huì)因?yàn)槭艿竭^(guò)度啃食而減少，植物數(shù)量減少以后，反過(guò)來(lái)就會(huì)抑制動(dòng)物的數(shù)量（如：教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)中的負(fù)反饋圖解）。另一種反饋叫正反饋，正反饋是比較少見(jiàn)的，它的作用剛好與負(fù)反饋相反，即生態(tài)系統(tǒng)中某一成分的變化所引起的其它一系列的變化，反過(guò)來(lái)不是抑制而是加速最初發(fā)生變化的成分所發(fā)生的變化，因此正反饋的作用常常使生態(tài)系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)或穩(wěn)態(tài)。在自然生態(tài)系統(tǒng)中正反饋的實(shí)例不多，下面我們舉出一個(gè)例子加以說(shuō)明：如果一個(gè)湖泊受到了污染，魚(yú)類的數(shù)量就會(huì)因?yàn)樗劳龆鴾p少，魚(yú)體死亡腐爛后又會(huì)進(jìn)一步加重污染并引起更多魚(yú)類死亡。因此，由于正反饋的作用，污染會(huì)越來(lái)越重，魚(yú)類的死亡速度也會(huì)越來(lái)越快。從這個(gè)例子中我們可以看出，正反饋往往具有極大的破壞作用，但是它常常是爆發(fā)性的，所經(jīng)歷的時(shí)間也很短。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，生態(tài)系統(tǒng)中的負(fù)反饋和自我調(diào)節(jié)將起主要作用。生態(tài)系統(tǒng)平衡生態(tài)系統(tǒng)平衡(Ecosystembalance)又稱自然平衡(Naturalbalance)，是指生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和信息傳遞皆處于穩(wěn)定和通暢的狀態(tài)。在自然生態(tài)系統(tǒng)中，平衡還