生物群落云南大學(xué)生態(tài)學(xué)課程

生物群落云南大學(xué)生態(tài)學(xué)課程第1頁/共61頁2第十一章生態(tài)系統(tǒng)的一般特征11.1生態(tài)系統(tǒng)的基本概念11.2生態(tài)系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)11.3食物鏈和食物網(wǎng)11.4營養(yǎng)級和生態(tài)金字塔11.5生態(tài)效率11.6生態(tài)系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)和生態(tài)金字塔第2頁/共61頁311.1生態(tài)系統(tǒng)的基本概念生態(tài)系統(tǒng)(ecosystem)：在一定空間中共同棲居著的所有生物(生物群落)與其環(huán)境之間由于不斷進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)和能量流動過程而形成的統(tǒng)一整體系統(tǒng)(system)：相互作用、相互依賴的事物有規(guī)律地聯(lián)合的集合體許多成分組成各成分間相互聯(lián)系、相互作用獨(dú)立的、特定的功能生物地理群落(biogeocoenosis)第3頁/共61頁4生態(tài)系統(tǒng)的特征生態(tài)學(xué)的一個(gè)主要結(jié)構(gòu)和功能單位，屬于生態(tài)學(xué)研究的最高層次內(nèi)部具有自我調(diào)節(jié)能力能量流動、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞是生態(tài)系統(tǒng)的三大功能營養(yǎng)級的數(shù)目受限于生產(chǎn)者所固定的最大能值和能量在流動中巨大損失，生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)級不會超過5-6個(gè)動態(tài)系統(tǒng)第4頁/共61頁5目前有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)的研究工作自然生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和利用生態(tài)系統(tǒng)調(diào)控機(jī)制的研究生態(tài)系統(tǒng)退化的機(jī)制、恢復(fù)及其修復(fù)研究全球性生態(tài)問題的研究生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的研究第5頁/共61頁6自然生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和利用和諧、高效和健康是自然生態(tài)系統(tǒng)有的共同特點(diǎn)自然生態(tài)系統(tǒng)中具有較高的物種多樣性和群落穩(wěn)定性健康的生態(tài)系統(tǒng)比退化的更有價(jià)值，具有較高的生產(chǎn)力，能滿足人類物質(zhì)的需求，還給人類提供生存的優(yōu)良環(huán)境研究自然生態(tài)系統(tǒng)的形成和發(fā)展過程、合理性機(jī)制、以及人類活動對自然生態(tài)系統(tǒng)的影響，對于有效利用和保護(hù)自然生態(tài)系統(tǒng)均有較大的意義第6頁/共61頁711.2生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)11.2.1生物群落生產(chǎn)者(producer)消費(fèi)者(consumer)：食草動物、食肉動物、大型食肉動物分解者(decomposer)11.2.2非生物環(huán)境無機(jī)物質(zhì)有機(jī)物質(zhì)氣候因素(及其他物理?xiàng)l件）11.2.3成份之間的相互作用關(guān)系第7頁/共61頁8池塘生態(tài)系統(tǒng)示意圖第8頁/共61頁9一個(gè)簡單的陸地生態(tài)系統(tǒng)模式圖第9頁/共61頁10生態(tài)系統(tǒng)各成份的相互關(guān)系無機(jī)物質(zhì)有機(jī)物質(zhì)氣候因素消費(fèi)者分解者生產(chǎn)者植物，化能合成細(xì)菌動物，包括大型消費(fèi)者小型消費(fèi)者細(xì)菌真菌日光能第10頁/共61頁11生態(tài)系統(tǒng)各成份的相互關(guān)系無機(jī)物質(zhì)有機(jī)物質(zhì)氣候因素線條粗細(xì)表示作用強(qiáng)弱和物質(zhì)能量流通的總量多寡消費(fèi)者分解者生產(chǎn)者植物，化能合成細(xì)菌動物，包括大型消費(fèi)者小型消費(fèi)者細(xì)菌真菌日光能第11頁/共61頁1211.3食物鏈和食物網(wǎng)11.3.1食物鏈(foodchain)：生產(chǎn)者所固定的能量和物質(zhì)，通過一系列取食和被食的關(guān)系在生態(tài)系統(tǒng)中傳遞，各種生物按其食物關(guān)系排列的鏈狀順序11.3.2食物網(wǎng)(foodweb)：食物鏈彼此交錯(cuò)連結(jié)，形成一個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)第12頁/共61頁13食物鏈類型捕食食物鏈碎屑食物鏈寄生食物鏈第13頁/共61頁14捕食食物鏈綠色植物為起點(diǎn)到食草動物進(jìn)而到食肉動物的食物鏈植物-食草動物-食肉動物草原上：青草-野兔-狐貍-狼湖泊中：藻類-甲殼類-小魚-大魚第14頁/共61頁15碎屑食物鏈動、植物的遺體被食腐性生物(小型土壤動物、真菌、細(xì)菌)取食，然后到他們的捕食者的食物鏈植物殘?bào)w-蚯蚓-線蟲類-節(jié)肢動物第15頁/共61頁16捕食食物鏈和碎屑食物鏈第16頁/共61頁17寄生食物鏈由宿主和寄生物構(gòu)成以大型動物為食物鏈的起點(diǎn)，繼之以小型動物、微型動物、細(xì)菌和病毒后者與前者是寄生關(guān)系哺乳動物或鳥類-跳蚤-原生動物-細(xì)菌-病毒第17頁/共61頁18微型浮游植物(小鞭毛藻)小型浮游動物(植食性原生動物)的型浮游動物(肉食性甲殼動物)大型浮游動物(毛顎類、磷蝦)燈籠魚、秋刀魚(食浮游動物魚類)烏賊、鮭、金槍魚(食魚動物)大型浮游植物大型浮游動物鯨以浮游生物為食鯷魚以浮游生物為食1大型浮游植物23海洋食物鏈1第18頁/共61頁19小型浮游植物大型硅藻、甲藻和微型浮游植物大型浮游動物食浮游生物魚類如鯡等底棲植食動物蛤,牡蠣,多毛類等底棲肉食魚類鱈魚等大型肉食魚類鯊魚鮭魚等海洋食物鏈2第19頁/共61頁20南極海洋浮游食物網(wǎng)第20頁/共61頁21狼、狐、雪鸮、賊鷗、隼麝牛、馴鹿、雪兔旅鼠、雷鳥、雁鷸、雀類昆蟲植被食物關(guān)系能量關(guān)系主線第21頁/共61頁22食物網(wǎng)一種生物常常以多種食物為食，而同一種食物又常常為多種消費(fèi)者取食，于是食物鏈交錯(cuò)起來，多條食物鏈相聯(lián)，形成了食物網(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(jìn)化，成為自然界發(fā)展演變的動力食物網(wǎng)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)第22頁/共61頁23食物網(wǎng)第23頁/共61頁24北極島嶼簡單的食物網(wǎng)第24頁/共61頁25FOODWEB

Afewoftheorganismsinatemperatetall-grassprairieandthefoodwebthatconnectsthem第25頁/共61頁26FOODWEB第26頁/共61頁2711.4營養(yǎng)級與生態(tài)金字塔營養(yǎng)級(trophiclevel)：處于食物鏈某一環(huán)節(jié)上的所有生物種的總和第27頁/共61頁28營養(yǎng)級第28頁/共61頁29生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)級數(shù)目各營養(yǎng)級消費(fèi)者不可能100%利用前一營養(yǎng)級的生物量各營養(yǎng)級同化率也不是100%，總有一部分排泄出去各營養(yǎng)級生物要維持自身的活動，消耗一部分熱量能流在通過各營養(yǎng)級時(shí)會急劇減少，食物鏈就不可能太長生態(tài)系統(tǒng)中的營養(yǎng)級一般只有四、五級，很少超過六級第29頁/共61頁30TERRESTRIALFOODCHAINInafoodchain,energyispassedfromonetrophicleveltothenextBUTthetransferofenergyisNEVER100%efficient.Thatis,thereisalwayssomeenergylostperthe2ndLawofThermodynamics.Thislostenergyiscalledentropy.第30頁/共61頁31Thelengthoffoodchains第31頁/共61頁32生態(tài)金字塔(ecologicalpyramid)營養(yǎng)級之間的數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系可采用生物量、能量和個(gè)體數(shù)量單位來表示能量金字塔生物量金字塔數(shù)量金字塔第32頁/共61頁33能量金字塔由各營養(yǎng)級所固定的總能量值的多少來構(gòu)成的生態(tài)金字塔以相同的單位面積和單位時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)者和各級消費(fèi)者所積累的能量比率來構(gòu)造千卡/平方米·年第33頁/共61頁34EnergyPyramidAnenergypyramidforaprairieecosystem.Eachtrophiclevelfromproducertotertiaryconsumerhaslessenergystoredinit.Thewidthoftherectanglesrepresentsenergyfoundintheorganismsateachtrophiclevel.第34頁/共61頁35energypyramid第35頁/共61頁36PHC矮草草原生產(chǎn)力金字塔第36頁/共61頁37生物量金字塔

以相同單位面積上生產(chǎn)者和各級消費(fèi)者的生物量即生命物質(zhì)總量建立的金字塔。對陸地、淺水生態(tài)系統(tǒng)中比較典型，因?yàn)樯a(chǎn)者是大型的，所以塔基比較大，金字塔比較規(guī)則第37頁/共61頁38生物量金字塔第38頁/共61頁39生物量金字塔

湖泊和開曠海洋，第一性生產(chǎn)者主要為微型藻類，生活周期短，繁殖迅速，大量被植食動物取食利用，在任何時(shí)間它的現(xiàn)存量很低，導(dǎo)致這些生態(tài)系統(tǒng)的生物量金字塔呈倒金字塔形第39頁/共61頁40數(shù)量金字塔

單位面積內(nèi)生產(chǎn)者的個(gè)體數(shù)目為塔基，以相同面積內(nèi)各營養(yǎng)級位有機(jī)體數(shù)目構(gòu)成塔身及塔頂。一般每一個(gè)營養(yǎng)級所包括的有機(jī)體數(shù)目，沿食物鏈向上遞減。第40頁/共61頁41數(shù)量金字塔有時(shí)植食動物比生產(chǎn)者數(shù)目多。如昆蟲和樹木個(gè)體大小差別很大，只用個(gè)體數(shù)目多少來說明問題有局限性。第41頁/共61頁42不同類型金字塔的比較能量金字塔表達(dá)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)最全面，確切表示食物通過食物鏈的效率，永遠(yuǎn)是正塔型數(shù)量金字塔過分突出小生物體的重要性生物量金字塔過分突出大生物體的重要性第42頁/共61頁43P-809TC-1.5C-11H-37現(xiàn)存量金字塔kcal.m2能量金字塔kcal.m2.y-1D-5P-20810H-3368C-383TC-21D-5060P-Productors H-HerbivorersC-CarnivorersTC-TopcarnivorersD-Decomposers現(xiàn)存量(生物量)金字塔與能量金字塔第43頁/共61頁44P-1.5×106H-2×105C9×104TC-1PH-1.5×105C-1.2×105TC-2200數(shù)量錐體1/1000m2生物量錐體g/m2夏季草原夏季溫帶森林P-4×104H-4C-1D-10H+C-21P-4熱帶雨林 海洋數(shù)量金字塔與生物量金字塔第44頁/共61頁45EltonianPyramids第45頁/共61頁4611.5生態(tài)效率生態(tài)效率：各種能流參數(shù)中的任何一個(gè)參數(shù)在營養(yǎng)級之間或營養(yǎng)級內(nèi)部的比值。能量參數(shù)：攝取量（I）：表示各生物所攝取的能量同化量(A)：動物消化道內(nèi)被吸收的能量，即消費(fèi)者吸收所采食的食物能；植物光合作用所固定的日光能呼吸量(R)：生物在呼吸等新陳代謝和各種活動所消耗的全部能量生產(chǎn)量(P)：生物呼吸消耗后所凈剩的同化能量值。P=A-R第46頁/共61頁47營養(yǎng)級位之內(nèi)的生態(tài)效率量度一個(gè)物種利用食物能的效率，即同化能量的有效程度第47頁/共61頁48同化效率被植物吸收的日光能中被光合作用所固定的能量比例，或被動物攝食的能量中被同化了的能量比例：Ae=An/In肉食動物的同化效率高于植食動物第48頁/共61頁49生長效率組織生長效率：Pe=Pn/An生態(tài)生長效率:Ee=Pn/In營養(yǎng)級越高，生長效率越低植物的生長效率>動物植物將光合能量大約40%呼吸，60%生長肉食動物同化能量大約65%用于呼吸，35%用于生長哺乳動物呼吸消耗的能量最多，大約占同化量的97-99%，只有1%-3%用于凈生產(chǎn)量第49頁/共61頁50ProductionEfficiencies第50頁/共61頁51ProductionEfficiencies第51頁/共61頁52營養(yǎng)級位之間的生態(tài)效率量度營養(yǎng)級位之間的轉(zhuǎn)化效率消費(fèi)效率：消費(fèi)效率量度一個(gè)營養(yǎng)級對前一營養(yǎng)級的相對取食壓力。Ce=In+1/Pn一般在20-35%范圍內(nèi)，每一營養(yǎng)級凈生產(chǎn)的65%-75%進(jìn)入碎屑食物鏈利用效率：利用效率的高低，說明前一營養(yǎng)級的凈生產(chǎn)量被后一營養(yǎng)級同化多少Ue=An+1/Pn第52頁/共61頁53林德曼效率林德曼效率：n+1營養(yǎng)級所獲得的能量占n營養(yǎng)級所獲得的能量之比：Le=In+1/In林得曼定律（十分之一定律）：能量沿營養(yǎng)級的移動時(shí)，逐級變小，后一營養(yǎng)級只能是前一營養(yǎng)級能量的十分之一左右。第53頁/共61頁54A：利用效率，能量攝取效率，同化效率，生產(chǎn)效率

B：生態(tài)生長效率，同化效率，組織生長效率AB第54頁/共61頁551-22-3