環(huán)境生態(tài)學(xué)全

§5生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)§5－1生態(tài)系統(tǒng)的一般特征§5－2生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力§5－3生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)§5－4生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)§5－5自然生態(tài)系統(tǒng)§5－1生態(tài)系統(tǒng)的一般特征一、生態(tài)系統(tǒng)的概念二、生態(tài)系統(tǒng)的組成三、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)四、生態(tài)系統(tǒng)的反響調(diào)節(jié)五、生態(tài)系統(tǒng)的平衡六、生態(tài)系統(tǒng)的重要特征生態(tài)系統(tǒng)概念提出的意義強(qiáng)化了生物與環(huán)境的整體性，是對(duì)生態(tài)學(xué)認(rèn)識(shí)的深化、開(kāi)展。是現(xiàn)代生態(tài)學(xué)的另一重要標(biāo)志。使生態(tài)學(xué)研究從個(gè)體→種群→群落→進(jìn)入到系統(tǒng)層次，可以揭示原來(lái)層次上所不具備或未研究的性質(zhì)。人類正確理解和使用生態(tài)系統(tǒng)的概念、理論在保護(hù)地球生物與生命支持系統(tǒng)；系統(tǒng)地控制、改善全球、區(qū)域以及局部的環(huán)境問(wèn)題；促進(jìn)人類與自然的協(xié)調(diào)與持續(xù)開(kāi)展均具有重要的哲學(xué)意義〔思維〕和方法意義?！?－1生態(tài)系統(tǒng)的一般特征一、生態(tài)系統(tǒng)的概念Tansley(1936)：更根本的概念是…完整的系統(tǒng)(物理學(xué)上所謂的系統(tǒng))，它不僅包括生物復(fù)合體，而且還包括人們稱為環(huán)境的全部物理因素的復(fù)合體?！覀儾荒馨焉飶钠涮囟ǖ摹⑿纬晌锢硐到y(tǒng)的環(huán)境中分隔開(kāi)來(lái)?！@種系統(tǒng)是地球外表上自然界的根本單位?！@些生態(tài)系統(tǒng)有各種各樣的大小和種類。生態(tài)系統(tǒng)(ecosystem)就是指在一定空間中生物成分和非生物的成分通過(guò)物質(zhì)的循環(huán)和能量的流動(dòng)互相作用、互相依存而構(gòu)成的一個(gè)生態(tài)學(xué)的功能單位。系統(tǒng)是由許多成分組成的各成分間是彼此互相聯(lián)系、互相作用的具有獨(dú)立的、特定的功能馬世駿等(1993)提出了社會(huì)－經(jīng)濟(jì)－自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的概念基與庫(kù)之間存在功能關(guān)系；核與庫(kù)之間存在調(diào)控關(guān)系從而表示出了功能、控制、生產(chǎn)、生活、供給、接納、還原再生功能成為一個(gè)有機(jī)整體。分解者的功能把〔動(dòng)、植物〕復(fù)雜的有機(jī)化合物→分解作用→較簡(jiǎn)單的化合物、元素→釋放歸還到環(huán)境中〔供生產(chǎn)者再利用〕。同時(shí)，把貯存在有機(jī)物中的化學(xué)能釋放到環(huán)境中。在生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)，特別是物質(zhì)再循環(huán)中有十分重要的作用。是指以生產(chǎn)者的產(chǎn)物為食的異養(yǎng)生物，主要是動(dòng)物。一級(jí)消費(fèi)者(食草動(dòng)物)二級(jí)消費(fèi)者(食肉動(dòng)物)三級(jí)消費(fèi)者(大型食肉動(dòng)物)……是一些自養(yǎng)生物，主要是指綠色植物，也有一些化能細(xì)菌?！?－1生態(tài)系統(tǒng)的一般特征二、生態(tài)系統(tǒng)的組成消費(fèi)者功能

不能自己制造食物，只能利用植物制造的有機(jī)物質(zhì)，作為生命能源(消費(fèi))。分解者(還原者)生態(tài)系統(tǒng)生物成分(生物群落)非生物成分(自然環(huán)境)生產(chǎn)者消費(fèi)者能量物質(zhì)按功能劃分是指一些異養(yǎng)的微生物(細(xì)菌、真菌和放線菌等)以及一些小動(dòng)物。光、溫等。無(wú)機(jī)物：N、P、K、CO2、H2O等。有機(jī)物：蛋白質(zhì)、糖類、脂類和腐殖質(zhì)等。生產(chǎn)者功能能夠利用環(huán)境中的無(wú)機(jī)物(CO2、H2O、N、P、K等)，通過(guò)光合作用合成有機(jī)物，同時(shí)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成化學(xué)潛能貯存在有機(jī)體中，以供自身的生長(zhǎng)、發(fā)育之需，或者為其它生物(包括人類)提供能源。太陽(yáng)能只有通過(guò)生產(chǎn)者，才能源源不斷地輸入生態(tài)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)之，并成為消費(fèi)者和分解者的能源。所以，生產(chǎn)者又稱為初級(jí)(第一性)生產(chǎn)者?！?－1生態(tài)系統(tǒng)的一般特征二、生態(tài)系統(tǒng)的組成生產(chǎn)者亞系統(tǒng)碎屑分解者食草動(dòng)物食肉動(dòng)物1食肉動(dòng)物2CO2無(wú)機(jī)物營(yíng)養(yǎng)物再循環(huán)再循環(huán)消費(fèi)者亞系統(tǒng)分解者亞系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)的一般性模型自然生態(tài)系統(tǒng)由生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者這三個(gè)亞系統(tǒng)的生物成員與非生物環(huán)境成分間通過(guò)能流和物流而形成的高層次的生物學(xué)系統(tǒng)，是一個(gè)物種間、生物與環(huán)境間協(xié)調(diào)共生和高效(能量轉(zhuǎn)化、物質(zhì)循環(huán)利用)的、能維持持續(xù)生存和相對(duì)穩(wěn)定的系統(tǒng)。也是地球上生物與環(huán)境間長(zhǎng)期協(xié)同進(jìn)化的結(jié)果。半人工生態(tài)系統(tǒng)主要由生產(chǎn)者和分解者這二個(gè)亞系統(tǒng)構(gòu)成。人工生態(tài)系統(tǒng)主要由消費(fèi)者和分解者這兩個(gè)亞系統(tǒng)構(gòu)成。人類應(yīng)向自然生態(tài)系統(tǒng)尋求生物與環(huán)境間協(xié)調(diào)共生、持續(xù)生存和相對(duì)穩(wěn)定的機(jī)理：在區(qū)域持續(xù)開(kāi)展方面，協(xié)調(diào)好三者比例及功能關(guān)系；在人與自然方面，保護(hù)好自然生態(tài)系統(tǒng)?！?－1生態(tài)系統(tǒng)的一般特征三、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)食物鏈概念生產(chǎn)者所固定的能量通過(guò)一系列的取食和被取食關(guān)系在生態(tài)系統(tǒng)中傳遞，各種生物按其取食和被取食的關(guān)系而排列的鏈狀順序稱為物鏈〔foodchain)類型捕食食物鏈〔grazingfoodchain〕碎屑食物鏈〔detritusfoodchain〕寄生食物鏈〔parasticfoodchain〕1.營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)即由植物→草食動(dòng)物→肉食動(dòng)物構(gòu)成的食物鏈。如：青草→昆蟲(chóng)→青蛙。即生物以死有機(jī)物質(zhì)為食，通過(guò)逐級(jí)分解而形成的分解者食物鏈。如：秸桿→小動(dòng)物分解→真菌、細(xì)菌分解→簡(jiǎn)單分解物或植物殘?bào)w〔凋落物〕→蛾蟲(chóng)→蚯蚓→節(jié)肢動(dòng)物。即以寄生方式取食活有機(jī)體而構(gòu)成的。如植物→紅鈴蟲(chóng)→金小蜂；或鼠→跳蚤→鼠疫細(xì)菌等等?！?－1生態(tài)系統(tǒng)的一般特征三、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)食物網(wǎng)

生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈很少是單條、孤立出現(xiàn)的，它往往是交叉鏈索，形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，此即食物網(wǎng)(foodweb)。一個(gè)簡(jiǎn)化的海洋生態(tài)系統(tǒng)的食物網(wǎng)一個(gè)簡(jiǎn)化的陸地生態(tài)系統(tǒng)的食物網(wǎng)頂位種基位種中位種控制機(jī)理下行效應(yīng)上行行效應(yīng)§5－1生態(tài)系統(tǒng)的一般特征三、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)僅移除了一條不重要的食物鏈僅由10生物組成成的食物網(wǎng)食物鏈和食物網(wǎng)概念的意義

反映了生態(tài)系統(tǒng)中各生物有機(jī)體之間的營(yíng)養(yǎng)位置和相互關(guān)系；各生物成分間通過(guò)食物網(wǎng)發(fā)生直接和間接的聯(lián)系，保持著生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性。生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)物和物質(zhì)循環(huán)正是沿著食物鏈和食物網(wǎng)進(jìn)行的。食物鏈和食物網(wǎng)還揭示了環(huán)境中有毒污染物轉(zhuǎn)移、積累的原理和規(guī)律。對(duì)于生態(tài)工程設(shè)計(jì)，促進(jìn)能量、物質(zhì)的多級(jí)利用有重要實(shí)際意義?！?－1生態(tài)系統(tǒng)的一般特征三、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)營(yíng)養(yǎng)級(jí)概念一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)(trophic

levels)是指處于食物鏈某一環(huán)節(jié)上所有生物種的總和。意義營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的關(guān)系已經(jīng)不是指一種生物和另一種生物之間的關(guān)系，而是指一類生物和處在不同營(yíng)養(yǎng)水平上另一類生物之間的關(guān)系。因此，這樣就可使生物之間復(fù)雜的營(yíng)養(yǎng)關(guān)系變得更加簡(jiǎn)明和便于進(jìn)行定量的能流分析和物質(zhì)循環(huán)研究。由于受到食物鏈環(huán)節(jié)數(shù)目(長(zhǎng)度)的限制，因此營(yíng)養(yǎng)級(jí)的數(shù)目也不可能很多(一般3～5個(gè))。并且營(yíng)養(yǎng)級(jí)位置越高，該營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物種類和數(shù)目就越少。1234§5－1生態(tài)系統(tǒng)的一般特征三、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)生態(tài)金字塔生態(tài)金字塔(ecologicalpyramids)是指各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的數(shù)量關(guān)系，這種數(shù)量關(guān)系可采用生物量、能量和數(shù)字單位，分別稱為生物量金字塔、能量金字塔和數(shù)量金字塔。a生物量錐體(gDW·m-2

)b能量錐體(kcal·m-2·a-1

)c數(shù)量錐體(個(gè)體·ha-1)4211215000012生物量是現(xiàn)存量無(wú)視了生物量因素200能量錐體排除了個(gè)體大小和代謝速率的影響，以熱力學(xué)定律為根底，較好地反映了生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)能量流動(dòng)的本質(zhì)關(guān)系。§5－1生態(tài)系統(tǒng)的一般特征三、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)生態(tài)效率生態(tài)效率(ecologicalefficiencies)

是指各種能流參數(shù)中任何一個(gè)參數(shù)在營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間或營(yíng)養(yǎng)級(jí)之內(nèi)的比值關(guān)系。營(yíng)養(yǎng)級(jí)之內(nèi)同化吸收或攝取凈生產(chǎn)量§5－1生態(tài)系統(tǒng)的一般特征三、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)生態(tài)效率營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間利用效率的大小可表示一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)對(duì)下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的相對(duì)壓力而林德曼效率似乎是一個(gè)常數(shù),即10%，這是一條重要的生態(tài)學(xué)規(guī)律?！?－1生態(tài)系統(tǒng)的一般特征三、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵鐘的概念和類型概念

物種在生態(tài)系統(tǒng)中所居的地位不同一些稀、特有、寵大的對(duì)其他物種具有不比比例影響的物種,它們?cè)诰S護(hù)生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定方面起著重要作用。如果它們的消失或削弱，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)就有可能發(fā)生根本性的變化，這樣的物種就稱為關(guān)鍵鐘

(keystone-species)。類型關(guān)健捕食者(keystonepredator)關(guān)鍵被捕食者(keystoneprey)關(guān)鍵植食動(dòng)物(keystoneherbivore)關(guān)鍵競(jìng)爭(zhēng)者(keystonecompetor)關(guān)鍵互惠共生種(keystonematualists)關(guān)鍵病原體/寄生物(keystonepathogen/parasite)關(guān)鍵改造者(keystonemodifier)RobertT.Paine(1969)概念←92部(1970-1989年)論文←8502.物種結(jié)構(gòu)關(guān)鍵種§5－1生態(tài)系統(tǒng)的一般特征三、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵種理論的奉獻(xiàn)對(duì)食物網(wǎng)理論的意義食物網(wǎng)中物種相互作用的強(qiáng)度不同，研究已證明：關(guān)鍵種是在許多系統(tǒng)中存在著強(qiáng)烈的相互作用的物種。在于概念的含義上只有極少數(shù)物種具有能影響群落結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈相互作用?；驌Q言之，確定了某個(gè)關(guān)鍵種也就意味著該物種是與眾不同的。以導(dǎo)致群落中50%物種喪失作為鑒定關(guān)鍵種關(guān)鍵種模式中心模式均勻模式2.物種結(jié)構(gòu)關(guān)鍵種關(guān)鍵種理論的奉獻(xiàn)在實(shí)踐中受到重視將關(guān)鍵種作為加強(qiáng)多樣性保護(hù)的特定對(duì)象和優(yōu)先保護(hù)種。在于作用方式上關(guān)鍵種發(fā)揮的作用不僅僅通過(guò)消費(fèi)者，還通過(guò)諸如競(jìng)爭(zhēng)、互惠共生、播種、傳粉等和種間相互作用和過(guò)程發(fā)揮作用。關(guān)鍵種與優(yōu)勢(shì)種不同區(qū)別在于它們的影響遠(yuǎn)大于其多度所顯示的，或換言之，關(guān)鍵種影響相對(duì)于多度而言是非常不成比例的?！?－1生態(tài)系統(tǒng)的一般特征三、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵種優(yōu)勢(shì)種2.物種結(jié)構(gòu)關(guān)鍵種冗余種的概念

在一些群落中，有些種是冗余的，對(duì)整個(gè)群落和生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能不會(huì)造成太大的影響，這些種就稱為冗余種。物種在生態(tài)系統(tǒng)中的作用鉚釘假說(shuō)認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)中每個(gè)物種都具有同樣重要功能。冗余假說(shuō)三、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)§5－1生態(tài)系統(tǒng)的一般特征相關(guān)概念功能群生態(tài)功能和對(duì)環(huán)境影響相同的一些物種生態(tài)等價(jià)種一群具有相同競(jìng)爭(zhēng)力和物種冗余的標(biāo)準(zhǔn)保持原原有特種成分保持原生態(tài)過(guò)程的穩(wěn)定保持原系統(tǒng)較高的抵抗力(多度)保持原有的蓋度→司機(jī)→乖客物種物種→鉚釘2.物種結(jié)構(gòu)冗余種分析顯示：只有一種或少數(shù)幾個(gè)物種是關(guān)鍵種大部分是“乖客”“乘客”中有一部分是冗余的環(huán)境惡化呼吁：不能無(wú)視那些冗余種的存在，面臨生態(tài)危機(jī)時(shí)，最好的保護(hù)途徑是保護(hù)所有物種的長(zhǎng)期共存§5－1生態(tài)系統(tǒng)的一般特征四、生態(tài)系統(tǒng)的反響調(diào)節(jié)自我調(diào)節(jié)自然生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)很重要的特點(diǎn)就是它常常趨向于達(dá)成一種穩(wěn)態(tài)或平衡態(tài)，使系統(tǒng)內(nèi)的所有成分彼此間相互協(xié)調(diào)。這種平衡狀態(tài)是靠一種自我調(diào)節(jié)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：同種生物種群密度的調(diào)控；異種生物種群間的數(shù)量調(diào)控(常依靠食物鏈關(guān)系)；生物與環(huán)境之間的相互適應(yīng)的調(diào)控(常依靠輸入和輸出的及時(shí)改變和補(bǔ)償?！?－1生態(tài)系統(tǒng)的一般特征四、生態(tài)系統(tǒng)的反響調(diào)節(jié)反響自然生態(tài)系統(tǒng)的另一個(gè)很重要的特點(diǎn)就是存在著反響現(xiàn)象。即當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)中某一成分發(fā)生變化的時(shí)候，它必然引起其它成分出現(xiàn)一系統(tǒng)的相應(yīng)變化，這種變化最終反過(guò)來(lái)影響最初發(fā)生變化的那種成分，這個(gè)過(guò)程稱為反響。負(fù)反響(negativefeedback)正反響(positivefeedback)狼↑狼↓兔↓兔↑植物↓植物↑狼餓死狼吃飽吃了較多兔子吃了較少兔子兔吃飽兔餓死吃了較少的草吃了大量的草它的作用是能夠使生態(tài)系統(tǒng)到達(dá)和保持平衡或穩(wěn)態(tài)，反響的結(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。是較常見(jiàn)一種。它的作用是能夠使生態(tài)系統(tǒng)中某一成分的變化所引起其他一系列變化，反過(guò)來(lái)不是抑制而是加速最初發(fā)生變化成分所發(fā)生的變化，因此正反響的結(jié)果常常使生態(tài)系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡態(tài)或穩(wěn)態(tài)。是比較少見(jiàn)的一種。污染↑

↑

魚(yú)死亡↑污染↑

魚(yú)死亡↑

↑↑魚(yú)死亡↑↑污染↑

↑

↑

人口貧困生態(tài)§5－1生態(tài)系統(tǒng)的一般特征五、生態(tài)系統(tǒng)的平衡生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)發(fā)育和調(diào)節(jié)到達(dá)一種穩(wěn)定的狀態(tài)，表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)上、功能上、能量輸入和輸出上的穩(wěn)定，當(dāng)受到外來(lái)干擾時(shí)，平衡將受到破壞，但只要這種干擾沒(méi)有超過(guò)一定限度，生態(tài)系統(tǒng)仍能通過(guò)自我調(diào)節(jié)恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)。生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性包括了兩個(gè)方面的含義:一方面是系統(tǒng)保持現(xiàn)行狀態(tài)的能力,即抗干擾的能力〔resistance〕;另一方面是系統(tǒng)受擾動(dòng)后回歸該狀態(tài)的傾向,即受擾后的恢復(fù)能力〔resilience〕?！?－1生態(tài)系統(tǒng)的一般特征六、生態(tài)系統(tǒng)的重要特性總結(jié)有10條重要的特性以生物為主體，具有整體性特征是復(fù)雜、有序的層級(jí)系統(tǒng)是開(kāi)放的、遠(yuǎn)離平衡態(tài)的熱力學(xué)系統(tǒng)具有明確的功能和功益效勞性能受環(huán)境深刻的影響環(huán)境的演變與生物進(jìn)化相聯(lián)系具有自維持、自調(diào)功能具有一定的負(fù)荷力(環(huán)境容量)具有動(dòng)態(tài)特征具有健康、可持續(xù)開(kāi)展的特性系統(tǒng)太陽(yáng)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§5－2生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力一、生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)二、生態(tài)系統(tǒng)的次級(jí)生產(chǎn)§5－2生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力一、生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)根本概念初級(jí)生產(chǎn)(量)生態(tài)系統(tǒng)中綠色植物通過(guò)光合作用，吸收和固定太陽(yáng)能，同時(shí)，將無(wú)機(jī)物合成、轉(zhuǎn)化成復(fù)雜的有機(jī)物。由于這種生產(chǎn)過(guò)程是生態(tài)系統(tǒng)能量貯存的根底階段，因此，綠色植物的這種生產(chǎn)過(guò)程稱為初級(jí)生產(chǎn)〔primaryproduction〕，或第一性生產(chǎn)。所固定或所制造的有機(jī)質(zhì)量或能量稱為初級(jí)生產(chǎn)量(g/m2·a)。可分為總初級(jí)生產(chǎn)量和凈初級(jí)生產(chǎn)量GP=NP+RNP=GP-R生物量是指在某一定時(shí)間內(nèi)單位面積上積存的有機(jī)質(zhì)的量(g/m2、J/m2)。具有速率的概念是累積的現(xiàn)存量§5－2生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力一、生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)地球上初級(jí)生產(chǎn)力的分布全球生產(chǎn)力Whittaker(1973)

1.62×109t/年

Rodin

2.0×109t年綜合研究和估計(jì)各類生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)力及其分布，對(duì)于了解地球的功能是十分重要的，因?yàn)樗翘己蜖I(yíng)養(yǎng)物動(dòng)態(tài)的中心問(wèn)題，與生物地球化學(xué)循環(huán)有密切關(guān)系，并且與當(dāng)前人類關(guān)心的全球氣候變化也有關(guān)系。見(jiàn)教材表4-1(P115)§5－2生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力地球上初級(jí)生產(chǎn)力的分布生產(chǎn)力分布特點(diǎn)陸地比水域的大陸地上有隨緯度增加而逐漸降低的趨勢(shì)海洋中由河口向大陸架和大洋區(qū)逐漸降低的趨勢(shì)全球可劃分為三個(gè)等級(jí)極低區(qū)2.09～4.09×106J(m2·年)中值區(qū)2.90×106～1.26×107J高值區(qū)1.19×107～1.05×108J見(jiàn)教材表4-1(P115)一、生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)§5－2生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力一、生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)地球上初級(jí)生產(chǎn)力的分布及其生產(chǎn)效率

生產(chǎn)效率大量研究說(shuō)明：自然條件下，很難超過(guò)3%；人工集約條件下6～8%的記錄富饒地區(qū)1～2%貧瘠地區(qū)0.1%全球平均0.2～0.5典型實(shí)例:4個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)效率比較(%)玉米田荒地Meadota湖CederBog湖(Transeau,1926)(Golley,1960)(Lindeman,1942)(Lindeman,1942)總初級(jí)生產(chǎn)力/總?cè)肷淠?.61.20.400.1呼吸消耗/總初級(jí)生產(chǎn)力23.415.122.321.0凈初級(jí)生產(chǎn)力/總初級(jí)生產(chǎn)量76.684.977.779.0二、生態(tài)系統(tǒng)的次級(jí)生產(chǎn)§5－2生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力根本概念消費(fèi)者利用初級(jí)生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行新陳代謝，經(jīng)過(guò)同化作用形成異養(yǎng)生物自身的物質(zhì)，稱為次級(jí)生產(chǎn)〔secondaryproduction〕，或第二性生產(chǎn)。次級(jí)生產(chǎn)過(guò)程食物資源未采食拒食未食糞便(Fu)呼吸(R)分解被采食可利用食用(C)同化(A)動(dòng)物產(chǎn)品產(chǎn)生能量(P)保持能量次級(jí)生產(chǎn)過(guò)程模型C=A+FuA=P+RC=P+Fu+RP=C-Fu-R886.410.3876.17.932.377.300.632.694.60同化效率=A/C=7.30/7.93=92%生長(zhǎng)效率=P/A=2.69/7.30=37%二、生態(tài)系統(tǒng)的次級(jí)生產(chǎn)§5－2生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力次級(jí)生產(chǎn)效率十分之一法那么說(shuō)明，每通過(guò)一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)，其效能是前一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的10%，即食物鏈越長(zhǎng)，消耗于營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量就越多。從這個(gè)意義上講，人如果直接以植物為食，那么就比以吃動(dòng)物為食時(shí)可多養(yǎng)活10倍人口。類群生產(chǎn)效率(Pn/An)食蟲(chóng)獸0.86鳥(niǎo)1.29小哺乳類1.51其它獸類3.14魚(yú)和社會(huì)性昆蟲(chóng)9.77無(wú)脊椎動(dòng)物25.0非社會(huì)昆蟲(chóng)40.7水生生態(tài)系統(tǒng)各類動(dòng)物和生產(chǎn)效率林德曼效率平均10%林德曼效率平均10%§5－3生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)一、能量流動(dòng)的根本規(guī)律二、能量流動(dòng)分析§5－3生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)一、能量流動(dòng)的根本規(guī)律遵循定律第一定律能量守恒定律，能量可由一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，能量既不能消滅，又不能憑空創(chuàng)造。第二定律熵律，任何形式的能〔除了熱〕轉(zhuǎn)化到另一種形式能的自發(fā)轉(zhuǎn)換中，不可能100％被利用，總有一些能量作為熱的形式被耗散出去，熵就增加了。生態(tài)系統(tǒng)中能流特點(diǎn)〔規(guī)律〕能流在生態(tài)系統(tǒng)中是變化著的；能流是單向流；能量在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)的過(guò)程，就是能量不斷遞減的過(guò)程；能量在流動(dòng)過(guò)程中，質(zhì)量逐漸提高?！?－3生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)二、能量流動(dòng)分析分析層次生態(tài)系統(tǒng)能流分析可以在個(gè)體、種群、群落、和生態(tài)系統(tǒng)層次上進(jìn)行。生態(tài)系統(tǒng)層次上的能流分析研究的原理依據(jù)物種的主要食性，將每個(gè)物種都?xì)w屬于一個(gè)特定的營(yíng)養(yǎng)級(jí)，然后精確地測(cè)定每一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的輸入值和輸出值。典型實(shí)例銀泉的能流分析(H.T.Odum,1957)營(yíng)養(yǎng)級(jí)GP和NPRNP/GPⅠ119.80.426Ⅱ18.90.440Ⅲ3.160.176Ⅳ0.130.286分解者46.00.091GP=208.1NP=88.3GP=33.7NP=14.8GP=3.8NP=0.67GP=0.21NP=0.06GP=50.6NP=4.8急劇減少§5－3生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)二、能量流動(dòng)分析生態(tài)系統(tǒng)層次上的能流分析典型實(shí)例CedarBog湖能流分析總初級(jí)生產(chǎn)量111.0植食動(dòng)物15.0肉食動(dòng)物3.0分解3.0分解0.5分解微量呼吸23.0呼吸4.5呼吸1.8未利用70.0太陽(yáng)能118872未利用7.0未利用1.2未吸收的能118761能量單位：cal·cm-2·

a–1

。呼吸29.3+未利用78.2+分解3.5＝總初級(jí)生產(chǎn)量111.0，能量守恒光能利用率:0.1%R值:21%被植食者吃掉:17%分解者:3.4%未利用:79.5%§5－3生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)二、能量流動(dòng)分析生態(tài)系統(tǒng)層次上的能流分析典型實(shí)例

森林生態(tài)系統(tǒng)能流分析森林固定能量相當(dāng)大局部是沿著碎屑食物鏈流動(dòng)(占凈初級(jí)生產(chǎn)量38%)砍伐移走(24%)捕食食物鏈很微少可見(jiàn)動(dòng)物的作用很少§5－3生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)二、能量流動(dòng)分析生態(tài)系統(tǒng)層次上的能流分析普適的生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)模型(Odum,1959)

以方框表示各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)及貯存庫(kù)，可清淅的表示出能量流動(dòng)過(guò)程，以便于進(jìn)行分析。§5－4生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)一、生物地化循環(huán)的概念二、水循環(huán)三、氣體型循環(huán)四、沉積型循環(huán)五、有毒物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化§5－4生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)一、生物地化循環(huán)的概念生物地化學(xué)循環(huán)

礦物元素在生態(tài)系統(tǒng)之間的輸入和輸出，它們?cè)诖髿馊?、水圈、巖圈之間以及生物間的流動(dòng)和交換稱生物地(球)化(學(xué))循環(huán)(cyclingofmaterial)(大、小)。生物地球化學(xué)循環(huán)的特點(diǎn)物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中的流動(dòng)是循環(huán)的；

生物地化循環(huán)可以用庫(kù)和流通率兩個(gè)概念來(lái)描述。庫(kù)是由存在于生態(tài)系統(tǒng)某些生物或非生物成分中一定數(shù)量的某種化學(xué)物質(zhì)所構(gòu)成的，可分為貯存庫(kù)和交換庫(kù)。物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)單位面積(或單位體積)和單位時(shí)間的移動(dòng)量稱流通率?！?－4生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)一、生物地化循環(huán)的概念生物地球化學(xué)循環(huán)的特點(diǎn)元素和難分解的化合物常發(fā)生生物積累、生物濃縮和生物放大現(xiàn)象。生物積累(bioaccumlation):指生態(tài)系統(tǒng)中生物不斷進(jìn)行新陳代謝的過(guò)程中，體內(nèi)來(lái)自環(huán)境的元素或難分解的化合物的濃縮系數(shù)不斷增加的現(xiàn)象。生物濃縮(bioconcentration):指生態(tài)系統(tǒng)中同一營(yíng)養(yǎng)級(jí)上許多生物種群或者生物個(gè)體，從周圍環(huán)境中蓄積某種元素或難分解的化合物，使生物體內(nèi)該物質(zhì)的濃度超過(guò)環(huán)境中的濃度的現(xiàn)象，又稱生物富集。生物放大(biomagnification):指生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈上，高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物以低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物為食，某種元素或難分解化合物在生物機(jī)體中濃度隨營(yíng)養(yǎng)級(jí)的提高而逐步增大的現(xiàn)象。生物放大的結(jié)果使食物鏈上高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物體中該類物質(zhì)的濃度顯著超過(guò)環(huán)境中的濃度。§5－4生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)二、水循環(huán)水循環(huán)的意義水是所有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的介質(zhì)水對(duì)物質(zhì)是很好的溶劑地質(zhì)變化的動(dòng)因之一水循環(huán)的途徑與特點(diǎn)人類活動(dòng)對(duì)水循環(huán)的影響空氣污染和降水改變地面，增加徑流過(guò)度利用地下水水的再分布風(fēng)97%陸地流通率降水(111000/蒸發(fā)(71000)海洋流通率蒸發(fā)(425000)/降水(385000)地表徑流(40000)§5－4生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)三、氣體型循環(huán)碳循環(huán)(carboncycle)

研究意義循環(huán)過(guò)程是生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的核心問(wèn)題人類活動(dòng)的影響與氣候變化因果關(guān)系是生物同化(光合)和異化(呼吸)作用大氣與海洋間的交換碳酸鹽的沉淀6.0源2.0匯1.7失匯現(xiàn)象§5－4生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)三、氣體型循環(huán)

氮循環(huán)(nitrogencycle)固氮作用氨化作用硝化作用反硝化作用§5－4生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)四、沉積型型循環(huán)磷循環(huán)〔phosphoruscycle〕沉積型循環(huán)沉積物中的磷（約為土壤和海洋中千倍以上）陸地海洋死有機(jī)物土壤中的無(wú)機(jī)磷活有機(jī)物死有機(jī)物深海的磷活有機(jī)物捕魚(yú)鳥(niǎo)糞懸浮在水中隨河水帶走攝取排泄死亡下,沉分解沉積溶解于水上升風(fēng)化開(kāi)采攝取排泄死亡上涌§5－4生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)四、沉積型型循環(huán)硫循環(huán)〔sulfur