生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學

第五章生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學什么是系統(tǒng)？構成系統(tǒng)的條件：由假設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，產生跟各個組成成分不同的新功能，即整體功能。由相互聯(lián)系、相互作用的假設干要素結合而成的具有一定功能的整體。動物園的動物能否構成一個系統(tǒng)？12/29/20231第五章生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的一般特征第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動第三節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)12/29/20232第一節(jié)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)的組成成分三、生態(tài)系統(tǒng)的的營養(yǎng)結構四、生態(tài)效率五、生態(tài)系統(tǒng)的反響調節(jié)和生態(tài)平衡12/29/20233一、生態(tài)系統(tǒng)的根本概念1.生態(tài)系統(tǒng)〔ecosystem)：在一定的空間內，共同棲居著的所有生物〔即生物群落〕與其環(huán)境之間由于不斷進行物質循環(huán)和能量流動過程而形成的統(tǒng)一整體。一個生態(tài)學功能單位生物區(qū)高能量有機化合物物質區(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12/29/202342.生態(tài)系統(tǒng)的大小：在自然界只要在一定空間內存在生物和非生物兩種成分，并能互相作用到達某種功能上的穩(wěn)定性，這個整體就可以視為一個生態(tài)系統(tǒng)。因此在我們居住的這個地球上有許多大大小小的生態(tài)系統(tǒng)，大至生物圈(biosphere)或生態(tài)圈(ecosphere)，海洋，陸地，小至森林，草原、湖泊、小池塘和動物有機體內消化道中的微生物系統(tǒng)。

一、生態(tài)系統(tǒng)的根本概念12/29/20235一、生態(tài)系統(tǒng)的根本概念3.生態(tài)系統(tǒng)類型陸地生態(tài)系統(tǒng)：森林生態(tài)系統(tǒng)、農田生態(tài)系統(tǒng)、城市生態(tài)系統(tǒng)……。水域生態(tài)系統(tǒng)：河流生態(tài)系統(tǒng)、池塘生態(tài)系統(tǒng)、海洋生態(tài)系統(tǒng)……。12/29/2023612/29/20237一、生態(tài)系統(tǒng)的根本概念4.生態(tài)系統(tǒng)概念的產生英國學者坦斯利〔Tansley〕于1935年提出生態(tài)系統(tǒng)的概念，強調生物和環(huán)境的不可分割性。20世紀60年代以來，成為國際上生態(tài)學研究的焦點。開展背景：1空間技術、遙感技術、計算機、環(huán)境監(jiān)測儀器設備、放射性同位素等的開展，使人們可以精確地測定生態(tài)環(huán)境的變化。2隨著世界工農業(yè)的開展，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。12/29/202385.生態(tài)系統(tǒng)的特點:生態(tài)系統(tǒng)是生態(tài)學的一個主要結構和功能單位，屬于經典生態(tài)學研究的最高層次；生態(tài)系統(tǒng)具有自我調節(jié)能力；能量流動、物質循環(huán)和信息傳遞是生態(tài)系統(tǒng)的三大功能；生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)級的數(shù)目通常不超過5－6個；生態(tài)系統(tǒng)是一個動態(tài)系統(tǒng)。一、生態(tài)系統(tǒng)的根本概念12/29/20239二、生態(tài)系統(tǒng)的組成成分生態(tài)系統(tǒng)生物成分非生物成分生產者〔producers〕消費者(consumers)分解者(decomposers)氣候因素無機物質有機物質1.六大組成成分〔四大根本成分〕12/29/2023102.三大功能類群①生產者：指能利用簡單的無機物質制造食物的自養(yǎng)生物，主要是各種綠色植物，也包括藍綠藻和一些能進行光合作用的細菌。②消費者：異養(yǎng)生物，主要指以其他生物為食的各種動物，包括植食動物〔一級〕、肉食動物〔二～四級〕、雜食動物和寄生動物等。③分解者：異養(yǎng)生物，把復雜的有機物分解成簡單無機物，包括細菌、真菌、放線菌和動物〔如蚯蚓、白蟻、禿鷲等大型腐食性動物等。12/29/202311二、生態(tài)系統(tǒng)的組成成分3.初級生產：自養(yǎng)生物的生產過程。初級生產力次級生產：異養(yǎng)生物的再生產過程。次級生產力12/29/202312三、生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結構食物鏈和食物網營養(yǎng)級、生態(tài)金字塔生態(tài)效率12/29/202313一個食物鏈的例子“螳螂捕蟬，黃雀在后〞螳螂捕蟬，黃雀在后！哈！哈！植物汁液蟬(初級消費者)螳螂(二級消費者)黃雀(三級消費者)鷹(四級消費者)(頂極食肉動物)〔一〕、食物鏈和食物網12/29/202314〔一〕食物鏈和食物網(C.Elton,1927)1.食物鏈〔foodchain〕：各種生物按其取食和被食的關系而排列成的鏈狀順序稱為食物鏈。12/29/202315陸地與海洋食物鏈的例子4-5個環(huán)節(jié)12/29/2023162.食物鏈的長度一般說來，生態(tài)系統(tǒng)中的能量在沿著捕食食物鏈的傳遞過程中，每從一個環(huán)節(jié)到另一個環(huán)節(jié)，能量大約要損失90％，也就是能量轉化效率大約只有10%。越是處在食物鏈頂端的動物，數(shù)量越少、生物量越小，能量也越少，而頂位肉食動物數(shù)量最少，以致使得不可能再有別的動物以它們?yōu)槭常驗閺乃鼈兩砩纤@取的能量缺乏以彌補為搜捕它們所消耗的能量。一般說來，能量從太陽開始沿著捕食食物鏈傳遞幾次以后就所剩無幾了，所以食物鏈一般都很短，通常只由4～5個環(huán)節(jié)構成，很少有超過6個環(huán)節(jié)的?！惨弧呈澄镦満褪澄锞W12/29/2023173.食物鏈類型〔1〕捕食食物鏈(grazingfoodchain)綠色植物為起點到食草動物進而到食肉動物的食物鏈。如植物——植食性動物——肉食性動物。如草原上的青草－野兔－狐貍－狼；在湖泊中，藻類——甲殼類——小魚——大魚。12/29/202318〔2〕寄生食物鏈：以生物體體液或很小尺度的活體組織為食物傳遞的開始。由宿主和寄生物構成。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系。如哺乳動物或鳥類——跳蚤——原生動物——細菌——病毒。3.食物鏈類型12/29/202319〔3〕碎屑食物鏈(detritusfoodchain)以動、植物的遺體被食腐性生物〔小型土壤動物、真菌、細菌〕取食，然后到他們的捕食者的食物鏈。植物殘體——蚯蚓——線蟲類——節(jié)肢動物。3.食物鏈類型12/29/202320生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈是相互連結在一起的。一個環(huán)節(jié)改，食物鏈就改變。生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈總是在變化著。4.食物鏈的連結12/29/2023215.食物網(foodwebs)生物之間的捕食和被食的關系不是簡單的一條鏈，而是錯綜復雜的相互依賴的網狀結構，即食物網。食物鏈彼此交錯連結，形成一個網狀結構稱為食物網。食物網不僅維持著生態(tài)系統(tǒng)的相對平衡，并推動著生物的進化，成為自然界開展演變的動力?！惨弧呈澄镦満褪澄锞W12/29/2023226.食物鏈和食物網概念的意義食物鏈是生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結構的形象表達。通過食物鏈和食物網把生物與非生物、生產者與消費者、消費者與消費者連成一個整體，反映了生態(tài)系統(tǒng)中各生物有機體之間的營養(yǎng)位置和相互關系；各生物成分間通過食物網發(fā)生直接和間接的聯(lián)系，保持著生態(tài)系統(tǒng)結構和功能的穩(wěn)定性。生態(tài)系統(tǒng)中能量流動物和物質循環(huán)正是沿著食物鏈和食物網進行的。食物鏈和食物網還揭示了環(huán)境中有毒污染物轉移、積累的原理和規(guī)律。生物擴大作用：由于生物體對于某物不能代謝，它們就累積在個體的體內，通過食物鏈或食物網的傳遞導致在更高營養(yǎng)級上的有機體中的積累。12/29/202323〔二〕、營養(yǎng)級和生態(tài)金字塔1.營養(yǎng)級：處于食物鏈某一環(huán)節(jié)上的所有生物種的總和。12/29/202324太陽輻射能有機物質的合成過程，即生產者〔綠色植物〕吸收太陽能量形成初級生產量。熱能化學能熱能機械能活有機物質被各級消費者〔動物〕消費的過程。死有機物質〔動植物殘體和排泄物〕被腐生物分解的過程。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動能量流動的特點1、單向流動的，不可逆2、逐級遞減12/29/2023252.生態(tài)金字塔能量金字塔(energypyramid)數(shù)量金字塔(pyramidofnumbers)生物量金字塔(pyramidofbiomass)12/29/202326能量金字塔12/29/202327單位：公斤生物量金字塔1000100101浮游動物魚浮游植物12/29/202328p1'C2'C3'C4'Cp1'C2'C3'C4'Cp1'C2'Cp1'C2'C3'C3'C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12/29/2023292.生態(tài)金字塔各個營養(yǎng)級之間的數(shù)量關系能量金字塔是最穩(wěn)定的金字塔形。12/29/202330〔二〕營養(yǎng)級和生態(tài)金字塔營養(yǎng)級從低到高，反映了一般趨勢：物種數(shù)目： 多→少個體數(shù)量： 多→少生殖力： 高→低個體體積： 小→大〔一般〕覓食范圍： 小→大搜索能力： 弱→強行為復雜度： 低→高取食專一性： 弱→強壽命： 短→長12/29/202331〔三〕、生態(tài)效率生態(tài)效率：各種能流參數(shù)中任何一個參數(shù)在營養(yǎng)級之間或營養(yǎng)級內部的比值?！渤Ｒ园俜謹?shù)表示〕12/29/202332〔三〕、生態(tài)效率1.常用的幾個能量參數(shù)攝取量：I生物所攝取的能量同化量：A固定的能量呼吸量：R呼吸等的消耗生產量：P凈剩的同化能量12/29/202333〔三〕、生態(tài)效率同化效率：Ae=An/In生產效率：Pe=Pn/An消費效率：Ce=In+1/Pn林德曼效率：Le=In+1/In或An+1/An12/29/202334根據(jù)林德曼測定結果，這個比值大約是1/10，稱為是林德曼1/10法那么。12/29/202335四、生態(tài)系統(tǒng)的反響調節(jié)和生態(tài)平衡系統(tǒng)太陽其它能源能量、物質遷出的生物物質和生物環(huán)境環(huán)境輸出輸入一個開放的生態(tài)系統(tǒng)模型12/29/202336四、生態(tài)系統(tǒng)的反響調節(jié)和生態(tài)平衡反響：系統(tǒng)的輸出變成了決定未來功能的輸入。負反響:使生態(tài)系統(tǒng)到達或保持平衡或穩(wěn)態(tài)，結果是抑制和減弱最初發(fā)生變化的那種成分的變化。正反響:系統(tǒng)中某一成分的變化所引起的其他一系列變化，反過來加速最初發(fā)生變化的成分所發(fā)生的變化。使生態(tài)系統(tǒng)遠離平衡狀態(tài)或穩(wěn)態(tài)。12/29/202337生態(tài)系統(tǒng)中的反響〔正反響〔左〕和負反響〔右〕〕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污染↑

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魚死亡↑污染↑

魚死亡↑

↑↑魚死亡↑↑污染↑

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12/29/202338反響調節(jié)：當生態(tài)系統(tǒng)某一成分發(fā)生變化，它必然引起其他成分出現(xiàn)一系列相應變化，這些變化又反過來影響最初發(fā)生變化的那種成分。12/29/202339四、生態(tài)系統(tǒng)的反響調節(jié)和生態(tài)平衡自然界生態(tài)系統(tǒng)總是趨向于保持一定的內部平衡關系，使系統(tǒng)內各成分間完全處于相互協(xié)調的穩(wěn)定狀態(tài)。生態(tài)系統(tǒng)內的負反響機制是到達和維持平衡或穩(wěn)定的重要途徑。生態(tài)平衡：指生態(tài)系統(tǒng)通過發(fā)育和調節(jié)所到達的一種穩(wěn)定狀況，它包括結構上的穩(wěn)定、功能上的穩(wěn)定和能量輸入、輸出上的穩(wěn)定，是一種動態(tài)平衡。12/29/202340生態(tài)閾值：生態(tài)系統(tǒng)受外界干擾后，自動調節(jié)的極限。12/29/202341生態(tài)危機：由于人類盲目活動而導致局部地區(qū)甚至整個生物圈結構和功能的失衡，從而威脅人類的生存。12/29/202342生態(tài)系統(tǒng)是生態(tài)學的一個主要結構和功能單位，屬于經典生態(tài)學研究的最高層次；生態(tài)系統(tǒng)具有自我調節(jié)能力；能量流動、物質循環(huán)和信息傳遞是生態(tài)系統(tǒng)的三大功能；生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)級的數(shù)目通常不超過5－6個；生態(tài)系統(tǒng)是一個動態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)的特點12/29/202343生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)12/29/202344物質循環(huán)的概念組成生物體的C、H、O、N、P、S等元素，都不斷進行著從無機環(huán)境到生物群落，又從生物群落到無機環(huán)境的循環(huán)過程，叫做生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)。12/29/202345物質循環(huán)的特點特點：〔1〕根本元素的循環(huán)〔2〕反復循環(huán)運動〔3〕帶有全球性〔故又叫生物地球化學循環(huán)，簡稱生物地化循環(huán)〕12/29/202346碳的循環(huán)12/29/202347碳的循環(huán)12/29/202348碳循環(huán)的形式：CO2碳在無機環(huán)境中的存在形式：CO2和碳酸鹽碳在生物體內的存在形式：含碳有機物碳進入生物體的途徑：綠色植物的光合作用碳在生物體之間傳遞途徑：食物鏈碳進入大氣的途徑：①生物的呼吸作用②分解者的分解作用③化石燃料的燃燒碳循環(huán)的特點溫室效應12/29/202350例題以下圖是自然界碳循環(huán)的簡圖，圖中的甲、乙、丙各代表生態(tài)系統(tǒng)中的什么成分？甲大氣CO2乙丙12/29/202351水的循環(huán)水是組成生物體的重要成分，約占體重的60％～95％，體內進行一切生化反響都離不開水。地球上水通過蒸發(fā)、降雨、植物的蒸騰、吸收等過程反復循環(huán)12/29/202352氮的循環(huán)工業(yè)固氮高能固氮生物固氮氮循環(huán)氮循環(huán)中的幾個主要過程

●固氮作用

●有機氮合成作用

●氨化作用

●硝化作用

●反硝化作用12/29/202353能量流動和物質循環(huán)的相互關系能量流動物質循環(huán)形式主要以有機物形式組成生物體的基本元素在生物群落與無機環(huán)境間反復循環(huán)特點單向流動逐級遞減反復循環(huán)維持生態(tài)平衡范圍生態(tài)系統(tǒng)的各營養(yǎng)級具全球生物圈聯(lián)系能量流動和物質循環(huán)二者相互伴隨，相輔相承，是不可分割的統(tǒng)一整體。12/29/202354本節(jié)重點生態(tài)系統(tǒng)有哪些主要組成成分，它們是如何構成生態(tài)系統(tǒng)的？2.食物鏈、食物網、營養(yǎng)級、生態(tài)金字塔、林德曼效率3.食物鏈的類型?4.生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)級只有5-6級？5.什么是負反響調節(jié)？它對維護生態(tài)平衡有什么指導意義。12/29/2023551870年，在美國開巴高原467Km2的土地范圍內，生活著4000頭鹿，同時也有少量的美洲獅和狼在此活動，人們?yōu)榱朔敝掣嗟穆?，便開始捕殺獅和狼。到1924年，這兩種肉食動物幾乎絕跡，鹿群迅速繁殖到10萬頭，可是經過兩個冬天，鹿群減少到6萬頭，到1939年，只剩下1萬頭?！?〕寫出開巴高原上的食物鏈；〔2〕開始捕殺獅和狼時，為什么鹿群會增加？〔3〕在沒了獅和狼的情況下，鹿群為什么還會減少呢？〔4〕試論述該食物鏈上獅和狼的作用。閱讀以下材料，分析：課后作業(yè)12/29/202356一、凍原(tundra)位于南極和北極極地區(qū)凍原，還有高山凍原。風力強勁,雨量少，地表有永凍層，植物以低矮的苔蘚為主,尚有局部低矮的草本植物，夏季極短,植物生長季短。凍原一般都被認為是「瘠地」(barrengrounds)。但是總生產量也是相當?shù)呢S富。提供了于凍原地帶生活的動物所需的食物。這些生活于凍原的動物有：馴鹿、北極熊、狼、旅鼠等。12/29/202357圖.(A)阿拉斯加的PointBarrow，北極研究室，八月份。有禾草和苔蘚。12/29/202358圖.凍原的空中鳥瞰圖。其中有馴鹿群，以及無數(shù)的小池塘。12/29/202359二、北方針葉林BorealForest12/29/2023601.分布分布在北半球高緯度地區(qū)。ThecountriesitincludesareSiberia(makingupmostofthisbiome),Scandinavia,Alaska,andCanada.12/29/202361

2.氣候特點：處于寒溫帶，年均溫0度以下。冬季寒冷，夏季溫暖而短暫，土壤有永凍層。年降水400-500毫米，集中在夏季。土壤為棕色針葉林土。

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3.森林特點種類貧乏，喬木以松、云杉、冷杉、鐵杉、落葉松等樹種占優(yōu)勢，多為單優(yōu)種，樹高20米上下。灌木層稀疏，草本組成的地被層很興旺，并常具各種蕨類?？葜β淙~很厚，分解緩慢，形成氈狀層，樹木根系較淺。

12/29/2023634.動物駝鹿、馬鹿、馴鹿、黑貂、猞猁、雪兔、松鼠、松雞、飛龍等及大量的土壤動物和昆蟲。12/29/202364三、熱帶雨林Tropicalforest

熱帶雨林：指熱帶高溫高濕地區(qū)那種茂密高聳而常綠的森林類型。1.位置：赤道及其兩側的濕潤區(qū)域。LocationofTropicalRainforestAmazonBasinCongoBasinSouth-eastAsiaBetween10oNand10oS12/29/2023652.氣候特點：〔1〕終年高溫多雨。年平均氣溫26度以上。年降雨2500-4500毫米，全年均勻分布，無明顯旱季。這里無明顯的季節(jié)變化。12/29/202366TemperatureChart12/29/202367RainfallChart12/29/202368〔2〕熱帶雨林中土壤和巖石的風化作用強烈，其風化殼可達100米。土壤養(yǎng)分極為貧瘠，而且為酸性?！?〕雨林所需要的營養(yǎng)成分，幾乎全儲存在植物中，每年一局部植物死去，在高溫高濕條件下，有機物分解很快，能迅速直接被的樹根和真菌所吸收，形成一個幾乎封閉的循環(huán)系統(tǒng)。12/29/202369〔1〕種類組成極為豐富：高等植物在45000種以上，而且絕大局部為木本；喬木異常高大，常達46-55米，最高達92米；富有藤本植物和附生植物。3.熱帶雨林植被特點：12/29/202370Tall