10生態(tài)系統(tǒng)的一般特征

第五部分：生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)1、生態(tài)系統(tǒng)的基本概念2、生態(tài)系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)3、食物鏈和食物網(wǎng)4、營(yíng)養(yǎng)級(jí)和生態(tài)金字塔5、生態(tài)效率6、生態(tài)系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)和生態(tài)平衡一、生態(tài)系統(tǒng)的一般特征1、生態(tài)系統(tǒng)的基本概念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(dòng)過程而形成的統(tǒng)一整體。

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(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞是生態(tài)系統(tǒng)的三大功能。營(yíng)養(yǎng)級(jí)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(dòng)中巨大損失，生態(tài)系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)級(jí)不會(huì)超過5-6個(gè)。動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。4

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2、生態(tài)系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)2.1非生物環(huán)境2.1.1無機(jī)質(zhì)包括處于物質(zhì)循環(huán)中的各種無機(jī)物，如氧、氮、二氧化碳，水和各種無機(jī)鹽等。2.1.2有機(jī)質(zhì)包括蛋白質(zhì)、糖類、脂類和腐殖質(zhì)等。2.1.3氣候因素如溫度、濕度、風(fēng)和雨雪等。2.2生物群落2.2.1生產(chǎn)者(producer)指能利用簡(jiǎn)單的無機(jī)物質(zhì)制造食物的自養(yǎng)生物，主要是各種綠色植物，也包括藍(lán)綠藻和一些能進(jìn)行光合作用的細(xì)菌。2.2.2消費(fèi)者(consumer)異養(yǎng)生物，主要指以其他生物為食的各種動(dòng)物，包括植食動(dòng)物、肉食動(dòng)物、雜食動(dòng)物和寄生動(dòng)物等。2.2.3分解者(decomposer)異養(yǎng)生物，它們分解動(dòng)植物的殘?bào)w、糞便和各種復(fù)雜的有機(jī)化合物，吸收某些分解產(chǎn)物，最終能將有機(jī)物分解為簡(jiǎn)單的無機(jī)物，而這些無機(jī)物參與物質(zhì)循環(huán)后可被自養(yǎng)生物重新利用。分解者主要是細(xì)菌和真菌，也包括某些原生動(dòng)物和蚯蚓、白蟻、禿鷲等大型腐食性動(dòng)物。7

一個(gè)簡(jiǎn)單的陸地生態(tài)系統(tǒng)模式圖3、食物鏈和食物網(wǎng)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。3.2食物鏈的類型3.2.1捕食食物鏈(grazingfoodchain)綠色植物為起點(diǎn)到食草動(dòng)物進(jìn)而到食肉動(dòng)物的食物鏈植物-食草動(dòng)物-食肉動(dòng)物草原上：青草-野兔-鷹3.2.2碎屑食物鏈(detritalfoodchain)動(dòng)、植物的遺體被食腐性生物(小型土壤動(dòng)物、真菌、細(xì)菌)取食，然后到他們的捕食者的食物鏈碎食物—碎食物消費(fèi)者—小肉食性動(dòng)物—大肉食性動(dòng)物3.2.3寄生食物鏈由宿主和寄生物構(gòu)成以大型動(dòng)物為食物鏈的起點(diǎn)，繼之以小型動(dòng)物、微型動(dòng)物、細(xì)菌和病毒后者與前者是寄生關(guān)系哺乳動(dòng)物或鳥類-跳蚤-原生動(dòng)物-細(xì)菌-病毒微型浮游植物(小鞭毛藻)小型浮游動(dòng)物(植食性原生動(dòng)物)(肉食性甲殼動(dòng)物)大型浮游動(dòng)物(毛顎類、磷蝦)燈籠魚、秋刀魚(食浮游動(dòng)物魚類)烏賊、鮭、金槍魚(食魚動(dòng)物)大型浮游植物大型浮游動(dòng)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微型浮游植物(小鞭毛藻)小型浮游動(dòng)物(植食性原生動(dòng)物)中型浮游動(dòng)物(肉食性甲殼動(dòng)物)大型浮游動(dòng)物(毛顎類、磷蝦)燈籠魚、秋刀魚(食浮游動(dòng)物魚類)烏賊、鮭、金槍魚(食魚動(dòng)物)大型浮游植物大型浮游動(dòng)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113

南極海洋浮游食物網(wǎng)14

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)系主線凍原生態(tài)系統(tǒng)食物鏈3.3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)。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(duì)平衡，并推動(dòng)著生物的進(jìn)化，成為自然界發(fā)展演變的動(dòng)力。食物網(wǎng)以營(yíng)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(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)。16

食物網(wǎng)17

北極島嶼簡(jiǎn)單的食物網(wǎng)18

FOODWEB4、營(yíng)養(yǎng)級(jí)與生態(tài)金字塔4.1營(yíng)養(yǎng)級(jí)(trophiclevel)：處于食物鏈某一環(huán)節(jié)上的所有生物種的總和。4.2生態(tài)系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)級(jí)數(shù)目各營(yíng)養(yǎng)級(jí)消費(fèi)者不可能100%利用前一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物量。各營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化率也不是100%，總有一部分排泄出去。各營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物要維持自身的活動(dòng)，消耗一部分熱量。能流在通過各營(yíng)養(yǎng)級(jí)時(shí)會(huì)急劇減少，食物鏈就不可能太長(zhǎng)。生態(tài)系統(tǒng)中的營(yíng)養(yǎng)級(jí)一般只有四、五級(jí)，很少超過六級(jí)。TERRESTRIALFOODCHAIN

Inafoodchain,energyispassedfromonetrophicleveltothenextBUTthetransferofenergyisNEVER100%efficient.Thatis,thereisalwayssomeenergylostperthe2ndLawofThermodynamics.Thislostenergyiscalledentropy.22

營(yíng)養(yǎng)級(jí)4.3生態(tài)金字塔(ecologicalpyramid)生態(tài)金字塔是指各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的數(shù)量關(guān)系，這種數(shù)量關(guān)系可采用生物量單位、能量單位和個(gè)體數(shù)量單位，采用這些單位所構(gòu)成的生態(tài)金字塔就分別稱為生物量金字塔、能量金字塔和數(shù)量金字塔。4.3.1能量金字塔（1）由各營(yíng)養(yǎng)級(jí)所固定的總能量值的多少來構(gòu)成的生態(tài)金字塔。（2）以相同的單位面積和單位時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)者和各級(jí)消費(fèi)者所積累的能量比率來構(gòu)造。（3）千卡/平方米·年。EnergyPyramid

Anenergypyramidforaprairieecosystem.Eachtrophiclevelfromproducertotertiaryconsumerhaslessenergystoredinit.Thewidthoftherectanglesrepresentsenergyfoundintheorganismsateachtrophiclevel.4.3.2生物量金字塔以相同單位面積上生產(chǎn)者和各級(jí)消費(fèi)者的生物量即生命物質(zhì)總量建立的金字塔。對(duì)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。28

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(dòng)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。4.3.3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(yíng)養(yǎng)級(jí)位有機(jī)體數(shù)目構(gòu)成塔身及塔頂。一般每一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)所包括的有機(jī)體數(shù)目，沿食物鏈向上遞減。數(shù)量金字塔有時(shí)植食動(dòng)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。5、生態(tài)效率5.1生態(tài)效率(ecologicalefficiency)是指各種能流參數(shù)中的任何一個(gè)參數(shù)在營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間或營(yíng)養(yǎng)級(jí)內(nèi)部的比值關(guān)系。

5.2能量參數(shù)（1）I(攝取或吸收)：表示一個(gè)生物(生產(chǎn)者，消費(fèi)者或腐食者)所攝取的能量；對(duì)植物來說，I代表被光合作用色素所吸收的日光能值。（2）A(同化)：表示在動(dòng)物消化道內(nèi)被吸收的能量(吃進(jìn)的食物不一定都能吸收)。對(duì)分解者來說是指細(xì)胞外產(chǎn)物的吸收；對(duì)植物來說是指在光合作用中所固定的日光能，即總初級(jí)生產(chǎn)量(GP)。（3）R(呼吸)：指在新陳代謝和各種活動(dòng)中所消耗的全部能量。（4）P(生產(chǎn)量)：代表呼吸消耗后所凈剩的能量值，它以有機(jī)物質(zhì)的形式累積在生態(tài)系統(tǒng)中。對(duì)植物來說，它是指凈初級(jí)生產(chǎn)量(NP)；對(duì)動(dòng)物來說，它是同化量扣除維持消耗后的生產(chǎn)量，即P=A-R。5.3同化效率(assimilationefficiency)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(dòng)物攝食的能量中被同化了的能量比例：

Ae=An/In

＝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/動(dòng)物攝食的能量肉食動(dòng)物的同化效率高于植食動(dòng)物.5.4生產(chǎn)效率(productionefficiency)形成新生物量的生產(chǎn)能量占同化能量的百分比：

Pe=Pn/An

營(yíng)養(yǎng)級(jí)越高，生長(zhǎng)效率越低。植物的生長(zhǎng)效率>動(dòng)物植物將光合能量大約40%呼吸，60%生長(zhǎng)；肉食動(dòng)物同化能量大約65%用于呼吸，35%用于生長(zhǎng)。哺乳動(dòng)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。5.5消費(fèi)效率(consumptionefficiency)n+1營(yíng)養(yǎng)級(jí)消費(fèi)（即攝食）的能量占n營(yíng)養(yǎng)級(jí)凈生產(chǎn)能量的比例：

Ce=In+1/Pn

5.6林德曼效率(Lindemansefficiency)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：Le=In+1/In

林德曼效率相當(dāng)于同化效率、生產(chǎn)效率與消費(fèi)用效率的乘積。林德曼定律（十分之一定律）：能量沿營(yíng)養(yǎng)級(jí)的移動(dòng)時(shí)，逐級(jí)變小，后一營(yíng)養(yǎng)級(jí)只能是前一營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的十分之一左右。6、生態(tài)系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)和生態(tài)平衡6.1反饋生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)普遍特性是存在著反饋現(xiàn)象。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)引起其他成分出現(xiàn)一系列的相應(yīng)變化，這些變化最終又反過來影響最初發(fā)生變化的那種成分，這個(gè)過程就叫反饋。6.2反饋的類型反饋有兩種類型，即負(fù)反饋(negativefeedback)和正反饋(positivefeedback)。6.2.1負(fù)反饋負(fù)反饋是比較常見的一種反饋，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^度啃食而減少，植物數(shù)量減少以后，反過來就會(huì)抑制動(dòng)物數(shù)量。40

負(fù)反饋6.2.2正反饋正反饋是比較少見的，它的作用與負(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他一系列變化，反過來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)。6.3生態(tài)平衡由于生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)機(jī)制，生態(tài)系統(tǒng)會(huì)保持自身的生態(tài)平衡。生態(tài)平衡是指生態(tài)系統(tǒng)通過發(fā)育和調(diào)節(jié)所達(dá)到的一種穩(wěn)定狀況，它包括結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定、功能上的穩(wěn)定和能量輸入輸出上的穩(wěn)定。生態(tài)平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡，因?yàn)槟芰苛鲃?dòng)和物質(zhì)循環(huán)總在不間斷地進(jìn)行，生物個(gè)體也在不斷地進(jìn)行更新。生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者在數(shù)量上保持平衡能夠增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力。當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡的最穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，它能夠自我調(diào)節(jié)和維持自己的正常功能，并能在很大程度上克服和消除外來的干