生態(tài)系統(tǒng)概述ppt課件

1、第一章 生態(tài)系統(tǒng)概述,掌握生態(tài)系統(tǒng)的基本概念及其核心思想、生態(tài)系統(tǒng)的基本功能成分和生物生產(chǎn)、能量流動與物質(zhì)循環(huán)的基本過程。 了解維持生態(tài)穩(wěn)定的機制以及生物圈主要生態(tài)系統(tǒng)類型，同時初步認識生物圈的形成與進化,學 習 目 的,第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的組成結構與功能,生態(tài)系統(tǒng)是指在一定的空間內(nèi)生物的成分和非生物的成分通過物質(zhì)循環(huán)和能量流動互相作用、互相依存構成的一個具有自動調(diào)節(jié)機制的生態(tài)學功能單位。 生態(tài)系統(tǒng)具有自然整體性，在任何情況下，生物群落都不可能單獨存在，它總是和環(huán)境密切相關、相互作用，組成有序的整體。如一個湖泊、一片草地,一、什么叫生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem,生態(tài)系統(tǒng)概念的提出為生態(tài)學研究和發(fā)

2、展奠定了新的基礎，極大推動了生態(tài)學的發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)成為現(xiàn)代生態(tài)學研究的中心,生物大分子 基因 細胞 組織全球都是生命系統(tǒng) 器官 個體 生態(tài)系統(tǒng),二、生態(tài)系統(tǒng)的基本組成成分,1、非生物成分(abiotic component)：生命支持系統(tǒng) 2、生物成分（biotic component）：生態(tài)系統(tǒng)的主體 功能性組分功能群： 生產(chǎn)者(producers) 消費者(consumers) ：植食動物、肉食動物、雜食動物、寄生動物、異養(yǎng)微生物 分解者(decomposers) 流通者（circulator）：昆蟲傳粉 調(diào)控者（regulator）：頂極生物,三、生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結構和空間結構,一）生態(tài)系

3、統(tǒng)的營養(yǎng)結構：食物鏈和食物網(wǎng) 、食物鏈（food chain）：是指生物之間通過食與被食形成一環(huán)套一環(huán)的鏈狀營養(yǎng)關系。 食物鏈類型： 牧食食物鏈或稱植食食物鏈（grazing food chain） 碎屑食物鏈（detritus food chain） 寄生食物鏈,食物網(wǎng)（food web）：食物鏈彼此交錯連接，形成網(wǎng)狀營養(yǎng)結構，稱之為食物網(wǎng)。 生態(tài)系統(tǒng)中生物種類繁多，一種生物往往有多種食物對象，同一種生物也可被多種攝食，因此一種生物不可能固定在一條食物鏈上。食物網(wǎng)更能真實地反映生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各種生物有機體之間的營養(yǎng)位置和相互關系,圖,二）生態(tài)系統(tǒng)的空間結構 自然生態(tài)系統(tǒng)的自養(yǎng)和異養(yǎng)成分在空間上通

4、常是分層的,圖,四、生態(tài)系統(tǒng)能量流動和物質(zhì)循環(huán) 的基本過程 （一）生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)和能量流動 （energy transfer,生態(tài)系統(tǒng)的能源來自太陽，光合作用固定的能量轉(zhuǎn)化為化學潛能貯存在被結合的有機物分子鍵中,生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動與轉(zhuǎn)化服從熱力學定律 。 攝食是一種形式的化學能轉(zhuǎn)化為另一種形式化學能的過程。 植物光合作用形成的有機物質(zhì)和能量，一部分呼吸消耗，剩余提供給下一營養(yǎng)級。植食性動物利用一部分凈初級產(chǎn)量，利用的部分（攝食量）有一些不能被同化排出體外。被同化吸收的量又有相當一部分用于機體的生命活動，轉(zhuǎn)變成熱能而散失，還有一部分以代謝廢物（如尿液）的形式排出。其余的才是轉(zhuǎn)化為植食性動物

5、的繁殖與生長，也就是能夠提供給下一營養(yǎng)級利用的能量,二）生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)（cycle of matter,植物在光合作用過程中同時吸收各種養(yǎng)分，主要是無機物質(zhì)（如NO3、PO43等），轉(zhuǎn)變?yōu)樯矬w中各種有機物質(zhì)（如碳水化合物、蛋白質(zhì)、核酸等）。它們通過綠色植物吸收進入食物鏈，并在各營養(yǎng)級之間傳遞、轉(zhuǎn)化，當生物死亡后，機體內(nèi)各種有機物質(zhì)被微生物分解成為無機物釋回環(huán)境中，然后再一次被植物吸收利用，重新進入食物鏈，參加生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)再循環(huán)。 生物地化循環(huán)（biogeochemical cycle）：生態(tài)系統(tǒng)之間各種物質(zhì)或元素的輸入和輸出以及它們在大氣圈、水圈、土壤圈、巖石圈之間的交換,生態(tài)系統(tǒng)的物

6、質(zhì)循環(huán)和能量流動是緊密聯(lián)系、不可分割的，能量是通過物質(zhì)載體來流動的，但是，兩者又有根本區(qū)別。能量來源于太陽，在食物鏈中向著一個方向逐級流動，不斷消耗和散失；而營養(yǎng)物質(zhì)來源于地球并可被生物多次利用，在生態(tài)系統(tǒng)中不斷地循環(huán)，或從一個生態(tài)系統(tǒng)消失而又在另一個生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn),能量流動與物質(zhì)循環(huán)的關系,庫(pool)：研究生態(tài)系統(tǒng)中某一物質(zhì)在生物或非生物環(huán)境中貯存的數(shù)量。 貯存庫（reservoir pool）、 交換庫或循環(huán)庫(exchange or cycling pool) 流通率：物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中庫與庫之間流通的速率。 周轉(zhuǎn)率：某物質(zhì)的流通率與庫含量之比即為周轉(zhuǎn)率。 周轉(zhuǎn)時間：周轉(zhuǎn)率的倒數(shù),營養(yǎng)信

7、息： 在某種意義上說，食物鏈、食物網(wǎng)就代表著一種信息傳遞系統(tǒng) 化學信息：生物代謝產(chǎn)生的物質(zhì)，如酶、維生素、生長素、抗生素、性引誘劑均屬于傳遞信息的化學物質(zhì)。有的相互制約，有的互相促進，有的相互吸引，也有的相互排斥。 物理信息：聲、光、色等，吸引、排斥、警告、恐嚇等 行為信息：識別、威協(xié)、挑戰(zhàn)、炫耀等 信息傳遞與聯(lián)系的方式是多種多樣的，它的作用與能流、物流一樣，把生態(tài)系統(tǒng)各組分聯(lián)系成一個整體，并具有調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用,五、生態(tài)系統(tǒng)的信息聯(lián)系,1、反饋機制（feedback mechanism）：生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)通過反饋機制來實現(xiàn) 反饋 ：當生態(tài)系統(tǒng)中某一成分發(fā)生變化的時候，它必然會引起其他成分

8、出現(xiàn)一系列的相應變化，這些變化最終又反過來影響最初發(fā)生變化的那種成分，這個過程就叫反饋,六、生態(tài)系統(tǒng)的自校穩(wěn)態(tài)和生態(tài)平衡,反饋有正反饋（positive feedback）和負反饋（negative feedback）之分。 正、負反饋作用同時存在，在系統(tǒng)發(fā)展的不同階段作用強度不同，大發(fā)展階段系統(tǒng)調(diào)節(jié)以正反饋為主，系統(tǒng)生物量、體積、多樣性、復雜性迅速增加，大發(fā)展過后，隨即是一段減速增加階段，負反饋逐漸起作用，系統(tǒng)的各個參數(shù)趨向于在一個恒定水平附波動,2、 生態(tài)平衡 （ecological equilibrium） 生態(tài)平衡的概念是指一段時間內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)的結構、過程和功能相對穩(wěn)定的狀態(tài)。 在一般

9、情況下，如果生態(tài)系統(tǒng)能量和物質(zhì)的輸入大于輸出時，生物量增加，反之，生物量減少。 如果輸入和輸出在較長時間趨于相等，系統(tǒng)的結構與功能長期處于穩(wěn)定狀態(tài)（這時動、植物的種類和數(shù)量也保持相對穩(wěn)定，環(huán)境的生產(chǎn)潛力得以充分發(fā)揮，能流途徑暢通），在外來干擾下能通過自我調(diào)節(jié)恢復到原初的穩(wěn)定狀態(tài)，生態(tài)系統(tǒng)的這種狀態(tài)就叫做生態(tài)平衡,一個相對穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)是經(jīng)過不同演替階段而發(fā)展起來的。在發(fā)展的初期階段，其結構比較簡單，功能效率不高，因而比較不穩(wěn)定，對外界干擾的抵抗能力較差；而當生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展到成熟階段，結構就變得更加復雜起來，其功能效率也相應地提高了（生物圈2號,生態(tài)閾限：生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)功能是有限度的，只有在某一

10、限度內(nèi)可以自我調(diào)節(jié)自然界或人類施加的干擾。 生態(tài)平衡失調(diào)(生態(tài)失調(diào))的主要因素：1、自然因素 2、人類干擾 生態(tài)失調(diào)表現(xiàn)：群落中生物種類減少；種的多樣性降低；結構漸趨簡化。當外界壓力太大而持久的話，系統(tǒng)內(nèi)各種結構的變化更加厲害，甚至使某個基本成分從系統(tǒng)中消失，最后整個結構崩潰,l陸地生態(tài)系統(tǒng) 1.1 森林生態(tài)系統(tǒng) 熱帶森林生態(tài)系統(tǒng) 溫帶森林生態(tài)系統(tǒng) 1.2 草原生態(tài)系統(tǒng) 1.3 荒漠生態(tài)系統(tǒng),七、生態(tài)系統(tǒng)的主要類型,生物圈的生態(tài)系統(tǒng)包括陸地生態(tài)系統(tǒng)、水域生態(tài)系統(tǒng)以及人工生態(tài)系系統(tǒng),2水域生態(tài)系統(tǒng) 2.1 湖泊生態(tài)系統(tǒng) 2.2 河流生態(tài)系統(tǒng) 2.3 海洋生態(tài)系統(tǒng) 海岸帶生態(tài)系統(tǒng)（潮上帶、潮間帶、

11、河口） 島嶼生態(tài)系統(tǒng) 淺海生態(tài)系統(tǒng) 外海和大洋生態(tài)系統(tǒng),3人工生態(tài)系統(tǒng),3.1 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng) 3.2 城市生態(tài)系統(tǒng),上述類型還可以劃分為更小單位的生態(tài)系統(tǒng)，小的生態(tài)系統(tǒng)組成大的生態(tài)系統(tǒng)，簡單的生態(tài)系統(tǒng)組成復雜的生態(tài)系統(tǒng)。 地球上所有的生態(tài)系統(tǒng)合成生物圈,自然生態(tài)系統(tǒng)（natural ecosystem） 人工生態(tài)系統(tǒng)（artificial ecosystem,按人類對生態(tài)系統(tǒng)的影響來劃分,自然無補加的太陽供能系統(tǒng)（natural unsubsidized solar-powered ecosystem） 自然補加的太陽供能系統(tǒng)（natural subsidized solar-powered

12、ecosystem）：河口灣、潮間帶、湖泊 人類補加的太陽供能生態(tài)系統(tǒng)（human subsidized solar-powered ecosystem）：農(nóng)田、水產(chǎn)養(yǎng)殖等 燃料供能的城市工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)（fuel-powered urban-industrial ecosystem） 生態(tài)系統(tǒng)幾乎都屬于開放系統(tǒng)（opened system）。封閉系統(tǒng)（closed system） 與隔離系統(tǒng)（isolated system） 一般都是人為的,按能量來源和能流特征作為分類依據(jù),第二節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的形成、進化與Gaia假說,一、生命起源與生態(tài)系統(tǒng)的形成與進化 原始生命起源于一系列復雜的化學進化：原始地

13、球沒有水圈、土圈、大氣圈，只有巖石。 由于地球內(nèi)部放射性元素的裂變與衰變產(chǎn)生大量能量，促使大陸板塊發(fā)生移動，加之宇宙隕石的撞擊以及地球捕獲月球后引起的潮汐摩擦力等等影響，導致強烈的火山活動，地球內(nèi)部各種氣體大量噴發(fā)，形成原始大氣圈。主要氣體包括CO2、CH4、H2S、NH3、H2、N2和H2O（水蒸氣）等。水蒸氣凝結后降落地面，在低洼地帶形成海洋與湖泊，出現(xiàn)了水圈,在宇宙射線、太陽紫外線、雷電與高溫的作用下，水圈與大氣圈某些物質(zhì)發(fā)生強烈化學反應，形成簡單有機小分子，有機小分子匯集海洋，經(jīng)過漫長歲月的復雜化學變化，產(chǎn)生氨基酸、核苷酸等有機分子，并最終演化成原始生命海洋厭氧微生物。 地球上最早的生

14、命可能是在海水510米深處出現(xiàn)的原始厭氧微生物菌藻類，從化石判斷出現(xiàn)在38億年前,原始生命是通過發(fā)酵獲得呼吸所需的能量。有機食物的貧乏可能成為選擇性壓力，促使產(chǎn)生能進行光合作用的原核自養(yǎng)生物，以及真核自養(yǎng)生物。 28億年前，能進行光合作用的自養(yǎng)微生物出現(xiàn)，釋放氧氣，綠色植物的出現(xiàn)加速了大氣層氧氣的積累，為動物的誕生創(chuàng)造了條件。綠色植物的出現(xiàn)是地球發(fā)展史上的重要里程碑。使地球化學的面貌發(fā)生巨大的變化，原始大氣層的成分也逐漸發(fā)生本質(zhì)的變化,需氧呼吸出現(xiàn)后，因其效率高，為出現(xiàn)復雜的多細胞生物創(chuàng)造了必需條件。原始食物鏈也隨之出現(xiàn)。 距今4.2億年 ，大氣中氧含量上升到現(xiàn)在水平的10%以上，在雷電和太陽

15、紫外線的作用下，在距地表2025公里高空形成臭氧層。臭氧層吸收大量紫外線，為生物到達海面和登上陸地創(chuàng)造了條件，首先登陸的是裸蕨類植物。 植物的枯落物及殘體經(jīng)過分解與原始風化物相互作用，地球上有了最早的土壤，成為各種易于淋溶礦物養(yǎng)分的貯存庫。土壤的形成與增厚加速了生物的進化，達到今日的繁榮。 生物的進化不僅是諸物種協(xié)同進化的歷史，同時生物圈生態(tài)系統(tǒng)的形成與發(fā)展，也是生物與環(huán)境協(xié)同進化的歷史,關于生物與地球環(huán)境的問題，過去比較流行的觀念是：生物是被動地適應地球環(huán)境的理化條件的。 英國科學家Lovelock于20世紀60年代提出一個地球自我調(diào)節(jié)的理論Gaia假說：大氣中活性氣體的組成、地球表面的溫度

16、及地表沉積物的氧化還原電位和pH值等是受地球上所有生物總體（biota）的生長和代謝所主動調(diào)控的,二、Gaia假說 地球自我調(diào)節(jié)理論,1、地球上適于生物生存的最初條件并不存在，而是通過生命活動與環(huán)境相互作用而發(fā)展和創(chuàng)造出來的。 2、上述環(huán)境受到人為破壞或自然條件的各種干擾而發(fā)生相應變化時，地球上的生命總體就會通過改變其生長、活動和代謝來對這些變化做出相應的反應，緩和地球環(huán)境的這些變化,Gaia是一個由地球生物圈、大氣圈、海洋、土壤等各部分組成的反饋系統(tǒng)或控制系統(tǒng)，通過自我調(diào)節(jié)和控制而尋求達到一個適合于大多數(shù)生物生存的最佳物理化學環(huán)境條件。 生物的生命活動造就了地球表層的復雜性和多樣性，同時這種復雜性又決定了它的可自我調(diào)節(jié)、自我控制的功能,Jlovelock于1965年在探討火星是否有生命存在，對地球及其鄰近的火星、金星大氣氣體構成進行比較，發(fā)現(xiàn)有生命的地球同火星、金星的大氣氣體構成有明顯不同，火星和金星大氣中二氧化碳占絕對的主導優(yōu)勢，而氧氣、甲烷及氮氣的含量很低。