第1章 生態(tài)系統(tǒng)及其功能概論

1、1第一章第一章 生態(tài)系統(tǒng)及其功能概論生態(tài)系統(tǒng)及其功能概論2第一節(jié)第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的組成結構與功能生態(tài)系統(tǒng)的組成結構與功能 v生態(tài)系統(tǒng)是指在一定的空間內生物的成分和非生物的成分通生態(tài)系統(tǒng)是指在一定的空間內生物的成分和非生物的成分通過物質循環(huán)和能量流動互相作用、互相依存構成的一個具有過物質循環(huán)和能量流動互相作用、互相依存構成的一個具有自動調節(jié)機制的自動調節(jié)機制的生態(tài)學功能單位生態(tài)學功能單位。v生態(tài)系統(tǒng)具有自然整體性，生物群落都不可能單獨存在，總生態(tài)系統(tǒng)具有自然整體性，生物群落都不可能單獨存在，總是和環(huán)境密切相關、相互作用，組成有序的整體。是和環(huán)境密切相關、相互作用，組成有序的整體。一、生態(tài)系統(tǒng)一、

2、生態(tài)系統(tǒng)（ecosystemecosystem）3v生態(tài)系統(tǒng)概念的提出為生態(tài)學研究和發(fā)展奠定了新的理論生態(tài)系統(tǒng)概念的提出為生態(tài)學研究和發(fā)展奠定了新的理論基礎，極大推動了生態(tài)學的發(fā)展，基礎，極大推動了生態(tài)學的發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學成為現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學成為現(xiàn)代生態(tài)學研究的主流和中心代生態(tài)學研究的主流和中心。生物大分子生物大分子基因基因細胞細胞組織全球都是生命系統(tǒng)組織全球都是生命系統(tǒng)器官器官個體個體生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)4二、生態(tài)系統(tǒng)的基本組成成分二、生態(tài)系統(tǒng)的基本組成成分51.1.非生物成分非生物成分(abiotic component)(abiotic component)：生命支持系統(tǒng)生命支持系統(tǒng) 2

3、.2.生物成分（生物成分（biotic componentbiotic component）：生態(tài)系統(tǒng)的主體生態(tài)系統(tǒng)的主體 功能性組分功能性組分功能群：功能群：v 生產者生產者(producers)(producers)：綠色植物、自養(yǎng)生物、首要地位：綠色植物、自養(yǎng)生物、首要地位 v 消費者消費者(consumers) (consumers) ：異養(yǎng)生物：異養(yǎng)生物v 分解者分解者(decomposers)(decomposers)：思考：海洋生態(tài)系統(tǒng)的構成？思考：海洋生態(tài)系統(tǒng)的構成？67三、生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結構和空間結構三、生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結構和空間結構（一）生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結構（一）生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)

4、結構、食物鏈（、食物鏈（food chain） 生物之間通過食與被食形成一環(huán)套一環(huán)的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)關系鏈狀營養(yǎng)關系。食物鏈類型：食物鏈類型： 牧食食物鏈牧食食物鏈或植食食物鏈（或植食食物鏈（grazing food chain） 碎屑食物鏈碎屑食物鏈（detritus food chain） 寄生食物鏈寄生食物鏈（parasite food chain）思考：思考： 一條完整食物鏈的構成？一條完整食物鏈的構成？ 常見海洋牧食食物鏈的模式？常見海洋牧食食物鏈的模式？89、食物網（、食物網（food web）v食物鏈彼此交錯連接，形成食物鏈彼此交錯連接，形成網狀營養(yǎng)結

5、構網狀營養(yǎng)結構，稱為食物網。，稱為食物網。v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。食物網更能定在一條食物鏈上。食物網更能真實地反映生態(tài)系統(tǒng)內各真實地反映生態(tài)系統(tǒng)內各種生物有機體之間的營養(yǎng)位置和相互關系種生物有機體之間的營養(yǎng)位置和相互關系。101112133 3、營養(yǎng)層次（、營養(yǎng)層次（trophictrophic level level）v以每一個物種為基礎描述的生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結構非常繁以每一個物種為基礎描述的生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結

6、構非常繁雜，以雜，以簡化食物網簡化食物網結構代替復雜食物網分析才具有可結構代替復雜食物網分析才具有可操作性操作性v簡化食物網是將簡化食物網是將營養(yǎng)地位相同的不同物種（包括同一營養(yǎng)地位相同的不同物種（包括同一物種的某一相應的發(fā)育階段）歸并在一起物種的某一相應的發(fā)育階段）歸并在一起，稱為，稱為“營營養(yǎng)層次養(yǎng)層次”。（。（營養(yǎng)級營養(yǎng)級）14（二）生態(tài)系統(tǒng)的空間結構（二）生態(tài)系統(tǒng)的空間結構褐色帶褐色帶異氧代謝異氧代謝綠色帶綠色帶自氧代謝自氧代謝15四、生態(tài)系統(tǒng)能量流動和物質循環(huán)的基本過程四、生態(tài)系統(tǒng)能量流動和物質循環(huán)的基本過程（一）生態(tài)系統(tǒng)的能量流動（一）生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(energy transf

7、er) 6CO2+ 12H2O C6H12O6+ 6O2+ 6H2O 光能光能 葉綠素葉綠素 n生態(tài)系統(tǒng)的能源來自太陽。生態(tài)系統(tǒng)的能源來自太陽。n食物鏈把綠色植物（光合細菌）固定的太陽能經過攝食食物鏈把綠色植物（光合細菌）固定的太陽能經過攝食的有序環(huán)節(jié)，使一種形式的化學能轉化為另一種形式化的有序環(huán)節(jié)，使一種形式的化學能轉化為另一種形式化學能的過程。學能的過程。 n食物鏈本質上是生態(tài)系統(tǒng)的能流途徑。食物鏈本質上是生態(tài)系統(tǒng)的能流途徑。16n生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動與轉化服從熱力學定律生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動與轉化服從熱力學定律 。n植物光合作用形成的有機物質和能量植物光合作用形成的有機物質和能量PG，一部

8、分呼吸消耗，一部分呼吸消耗R，剩余是提供給下一營養(yǎng)級的凈初級產量剩余是提供給下一營養(yǎng)級的凈初級產量PN，利用的部分（攝食，利用的部分（攝食量）有一些不能被同化排出體外。被同化吸收的量量）有一些不能被同化排出體外。被同化吸收的量A又有相當又有相當一部分用于機體的生命活動，轉變成熱能而散失一部分用于機體的生命活動，轉變成熱能而散失R ，還有一部，還有一部分以代謝廢物的形式排出分以代謝廢物的形式排出Fu。其余的才是轉化為植食性動物的。其余的才是轉化為植食性動物的繁殖與生長，即次級產量繁殖與生長，即次級產量P，也即能提供給下一營養(yǎng)級利用的，也即能提供給下一營養(yǎng)級利用的能量。能量。 食物種群食物種群 動

9、物得到的動物得到的 動物未得到的動物未得到的 動物吃進的動物吃進的 動物未吃進的動物未吃進的 被同化的被同化的 未同化的未同化的 次級生產量次級生產量 呼吸代謝呼吸代謝 被被更更高高營養(yǎng)營養(yǎng)級取食級取食 未被取食未被取食 17能量通過營養(yǎng)級不斷消耗的過程。能量通過營養(yǎng)級不斷消耗的過程。18（二）生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)（二）生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)（cycle of matter）v生物地化循環(huán)（生物地化循環(huán)（biogeochemical cyclebiogeochemical cycle）：生態(tài)系生態(tài)系統(tǒng)之間各種物質或元素的輸入和輸出以及它們在大氣圈、水統(tǒng)之間各種物質或元素的輸入和輸出以及它們在大氣圈、

10、水圈、土壤圈、巖石圈之間的交換。圈、土壤圈、巖石圈之間的交換。1920v庫庫(pool)：研究生態(tài)系統(tǒng)中某一物質在生物或非生物環(huán)境研究生態(tài)系統(tǒng)中某一物質在生物或非生物環(huán)境中貯存的數量。中貯存的數量。v貯存庫（貯存庫（reservoir pool）、交換庫或循環(huán)庫）、交換庫或循環(huán)庫( (exchange or cycling pool) ) v流通率、周轉率、周轉時間流通率、周轉率、周轉時間周轉率周轉率 流通率流通率庫中營養(yǎng)物質量庫中營養(yǎng)物質量 周轉時間周轉時間 庫中營養(yǎng)物質量庫中營養(yǎng)物質量流通率流通率 21v水循環(huán)（水循環(huán)（water cyclewater cycle）：）：由太陽能所推動的由

11、大氣由太陽能所推動的由大氣、海洋和陸地形成的一個全球性水循環(huán)系統(tǒng)。、海洋和陸地形成的一個全球性水循環(huán)系統(tǒng)。v氣態(tài)循環(huán)（氣態(tài)循環(huán)（gaseous cyclegaseous cycle）：）：指循環(huán)物質的主要貯指循環(huán)物質的主要貯存庫是大氣，并在大氣中以氣態(tài)出現(xiàn)。屬氣態(tài)循環(huán)的物質存庫是大氣，并在大氣中以氣態(tài)出現(xiàn)。屬氣態(tài)循環(huán)的物質以氧、碳、氮為代表。以氧、碳、氮為代表。v沉積循環(huán)（沉積循環(huán)（sedimentary cyclesedimentary cycle）：）：指循環(huán)物質的主指循環(huán)物質的主要貯存庫是巖石圈和土壤圈，以磷、硅等為代表。要貯存庫是巖石圈和土壤圈，以磷、硅等為代表。2223碳循環(huán)241、

12、反饋機制（、反饋機制（feedback mechanism）v反饋反饋：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出現(xiàn)一系列的相應變化，這些變化最終又反引起其他成分出現(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。過來影響最初發(fā)生變化的那種成分，這個過程就叫反饋。v生物系統(tǒng)通過生物系統(tǒng)通過反饋機制反饋機制實現(xiàn)自我調控以維持相對的穩(wěn)態(tài)。實現(xiàn)自我調控以維持相對的穩(wěn)態(tài)。v生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性：生態(tài)系統(tǒng)所具有的保持或恢復自身結：生態(tài)系統(tǒng)所具有的保持或恢復自身結構和功能相對穩(wěn)定的能力。（自我調節(jié)）

13、構和功能相對穩(wěn)定的能力。（自我調節(jié)）五、生態(tài)系統(tǒng)的自校穩(wěn)態(tài)和生態(tài)平衡五、生態(tài)系統(tǒng)的自校穩(wěn)態(tài)和生態(tài)平衡 25v正反饋（正反饋（positive feedbackpositive feedback）和）和負反饋負反饋（negative feedbacknegative feedback）v正、負反饋作用在生態(tài)系統(tǒng)中同時存在，在系統(tǒng)發(fā)展的不正、負反饋作用在生態(tài)系統(tǒng)中同時存在，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)調節(jié)以正反饋為主，同階段作用強度不同，大發(fā)展階段系統(tǒng)調節(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

14、一段減速增加階段，負反饋逐漸起作用，系統(tǒng)后，隨即是一段減速增加階段，負反饋逐漸起作用，系統(tǒng)趨于恒定。趨于恒定。v負反饋負反饋是比較常見的一種反饋，能夠使生態(tài)系統(tǒng)達到和保是比較常見的一種反饋，能夠使生態(tài)系統(tǒng)達到和保持平衡或穩(wěn)態(tài)。持平衡或穩(wěn)態(tài)。26272 2、 生態(tài)平衡（生態(tài)平衡（ecological equilibriumecological equilibrium）v如果生態(tài)系統(tǒng)能量和物質的輸入和輸出在較長時間趨于如果生態(tài)系統(tǒng)能量和物質的輸入和輸出在較長時間趨于相等，相等，系統(tǒng)的結構與功能長期處于穩(wěn)定狀態(tài)系統(tǒng)的結構與功能長期處于穩(wěn)定狀態(tài)（這時動、（這時動、植物的種類和數量也保持相對穩(wěn)定，環(huán)境的

15、生產潛力得植物的種類和數量也保持相對穩(wěn)定，環(huán)境的生產潛力得以充分發(fā)揮，能流途徑暢通），在外來干擾下以充分發(fā)揮，能流途徑暢通），在外來干擾下能通過自能通過自我調節(jié)恢復到原初的穩(wěn)定狀態(tài)我調節(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，生態(tài)系統(tǒng)的這種狀態(tài)就叫做生態(tài)平衡。叫做生態(tài)平衡。28v生物圈生物圈2號號v1986年，年，美國富豪美國富豪Edward Bass為了拓展人類生存空間，為了拓展人類生存空間，出資出資在在美國亞美國亞利桑那州的沙漠利桑那州的沙漠區(qū)興建區(qū)興建Biosphere 2，占地，占地1.3萬平方米，花費了近萬平方米，花費了近2億美元和億美元和9年時間建造起來的，目的年時間建造起來的

16、，目的為了考察人類離升了地球為了考察人類離升了地球“生物圈生物圈1號號”是否能生存。是否能生存。 29v該系統(tǒng)引入了該系統(tǒng)引入了3800多種生物，包括雞、羊、豬、蜂鳥、多種生物，包括雞、羊、豬、蜂鳥、魚和各種有益的昆蟲及微生物，布置成森林、草地、河魚和各種有益的昆蟲及微生物，布置成森林、草地、河流和沼澤、農田和海洋生態(tài)系統(tǒng)，還有供研究和生活用流和沼澤、農田和海洋生態(tài)系統(tǒng)，還有供研究和生活用的樓房和人造風雨設施。的樓房和人造風雨設施。v1991年年9月月27日，來自美、英、德和比利時等國的日，來自美、英、德和比利時等國的4男男4女女進入進入“生物圈生物圈2號號”，計劃靠系統(tǒng)自給自足生活兩年。，計

17、劃靠系統(tǒng)自給自足生活兩年。v一年多以后，一年多以后，“生物圈生物圈2號號”的生態(tài)狀況急轉直下，氧氣的生態(tài)狀況急轉直下，氧氣含量從含量從21迅速下降到迅速下降到14，而，而CO2和和N2O的含量卻直線的含量卻直線上升，大氣和海水變酸，很多物種死去，而用來吸收上升，大氣和海水變酸，很多物種死去，而用來吸收CO2的牽牛花卻瘋長。大部分脊椎動物死亡，所有的傳的牽?；▍s瘋長。大部分脊椎動物死亡，所有的傳粉昆蟲的死亡造成靠花粉傳播繁殖的植物也全部死亡。粉昆蟲的死亡造成靠花粉傳播繁殖的植物也全部死亡。 30v第一次入住計劃共耗時第一次入住計劃共耗時21個月，以失敗告終。個月，以失敗告終。v1994年年3月，

18、月，5男男2女又進入了生物圈女又進入了生物圈2號，住了個半年后，號，住了個半年后，由于笑氣（由于笑氣（N2O）積累過多，在）積累過多，在1994年年9月月17日被迫離開，日被迫離開，實驗再度以失敗告終。實驗再度以失敗告終。v自然界不同于人工控制系統(tǒng)，地球上的生態(tài)系統(tǒng)內的生物自然界不同于人工控制系統(tǒng)，地球上的生態(tài)系統(tǒng)內的生物間關系很復雜，目前人類還未全面了解生物間的協(xié)調性。間關系很復雜，目前人類還未全面了解生物間的協(xié)調性。人類實在很難用科技與工程營造與復雜地球上的自然生態(tài)人類實在很難用科技與工程營造與復雜地球上的自然生態(tài)系統(tǒng)，而籍以保護人類的生活。系統(tǒng)，而籍以保護人類的生活。31v生態(tài)閾限：生態(tài)

19、閾限：生態(tài)系統(tǒng)自我調節(jié)功能是有限度的，只有在某生態(tài)系統(tǒng)自我調節(jié)功能是有限度的，只有在某一限度內可以自我調節(jié)自然界或人類施加的干擾。一限度內可以自我調節(jié)自然界或人類施加的干擾。v生態(tài)平衡失調生態(tài)平衡失調(生態(tài)失調生態(tài)失調)的主要因素：的主要因素：自然因素、人類干擾自然因素、人類干擾 v生態(tài)失調表現(xiàn)：生態(tài)失調表現(xiàn)：群落中生物種類減少，物種多樣性降低，群落中生物種類減少，物種多樣性降低，結構漸趨簡化，能流和物質循環(huán)障礙。當外界壓力太大而結構漸趨簡化，能流和物質循環(huán)障礙。當外界壓力太大而持久的話，生態(tài)系統(tǒng)崩潰。持久的話，生態(tài)系統(tǒng)崩潰。 32第二節(jié)第二節(jié) 生物圈的形成與進化生物圈的形成與進化v原始生命起

20、源于一系列復雜的化學進化。原始生命起源于一系列復雜的化學進化。v地球上的生物從無到有，從簡單到復雜，當今豐富多彩的地球上的生物從無到有，從簡單到復雜，當今豐富多彩的生物圈是經過非常漫長的地質年代發(fā)展起來的，并且是諸生物圈是經過非常漫長的地質年代發(fā)展起來的，并且是諸物種物種協(xié)同進化協(xié)同進化（coevolutioncoevolution）的歷史。）的歷史。v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。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。3334l l陸地生態(tài)系統(tǒng)陸地生態(tài)系統(tǒng) 1.1 1.1 森林生態(tài)系統(tǒng)森林生態(tài)系統(tǒng) 熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)熱帶森林生態(tài)系統(tǒng) 溫帶森林生態(tài)系統(tǒng)溫帶森林生態(tài)系統(tǒng) 1.2 1.2 草原生態(tài)系統(tǒng)草原生態(tài)系統(tǒng) 1.3 1.3 荒漠生態(tài)系統(tǒng)荒漠生態(tài)系統(tǒng) 生態(tài)系統(tǒng)的主要類型生態(tài)系統(tǒng)的主要類型 352 2水域生態(tài)系統(tǒng)水域生態(tài)系統(tǒng) 2.1 2.1 湖泊生態(tài)系統(tǒng)湖泊生態(tài)系統(tǒng) 2.2 2.2 河流生態(tài)系統(tǒng)河流生態(tài)系統(tǒng) 2.3 2.3 海洋生態(tài)系統(tǒng)海洋生態(tài)系統(tǒng) 海岸帶生態(tài)系統(tǒng)（潮上帶、潮間帶、河口）海岸帶生態(tài)系統(tǒng)（潮上帶、潮間帶、河口） 島嶼生態(tài)系統(tǒng)島嶼生態(tài)系統(tǒng) 淺海生態(tài)系統(tǒng)淺海生態(tài)系統(tǒng) 外海和大洋生態(tài)系統(tǒng)外海和大洋生態(tài)系統(tǒng) 36 3 3人