海洋環(huán)境生態(tài)學(xué)課件-第4章-生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)(1-2)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、基本功能(專業(yè)知識模板)

1、2021/8/61第四章 生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)介紹的是關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識和概念。掌握這些知識，有利于我們?nèi)?、綜合地認(rèn)識包括人類本身在內(nèi)的生物、環(huán)境以及它們的相互關(guān)系。 生態(tài)系統(tǒng)是生態(tài)工程的理論指導(dǎo)和技術(shù)基礎(chǔ)。對于當(dāng)前的恢復(fù)生態(tài)學(xué)、生態(tài)系統(tǒng)管理等應(yīng)用領(lǐng)域而言，仍是其基礎(chǔ)核心。 2021/8/62第四章 生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)第二節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的基本功能第三節(jié) 海洋生態(tài)系統(tǒng)的主要類型2021/8/63第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一、生態(tài)系統(tǒng)的組成要素及功能二、生態(tài)系統(tǒng)的物種結(jié)構(gòu)三、生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)四、生態(tài)系統(tǒng)的空間和時間結(jié)構(gòu)2021/8/64一、生態(tài)系統(tǒng)的組成要素及功能 生態(tài)

2、系統(tǒng)就是在一定空間中共同棲居著的所有生物（即生物群落）與其環(huán)境之間由于不斷地進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)和能量流動而形成的統(tǒng)一整體。 生態(tài)系統(tǒng)這個概念主要在于強調(diào)生物與環(huán)境的整體整體性性，它在生態(tài)學(xué)思想中的主要功能在于強調(diào)相互關(guān)系、相互依存和因果聯(lián)系。 2021/8/65一、生態(tài)系統(tǒng)的組成要素及功能2021/8/66一、生態(tài)系統(tǒng)的組成要素及功能1、生產(chǎn)者：、生產(chǎn)者： 浮游植物、大型海藻、光合細(xì)浮游植物、大型海藻、光合細(xì) 菌、菌、化能細(xì)菌等化能細(xì)菌等2. 消費者消費者3. 分解者：分解者： 微生物（細(xì)菌、真菌等）、原生動物、微生物（細(xì)菌、真菌等）、原生動物、小型無脊椎動物小型無脊椎動物海海洋洋生生態(tài)態(tài)系系統(tǒng)統(tǒng)C

3、O2、H2O、DO等等無機營養(yǎng)鹽（礦物質(zhì)原料）無機營養(yǎng)鹽（礦物質(zhì)原料）碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、腐殖質(zhì)等碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、腐殖質(zhì)等（連接生物和非生物部分的有機物）（連接生物和非生物部分的有機物）生物部分生物部分能源：能源：太陽能、其他能源太陽能、其他能源理化條件：理化條件：光照、水溫、鹽度、海流等光照、水溫、鹽度、海流等基質(zhì)和介質(zhì)：基質(zhì)和介質(zhì)： 海水、底泥、巖石、沙等海水、底泥、巖石、沙等非生物部分非生物部分（非生物環(huán)境）（非生物環(huán)境）食草動物：浮游動物、草食性魚類等食草動物：浮游動物、草食性魚類等食肉動物：肉食性魚類、海洋哺乳類等食肉動物：肉食性魚類、海洋哺乳類等雜食動物：雜食性魚類

4、、螺類、貝類等雜食動物：雜食性魚類、螺類、貝類等物質(zhì)代謝物質(zhì)代謝原料原料1、生產(chǎn)者：、生產(chǎn)者： 浮游植物、大型海藻、光合細(xì)浮游植物、大型海藻、光合細(xì) 菌、菌、化能細(xì)菌等化能細(xì)菌等2. 消費者消費者3. 分解者：分解者： 微生物（細(xì)菌、真菌等）、原生動物、微生物（細(xì)菌、真菌等）、原生動物、小型無脊椎動物小型無脊椎動物海海洋洋生生態(tài)態(tài)系系統(tǒng)統(tǒng)CO2、H2O、DO等等無機營養(yǎng)鹽（礦物質(zhì)原料）無機營養(yǎng)鹽（礦物質(zhì)原料）碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、腐殖質(zhì)等碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、腐殖質(zhì)等（連接生物和非生物部分的有機物）（連接生物和非生物部分的有機物）生物部分生物部分能源：能源：太陽能、其他能源太陽能、其他

5、能源理化條件：理化條件：光照、水溫、鹽度、海流等光照、水溫、鹽度、海流等基質(zhì)和介質(zhì)：基質(zhì)和介質(zhì)： 海水、底泥、巖石、沙等海水、底泥、巖石、沙等非生物部分非生物部分（非生物環(huán)境）（非生物環(huán)境）食草動物：浮游動物、草食性魚類等食草動物：浮游動物、草食性魚類等食肉動物：肉食性魚類、海洋哺乳類等食肉動物：肉食性魚類、海洋哺乳類等雜食動物：雜食性魚類、螺類、貝類等雜食動物：雜食性魚類、螺類、貝類等物質(zhì)代謝物質(zhì)代謝原料原料2021/8/67二、生態(tài)系統(tǒng)的物種結(jié)構(gòu)1. 物種結(jié)構(gòu)2. 物種在生態(tài)系統(tǒng)中的作用2021/8/681. 物種結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)中，除了在生物群落中介紹的優(yōu)勢種、建群種、伴生種及偶見種外，關(guān)鍵

6、種和冗余種關(guān)鍵種和冗余種也對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定具有重要的意義。2021/8/691. 物種結(jié)構(gòu)（1 1）關(guān)鍵種）關(guān)鍵種不同的物種在生態(tài)系統(tǒng)中所處的地位不同，一些珍稀、特有、龐大的對其他物種具有不成比例影響的物種，在維護(hù)生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定方面起著重要作用。如果它們消失或削弱，整個生態(tài)系統(tǒng)就可能要發(fā)生根本性的變化，這樣的物種稱為關(guān)鍵種?！九e例】加利福尼亞淺海生態(tài)系統(tǒng)：如果海獺消失，將會永遠(yuǎn)改變加利福尼亞淺海生態(tài)系統(tǒng)。這是因為海獺主要以一種多刺、硬殼的海膽為食物，海膽以茂密的海草為食物。如果海獺不能控制海膽的數(shù)量，海膽將會過量啃吃海草，造成一片貧瘠的海底世界。2021/8/6101. 物

7、種結(jié)構(gòu)（2 2）冗余種）冗余種在一些生物群落中有些種是冗余的，這些種的去除不會引起生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)其他物種的丟失，同時對整個群落和生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能不會造成太大的影響。Gitary等（1996）指出，在生態(tài)系統(tǒng)中，有許多物種成群地結(jié)合在一起，扮演著相同的角色，這些物種必然有幾個是冗余種。2021/8/6112. 物種在生態(tài)系統(tǒng)中的作用（1 1）鉚釘假說）鉚釘假說Ehrlich等（1981）提出了鉚釘假說（river-popper hypothesis）。該假說認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)中每個物種具有同樣重要的功能，一個鉚釘或一個關(guān)鍵種的丟失或滅絕都會導(dǎo)致嚴(yán)重事故或系統(tǒng)的變故。（2 2）冗余假說）冗余假說Walk

8、er（1992）首次提出了冗余假說（redundancy hypothesis）。Walker（1992，1995）指出，生態(tài)系統(tǒng)中物種作用有顯著地不同，某些物種在生態(tài)功能上有相當(dāng)程度的重疊。從物種的角度看，一個生態(tài)系統(tǒng)中物種的作用是不同的。冗余是生態(tài)系統(tǒng)功能喪失的一種保險。2021/8/612三、生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)1. 食物鏈2. 食物網(wǎng)3. 營養(yǎng)級和生態(tài)金字塔2021/8/6131. 食物鏈?zhǔn)澄镦湥╢ood chain）：指生物之間通過捕食與被食形成一環(huán)套一環(huán)的鏈狀營養(yǎng)關(guān)系。捕食食物鏈和碎屑食物鏈?zhǔn)亲钪饕膬纱箢愋汀?021/8/6142. 食物網(wǎng)p 生態(tài)系統(tǒng)中許多食物鏈縱橫交錯，形成網(wǎng)狀

9、營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。p 食物網(wǎng)更真實地反映生態(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(guān)系。p 食物網(wǎng)越復(fù)雜，生態(tài)系統(tǒng)抵抗外力干擾的能力就越強，食物網(wǎng)越簡單，生態(tài)系統(tǒng)就越容易發(fā)生波動和毀滅。須鯨齒鯨鵜鶘企鵝鯊魚海牛海豹海龜魚磷蝦水母箭蟲橈足類浮游植物海藻鰻草魚類、軟體動物等的幼體須鯨齒鯨鵜鶘企鵝鯊魚海牛海豹海龜魚磷蝦水母箭蟲橈足類浮游植物海藻鰻草魚類、軟體動物等的幼體2021/8/6152. 食物網(wǎng)（1 1）食物網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點）食物網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點簡化食物網(wǎng)：將一些具有相似功能地位（生態(tài)位）的等值種（equivalent species）歸為一類，稱為功能群（functional group），或同資源種團(tuán)（

10、guild），即將同樣食性且具有同樣捕食者的不同物種歸并為一個營養(yǎng)物種（trophic species），以營養(yǎng)物種來描繪食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)。2021/8/6162. 食物網(wǎng)【 舉 例 】 S t e e l e（1974）分析北海食物網(wǎng)，包括四個營養(yǎng)層次，其中的種類僅歸劃到大類（如上層魚類、底層魚類、大魚等），并且劃出兩個營養(yǎng)通道。2021/8/6172. 食物網(wǎng)人人 類類 捕捕 撈撈頭足類頭足類（如日本槍烏賊）（如日本槍烏賊）大型大型中上層魚類中上層魚類（如藍(lán)點馬鮫）（如藍(lán)點馬鮫）小型小型中上層魚類中上層魚類（如（如鳀鳀魚、黃鯽魚、黃鯽）底層魚類底層魚類（如小黃魚、鲆鰈類（如小黃魚、鲆鰈類）梭魚梭

11、魚底棲生物底棲生物浮游動物浮游動物浮游植物浮游植物長尾類長尾類（如褐蝦）（如褐蝦）4321頂級頂級營養(yǎng)層次營養(yǎng)層次黃海簡化食物網(wǎng)和營養(yǎng)結(jié)構(gòu)（根據(jù)19851986年主要資源種群生物量繪制，Tang，1993）2021/8/6182. 食物網(wǎng)根據(jù)物種在食物網(wǎng)中所處的位置可以分為三種基本類型：頂位種中位種基位種2021/8/6192. 食物網(wǎng)（2 2）食物網(wǎng)的控制機理）食物網(wǎng)的控制機理“自上而下自上而下”（top-down）指較低營養(yǎng)階層的種群結(jié)構(gòu)（數(shù)量、生物量、物種多樣性等）依賴于較高營養(yǎng)階層物種（捕食者控制）的影響，稱為下行效應(yīng)（top-down effect）?！白韵露献韵露稀保╞otto

12、m-top）指較低營養(yǎng)階層的密度、生物量等（由資源限制）決定較高營養(yǎng)階層的種群結(jié)構(gòu)，稱為上行效應(yīng)（bottom-up effect）。2021/8/6203. 營養(yǎng)級和生態(tài)金字塔（1）營養(yǎng)級（）營養(yǎng)級（trophic level）營養(yǎng)級，指食物鏈上的各個環(huán)節(jié)，也可指處于食物鏈某一環(huán)節(jié)上的所有生物種的總和。p 由于食物鏈的環(huán)節(jié)受到限制。生態(tài)系統(tǒng)中的營養(yǎng)級的數(shù)目一般限于3-5個。p 營養(yǎng)級的位置越高，其中的生物種類和數(shù)量就越少；當(dāng)少到一定程度，則不能再維持另一個營養(yǎng)級中生物的生存。淺海食物網(wǎng)中各營養(yǎng)級的關(guān)系（據(jù)鄧景耀等，1987） 2021/8/6213. 營養(yǎng)級和生態(tài)金字塔（2）生態(tài)金字塔（）生

13、態(tài)金字塔（ecological pyramidsecological pyramids）依據(jù)營養(yǎng)級由低到高，并依據(jù)各營養(yǎng)級的數(shù)量大小劃圖構(gòu)成。數(shù)量單位若分別采用生物量單位、能量單位和個體數(shù)量單位生物量單位、能量單位和個體數(shù)量單位，則分別生物量金字塔、能量金字塔和數(shù)量金字塔。其中，能量金字塔恒為正錐體。2021/8/622四、生態(tài)系統(tǒng)的空間和時間結(jié)構(gòu)1. 空間結(jié)構(gòu)2. 時間結(jié)構(gòu)2021/8/6231. 空間結(jié)構(gòu)（1 1）生態(tài)系統(tǒng)的垂直結(jié)構(gòu)）生態(tài)系統(tǒng)的垂直結(jié)構(gòu)自然生態(tài)系統(tǒng)有明顯的分層現(xiàn)象?！九e例】如湖泊、池塘等水域生態(tài)系中，浮游植物主要在表層進(jìn)行光合作用，浮游動物和魚蝦等生活在水中，蛤、蚌棲息于水

14、底，而底層沉積物有大量的細(xì)菌等微生物生活；海洋生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)層僅位于光線可透入的表層，其下方廣大水體和底部沉積物中的異養(yǎng)代謝最為強烈。2021/8/6241. 空間結(jié)構(gòu). 非生物環(huán)境：太陽、水等；. 生產(chǎn)者：陸地是綠色植物，水域中是浮游植物；. 消費者：（A）陸地有蝗蟲、田鼠等，水域中是浮游動物，（B）食碎屑動物，陸地土壤有無脊椎動物，水域中多為底棲無脊椎動物，（C）食肉動物（鷹或大魚）；. 分解者：細(xì)菌和真菌 2021/8/6251. 空間結(jié)構(gòu)（2 2）生態(tài)系統(tǒng)的水平結(jié)構(gòu)）生態(tài)系統(tǒng)的水平結(jié)構(gòu)自然生態(tài)系統(tǒng)的在水平分布上有明顯的局部不均勻性，主要是由環(huán)境條件的不均勻性引起。2021/8/6262

15、. 時間結(jié)構(gòu)一般可用三個時間段來量度：長時間量度，以生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)化為主要內(nèi)容；中等時間量度，以群落演替為主要內(nèi)容；以晝夜、季節(jié)和年份等短時間量度的周期性變化。2021/8/627第二節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的基本功能生態(tài)系統(tǒng)的基本功能包括能量流動、物質(zhì)循環(huán)、信息傳遞三大基本功能以及生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展和反饋調(diào)節(jié)等方面的功能。生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（如食物網(wǎng)、營養(yǎng)級等）是實現(xiàn)這些功能的生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（如食物網(wǎng)、營養(yǎng)級等）是實現(xiàn)這些功能的物質(zhì)保證。物質(zhì)保證。2021/8/628第二節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的基本功能一、生態(tài)系統(tǒng)的生物生產(chǎn)二、生態(tài)系統(tǒng)的能量流動三、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)四、生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞五、生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)2021/8/

16、629一、生態(tài)系統(tǒng)的生物生產(chǎn)1. 初級生產(chǎn)2. 次級生產(chǎn) 2021/8/6301. 初級生產(chǎn)初級生產(chǎn)力初級生產(chǎn)力（primary productivity）指生態(tài)系統(tǒng)中自養(yǎng)生物通過光合作用或化學(xué)合成制造有機物的速率。通常用單位面積及單位時間內(nèi)所生產(chǎn)的有機物質(zhì)干重（gm-2a-1、mgm-2d-1）、有機碳（gCm-2a-1、mgCm-2d-1）或固定的能量（J/m2a）表示。有時也將初級生產(chǎn)力稱為初級生產(chǎn)量（primary production），此時的初級生產(chǎn)量含有時間概念，其計算單位一樣。2021/8/6311. 初級生產(chǎn)總初級生產(chǎn)量總初級生產(chǎn)量（GP或PG）：指生態(tài)系統(tǒng)中自養(yǎng)生物的全部生

17、產(chǎn)量，也稱為總初級生產(chǎn)力。凈初級生產(chǎn)量凈初級生產(chǎn)量（NP或PN）：指從總初級生產(chǎn)量減去自養(yǎng)生物的呼吸消耗量（Ra）所剩余的量。也稱為凈初級生產(chǎn)力。GP=NP+Ra2021/8/6321. 初級生產(chǎn)初級生產(chǎn)力的測定方法收獲量測定法氧氣測定法二氧化碳測定法放射性標(biāo)記物測定法葉綠素測定法 2021/8/6331. 初級生產(chǎn)pWhittaker（1975）估計全球的凈初級生產(chǎn)量為170109 tC/a。其中，陸地115109 tC/a，海洋55109 tC/a。p70年代后的估計平均約40109 tC/a（30-56109 tC/a），較原先的估計增加1倍；另外，F(xiàn)ield（1998）根據(jù)衛(wèi)星遙感提供

18、的吸收有效光合輻射（APAR）和平均光能利用效率，估計全球的初級生產(chǎn)量為104.9109 tC/a。其中，陸地56.4109 tC/a，海洋48.5109 tC/a。 2021/8/6342. 次級生產(chǎn)p種群能量收支公式：C =AFUC-動物從外界攝取的食物能；A-被同化能量；FU-糞尿能。pA項可分解如下：A=P+RP-凈次級生產(chǎn)量；R-呼吸量，指轉(zhuǎn)化為熱量并在生命過程中失去的那部分同化量。因此，凈次級生產(chǎn)量P=C-FU-R。2021/8/635二、生態(tài)系統(tǒng)的能量流動1. 研究能量傳遞規(guī)律的熱力學(xué)定律2. 能量在生態(tài)系統(tǒng)中流動的特點3. 普適生態(tài)系統(tǒng)能流模型2021/8/6361. 研究能量

19、傳遞規(guī)律的熱力學(xué)定律p能量在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的傳遞和轉(zhuǎn)化規(guī)律服從熱力學(xué)的兩個定律，即熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律。p熱力學(xué)第一定律又稱為能量守恒定律。p熱力學(xué)第二定律式對能量傳遞和轉(zhuǎn)化的一個重要概括，即在封閉系統(tǒng)中，一切過程都伴隨著能量的改變，在能量的傳遞和轉(zhuǎn)化過程中，除了一部分可以繼續(xù)傳遞和做功的能量外，總有一部分以熱的形式消散，這部分能量使系統(tǒng)的熵和無序性增加。2021/8/6372. 能量在生態(tài)系統(tǒng)中流動的特點圖圖1.2 生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)循環(huán)和能量流動生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)循環(huán)和能量流動（轉(zhuǎn)引自夏偉生，（轉(zhuǎn)引自夏偉生，1984）分解者分解者(微生物微生物)初級消費者初級消費者(草食動物草食動物

20、)次級消費者次級消費者(肉食動物肉食動物)太陽能太陽能熱熱熱熱生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)有機物的流通有機物的流通無機物的流通無機物的流通能量的流動能量的流動空氣中空氣中水水 中中土壤中土壤中生產(chǎn)者生產(chǎn)者(綠色植物綠色植物)熱熱2021/8/6382. 能量在生態(tài)系統(tǒng)中流動的特點（1 1）能流在生態(tài)系統(tǒng)中和在物理系統(tǒng)中不同）能流在生態(tài)系統(tǒng)中和在物理系統(tǒng)中不同（2 2）能量是單向流動）能量是單向流動太陽的輻射能以光能的形式輸入生態(tài)系統(tǒng)后，不能再以光能的形式返回；自養(yǎng)生物被異養(yǎng)生物攝食后，能量不能再返回給自養(yǎng)生物；能量只是一次性流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)，是不可逆的。（3 3）能量在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)流動的過程是不斷遞減的過程）能

21、量在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)流動的過程是不斷遞減的過程（4 4）能量在流動中質(zhì)量逐漸提高）能量在流動中質(zhì)量逐漸提高2021/8/6393. 普適生態(tài)系統(tǒng)能流模型p 美國生態(tài)學(xué)家Odum（1959）把生態(tài)系統(tǒng)的能量流動概括為一個普適的模型。p 從該模型可以看出外部能量的輸入情況以及能量在生態(tài)系統(tǒng)中的流動路線及歸宿。p 在生態(tài)系統(tǒng)能流過程中，能量從一個營養(yǎng)級到另一個營養(yǎng)級的轉(zhuǎn)化效率大致是530之間。平均來說，從植物到植食動物的轉(zhuǎn)化效率大約是10，從植食動物到肉食動物的轉(zhuǎn)化效率大約是15。 2021/8/6403. 普適生態(tài)系統(tǒng)能流模型 L = 太陽總輻射；PG = 總初級生產(chǎn)量；PN = 凈初級生產(chǎn)量；R= 呼

22、吸量；C = 消耗量；A = 同化量；P = 次級生產(chǎn)量；NU = 未利用量；FU = 糞尿量 2021/8/641三、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)生命的維持不但需要能量，而且也依賴于各種化學(xué)元素的供應(yīng)。生態(tài)系統(tǒng)中的能量來源于太陽，物質(zhì)則是由地球供應(yīng)的。生物地球化學(xué)過程是海洋生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)的基礎(chǔ)，支撐著海洋食物生產(chǎn)。 2021/8/642三、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)（cycle of matter）指物質(zhì)或元素在生態(tài)系統(tǒng)中的生物有機體和無機環(huán)境之間的循環(huán)活動過程。通過植物光合作用的吸收，環(huán)境物質(zhì)或元素進(jìn)入生產(chǎn)者體內(nèi)，再經(jīng)過食物鏈，在各營養(yǎng)級之間傳遞、轉(zhuǎn)化，當(dāng)生物死亡后，機體內(nèi)各種有機物質(zhì)

23、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(jìn)入食物鏈，參加生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)再循環(huán)。任何物質(zhì)或元素都處在循環(huán)的某個階段。 在生態(tài)系統(tǒng)中能量不斷流動，而物質(zhì)不斷循環(huán)。 2021/8/643三、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)1. 物質(zhì)循環(huán)的模式2. 物質(zhì)循環(huán)的類型3. 有毒物質(zhì)循環(huán)2021/8/6441. 物質(zhì)循環(huán)的模式（1 1）庫）庫庫是由存在于生態(tài)系統(tǒng)某些生物或非生物成分中一定數(shù)量的化合物所構(gòu)成的。庫（pool）表示某一物質(zhì)在生物或非生物環(huán)境中貯存的數(shù)量。物質(zhì)循環(huán)就是某物質(zhì)或元素在庫與庫之間的遷移。貯存庫（reservoir pool）指庫中的物質(zhì)貯存容量很大，且物質(zhì)通過庫的遷移速度緩慢

24、。交換庫或循環(huán)庫（exchange or cycling pool）指庫中的物質(zhì)貯存容量較小，但物質(zhì)通過庫的遷移速度快。如海洋生物體中的有機碳庫和海水中的二氧化碳庫。2021/8/6451. 物質(zhì)循環(huán)的模式（2 2）流通）流通流通率指物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中庫與庫之間流通的速率，指物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中庫與庫之間流通的速率，用單位時間、單位面積（或體積）通過的數(shù)量來表示。為了表示一個特定的流通過程對有關(guān)庫的相對重要性，常用周轉(zhuǎn)率和周轉(zhuǎn)時間來表示。周轉(zhuǎn)率指某物質(zhì)的流通率與庫含量之比，周轉(zhuǎn)率的倒數(shù)即為周轉(zhuǎn)時間。周轉(zhuǎn)率越快，周轉(zhuǎn)時間就越短。2021/8/6462. 物質(zhì)循環(huán)的類型生物地化循環(huán)（biogeochem

25、ical cycle）指生態(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。生物地化循環(huán)的類型生物地化循環(huán)按物質(zhì)的主要貯存庫分為水循環(huán)（water cycle）氣態(tài)循環(huán)（gaseous cycle）沉積循環(huán)（sedimentary cycle） 2021/8/6472. 物質(zhì)循環(huán)的類型（1）水循環(huán)的主要途徑是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)。p 水循環(huán)的生態(tài)學(xué)意義在于通過它的循環(huán)為陸地生物、淡水生物和人類提供淡水來源。p 水還是很好的溶劑，絕大多數(shù)物質(zhì)都是先溶于水，才能遷移并被生物利用。因此其他物質(zhì)的循環(huán)都是與水循環(huán)結(jié)合在一起進(jìn)行

26、的。p 水循環(huán)是地球上太陽能所推動的各種循環(huán)中的一個中心循環(huán)。沒有水循環(huán)，生命就不能維持，生態(tài)系統(tǒng)也無法開動起來。 2021/8/6482. 物質(zhì)循環(huán)的類型（2）氣態(tài)循環(huán)指循環(huán)物質(zhì)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(zhì)以氧、碳、氮為代表，氣態(tài)循環(huán)把海洋和大氣緊密聯(lián)系起來。海洋生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的基本圖解 海-氣交換海洋生物的光合與呼吸作用平衡碳的沉降與沉積2021/8/649海洋生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)海洋生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán) 1、海-氣交換1）大氣的CO2除生物呼吸、分解作用的來源外，火山爆發(fā)，特別是化石燃料的燃燒，使大氣中的CO2含量大大增高。2）通過海氣交換，海洋從大氣吸收的CO2比

27、釋放到大氣中的CO2多。2、海洋生物的光合與呼吸作用平衡1）海洋生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的基本途徑是光合作用（包括化學(xué)合成）與呼吸和分解作用的平衡，這一過程不改變海水CO2中的濃度。2021/8/650海洋生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)海洋生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán) 2、海洋生物的光合與呼吸作用平衡2）生產(chǎn)者通過光合作用吸收CO2轉(zhuǎn)化為有機碳，其中，一部分用于自身呼吸（產(chǎn)生CO2），其余的通過攝食沿著一個個營養(yǎng)級傳遞。每一個營養(yǎng)級吸收的有機碳，一部分用來構(gòu)成該營養(yǎng)級的生物量，另一部分用于呼吸消耗。 3）各營養(yǎng)級有機體的死亡、分解，生成CO2（或CH4）進(jìn)入海水中，重新又被植物（或化能合成細(xì)菌）所利用，參加生態(tài)系統(tǒng)的再循環(huán)。20

28、21/8/651海洋生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)海洋生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán) 3、碳的沉降與沉積 1）海洋生物泵（biological pump） 指海洋中由有機物生產(chǎn)、消費、傳遞、沉降和分解等一系列生物學(xué)過程構(gòu)成的碳從表層向深層的轉(zhuǎn)移。其中，海水中CO2通過光合作用或形成碳酸鈣外殼或骨骼結(jié)合到生物中去。 2）碳酸鹽泵（carbonate pump） 指含碳酸鹽成分的外殼或骨骼在海洋生物死亡后，含碳酸鹽成分的物質(zhì)沉降到海底，以及造礁珊瑚構(gòu)成的碳酸鈣沉積。 2021/8/652海洋生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)海洋生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán) 3、碳的沉降與沉積 3）可燃冰 指在低溫高壓和缺氧的海底，由細(xì)菌分解有機物生成的CH4所形成的白色

29、固體狀天然氣水合物。4）通過海洋生物泵（包括碳酸鹽泵）的作用，一方面，有機物不斷向下傳輸，其中一部分難降解的有機物可能長期埋藏海底，開始成為化石能源； 另一方面，碳酸鹽泵使一部分可溶性碳形成碳酸鈣沉積。2021/8/653提高海提高海-氣界面碳凈通量的可能途徑氣界面碳凈通量的可能途徑1、海洋生物泵引起海水中C的沉降及沉積，使大氣CO2進(jìn)入海洋，實現(xiàn)海洋對大氣CO2的凈吸收。2、提高海-氣界面碳通量的主要設(shè)想是通過提高某些海區(qū)新生產(chǎn)力，加速海洋生物泵的運轉(zhuǎn)。 3、某些營養(yǎng)鹽（N、P、Si）充足但缺Fe的海域（如南大洋、赤道太平洋的東部和西部等），通過人為補充少量Fe，可顯著提高這些的初級生產(chǎn)力，

30、加大對大氣CO2的吸收。 2021/8/6542. 物質(zhì)循環(huán)的類型（3）沉積循環(huán)是指循環(huán)物質(zhì)的主要貯存庫是巖石圈和土壤圈，基本上與大氣無關(guān)。屬沉積循環(huán)的物質(zhì)以磷、硅等為代表，還有鈣、鉀、鎂、鐵、錳、銅等金屬元素。 2021/8/6553. 有毒物質(zhì)循環(huán)（1 1）有毒物質(zhì)）有毒物質(zhì)有毒物質(zhì)（toxic substance）某種物質(zhì)進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)后，使環(huán)境正常組成和性質(zhì)發(fā)生變化，在一定時間內(nèi)直接或間接地有害于人或生物時，就稱為有毒物質(zhì)（toxic substance）或者稱為污染物（pollutant）。有毒物質(zhì)包括兩類：無機的（主要指重金屬、氟化物和氰化物等）有機的（主要有酚類、有機氯農(nóng)藥等）20

31、21/8/6563. 有毒物質(zhì)循環(huán)（2 2）有毒物質(zhì)循環(huán)的特點）有毒物質(zhì)循環(huán)的特點有毒物質(zhì)循環(huán)和其他物質(zhì)循環(huán)一樣，在食物鏈營養(yǎng)級上進(jìn)行循環(huán)流動。但有毒物質(zhì)也有著它自己的特點：有毒物質(zhì)進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的途徑是多種多樣的。大多數(shù)有毒物質(zhì)在生物體內(nèi)具有濃縮現(xiàn)象，在代謝過程中不能被排除，而生物體同化，長期停留在生物體內(nèi)，造成有機體中毒、死亡。有毒物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境會經(jīng)歷遷移（transplant）和轉(zhuǎn)化（transformation）過程，使一些有毒物質(zhì)毒性可能降低，而另一些物質(zhì)的毒性則可能增加（例如汞的生物甲基化）。2021/8/657四、生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞1. 信息傳遞信息傳遞生態(tài)系統(tǒng)中的信息傳遞，指生態(tài)系

32、統(tǒng)各組分之間存在有信息傳遞與聯(lián)系。信息傳遞是生態(tài)學(xué)中一個比較新的研究領(lǐng)域，也是生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域的前沿，有關(guān)這方面內(nèi)容，還很不系統(tǒng)。2021/8/6582. 2. 信息聯(lián)系的類型信息聯(lián)系的類型（1 1）營養(yǎng)信息）營養(yǎng)信息食物鏈、食物網(wǎng)就代表著一種信息傳遞系統(tǒng)?！九e例】主要以鳀魚為食的藍(lán)點馬鮫數(shù)量的消長，與鳀魚數(shù)量關(guān)系密切。2021/8/6592. 信息聯(lián)系的類型（2 2）化學(xué)信息）化學(xué)信息p 在生態(tài)系統(tǒng)中生物代謝產(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(xué)物質(zhì)。p 化學(xué)信息顯著影響種間和種內(nèi)的關(guān)系。有的相互制約，有的相互促進(jìn)，有的相互吸引，也有的相互排斥。p 化學(xué)信息在生

33、態(tài)系統(tǒng)中是廣泛存在的，而對它的研究則是近幾年發(fā)展較快的一個方面，并逐步形成一個分支學(xué)科化學(xué)生態(tài)學(xué)。2021/8/6602. 信息聯(lián)系的類型（3 3）物理信息）物理信息聲、光、熱、電、磁色等都屬于生態(tài)系統(tǒng)中的物理信息，如鳴叫、咆哮、閃光、艷麗的色彩都屬于物理信息，這些信息對生物而言，同樣是有的吸引、有的排斥、有的表示警告、有的則是恐嚇等等。2021/8/6612. 2. 信息聯(lián)系的類型信息聯(lián)系的類型（4 4）行為信息）行為信息許多植物的異常表現(xiàn)以及動物的異常行動均屬于行為信息。如飛舞、炫耀、求偶等，這些信息有的表示識別，有的表示威脅、挑戰(zhàn)，有的則表示從屬，有的則為了繁殖等。彈涂魚的求偶行為。到了繁殖季節(jié)雄花跳會用胸鰭撐起身體，張大嘴巴，同時不斷豎起帶有非常漂亮的背鰭，以吸引附近雌魚的注意。 2021/8/662五、生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)1. 生態(tài)系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)2. 生態(tài)系統(tǒng)平衡2021/