第五章生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學PPT課件

1、第五章 生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學第一節(jié)第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和功能生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和功能 第二節(jié)第二節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的主要過程生態(tài)系統(tǒng)的主要過程第三節(jié)第三節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)平衡生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)平衡知識點回顧 個體生態(tài)生物與環(huán)境 種群生態(tài) 種群及其基本特征 種群的遺傳與進化 種內(nèi)、種間關系 群落生態(tài)生物群落的組成與結(jié)構(gòu) 生物群落的動態(tài) 生物群落的分類 第一節(jié)第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和功能生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和功能 生態(tài)系統(tǒng)的概念生態(tài)系統(tǒng)的概念生態(tài)系統(tǒng)的組成成分生態(tài)系統(tǒng)的組成成分生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 生態(tài)系統(tǒng)的功能生態(tài)系統(tǒng)的功能生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性 1 生態(tài)系統(tǒng)的基本概念 生態(tài)系統(tǒng)（ec

2、osystem）的定義: 指在一定的空間內(nèi)，生物成分和非生物成分通過物質(zhì)循環(huán)和能量流動互相作用、互相依存而構(gòu)成的一個生態(tài)學功能單位，這個生態(tài)學功能單位稱生態(tài)系統(tǒng)。 （英國植物生態(tài)學家A.G.Tansley(1935)提出）生態(tài)系統(tǒng)是現(xiàn)代生態(tài)學的重要研究對象，20世紀60年代以來，許多生態(tài)學的國際研究計劃均把焦點放在生態(tài)系統(tǒng)國際生物學研究計劃（IBP）：其中心研究內(nèi)容是全球主要生態(tài)系統(tǒng)（包括陸地、淡水、海洋等）的結(jié)構(gòu)、功能和生物生產(chǎn)力；人與生物圈計劃（MAB）：重點研究人類活動與生物圈的關系；生態(tài)系統(tǒng)保持協(xié)作組（ECG）：中心任務是研究生態(tài)平衡與自然環(huán)境保護，以及維持改進生態(tài)系統(tǒng)的生物生產(chǎn)力。目

3、前有關生態(tài)系統(tǒng)的研究，主要集中在5個方面：自然生態(tài)系統(tǒng)的保護和利用生態(tài)系統(tǒng)調(diào)控機制的研究生態(tài)系統(tǒng)退化的機制、恢復及其修復研 究全球性生態(tài)問題生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的研究2 生態(tài)系統(tǒng)的組成成分無機物有機化合物氣候因素生產(chǎn)者 (producer)消費者 (consumer)分解者 (還原者)(decomposer)六大組成成分六大組成成分l生產(chǎn)者生產(chǎn)者：自養(yǎng)生物，主：自養(yǎng)生物，主要是各種綠色植物，也包要是各種綠色植物，也包括藍綠藻和一些能進行光括藍綠藻和一些能進行光合作用的細菌。合作用的細菌。l消費者消費者：異養(yǎng)生物，主：異養(yǎng)生物，主要指以其他生物為食的各要指以其他生物為食的各種動物。種動物。l分解者

4、分解者：異養(yǎng)生物，把：異養(yǎng)生物，把復雜的有機物分解成簡單復雜的有機物分解成簡單無機物，包括細菌、真菌、無機物，包括細菌、真菌、放線菌和動物等。放線菌和動物等。非生物成分非生物成分生物成分生物成分(生物群落生物群落) 三大功能群三大功能群 生產(chǎn)者（producers）又稱初級生產(chǎn)者（primary producers），指自養(yǎng)生物，主要指綠色植物，也包括一些化能合成細菌。這些生物能利用無機物合成有機物，并把環(huán)境中的太陽能以生物化學能的形式第一次固定到生物有機體中。初級生產(chǎn)者也是自然界生命系統(tǒng)中唯一能將太陽能轉(zhuǎn)化為生物化學能的媒介。 消費者 不能利用無機物質(zhì)制造有機物質(zhì)，而是直接或間接依賴于生產(chǎn)者

5、所制造的有機物質(zhì)。它們屬于異養(yǎng)生物。分解者（composers），指利用動植物殘體及其它有機物為食的小型異養(yǎng)生物，主要有真菌、細菌、放線菌等微生物。小型消費者使構(gòu)成有機成分的元素和貯備的能量通過分解作用又釋放到無機環(huán)境中去。澳大利亞進口屎克螂因牛糞覆蓋每年損毀牧場3600萬畝 60年代，澳大利亞引入了羚羊糞蜣(Onthophagus gazella)和神農(nóng)蜣螂(Catharsius molossus)等異地金龜，對分解牛糞發(fā)揮了明顯的作用。主要環(huán)境組分 輻射 大氣 水體 土壤3 生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)時間結(jié)構(gòu)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)食物鏈食物網(wǎng)一個食物鏈的例子 “螳螂捕蟬，黃雀在后螳螂捕蟬，黃雀在后” （ （

6、 據(jù)周立志）植物植物蟬蟬(初級消費者初級消費者) 螳螂螳螂(二級消費者二級消費者)黃雀黃雀(三級消費者三級消費者)鷹鷹(四級消費者四級消費者)(頂極食肉動物頂極食肉動物) 食物鏈食物鏈（food chain）和營養(yǎng)級（trophic level） 食物鏈指生態(tài)系統(tǒng)中不同生物之間在營養(yǎng)關系中形成的一環(huán)套一環(huán)似鏈條式的關系，即物質(zhì)和能量從植物開始，然后一級一級地轉(zhuǎn)移到大型食肉動物。食物鏈上的每一個環(huán)節(jié)稱為營養(yǎng)階層或營養(yǎng)級，指處于食物鏈某一環(huán)節(jié)上的所有生物種的總和。 食物鏈的類型捕食食物鏈（grazing food chain）：又稱捕食食物鏈，以活的動植物為起點的食物鏈，如草食動物、各級食肉動物。

7、 牧草 羊、牛 狼 以綠色植物為起點，是活的生物體。腐食食物鏈（detrital food chain）：又稱碎屑食物鏈，從死亡的有機體或腐屑開始。 動植物殘體 腐食性動物 肉食性動物 頂級肉食動物 以動、植物殘體為起點，數(shù)量越來越少。 食物鏈的類型寄生型食物鏈：以活的生物為寄主，奪取寄主的物質(zhì)和能量來維持生存。體型越來越小，數(shù)量越來越多。 植物 動物 寄生物 更小的寄生物 食物鏈的特征食物鏈的長度通常不超過6個營養(yǎng)級，最常見的45個營養(yǎng)級，因為能量沿食物鏈流動時不斷流失；食物鏈越長，最后營養(yǎng)級位所獲得的能量也越少。因為從起點到終點經(jīng)過的營養(yǎng)級越多，其能量損耗也就越大；食物鏈的特征食物鏈或食物

8、網(wǎng)的復雜程度與生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接相關；生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈不是固定不變的，它不僅在進化歷史上有改變，在短時間內(nèi)也會發(fā)生變化。食物網(wǎng)食物網(wǎng) (food web)：生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈很少是單條、孤立出現(xiàn)的，它往往是交叉鏈索，形成復雜的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)食物網(wǎng)。 食物鏈和食物網(wǎng)的意義食物鏈是生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的形象體現(xiàn)；生態(tài)系統(tǒng)中能量流動和物質(zhì)循環(huán)正是沿著食物鏈和食物網(wǎng)進行的；食物鏈和食物網(wǎng)還揭示了環(huán)境中有毒污染物轉(zhuǎn)移、積累的原理和規(guī)律。4 生態(tài)系統(tǒng)的功能能量流動：生產(chǎn)者消費者分解者物質(zhì)循環(huán)：生物 環(huán)境信息傳遞：包括營養(yǎng)信息、化學信息、 物理信息和行為信息等，構(gòu)成信息網(wǎng)。 生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)及能流和物流間的關系

9、 （據(jù)周立志）生產(chǎn)者生產(chǎn)者(綠色植物綠色植物)消費者消費者(動物動物)還原者還原者(細菌、真菌細菌、真菌)放牧系統(tǒng)放牧系統(tǒng)凈初級凈初級生產(chǎn)生產(chǎn)分解系統(tǒng)分解系統(tǒng)死有機物死有機物太太陽陽輻輻射射能能呼吸散失呼吸散失呼吸散失呼吸散失生態(tài)系生態(tài)系統(tǒng)的營統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)養(yǎng)結(jié)構(gòu)(能量能量流動流動)能流物流環(huán)境環(huán)境(土壤、空氣、水土壤、空氣、水)生態(tài)系生態(tài)系統(tǒng)的營統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)養(yǎng)結(jié)構(gòu)(物質(zhì)物質(zhì)循環(huán)循環(huán))5 生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性（stability）: 生態(tài)系統(tǒng)通過發(fā)育和調(diào)節(jié)達到一種穩(wěn)定的狀態(tài)，表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)上、功能上、能量輸入和輸出上的穩(wěn)定，當受到外來干擾時，平衡將受到破壞，但只要這種干擾沒有超過一定限度

10、，生態(tài)系統(tǒng)仍能通過自我調(diào)節(jié)恢復原來狀態(tài)。 生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性包括了兩個方面的含義 :一方面是系統(tǒng)保持現(xiàn)行狀態(tài)的能力 ,即抗干擾的能力（抵抗力resistance）;另一方面是系統(tǒng)受擾動后回歸該狀態(tài)的傾向 ,即受擾后的恢復能力（恢復力 resilience）。生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性機制：生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)的能力，維持自身的穩(wěn)定性，自然生態(tài)系統(tǒng)可以看成是一個控制論系統(tǒng)，因此，負反饋（negative feedback）調(diào)節(jié)在維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面具有重要的作用。 生態(tài)系統(tǒng)中的反饋（據(jù)周立志）狼狼狼狼兔兔兔兔植物植物植物植物狼狼餓餓死死狼狼吃吃飽飽吃了吃了較多較多兔子兔子吃了吃了較少較少兔子兔子兔兔吃吃飽飽

11、兔兔餓餓死死吃了吃了較少較少的草的草吃了吃了大量大量的草的草污染污染 魚死亡魚死亡污染污染 魚死亡魚死亡 魚死亡魚死亡 污染污染 正反饋正反饋負反饋負反饋第三節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)1 生物地化循環(huán)的概念2 水循環(huán)3 氣體型循環(huán)4 沉積型循環(huán)5 有毒物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化6 放射性核素循環(huán)7 生物地化循環(huán)與人體健康1 生物地化循環(huán)的概念生物地化循環(huán)生物地化循環(huán)的特點生物地化循環(huán)的類型生物地化循環(huán)(biogeochemical cycle)礦物元素在生態(tài)系統(tǒng)之間的輸入和輸出，它們在大氣圈、水圈、巖圈之間以及生物間的流動和交換稱生物地(球)化(學)循環(huán)，即物質(zhì)循環(huán)(cycling of material)

12、 。生物地化循環(huán)的特點物質(zhì)循環(huán)不同于能量流動，后者在生態(tài)系統(tǒng)中的運動是循環(huán)的；生物地化循環(huán)可以用庫和流通率兩個概念來描述。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)量的某種化學物質(zhì)所構(gòu)成的，可分為貯存庫和交換庫。前者的特點是庫容量大，元素在庫中滯留的時間長，流動速率小，多屬于非生物成分；交換庫則容量較小，元素滯留的時間短，流速較大。物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)單位面積(或單位體積)和單位時間的移動量稱流通率。 生物地化循環(huán)在受人類干擾以前一般是處于一種穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。元素和難分解的化合物常發(fā)生生物積累、生物濃縮和生物放大現(xiàn)象。生物積累、生物濃縮和生物放大生物積累(bioaccumlation): 指生

13、態(tài)系統(tǒng)中生物不斷進行新陳代謝的過程中，體內(nèi)來自環(huán)境的元素或難分解的化合物的濃縮系數(shù)不斷增加的現(xiàn)象。生物濃縮(bioconcentration): 指生態(tài)系統(tǒng)中同一營養(yǎng)級上許多生物種群或者生物個體，從周圍環(huán)境中蓄積某種元素或難分解的化合物，使生物體內(nèi)該物質(zhì)的濃度超過環(huán)境中的濃度的現(xiàn)象，又稱生物富集。生物放大(biomagnification): 指生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈上，高營養(yǎng)級生物以低營養(yǎng)級生物為食，某種元素或難分解化合物在生物機體中濃度隨營養(yǎng)級的提高而逐步增大的現(xiàn)象。生物放大的結(jié)果使食物鏈上高營養(yǎng)級生物體中該類物質(zhì)的濃度顯著超過環(huán)境中的濃度。生物地化循環(huán)的類型水循環(huán)氣體型循環(huán)沉積型循環(huán)2 水循環(huán)

14、(aquatic cycle)水循環(huán)的意義：水是所有營養(yǎng)物質(zhì)的介質(zhì)；水對物質(zhì)是很好的溶劑；水是地質(zhì)變化的動因之一。水循環(huán)的途徑 人類活動對水循環(huán)的影響：空氣污染和降水；改變地面，增加徑流；過度利用地下水；水的再分布。水循環(huán)示意圖西德地區(qū)的水循環(huán)示意圖西德地區(qū)的水循環(huán)示意圖（Clodius and Keller,1951）3 氣體型循環(huán)氣體型循環(huán)(gaseous cycle)氧循環(huán)碳循環(huán)氮循環(huán)氧循環(huán)氧循環(huán)(oxygen cycle)H2O+CO2 H2CO3 HCO3- +H+CO2HCO3- CO32 - Ca2+CaCO3O2水體水體臭氧層臭氧層沉積物沉積物火火山山作作用用4FeO+O22F

15、eO3CO2COO2+2CO CO2O2O3O2OO2HOHH2OH2OOCO2高能紫外輻射高能紫外輻射碳循環(huán)碳循環(huán)(carbon cycle)化化泥碳泥碳煤煤大氣中大氣中CO2CO2碳化作用碳化作用石油石油水生植物水生植物光合作用光合作用腐爛腐爛燃料燃料呼吸呼吸作用作用光合光合作用作用腐爛腐爛擴散擴散氮循環(huán)氮循環(huán)(nitrogen cycle)陸地陸地陸地陸地其它其它動植物動植物藍藻藍藻淺層死有機物淺層死有機物溶解死溶解死有機物有機物土壤土壤中無中無機氮機氮庫庫丟失于深丟失于深層沉積中層沉積中動植物動植物活體活體共生或共生或自由生活自由生活的固氮的固氮微生物微生物死有機體死有機體陸地陸地河流

16、帶走河流帶走生物固氮生物固氮大氣庫大氣庫N2大氣庫大氣庫HN3,NO,NO2, N2O ，工業(yè)固氮工業(yè)固氮（汽車（汽車,化肥化肥,電廠）電廠）脫氮脫氮閃電閃電化學反應化學反應海洋海洋火火山山作作用用降降水水大氣大氣4 沉積型循環(huán)(sedimentary cycle)磷循環(huán)硫循環(huán)磷循環(huán)（phosphorus cycle）沉積型循環(huán)沉積物中的磷沉積物中的磷（約為土壤和海洋中千倍以上）（約為土壤和海洋中千倍以上）陸地陸地海洋海洋死死有機物有機物土壤中的土壤中的無機磷無機磷活有機物活有機物死死有機物有機物深海的磷深海的磷活有機物活有機物捕魚捕魚鳥糞鳥糞懸浮在水中隨河水帶走懸浮在水中隨河水帶走攝取攝取排

17、泄排泄死亡死亡下下,沉沉分解分解沉積沉積溶解于水溶解于水上升風化上升風化開采開采攝取攝取排泄死亡排泄死亡上涌上涌硫循環(huán)（sulfur cycle）陸地陸地海洋海洋沉積物（沉積物（CaSO4,FeS2）溶解的溶解的SO42-SO2H2SSCaSO4FeS2死有機物死有機物活有機物活有機物SO42-降水降水SO2,SO42-擴散擴散海浪海浪SO42-大氣大氣上升，分化上升，分化SO2FeS2死有機物死有機物活有機物活有機物SO42-H2SS分解分解化肥工業(yè)化肥工業(yè)SO42-攝取攝取擴散擴散火山活動火山活動H2S ,SO2,SO42-植物攝取植物攝取SO2,SO42-降水降水SO2,SO42-化石化

18、石燃燒燃燒 SO2H2S ,SO2,SO42-5 有毒物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化有毒物質(zhì)的類型有毒物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化有毒物質(zhì)循環(huán)的典型代表-汞循環(huán)有毒物質(zhì)的類型有毒物質(zhì)(toxic substance)又稱污染物(pollutant)，按化學性質(zhì)分兩類。無機有毒物質(zhì)主要指重金屬、氟化物、和氰化物；有機有毒物質(zhì)主要有酚類、有機氯藥等。按污染物的作用分一次污染物和二次污染物。前者由污染源直接排入環(huán)境的，其物理和化學性狀未發(fā)生變化的污染物，又稱原發(fā)性污染物；后者是由前者轉(zhuǎn)化而成，排入環(huán)境中的一次性污染物在外界因素作用下發(fā)生變化，或與環(huán)境中其它物質(zhì)發(fā)生反應形成新的物理化學性狀的污染物，又稱繼發(fā)性污染物。有毒物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化遷移(transport)是重要的物理過程,包括分散、混合、稀釋和沉降等；轉(zhuǎn)化(transformation)主要是通過