海洋生態(tài)學(xué)第1章生態(tài)系統(tǒng)概述

1、 第一章第一章 生態(tài)系統(tǒng)概述生態(tài)系統(tǒng)概述 n掌握生態(tài)系統(tǒng)的基本概念及其核心思想、生態(tài)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(dòng)與系統(tǒng)的基本功能成分和生物生產(chǎn)、能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)的基本過(guò)程。物質(zhì)循環(huán)的基本過(guò)程。n了解維持生態(tài)穩(wěn)定的機(jī)制以及生物圈主要生態(tài)了解維持生態(tài)穩(wěn)定的機(jī)制以及生物圈主要生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型，同時(shí)初步認(rèn)識(shí)生物圈的形成與進(jìn)化。系統(tǒng)類(lèi)型，同時(shí)初步認(rèn)識(shí)生物圈的形成與進(jìn)化。學(xué)學(xué) 習(xí)習(xí) 目目 的：的：第一節(jié)第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與功能生態(tài)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與功能 生態(tài)系統(tǒng)是指在一定的空間內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)是指在一定的空間內(nèi)生物生物的成分和的成分和非生物非生物的成的成分通

2、過(guò)分通過(guò)物質(zhì)循環(huán)物質(zhì)循環(huán)和和能量流動(dòng)能量流動(dòng)互相作用、互相依存構(gòu)成的一個(gè)互相作用、互相依存構(gòu)成的一個(gè)具有自動(dòng)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制調(diào)節(jié)機(jī)制的生態(tài)學(xué)功能單位。的生態(tài)學(xué)功能單位。 生態(tài)系統(tǒng)具有自然生態(tài)系統(tǒng)具有自然整體性整體性，在任何情況下，生物群落都，在任何情況下，生物群落都不可能單獨(dú)存在，它總是和環(huán)境密切相關(guān)、相互作用，組成不可能單獨(dú)存在，它總是和環(huán)境密切相關(guān)、相互作用，組成有序的整體。如一個(gè)湖泊、一片草地。有序的整體。如一個(gè)湖泊、一片草地。一、什么叫生態(tài)系統(tǒng)（一、什么叫生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem）生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)概念概念強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)中強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)中生物與非生物組生物與非生物組分在結(jié)構(gòu)和功能上的統(tǒng)一分在結(jié)構(gòu)

3、和功能上的統(tǒng)一。極大推動(dòng)了生態(tài)學(xué)極大推動(dòng)了生態(tài)學(xué)的發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)成為現(xiàn)代生態(tài)學(xué)研究的中心。的發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)成為現(xiàn)代生態(tài)學(xué)研究的中心。生物大分子生物大分子基因基因細(xì)胞細(xì)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(gè)體個(gè)體生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)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 1 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 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：n生產(chǎn)

4、者生產(chǎn)者(producers) (producers) n消費(fèi)者消費(fèi)者(consumers) (consumers) ：植食動(dòng)物、肉食動(dòng)物、雜食動(dòng)物、寄：植食動(dòng)物、肉食動(dòng)物、雜食動(dòng)物、寄生動(dòng)物、異養(yǎng)微生物生動(dòng)物、異養(yǎng)微生物 n分解者分解者(decomposers)(decomposers)n流通者（流通者（circulatorcirculator）：昆蟲(chóng)傳粉）：昆蟲(chóng)傳粉n調(diào)控者（調(diào)控者（regulatorregulator）：頂極生物）：頂極生物三、生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)三、生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)（一）生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)：（一）生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)：食物鏈和食物網(wǎng)食物鏈和食物網(wǎng)、食物

5、鏈?zhǔn)澄镦湥╢ood chain）：是指生物之間通過(guò)食）：是指生物之間通過(guò)食與被食形成一環(huán)套一環(huán)的鏈狀營(yíng)養(yǎng)關(guān)系。與被食形成一環(huán)套一環(huán)的鏈狀營(yíng)養(yǎng)關(guān)系。食物鏈類(lèi)型：食物鏈類(lèi)型：牧食食物鏈或稱(chēng)植食食物鏈（牧食食物鏈或稱(chēng)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、食物網(wǎng)食物網(wǎng)（food web）：食物鏈彼此交錯(cuò)連接，）：食物鏈彼此交錯(cuò)連接，形成網(wǎng)狀營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，稱(chēng)之為食物網(wǎng)。形成網(wǎng)狀營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，稱(chēng)之為食物網(wǎng)。生態(tài)系統(tǒng)中生物種類(lèi)繁多，一種生物往往有多種食生態(tài)系統(tǒng)中生物種類(lèi)繁多，一種生物往往有多種食物對(duì)象，同一種生物也可被

6、多種攝食，因此一種生物不可物對(duì)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(shí)地反映生態(tài)系統(tǒng)能固定在一條食物鏈上。食物網(wǎng)更能真實(shí)地反映生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各種生物有機(jī)體之間的營(yíng)養(yǎng)位置和相互關(guān)系。內(nèi)各種生物有機(jī)體之間的營(yíng)養(yǎng)位置和相互關(guān)系。圖圖（二）生態(tài)系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)（二）生態(tài)系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)自然生態(tài)系統(tǒng)的自養(yǎng)和異養(yǎng)成分在空間上通常是分層的自然生態(tài)系統(tǒng)的自養(yǎng)和異養(yǎng)成分在空間上通常是分層的 圖 1.1 陸地生態(tài)系統(tǒng)（草地）和水域生態(tài)系統(tǒng)（池塘）的結(jié)構(gòu)比較。 C A B A B C 太陽(yáng)能 自養(yǎng)層 異養(yǎng)層 土壤 母質(zhì) 母質(zhì) 沉積物 空氣 圖圖四、生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)四、生態(tài)

7、系統(tǒng)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的基本過(guò)程的基本過(guò)程（一）生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)和能量流動(dòng)（一）生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)和能量流動(dòng) （energy transfer） 光 葉綠素 CO2 H2O （CH2O） O2 生態(tài)系統(tǒng)的能源來(lái)自太陽(yáng)，光合作用固定的能量轉(zhuǎn)生態(tài)系統(tǒng)的能源來(lái)自太陽(yáng)，光合作用固定的能量轉(zhuǎn)化為化學(xué)潛能貯存在被結(jié)合的有機(jī)物分子鍵中化為化學(xué)潛能貯存在被結(jié)合的有機(jī)物分子鍵中。生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)與轉(zhuǎn)化服從熱力學(xué)定律生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)與轉(zhuǎn)化服從熱力學(xué)定律 。攝食是一種形式的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為另一種形式化學(xué)能的過(guò)程。攝食是一種形式的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為另一種形式化學(xué)能的過(guò)程。 植物光合作用形成的有機(jī)物質(zhì)和能量，一部分呼吸

8、消耗，植物光合作用形成的有機(jī)物質(zhì)和能量，一部分呼吸消耗，剩余提供給下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)。植食性動(dòng)物利用一部分凈初級(jí)產(chǎn)量，剩余提供給下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)。植食性動(dòng)物利用一部分凈初級(jí)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(dāng)一部分用于機(jī)體的生命活動(dòng)，轉(zhuǎn)變成熱能而散收的量又有相當(dāng)一部分用于機(jī)體的生命活動(dòng)，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(dòng)物的繁殖與生長(zhǎng)，也就是能夠提供給下一營(yíng)是轉(zhuǎn)化為植食性動(dòng)物的繁殖與生長(zhǎng)，也就是能夠提供給下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)

9、利用的能量。養(yǎng)級(jí)利用的能量。 食食 物物 動(dòng)物得到的動(dòng)物得到的 動(dòng)物未得到的動(dòng)物未得到的 動(dòng)物吃進(jìn)的動(dòng)物吃進(jìn)的 動(dòng)物未吃進(jìn)的動(dòng)物未吃進(jìn)的 被同化的被同化的 未同化的未同化的 次級(jí)生產(chǎn)量次級(jí)生產(chǎn)量 呼吸代謝呼吸代謝 被被更更高高營(yíng)養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)級(jí)取食級(jí)取食 未被取食未被取食 （二）生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)（二）生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)（cycle of matter）n植物在光合作用過(guò)程中同時(shí)吸收各種養(yǎng)分，主要是植物在光合作用過(guò)程中同時(shí)吸收各種養(yǎng)分，主要是無(wú)機(jī)物質(zhì)（如無(wú)機(jī)物質(zhì)（如NO3NO3、PO43PO43等），轉(zhuǎn)變?yōu)樯矬w中各等），轉(zhuǎn)變?yōu)樯矬w中各種有機(jī)物質(zhì)（如碳水化合物、蛋白質(zhì)、核酸等）。它們種有機(jī)物質(zhì)（如碳

10、水化合物、蛋白質(zhì)、核酸等）。它們通過(guò)綠色植物吸收進(jìn)入食物鏈，并在各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間傳遞、通過(guò)綠色植物吸收進(jìn)入食物鏈，并在各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間傳遞、轉(zhuǎn)化，當(dāng)生物死亡后，機(jī)體內(nèi)各種有機(jī)物質(zhì)被微生物分轉(zhuǎn)化，當(dāng)生物死亡后，機(jī)體內(nèi)各種有機(jī)物質(zhì)被微生物分解成為無(wú)機(jī)物釋回環(huán)境中，然后再一次被植物吸收利用，解成為無(wú)機(jī)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)。重新進(jìn)入食物鏈，參加生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)再循環(huán)。n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(zhì)或元素的輸入和輸出以及它們?cè)诖髿馊?、統(tǒng)之間各種

11、物質(zhì)或元素的輸入和輸出以及它們?cè)诖髿馊?、水圈、土壤圈、巖石圈之間的交換。水圈、土壤圈、巖石圈之間的交換。生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)是緊密聯(lián)系、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)是緊密聯(lián)系、不可分割的，能量是通過(guò)物質(zhì)載體來(lái)流動(dòng)的，但不可分割的，能量是通過(guò)物質(zhì)載體來(lái)流動(dòng)的，但是，兩者又有根本區(qū)別。能量來(lái)源于太陽(yáng)，在食是，兩者又有根本區(qū)別。能量來(lái)源于太陽(yáng)，在食物鏈中向著一個(gè)方向逐級(jí)流動(dòng)，不斷消耗和散失；物鏈中向著一個(gè)方向逐級(jí)流動(dòng)，不斷消耗和散失；而營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)源于地球并可被生物多次利用，在而營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)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(gè)生態(tài)系統(tǒng)消失生態(tài)系統(tǒng)中不斷地循環(huán)，或從一個(gè)生態(tài)

12、系統(tǒng)消失而又在另一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)。而又在另一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)。 能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系庫(kù)庫(kù)(pool)：生態(tài)系統(tǒng)中某一物質(zhì)在生物或非生物環(huán)境中貯生態(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。存的數(shù)量。貯存庫(kù)（貯存庫(kù)（reservoir pool）、）、交換庫(kù)或循環(huán)庫(kù)交換庫(kù)或循環(huán)庫(kù)( (exchange or cycling pool) ) 流通率流通率：物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中庫(kù)與庫(kù)之間流通的速率。物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中庫(kù)與庫(kù)之間流通的速率。周轉(zhuǎn)率周轉(zhuǎn)率：某物質(zhì)的流通率與庫(kù)含量之比即為周轉(zhuǎn)率。某物質(zhì)的流通率與庫(kù)含量之比即為周轉(zhuǎn)率。周轉(zhuǎn)時(shí)間周轉(zhuǎn)時(shí)間：周轉(zhuǎn)率的倒數(shù)周轉(zhuǎn)率的倒數(shù) 周轉(zhuǎn)率

13、周轉(zhuǎn)率 流通率流通率庫(kù)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)量庫(kù)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)量 周轉(zhuǎn)時(shí)間周轉(zhuǎn)時(shí)間 庫(kù)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)量庫(kù)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)量流通率流通率 1 1、反饋機(jī)制（、反饋機(jī)制（feedback mechanism）：生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)通過(guò)反饋機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)通過(guò)反饋機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)反饋反饋 ：當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)中某一成分發(fā)生變化的時(shí)候，它必：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(guò)來(lái)影響最初發(fā)生變化的那種成分，這個(gè)過(guò)程就終又反過(guò)來(lái)影響最初發(fā)生變化的那種成分，這個(gè)過(guò)程就叫反饋。叫反饋。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

14、穩(wěn)態(tài)和生態(tài)平衡 反饋有反饋有正反饋正反饋（positive feedbackpositive feedback）和）和負(fù)反饋負(fù)反饋（negative feedbacknegative feedback）之分。）之分。正、負(fù)反饋?zhàn)饔猛瑫r(shí)存在，在系統(tǒng)發(fā)展的不同階正、負(fù)反饋?zhàn)饔猛瑫r(shí)存在，在系統(tǒng)發(fā)展的不同階段作用強(qiáng)度不同，大發(fā)展階段系統(tǒng)調(diào)節(jié)以正反饋為主，段作用強(qiáng)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(fù)雜性迅速增加，大發(fā)系統(tǒng)生物量、體積、多樣性、復(fù)雜性迅速增加，大發(fā)展過(guò)后，隨即是一段減速增加階段，負(fù)反饋逐漸起作展過(guò)后，隨即是一段減速增加階段，負(fù)反饋逐漸起作用，系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)趨

15、向于在一個(gè)恒定水平附波動(dòng)。用，系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)趨向于在一個(gè)恒定水平附波動(dòng)。 2 2、 生態(tài)平衡生態(tài)平衡 （ecological equilibriumecological equilibrium） 生態(tài)平衡的概念是指一段時(shí)間內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過(guò)生態(tài)平衡的概念是指一段時(shí)間內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過(guò)程和功能相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。程和功能相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。 在一般情況下，如果生態(tài)系統(tǒng)能量和物質(zhì)的輸入大于輸在一般情況下，如果生態(tài)系統(tǒng)能量和物質(zhì)的輸入大于輸出時(shí)，生物量增加，反之，生物量減少。出時(shí)，生物量增加，反之，生物量減少。 如果輸入和輸出在較長(zhǎng)時(shí)間趨于相等，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功如果輸入和輸出在較長(zhǎng)時(shí)間趨于相等，系統(tǒng)的

16、結(jié)構(gòu)與功能長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài)（能長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài)（這時(shí)動(dòng)、植物的種類(lèi)和數(shù)量也保持相對(duì)穩(wěn)定，這時(shí)動(dòng)、植物的種類(lèi)和數(shù)量也保持相對(duì)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），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(lái)干擾下能通在外來(lái)干擾下能通過(guò)自我調(diào)節(jié)恢復(fù)到原初的穩(wěn)定狀態(tài)，過(guò)自我調(diào)節(jié)恢復(fù)到原初的穩(wěn)定狀態(tài)，生態(tài)系統(tǒng)的這種狀態(tài)就叫生態(tài)系統(tǒng)的這種狀態(tài)就叫做生態(tài)平衡。做生態(tài)平衡。n 一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)是經(jīng)過(guò)不同演替一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)是經(jīng)過(guò)不同演替階段而發(fā)展起來(lái)的。在發(fā)展的初期階段，其結(jié)階段而發(fā)展起來(lái)的。在發(fā)展的初期階段，其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，功能效率不高，因而比較不穩(wěn)定構(gòu)比較簡(jiǎn)單，功能效率不高

17、，因而比較不穩(wěn)定，對(duì)外界干擾的抵抗能力較差；而當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)外界干擾的抵抗能力較差；而當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展到成熟階段，結(jié)構(gòu)就變得更加復(fù)雜起來(lái)，發(fā)展到成熟階段，結(jié)構(gòu)就變得更加復(fù)雜起來(lái)，其功能效率也相應(yīng)地提高了。其功能效率也相應(yīng)地提高了。n生態(tài)閾限：生態(tài)閾限：生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)功能是有限度的，只有在生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)功能是有限度的，只有在某一限度內(nèi)可以自我調(diào)節(jié)自然界或人類(lèi)施加的干擾。某一限度內(nèi)可以自我調(diào)節(jié)自然界或人類(lèi)施加的干擾。n生態(tài)平衡失調(diào)生態(tài)平衡失調(diào)(生態(tài)失調(diào)生態(tài)失調(diào))的主要因素：的主要因素： 1、自然因素、自然因素 2、人類(lèi)干擾、人類(lèi)干擾 n生態(tài)失調(diào)表現(xiàn)：生態(tài)失調(diào)表現(xiàn)：群落中生物種類(lèi)減少；種的多樣性降

18、低；群落中生物種類(lèi)減少；種的多樣性降低；結(jié)構(gòu)漸趨簡(jiǎn)化。當(dāng)外界壓力太大而持久的話，系統(tǒng)內(nèi)各結(jié)構(gòu)漸趨簡(jiǎn)化。當(dāng)外界壓力太大而持久的話，系統(tǒng)內(nèi)各種結(jié)構(gòu)的變化更加厲害，甚至使某個(gè)基本成分從系統(tǒng)中種結(jié)構(gòu)的變化更加厲害，甚至使某個(gè)基本成分從系統(tǒng)中消失，最后整個(gè)結(jié)構(gòu)崩潰。消失，最后整個(gè)結(jié)構(gòu)崩潰。 一、生命起源與生態(tài)系統(tǒng)的形成與進(jìn)化一、生命起源與生態(tài)系統(tǒng)的形成與進(jìn)化 n原始生命起源于一系列復(fù)雜的化學(xué)進(jìn)化：原始地球沒(méi)有水圈、土原始生命起源于一系列復(fù)雜的化學(xué)進(jìn)化：原始地球沒(méi)有水圈、土圈、大氣圈，只有巖石。圈、大氣圈，只有巖石。n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，促使大陸由于地球內(nèi)部放射性元素的裂變與衰

19、變產(chǎn)生大量能量，促使大陸板塊發(fā)生移動(dòng)，加之宇宙隕石的撞擊以及地球捕獲月球后引起的潮汐板塊發(fā)生移動(dòng)，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(dǎo)致強(qiáng)烈的火山活動(dòng)，地球內(nèi)部各種氣體大量噴發(fā)，摩擦力等等影響，導(dǎo)致強(qiáng)烈的火山活動(dòng)，地球內(nèi)部各種氣體大量噴發(fā)，形成原始大氣圈。主要?dú)怏w包括形成原始大氣圈。主要?dú)怏w包括COCO2 2、CHCH4 4、H H2 2S S、NHNH3 3、H H2 2、N N2 2和和H H2 2O O（水（水蒸氣）等。水蒸氣凝結(jié)后降落地面，在低洼地帶形成海洋與湖泊，出蒸氣）等。水蒸氣凝結(jié)后降落地面，在低洼地帶形成海洋與湖泊，出現(xiàn)了水圈現(xiàn)了水圈。第二節(jié)第二節(jié)

20、生物圈的形成與進(jìn)化生物圈的形成與進(jìn)化n在宇宙射線、太陽(yáng)紫外線、雷電與高溫的作用下，在宇宙射線、太陽(yáng)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(qiáng)烈化學(xué)反應(yīng)，形成簡(jiǎn)單水圈與大氣圈某些物質(zhì)發(fā)生強(qiáng)烈化學(xué)反應(yīng)，形成簡(jiǎn)單有機(jī)小分子，有機(jī)小分子匯集海洋，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)歲月的有機(jī)小分子，有機(jī)小分子匯集海洋，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)歲月的復(fù)雜化學(xué)變化，產(chǎn)生氨基酸、核苷酸等有機(jī)分子，并復(fù)雜化學(xué)變化，產(chǎn)生氨基酸、核苷酸等有機(jī)分子，并最終演化成原始生命最終演化成原始生命海洋厭氧微生物。海洋厭氧微生物。n地球上最早的生命可能是在海水地球上最早的生命可能是在海水5 5- -1010米深處出現(xiàn)米深處出現(xiàn)的原始厭氧微生物的原始厭氧微生物

21、菌藻類(lèi)，從化石判斷出現(xiàn)在菌藻類(lèi)，從化石判斷出現(xiàn)在3838億年前。億年前。n原始生命是通過(guò)發(fā)酵獲得呼吸所需的能量。有機(jī)食物原始生命是通過(guò)發(fā)酵獲得呼吸所需的能量。有機(jī)食物的貧乏可能成為選擇性壓力，促使產(chǎn)生能進(jìn)行光合作用的的貧乏可能成為選擇性壓力，促使產(chǎn)生能進(jìn)行光合作用的原核自養(yǎng)生物，以及真核自養(yǎng)生物。原核自養(yǎng)生物，以及真核自養(yǎng)生物。n2828億年前，能進(jìn)行光合作用的自養(yǎng)微生物出現(xiàn)，釋放億年前，能進(jìn)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(dòng)物氧氣，綠色植物的出現(xiàn)加速了大氣層氧氣的積累，為動(dòng)物的誕生創(chuàng)造了條件。綠色植物的出現(xiàn)是地球發(fā)展史上的重的誕生創(chuàng)造了條件。綠色

22、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(xué)的面貌發(fā)生巨大的變化，原始大氣要里程碑。使地球化學(xué)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。層的成分也逐漸發(fā)生本質(zhì)的變化。n需氧呼吸出現(xiàn)后，因其效率高，為出現(xiàn)復(fù)雜的多細(xì)胞需氧呼吸出現(xiàn)后，因其效率高，為出現(xiàn)復(fù)雜的多細(xì)胞生物創(chuàng)造了必需條件。原始食物鏈也隨之出現(xiàn)。生物創(chuàng)造了必需條件。原始食物鏈也隨之出現(xiàn)。n距今距今4.24.2億年億年 ，大氣中氧含量上升到現(xiàn)在水平的，大氣中氧含量上升到現(xiàn)在水平的10%10%以以上，在雷電和太陽(yáng)紫外線的作用下，在距地表上，在雷電和太陽(yáng)紫外線的作用下，在距地表20252025公里高公里高空形成臭氧層。臭氧

23、層吸收大量紫外線，為生物到達(dá)海面空形成臭氧層。臭氧層吸收大量紫外線，為生物到達(dá)海面和登上陸地創(chuàng)造了條件，首先登陸的是裸蕨類(lèi)植物。和登上陸地創(chuàng)造了條件，首先登陸的是裸蕨類(lèi)植物。 n植物的枯落物及殘?bào)w經(jīng)過(guò)分解與原始風(fēng)化物相互作用，植物的枯落物及殘?bào)w經(jīng)過(guò)分解與原始風(fēng)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(kù)。土壤的形成與增厚加速了生物的進(jìn)化，達(dá)到今日的存庫(kù)。土壤的形成與增厚加速了生物的進(jìn)化，達(dá)到今日的繁榮。繁榮。生物的進(jìn)化不僅是諸物種協(xié)同進(jìn)化的歷史，同時(shí)生物圈生態(tài)系統(tǒng)的生物的進(jìn)化不僅是諸物種協(xié)同進(jìn)化的歷史，同時(shí)生物圈生態(tài)系統(tǒng)

24、的形成與發(fā)展，也是生物與環(huán)境協(xié)同進(jìn)化的歷史。形成與發(fā)展，也是生物與環(huán)境協(xié)同進(jìn)化的歷史。關(guān)于生物與地球環(huán)境的問(wèn)題，過(guò)去比較流行的觀念是：關(guān)于生物與地球環(huán)境的問(wèn)題，過(guò)去比較流行的觀念是：生物是被動(dòng)地適應(yīng)地球環(huán)境的理化條件的。生物是被動(dòng)地適應(yīng)地球環(huán)境的理化條件的。 英國(guó)科學(xué)家英國(guó)科學(xué)家LovelockLovelock于于2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代提出一個(gè)地球自我年代提出一個(gè)地球自我調(diào)節(jié)的理論調(diào)節(jié)的理論GaiaGaia假說(shuō)：大氣中活性氣體的組成、地球表假說(shuō)：大氣中活性氣體的組成、地球表面的溫度及地表沉積物的氧化還原電位和面的溫度及地表沉積物的氧化還原電位和pHpH值等是受地球上值等是受地球上所有生物

25、總體（所有生物總體（biotabiota）的生長(zhǎng)和代謝所主動(dòng)調(diào)控的。）的生長(zhǎng)和代謝所主動(dòng)調(diào)控的。假說(shuō)：假說(shuō)： 蓋亞蓋亞 VS VS 美狄亞美狄亞nJ Jlovelocklovelock于于19651965年在探討火星是否有生命存在，年在探討火星是否有生命存在，對(duì)地球及其鄰近的火星、金星大氣氣體構(gòu)成進(jìn)行比較，對(duì)地球及其鄰近的火星、金星大氣氣體構(gòu)成進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)有生命的地球同火星、金星的大氣氣體構(gòu)成有明發(fā)現(xiàn)有生命的地球同火星、金星的大氣氣體構(gòu)成有明顯不同，火星和金星大氣中二氧化碳占絕對(duì)的主導(dǎo)優(yōu)顯不同，火星和金星大氣中二氧化碳占絕對(duì)的主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)，而氧氣、甲烷及氮?dú)獾暮亢艿汀Ｈ绻麑⒌厍蛏蟿?shì)，而氧氣、甲

26、烷及氮?dú)獾暮亢艿?。如果將地球上的所有生命排除，然后用物理化學(xué)的方法計(jì)算地球大的所有生命排除，然后用物理化學(xué)的方法計(jì)算地球大氣中各種氣體達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的濃度，那么大氣中各氣中各種氣體達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的濃度，那么大氣中各種氣體的濃度與火星、金星非常相似（熱力學(xué)平衡、種氣體的濃度與火星、金星非常相似（熱力學(xué)平衡、無(wú)序）。無(wú)序）。n1 1、地球上適于生物生存的最初條件并不存在，、地球上適于生物生存的最初條件并不存在，而是通過(guò)生命活動(dòng)與環(huán)境相互作用而發(fā)展和創(chuàng)而是通過(guò)生命活動(dòng)與環(huán)境相互作用而發(fā)展和創(chuàng)造出來(lái)的。造出來(lái)的。n2 2、上述環(huán)境受到人為破壞或自然條件的各種、上述環(huán)境受到人為破壞或自然條件的各種干擾

27、而發(fā)生相應(yīng)變化時(shí)，地球上的生命總體就干擾而發(fā)生相應(yīng)變化時(shí)，地球上的生命總體就會(huì)通過(guò)改變其生長(zhǎng)、活動(dòng)和代謝來(lái)對(duì)這些變化會(huì)通過(guò)改變其生長(zhǎng)、活動(dòng)和代謝來(lái)對(duì)這些變化做出相應(yīng)的反應(yīng)，緩和地球環(huán)境的這些變化。做出相應(yīng)的反應(yīng)，緩和地球環(huán)境的這些變化。 nGaiaGaia是一個(gè)由地球生物圈、大氣圈、海洋、是一個(gè)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(guò)土壤等各部分組成的反饋系統(tǒng)或控制系統(tǒng)，通過(guò)自我調(diào)節(jié)和控制而尋求達(dá)到一個(gè)適合于大多數(shù)生自我調(diào)節(jié)和控制而尋求達(dá)到一個(gè)適合于大多數(shù)生物生存的最佳物理物生存的最佳物理化學(xué)環(huán)境條件?；瘜W(xué)環(huán)境條件。n生物的生命活動(dòng)造就了地球表層的復(fù)雜性和生物的生

28、命活動(dòng)造就了地球表層的復(fù)雜性和多樣性，同時(shí)這種復(fù)雜性又決定了它的可自我調(diào)多樣性，同時(shí)這種復(fù)雜性又決定了它的可自我調(diào)節(jié)、自我控制的功能。節(jié)、自我控制的功能。n大約在大約在3535億年前，地球上出現(xiàn)生命以后，太陽(yáng)的輻射量增億年前，地球上出現(xiàn)生命以后，太陽(yáng)的輻射量增加了加了3030左右，然而地球上的氣候卻變化很少。左右，然而地球上的氣候卻變化很少。n在地球歷史中，隕星大沖撞至今已發(fā)現(xiàn)有在地球歷史中，隕星大沖撞至今已發(fā)現(xiàn)有3030次，每一次沖次，每一次沖撞能量大于撞能量大于10102020J J，相當(dāng)于世界核武器貯存在一次核戰(zhàn)爭(zhēng)釋?zhuān)喈?dāng)于世界核武器貯存在一次核戰(zhàn)爭(zhēng)釋放的總能量的一千倍以上。但是，生命與

29、環(huán)境持續(xù)地存在放的總能量的一千倍以上。但是，生命與環(huán)境持續(xù)地存在下來(lái)，這也證明假說(shuō)是合理的，有根據(jù)的。下來(lái)，這也證明假說(shuō)是合理的，有根據(jù)的。nGaiaGaia是一個(gè)控制論系統(tǒng)，說(shuō)明生物與環(huán)境在生物圈規(guī)模上是一個(gè)控制論系統(tǒng)，說(shuō)明生物與環(huán)境在生物圈規(guī)模上相互作用的穩(wěn)態(tài)。相互作用的穩(wěn)態(tài)。 n一是認(rèn)為地球上的各種生物有效地調(diào)節(jié)著大氣的溫度和化學(xué)構(gòu)成；n二是地球生物影響了環(huán)境，而環(huán)境又反過(guò)來(lái)影響著生物進(jìn)化過(guò)程，兩者共同進(jìn)化；n三是各種生物與自然界之間主要由負(fù)反饋環(huán)連接，從而保持地球生態(tài)的穩(wěn)定狀態(tài)；n四是認(rèn)為大氣能保持在穩(wěn)定狀態(tài)不僅取決于生物圈，而且在一定意義上為了生物圈；n五是認(rèn)為各種生物調(diào)節(jié)其物質(zhì)環(huán)境，以便創(chuàng)造各類(lèi)生物優(yōu)化的生存條件。蓋亞假說(shuō)的涵義蓋亞假說(shuō)的涵義l 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) 七、生態(tài)系統(tǒng)的主要類(lèi)型七、生態(tài)系統(tǒng)的主要類(lèi)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)。生物圈的生態(tài)系統(tǒng)包括