第一章生態(tài)系統(tǒng)及其功能概論

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)及其功能概論第一部分第一部分 海洋生態(tài)學(xué)總論海洋生態(tài)學(xué)總論v第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與功能v第二節(jié) 生物圈的形成與進(jìn)化v第三節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與功能一、生態(tài)系統(tǒng)的概念與基本特征二、生態(tài)系統(tǒng)的基本組成成分三、生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)四、生態(tài)系統(tǒng)的功能五、生態(tài)系統(tǒng)的自校穩(wěn)態(tài)和生態(tài)平衡一、生態(tài)系統(tǒng)的概念與基本特征一、生態(tài)系統(tǒng)的概念與基本特征（一）生態(tài)系統(tǒng)的概念 生態(tài)系統(tǒng)（ecological system, ecosystem）：指特定的空間內(nèi)所有生物（生物群落）與其環(huán)境通過(guò)能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞而相互作用和相互依賴構(gòu)成的

2、功能單元（functional unit）。 一定時(shí)間和空間范圍內(nèi)，生物（一個(gè)或多個(gè)生物群落）與非生物環(huán)境通過(guò)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)所形成的一個(gè)相互聯(lián)系、相互作用并具有自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制的自然整體。（二）生態(tài)系統(tǒng)的基本特征1、通常與特定空間相聯(lián)系，包括一定區(qū)域和范圍的空間概念。2、具有繁殖、發(fā)育、生長(zhǎng)、衰老和死亡等生物有機(jī)體的特征，因而生態(tài)系統(tǒng)可以分為幼期、成長(zhǎng)期和成熟期等階段，便顯出了時(shí)間概念的時(shí)間特性，從而產(chǎn)生了生態(tài)系統(tǒng)的演替。3、具有生物代謝機(jī)能的特征。4、具有系統(tǒng)整體自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。生態(tài)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)能 1、同種生物種群密度的調(diào)節(jié)。 2、不同物種生物種群之間的調(diào)節(jié)（食物聯(lián)系進(jìn)行調(diào)節(jié)）。 3、生物與

3、環(huán)境之間的相互適應(yīng)調(diào)節(jié)。生物從環(huán)境攝取必需的生活物質(zhì)，環(huán)境需要經(jīng)常補(bǔ)償其所輸出的物質(zhì)，兩者進(jìn)行著輸入與輸出之間的供需調(diào)節(jié)。（三）生態(tài)系統(tǒng)的分類根據(jù)環(huán)境性質(zhì)和形態(tài)特征分類：生態(tài)系統(tǒng)陸地生態(tài)系統(tǒng)水生生態(tài)系統(tǒng)淡水生態(tài)系統(tǒng)（fresh water ecosystem）海水生態(tài)系統(tǒng)（marine ecosystem）海洋生態(tài)系統(tǒng)沿岸生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)灣生態(tài)系統(tǒng)河口生態(tài)系統(tǒng)藻場(chǎng)生態(tài)系統(tǒng)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)潮間帶生態(tài)系統(tǒng)淺海生態(tài)系統(tǒng)上升流生態(tài)系統(tǒng)大洋生態(tài)系統(tǒng)（四）海洋生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn) 在海洋生態(tài)系統(tǒng)中，初級(jí)生產(chǎn)者主要是體型極小、數(shù)量及大、種類繁多的浮游植物和一些微生物組成；初級(jí)消費(fèi)者主要由體型也很小，種類數(shù)量

4、也很多的浮游動(dòng)物組成。它們利用植物資源的效率很高，周轉(zhuǎn)速度很快，另外還有許多雜食種類也在起著一定數(shù)量的調(diào)節(jié)作用。生物分布的深度范圍很廣，海水的不斷運(yùn)動(dòng)和生物本身活動(dòng)分布的變化也很大。 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（一）生物性成分 生物性成分是生態(tài)系統(tǒng)的主體。生產(chǎn)者（即自養(yǎng)生物、化能細(xì)菌）消費(fèi)者（異養(yǎng)生物）初級(jí)消費(fèi)者次級(jí)消費(fèi)者 -分解者（二）非生物成分 ：非生物環(huán)境 是生態(tài)系統(tǒng)的生命支持系統(tǒng)，它是生物生活的場(chǎng)所，具備生物生存所必須的物質(zhì)條件，也是生物能量的源泉。有機(jī)碎屑物質(zhì)參加物質(zhì)循環(huán)的無(wú)機(jī)物質(zhì)（碳、氮、水和磷等）水文物理?xiàng)l件（溫度、海流等）能源（太陽(yáng)輻射和其他能源）三、

5、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) 1、定義 食物鏈（food chain）：在自然生物群落中，任何一種動(dòng)物不會(huì)只捕食其他動(dòng)物而不被另外一種動(dòng)物捕食，通常某種動(dòng)物既捕食另一類動(dòng)物，同時(shí)又被其他動(dòng)物所捕食。這樣在自然生物群落中形成了一個(gè)連串的食物關(guān)系，這種關(guān)系在生態(tài)學(xué)中被稱為食物鏈。 食物環(huán)節(jié)（food link）或營(yíng)養(yǎng)階層（trophic level）： 指食物鏈上的每一個(gè)環(huán)節(jié)。 食物網(wǎng)（food web）：生態(tài)系統(tǒng)中許多食物鏈縱橫交錯(cuò)，形成網(wǎng)狀營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)稱為食物網(wǎng)。它真實(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。生態(tài)系統(tǒng)的食物網(wǎng)結(jié)

6、構(gòu)對(duì)保持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能穩(wěn)定性有重要作用。2、食物鏈的類型 牧食食物鏈或稱植食食物鏈： 通常是從活體植物開(kāi)始，然后是草食動(dòng)物、一級(jí)肉食動(dòng)物、二級(jí)肉食動(dòng)物等。 碎屑食物鏈： 是從動(dòng)植物死亡尸體分解物開(kāi)始，如植物殘?bào)w蚯蚓線蟲(chóng)節(jié)肢動(dòng)物或海洋中的有機(jī)碎屑浮游動(dòng)物小魚(yú)等。（二）生態(tài)系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu) 自然生態(tài)系統(tǒng)的自養(yǎng)成分和異養(yǎng)成分在空間上通常是分層的。上層的“綠色帶”稱為生產(chǎn)層，自養(yǎng)代謝最旺盛；下層是光照條件差或無(wú)光照的“褐色帶”，異養(yǎng)代謝最為旺盛。 海洋生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)層僅位于光線可以透入的水層，其下方廣大水體和底部沉積物中的異養(yǎng)代謝最為強(qiáng)烈。幾千米的深海中仍有生物生活，因此很多海洋生物群落是存在于沒(méi)有植物

7、性成分的環(huán)境中。 生態(tài)系統(tǒng)的基本功能是能量流動(dòng)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)物質(zhì)循環(huán)。生態(tài)系統(tǒng)是通過(guò)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)將各個(gè)組成成分相互聯(lián)結(jié)構(gòu)成的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀復(fù)雜的整體。四、生態(tài)系統(tǒng)的功能四、生態(tài)系統(tǒng)的功能（一）生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)1、能量及其流動(dòng) 在生態(tài)系統(tǒng)中，生命系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)的相互作用始終以物質(zhì)作為載體，并伴隨著能量的流動(dòng)與轉(zhuǎn)化。海洋生態(tài)系統(tǒng)接收來(lái)自太陽(yáng)輻射的能量，通過(guò)浮游植物的光合作用所固定的能量并轉(zhuǎn)化為化學(xué)能成為生態(tài)系統(tǒng)的基本能量，然后沿著食物鏈從低營(yíng)養(yǎng)階層向高階層單向的傳遞轉(zhuǎn)化。2、能量流動(dòng)的熱力學(xué)定律（1）能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式是嚴(yán)格遵守?zé)崃Ξ?dāng)量比例進(jìn)行，能量既不能消滅也不能憑空產(chǎn)生，即熱

8、力學(xué)第一定律或能量守恒定律。（2）能量流動(dòng)是非循環(huán)的，只能單一方向傳遞轉(zhuǎn)化，并在轉(zhuǎn)化過(guò)程中產(chǎn)生不能利用的熱能，稱為熱力學(xué)第二定律或稱熵律。 3、能量流動(dòng)的生態(tài)效率生態(tài)效率（ecological efficiency）：在生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)過(guò)程中，能量的利用效率就叫生態(tài)效率。它可以用不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的生產(chǎn)量來(lái)表示，即某個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生態(tài)效率相當(dāng)于該營(yíng)養(yǎng)級(jí)生產(chǎn)量與前一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生產(chǎn)量之比。林德曼的“十分之一”定律：水生生態(tài)系統(tǒng)中，通常后一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生產(chǎn)量只有前一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)生產(chǎn)力的十分之一。（二）生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)（cycling of material）：任何物質(zhì)或元素被綠色植物吸收利用并

9、沿著食物鏈在各個(gè)營(yíng)養(yǎng)層間傳遞、轉(zhuǎn)化、最終被微生物分解重新回到環(huán)境，然后再次被吸收利用、進(jìn)入食物鏈轉(zhuǎn)化和傳遞進(jìn)行再循環(huán)，這一通過(guò)有機(jī)體和無(wú)生命環(huán)境之間不斷進(jìn)行的物質(zhì)循環(huán)過(guò)程即為生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。1、生物地球化學(xué)循環(huán)生物地化循環(huán)（biogeochemical cycles）：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Α⑺?、土壤圈、巖石圈之間的交換。 從生態(tài)學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，在海洋中最重要的是限制生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)再循環(huán)的速率。庫(kù)（pool）：物質(zhì)在生物或非生物環(huán)境中都存在一個(gè)或多個(gè)貯存場(chǎng)所，其貯存數(shù)量大大超過(guò)結(jié)合在生物體內(nèi)的數(shù)量，這樣一些貯存場(chǎng)所通常被稱為庫(kù)。貯存庫(kù)（reservoir p

10、ool）：庫(kù)容量大，物質(zhì)在庫(kù)中的滯留時(shí)間長(zhǎng)和流動(dòng)速率慢，多屬于非生物成分。交換庫(kù)（exchange pool）：庫(kù)容量小，物質(zhì)在庫(kù)中的滯留時(shí)間短和流動(dòng)速率快，多屬于生物成分。2、生物地化循環(huán)的類型：水循環(huán)：水循環(huán)的主要途徑是有太陽(yáng)能所推動(dòng)的由大 氣、海洋和陸地形成的一個(gè)全球性水循環(huán)系統(tǒng)。氣態(tài)循環(huán)：循環(huán)物質(zhì)的主要貯存庫(kù)是大氣和海洋，并 在大氣中以氣態(tài)出現(xiàn)。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(lái)。沉積循環(huán)：指循環(huán)物質(zhì)的主要貯存庫(kù)是巖石圈和土 壤圈。以磷、硅及鈣、鉀等金屬為代表。3、碳循環(huán)4、氮循環(huán)5、磷循環(huán)（三）生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)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)

11、系、不可分割的，能量必須通過(guò)物質(zhì)載體來(lái)流動(dòng)。 兩者的根本區(qū)別是能量來(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；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)中不斷的循環(huán)，或從一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)消失而又在另一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)。（一）生態(tài)系統(tǒng)的自校穩(wěn)態(tài) 生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)反饋機(jī)制實(shí)現(xiàn)其自我調(diào)控以維持 相對(duì)的穩(wěn)態(tài)。 反饋：就是系統(tǒng)的輸出反過(guò)來(lái)又決定其輸入。 反饋分正反饋和副反饋。 正反饋：系統(tǒng)中的部分輸出通過(guò)一定路線又變成 輸入，起促進(jìn)和加強(qiáng)作用。 副反饋：輸出反過(guò)來(lái)起削弱和減低輸入的作用。 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（二）生態(tài)系統(tǒng)平衡1、定義生態(tài)平衡（

12、ecological balance）：輸入和輸出在較長(zhǎng)時(shí)間趨于相等，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài)，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)，生態(tài)系統(tǒng)的這種狀態(tài)就叫做生態(tài)平衡。 生態(tài)閾限：生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)功能是有限的，只有在某一限度內(nèi)可以自我調(diào)節(jié)自然界或人類施加的干擾，這個(gè)限度就叫生態(tài)閾限。2、生態(tài)系統(tǒng)的基本觀點(diǎn) 平衡是動(dòng)態(tài)的平衡，是指對(duì)立的各方（輸入和輸出）在數(shù)量或質(zhì)量上相等或相抵。所以生態(tài)平衡是相對(duì)平衡，是自然界在長(zhǎng)期進(jìn)化中建立在各種成分的特征、運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其相互關(guān)系基礎(chǔ)上的動(dòng)態(tài)平衡。 任何一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)都具有其彈性和可塑性。其自我調(diào)節(jié)機(jī)制依賴于正反饋和負(fù)反饋機(jī)制的相互聯(lián)系和作用。3、生態(tài)平衡被破壞的主要因素（1）自然的因素所帶來(lái)的失調(diào)；（2）人為因素，就是人類的干擾對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成的 影響。第二節(jié) 生物圈的形成和進(jìn)化一、生命的起源1、從無(wú)機(jī)物到簡(jiǎn)單有機(jī)物2、從簡(jiǎn)單有機(jī)物到復(fù)雜有機(jī)