地球表層生態(tài)系統(tǒng)

1、第四章第四章 地球表層生態(tài)系統(tǒng)地球表層生態(tài)系統(tǒng)第四章第四章 地球表層生態(tài)系統(tǒng)地球表層生態(tài)系統(tǒng) 第一節(jié)第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)概述生態(tài)系統(tǒng)概述第二節(jié)第二節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)第三節(jié)第三節(jié) 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)第一節(jié)第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)概述生態(tài)系統(tǒng)概述n一、生態(tài)系統(tǒng)的概述一、生態(tài)系統(tǒng)的概述n二、生態(tài)系統(tǒng)分類二、生態(tài)系統(tǒng)分類n三、生態(tài)系統(tǒng)研究途徑三、生態(tài)系統(tǒng)研究途徑第一節(jié)第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)概念的提出生態(tài)系統(tǒng)概念的提出 生態(tài)系統(tǒng)的概念是英國植物生態(tài)學家生態(tài)系統(tǒng)的概念是英國植物生態(tài)學家A.G.Tansley于于1935年首先提出，強調(diào)生年首先提出，強調(diào)生物和環(huán)境在功能上是不可分割

2、的統(tǒng)一整體。物和環(huán)境在功能上是不可分割的統(tǒng)一整體。 生態(tài)系統(tǒng)是指一定時空范圍內(nèi)生物成分生態(tài)系統(tǒng)是指一定時空范圍內(nèi)生物成分和非生物成分通過彼此間不斷的物質(zhì)循環(huán)、和非生物成分通過彼此間不斷的物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息傳遞，相互聯(lián)系、相互影響、能量流動和信息傳遞，相互聯(lián)系、相互影響、相互制約而共同形成的一個生態(tài)學功能單相互制約而共同形成的一個生態(tài)學功能單位。位。 前蘇聯(lián)植物生態(tài)學家蘇卡切夫于1940年首次提出了“生物地理群落”的概念。一、生態(tài)系統(tǒng)的類型據(jù)決定性因素自然生態(tài)系統(tǒng) （地理因素）人工生態(tài)系統(tǒng)森林生態(tài)系統(tǒng)草原生態(tài)系統(tǒng)荒漠生態(tài)系統(tǒng)海洋生態(tài)系統(tǒng)淡水生態(tài)系統(tǒng)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)城市生態(tài)系統(tǒng)陸地生態(tài)系統(tǒng)水域生

3、態(tài)系統(tǒng)三、各種生態(tài)系統(tǒng)的特點森林生態(tài)系統(tǒng)森林生態(tài)系統(tǒng)n分布：濕潤或較濕潤的地區(qū)特點：動植物種類繁多，營養(yǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能夠處于穩(wěn)定狀態(tài)。植物：以喬木為主，少量灌木和草本植物動物：眾多的植食性動物、肉食性動物作用：涵養(yǎng)水源、保持水土等，有“綠色水庫”之稱草原生態(tài)系統(tǒng)草原生態(tài)系統(tǒng)n分布：較干旱地區(qū)n植物：n特點： 動植物種類較少，在不同的季節(jié)或年 份，降雨量不均勻，動植物的數(shù)量和種類會發(fā)生劇烈變化。以草本植物為主，少量灌木叢，喬木非常少見n作用：n動物：以植食性動物為主調(diào)節(jié)氣候、防風護沙，畜牧業(yè)的重要生產(chǎn)基地荒漠生態(tài)系統(tǒng)荒漠生態(tài)系統(tǒng)n分布：n特點：干旱地區(qū)晝夜溫差大，氣候干燥，動植物種類十分稀少。海洋

4、生態(tài)系統(tǒng)海洋生態(tài)系統(tǒng)n分布：n植物：n動物： 海洋占地球表面積的71%，整個地球上的海洋是連成一體的，因此可以看作是一個巨大的生態(tài)系統(tǒng)。絕大部分是微小的藻類，還有部分大型藻類，如：海帶、紫菜等n構(gòu)成：由海洋和海洋生物構(gòu)成種類繁多淡水生態(tài)系統(tǒng)淡水生態(tài)系統(tǒng)n組成：n植物分布在：由河流、湖泊、池塘等淡水水域和淡水水生物組成。淺水區(qū)和水的上層農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)n植物:n動物：n特點：由農(nóng)民來管理農(nóng)作物，因此，人的作用非常關(guān)鍵。以農(nóng)作物為主主要有昆蟲、土壤動物等城市生態(tài)系統(tǒng)城市生態(tài)系統(tǒng) 主要由人、動物、植物、微生物、建筑物、交通工具組成n組成：n特點：植物的種類和數(shù)量很少，是一種非常脆弱的生態(tài)系統(tǒng)

5、，對其他生態(tài)系統(tǒng)有很大的依賴性。補充： 濕地生態(tài)系統(tǒng)濕地生態(tài)系統(tǒng)n濕地：包括沼澤地、泥炭地、河流、湖泊、水庫、稻田等n濕地能夠降解污染和凈化水質(zhì)被人們譽為“自然之腎”，是世界上最具有生產(chǎn)力的生態(tài)系統(tǒng)之一，是多種多樣生物產(chǎn)生的“搖籃”n我國濕地資源、面積位居世界第四位n植物：主要是草本，水稻也是n作用：涵養(yǎng)水源、防止暴風雨、減緩洪水等2.生態(tài)系統(tǒng)的組成 無論是陸地還是水域，大的小的，地球表面一個發(fā)育完全的生態(tài)系統(tǒng)都包括非生物環(huán)境和生物成分兩大部分。其中的生物成分：生產(chǎn)者、消費者、分解者 1生態(tài)系統(tǒng)的基本組成生態(tài)系統(tǒng)的基本組成綠色植物（生產(chǎn)者）植食動物食肉動物1食肉動物2雜食、寄生、食腐動物動植物

6、死有機體、排泄物、碎屑者分解者生產(chǎn)者亞系統(tǒng)生產(chǎn)者亞系統(tǒng)消費者亞系統(tǒng)消費者亞系統(tǒng)生產(chǎn)者：指能利用太陽能或其他形式的能量將簡單的無機物制造成有機物的各類自養(yǎng)生物，包括所有的綠色植物、光合細菌和化能合成細菌等消費者：不能利用太陽能將無機物質(zhì)制造成有機物質(zhì)，只能直接或間接地依賴于生產(chǎn)者所制造的有機物質(zhì)維持生命的各類異養(yǎng)生物。 消費者：初級消費者、次級消費者分解者：主要是細菌、真菌、放線菌、某些原生動物及其他微型有機體。生物成分生物成分 生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：指生態(tài)系統(tǒng)中生物和非生物的諸要素組成及其在時間、空間和功能上的分化與配置而形成的各種有序系統(tǒng)。 生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：物種結(jié)構(gòu)、組成結(jié)構(gòu)、時空結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)結(jié)構(gòu)和層次

7、結(jié)構(gòu)等 冗余種：指生態(tài)系統(tǒng)或生物群落中的某些在生態(tài)功能上與同一生態(tài)功能群中其他物種有相當程度的重疊，在生態(tài)需求上相對過剩而生態(tài)作用不顯著的物種。 由Walker于1992年首次提出。生態(tài)系統(tǒng)的物種結(jié)構(gòu)（補充）生態(tài)系統(tǒng)的物種結(jié)構(gòu)（補充） 保持原有物種成分。即該物種被去除后，其余物種都能存留住，并且沒有新的物種進入。 保持生態(tài)過程中的穩(wěn)定。去除該種，生態(tài)系統(tǒng)的物種組成、結(jié)構(gòu)及各項功能沒有發(fā)生改變或接近正常。 較高抵抗力。去除該種，對生態(tài)系統(tǒng)原有的物種多度沒有影響。 蓋度的保持。該物種去除后，其他的物種不會隨之全部消失。判斷冗余種的標準判斷冗余種的標準 生態(tài)系統(tǒng)組分結(jié)構(gòu)：生態(tài)系統(tǒng)中各種生物成分和非生

8、物要素的組成及其量比結(jié)構(gòu)。 時空結(jié)構(gòu)：垂直結(jié)構(gòu)、水平結(jié)構(gòu) 垂直結(jié)構(gòu)：分層現(xiàn)象的出現(xiàn)。 水平結(jié)構(gòu)：由于環(huán)境因子的影響導致的成分分布不均勻的現(xiàn)象。垂直結(jié)構(gòu)垂直結(jié)構(gòu)水平結(jié)構(gòu)水平結(jié)構(gòu) 生態(tài)系統(tǒng)中的物種組成、外貌、結(jié)構(gòu)和功能隨時間的推移和環(huán)境的變化而呈現(xiàn)出的各種時間格局。時間結(jié)構(gòu)時間結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)：營養(yǎng)結(jié)構(gòu)：生態(tài)系統(tǒng)中各種生物成分之間或生生態(tài)系統(tǒng)中各種生物成分之間或生態(tài)系統(tǒng)中各生態(tài)功能群態(tài)系統(tǒng)中各生態(tài)功能群生產(chǎn)者、消費者、分解生產(chǎn)者、消費者、分解者之間通過吃與被吃的食物關(guān)系，以營養(yǎng)為紐帶者之間通過吃與被吃的食物關(guān)系，以營養(yǎng)為紐帶依次連接而成的食物鏈網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以及營養(yǎng)物質(zhì)在

9、依次連接而成的食物鏈網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以及營養(yǎng)物質(zhì)在食物鏈網(wǎng)中不同環(huán)節(jié)的組配結(jié)構(gòu)。食物鏈網(wǎng)中不同環(huán)節(jié)的組配結(jié)構(gòu)。 食物鏈概念的提出：1942年美國生態(tài)學家Lindeman在研究Cedar Bog湖能量流動規(guī)律時，從中國的諺語“大魚吃小魚，小魚吃蝦米，蝦米吃泥巴”中得到啟發(fā)而提出的。 生態(tài)系統(tǒng)中把具有相同取食習性和營養(yǎng)方式的生物歸為同一營養(yǎng)級。 食物鏈：指生態(tài)系統(tǒng)中各種生物通過彼此間吃與被吃的關(guān)系聯(lián)結(jié)而成的一環(huán)扣一環(huán)的食物鎖鏈。 食物網(wǎng)：生態(tài)系統(tǒng)中的各種生物通過不同的食物鏈聯(lián)系成為一個整體，即不同的食物鏈構(gòu)成了整個生態(tài)系統(tǒng)的食物網(wǎng)。1、捕食食物鏈：構(gòu)成方式 植物 食植動物 食肉動物2、碎屑食物鏈： 動植物

10、碎屑 碎食物消費者 原生動物 大型食肉動物 小型動物食物鏈的類型食物鏈的類型3、寄生食物鏈：以活的動植物有機體為營養(yǎng)源，以寄生方式形成的食物鏈。4、混合食物鏈：在各鏈節(jié)中，既有活食性生物成員，又有腐食性生物成員的食物鏈。5、特殊食物鏈 1、食物鏈是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)與能量流動的的載體。 2、食物鏈網(wǎng)中的各營養(yǎng)級生物種類的多樣性及其食物營養(yǎng)關(guān)系的復(fù)雜性，是維護生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和保持生態(tài)系統(tǒng)相對平衡與可持續(xù)性的重要基礎(chǔ)。除此之外，還有其它的意義么？食物鏈的生態(tài)學意義食物鏈的生態(tài)學意義田野中的食物鏈田野中的食物鏈 生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者或消費者在其代謝過程中吸收和利用生態(tài)系統(tǒng)中的能量和物質(zhì)制造新的有機物

11、質(zhì)和貯存能量的過程。 分為初級生產(chǎn)和次級生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)的生物生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)的生物生產(chǎn) 初級生產(chǎn)是地球表面生態(tài)系統(tǒng)中一切能量流動的源泉，一切生態(tài)系統(tǒng)的能量流動均是以生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)為前提和基礎(chǔ)。 初級生產(chǎn)：又稱第一性生產(chǎn)或植物性生產(chǎn)。它是指生態(tài)系統(tǒng)中的綠色植物通過光合作用吸收和利用光能將簡單的無機物質(zhì)轉(zhuǎn)化為復(fù)雜的有機物質(zhì)并貯存的過程。初級生產(chǎn)初級生產(chǎn)在單位面積或體積內(nèi)的綠色植物在單位時間內(nèi)所產(chǎn)生出有機物質(zhì)的總量或所固定總能量成為總初級生產(chǎn)力，綠色植物在初級生產(chǎn)過程中凈生產(chǎn)的有機物質(zhì)量或凈固定的能量稱為凈初級生產(chǎn)力量。單位面積或體積內(nèi)的綠色植物在單位時間內(nèi)凈生產(chǎn)的有機物質(zhì)量或凈固定的能量稱為凈初級生

12、產(chǎn)力。NPP=GPP（總初級生產(chǎn)力） R（呼吸） 直接收獲法 黑白瓶法氧氣測定法 氧氣測定法 遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用初級生產(chǎn)力的測定方法初級生產(chǎn)力的測定方法 通過收割稱量生物量來測量群落或生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的一種方法。 定期收獲一定面積內(nèi)的全部植物體，分別稱量鮮重，烘干測定干重。在一般的測定中，一般只測定植物的地上部分直接收獲法直接收獲法 備三個玻璃瓶，其中兩個為黑瓶，一個為白瓶，其中一個黑瓶，從待測水體中取水，為初試瓶（IB）。 另一對黑白瓶沉入取水樣深度，經(jīng)過24h，取出進行溶氧測定。黑瓶（DB）、白瓶（LB）。 凈初級生產(chǎn)量=LB IB 呼吸量=IB DB 總初級生產(chǎn)量=LB DB黑黑

13、白瓶法氧氣測定法白瓶法氧氣測定法主要通過測定森林生態(tài)系統(tǒng)中綠色植物的光合作用與呼吸作用，建立起適合于該數(shù)學回歸模型來確定植物的光合作用總量，并以此估算該生態(tài)系統(tǒng)單位面積的生物生產(chǎn)量。 遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用利用現(xiàn)代技術(shù)氧氣測定法氧氣測定法次級生產(chǎn)是靠消耗初級生產(chǎn)量而得到的。次級生產(chǎn)的計算公式： C=A+FUC為攝入的能量，A為同化的能量，F(xiàn)U為排泄物、分泌物、糞便和未同化的能量。 A=PS+RPS為次級生產(chǎn)的能量，R為呼吸中失去的能量。 P=C FU RP為凈次級生產(chǎn)量生態(tài)系統(tǒng)的次級生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)的次級生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)的物種流：生物物種及其種群在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)或生態(tài)系統(tǒng)之間空間變化與流動。含義：1

14、、生物有機體與環(huán)境之間相互作用所產(chǎn)生的時間、空間變化過程。2、物種種群在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)或生態(tài)系統(tǒng)間的格局和數(shù)量動態(tài)。3、生物群落中物種組成與配置、營養(yǎng)結(jié)構(gòu)變化、外來種和本地種的相互作用，生態(tài)系統(tǒng)對物種增加和空缺的反應(yīng)等。生態(tài)系統(tǒng)的物種流動和能量流動生態(tài)系統(tǒng)的物種流動和能量流動物種在空間上的流動主要有：1、有規(guī)律的物種遷移。指動物依靠其自身行為主動進行有規(guī)律的擴散和移動，有固定的習性和行為的變現(xiàn)，有一定的途徑，跨越不同的生態(tài)系統(tǒng)，如候鳥的遷徙。2、無規(guī)律的生物入侵生物由原發(fā)生地侵入一個新的生態(tài)系統(tǒng)的過程。如加拿大一枝黃花、喜旱蓮子草等惡性入侵植物。 植物種子的傳播，有母株的噴射、動物的攜帶、風力的傳

15、播等。 種子由母株噴射的植株，不能傳播的特別遠，所以易形成特定的地區(qū)的特殊種。 風力傳播的種子，種子比較輕，能夠傳播到更遠的空間生長。 動物攜帶的種子，一般具有鉤、毛、刺或者是不易被消化的蠟質(zhì)保護層。植物的種子流植物的種子流 昆蟲遷飛魚類洄游鳥類遷徙生態(tài)系統(tǒng)中的動物流生態(tài)系統(tǒng)的能源，根據(jù)來源不同，分為太陽輻射能和輔助能。1、地球上所有的生態(tài)系統(tǒng)的最初能量來源于太陽。太陽能即是能源，又是重要的環(huán)境因子，參與光合作用。2，除了太陽能外的進入生態(tài)系統(tǒng)的任何形式的能量，都稱為輔助能。輔助能不能直接被生態(tài)系統(tǒng)中的生物轉(zhuǎn)化為化學潛能，但能促進輻射能的轉(zhuǎn)化。自然輻射能：潮汐能、風能等人為輻射能：石油、化肥等

16、生態(tài)系統(tǒng)的能量流動生態(tài)系統(tǒng)的能量流動1、呼吸代謝并產(chǎn)生乙醇、乳酸或CO22、含氮化合物作為廢物被排泄掉3、有機體可以直接完成移動負荷做功4、結(jié)合在還原碳中的能量進一步形成各種含能產(chǎn)品，構(gòu)成凈生產(chǎn)。個體水平的能流途徑個體水平的能流途徑 1、用于繁殖后代 2、個體的某些部分死亡脫落，如壁虎尾巴的斷裂脫落，重新生長 3、形成一些分泌物和信息激素，如麝香其他途徑的個體能量轉(zhuǎn)移其他途徑的個體能量轉(zhuǎn)移 在太陽能被植物吸收固定并沿著食物鏈流動的過程中，食物鏈上蓄留的能量隨營養(yǎng)級的升高不斷損耗。食物鏈水平上的能量流動食物鏈水平上的能量流動 個體水平、食物鏈水平的能量流動是整個生態(tài)系統(tǒng)能量流動的基礎(chǔ)單元。由于生

17、態(tài)系統(tǒng)的食物網(wǎng)較復(fù)雜，進入生態(tài)系統(tǒng)的太陽能和其他形式的能量可沿多條食物鏈流動，并逐漸遞減。生態(tài)系統(tǒng)水平的能量流動生態(tài)系統(tǒng)水平的能量流動 1、嚴格遵循熱力學第一定律（能量守恒定律），含義：能量既不能消失，也不能憑空產(chǎn)生，它只是以嚴格的當量比例，有一種形式的能轉(zhuǎn)化為另一種形式的能。 2、能量衰變定律（熱力學第二定律），生態(tài)系統(tǒng)中的能量在轉(zhuǎn)換、流動過程中總存在衰變、逸散的現(xiàn)象，即總有一部分的能量要從濃縮的有效形態(tài)變化可稀釋的不能利用的形態(tài)。生態(tài)系統(tǒng)中的能流特點生態(tài)系統(tǒng)中的能流特點 物質(zhì)循環(huán)：又稱生物地球化學循環(huán)，指生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的各種化學元素及其化合物在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部各組成要素之間及其地球表層生物圈、水圈

18、、大氣圈和巖石圈等各圈層之間，沿著特定的途徑從環(huán)境到生物體再到環(huán)境，循環(huán)反復(fù)的過程。 根據(jù)物質(zhì)循環(huán)的范圍分為，地球化學循環(huán)（大循環(huán)）和生物循環(huán)（小循環(huán)）物質(zhì)循環(huán)物質(zhì)循環(huán) 地球化學循環(huán)：化合物或元素經(jīng)生物體的吸收作用，從環(huán)境進入生物有機體內(nèi)，然后生物有機體以殘體或排泄物的形式將物質(zhì)或元素返回環(huán)境，經(jīng)過五大自然圈循環(huán)后再被生物利用的過程。 生物循環(huán)：環(huán)境中的元素經(jīng)生物體吸收，在生態(tài)系統(tǒng)中被相繼利用后，經(jīng)過分解者的作用，再被生產(chǎn)者吸收、利用。開放式循環(huán)。生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)可以分為：1、水循環(huán)2、氣體型循環(huán)3、沉積型循環(huán)物質(zhì)循環(huán)的類型物質(zhì)循環(huán)的類型 水的主要循環(huán)路線是從地球表面通過蒸發(fā)(包括植物的蒸騰作用)進入大氣圈，同時又不斷地通過降水從大氣圈返回到地球表面。每年地球表面的蒸發(fā)量與全球降水量是相等的，因此，這兩個相反的過程能夠處于一種平衡狀態(tài)。 水循環(huán)對于生態(tài)系統(tǒng)具有非常重要的意義。任何生物的生命活動都離不開水，水攜帶著大量的礦質(zhì)元素在全球周而復(fù)始地循環(huán)，極大地影響著各類營養(yǎng)元素在地球上的分布。此外，水還有調(diào)節(jié)大氣溫度等重要生態(tài)作用。水循環(huán)的意義水循環(huán)的意義 氣體型循環(huán)包括氮、碳和氧等元素的循環(huán)。在氣體型循環(huán)中，物質(zhì)的主要貯存