環(huán)境生態(tài)學教學課件：第五章 生態(tài)系統(tǒng)

1、第五章 生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和特征生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和特征1生態(tài)系統(tǒng)的基本功能生態(tài)系統(tǒng)的基本功能2生態(tài)系統(tǒng)的平衡穩(wěn)定與調(diào)節(jié)機制生態(tài)系統(tǒng)的平衡穩(wěn)定與調(diào)節(jié)機制3城市生態(tài)系統(tǒng)存在問題及其對策城市生態(tài)系統(tǒng)存在問題及其對策4內(nèi)容提要內(nèi)容提要生態(tài)系統(tǒng)的定義生態(tài)系統(tǒng)的定義1生態(tài)系統(tǒng)的組成生態(tài)系統(tǒng)的組成2生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)3生態(tài)系統(tǒng)的基本特征生態(tài)系統(tǒng)的基本特征4第一節(jié)第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和特征生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和特征 生態(tài)系統(tǒng)的概念（生態(tài)系統(tǒng)的概念（Ecosystem）o 生態(tài)系統(tǒng)這一概念首先由英國生態(tài)學家生態(tài)系統(tǒng)這一概念首先由英國生態(tài)學家坦斯黎坦斯黎提出，提出，他認為，生態(tài)系統(tǒng)的基本概

2、念是物理學上使用的他認為，生態(tài)系統(tǒng)的基本概念是物理學上使用的“系系統(tǒng)統(tǒng)”整體，這個系統(tǒng)不僅包括有機復合體，而且也包整體，這個系統(tǒng)不僅包括有機復合體，而且也包括形成環(huán)境的整個物理因素括形成環(huán)境的整個物理因素復合體復合體。o 生態(tài)系統(tǒng)是指在一定時間和空間內(nèi)，由生態(tài)系統(tǒng)是指在一定時間和空間內(nèi)，由生物群落與其生物群落與其環(huán)境組成的一個整體環(huán)境組成的一個整體。各組成要素間借助物種流動、。各組成要素間借助物種流動、能量流動、物質(zhì)循環(huán)、信息傳遞和價值流動，而相互能量流動、物質(zhì)循環(huán)、信息傳遞和價值流動，而相互聯(lián)系、相互制約，并形成具有自調(diào)節(jié)功能的聯(lián)系、相互制約，并形成具有自調(diào)節(jié)功能的復合體復合體。o 根據(jù)生態(tài)

3、系統(tǒng)的定義，一個生態(tài)系統(tǒng)在空間邊界根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的定義，一個生態(tài)系統(tǒng)在空間邊界上是上是模糊的模糊的。也就是說，它在大小上是不確定的，。也就是說，它在大小上是不確定的，其空間范圍在很大程度上往往是依據(jù)人們所研究其空間范圍在很大程度上往往是依據(jù)人們所研究的對象，研究內(nèi)容，研究目的或地理條件等因素的對象，研究內(nèi)容，研究目的或地理條件等因素而確定。而確定。從結(jié)構(gòu)和功能完整性角度看，它可小到從結(jié)構(gòu)和功能完整性角度看，它可小到含有藻類的一滴水，大到整個生物圈含有藻類的一滴水，大到整個生物圈（BiosphereBiosphere）。）。o 生態(tài)系統(tǒng)可以是一個很具體的概念，一個池生態(tài)系統(tǒng)可以是一個很具體的概念，

4、一個池塘，一片森林或一塊草地都是一個生態(tài)系統(tǒng)。塘，一片森林或一塊草地都是一個生態(tài)系統(tǒng)。o 同時，它又是在空間范圍上抽象的概念。生同時，它又是在空間范圍上抽象的概念。生態(tài)系統(tǒng)和生物圈只是研究的空間范圍及其復雜程態(tài)系統(tǒng)和生物圈只是研究的空間范圍及其復雜程度不同。度不同。小的生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)合成大的生態(tài)系統(tǒng)，簡小的生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)合成大的生態(tài)系統(tǒng)，簡單的生態(tài)系統(tǒng)組合成復雜的生態(tài)系統(tǒng)，而最大，單的生態(tài)系統(tǒng)組合成復雜的生態(tài)系統(tǒng)，而最大，最復雜的生態(tài)系統(tǒng)就是生物圈。最復雜的生態(tài)系統(tǒng)就是生物圈。 池塘池塘 森林森林 生態(tài)系統(tǒng)的組成成分生態(tài)系統(tǒng)的組成成分1 定義定義 指系統(tǒng)內(nèi)所包括的若干類相互聯(lián)系的各種要素。指系統(tǒng)內(nèi)所包

5、括的若干類相互聯(lián)系的各種要素。從理論上講，地球上的一切物質(zhì)都可能是生態(tài)從理論上講，地球上的一切物質(zhì)都可能是生態(tài)系統(tǒng)的組成成分。系統(tǒng)的組成成分。 2 生態(tài)系統(tǒng)的組成生態(tài)系統(tǒng)的組成 非生物環(huán)境非生物環(huán)境（abiotic environment）： 包括氣候因子，如光照、熱量、水分、空氣包括氣候因子，如光照、熱量、水分、空氣等；無機物質(zhì)，如等；無機物質(zhì)，如 C C、H H、O2O2、N2N2及礦質(zhì)鹽分等；及礦質(zhì)鹽分等；有機物質(zhì)，如碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂類及腐有機物質(zhì)，如碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂類及腐殖質(zhì)等。殖質(zhì)等。 是生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量的來源。是生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量的來源。生產(chǎn)者（生產(chǎn)者（produ

6、cers）：）： 是生物成分中能利用太陽能等能源，是生物成分中能利用太陽能等能源，將簡單將簡單無機物合成為復雜有機物的自養(yǎng)生物，無機物合成為復雜有機物的自養(yǎng)生物，如陸生的如陸生的各種植物，水生的高等植物和藻類，還包括一些各種植物，水生的高等植物和藻類，還包括一些光能細菌和化能細菌。光能細菌和化能細菌。生產(chǎn)者是生態(tài)系統(tǒng)的必要生產(chǎn)者是生態(tài)系統(tǒng)的必要成分，它們將光能轉(zhuǎn)化為化學能，是生態(tài)系統(tǒng)所成分，它們將光能轉(zhuǎn)化為化學能，是生態(tài)系統(tǒng)所需一切能量的基礎(chǔ)。需一切能量的基礎(chǔ)。 消費者（消費者（consumers）：）： 是靠自養(yǎng)生物或其它生物為食而獲得生存能量的異養(yǎng)生是靠自養(yǎng)生物或其它生物為食而獲得生存能量

7、的異養(yǎng)生物，主要是各類動物。物，主要是各類動物。 食草動物稱為食草動物稱為初級消費者初級消費者 食肉動物統(tǒng)稱為食肉動物統(tǒng)稱為次級消費者次級消費者 生態(tài)系統(tǒng)中還有兩類特殊的消費者生態(tài)系統(tǒng)中還有兩類特殊的消費者 腐食消費者腐食消費者-以動植物尸體為食以動植物尸體為食 寄生生物寄生生物-寄生于生活著的動植物的體表或者體寄生于生活著的動植物的體表或者體 內(nèi)，靠吸收寄主養(yǎng)分為生內(nèi)，靠吸收寄主養(yǎng)分為生 分解者（分解者（Reducers）： 也稱還原者。這類生物也屬異養(yǎng)生物，故又也稱還原者。這類生物也屬異養(yǎng)生物，故又有小型消費者之稱，包括細菌、真菌、放線菌有小型消費者之稱，包括細菌、真菌、放線菌和原生動物。

8、它們在生態(tài)系統(tǒng)中的重要作用是和原生動物。它們在生態(tài)系統(tǒng)中的重要作用是把復雜的有機物分解為簡單的無機物，歸還到把復雜的有機物分解為簡單的無機物，歸還到環(huán)境中供生產(chǎn)者重新利用。環(huán)境中供生產(chǎn)者重新利用。 （1 1）生產(chǎn)者）生產(chǎn)者如：如：（主要是（主要是綠色植物）綠色植物）能利用簡單的無機物制造能利用簡單的無機物制造 有機物的一類生物。有機物的一類生物。（2 2）消費者）消費者（主要是主要是動物）動物）以其他生物體作為食物的以其他生物體作為食物的各種生物。各種生物。（3 3）分解者）分解者（腐生細菌（腐生細菌和和真菌）真菌）將各種動植物殘體及其排泄物將各種動植物殘體及其排泄物分解為無機物的一類生物。分

9、解為無機物的一類生物。生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) o 生態(tài)系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)：生態(tài)系統(tǒng)中的生物種類、種群生態(tài)系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)：生態(tài)系統(tǒng)中的生物種類、種群數(shù)量、種的數(shù)量、種的空間配置空間配置（水平和垂直分布）、種的（水平和垂直分布）、種的時間時間變化變化（發(fā)育和季相）即生物群落。（發(fā)育和季相）即生物群落。o 生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)：由于生態(tài)系統(tǒng)是一個功能單位，生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)：由于生態(tài)系統(tǒng)是一個功能單位，強調(diào)的是系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)和能量流動，因而在結(jié)構(gòu)強調(diào)的是系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)和能量流動，因而在結(jié)構(gòu)方面也主要是從營養(yǎng)功能上劃分的，可以簡單地說，方面也主要是從營養(yǎng)功能上劃分的，可以簡單地說，食物網(wǎng)及其相互關(guān)

10、系食物網(wǎng)及其相互關(guān)系就是生態(tài)系統(tǒng)的就是生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。 食物鏈和食物網(wǎng)食物鏈和食物網(wǎng) 食物鏈和食物網(wǎng)的概念食物鏈和食物網(wǎng)的概念o 生態(tài)系統(tǒng)不同生物之間通過取食關(guān)系而形成的鏈索生態(tài)系統(tǒng)不同生物之間通過取食關(guān)系而形成的鏈索式單向聯(lián)系稱為式單向聯(lián)系稱為食物鏈食物鏈(Food chain)。這是生這是生態(tài)系統(tǒng)能量流動的主要渠道。態(tài)系統(tǒng)能量流動的主要渠道。o 當然，各類生物之間的食物關(guān)系遠比這種直鏈狀的當然，各類生物之間的食物關(guān)系遠比這種直鏈狀的鏈索復雜得多。通常食物鏈彼此交錯連接成網(wǎng)狀結(jié)鏈索復雜得多。通常食物鏈彼此交錯連接成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，稱為構(gòu)，稱為食物網(wǎng)食物網(wǎng)(Food web)。食物鏈分為

11、以下幾種類型：食物鏈分為以下幾種類型： 1 捕食性食物鏈捕食性食物鏈：也稱牧食性食物鏈（也稱牧食性食物鏈（grazing focd chaingrazing focd chain），以生產(chǎn)者為基），以生產(chǎn)者為基礎(chǔ)，繼之以植食性動物和肉食性動物。后者與前者是捕食性關(guān)系。礎(chǔ)，繼之以植食性動物和肉食性動物。后者與前者是捕食性關(guān)系。 構(gòu)成方式：構(gòu)成方式：植物植物植食性動物植食性動物肉食性動物肉食性動物 2 碎食食物鏈碎食食物鏈：以碎食為基礎(chǔ)。所謂碎食是由高等植物的枯枝落葉等形式，被：以碎食為基礎(chǔ)。所謂碎食是由高等植物的枯枝落葉等形式，被其他生物所利用，分解成碎屑，然后再為多種動物所食構(gòu)成。其他生物所利

12、用，分解成碎屑，然后再為多種動物所食構(gòu)成。 構(gòu)成方式：構(gòu)成方式：碎食物碎食物碎食物消費者碎食物消費者小型肉食性動物小型肉食性動物大型肉食性動物大型肉食性動物 3 腐生性食物鏈腐生性食物鏈：也稱分解鏈（也稱分解鏈（decompose chain），這是從死亡的有機體），這是從死亡的有機體被微生物利用開始的一種食物鏈。被微生物利用開始的一種食物鏈。 如如：動植物殘體動植物殘體微生物微生物土壤動物土壤動物 4 寄生性食物鏈寄生性食物鏈：生物間以寄生物與寄主的關(guān)系而構(gòu)成的食物鏈。其特點是由：生物間以寄生物與寄主的關(guān)系而構(gòu)成的食物鏈。其特點是由較大的生物開始至體型微小的生物，后者寄生于前者的體表或體內(nèi)。

13、較大的生物開始至體型微小的生物，后者寄生于前者的體表或體內(nèi)。 如：如：哺乳類或鳥類哺乳類或鳥類跳蚤跳蚤原生動物原生動物濾過性病毒濾過性病毒 同資源種團同資源種團o 是指由生態(tài)學特征很相似（以同一方式利用共同資是指由生態(tài)學特征很相似（以同一方式利用共同資源）的生物所構(gòu)成的物種集團。源）的生物所構(gòu)成的物種集團。o 同資源種團的生物處于同一功能地位上，是生態(tài)功同資源種團的生物處于同一功能地位上，是生態(tài)功能上的等價種。如果有一個種由于某種原因從生物能上的等價種。如果有一個種由于某種原因從生物群落中消失，種團內(nèi)的其它種可以取代其地位，執(zhí)群落中消失，種團內(nèi)的其它種可以取代其地位，執(zhí)行相同的功能，從而能使群

14、落面貌變化不大?？梢?，行相同的功能，從而能使群落面貌變化不大?？梢姡Y源種團的劃分有助于研究生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的同資源種團的劃分有助于研究生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性穩(wěn)定性。 蜂鳥同資源種團蜂鳥同資源種團營養(yǎng)級和生態(tài)金字塔營養(yǎng)級和生態(tài)金字塔o 營養(yǎng)級營養(yǎng)級是指處于食物鏈某一環(huán)節(jié)上的所有生物種的總和。是指處于食物鏈某一環(huán)節(jié)上的所有生物種的總和。o 生態(tài)系統(tǒng)中的能流式單向的，通過各個營養(yǎng)級的能量是逐級生態(tài)系統(tǒng)中的能流式單向的，通過各個營養(yǎng)級的能量是逐級減少的。減少的。o 生態(tài)金字塔生態(tài)金字塔：把生態(tài)系統(tǒng)中各個營養(yǎng)級有機體的個體數(shù)量、：把生態(tài)系統(tǒng)中各個營養(yǎng)級有機體的個體數(shù)量、生物量或能量，按營養(yǎng)級位順序

15、排列并繪制成圖，其形似金生物量或能量，按營養(yǎng)級位順序排列并繪制成圖，其形似金字塔，故稱生態(tài)金字塔或生態(tài)錐體。可分為能量金字塔、生字塔，故稱生態(tài)金字塔或生態(tài)錐體。可分為能量金字塔、生物量金字塔和數(shù)量金字塔三類。物量金字塔和數(shù)量金字塔三類。o 一般來說，能量錐體必呈正金字塔形，而生物量錐體和數(shù)量一般來說，能量錐體必呈正金字塔形，而生物量錐體和數(shù)量錐體則可能倒置或部分倒置錐體則可能倒置或部分倒置。生態(tài)系統(tǒng)的基本特征生態(tài)系統(tǒng)的基本特征 1. 生態(tài)系統(tǒng)是動態(tài)功能系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)是動態(tài)功能系統(tǒng) 生態(tài)系統(tǒng)是有生命存在并與外界環(huán)境不斷生態(tài)系統(tǒng)是有生命存在并與外界環(huán)境不斷進行物質(zhì)交進行物質(zhì)交換和能量傳遞換和能量傳遞

16、的特定空間。的特定空間。 生態(tài)系統(tǒng)具有內(nèi)在的動態(tài)變化的能力。生態(tài)系統(tǒng)具有內(nèi)在的動態(tài)變化的能力。任何一個生態(tài)任何一個生態(tài)系統(tǒng)總是處于不斷發(fā)展，進化和演變之中系統(tǒng)總是處于不斷發(fā)展，進化和演變之中，這就是所說的，這就是所說的系統(tǒng)的演替。人們可根據(jù)發(fā)育的狀況將其分為幼年期、成系統(tǒng)的演替。人們可根據(jù)發(fā)育的狀況將其分為幼年期、成長期、成熟期等不同發(fā)育階段。每個發(fā)育階段所需的進化長期、成熟期等不同發(fā)育階段。每個發(fā)育階段所需的進化時間在各類生態(tài)系統(tǒng)中是不同的。發(fā)育階段不同的生態(tài)系時間在各類生態(tài)系統(tǒng)中是不同的。發(fā)育階段不同的生態(tài)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能上都具有各自特點。統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能上都具有各自特點。 2. 2. 生態(tài)

17、系統(tǒng)具有一定的區(qū)域特征生態(tài)系統(tǒng)具有一定的區(qū)域特征 生態(tài)系統(tǒng)都與特定的空間相聯(lián)系，包含一定地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)都與特定的空間相聯(lián)系，包含一定地區(qū) 和范和范圍的空間概念。圍的空間概念。 這種空間都存在著不同的生態(tài)條件，棲息著與之相適這種空間都存在著不同的生態(tài)條件，棲息著與之相適應的生物類群。生命系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)的相互作用以及生應的生物類群。生命系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)的相互作用以及生物對環(huán)境的長期適應結(jié)果，使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能反物對環(huán)境的長期適應結(jié)果，使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能反映了一定的地區(qū)特性。映了一定的地區(qū)特性。 這種差異是區(qū)域自然環(huán)境不同的反映，也是生命成分這種差異是區(qū)域自然環(huán)境不同的反映，也是生命成分在長期進

18、化過程中對各自空間環(huán)境適應和相互作用的結(jié)在長期進化過程中對各自空間環(huán)境適應和相互作用的結(jié)果。果。 長白山區(qū)的針闊混交林 海南島熱帶雨林3. 3. 生態(tài)系統(tǒng)是開放的生態(tài)系統(tǒng)是開放的“自持系統(tǒng)自持系統(tǒng)” 生態(tài)系統(tǒng)是全方位的與系統(tǒng)的外界進行交流。它的四生態(tài)系統(tǒng)是全方位的與系統(tǒng)的外界進行交流。它的四面八方都是與外界相通的，不斷的有能量和物質(zhì)的進入和面八方都是與外界相通的，不斷的有能量和物質(zhì)的進入和輸出。通過開放，生態(tài)系統(tǒng)不斷的攝入能量，并將代謝過輸出。通過開放，生態(tài)系統(tǒng)不斷的攝入能量，并將代謝過程中產(chǎn)生的熵排向環(huán)境。程中產(chǎn)生的熵排向環(huán)境。 生態(tài)系統(tǒng)功能連續(xù)的自我維持基礎(chǔ)就是它所具有的代生態(tài)系統(tǒng)功能連續(xù)

19、的自我維持基礎(chǔ)就是它所具有的代謝機能，這種代謝機能是通過系統(tǒng)內(nèi)的生產(chǎn)者，消費者，謝機能，這種代謝機能是通過系統(tǒng)內(nèi)的生產(chǎn)者，消費者，分解者三個不同營養(yǎng)水平的生物類群完成的，它們是生態(tài)分解者三個不同營養(yǎng)水平的生物類群完成的，它們是生態(tài)系統(tǒng)系統(tǒng)“自維持自維持” 的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。 4.4.生態(tài)系統(tǒng)具有自動調(diào)節(jié)的功能生態(tài)系統(tǒng)具有自動調(diào)節(jié)的功能 自然生態(tài)系統(tǒng)若未受到人類或者其它因素的嚴重干擾和破壞，自然生態(tài)系統(tǒng)若未受到人類或者其它因素的嚴重干擾和破壞，其結(jié)構(gòu)和功能是非常和諧的，這是因為生態(tài)系統(tǒng)具有自動調(diào)節(jié)的其結(jié)構(gòu)和功能是非常和諧的，這是因為生態(tài)系統(tǒng)具有自動調(diào)節(jié)的功能功能 自動調(diào)節(jié)功能是指自動調(diào)節(jié)功

20、能是指生態(tài)系統(tǒng)受到外來干擾而使穩(wěn)定狀態(tài)改變生態(tài)系統(tǒng)受到外來干擾而使穩(wěn)定狀態(tài)改變時，系統(tǒng)靠自身內(nèi)部的機制再返回穩(wěn)定、協(xié)調(diào)狀態(tài)的能力。時，系統(tǒng)靠自身內(nèi)部的機制再返回穩(wěn)定、協(xié)調(diào)狀態(tài)的能力。一個生態(tài)系統(tǒng)對污染物的最大承載量，成為一個生態(tài)系統(tǒng)對污染物的最大承載量，成為環(huán)境容量。環(huán)境容量。生態(tài)系統(tǒng)的開放和整體性原理生態(tài)系統(tǒng)的開放和整體性原理（一）生態(tài)系統(tǒng)是個開放系統(tǒng)（一）生態(tài)系統(tǒng)是個開放系統(tǒng)o 生態(tài)系統(tǒng)是全方位的與系統(tǒng)的外界進行交流。生態(tài)系統(tǒng)是全方位的與系統(tǒng)的外界進行交流。o 生態(tài)系統(tǒng)本質(zhì)上不同于孤立全封閉系統(tǒng)的行為，就在生態(tài)系統(tǒng)本質(zhì)上不同于孤立全封閉系統(tǒng)的行為，就在于于同環(huán)境之間有熵的交換同環(huán)境之間有熵

21、的交換。（二）整體性原理（生態(tài)系統(tǒng)的（二）整體性原理（生態(tài)系統(tǒng)的實質(zhì)和核心實質(zhì)和核心）o 整體性是生態(tài)系統(tǒng)要素與結(jié)構(gòu)的綜合體現(xiàn)，主要有三整體性是生態(tài)系統(tǒng)要素與結(jié)構(gòu)的綜合體現(xiàn)，主要有三個論點：個論點：1 1、整體大于它的各部分之和；、整體大于它的各部分之和；2 2、一旦形成了系統(tǒng)，各要素不能再分解成獨立要素存在；、一旦形成了系統(tǒng)，各要素不能再分解成獨立要素存在；3 3、各要素的性質(zhì)和行為對系統(tǒng)的整體性是有作用的，這、各要素的性質(zhì)和行為對系統(tǒng)的整體性是有作用的，這 種作用是在各要素相互作用過程中表現(xiàn)出來的。種作用是在各要素相互作用過程中表現(xiàn)出來的。生態(tài)系統(tǒng)的類型劃分生態(tài)系統(tǒng)的類型劃分 1. 按生態(tài)

22、系統(tǒng)空間環(huán)境性質(zhì)把生態(tài)系統(tǒng)分為按生態(tài)系統(tǒng)空間環(huán)境性質(zhì)把生態(tài)系統(tǒng)分為 * 淡水生態(tài)系統(tǒng)（淡水生態(tài)系統(tǒng)（Freshwater ecosystem）如河流、湖泊、水庫）如河流、湖泊、水庫 * 海洋生態(tài)系統(tǒng)（海洋生態(tài)系統(tǒng)（Marine ecosystem）。）。 * 陸地生態(tài)系統(tǒng)（陸地生態(tài)系統(tǒng)（Terrestrial ecosystem） 2. 按人類對生態(tài)系統(tǒng)的影響大小分為按人類對生態(tài)系統(tǒng)的影響大小分為 ： * 自然生態(tài)系統(tǒng)（自然生態(tài)系統(tǒng)（Natural ecosystem）如幾乎未受到人為干擾）如幾乎未受到人為干擾 的極地生態(tài)系統(tǒng)，某些原始的森林生態(tài)系統(tǒng)等。的極地生態(tài)系統(tǒng)，某些原始的森林生態(tài)系統(tǒng)等

23、。 * 人工生態(tài)系統(tǒng)（人工生態(tài)系統(tǒng)（Artificial ecosystem）如城市生態(tài)系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)）如城市生態(tài)系統(tǒng)，農(nóng)業(yè) 生態(tài)系統(tǒng)等。生態(tài)系統(tǒng)等。 第二節(jié)第二節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的基本功能生態(tài)系統(tǒng)的基本功能生物生產(chǎn)生物生產(chǎn)1能量流動能量流動2物質(zhì)循環(huán)物質(zhì)循環(huán)3信息傳遞信息傳遞41、初級生產(chǎn)、初級生產(chǎn) 生產(chǎn)者（主生產(chǎn)者（主要是綠色植物）要是綠色植物）把太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)榘烟柲苻D(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的過程，化學能的過程，故又稱之為植物故又稱之為植物性生產(chǎn)。性生產(chǎn)。2. 次級生產(chǎn)次級生產(chǎn) 消費者（主消費者（主要是動物）的生要是動物）的生命活動將初級生命活動將初級生產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為動物產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為動物能，故稱之為動能，故稱之為動物

24、性生產(chǎn)。物性生產(chǎn)。生物生產(chǎn)生物生產(chǎn)生物生產(chǎn)生物生產(chǎn)兩個生產(chǎn)過程彼此兩個生產(chǎn)過程彼此聯(lián)系聯(lián)系，但又是分別，但又是分別獨立獨立進行的。進行的。一、初級生產(chǎn)的基本概念一、初級生產(chǎn)的基本概念o 植物所固定的太陽能或所制造的有機物質(zhì)成為初級生產(chǎn)量或或第一性生產(chǎn)量。o 在初級生產(chǎn)過程中，植物固定的能量有一部分被植物自己的呼吸消耗掉，剩下的可用于植物的生長和生殖，這部分生產(chǎn)量稱為凈初級生產(chǎn)量。而包含呼吸消耗在內(nèi)的全部生產(chǎn)量，稱為總初級生產(chǎn)量。三者的關(guān)系是： GP=NP+R其中：GP總初級生產(chǎn)量 NP凈初級生產(chǎn)量 R呼吸所消耗的能量o 生產(chǎn)量與生物量的區(qū)別生產(chǎn)量與生物量的區(qū)別 生產(chǎn)量生產(chǎn)量通常用每年每平方米所

25、生產(chǎn)的有機物質(zhì)干重或每年每平方米所固定的能量表示，含有速率的概念。也可稱為生產(chǎn)力。 生物量生物量是指某一特定時刻調(diào)查時單位面積上積存的有機物質(zhì)，單位是克每平方米或焦每平方米。o 對生態(tài)系統(tǒng)的某一營養(yǎng)級來說，總生物量不僅因生對生態(tài)系統(tǒng)的某一營養(yǎng)級來說，總生物量不僅因生物呼吸而消耗，也由于受更高營養(yǎng)級動物的取食和物呼吸而消耗，也由于受更高營養(yǎng)級動物的取食和生物的死亡而減少，所以生物的死亡而減少，所以 dB/dt=NP-R-H-D式中式中 dB/dt某一時期內(nèi)生物量的變化某一時期內(nèi)生物量的變化 H 被較高營養(yǎng)級動物所取食的生物量被較高營養(yǎng)級動物所取食的生物量 D 因死亡而損失的生物量因死亡而損失的生

26、物量二、初級生產(chǎn)量的限制因素二、初級生產(chǎn)量的限制因素o陸地生態(tài)系統(tǒng)o 光光，二氧化碳，水和營養(yǎng)物質(zhì)是初級生產(chǎn)量的基本資二氧化碳，水和營養(yǎng)物質(zhì)是初級生產(chǎn)量的基本資源，穩(wěn)定是影響光合效率的主要因素，而食草動物的源，穩(wěn)定是影響光合效率的主要因素，而食草動物的捕食會減少光合作用生物量。捕食會減少光合作用生物量。o 一般情況下，植物有充分的可利用的光輻射，但并不一般情況下，植物有充分的可利用的光輻射，但并不是說不會成為限制因素，例如冠層下的葉子接受光輻是說不會成為限制因素，例如冠層下的葉子接受光輻射可能不足。水最易成為限制因子，各地區(qū)降水量與射可能不足。水最易成為限制因子，各地區(qū)降水量與初級生產(chǎn)量有最密

27、切的關(guān)系。溫度與初級生產(chǎn)量的關(guān)初級生產(chǎn)量有最密切的關(guān)系。溫度與初級生產(chǎn)量的關(guān)系比較復雜，溫度上升，總光合速率升高，但超過最系比較復雜，溫度上升，總光合速率升高，但超過最適溫度則又轉(zhuǎn)為下降，而呼吸速率隨溫度上升而成指適溫度則又轉(zhuǎn)為下降，而呼吸速率隨溫度上升而成指數(shù)上升，其結(jié)果是凈生產(chǎn)量與溫度呈峰型曲線。數(shù)上升，其結(jié)果是凈生產(chǎn)量與溫度呈峰型曲線。 o 水域生態(tài)系統(tǒng)o 光是影響水體初級生產(chǎn)力的最重要的因子。美國生態(tài)學家J.H.Ryther(1965)提出預測海洋初級生產(chǎn)力的公式：o 式中；P浮游植物的凈初級生產(chǎn)力 R相對光合率 k光強度隨水深而減弱的衰變系數(shù) C水中的葉綠素含量7.3CkRp三、生態(tài)

28、系統(tǒng)的次級生產(chǎn)三、生態(tài)系統(tǒng)的次級生產(chǎn)o 定義：定義：指消費者和分解者利用初級生產(chǎn)物質(zhì)指消費者和分解者利用初級生產(chǎn)物質(zhì)進行同化作用建造自身和繁衍后代的過程。進行同化作用建造自身和繁衍后代的過程。o 次級生產(chǎn)量：次級生產(chǎn)量：次級生產(chǎn)所形成的有機物次級生產(chǎn)所形成的有機物( (消費消費者體重增長和后代繁衍者體重增長和后代繁衍) )的量。的量。 o生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)量只有一部分被生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)量只有一部分被食草動物所利用，而大部分未被采食食草動物所利用，而大部分未被采食或觸及。真正被食草動物攝食利用的或觸及。真正被食草動物攝食利用的這一部分，稱為消耗量這一部分，稱為消耗量（consumptionco

29、nsumption，C C）。消耗量中大部）。消耗量中大部分被消化吸收，這一部分稱為同化量分被消化吸收，這一部分稱為同化量（assimilationassimilation，A A），未被消化利），未被消化利用的剩余部分，經(jīng)消化道排出體外，用的剩余部分，經(jīng)消化道排出體外，稱為糞便量（稱為糞便量（F F）或把排尿量合在一）或把排尿量合在一起，稱為糞尿量（起，稱為糞尿量（FUFU）。被動物所同）。被動物所同化的能量，一部分用于呼吸（化的能量，一部分用于呼吸（RaRa）而）而被消耗掉，剩余部分才被用于個體成被消耗掉，剩余部分才被用于個體成長（長（PgPg）或用于生殖。生態(tài)系統(tǒng)中各）或用于生殖。生態(tài)系

30、統(tǒng)中各種消費者的營養(yǎng)層次雖不相同，但它種消費者的營養(yǎng)層次雖不相同，但它們的次級生產(chǎn)過程基本上都遵循與上們的次級生產(chǎn)過程基本上都遵循與上述相同的途徑。整個述相同的途徑。整個次級生產(chǎn)過程次級生產(chǎn)過程可可概括為圖概括為圖5-4:5-4:次級生產(chǎn)過程生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動 1. 定義定義 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(energy flow of ecosystem)主要是指能量通過食物網(wǎng)絡在系統(tǒng)主要是指能量通過食物網(wǎng)絡在系統(tǒng)內(nèi)的傳遞和耗散過程。內(nèi)的傳遞和耗散過程。簡單地說，就是能量在生態(tài)簡單地說，就是能量在生態(tài)系統(tǒng)中的行為。系統(tǒng)中的行為。它始于生產(chǎn)者的初級生產(chǎn)止于還原它始于

31、生產(chǎn)者的初級生產(chǎn)止于還原者功能的完成，整個過程包括著能量形態(tài)的轉(zhuǎn)變，者功能的完成，整個過程包括著能量形態(tài)的轉(zhuǎn)變，能量的轉(zhuǎn)移、利用和耗散。能量的轉(zhuǎn)移、利用和耗散。能量流動的過程生產(chǎn)者固定的太陽能生產(chǎn)者固定的太陽能生產(chǎn)者固定的太陽能總量生產(chǎn)者固定的太陽能總量1.1.能量流動的起點能量流動的起點2.2.流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量3.3.能量流動的途徑能量流動的途徑( (渠道渠道) )4.4.每個營養(yǎng)級的能量來源和去路每個營養(yǎng)級的能量來源和去路5.5.能量的散失能量的散失食物鏈和食物網(wǎng)食物鏈和食物網(wǎng)過程能量流動的特點單向流動，逐級遞減傳遞效率：10%20%樹樹昆蟲昆蟲小鳥小鳥生態(tài)系統(tǒng)的物

32、質(zhì)循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)o 生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)主要指維持生命活動正常進行所必需的各種營養(yǎng)元素。這些物質(zhì)也是通過食物鏈各營養(yǎng)級傳遞和轉(zhuǎn)化的，從而構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)流動。但物質(zhì)循環(huán)卻不是單方向性的。同一種物質(zhì)可以在食物鏈的同一營養(yǎng)級內(nèi)被生物多次利用。生態(tài)系統(tǒng)中各種有機物質(zhì)經(jīng)過分解者分解成可被生產(chǎn)者利用的形式歸還環(huán)境中重復利用，周而復始地循環(huán)，這個過程叫做物質(zhì)循環(huán)（Matteral cycle）。 物質(zhì)循環(huán)與能量流動關(guān)系物質(zhì)循環(huán)與能量流動關(guān)系一、生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)常用到以下幾個概念：一、生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)常用到以下幾個概念： 庫庫(pools):(pools):是指某一物質(zhì)在生物或非生物環(huán)境暫時滯留（被

33、固定或貯存）是指某一物質(zhì)在生物或非生物環(huán)境暫時滯留（被固定或貯存）的數(shù)量。的數(shù)量。 例如，在一個湖泊生態(tài)系統(tǒng)中，磷在水體中的數(shù)量是一個庫；磷在浮游植物中的含量又是一個庫。磷在這兩個庫之間的動態(tài)變化就是磷這一營養(yǎng)物質(zhì)的流動?？梢姡鷳B(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)實際上就是物質(zhì)在庫與庫之間的轉(zhuǎn)移。 根據(jù)根據(jù)庫的大小和活躍程度庫的大小和活躍程度常將其分為兩類：常將其分為兩類： 貯存庫：貯存庫：其容積大而活動緩慢，一般為非生物成分，如巖石或沉積物；其容積大而活動緩慢，一般為非生物成分，如巖石或沉積物； 交換庫或循環(huán)庫：交換庫或循環(huán)庫：營養(yǎng)物質(zhì)在生物和其環(huán)境之間進行迅速交換的較小營養(yǎng)物質(zhì)在生物和其環(huán)境之間進行迅速交

34、換的較小而又非常活躍的部分。如植物庫，動物庫，土壤庫等。而又非常活躍的部分。如植物庫，動物庫，土壤庫等。o 流通率流通率(Rate of circulation)(Rate of circulation)是指單位時間、單位面積（或體積）內(nèi)是指單位時間、單位面積（或體積）內(nèi)物質(zhì)移動的量。可用克或公斤每畝物質(zhì)移動的量。可用克或公斤每畝天來表示。天來表示。 o 周轉(zhuǎn)率周轉(zhuǎn)率(Turnover rates)(Turnover rates)：是指某物質(zhì)出入一個庫的流通率與庫量之是指某物質(zhì)出入一個庫的流通率與庫量之比。即：比。即： 周轉(zhuǎn)率周轉(zhuǎn)率= =流通率流通率/ /庫中營養(yǎng)物質(zhì)總量庫中營養(yǎng)物質(zhì)總量o 周

35、轉(zhuǎn)時間周轉(zhuǎn)時間(Turnover time)(Turnover time)周轉(zhuǎn)率的倒數(shù)，即：周轉(zhuǎn)率的倒數(shù)，即： 周轉(zhuǎn)時間周轉(zhuǎn)時間= =庫中營養(yǎng)物質(zhì)總量庫中營養(yǎng)物質(zhì)總量/ /流通量流通量 周轉(zhuǎn)時間表達了移動庫中全部營養(yǎng)物質(zhì)所需要的時間。周轉(zhuǎn)時間表達了移動庫中全部營養(yǎng)物質(zhì)所需要的時間。二、生物地球化學循環(huán)二、生物地球化學循環(huán) 生物地球化學循環(huán)生物地球化學循環(huán)是營養(yǎng)物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)之間的是營養(yǎng)物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)之間的輸入和輸出，以及它們在大氣圈、水圈和土壤圈之輸入和輸出，以及它們在大氣圈、水圈和土壤圈之間的交換。間的交換。 根據(jù)物質(zhì)參與循環(huán)時的形式可將循環(huán)分為：根據(jù)物質(zhì)參與循環(huán)時的形式可將循環(huán)分為： 水循

36、環(huán)水循環(huán) 氣相循環(huán)氣相循環(huán) 固相循環(huán)固相循環(huán)水循環(huán)水循環(huán)：屬液相循環(huán)，是在太陽能驅(qū)動下，水從一種形式轉(zhuǎn)變：屬液相循環(huán)，是在太陽能驅(qū)動下，水從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式，并在氣流（風）和海流的推動下在生物圈內(nèi)的為另一種形式，并在氣流（風）和海流的推動下在生物圈內(nèi)的循環(huán)。循環(huán)。水在生物圈中的形式分為氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。水在生物圈中的形式分為氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。o氣相循環(huán)氣相循環(huán)：亦稱氣體型循環(huán)亦稱氣體型循環(huán)(Gaseous cycles)。以這。以這種形態(tài)進行循環(huán)的主要營養(yǎng)物質(zhì)有碳、氧、氮等。種形態(tài)進行循環(huán)的主要營養(yǎng)物質(zhì)有碳、氧、氮等。o 固相循環(huán)或稱沉積型循環(huán)固相循環(huán)或稱沉積型循環(huán)： 參與循環(huán)的物質(zhì)中

37、很參與循環(huán)的物質(zhì)中很大一部分又通過沉積作用大一部分又通過沉積作用進入地殼而暫時或長期離進入地殼而暫時或長期離開循環(huán)。這是一種不完全開循環(huán)。這是一種不完全的循環(huán)，屬于這種循環(huán)方的循環(huán)，屬于這種循環(huán)方式的有磷、鉀和硫等，以式的有磷、鉀和硫等，以磷循環(huán)為例介紹其循環(huán)過磷循環(huán)為例介紹其循環(huán)過程。程。 生態(tài)系統(tǒng)中的信息傳遞生態(tài)系統(tǒng)中的信息傳遞o 從信息傳遞的角度看，生態(tài)系統(tǒng)中的各種信息主要可從信息傳遞的角度看，生態(tài)系統(tǒng)中的各種信息主要可分為四大類：分為四大類： o（1）物理信息物理信息：以物理過程為傳遞形式的信息以物理過程為傳遞形式的信息，如光、聲音、顏如光、聲音、顏色等。動物的求偶行為、恐嚇、報警行為

38、等都與物理信息有關(guān)。色等。動物的求偶行為、恐嚇、報警行為等都與物理信息有關(guān)。 例如，鳥類在繁殖季節(jié)時，常伴有鮮艷色彩的羽毛或其它的奇特裝飾以及美妙動人的鳴叫等，各種“特長”都在求偶時盡情顯露。 （2）化學信息化學信息：生物代謝產(chǎn)生的一些物質(zhì)，尤其是各種腺體分泌的生物代謝產(chǎn)生的一些物質(zhì)，尤其是各種腺體分泌的各類激素等均屬傳遞信息的化學物質(zhì)。各類激素等均屬傳遞信息的化學物質(zhì)。同種動物間，動物與植物間，植物與植物之間以釋放化學物質(zhì)傳遞信息是相當普遍的現(xiàn)象。例如：黃鼬（黃鼠狼）有一種嗅腺，釋放出來的臭液氣味難聞，它既有防止敵害追捕的作用，也有助于獲取食物。再如，煙草中的尼古丁和其它植物堿可使煙草上的蚜

39、蟲麻痹（3）行為信息行為信息：許多植物的異常表現(xiàn)和動物的異常行為傳遞許多植物的異常表現(xiàn)和動物的異常行為傳遞了某種信息，可通稱為行為信息。如蜜蜂發(fā)現(xiàn)蜜源時，就了某種信息，可通稱為行為信息。如蜜蜂發(fā)現(xiàn)蜜源時，就有舞蹈動作的表現(xiàn)，以有舞蹈動作的表現(xiàn)，以“告訴告訴”其他蜜蜂去采蜜。其他蜜蜂去采蜜。（4）營養(yǎng)信息營養(yǎng)信息：在生態(tài)系統(tǒng)中，生物的食物鏈就是一個生物在生態(tài)系統(tǒng)中，生物的食物鏈就是一個生物的營養(yǎng)信息系統(tǒng)，各種生物通過營養(yǎng)信息關(guān)系聯(lián)系成一個的營養(yǎng)信息系統(tǒng)，各種生物通過營養(yǎng)信息關(guān)系聯(lián)系成一個互相依存和互相制約的整體。食物鏈中的各級生物要求一互相依存和互相制約的整體。食物鏈中的各級生物要求一定的比例關(guān)

40、系，即生態(tài)金字塔規(guī)律，根據(jù)生態(tài)金字塔規(guī)律，定的比例關(guān)系，即生態(tài)金字塔規(guī)律，根據(jù)生態(tài)金字塔規(guī)律，養(yǎng)活一只草食動物需要幾倍于它的植物，養(yǎng)活一只肉食動養(yǎng)活一只草食動物需要幾倍于它的植物，養(yǎng)活一只肉食動物需要幾倍數(shù)量的草食動物。物需要幾倍數(shù)量的草食動物。前一營養(yǎng)級的生物數(shù)量反映前一營養(yǎng)級的生物數(shù)量反映出后一級營養(yǎng)級的生物數(shù)量。出后一級營養(yǎng)級的生物數(shù)量。2 生態(tài)系統(tǒng)平衡的特征生態(tài)系統(tǒng)平衡的特征3 生態(tài)系統(tǒng)平衡失調(diào)生態(tài)系統(tǒng)平衡失調(diào)4 生態(tài)系統(tǒng)平衡的調(diào)節(jié)機制生態(tài)系統(tǒng)平衡的調(diào)節(jié)機制1 生態(tài)系統(tǒng)平衡的概念生態(tài)系統(tǒng)平衡的概念第三節(jié)第三節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的平衡穩(wěn)定與調(diào)節(jié)機制生態(tài)系統(tǒng)的平衡穩(wěn)定與調(diào)節(jié)機制5 建立生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)

41、化狀態(tài)建立生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)化狀態(tài)生 態(tài) 平 衡 生態(tài)平衡生態(tài)平衡是是“生物生物與其環(huán)境與其環(huán)境之間的協(xié)之間的協(xié)調(diào)的穩(wěn)定調(diào)的穩(wěn)定狀態(tài)狀態(tài)”生態(tài)平衡生態(tài)平衡定義為：定義為：“生態(tài)系生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)和能量的和能量的輸入和輸輸入和輸出兩者間出兩者間的平衡的平衡”來自環(huán)境來自環(huán)境的負熵流的負熵流的輸入保的輸入保證了系統(tǒng)證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性和排除混和排除混亂亂生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)的平衡是的平衡是隨著群落隨著群落組分數(shù)量組分數(shù)量的增多而的增多而增加增加田尼曼田尼曼EP奧德姆奧德姆斯圖格林斯圖格林麥克阿瑟麥克阿瑟生物與生物與其生存其生存環(huán)境相統(tǒng)一環(huán)境相統(tǒng)一生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)熱力學理論熱力學理論生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)

42、結(jié)構(gòu)成分和結(jié)構(gòu)成分和穩(wěn)定性原理穩(wěn)定性原理生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)的輸入和的輸入和輸出的平衡輸出的平衡基基 礎(chǔ)礎(chǔ)動態(tài)的動態(tài)的相對的相對的一、生態(tài)平衡的概念一、生態(tài)平衡的概念馬世駿馬世駿1987侯學煜侯學煜1980諸葛陽諸葛陽1987金以圣金以圣1987 在一定時間在一定時間和相對穩(wěn)定的條和相對穩(wěn)定的條件下，生態(tài)系統(tǒng)件下，生態(tài)系統(tǒng)各部分的結(jié)構(gòu)與各部分的結(jié)構(gòu)與功能處于相互適功能處于相互適應與協(xié)調(diào)的應與協(xié)調(diào)的動態(tài)動態(tài)平衡平衡之中之中 當一個生態(tài)系統(tǒng)當一個生態(tài)系統(tǒng)中的中的能量流動和物質(zhì)能量流動和物質(zhì)循環(huán)循環(huán)過程，在一個相過程，在一個相當長期而不是暫時的當長期而不是暫時的保持穩(wěn)態(tài)，該生態(tài)系保持穩(wěn)態(tài)，該生態(tài)系統(tǒng)中的

43、有機體種類和統(tǒng)中的有機體種類和數(shù)量最多，生物量最數(shù)量最多，生物量最大，生產(chǎn)力也最高，大，生產(chǎn)力也最高，這就是平衡狀態(tài)的標這就是平衡狀態(tài)的標志志 生態(tài)系統(tǒng)在一生態(tài)系統(tǒng)在一定時間內(nèi)定時間內(nèi)結(jié)構(gòu)和功結(jié)構(gòu)和功能能處于相對穩(wěn)定狀處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，即受到外來干態(tài)，即受到外來干擾能夠通過擾能夠通過自我調(diào)自我調(diào)節(jié)節(jié)以恢復到原來的以恢復到原來的穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài) 生態(tài)平衡是指在生態(tài)平衡是指在一定時間內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)一定時間內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)中的生物和環(huán)境之間，中的生物和環(huán)境之間，生物各個種群之間，生物各個種群之間，通過能量流動，物質(zhì)通過能量流動，物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞使它循環(huán)和信息傳遞使它們相互之間達到們相互之間達到高度高度適應、

44、協(xié)調(diào)和統(tǒng)一的適應、協(xié)調(diào)和統(tǒng)一的狀態(tài)狀態(tài)側(cè)重于生態(tài)系統(tǒng)側(cè)重于生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)和功能過程過程 強調(diào)為強調(diào)為一種一種狀態(tài)狀態(tài)既肯定是一種既肯定是一種狀態(tài)狀態(tài)，同時也考慮，同時也考慮了維持這種狀態(tài)的了維持這種狀態(tài)的機制機制 生態(tài)平衡是動態(tài)的、相對的，是一個運動著的平衡狀態(tài)。在自然界中，一個正常運轉(zhuǎn)的生態(tài)系統(tǒng)，其能量和物質(zhì)的輸入和輸出總是自動趨于平衡。生態(tài)系統(tǒng)平衡的基本特征是度量生態(tài)系統(tǒng)平衡與否的指標。 二、生態(tài)系統(tǒng)平衡的基本特征二、生態(tài)系統(tǒng)平衡的基本特征生物能量學特征生物能量學特征食物網(wǎng)特征食物網(wǎng)特征營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)上的特征營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)上的特征群落結(jié)構(gòu)的特征群落結(jié)構(gòu)的特征選擇壓力選擇壓力穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)（1

45、）生態(tài)能量學特征生態(tài)能量學特征 幼年期生態(tài)系統(tǒng)總生產(chǎn)量P/群落呼吸量R1，而成熟穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)中P/R接近于1。由此可見P/R比率是表示生態(tài)系統(tǒng)相對成熟的最好的功能性指標。在發(fā)展早期，如果R大于P被成為異養(yǎng)演替；相反，如果早期的PR，也就成為自養(yǎng)演替。但是從理論上講，上述兩種演替中，P/R比率都隨著演替發(fā)展而接近于1。換言之，在成熟的生態(tài)系統(tǒng)中，固定的能量與消耗能量趨于平衡。（2）食物網(wǎng)特征食物網(wǎng)特征 幼年期生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈結(jié)構(gòu)簡單，往往是線性的，隨后發(fā)展成為為放牧食物鏈為主，到成熟期，食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)十分復雜，大部分通過腐食食物鏈途徑。成熟系統(tǒng)復雜的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，使它對于物理環(huán)境的干擾具有較大的抵抗能

46、力。這也是處于平衡的動態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力的表現(xiàn)。（3）營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)上的特征營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)上的特征 在生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的過程中，主要的營養(yǎng)物質(zhì)，如：N、P、K、Ca，當生態(tài)系統(tǒng)中生物地球化學循環(huán)，向著更加穩(wěn)定的方向發(fā)展，成熟系統(tǒng)具有更大的網(wǎng)絡和保持住營養(yǎng)物質(zhì)的功能。營養(yǎng)物質(zhì)喪失量少，輸入量和輸出量接近平衡。（4）群落結(jié)構(gòu)的特征）群落結(jié)構(gòu)的特征 在演替過程中，一般認為物種多樣性趨向于增加，某一物種或少數(shù)類群占優(yōu)勢的情形減少，即均勻性有增加趨勢。但到達頂極時期，多樣性指數(shù)可能有所下降，物種多樣性增加，營養(yǎng)結(jié)構(gòu)復雜化，種間競爭更為激烈，導致生態(tài)分化，物種生活史更為復雜化。 有機化合物多樣性增加，不僅表現(xiàn)在生

47、物量上，而且有機代謝物在調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)組成和穩(wěn)定上發(fā)揮重要作用。（5）選擇壓力）選擇壓力 島嶼生態(tài)學研究證明，在生物移植早期，即物種數(shù)少而不擁擠時期，具有高增殖潛力的物種（即r選擇者）有較大生存的可能性。相反，在系統(tǒng)接近平衡的晚期，選擇壓力有利于低增殖潛力且具有較強競爭力的物種（即k選擇者）。因此，量的生產(chǎn)是幼年期生態(tài)系統(tǒng)特征，而質(zhì)的生產(chǎn)和反饋控制則是成熟生態(tài)系統(tǒng)的標志。 （6）穩(wěn)態(tài)）穩(wěn)態(tài) 成熟期的生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)，主要表現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)部的生物間相互聯(lián)系或內(nèi)部共生發(fā)達，保持住營養(yǎng)物質(zhì)能力的提高，對外界干擾抵抗力較大和具有較大的信息量和較低的熵值。三、生態(tài)系統(tǒng)平衡失調(diào)三、生態(tài)系統(tǒng)平衡失調(diào) 各類生態(tài)系統(tǒng)，

48、當外界施加的壓力（自然的或人為的）超過了生態(tài)系統(tǒng)自身各類生態(tài)系統(tǒng)，當外界施加的壓力（自然的或人為的）超過了生態(tài)系統(tǒng)自身調(diào)節(jié)能力或代償功能后，都將造成其結(jié)構(gòu)破壞，功能受阻，正常的生態(tài)關(guān)系被打調(diào)節(jié)能力或代償功能后，都將造成其結(jié)構(gòu)破壞，功能受阻，正常的生態(tài)關(guān)系被打亂以及反饋自控能力下降等，這種狀態(tài)稱之為亂以及反饋自控能力下降等，這種狀態(tài)稱之為生態(tài)平衡失調(diào)生態(tài)平衡失調(diào)。 （1）自然因素主要有火山噴發(fā)、海陸變遷、雷擊火災、海嘯地震、洪水）自然因素主要有火山噴發(fā)、海陸變遷、雷擊火災、海嘯地震、洪水和泥石流以及地殼變動等和泥石流以及地殼變動等 1、導致生態(tài)系統(tǒng)平衡失調(diào)的原因、導致生態(tài)系統(tǒng)平衡失調(diào)的原因 （2

49、） 人為因素包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上為防治害蟲而施用了大量農(nóng)藥；工人為因素包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上為防治害蟲而施用了大量農(nóng)藥；工廠在產(chǎn)品生產(chǎn)的同時排放了大量的各類污染物；森林大面積開采，牧廠在產(chǎn)品生產(chǎn)的同時排放了大量的各類污染物；森林大面積開采，牧業(yè)發(fā)展帶來的過渡放牧所導致的草場退化；大型水利工程興建業(yè)發(fā)展帶來的過渡放牧所導致的草場退化；大型水利工程興建 自然因素自然因素人為因素人為因素破壞性程度破壞性程度嚴重、徹底毀滅嚴重、徹底毀滅與作用時間及強度與作用時間及強度緊密相關(guān)緊密相關(guān)時效性時效性突發(fā)性突發(fā)性漸進、長效應的漸進、長效應的地域性地域性局部的局部的大面積大面積頻率頻率頻率不高頻率不高常見常見影響影響次要的

50、次要的主要的主要的（3）自然因素和人為因素對生態(tài)平衡的破壞作用的區(qū)別）自然因素和人為因素對生態(tài)平衡的破壞作用的區(qū)別2.2.生態(tài)系統(tǒng)平衡失調(diào)的基本特征生態(tài)系統(tǒng)平衡失調(diào)的基本特征o生態(tài)平衡失調(diào)的基本標志可以從生態(tài)平衡失調(diào)的基本標志可以從結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和和功能功能兩個方面進行度量兩個方面進行度量 (1)(1)結(jié)構(gòu)標志結(jié)構(gòu)標志當外部干擾巨大時，可造成生態(tài)系統(tǒng)一個或幾個組分的缺損而出現(xiàn)當外部干擾巨大時，可造成生態(tài)系統(tǒng)一個或幾個組分的缺損而出現(xiàn)一一級結(jié)構(gòu)級結(jié)構(gòu)的不完整的不完整如：大面積的森林采伐就是典型例子，它不僅可使原有生產(chǎn)者層次的主要種類從如：大面積的森林采伐就是典型例子，它不僅可使原有生產(chǎn)者層次的主要種類

51、從系統(tǒng)中消失，而且各級消費者也因棲息地的破壞而被迫遷移或消失，系統(tǒng)內(nèi)系統(tǒng)中消失，而且各級消費者也因棲息地的破壞而被迫遷移或消失，系統(tǒng)內(nèi)的變化也非常激烈的變化也非常激烈當外部干擾還不甚嚴重時，使生態(tài)系統(tǒng)的當外部干擾還不甚嚴重時，使生態(tài)系統(tǒng)的二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化產(chǎn)生變化. .包括物包括物種組成比例的改變；種群數(shù)量的豐度變化；群落垂直分層結(jié)構(gòu)減少種組成比例的改變；種群數(shù)量的豐度變化；群落垂直分層結(jié)構(gòu)減少如：林業(yè)中的擇伐、輕度污染的水體等如：林業(yè)中的擇伐、輕度污染的水體等 一級結(jié)構(gòu)水平是指生態(tài)系統(tǒng)基本成分中的生物成分，即生產(chǎn)者、消費者和分解者 二級結(jié)構(gòu)水平是指組成一級結(jié)構(gòu)的劃分及其特征。如生物的種

52、類組成、種群和群落層次及其變化特征等。 (2)(2)功能標志功能標志 生態(tài)系統(tǒng)平衡失調(diào)在功能上的反映就是生態(tài)系統(tǒng)平衡失調(diào)在功能上的反映就是能量流動能量流動在系統(tǒng)內(nèi)的某一個營養(yǎng)層次在系統(tǒng)內(nèi)的某一個營養(yǎng)層次上上受阻受阻或或物質(zhì)循環(huán)物質(zhì)循環(huán)正常途徑的正常途徑的中斷中斷。能流受阻能流受阻-初級生產(chǎn)者第一性生產(chǎn)力下降和能量轉(zhuǎn)化效率降低或初級生產(chǎn)者第一性生產(chǎn)力下降和能量轉(zhuǎn)化效率降低或“無效能無效能”增加。增加。 例如，熱污染水體因增溫影響，藍、綠藻種類和數(shù)量明顯增加，就初級生產(chǎn)力而言，除極端情況（高溫季節(jié)）外均有所提高，但因魚類對高溫 的回避或餌料質(zhì)量的下降，魚產(chǎn)量并不增高，在局部時空出現(xiàn)了大量的“無效能

53、”。這是食物鏈關(guān)系被打亂的結(jié)果。營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)中斷營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)中斷-庫與庫之間的輸入與輸出的比例失調(diào)，是目庫與庫之間的輸入與輸出的比例失調(diào)，是目前許多生態(tài)系統(tǒng)平衡失調(diào)的主要原因。前許多生態(tài)系統(tǒng)平衡失調(diào)的主要原因。 例如，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中作物稭棵被用作燃料、草原上的枯枝落葉被人工摟回做燒柴等。物質(zhì)輸入輸出比例的失調(diào)是使生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)功能失調(diào)的重要因素。如某些污染物的排放超過了水體的自凈能力而積累于系統(tǒng)之中。這些物質(zhì)的不斷釋放又反過來危害著系統(tǒng)正常結(jié)構(gòu)的恢復。汞污染就是一個很典型的例子。赤潮污染物的排放超過了水體的自凈能力而積累于系統(tǒng)之中四、生態(tài)系統(tǒng)平衡的調(diào)節(jié)四、生態(tài)系統(tǒng)平衡的調(diào)節(jié) 定義：系統(tǒng)保持自身內(nèi)

54、部穩(wěn)定的能力定義：系統(tǒng)保持自身內(nèi)部穩(wěn)定的能力.生態(tài)系統(tǒng)具有適應能力，并可用生態(tài)系統(tǒng)具有適應能力，并可用它的結(jié)構(gòu)特征和對環(huán)境壓力的反應予以描述。生態(tài)系統(tǒng)的這種保護性反應就它的結(jié)構(gòu)特征和對環(huán)境壓力的反應予以描述。生態(tài)系統(tǒng)的這種保護性反應就是從保存內(nèi)穩(wěn)定為目標而在結(jié)構(gòu)和功能上伴隨的一系列對策是從保存內(nèi)穩(wěn)定為目標而在結(jié)構(gòu)和功能上伴隨的一系列對策. .每個完整群落的功能都與決定它的物質(zhì)、生產(chǎn)和結(jié)構(gòu)關(guān)系的四個基本原則有聯(lián)系：物質(zhì)循環(huán)保護原則：物質(zhì)循環(huán)保護原則： 生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部機制主要是用以保證物質(zhì)循環(huán)的連續(xù)性。生產(chǎn)保護原則：生產(chǎn)保護原則：在一個生態(tài)系統(tǒng)中，內(nèi)穩(wěn)定機制尤其是生產(chǎn)者亞系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，總是調(diào)整

55、以適應于環(huán)境的變化。 結(jié)構(gòu)保護原則：結(jié)構(gòu)保護原則：生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是內(nèi)穩(wěn)定機制的載體，所有生態(tài)系統(tǒng)都有趨于恢復因突變事件造成的破壞的機制。生態(tài)平衡原則：生態(tài)平衡原則：發(fā)生在生態(tài)系統(tǒng)中的各種過程，都是由負責結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和物質(zhì)循環(huán)及能量流動的群落機制控制的。這種機制的顯示就是系統(tǒng)具有的適當穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境及其與之相應的內(nèi)部波動。 內(nèi)穩(wěn)定機制的作用導致群落對生境條件的調(diào)節(jié)，尤其是使某些因素和壓力造成的波動減少。反饋機制反饋機制正反饋（正反饋（Positive feedbackPositive feedback）正反饋可使系統(tǒng)更加偏離置位點，因此它不能維持系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)。生物的生長，種群數(shù)量的增加等均屬正反饋。負反

56、饋（負反饋（Negative feedbackNegative feedback）要使系統(tǒng)維持穩(wěn)態(tài)，只有通過負反饋機制。這種反饋就是系統(tǒng)的輸出變成了決定系統(tǒng)未來功能的輸入。負反饋調(diào)節(jié)作用的負反饋調(diào)節(jié)作用的意義就在于通過自身的功能減緩系統(tǒng)內(nèi)的壓力以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定。意義就在于通過自身的功能減緩系統(tǒng)內(nèi)的壓力以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定。后備力（后備力（RedundancyRedundancy）也與生態(tài)系統(tǒng)平衡的調(diào)節(jié)有關(guān)。它是指同一生物群落中具有同樣生態(tài)功能的物種的多少。在正常情況下，這些物種中僅有一個履行著同一功能的主要職能，其它的則顯然并不那么重要或作用不明顯，但它們是系統(tǒng)內(nèi)貯存的“備件”，一旦環(huán)境條件發(fā)生變

57、化，它們可起到替代作用，從而保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定和功能的正常進行。這些“備件”的存在實際上是系統(tǒng)反饋環(huán)的增加。因此，后備力可看作系統(tǒng)反饋機制復雜和完善與否的一種結(jié)構(gòu)上的標志。 在外來干擾下，生態(tài)系統(tǒng)能夠通過自我調(diào)節(jié)恢復到原初的穩(wěn)定狀態(tài)。生態(tài)平衡的調(diào)節(jié)主要是通過系統(tǒng)的反饋機制、抵抗力和恢復力實現(xiàn)的。抵抗力（抵抗力（Resjstance） 是生態(tài)系統(tǒng)抵抗外干擾并維持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能原狀的能力是生態(tài)系統(tǒng)抵抗外干擾并維持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能原狀的能力，是，是維持生態(tài)平衡的重要途徑之一。維持生態(tài)平衡的重要途徑之一。 抵抗力與系統(tǒng)發(fā)育階段狀況有關(guān)，其發(fā)育越成熟，結(jié)構(gòu)越復雜、抵抗力與系統(tǒng)發(fā)育階段狀況有關(guān)，其發(fā)育越

58、成熟，結(jié)構(gòu)越復雜、抵抗外干擾的能力就越強。例如我國長白山紅松針闊混交林生態(tài)系抵抗外干擾的能力就越強。例如我國長白山紅松針闊混交林生態(tài)系統(tǒng)，生物群落垂直層次明顯、結(jié)構(gòu)復雜，系統(tǒng)自身貯存了大量的物統(tǒng)，生物群落垂直層次明顯、結(jié)構(gòu)復雜，系統(tǒng)自身貯存了大量的物質(zhì)和能量，這類生態(tài)系統(tǒng)抵抗干旱和蟲害的能力要遠遠超過結(jié)構(gòu)單質(zhì)和能量，這類生態(tài)系統(tǒng)抵抗干旱和蟲害的能力要遠遠超過結(jié)構(gòu)單一的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。環(huán)境容量、自凈作用等都是系統(tǒng)抵抗力的表現(xiàn)一的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。環(huán)境容量、自凈作用等都是系統(tǒng)抵抗力的表現(xiàn)形式。形式。 恢復力（恢復力（Resilience） 是生態(tài)系統(tǒng)遭受外干擾破壞后，系統(tǒng)恢復到原狀的能力。是生態(tài)系統(tǒng)遭受

59、外干擾破壞后，系統(tǒng)恢復到原狀的能力。如：污染水域切斷污染源后，生物群落的恢復就是系統(tǒng)恢復力的表現(xiàn)。生態(tài)系統(tǒng)恢復能力是由生命成分的基本屬性決定的，即生物頑強的生命力和種群世代延續(xù)的基本特征所決定。所以，恢復力強的生態(tài)系統(tǒng)，生物的恢復力強的生態(tài)系統(tǒng)，生物的生活世代短，結(jié)構(gòu)比較簡單。生活世代短，結(jié)構(gòu)比較簡單。如雜草生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞后恢復速度要比森林生態(tài)系統(tǒng)快得多。生物成分（主要是初級生產(chǎn)者層次）生活世代長，生物成分（主要是初級生產(chǎn)者層次）生活世代長，結(jié)構(gòu)越復雜的生態(tài)系統(tǒng)，一旦遭到破壞則長期難以恢復。但就抵抗力的結(jié)構(gòu)越復雜的生態(tài)系統(tǒng)，一旦遭到破壞則長期難以恢復。但就抵抗力的比較而言，兩者的情況卻完全相

60、反，恢復力越強的生態(tài)系統(tǒng)其抵抗力一比較而言，兩者的情況卻完全相反，恢復力越強的生態(tài)系統(tǒng)其抵抗力一般比較低，反之亦然。般比較低，反之亦然。o抵抗力和恢復力是生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的兩個方面，兩者間的關(guān)系可用圖5-18形象地予以描述。圖中兩條虛線之間所示的是系統(tǒng)功能正常作用范圍，偏偏離程度可作為衡量系統(tǒng)抵抗力離程度可作為衡量系統(tǒng)抵抗力大小的指標，恢復到正常范圍大小的指標，恢復到正常范圍所需時間則是系統(tǒng)恢復力的定所需時間則是系統(tǒng)恢復力的定量指標。量指標。曲線與正常范圍之間所夾面積就可作為生態(tài)系統(tǒng)總穩(wěn)定性的定量指標。 o 生態(tài)系統(tǒng)對外界干擾具有調(diào)節(jié)能力才使之保持了相對的生態(tài)系統(tǒng)對外界干擾具有調(diào)節(jié)能力才使之保持