第四章生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)1

1、第四章 生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 第二節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的基本功能 第三節(jié) 世界主要生態(tài)系統(tǒng)的類型第一節(jié)第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一、生態(tài)系統(tǒng)的組成要素及功能一、生態(tài)系統(tǒng)的組成要素及功能 n系統(tǒng)系統(tǒng)：相互依賴的部分或事件組成的整體。構(gòu)成系統(tǒng)的三個(gè)條：相互依賴的部分或事件組成的整體。構(gòu)成系統(tǒng)的三個(gè)條件：件： 系統(tǒng)是由多個(gè)成分組成的。系統(tǒng)是由多個(gè)成分組成的。 各成分之間不是孤立的，而是彼此聯(lián)系、相互作用的。各成分之間不是孤立的，而是彼此聯(lián)系、相互作用的。 系統(tǒng)具有獨(dú)立的、特定的結(jié)構(gòu)和功能。系統(tǒng)具有獨(dú)立的、特定的結(jié)構(gòu)和功能。 2.2.生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)（Ecosystem/ecolog

2、ical system） 在一定的時(shí)空范圍內(nèi)，生在一定的時(shí)空范圍內(nèi)，生物群落與其環(huán)境之間通過不斷的物群落與其環(huán)境之間通過不斷的物質(zhì)循環(huán)與能量流動物質(zhì)循環(huán)與能量流動形成的相互形成的相互依賴、相互作用、相互制約的統(tǒng)依賴、相互作用、相互制約的統(tǒng)一整體，構(gòu)成一個(gè)生態(tài)學(xué)的功能一整體，構(gòu)成一個(gè)生態(tài)學(xué)的功能單位。單位。 國家林業(yè)局森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究網(wǎng)絡(luò) NoImage生態(tài)系統(tǒng)的基本特征生態(tài)系統(tǒng)的基本特征:生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)能力；生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)能力； n具有特定的結(jié)構(gòu)和功能，具有一定區(qū)域特征；具有特定的結(jié)構(gòu)和功能，具有一定區(qū)域特征； n生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)動態(tài)的功能系統(tǒng)，具有演變發(fā)展過生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)動態(tài)的

3、功能系統(tǒng)，具有演變發(fā)展過程；程； n生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)開放的系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)開放的系統(tǒng)。3.生態(tài)系統(tǒng)的組成生態(tài)系統(tǒng)的組成NoImage(1(1）生產(chǎn)者：生產(chǎn)者是能以簡單的無機(jī)物制造有機(jī)物的自生產(chǎn)者：生產(chǎn)者是能以簡單的無機(jī)物制造有機(jī)物的自養(yǎng)生物，并固定能量。養(yǎng)生物，并固定能量。 (2(2）消費(fèi)者：直接或間接依賴于生產(chǎn)者所制造的有機(jī)物質(zhì)。）消費(fèi)者：直接或間接依賴于生產(chǎn)者所制造的有機(jī)物質(zhì)。屬于異養(yǎng)生物。屬于異養(yǎng)生物。 按營養(yǎng)方式，消費(fèi)者可劃分為：按營養(yǎng)方式，消費(fèi)者可劃分為： 食草動物（一級消費(fèi)者）：以植物體為營養(yǎng)的動物。食草動物（一級消費(fèi)者）：以植物體為營養(yǎng)的動物。 食肉動物（二級消費(fèi)者）：以食草動

4、物為食者。食肉動物（二級消費(fèi)者）：以食草動物為食者。 大型大型/ /頂級食肉動物（三級消費(fèi)者）：以食肉動物為食者。頂級食肉動物（三級消費(fèi)者）：以食肉動物為食者。 (3(3）分解者：）分解者：異養(yǎng)生物，把復(fù)雜有機(jī)物分解為生產(chǎn)者能重新利異養(yǎng)生物，把復(fù)雜有機(jī)物分解為生產(chǎn)者能重新利用的簡單化合物，并釋放出能量。用的簡單化合物，并釋放出能量。 (4(4）非生物環(huán)境：非生物環(huán)境： 能量因素（熱能、核能、機(jī)械能、風(fēng)能、潮汐能、海浪能量因素（熱能、核能、機(jī)械能、風(fēng)能、潮汐能、海浪能等）、能等）、 物質(zhì)因素（無機(jī)元素和化合物：物質(zhì)因素（無機(jī)元素和化合物：C C、N N、K K、COCO2 2）、有機(jī)）、有機(jī)物（

5、蛋白質(zhì)，脂肪，碳水化合物、腐殖質(zhì)）、物（蛋白質(zhì)，脂肪，碳水化合物、腐殖質(zhì)）、 氣候因素（溫度，水等）。氣候因素（溫度，水等）。 二、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)二、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（一）、生態(tài)系統(tǒng)的物種結(jié)構(gòu)（一）、生態(tài)系統(tǒng)的物種結(jié)構(gòu) 在生態(tài)系統(tǒng)中，優(yōu)勢種、建群種、伴生種、偶見在生態(tài)系統(tǒng)中，優(yōu)勢種、建群種、伴生種、偶見種、關(guān)鍵種和冗余種對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性具有重種、關(guān)鍵種和冗余種對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性具有重要的意義。要的意義。 優(yōu)勢種、建群種、關(guān)鍵種與冗余種（1）一般而言，群落中常有一個(gè)或幾個(gè)生物種群大量控制能流，其數(shù)量、大小以及在食物鏈中的地位強(qiáng)烈影響著其他物種的棲境，這樣的物種稱為群落的優(yōu)勢種（dom

6、inant species）。群落各層中的優(yōu)勢種可以不止一個(gè)種，即共優(yōu)種。在我國熱帶森林里，喬木層的優(yōu)勢種往往是由多種植物組成的共優(yōu)種。簡而言之，群落中起主導(dǎo)和控制作用的物種稱為優(yōu)勢種?？捎糜嘘P(guān)重要值評價(jià)方法來表征。常被用來劃分群落的類型。（2）群落主要層（如森林的喬木層）的優(yōu)勢種，稱為建群種。建群種有個(gè)體數(shù)量上不一定占絕對優(yōu)勢，但決定著群落內(nèi)容結(jié)構(gòu)和特殊的環(huán)境條件。如在主要層中有兩個(gè)以上的種共占優(yōu)勢，則把它們稱為共建種。（3）物種在群落中的地位不同，一些珍稀、特有、龐大的對其他物種具有不成比例影響的物種，它們在維護(hù)生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定方面起著重要的作用。如果它們消失或削弱，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)可

7、能要發(fā)生根本性的變化，這樣的特有種稱為關(guān)鍵種（keystone species）。（4）在一些群落中，有些物種是多余的，這些種的去除不會引起群落內(nèi)其他物種的丟失，同時(shí)對整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能不會造成太大的影響。 如果開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目征占地區(qū)物種屬于冗余種（redundant species），則項(xiàng)目建設(shè)占地對生態(tài)環(huán)境的影響一般是可以接受的。物種在生態(tài)系統(tǒng)中的作用物種在生態(tài)系統(tǒng)中的作用1. 鉚釘假說：鉚釘假說：river-popper hypothesis Enrlich等等1981提出：認(rèn)為每一個(gè)物種比作精制提出：認(rèn)為每一個(gè)物種比作精制飛機(jī)上的每一個(gè)鉚釘。任何一個(gè)物種的丟失都會使生飛機(jī)上的每一個(gè)鉚釘

8、。任何一個(gè)物種的丟失都會使生態(tài)過程發(fā)生改變，每一個(gè)物種都同樣重要。態(tài)過程發(fā)生改變，每一個(gè)物種都同樣重要。 2. 冗余假說：冗余假說：redundancy hypothesis Walker于于1992提出：生態(tài)系統(tǒng)中物種作用有顯提出：生態(tài)系統(tǒng)中物種作用有顯著的不同，某些物種在生態(tài)功能上有相當(dāng)程度的重疊。著的不同，某些物種在生態(tài)功能上有相當(dāng)程度的重疊。冗余是對生態(tài)系統(tǒng)功能喪失的一種保險(xiǎn)。冗余是對生態(tài)系統(tǒng)功能喪失的一種保險(xiǎn)。（二）、生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)（二）、生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu) 食物鏈?zhǔn)澄镦湥╢ood chain）指生態(tài)系統(tǒng)中不同生物之間指生態(tài)系統(tǒng)中不同生物之間在營養(yǎng)關(guān)系中形成的一環(huán)套一環(huán)似鏈條式的

9、關(guān)系。在營養(yǎng)關(guān)系中形成的一環(huán)套一環(huán)似鏈條式的關(guān)系。 陸地生態(tài)系統(tǒng)：綠色植物陸地生態(tài)系統(tǒng)：綠色植物食草動物食草動物一級肉食動物一級肉食動物二級肉食動物二級肉食動物頂級肉食動物。頂級肉食動物。 水域生態(tài)系統(tǒng)：浮游植物水域生態(tài)系統(tǒng)：浮游植物浮游動物浮游動物食草性魚類食草性魚類一級食肉性魚類一級食肉性魚類二級食肉性魚類二級食肉性魚類頂級食肉性魚類。頂級食肉性魚類。營養(yǎng)級營養(yǎng)級（trophic leveltrophic level）食物鏈上的每一個(gè)）食物鏈上的每一個(gè)環(huán)節(jié)稱為環(huán)節(jié)稱為營養(yǎng)階層營養(yǎng)階層或或營養(yǎng)級營養(yǎng)級?；蛑柑幱谑澄铩；蛑柑幱谑澄镦溎骋画h(huán)節(jié)上的所有生物種的總和。鏈某一環(huán)節(jié)上的所有生物種的總和。

10、 一個(gè)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。例如，作為生產(chǎn)者的綠色植物的所有自養(yǎng)生物都位于食物鏈的起點(diǎn)，共同構(gòu)成第一營養(yǎng)級。所有以生產(chǎn)者（主要是綠色植物）為食的動物都屬于第二營養(yǎng)級，即植食動物營養(yǎng)級。第三營養(yǎng)級包括所有以植食動物為食的肉食動物。依此類推，還可以有第四營養(yǎng)級（即二級肉食動物營養(yǎng)級）和第五營養(yǎng)級。環(huán)境生態(tài)學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)精品課程建設(shè)精品課程建設(shè)NoImage“螳螂捕蟬，黃雀在后螳螂捕蟬，黃雀在后”螳螂捕蟬，螳螂捕蟬，黃雀在后！黃雀在后！哈！哈！哈！哈！植物汁液植物汁液蟬蟬 (初級消費(fèi)者初級消費(fèi)者)螳螂螳螂 (二級消費(fèi)者二級消費(fèi)者)黃雀黃雀 (三級消費(fèi)者三級消費(fèi)者)鷹鷹 (四

11、級消費(fèi)者四級消費(fèi)者) (頂極食肉動物頂極食肉動物)環(huán)境生態(tài)學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)精品課程建設(shè)精品課程建設(shè)NoImage食物鏈的類型 根據(jù)食物鏈的起點(diǎn)不同，可分為根據(jù)食物鏈的起點(diǎn)不同，可分為: 1. 牧食食物鏈牧食食物鏈（grazing food chain）：又稱捕食食物鏈，以活的：又稱捕食食物鏈，以活的植物為起點(diǎn)的食物鏈，如綠色植物，草食動物、各級食肉動物。植物為起點(diǎn)的食物鏈，如綠色植物，草食動物、各級食肉動物。牧草牧草 羊、牛羊、牛 狼。狼。 2.2.腐食食物鏈腐食食物鏈（detrital food chain）：又稱碎屑食物鏈，從死亡：又稱碎屑食物鏈，從死亡的有機(jī)體或腐屑開始。動植物殘?bào)w的有機(jī)體或

12、腐屑開始。動植物殘?bào)w 腐食性動物腐食性動物 肉食性動肉食性動物物 頂級肉食動物。頂級肉食動物。 3.3.寄生食物鏈寄生食物鏈（parasitic food chain）：）：以活的生物為寄主，奪取以活的生物為寄主，奪取寄主的物質(zhì)和能量來維持生存。是捕食食物鏈的一種特殊類型。寄主的物質(zhì)和能量來維持生存。是捕食食物鏈的一種特殊類型。如，植物如，植物 動物動物 寄生物寄生物 更小的寄生物。更小的寄生物。 環(huán)境生態(tài)學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)精品課程建設(shè)精品課程建設(shè)NoImage食物鏈的特征：食物鏈的長度通常不超過食物鏈的長度通常不超過6 6個(gè)營養(yǎng)級，最常見的個(gè)營養(yǎng)級，最常見的4 45 5個(gè)營養(yǎng)個(gè)營養(yǎng)級。級。 n食物

13、鏈越長，最后營養(yǎng)級位所獲得的能量也越少，其能量食物鏈越長，最后營養(yǎng)級位所獲得的能量也越少，其能量損耗也就越大。損耗也就越大。 n食物鏈或食物網(wǎng)的復(fù)雜程度與生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接相關(guān)。食物鏈或食物網(wǎng)的復(fù)雜程度與生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接相關(guān)。 n生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈不是固定不變的，它不僅在進(jìn)化歷史生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈不是固定不變的，它不僅在進(jìn)化歷史上有改變，在短時(shí)間內(nèi)也會發(fā)生變化。上有改變，在短時(shí)間內(nèi)也會發(fā)生變化。 環(huán)境生態(tài)學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)精品課程建設(shè)精品課程建設(shè)NoImage食物網(wǎng) 食物網(wǎng)食物網(wǎng) (food web)：食物鏈彼此交錯(cuò)鏈結(jié)，形成一個(gè)網(wǎng)狀食物鏈彼此交錯(cuò)鏈結(jié)，形成一個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即食物網(wǎng)。結(jié)構(gòu)，即食物

14、網(wǎng)。 食物網(wǎng)的控制機(jī)理：食物網(wǎng)的控制機(jī)理： n下行效應(yīng)下行效應(yīng)（top-down effect）：較高營養(yǎng)階層物種（捕食者較高營養(yǎng)階層物種（捕食者控制）決定較低營養(yǎng)階層的物種結(jié)構(gòu)（多度、生物量、物種控制）決定較低營養(yǎng)階層的物種結(jié)構(gòu)（多度、生物量、物種多樣性）多樣性） 。 n上行效應(yīng)上行效應(yīng)（bottom-up effect）：較低營養(yǎng)階層的物種結(jié)構(gòu)較低營養(yǎng)階層的物種結(jié)構(gòu)（多度、生物量、物種多樣性）決定較高營養(yǎng)階層物種結(jié)構(gòu)。（多度、生物量、物種多樣性）決定較高營養(yǎng)階層物種結(jié)構(gòu)。 1. NoImage（三）、生態(tài)系統(tǒng)的空間與時(shí)間結(jié)構(gòu)（三）、生態(tài)系統(tǒng)的空間與時(shí)間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)：分層現(xiàn)象，是自然選擇的結(jié)

15、果。空間結(jié)構(gòu)：分層現(xiàn)象，是自然選擇的結(jié)果。 n n時(shí)間結(jié)構(gòu)：反映出生態(tài)系統(tǒng)在時(shí)間上的動態(tài)。時(shí)間結(jié)構(gòu)：反映出生態(tài)系統(tǒng)在時(shí)間上的動態(tài)。 （1）長時(shí)間度量：以生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)化為主要內(nèi)容；）長時(shí)間度量：以生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)化為主要內(nèi)容； （2）中等時(shí)間度量：以群落演替為主要內(nèi)容；）中等時(shí)間度量：以群落演替為主要內(nèi)容； （3）短時(shí)間度量：以晝夜、季節(jié)和年份等周期性變化。）短時(shí)間度量：以晝夜、季節(jié)和年份等周期性變化。NoImage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)的基本功能一、生態(tài)系統(tǒng)的生物生產(chǎn)一、生態(tài)系統(tǒng)的生物生產(chǎn) 二、生態(tài)系統(tǒng)的能量流動二、生態(tài)系統(tǒng)的能量流動 三、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)三、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)

16、 四、生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞四、生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞NoImage一、生態(tài)系統(tǒng)的生物生產(chǎn)一、生態(tài)系統(tǒng)的生物生產(chǎn) 生物生產(chǎn)生物生產(chǎn)：生態(tài)系統(tǒng)不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，生物有機(jī)體在能量代謝過程：生態(tài)系統(tǒng)不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，生物有機(jī)體在能量代謝過程中，將能量、物質(zhì)重新組合，形成新的產(chǎn)品的過程，稱生態(tài)系統(tǒng)的中，將能量、物質(zhì)重新組合，形成新的產(chǎn)品的過程，稱生態(tài)系統(tǒng)的生物生產(chǎn)。生物生產(chǎn)。 初級生產(chǎn)量初級生產(chǎn)量（primary production）：生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動開）：生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動開始于綠色植物的光合作用對太陽能的固定。因?yàn)榫G色植物固定太陽始于綠色植物的光合作用對太陽能的固定。因?yàn)榫G色植物固定太陽能是生態(tài)系統(tǒng)中第一次能量固

17、定，所以植物所固定的太陽能或所制能是生態(tài)系統(tǒng)中第一次能量固定，所以植物所固定的太陽能或所制造的有機(jī)物質(zhì)就稱為初級生產(chǎn)量或第一性生產(chǎn)量（造的有機(jī)物質(zhì)就稱為初級生產(chǎn)量或第一性生產(chǎn)量（Primary Production）。）。 次級生產(chǎn)量次級生產(chǎn)量（secondary productionsecondary production）：）：在初級生產(chǎn)過程中，植物所固定的能量有一部分是被植物自己的呼吸消耗掉了（呼吸過程和光合作用過程是兩個(gè)完全相反的過程），剩下的部分才以可見有機(jī)物質(zhì)的形式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)量凈初級生產(chǎn)量（net primary production） 總初級

18、生產(chǎn)量：包括呼吸消耗在內(nèi)的全部生產(chǎn)量稱為總初級生產(chǎn)量（gross primary production ） 總初級生產(chǎn)量（GP）中減去植物呼吸所消耗的能量（R）就是凈初級生產(chǎn)量（NP），這三者之間的關(guān)系是： GP = NP + RGP = NP + R NP = GP R NP = GP R 凈初級生產(chǎn)量是可提供生態(tài)系統(tǒng)中其他生物（主要是各種動物和人）利用的能量。生產(chǎn)量通常是用每年每平方米所生產(chǎn)的有機(jī)物質(zhì)干重（gm2a）或每年每平方米所固定能量值（Jm2a）表示，所以初級生產(chǎn)量也可稱為初級生產(chǎn)力 植物組織平均每千克干重相當(dāng)于1.8104焦，動物組織平均每千克干重相當(dāng)于2.0104焦熱量值。 凈

19、生產(chǎn)量用于植物的生長和生殖，因此隨著時(shí)間的推移，植物逐漸長大，數(shù)量逐漸增多，而構(gòu)成植物體的有機(jī)物質(zhì)（包括根、莖、葉、花、果實(shí)等）也就越積越多。逐漸累積下來的這些凈生產(chǎn)量，一部分可能隨著季節(jié)的變化而被分解了，另一部分則以生活有機(jī)質(zhì)的形式長期積存在生態(tài)系統(tǒng)之中。在某一特定時(shí)刻調(diào)查時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)單位面積內(nèi)所積存的這些生活有機(jī)質(zhì)就叫生物量生物量（biomass）?？梢?，生物量實(shí)際上就是凈生產(chǎn)量的累積量，某一時(shí)刻的生物量就是在此時(shí)刻以前生態(tài)系統(tǒng)所累積下來的活有機(jī)質(zhì)總量。生物量的單位通常是用平均每平方米生物體的干重（gm2）或平均每平方米生物體的熱值（Jm2）來表示。NoImage生物量生物量（biomas

20、sbiomass）: :某一特定觀察時(shí)刻，某一空間范圍某一特定觀察時(shí)刻，某一空間范圍內(nèi)，現(xiàn)有有機(jī)體的量，用單位面積或體積的個(gè)體數(shù)量、重內(nèi)，現(xiàn)有有機(jī)體的量，用單位面積或體積的個(gè)體數(shù)量、重量（狹義的生物量）或含能量來表示。量（狹義的生物量）或含能量來表示。 生產(chǎn)量生產(chǎn)量(production): (production): 是在一定時(shí)間階段中，某個(gè)種群是在一定時(shí)間階段中，某個(gè)種群或生態(tài)系統(tǒng)所或生態(tài)系統(tǒng)所新新生產(chǎn)出的有機(jī)體的數(shù)量、重量或能量。生產(chǎn)出的有機(jī)體的數(shù)量、重量或能量。 應(yīng)當(dāng)指出的是，生產(chǎn)量和生物量是兩個(gè)完全不同的概念，應(yīng)當(dāng)指出的是，生產(chǎn)量和生物量是兩個(gè)完全不同的概念，生產(chǎn)量含有速率的概念，是

21、指單位時(shí)間單位面積上的有機(jī)生產(chǎn)量含有速率的概念，是指單位時(shí)間單位面積上的有機(jī)物質(zhì)生產(chǎn)量，而生物量是指在某一特定時(shí)刻調(diào)查時(shí)單位面物質(zhì)生產(chǎn)量，而生物量是指在某一特定時(shí)刻調(diào)查時(shí)單位面積上積存的有機(jī)物質(zhì)。積上積存的有機(jī)物質(zhì)。 NoImage影響初級生產(chǎn)的因素影響初級生產(chǎn)的因素CO2光光 陸地生態(tài)系統(tǒng)中，初級生產(chǎn)量是由光、二氧化碳、水、營養(yǎng)物質(zhì)陸地生態(tài)系統(tǒng)中，初級生產(chǎn)量是由光、二氧化碳、水、營養(yǎng)物質(zhì)( (物物質(zhì)因素質(zhì)因素) ) 、氧和溫度、氧和溫度( (環(huán)境調(diào)節(jié)因素環(huán)境調(diào)節(jié)因素) )六個(gè)因素決定的。六個(gè)因素決定的。NPRH2O營養(yǎng)營養(yǎng)取食取食O2溫度溫度污染物污染物光合作用光合作用 生物量生物量GPNo

22、Image初級生產(chǎn)量的測定方法初級生產(chǎn)量的測定方法產(chǎn)量收割法：產(chǎn)量收割法：收獲植物地上部分烘干至恒重，獲得收獲植物地上部分烘干至恒重，獲得單位時(shí)間內(nèi)的凈初級生產(chǎn)量。單位時(shí)間內(nèi)的凈初級生產(chǎn)量。 n 氧氣測定法氧氣測定法：總光合量凈光合量呼吸量。：總光合量凈光合量呼吸量。 n 二氧化碳測定法二氧化碳測定法：特定空間內(nèi)的二氧化碳含量的：特定空間內(nèi)的二氧化碳含量的變化，作為植物體有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生的量，估算有機(jī)質(zhì)的變化，作為植物體有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生的量，估算有機(jī)質(zhì)的量。量。NoImagepH測定法：測定法： 水體中的水體中的pH值隨著光合作用中吸收二氧化碳和值隨著光合作用中吸收二氧化碳和呼吸過程中釋放二氧化碳而發(fā)生變

23、化，根據(jù)呼吸過程中釋放二氧化碳而發(fā)生變化，根據(jù)pH值值變化估算初級生產(chǎn)量。變化估算初級生產(chǎn)量。 5.5. 葉綠素測定法：葉綠素測定法： 葉綠素與光合作用強(qiáng)度有密切的定量關(guān)系，通葉綠素與光合作用強(qiáng)度有密切的定量關(guān)系，通過測定體中的葉綠素可以估計(jì)初級生產(chǎn)力。過測定體中的葉綠素可以估計(jì)初級生產(chǎn)力。 生態(tài)系統(tǒng)的第二營養(yǎng)級,即初級消費(fèi)者草食動物,吃了植物以后,除了一部分作為糞便等殘?jiān)慌懦鲶w外,其余一小部分（一般3%以下）被動物體所同化,這樣,能量從第一營養(yǎng)級流入了第二營養(yǎng)級.在單位時(shí)間內(nèi),動物體(包括各級消費(fèi)者)的同化量叫做次級生產(chǎn)量次級生產(chǎn)量NoImage次級生產(chǎn)量的測定方法次級生產(chǎn)量的測定方法按已

24、知同化量按已知同化量A和呼吸量和呼吸量R，估計(jì)生產(chǎn)量，估計(jì)生產(chǎn)量P P=C-Fu-R， Fu-尿糞量尿糞量 R為呼吸量，為呼吸量，C為生物從外界攝取的能量為生物從外界攝取的能量根據(jù)個(gè)體生長或增重的部分根據(jù)個(gè)體生長或增重的部分Pg和新生個(gè)體重和新生個(gè)體重Pr，估計(jì)，估計(jì)P P Pg Pr 根據(jù)生物量凈變化根據(jù)生物量凈變化B和死亡損失和死亡損失E，估計(jì)，估計(jì)P P B E NoImage二、二、 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動生態(tài)系統(tǒng)的能量流動生態(tài)系統(tǒng)能量流動規(guī)律生態(tài)系統(tǒng)能量流動規(guī)律 生態(tài)系統(tǒng)能流途徑生態(tài)系統(tǒng)能流途徑 能量流動的生態(tài)效率能量流動的生態(tài)效率NoImage生態(tài)系統(tǒng)能量流動規(guī)律生態(tài)系統(tǒng)能量流動規(guī)律-

25、熱力學(xué)定律熱力學(xué)定律第一定律：能量守恒定律，能量可由一種形式轉(zhuǎn)化第一定律：能量守恒定律，能量可由一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，能量既不能消滅，又不能憑空創(chuàng)為其他形式的能量，能量既不能消滅，又不能憑空創(chuàng)造。造。 第二定律：熵律，任何形式的能（除了熱）轉(zhuǎn)化到第二定律：熵律，任何形式的能（除了熱）轉(zhuǎn)化到另一種形式能的自發(fā)轉(zhuǎn)換中，不可能另一種形式能的自發(fā)轉(zhuǎn)換中，不可能100被利用，被利用，總有一些能量作為熱的形式被耗散出去，熵就增加了。總有一些能量作為熱的形式被耗散出去，熵就增加了。NoImage 生態(tài)系統(tǒng)中生態(tài)系統(tǒng)中能流特點(diǎn)能流特點(diǎn)： n能量流是變化的能量流是變化的 能流變化與一定的摩擦損失或遺漏能

26、量的多少以及系統(tǒng)的傳導(dǎo)性或傳導(dǎo)系數(shù)相關(guān)，這在非生命的物理系統(tǒng)中(電、熱、機(jī)械等)雖然也很復(fù)雜，但通常是有規(guī)律的，而且對一定的系統(tǒng)來說又是一個(gè)常數(shù)。而在生態(tài)系統(tǒng)中，能流是變化的，以捕食者一被食者為例，能流(假定為捕食者所消化并轉(zhuǎn)化為新的生物量)取決于輸入端的消化率和輸出端捕食者的新生物量產(chǎn)生速度等因素。 能量流是單向流能量流是單向流 生態(tài)系統(tǒng)中能量的流動是單一方向的。能以光生態(tài)系統(tǒng)中能量的流動是單一方向的。能以光能的狀態(tài)進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)后，就不能再以光的形式存在，能的狀態(tài)進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)后，就不能再以光的形式存在，而是以熱的形式不斷地逸散于環(huán)境之中。熱力學(xué)第二而是以熱的形式不斷地逸散于環(huán)境之中。熱力學(xué)第

27、二定律注意到宇宙在每一個(gè)地方都趨向于均勻的熵，它定律注意到宇宙在每一個(gè)地方都趨向于均勻的熵，它只能向自由能減少的方向進(jìn)行而不能逆轉(zhuǎn)，所以從宏只能向自由能減少的方向進(jìn)行而不能逆轉(zhuǎn)，所以從宏觀上看，熵總是增加。能量在生態(tài)系統(tǒng)中流動，很大觀上看，熵總是增加。能量在生態(tài)系統(tǒng)中流動，很大一部分被各個(gè)營養(yǎng)級的生物利用，同時(shí)，通過呼吸作一部分被各個(gè)營養(yǎng)級的生物利用，同時(shí)，通過呼吸作用以熱的形式散失。散失到空間的熱能不能再回到生用以熱的形式散失。散失到空間的熱能不能再回到生態(tài)系統(tǒng)中參與流動，因?yàn)橹两裎窗l(fā)現(xiàn)以熱能作為能源態(tài)系統(tǒng)中參與流動，因?yàn)橹两裎窗l(fā)現(xiàn)以熱能作為能源合成有機(jī)物的生物。能流的單一方向性主要表現(xiàn)在三

28、合成有機(jī)物的生物。能流的單一方向性主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：個(gè)方面：太陽的輻射能以光能的形式輸入生態(tài)系統(tǒng)太陽的輻射能以光能的形式輸入生態(tài)系統(tǒng)后，通過光合作用被植物固定，此后不能再以光能的后，通過光合作用被植物固定，此后不能再以光能的形式返回。形式返回。自養(yǎng)生物被異養(yǎng)生物攝食后，能量就由自養(yǎng)生物被異養(yǎng)生物攝食后，能量就由自養(yǎng)生物傳遞到異養(yǎng)生物體內(nèi)，不能再返回給自養(yǎng)生自養(yǎng)生物傳遞到異養(yǎng)生物體內(nèi)，不能再返回給自養(yǎng)生物。物。從總的能流途徑而言，能量只是一次性流經(jīng)生從總的能流途徑而言，能量只是一次性流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)，是不可逆的。態(tài)系統(tǒng)，是不可逆的。 能量在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)流動的過程是不斷遞減的過程 從太陽輻射能到被生產(chǎn)

29、者固定，再經(jīng)植食動物，到肉食動物，再到大型肉食動物，能量是逐級遞減的過程。 能量在流動中質(zhì)量逐漸提高 生態(tài)系統(tǒng)能量流動中，除有一部分能量以熱能耗散外，另一部分的去向是把較多的低質(zhì)量能轉(zhuǎn)化成另一種較少的高質(zhì)量能。太陽能輸人生態(tài)系統(tǒng)后的能量流動過程中，能量的質(zhì)量是逐步提高的。 一個(gè)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。例如，作為生產(chǎn)者的綠色植物的所有自養(yǎng)生物都位于食物鏈的起點(diǎn)，共同構(gòu)成第一營養(yǎng)級。所有以生產(chǎn)者（主要是綠色植物）為食的動物都屬于第二營養(yǎng)級，即植食動物營養(yǎng)級。第三營養(yǎng)級包括所有以植食動物為食的肉食動物。依此類推，還可以有第四營養(yǎng)級（即二級肉食動物營養(yǎng)級）和第五營養(yǎng)級。 營養(yǎng)

30、級和生態(tài)金字塔營養(yǎng)級和生態(tài)金字塔 生態(tài)系統(tǒng)中的能流是單向的，通過各個(gè)營養(yǎng)級的能量是逐級減少的，減少的原因是：（1）各營養(yǎng)級消費(fèi)者不可能不可能百分之百地利用前一營養(yǎng)級的生物量，總有一部分會自然死亡和被分解者所利用；（2）各營養(yǎng)級的同化率也不是百分之百的，總有一部分變成排泄物而留于環(huán)境中，為分解者生物所利用；（3）各營養(yǎng)級生物要維持自身的生命活動，總要消耗一部分能量，這部分能量變成熱能而耗散掉，這一點(diǎn)很重要。生物群落及在其中的各種生物之所以能維持有序的狀態(tài)，就得依賴于這些能量的消耗。這就是說，生態(tài)系統(tǒng)要維持正常的功能，就必須有永恒不斷的太陽能的輸入，用以平衡各營養(yǎng)級生物維持生命活動的消耗，只要這個(gè)

31、輸入中斷，生態(tài)系統(tǒng)便會喪失功能。NoImage生態(tài)金字塔生態(tài)金字塔 (Charles Elton,1927) 能量通過營養(yǎng)級逐級減少，把通過各營養(yǎng)級的能流量由低能量通過營養(yǎng)級逐級減少，把通過各營養(yǎng)級的能流量由低到高用圖型表示，成為一個(gè)金字塔形，稱能量錐體或能量金字塔。到高用圖型表示，成為一個(gè)金字塔形，稱能量錐體或能量金字塔。 以生物量或個(gè)體數(shù)目表示，得到生物量錐體以生物量或個(gè)體數(shù)目表示，得到生物量錐體（pyramid of energy）和數(shù)量錐體和數(shù)量錐體（pyramid of number） 。三類錐體合稱為。三類錐體合稱為生態(tài)錐體生態(tài)錐體。a 生物量錐體生物量錐體(gDW m-2 )b

32、能量錐體能量錐體(kcal m-2 a -1 )c 數(shù)量錐體數(shù)量錐體(個(gè)體個(gè)體 ha-1)1212 攝食量攝食量（I）：表示一個(gè)生物所攝取的能量；對植物來說，它代表光合作用所吸收的日光能；對于動物來說，它代表動物吃進(jìn)的食物的能量。 同化量同化量（A）：對于動物來說，同化量表示消化道后吸收的能量（吃進(jìn)的食物不一定都能吸收）。對分解者來說是指細(xì)胞外的吸收能量；對植物來說是指在光合作用中所固定的日光能，即總初級生產(chǎn)量（GP）。呼吸量呼吸量（R）：指生物在呼吸等新陳代謝和各種活動中所消耗的全部能量。 凈生產(chǎn)量凈生產(chǎn)量（P）：指生物在呼吸消耗后凈剩的同化能量值，它以有機(jī)物質(zhì)的形式累積在生物體內(nèi)或生態(tài)系統(tǒng)

33、中。對植物來說，它是凈初級生產(chǎn)量（NP）；對動物來說，它是同化量扣除維持呼吸量以后的能量值，即P = A - R。能量流動的生態(tài)效率能量流動的生態(tài)效率NoImage 生態(tài)效率生態(tài)效率（ecological efficiencies）: 是指各種能流參是指各種能流參數(shù)中的任何一個(gè)參數(shù)在營養(yǎng)級之間或營養(yǎng)級內(nèi)部的比值關(guān)系。數(shù)中的任何一個(gè)參數(shù)在營養(yǎng)級之間或營養(yǎng)級內(nèi)部的比值關(guān)系。 同化效率同化效率(assimilation efficiency,AE): 衡量生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)體衡量生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)體或營養(yǎng)級利用能量和食物的效率。或營養(yǎng)級利用能量和食物的效率。AE=An/In, An為植物固定為植物固定的能量

34、或動物吸收同化的食物，的能量或動物吸收同化的食物，In為植物吸收的能或動物攝為植物吸收的能或動物攝取的食物。取的食物。 生長效率生長效率(growth efficiency, GE) : 同一個(gè)營養(yǎng)級的凈生產(chǎn)量同一個(gè)營養(yǎng)級的凈生產(chǎn)量（Pn）與同化量（）與同化量（An）的比值。）的比值。GEPnAn。NoImage消費(fèi)或利用效率消費(fèi)或利用效率(comsumption efficiency,CE) : 一個(gè)營養(yǎng)級對一個(gè)營養(yǎng)級對前一個(gè)營養(yǎng)級的相對攝取量。前一個(gè)營養(yǎng)級的相對攝取量。CE In1Pn， In1為為n1營養(yǎng)營養(yǎng)級的攝取量，級的攝取量， Pn為為n營養(yǎng)級的凈生產(chǎn)量。營養(yǎng)級的凈生產(chǎn)量。 林德曼

35、效率林德曼效率(Lindeman efficiency) : 指指n與與n1營養(yǎng)級攝取的營養(yǎng)級攝取的食物量能量之比。它相當(dāng)于同化效率、生長效率和利用效率的食物量能量之比。它相當(dāng)于同化效率、生長效率和利用效率的乘積，即：乘積，即：In1In An/In PnAn In1Pn n NoImage美國明尼達(dá)州塞達(dá)波格湖的能流分析波格湖生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)動態(tài)簡圖 能量單位：cal cm-2 a 1 呼吸29.3+未利用78.2+分解3.5總初級生產(chǎn)量111.0，能量守恒總初級生產(chǎn)量總初級生產(chǎn)量 111.0植食動物植食動物 15.0肉食動物肉食動物 3.0分解分解 3.0分解分解 0.5分解分解 微量微量呼吸

36、呼吸23.0呼吸呼吸4.5呼吸呼吸1.8未利用未利用70.0太陽能太陽能118872未利用未利用7.0未利用未利用1.2未吸收未吸收的能的能118761環(huán)境生態(tài)學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)精品課程建設(shè)精品課程建設(shè)NoImage美國明尼達(dá)州塞達(dá)波格湖的能流分析波格湖生態(tài)系統(tǒng)能量金字塔cal cm-2 a 1 cal cm-2 a 1 cal cm-2 a 1 環(huán)境生態(tài)學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)精品課程建設(shè)精品課程建設(shè)NoImage三、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán) 生物地化循環(huán)生物地化循環(huán)(biogeochemical cycle)：礦物：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、元素在生態(tài)系統(tǒng)之間的輸入和輸出，它們在大氣圈、水

37、圈、巖圈之間以及生物間的流動和交換稱生物地水圈、巖圈之間以及生物間的流動和交換稱生物地(球球)化化(學(xué)學(xué))循環(huán)，即循環(huán)，即物質(zhì)循環(huán)物質(zhì)循環(huán)(cycling of material) 。環(huán)境生態(tài)學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)精品課程建設(shè)精品課程建設(shè)NoImage生物地化循環(huán)的特點(diǎn)物質(zhì)循環(huán)運(yùn)動是物質(zhì)循環(huán)運(yùn)動是循環(huán)循環(huán)的。的。 用庫和流通率來描述。用庫和流通率來描述。 庫庫是由存在于生態(tài)系統(tǒng)成分中一定數(shù)量的某種化學(xué)物質(zhì)所構(gòu)成的。是由存在于生態(tài)系統(tǒng)成分中一定數(shù)量的某種化學(xué)物質(zhì)所構(gòu)成的。 物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)單位面積物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)單位面積(或單位體積或單位體積)和單位時(shí)間的移動量稱和單位時(shí)間的移動量稱流通率流通率。 生物地化循

38、環(huán)在受人類干擾以前一般是處于一種穩(wěn)定的生物地化循環(huán)在受人類干擾以前一般是處于一種穩(wěn)定的平衡平衡狀態(tài)。狀態(tài)。 元素和難分解的化合物常發(fā)生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現(xiàn)象。環(huán)境生態(tài)學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)精品課程建設(shè)精品課程建設(shè)NoImage生物積累生物積累(bioaccumlation): 指生態(tài)系統(tǒng)中生物不斷進(jìn)行新陳代指生態(tài)系統(tǒng)中生物不斷進(jìn)行新陳代謝的過程中，生物體內(nèi)來自環(huán)境的元素或難分解的化合物的濃縮謝的過程中，生物體內(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。系數(shù)不斷增加的現(xiàn)象。 生物濃縮生物濃縮(bioconcentration

39、): 指生態(tài)系統(tǒng)中同一營養(yǎng)級上許多指生態(tài)系統(tǒng)中同一營養(yǎng)級上許多生物種群或者生物個(gè)體，從周圍環(huán)境中蓄積某種元素或難分解的生物種群或者生物個(gè)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。稱生物富集。 生物放大生物放大(biomagnification): 指生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈上，某種元指生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈上，某種元素或難分解化合物在生物機(jī)體中濃度隨營養(yǎng)級的提高而逐步增大素或難分解化合物在生物機(jī)體中濃度隨營養(yǎng)級的提高而逐步增大的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。環(huán)境生態(tài)學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)精品課程建設(shè)精品課程建設(shè)No

40、Image生物地化循環(huán)的類型水循環(huán)：液態(tài)循環(huán)水循環(huán)：液態(tài)循環(huán) 氣相型循環(huán)：氣態(tài)循環(huán)氣相型循環(huán)：氣態(tài)循環(huán) 沉積型循環(huán)：固態(tài)循環(huán)沉積型循環(huán)：固態(tài)循環(huán)環(huán)境生態(tài)學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)精品課程建設(shè)精品課程建設(shè)NoImage水循環(huán)示意圖環(huán)境生態(tài)學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)精品課程建設(shè)精品課程建設(shè)NoImage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) n 環(huán)境生態(tài)學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)精品課程建設(shè)精品課程建設(shè)NoImage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

41、作 用用4FeO+O2 2FeO3NoImageCO2CO O2+2CO CO2O2O3O2O O2HOHH2OH2OOCO2高能紫外輻射高能紫外輻射環(huán)境生態(tài)學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)精品課程建設(shè)精品課程建設(shè)NoImage碳循環(huán)碳循環(huán)(carbon cycle)燃料燃料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呼吸呼吸作用作用光合光合作用作用腐爛腐爛擴(kuò)散擴(kuò)散環(huán)境生態(tài)學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)精品課程建設(shè)精品課程建設(shè)NoImage氮循環(huán)氮循環(huán)(nitrogen cycle)大氣庫大氣庫 HN3,NO,NO2, N2O ，閃電閃電陸地陸地陸地陸地其它其它 動植物

42、動植物藍(lán)藻藍(lán)藻淺層死有機(jī)物淺層死有機(jī)物溶解死溶解死有機(jī)物有機(jī)物土壤土壤中無中無機(jī)氮機(jī)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(jī)體死有機(jī)體陸地陸地河流帶走河流帶走生物固氮生物固氮大氣庫大氣庫 N2工業(yè)固氮工業(yè)固氮 （汽車（汽車,化肥化肥,電廠）電廠）脫氮脫氮化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)海洋海洋火火 山山 作作 用用降降 水水大氣大氣環(huán)境生態(tài)學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)精品課程建設(shè)精品課程建設(shè)NoImage沉積型循環(huán)(sedimentary cycle)磷循環(huán)硫循環(huán)環(huán)境生態(tài)學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)精品課程建設(shè)精品課程建設(shè)NoImage磷循環(huán)（phosph

43、orus 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(jī)物有機(jī)物土壤中的土壤中的 無機(jī)磷無機(jī)磷活有機(jī)物活有機(jī)物死死 有機(jī)物有機(jī)物深海的磷深海的磷活有機(jī)物活有機(jī)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(fēng)化上升風(fēng)化開采開采攝取攝取排泄死亡排泄死亡上涌上涌環(huán)境生態(tài)學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)精品課程建設(shè)精品課程建設(shè)NoImage硫循環(huán)（sulfur cycle）火山活動火山活動H2S ,SO2,SO42-大氣大氣陸地陸地海洋海洋沉積物（沉積物（CaSO4,FeS2）溶解的溶解的SO42-SO2 H2S S CaSO4 FeS2 死有機(jī)物死有機(jī)物活有機(jī)物活有機(jī)物SO42-