第十一章生態(tài)系統(tǒng)

第十一章生態(tài)系統(tǒng)第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的基本概念第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和貯存第三節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)第四節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞第五節(jié)生態(tài)平衡一、生態(tài)系統(tǒng)的概念

系統(tǒng)是相互依賴的部分或事件組成的整體。構(gòu)成系統(tǒng)至少要有三個條件：①系統(tǒng)是由多個成分組成的；②各成分之間不是孤立的，而是彼此聯(lián)系、相互作用的；③系統(tǒng)具有獨立的、特定的功能。第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的基本概念系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點⑴系統(tǒng)都有邊界。是區(qū)分系統(tǒng)內(nèi)外的標(biāo)志。⑵系統(tǒng)具有層次性。即系統(tǒng)由若干個子系統(tǒng)組成，系統(tǒng)本身也是更大系統(tǒng)的子系統(tǒng)。⑶構(gòu)成系統(tǒng)的組分間有一定的量比關(guān)系。⑷系統(tǒng)的組分在空間上有一定的排列位置關(guān)系。系統(tǒng)的功能特點系統(tǒng)功能的整合性：即整體大于部分之和。通常形象地稱“1+1>2”。各組分之間相互作用產(chǎn)生新效應(yīng)。生態(tài)系統(tǒng)(ecosystem)：1935年英國生態(tài)學(xué)家(A.G.Tansley)最早提出。指在一定時間和空間范圍內(nèi)，由生物群落及其環(huán)境組成的一個整體，各成員借助能量流動、物質(zhì)循環(huán)與信息傳遞相互聯(lián)系、相互依存，并形成具有自我組織、自我調(diào)節(jié)功能的復(fù)合體。Ecosystem=community+environment四個基本條件：生態(tài)系統(tǒng)是客觀存在的實體，有時間和空間的概念由生物成分和非生物成分組成的以生物為主體各成員之間有機地組織在一起，具有統(tǒng)一的整體功能。基本組成二、生態(tài)系統(tǒng)的成分、結(jié)構(gòu)和分類1、生產(chǎn)者（producers）：生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量代謝的基礎(chǔ)同時又為其他生物提供了棲息場所對環(huán)境的影響至關(guān)重要。在生態(tài)系統(tǒng)中的地位和作用是第一位，生態(tài)系統(tǒng)的核心。（一）生態(tài)系統(tǒng)的基本成分2、消費者（consumers）：不能從無機物質(zhì)制造有機物質(zhì)，而是直接或間接依賴于生產(chǎn)者所制造的有機物質(zhì)，因此屬于異養(yǎng)生物（heterotroph）。

一級消費者——二級消費者——三級消費者形成以能量流動的基礎(chǔ)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。作用：——對初級生產(chǎn)物起著加工再生產(chǎn)作用——對其他生物種群數(shù)量起著調(diào)控作用。3、分解者（decomposer）：細菌、真菌、放線菌及土壤動物和小型無脊椎動物。使物質(zhì)循環(huán)得以繼續(xù)4、非生物環(huán)境：氣候因子、無機物質(zhì)和有機物質(zhì)。生態(tài)系統(tǒng)（二）生

態(tài)

系

統(tǒng)

的

結(jié)

構(gòu)1、空間結(jié)構(gòu)垂直結(jié)構(gòu)、水平結(jié)構(gòu)2、時間結(jié)構(gòu)（三個時間尺度）生態(tài)系統(tǒng)進化群落演替周期性變化（較普遍）3、營養(yǎng)結(jié)構(gòu)食物鏈、營養(yǎng)級、生態(tài)金字塔以物質(zhì)循環(huán)為基礎(chǔ)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)以能量流動為基礎(chǔ)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)（三）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)動態(tài)：總是處于不斷發(fā)展、進化和演變之中。功能：物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息傳遞。2、生態(tài)系統(tǒng)具有一定的區(qū)域特征生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能反映了一定的地區(qū)特性。3、生態(tài)系統(tǒng)是開放的自持系統(tǒng)

——代謝機能。4、生態(tài)系統(tǒng)具有自動調(diào)節(jié)的功能

——返回穩(wěn)定狀態(tài)的能力同種生物種群密度的調(diào)節(jié)異種生物種群間的數(shù)量調(diào)節(jié)生物與環(huán)境之間相互適應(yīng)的調(diào)節(jié)。（四）生

態(tài)

系

統(tǒng)

的

分

類

1．按非生物成分和特征2．按生物成分植物生態(tài)系統(tǒng)：以植物吸收太陽能為主的生態(tài)系統(tǒng)，如森林生態(tài)系統(tǒng)。動物生態(tài)系統(tǒng)：以動物的行為為主導(dǎo)作用的生態(tài)系統(tǒng)，如魚塘、牧場。微生物生態(tài)系統(tǒng)：以微生物對有機物的分解為主導(dǎo)作用，如落葉層。人類生態(tài)系統(tǒng)：以人類為主體的生態(tài)系統(tǒng)，如城市生態(tài)系統(tǒng)。3．按生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和外界物質(zhì)與能量交換狀況開放生態(tài)系統(tǒng)封閉生態(tài)系統(tǒng)隔離生態(tài)系統(tǒng)4.按人類活動及其影響程度自然生態(tài)系統(tǒng)：如原始森林、荒漠、海洋。半自然生態(tài)系統(tǒng)：人工草場、人工林場、農(nóng)田、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)等。人工生態(tài)系統(tǒng)：城市、人工氣候室、宇宙飛船。第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和貯存（一）食物鏈（foodchain）

1、概念

生態(tài)系統(tǒng)中不同生物之間通過食物關(guān)系而形成的鏈索式單向聯(lián)系。一、食物鏈和食物網(wǎng)如稻田生態(tài)系統(tǒng)：水稻稻飛虱青蛙蛇鷹2、食物鏈的類型捕食食物鏈(predatoryfoodchain）（又稱草牧食物鏈

gazingfoodchain）腐生食物鏈（分解食物鏈）寄生食物鏈（parasitefoodchain）混合食物鏈1、捕食食物鏈（predatoryfoodchain）（又稱草牧食物鏈gazingfoodchain）：以綠色植物為基礎(chǔ)，從草食動物開始。形式：能量沿著生產(chǎn)者（植物）植食性動物肉食性動物的途徑流動。如海洋中：浮游植物浮游動物蝦魚草原上：青草兔子狐貍老虎農(nóng)田中：水稻蝗蟲青蛙。2、腐生食物鏈（分解食物鏈）以死亡的有機體(植物和動物)及其排泄物為營養(yǎng)源，從腐生物開始。形式：動植物殘體一級腐食者二級腐食者三級腐食者。如：植物殘體蚯蚓跳蟲螨類細菌在許多生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)主要位置。3、寄生食物鏈（parasitefoodchain）特點：以活的動、植物有機體為營養(yǎng)源，以寄生方式存在的食物鏈。如：植物型：大豆菟絲子。動物型：馬蛔蟲；老鼠跳蚤細菌病毒。（二）食物網(wǎng)（foodweb）概念在一個生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)存在多條食物鏈，這些食物鏈彼此交錯連接，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。形成原因：生物成員許多是雜食性不同發(fā)育階段、不同季節(jié)其食性有改變食物種類和數(shù)量的季節(jié)或年度變化。北極地區(qū)食物網(wǎng)：一個復(fù)雜的食物網(wǎng)是使生態(tài)系統(tǒng)保持穩(wěn)定的重要條件。一般認(rèn)為，食物網(wǎng)越復(fù)雜，生態(tài)系統(tǒng)抵抗外力干擾的能力就越強，食物網(wǎng)越簡單，生態(tài)系統(tǒng)就越容易發(fā)生波動和毀滅。（三）營養(yǎng)級和生態(tài)金字塔1．營養(yǎng)級營養(yǎng)級（trophiclevel）：食物鏈上能量和物質(zhì)被暫時貯藏和停留的位置，即食物鏈上的每一環(huán)節(jié)稱為營養(yǎng)級。一個營養(yǎng)級指處于食物鏈上某一個環(huán)節(jié)上的所有生物種類的總和。多數(shù)為三、四級，一般不超過五級。通過各食物鏈各營養(yǎng)級的能量是逐漸減少的原因各營養(yǎng)級不可能100%利用前一營養(yǎng)級的能量各營養(yǎng)級的同化率<100％各營養(yǎng)級要維持自身的生命活動。2．生態(tài)金字塔（生態(tài)錐體）

能量金字塔（pyramidofenergy）生物量金字塔（pyramidofbiomass）數(shù)量金字塔（pyramidofnumber）⑴數(shù)量金字塔（pyramidofnumber）順著營養(yǎng)級位的順序按各營養(yǎng)級生物的數(shù)量繪制。⑵生物量金字塔（pyramidofbiomass）順著營養(yǎng)級位的順序按各營養(yǎng)級的生物量（干重或濕重）繪制。⑶能量金字塔（pyramidofenergy）順著營養(yǎng)級位的順序按各營養(yǎng)級所固定的總能量值繪制。美國明尼達州塞達波格湖生態(tài)系統(tǒng)能量金字塔3.0

cal·cm-2·

a–1

111.0

cal·cm-2·

a–1

15.0

cal·cm-2·

a–1

（四）生態(tài)效率1．生態(tài)效率(ecologicalefficiency)：各種能流參數(shù)中的任何一個參數(shù)在營養(yǎng)級之間或營養(yǎng)級內(nèi)部的比值，常用百分?jǐn)?shù)表示，也可以成為傳遞效率(transferefficiency)。

2．常用的幾個能量參數(shù)

攝食量(I)：表示一個生物攝取的能量。同化量(A)：對植物來說，它指在光合作用中固定的能量，對于動物來說，它是消化后吸收的能量，對分解者是指對細胞外的吸收能量。呼吸量(R)：指生物在呼吸新陳代謝和各種活動中消耗的全部能量。生產(chǎn)量(P)：指生物在呼吸消耗后所凈剩的能量值，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消耗后的生產(chǎn)量。P=A-R。兩個營養(yǎng)級之間各階段的能量轉(zhuǎn)化指標(biāo)⑴利用或消費效率（consumptionefficiency）利用效率(In+1/Pn)=n+1營養(yǎng)級攝取能量/n營養(yǎng)級的凈生產(chǎn)量⑵同化效率（assimilationefficiency）同化效率(An/In)=同化能量/吸收能量⑶生產(chǎn)效率（productionefficiency）凈生產(chǎn)效率(Pn/An)=n營養(yǎng)級的凈生產(chǎn)量/n營養(yǎng)級的同化能量總生產(chǎn)效率(Pn/In)=n營養(yǎng)級的凈生產(chǎn)量/n營養(yǎng)級的吸收能量⑷生態(tài)效率（Lindemansefficiency）（林德曼效率、“百分之十”或“十分之一”定律）=n+1營養(yǎng)級凈生產(chǎn)量/n營養(yǎng)級的凈生產(chǎn)量。不同的消費者利用效率差異很大。不同物種、不同生態(tài)系統(tǒng)的同化效率不同。同化效率和總生產(chǎn)效率之間的區(qū)別在于是否考慮呼吸和排泄的損失。陸地生態(tài)系統(tǒng)中植物轉(zhuǎn)化成動物生物量的效率是很低的。（多數(shù)低于1%）二、能量流動遵循的基本定律

（一）熱力學(xué)第一定律——能量守恒定律能量既不能被消滅，也不能憑空創(chuàng)造，只能按嚴(yán)格的熱功當(dāng)量比例由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。在轉(zhuǎn)換過程中是守恒的。即ΔU=Q-W。ΔU：系統(tǒng)內(nèi)能的變化，Q：系統(tǒng)吸收的熱量，W：系統(tǒng)對外作的功。各種形式的能量都有當(dāng)量轉(zhuǎn)換關(guān)系。太陽輻射能，被綠色植物轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，最終以熱能的形式走出生態(tài)系統(tǒng)。（二）熱力學(xué)第二定律——能量效率和能流方向定律能量的傳遞有一定的方向性。生態(tài)系統(tǒng)中能量沿著食物鏈從一個營養(yǎng)級轉(zhuǎn)移到另一個營養(yǎng)級。能量的轉(zhuǎn)換效率不可能100%。能量的每一次轉(zhuǎn)化都導(dǎo)致系統(tǒng)自由能的減少?？傆胁糠帜芰哭D(zhuǎn)化為不能被生物利用的熱能而散失。三、生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的途徑

生產(chǎn)者（植物）呼吸

初級消費者（植食動物）呼吸

次級消費者（肉食動物）

三級消費者（肉食動物）呼吸呼吸分解者呼吸四、能量流動的基本特點能量的流動是單向、不可逆的。能量在沿食物鏈傳遞過程中，是逐級遞減的。能量流動的起點：從生產(chǎn)者固定太陽能開始流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能能量流動的數(shù)量是生產(chǎn)者所固定的全部太陽能生態(tài)系統(tǒng)的能量流動的途徑：太陽能→第一營養(yǎng)級→第二營能量流動養(yǎng)級→‥‥‥第五營養(yǎng)級單向流動不可逆能量流動的特點逐級遞減傳遞率為10％～20％

設(shè)法調(diào)整能量流動關(guān)系研究的目的

使能量流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠治濉⑸a(chǎn)力（一）生產(chǎn)力的基本概念1．生產(chǎn)量(production)：一定面積上經(jīng)過一定的時間，有機物質(zhì)增加的總量。生產(chǎn)量可分為：總生產(chǎn)量(grossproduction)：某一時期增加的有機物質(zhì)與呼吸損失量之和。凈生產(chǎn)量(netproduction)：總生產(chǎn)量減去呼吸損失量。2．生物量(biomass)：是指某一時刻單位面積內(nèi)實存生活的有機物質(zhì)（干重）（包括生物體內(nèi)所存食物的重量）總量。某一特定時刻的生物量是一種現(xiàn)存量（standingcrop）（kg/hm2、g/m2、

kJ/m2）生物量和生產(chǎn)量是不同的概念，生物量是到某一特定時刻為止，生態(tài)系統(tǒng)所積累下來的生產(chǎn)量，生產(chǎn)量是某一段時間內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)中積存的生物量。即生產(chǎn)量=△生物量+△減少量。3．生產(chǎn)力：單位時間、單位面積的生產(chǎn)量。（與生產(chǎn)量相似）

全球初級生產(chǎn)力分布特點

①陸地比水域的初級生產(chǎn)力大。②陸地上的初級生產(chǎn)力有隨緯度增加而逐漸降低的趨勢。③海洋初級生產(chǎn)力有從河口灣向大陸架和大洋區(qū)逐漸降低的趨勢。地球上各生態(tài)系統(tǒng)的凈初級生產(chǎn)力可分為4個等級①2000～3500g·m-2·a-1：包括熱帶雨林、沼澤濕地，河流岸邊的濕地生態(tài)系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)集約栽培的甘蔗等高產(chǎn)田。②1000～2000g·m-2·a-1：包括世界大部分的森林、湖泊、沼澤地、部分生產(chǎn)力高的農(nóng)耕地。③250～1000g·m-2·a-1：包括干燥的疏林灌木、大部分的草地、大部分的農(nóng)耕地。④0～250g·m-2·a-1：包括海洋、荒漠、冰川、兩極凍原等，生產(chǎn)力水平極低。六、初級生產(chǎn)者的能量轉(zhuǎn)移和貯存

1．能量的輸入綠色植物吸收太陽能來組織和推動生態(tài)系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。生產(chǎn)量光合效率=進入系統(tǒng)的太陽能量×100％2．能量消耗

⑴呼吸⑵食草動物引起的消耗⑶凋落⑴呼吸不同生態(tài)系統(tǒng)用于呼吸的能量占總初級生產(chǎn)量的比例不同。一般自養(yǎng)生物的呼吸消耗為總生長量的30～40％。⑵食草動物引起的消耗不同類型的生態(tài)系統(tǒng)中，植物被食草動物的消耗量有很大差異。（消耗凈初級生產(chǎn)量：草地28~60%、森林1.5~2.5%）⑶凋落在森林生態(tài)系統(tǒng)中占有重要的地位。森林地上部凋落物的量隨緯度的增加而減少，還受氣候、土壤濕度、肥力、海拔等因子的影響。凋落的過程具有季節(jié)性和連續(xù)性。3．生物量在植物體內(nèi)的分配

叢極地到赤道，隨著總生物量的增加，地上部分生物量也同步增加，而根系生物量相對減少。葉生物量的分配因植物特性（如落葉和常綠）而變化。當(dāng)環(huán)境質(zhì)量發(fā)生改變時，初級生產(chǎn)量在各部分的生物量分配也發(fā)生變化。4．植物器官中的能量

植物器官中的能量濃度是有差異的，在同一群落內(nèi)，能量濃度以木質(zhì)和葉片物質(zhì)最低，子實最高。木質(zhì)植物的能量濃度高于非木質(zhì)植物。熱帶植物群落的能量濃度比北方植物群落低。5．能量周轉(zhuǎn)期

生態(tài)系統(tǒng)中生物體內(nèi)能量的平均周轉(zhuǎn)時間（年）等于系統(tǒng)中生物量所貯存的能量與系統(tǒng)中能量流動的速率之比。轉(zhuǎn)換時間（年）=估測凋落物內(nèi)能量轉(zhuǎn)換或殘留時間。轉(zhuǎn)換時間（年）=凈生產(chǎn)力[g/（m2·年）]生物量（g/m2）凋落物速率[g/（m2·年）]凋落物量（g/m2）一、物質(zhì)循環(huán)的基本概念植物從極低濃度的環(huán)境中吸收和富集養(yǎng)分的能力很強。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。大量元素：碳、氫、氧、氮、鉀、鈣、鐵、磷、硫，其中碳、氫、氧和氮4種元素是生物量中主要的化學(xué)成分，大約占植物干重的95％。微量元素：氯、鐵、錳、硼、鋅、銅、鉬等。第三節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)物質(zhì)循環(huán)的概念生態(tài)系統(tǒng)從大氣、水體和土壤等環(huán)境中獲得營養(yǎng)物質(zhì)、通過綠色植物吸收，進入生命系統(tǒng)，被其他生物重復(fù)利用，最后，歸還于環(huán)境中。物質(zhì)循環(huán)流程圖環(huán)境生產(chǎn)者分解者消費者1．庫（pool）生態(tài)系統(tǒng)中能量和物質(zhì)在運動過程中被暫時固定、貯存的場所，稱為庫。庫存（S）---庫在某一時刻所貯存的某一化學(xué)元素的數(shù)量。動物庫植物庫土壤庫物質(zhì)循環(huán)的庫在生物地球化學(xué)循環(huán)可分為兩大類：⑴貯存庫(reservoirpool)：容積大，元素在庫中滯留的時間長，流動速率小，多屬于非生物成分，一般為環(huán)境庫。如巖石、沉積物、化石等。⑵交換庫：(exchangepool)：容積小，元素滯留的時間短，流速較大，與外界物質(zhì)交換活躍，一般為生物成分。如植物庫、動物庫等。2．流(flow)

⑴流：能量和物質(zhì)通過食物鏈形成的轉(zhuǎn)移運動狀態(tài)，稱為流。生流態(tài)系統(tǒng)中主要的流有物質(zhì)流、能量流和信息流。⑵流通率：是指單位時間、單位面積（或體積）內(nèi)物質(zhì)移動的量。3．周轉(zhuǎn)率和周轉(zhuǎn)期

⑴周轉(zhuǎn)率

(turnoverratio,R)系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)后，單位時間內(nèi)所流入的量（Fi）或流出量（Fo）與庫存（S）的比例。R=Fi/S=Fo/S（流通率與庫存的比率）⑵周轉(zhuǎn)期（turnovertime）周轉(zhuǎn)率的倒數(shù)，表示該庫的全部物質(zhì)全部更換一次平均需要的時間。T=1/R流通率=16單位/天，對于生產(chǎn)者的輸出庫的周轉(zhuǎn)率=16/100=0.16對于生產(chǎn)者的周轉(zhuǎn)時間為6.25天。影響物質(zhì)循環(huán)速率最重要的因素

⑴循環(huán)元素的性質(zhì)：循環(huán)速率因循環(huán)元素的化學(xué)特性和被生物有機體利用方式不同所致。⑵生物的生長速率：影響生物對物質(zhì)的吸收速度和物質(zhì)在食物鏈中的運動速度。⑶有機物分解的速率：適宜的環(huán)境有利于分解者的生存，并使有機體很快分解，將生物體內(nèi)的物質(zhì)釋放出來，重新進入循環(huán)。⑷人類活動的影響：如開墾農(nóng)田和砍伐森林引起土壤礦物質(zhì)的流失，從而影響物質(zhì)循環(huán)的速率。二、物質(zhì)循環(huán)的種類

一般可在3個不同層次上進行：⑴在生態(tài)系統(tǒng)之間：物質(zhì)在不同生態(tài)系統(tǒng)之間進行流動，稱為地球化學(xué)循環(huán)。⑵在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部：初級生產(chǎn)者從環(huán)境中吸收營養(yǎng)物質(zhì)建造自身，通過各級消費者和分解者把營養(yǎng)物質(zhì)歸還環(huán)境之中，稱為生物地球化學(xué)循環(huán)。⑶在生物個體內(nèi)部：營養(yǎng)物質(zhì)在生物個體內(nèi)部流動，稱為生物化學(xué)循環(huán)。1．地球化學(xué)循環(huán)

是指不同生態(tài)系統(tǒng)之間化學(xué)元素的交換，范圍變化很大，從幾公里到全球范圍，但主要研究的是與人類生存密切相關(guān)的各種元素的全球性循環(huán)，這種循環(huán)可分為3大類型即水循環(huán)、氣體型循環(huán)和沉積型循環(huán)。地質(zhì)大循環(huán)（geochemicalcycle）⑴定義指化合物或元素經(jīng)生物體的吸收作用，從環(huán)境進入生物有機體，然后生物有機體以死體、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⑵特點：時間長、范圍廣、影響面廣、具有全球性質(zhì)，是閉合性循環(huán)?！锎髿庵械腃O2通過生物圈的光合和呼吸作用約400年循環(huán)一次?！颫2通過生物代謝，約2000年循環(huán)一次。★水圈（包括占地球表面71%的海洋）中的水，通過生物圈的吸收、排泄、蒸騰，每200萬年才循環(huán)一次。2．生物地球化學(xué)循環(huán)

是生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部生物組分與物理環(huán)境之間連續(xù)的、循環(huán)的養(yǎng)分交換，其空間范圍小，只包括植物個體從土壤吸收養(yǎng)分到養(yǎng)分返回同一地域的過程（養(yǎng)分吸收、養(yǎng)分在植物體內(nèi)的再分布、養(yǎng)分的損失）。特點：絕大多數(shù)的養(yǎng)分可以有效地保留，積累在本系統(tǒng)內(nèi)，其循環(huán)經(jīng)常遵循一定的循環(huán)路線。

⑴定義：生態(tài)系統(tǒng)中各元素和化合物被生物利用后返回環(huán)境，不經(jīng)五大自然圈的循環(huán)，又相繼被生物利用的過程。如，碳元素：大氣CO2→→光合作用→→植物體→→草食性動物→→沿食物鏈傳遞……→→分解者→→CO2。⑵特點：在一個系統(tǒng)內(nèi)進行，范圍小、時間短、速度快，是開放式的循環(huán)。生物小循環(huán)3．生物化學(xué)循環(huán)

是指養(yǎng)分在生物體內(nèi)的再分配。植物不只單靠根和葉吸收養(yǎng)分滿足其生長，同樣還會將在植物體內(nèi)的養(yǎng)分轉(zhuǎn)移到需要養(yǎng)分的地方。三、幾種重要物質(zhì)的循環(huán)1．水循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán)降雨截留穿透雨蒸騰滲透地表蒸發(fā)地表徑流地下徑流碳的作用：

糖、脂肪、蛋白質(zhì)、核酸都是構(gòu)成生物體的基本物質(zhì)，在它們的分子中都含有碳元素。碳元素大約占生物體干重的49％，是有機化合物的“骨架”，沒有碳就沒有生命。碳在無機環(huán)境與生物群落之間是以CO2的形式進行循環(huán)的。2．C循環(huán)大氣中的CO2庫光合作用呼吸作用植物呼吸作用動物殘落物\尸體\糞便煤\石油等化石燃料微生物分解燃燒碳循環(huán)(carboncycle)動物攝食碳循環(huán)(carboncycle)化泥碳煤大氣中CO2CO2碳化作用石油水生植物光合作用腐爛燃料呼吸作用光合作用腐爛擴散2．C循環(huán)碳循環(huán)途徑

①綠色植物通過光合作用，把大氣中的CO2固定，轉(zhuǎn)化為碳水化合物；②光合作用產(chǎn)物供各營養(yǎng)級利用、重組、呼吸、分解等，以CO2形式回到大氣；③通過燃燒煤炭、天然氣、石油等產(chǎn)生的CO2④轉(zhuǎn)變成為地下的石油和煤，這部分“C”暫時脫離循環(huán)，一經(jīng)開采運到地面燃燒，仍可產(chǎn)生CO2再返回碳循環(huán)。海洋對調(diào)節(jié)CO2的濃度發(fā)揮重要作用。特點：（1）碳循環(huán)的形式：（2）碳在自然界中的存在形式：（3）碳在生物體內(nèi)的存在形式：（4）碳進入生物體的途徑：（5）碳在生物體之間傳遞途徑：（6）碳進入大氣的途徑：CO2；CO2和碳酸鹽；含碳有機物；綠色植物的光合作用；食物鏈；①生物的呼吸作用②分解者的分解作用③化石燃料的燃燒(nitrogencycle)陸地陸地其它動植物藍藻淺層死有機物溶解死有機物土壤中無機氮庫丟失于深層沉積中動植物活體共生或自由生活的固氮微生物死有機體陸地河流帶走生物固氮大氣庫N2大氣庫HN3,NO,NO2,N2O

，工業(yè)固氮（汽車,化肥,電廠）脫氮閃電化學(xué)反應(yīng)海洋火山作用降水大氣3．氮循環(huán)大氣中的氮以氮氣、氨氣、NO3-、NH4＋形式存在。硝態(tài)氮和氨態(tài)氮主要以干沉降形式進入生態(tài)系統(tǒng)，可以被植物葉片直接吸收。氮先被作物以NO3-、NH4＋形式吸收，轉(zhuǎn)變成有機物，再沿食物鏈流動，最終返回土壤。⑴固氮作用

⑴生物固氮（最重要途徑）：固氮菌與豆科植物形成的根瘤菌和藍藻等自養(yǎng)和異養(yǎng)微生物。有共生固氮、自生固氮和聯(lián)合固氮作用三種類型，其中，共生固氮作用貢獻最大。農(nóng)業(yè)上利用根瘤菌較多，占全部生物固N的40％左右。⑵工業(yè)固氮（化肥的制造）：400℃，200大氣壓。將和N2和H2合成NH3。⑶高能固氮：閃電、宇宙射線、損石、火山爆發(fā)活動等的高能固氮，形成氨或硝酸鹽，隨降雨到達地面。氨化作用：含氮的有機化合物通過微生物轉(zhuǎn)變成NH3

，NH3可形成NH4＋。硝化作用：（NH3

或NH4＋→NO2-→NO3-）闊葉林比針葉林、南方比北方、低海拔地區(qū)比高海拔地區(qū)明顯。反硝化作用（也稱脫氮作用）：是指NO3-被還原成NO2-、N2和N2O

（嫌氣環(huán)境），使氮從生物地球化學(xué)循環(huán)中損失。大氣中的N2生物固氮工業(yè)固氮閃電固氮硝酸鹽和氨等物質(zhì)動植物遺體等氨化細菌NH3NO3－硝化細菌反硝化細菌生物固氮：N2＋3H2→2NH3氨化作用：含氮有機物→NH4

反硝化作用：→N2

NO3－多種植物多種動物

硝化作用：NH3→→NO3－NO2－4．硫循環(huán)他和了些風(fēng)油精，有酸雨及其危害（空中死神）1、酸雨（acidrain；acidprecipitation）：pH<5.6的雨水（硫酸和硝酸的水溶液）。酸雨正式的名稱為酸沉降，它可分為“濕沉降”與“干沉降”兩大類。我國酸雨面積約占國土面積的40%，成為繼歐洲和美國之后的第三大酸雨區(qū)。我國三大酸雨區(qū)：西南、華中

、

華東沿海

2、酸雨的危害

一般將可以傳播的消息、情報、指令、數(shù)據(jù)與信號等稱作信息（information）第四節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞指生態(tài)系統(tǒng)中各生物成分之間及生物成分與非生物環(huán)境之間的信息交流與反饋過程。（雙向的）一、信息傳遞的概念物理信息化學(xué)信息生態(tài)系統(tǒng)中的光、聲、電、磁等通過物理過程傳遞的信息。生物在生命活動過程中，產(chǎn)生的一些可傳遞信息的化學(xué)物質(zhì)（信息素）。類型二、生態(tài)系統(tǒng)中信息的類型營養(yǎng)信息動物的能對同種或異種生物傳遞信息的行為特征。行為信息各種生物通過營養(yǎng)信息關(guān)系聯(lián)系成一個整體。⑴光信息——光強弱，光質(zhì)，光照時間長短是重要的光信息。太陽能是光信息的重要初級信源。⑵聲信息——鳥類婉轉(zhuǎn)多變的叫聲；蝙蝠、鯨類發(fā)達的聲納定位系統(tǒng)；鳥的報警鳴叫聲等。⑶電信息——特別是魚類，大約有300多種能產(chǎn)生0.2～2V微弱電壓，電鰻產(chǎn)生的電壓能高達600伏。植物與動物一樣，其組織與細胞存在著電現(xiàn)象。⑷磁信息——魚類遨游遷徙于大海，候鳥成群結(jié)隊長途飛行，工蜂將花蜜運回蜂巢，植物對磁場也有反應(yīng)光信息萵苣種子萌發(fā)率與光的波長的關(guān)系光對植物葉片運動的影響聲信息鳥的叫聲含羞草磁信息鴿子喙部發(fā)現(xiàn)感應(yīng)磁場器官識途靠地磁導(dǎo)航信鴿蒲公英植物與植物之間

研究表明植物與植物之間有豐富的信息聯(lián)系。如甘蔗、玉米、棉花能分泌一種含兩個內(nèi)酯的萜類化合物——獨腳金酚，只要其他條件合適，濃度在1×10-6mol/L就能促進寄生植物黃獨腳金50%的種子發(fā)芽。

化學(xué)信息同品種植株間的信號傳導(dǎo)同植株不同部分間信號傳導(dǎo)不同品種植株間的信號傳導(dǎo)紅三葉草（含異黃酮類物質(zhì)）常形成較純的群落，排擠其它的雜草植物。植物與動物之間

化學(xué)信息玉米受螟蟲襲擊時釋放吲哚和萜烯類物質(zhì)吸引天敵9:54當(dāng)煙草植物受到蛾幼蟲的攻擊時

信息素（pheromone）：主要有性信息素、聚集信息素、報警信息素、示蹤信息素、標(biāo)記信息素等。

動物與動物之間

化學(xué)信息

昆蟲學(xué)家就發(fā)現(xiàn)，一只雌蛾分泌的“性引誘素”盡管只有0.01μg，但足以使幾千米以內(nèi)的雄蛾爭相而來。性信息素獵豹、狼和貓科動物領(lǐng)域性標(biāo)記物——尿長爪沙鼠能從四種小型嚙齒類的外激素中分出同種的氣味有19個屬的蚜蟲受到干擾時會分泌一種反一發(fā)呢烯，這種報警信息素可以促使收到信息的同種其他個體逃走。報警信息素物種在進化過程中逐漸形成釋放化學(xué)信號于體外的特性。（植物自我保護）如黃鼠狼的嗅腺；金絲桃屬植物分泌海棠素；煙草中的尼古丁和其他植物堿可使煙草上的蚜蟲麻痹；成熟橡樹葉子含有的單寧。

在繁殖季節(jié)，公雞“抖抖大紅冠子花外衣”來引誘母雞交配

。行為信息問題探討討論：一只蜜蜂在找到蜜源之后，如何告訴巢中的其他同伴蜜源的位置呢？?思考：1.

蜜蜂是怎樣傳遞蜜源遠近這個信息？2.

這兩種舞有什么不同？蜜蜂的舞蹈每15秒尾部擺動的次數(shù)蜜源的距離9-10次100米7次160米4次1000米2次6000米求偶行為——發(fā)光螢火蟲發(fā)出的螢光是一種求偶信號，以此與異性取得聯(lián)系。但這種信號往往被第三者——狼蛛非法利用，結(jié)果雙雙被捕，成了愛情的犧牲品。

求偶行為——鳴叫

以嘹亮的鳴聲呼喚配偶的動物較多，其中有些只是簡單的鳴叫，如蟬類。有些鳥類則伴有炫耀歌喉或滔滔不絕地“表白”。這種方式也容易暴露目標(biāo)，往往釀成愛情悲劇。

極樂鳥求偶炫耀求偶行為——炫耀這種行為多見于水鳥。如雄鴨子經(jīng)常在雌鴨面前脈脈含情，不時用喙梳理羽毛，并涂擦脂肪，使羽毛平伏光潔，以炫耀自己的美麗姿態(tài)。有些鳥則只梳理色彩鮮明或者色彩別致的地方。最進步的是鴛鴦，它只象征性地用喙觸碰一下翅翼上一根特別大的橙色羽毛。鶉雞類雄性憑著花麗的外表、雄健的氣魄，常在雌性面前展翅、度步、開屏等，以炫耀自己的健美。有些鳴禽則以歌舞的方式進行炫耀，從而取得配偶。大鴇雙領(lǐng)鸻1．人工仿自然信息：光長模擬、黃板利用，黑光燈應(yīng)用等。2．人工采集和生成的信息：如農(nóng)民根據(jù)作物的長勢長相判斷栽培措施；利用燈光誘殺害蟲等；利用氣象衛(wèi)星進行天氣預(yù)報等。3．社會信息：如人類利用廣播、電視、郵電、出版物等進行信息的傳遞等。人工信息

相關(guān)資料：

在蘋果園里放置一個電子儀器，產(chǎn)生與蜜蜂跳圓圈舞或擺尾舞相同的頻率或聲音。當(dāng)蜜蜂感受到電子儀器發(fā)出的信息后，就會受到誘惑，飛到蘋果園去采蜜。這就有助于蘋果更好的傳粉，從而提高產(chǎn)量。用一定頻率的聲波處理蔬菜、谷類作物及樹木等種子，可以提高發(fā)芽率。法國園藝學(xué)家用耳機套在番茄上，使其每天欣賞3H音樂，結(jié)果番茄重達2.5公斤。利用音響設(shè)備發(fā)出不同的聲信號誘捕或驅(qū)趕某些動物，使其結(jié)群或遠離農(nóng)田。

“迷向法”防治害蟲：在田間釋放過量的人工合成性引誘劑，使雄蟲無法辨別雌蟲的方位，或者使它的氣味感受器變得疲勞，不再對雌蟲有反應(yīng)，從而干擾害蟲的正常交尾活動。性信息素誘捕器不管是白天黑夜，時不時有深褐色蟲子飛來，掉入“吊瓶”下面的塑料袋中，不一會兒就嗚呼哀哉。一天下來，每個這樣的裝置能捉蟲100多只，不僅省了農(nóng)藥、人工錢，還保證了蔬菜質(zhì)量。“吊瓶”學(xué)名叫性信息素誘捕器，是一種高科技產(chǎn)品，將人工合成雌性害蟲性成熟后釋放出來的信息素制成引誘劑放在誘捕器中，吸引雄性害蟲前來求偶，自投“溫柔陷阱”，從而使害蟲雌雄失調(diào)，達到抑制蟲害的目的。當(dāng)雌性蟑螂想要交配的時候，它會放射出一種信息素吸引異性，雄性蟑螂很快就會追隨這種信息素所帶有的香味而來。科研人員將信息素從蟑螂的標(biāo)本中凈化提煉出來，生產(chǎn)出一種人工合成的蟑螂信息素來引誘雄性蟑螂，然后將它們一起殺滅。（蟑螂專用香水）

思考你還能舉出生態(tài)系統(tǒng)中信息傳遞的其他實例嗎？第五節(jié)生態(tài)平衡一、生態(tài)平衡的概念指在一定時間和相對穩(wěn)定的條件下，生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各個部分的結(jié)構(gòu)與功能均處于相互適應(yīng)與協(xié)調(diào)的動態(tài)平衡之中。暫時的、相對的、動態(tài)平衡。原因：生態(tài)系統(tǒng)具有內(nèi)部的自我調(diào)控能力。表現(xiàn)為：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定：生物種類組成、種群數(shù)量、食物鏈營養(yǎng)結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)穩(wěn)定；功能的穩(wěn)定：能量流動、物質(zhì)循環(huán)、信息傳遞暢通無阻；能量和物質(zhì)輸入輸出的穩(wěn)定。判斷一個生態(tài)系統(tǒng)是否平衡，可以重點從以下幾個方面進行分析：

⑴生物與其生存環(huán)境之間是協(xié)調(diào)穩(wěn)定的。⑵物質(zhì)和能量的輸入與輸出在長時間內(nèi)保持穩(wěn)定。⑶內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。（多樣性增加穩(wěn)定性）⑷負熵的增加超過了墑值的增加。太陽能—化學(xué)能—有機物質(zhì)（增加負熵）化學(xué)能—熱能；復(fù)雜有機物質(zhì)—分散簡單無機物質(zhì)（增加墑值）二、生態(tài)平衡失調(diào)

生態(tài)平衡失調(diào)：當(dāng)外界所施加的壓力（自然的或人為的）超過了生態(tài)系統(tǒng)自身調(diào)節(jié)能力或補償功能后，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。生態(tài)平衡失調(diào)的表現(xiàn)：營養(yǎng)結(jié)構(gòu)破壞，食物鏈關(guān)系消失，金字塔營養(yǎng)級紊亂。有機體數(shù)目急劇下降發(fā)生逆行演替功能失調(diào)生物量下降，生產(chǎn)力衰退。（一）生態(tài)平衡失調(diào)的原因

1．自然因素：氣候的突變，自然災(zāi)害。如：臺風(fēng)、海嘯、龍卷風(fēng)、暴雨、干旱、地震、火山、泥石流、火災(zāi)、流行病等都帶有很強烈的突發(fā)性的破壞作用。2．人為因素：⑴人類對自然資源的不合理開發(fā)利用；⑵人類對自然環(huán)境的污染；⑶不合理的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。植被的破壞：①對森林的過量采伐；

②在草原上過渡放牧；

③毀林開荒，毀草開荒。環(huán)境的污染：工廠排放的三廢，農(nóng)業(yè)上大量使用化肥和有機農(nóng)藥。影響動植物的正常發(fā)育甚至死亡。如SO2可造成酸雨等。人類活動對池塘生態(tài)環(huán)境的破壞工廠廢液（含P.N2）池塘排入養(yǎng)分劇增藻類過渡生長營養(yǎng)源浮游生物過渡繁殖有機物過剩微生物分解作用增強積累大量耗氧，使水中缺氧；導(dǎo)致魚類窒息而大批死亡。森林火災(zāi)酸雨在毀滅森林！亂伐大氣污染嚴(yán)重（二）生態(tài)平衡失調(diào)的標(biāo)志結(jié)構(gòu)破壞可導(dǎo)致功能降低，功能的衰退能使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)解體。1．生態(tài)平衡失調(diào)結(jié)構(gòu)上的標(biāo)志⑴一級結(jié)構(gòu)缺損：一級結(jié)構(gòu)水平是指組成系統(tǒng)四個基本成分中的生物成分，如生產(chǎn)者、消費者和分解者。一級結(jié)構(gòu)缺損是生態(tài)系統(tǒng)缺損一個或幾個組分，標(biāo)志著外界壓力巨大，系統(tǒng)內(nèi)變化劇烈，生態(tài)平衡嚴(yán)重失調(diào)。（如大面積的森林采伐）⑵