第1章 生態(tài)系統(tǒng)及其功能概論

第一章生態(tài)系統(tǒng)及其功能概論1第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與功能

生態(tài)系統(tǒng)是指在一定的空間內(nèi)生物的成分和非生物的成分通過(guò)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)互相作用、互相依存構(gòu)成的一個(gè)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制的生態(tài)學(xué)功能單位。生態(tài)系統(tǒng)具有自然整體性，生物群落都不可能單獨(dú)存在，總是和環(huán)境密切相關(guān)、相互作用，組成有序的整體。一、生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem）2生態(tài)系統(tǒng)概念的提出為生態(tài)學(xué)研究和發(fā)展奠定了新的理論基礎(chǔ)，極大推動(dòng)了生態(tài)學(xué)的發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)成為現(xiàn)代生態(tài)學(xué)研究的主流和中心。生物大分子基因細(xì)胞組織全球都是生命系統(tǒng)器官個(gè)體生態(tài)系統(tǒng)3二、生態(tài)系統(tǒng)的基本組成成分41.非生物成分(abioticcomponent)：生命支持系統(tǒng)

2.生物成分（bioticcomponent）：生態(tài)系統(tǒng)的主體功能性組分——功能群：生產(chǎn)者(producers)：綠色植物、自養(yǎng)生物、首要地位消費(fèi)者(consumers)：異養(yǎng)生物分解者(decomposers)：思考：海洋生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成？56三、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、食物鏈（foodchain）生物之間通過(guò)食與被食形成一環(huán)套一環(huán)的鏈狀營(yíng)養(yǎng)關(guān)系。

食物鏈類(lèi)型：

牧食食物鏈或植食食物鏈（grazingfoodchain）

碎屑食物鏈（detritusfoodchain）

寄生食物鏈（parasitefoodchain）思考：①一條完整食物鏈的構(gòu)成？②常見(jiàn)海洋牧食食物鏈的模式？78２、食物網(wǎng)（foodweb）食物鏈彼此交錯(cuò)連接，形成網(wǎng)狀營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為食物網(wǎng)。生態(tài)系統(tǒng)中生物種類(lèi)繁多，一種生物往往有多種食物對(duì)象，同一種生物也可被多種攝食，因此一種生物不可能固定在一條食物鏈上。食物網(wǎng)更能真實(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。91011123、營(yíng)養(yǎng)層次（trophiclevel）以每一個(gè)物種為基礎(chǔ)描述的生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)非常繁雜，以簡(jiǎn)化食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)代替復(fù)雜食物網(wǎng)分析才具有可操作性簡(jiǎn)化食物網(wǎng)是將營(yíng)養(yǎng)地位相同的不同物種（包括同一物種的某一相應(yīng)的發(fā)育階段）歸并在一起，稱(chēng)為“營(yíng)養(yǎng)層次”。（營(yíng)養(yǎng)級(jí)）13（二）生態(tài)系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)褐色帶異氧代謝綠色帶自氧代謝14四、生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的基本過(guò)程（一）生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)(energytransfer)

6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O

光能葉綠素生態(tài)系統(tǒng)的能源來(lái)自太陽(yáng)。食物鏈把綠色植物（光合細(xì)菌）固定的太陽(yáng)能經(jīng)過(guò)攝食的有序環(huán)節(jié)，使一種形式的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為另一種形式化學(xué)能的過(guò)程。食物鏈本質(zhì)上是生態(tài)系統(tǒng)的能流途徑。15生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)與轉(zhuǎn)化服從熱力學(xué)定律。植物光合作用形成的有機(jī)物質(zhì)和能量PG，一部分呼吸消耗R，剩余是提供給下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的凈初級(jí)產(chǎn)量PN，利用的部分（攝食量）有一些不能被同化排出體外。被同化吸收的量A又有相當(dāng)一部分用于機(jī)體的生命活動(dòng)，轉(zhuǎn)變成熱能而散失R

，還有一部分以代謝廢物的形式排出Fu。其余的才是轉(zhuǎn)化為植食性動(dòng)物的繁殖與生長(zhǎng)，即次級(jí)產(chǎn)量P，也即能提供給下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)利用的能量。

食物種群＝

動(dòng)物得到的＝

動(dòng)物未得到的

動(dòng)物吃進(jìn)的＝

動(dòng)物未吃進(jìn)的

被同化的＝

未同化的

次級(jí)生產(chǎn)量＝

呼吸代謝

被更高營(yíng)養(yǎng)級(jí)取食

未被取食

16能量通過(guò)營(yíng)養(yǎng)級(jí)不斷消耗的過(guò)程。17（二）生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)（cycleofmatter）生物地化循環(huán)（biogeochemicalcycle）：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。1819庫(kù)(pool)：研究生態(tài)系統(tǒng)中某一物質(zhì)在生物或非生物環(huán)境中貯存的數(shù)量。貯存庫(kù)（reservoirpool）、交換庫(kù)或循環(huán)庫(kù)(exchangeorcyclingpool)

流通率、周轉(zhuǎn)率、周轉(zhuǎn)時(shí)間周轉(zhuǎn)率

＝

流通率庫(kù)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)量

周轉(zhuǎn)時(shí)間

＝

庫(kù)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)量流通率

20水循環(huán)（watercycle）：由太陽(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)（gaseouscycle）：指循環(huán)物質(zhì)的主要貯存庫(kù)是大氣，并在大氣中以氣態(tài)出現(xiàn)。屬氣態(tài)循環(huán)的物質(zhì)以氧、碳、氮為代表。沉積循環(huán)（sedimentarycycle）：指循環(huán)物質(zhì)的主要貯存庫(kù)是巖石圈和土壤圈，以磷、硅等為代表。2122碳循環(huán)231、反饋機(jī)制（feedbackmechanism）反饋：當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)中某一成分發(fā)生變化的時(shí)候，它必然會(huì)引起其他成分出現(xiàn)一系列的相應(yīng)變化，這些變化最終又反過(guò)來(lái)影響最初發(fā)生變化的那種成分，這個(gè)過(guò)程就叫反饋。生物系統(tǒng)通過(guò)反饋機(jī)制實(shí)現(xiàn)自我調(diào)控以維持相對(duì)的穩(wěn)態(tài)。生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性：生態(tài)系統(tǒng)所具有的保持或恢復(fù)自身結(jié)構(gòu)和功能相對(duì)穩(wěn)定的能力。（自我調(diào)節(jié)）五、生態(tài)系統(tǒng)的自校穩(wěn)態(tài)和生態(tài)平衡

24正反饋（positivefeedback）和負(fù)反饋（negativefeedback）正、負(fù)反饋?zhàn)饔迷谏鷳B(tài)系統(tǒng)中同時(shí)存在，在系統(tǒng)發(fā)展的不同階段作用強(qiáng)度不同，大發(fā)展階段系統(tǒng)調(diào)節(jié)以正反饋為主，系統(tǒng)生物量、體積、多樣性、復(fù)雜性迅速增加，大發(fā)展過(guò)后，隨即是一段減速增加階段，負(fù)反饋逐漸起作用，系統(tǒng)趨于恒定。負(fù)反饋是比較常見(jiàn)的一種反饋，能夠使生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到和保持平衡或穩(wěn)態(tài)。25262、生態(tài)平衡（ecologicalequilibrium）如果生態(tài)系統(tǒng)能量和物質(zhì)的輸入和輸出在較長(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)（這時(shí)動(dòng)、植物的種類(lèi)和數(shù)量也保持相對(duì)穩(wěn)定，環(huán)境的生產(chǎn)潛力得以充分發(fā)揮，能流途徑暢通），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。27生物圈2號(hào)1986年，美國(guó)富豪EdwardBass為了拓展人類(lèi)生存空間，出資在美國(guó)亞利桑那州的沙漠區(qū)興建Biosphere2，占地1.3萬(wàn)平方米，花費(fèi)了近2億美元和9年時(shí)間建造起來(lái)的，目的為了考察人類(lèi)離升了地球“生物圈1號(hào)”是否能生存。28該系統(tǒng)引入了3800多種生物，包括雞、羊、豬、蜂鳥(niǎo)、魚(yú)和各種有益的昆蟲(chóng)及微生物，布置成森林、草地、河流和沼澤、農(nóng)田和海洋生態(tài)系統(tǒng)，還有供研究和生活用的樓房和人造風(fēng)雨設(shè)施。1991年9月27日，來(lái)自美、英、德和比利時(shí)等國(guó)的4男4女進(jìn)入“生物圈2號(hào)”