生態(tài)系統(tǒng)的一般特征

關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)的一般特征211.1生態(tài)系統(tǒng)的基本概念11.2生態(tài)系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)11.3食物鏈和食物網(wǎng)11.4營養(yǎng)級和生態(tài)金字塔11.5生態(tài)效率11.6生態(tài)系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)和生態(tài)金字塔主要內(nèi)容第2頁,共70頁，2024年2月25日，星期天構(gòu)成系統(tǒng)的條件：由若干要素所組成要素之間要相互聯(lián)系，相互作用，相互制約要素之間通過相互作用，產(chǎn)生跟各個組成成分不同的新功能，即整體功能。11.1.1什么是系統(tǒng)？由相互聯(lián)系、相互作用的若干要素結(jié)合而成的具有一定功能的整體。11.1生態(tài)系統(tǒng)的基本概念第3頁,共70頁，2024年2月25日，星期天

在一定空間中，共同棲居著的所有生物（即生物群落）與其環(huán)境之間由于不斷地進行物質(zhì)循環(huán)和能量流動過程而形成的統(tǒng)一整體。11.1.2生態(tài)系統(tǒng)的概念：第4頁,共70頁，2024年2月25日，星期天11.1.3生態(tài)系統(tǒng)是如何發(fā)展起來的？英國學(xué)者坦斯利（Tansley）于1935年提出生態(tài)系統(tǒng)的概念，強調(diào)生物和環(huán)境的不可分割性。20世紀(jì)60年代以來，成為國際上生態(tài)學(xué)研究的焦點。發(fā)展背景：（1）空間技術(shù)、遙感技術(shù)、計算機、環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備、放射性同位素等的發(fā)展，使人們可以精確地測定生態(tài)環(huán)境的變化。（2）隨著世界工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了舉世矚目的世界性問題，如人口增加，資源短缺、環(huán)境污染等問題日益嚴(yán)重。第5頁,共70頁，2024年2月25日，星期天11.1.4生態(tài)系統(tǒng)在生物科學(xué)中的位置生態(tài)域細(xì)胞組織器官器官系統(tǒng)有機體種群群落生態(tài)系統(tǒng)生物圈地球行星太陽系宇宙分子原子第6頁,共70頁，2024年2月25日，星期天生態(tài)系統(tǒng)是不斷變化的系統(tǒng)。隨著時間的推移，生態(tài)系統(tǒng)總是從比較簡單的結(jié)構(gòu)向復(fù)雜結(jié)構(gòu)狀態(tài)發(fā)展，最后達到相對穩(wěn)定的階段。（1）動態(tài)特征11.1.5生態(tài)系統(tǒng)的特征第7頁,共70頁，2024年2月25日，星期天（2）相互作用和相互聯(lián)系的特征生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各生物和非生物成分的關(guān)系是緊密相連不可分割的整體。（3）穩(wěn)定平衡的特征

自然界生態(tài)系統(tǒng)總是趨向于保持一定的內(nèi)部平衡關(guān)系，使系統(tǒng)內(nèi)各成分間完全處于相互協(xié)調(diào)的穩(wěn)定狀態(tài)。生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)反饋機制是達到和維持平衡或穩(wěn)定的重要途徑。

第8頁,共70頁，2024年2月25日，星期天（4）對外開放的特征生態(tài)系統(tǒng)之間都存在著能量和物質(zhì)的交換。如森林與河流之間營養(yǎng)的流通；森林植物得到來自太陽的能量。系統(tǒng)太陽其它能源能量、物質(zhì)遷出的生物物質(zhì)和生物環(huán)境環(huán)境輸出輸入一個開放的生態(tài)系統(tǒng)模型第9頁,共70頁，2024年2月25日，星期天11.1.6目前有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)的研究工作自然生態(tài)系統(tǒng)的保護和利用生態(tài)系統(tǒng)調(diào)控機制的研究生態(tài)系統(tǒng)退化的機制、恢復(fù)及其修復(fù)研究全球性生態(tài)問題的研究生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的研究第10頁,共70頁，2024年2月25日，星期天自然生態(tài)系統(tǒng)的保護和利用和諧、高效和健康是自然生態(tài)系統(tǒng)有的共同特點自然生態(tài)系統(tǒng)中具有較高的物種多樣性和群落穩(wěn)定性健康的生態(tài)系統(tǒng)比退化的更有價值，具有較高的生產(chǎn)力，能滿足人類物質(zhì)的需求，還給人類提供生存的優(yōu)良環(huán)境研究自然生態(tài)系統(tǒng)的形成和發(fā)展過程、合理性機制、以及人類活動對自然生態(tài)系統(tǒng)的影響，對于有效利用和保護自然生態(tài)系統(tǒng)均有較大的意義第11頁,共70頁，2024年2月25日，星期天1211.2生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)生物環(huán)境非生物環(huán)境生產(chǎn)者（producers）消費者(consumers)分解者(decomposers)太陽輻射能無機物質(zhì)有機物質(zhì)第12頁,共70頁，2024年2月25日，星期天生產(chǎn)者：自養(yǎng)型植物，包括所有進行光合作用的綠色植物和化能合成細(xì)菌。綠色植物利用日光作為能源，通過光合作用將吸收的水、CO2和無機鹽類合成初級產(chǎn)品——碳水化合物，可進一步合成脂肪和蛋白質(zhì)。這些有機物成為地球上包括人類在內(nèi)的一切生物的食物來源。消費者：生活在生態(tài)系統(tǒng)中的各類動物和某些腐生或寄生菌類，異養(yǎng)型生物，只能依賴生產(chǎn)者生產(chǎn)的有機物為營養(yǎng)來獲得能量。分解者：異養(yǎng)生物，如細(xì)菌、真菌、放線菌以及土壤原生動物和一些土壤中小型無脊椎動物。將復(fù)雜的有機物還原為無機物，把養(yǎng)分釋放出來，歸還給環(huán)境中。第13頁,共70頁，2024年2月25日，星期天一個簡單的陸地生態(tài)系統(tǒng)模式圖第14頁,共70頁，2024年2月25日，星期天生態(tài)系統(tǒng)的組成成分第15頁,共70頁，2024年2月25日，星期天16生態(tài)系統(tǒng)各成份的相互關(guān)系無機物質(zhì)有機物質(zhì)氣候因素消費者分解者生產(chǎn)者植物，化能合成細(xì)菌動物，包括大型消費者小型消費者細(xì)菌真菌日光能第16頁,共70頁，2024年2月25日，星期天生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一般性模型（仿Anderson,1981）第17頁,共70頁，2024年2月25日，星期天1811.3食物鏈和食物網(wǎng)11.3.1食物鏈(foodchain)：生產(chǎn)者所固定的能量和物質(zhì)，通過一系列取食和被食的關(guān)系在生態(tài)系統(tǒng)中傳遞，各種生物按其食物關(guān)系排列的鏈狀順序第18頁,共70頁，2024年2月25日，星期天1911.3.2食物鏈類型捕食食物鏈碎屑食物鏈寄生食物鏈第19頁,共70頁，2024年2月25日，星期天20捕食食物鏈綠色植物為起點到食草動物進而到食肉動物的食物鏈植物-食草動物-食肉動物草原上：青草-野兔-狐貍-狼湖泊中：藻類-甲殼類-小魚-大魚第20頁,共70頁，2024年2月25日，星期天21碎屑食物鏈動、植物的遺體被食腐性生物(小型土壤動物、真菌、細(xì)菌)取食，然后到他們的捕食者的食物鏈植物殘體-蚯蚓-線蟲類-節(jié)肢動物蠅卵蠅禿鷲線蟲第21頁,共70頁，2024年2月25日，星期天22捕食食物鏈和碎屑食物鏈6

第22頁,共70頁，2024年2月25日，星期天23寄生食物鏈由宿主和寄生物構(gòu)成以大型動物為食物鏈的起點，繼之以小型動物、微型動物、細(xì)菌和病毒后者與前者是寄生關(guān)系哺乳動物或鳥類-跳蚤-原生動物-細(xì)菌-病毒第23頁,共70頁，2024年2月25日，星期天一些食物鏈第24頁,共70頁，2024年2月25日，星期天25微型浮游植物(小鞭毛藻)小型浮游動物(植食性原生動物)大型浮游動物(肉食性甲殼動物)大型浮游動物(毛顎類、磷蝦)燈籠魚、秋刀魚(食浮游動物魚類)烏賊、鮭、金槍魚(食魚動物)大型浮游植物大型浮游動物鯨以浮游生物為食鯷魚以浮游生物為食1大型浮游植物23海洋食物鏈1第25頁,共70頁，2024年2月25日，星期天26小型浮游植物大型硅藻、甲藻和微型浮游植物大型浮游動物食浮游生物魚類如鯡等底棲植食動物蛤,牡蠣,多毛類等底棲肉食魚類鱈魚等大型肉食魚類鯊魚鮭魚等海洋食物鏈2第26頁,共70頁，2024年2月25日，星期天27南極海洋浮游食物網(wǎng)第27頁,共70頁，2024年2月25日，星期天28狼、狐、雪鸮、賊鷗、隼麝牛、馴鹿、雪兔旅鼠、雷鳥、雁鷸雀類昆蟲植被食物關(guān)系能量關(guān)系主線第28頁,共70頁，2024年2月25日，星期天食物鏈的特點陸地和淺水生態(tài)系統(tǒng)中，能流是以碎屑食物鏈為主。陸地生態(tài)系統(tǒng)中，凈初級生產(chǎn)量只有很少一部分通向捕食食物鏈。只在某些水生生態(tài)系統(tǒng)中，捕食食物鏈才會成為能流的主要渠道。沿著食物鏈動物個體越來越大的概念，只適用于一般情況。第29頁,共70頁，2024年2月25日，星期天11.3.3食物網(wǎng)（Foodweb）食物網(wǎng)：食物鏈彼此交錯連結(jié)，形成一個網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。第30頁,共70頁，2024年2月25日，星期天31一種生物常常以多種食物為食，而同一種食物又常常為多種消費者取食，于是食物鏈交錯起來，多條食物鏈相聯(lián)，形成了食物網(wǎng)食物網(wǎng)不僅維持著生態(tài)系統(tǒng)的相對平衡，并推動著生物的進化，成為自然界發(fā)展演變的動力食物網(wǎng)以營養(yǎng)為紐帶，把生物與環(huán)境、生物與生物緊密聯(lián)系起來的結(jié)構(gòu)，稱為生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)第31頁,共70頁，2024年2月25日，星期天32食物網(wǎng)第32頁,共70頁，2024年2月25日，星期天33北極島嶼簡單的食物網(wǎng)沙燕松雞賊鷗蜱螨第33頁,共70頁，2024年2月25日，星期天3411.4營養(yǎng)級與生態(tài)金字塔營養(yǎng)級(trophiclevel)：處于食物鏈某一環(huán)節(jié)上的所有生物種的總和第34頁,共70頁，2024年2月25日，星期天35營養(yǎng)級營養(yǎng)水平第35頁,共70頁，2024年2月25日，星期天36生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)級數(shù)目各營養(yǎng)級消費者不可能100%利用前一營養(yǎng)級的生物量各營養(yǎng)級同化率也不是100%，總有一部分排泄出去各營養(yǎng)級生物要維持自身的活動，消耗一部分熱量能流在通過各營養(yǎng)級時會急劇減少，食物鏈就不可能太長生態(tài)系統(tǒng)中的營養(yǎng)級一般只有四、五級，很少超過六級第36頁,共70頁，2024年2月25日，星期天37陸地的食物鏈Inafoodchain,energyispassedfromonetrophicleveltothenext.BUTthetransferofenergyisNEVER100%efficient.Thatis,thereisalwayssomeenergylostperthe2ndLawofThermodynamics.Thislostenergyiscalledentropy(熵).第37頁,共70頁，2024年2月25日，星期天38生態(tài)金字塔(ecologicalpyramid)營養(yǎng)級之間的數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系可采用生物量、能量和個體數(shù)量單位來表示能量金字塔生物量金字塔數(shù)量金字塔第38頁,共70頁，2024年2月25日，星期天39能量金字塔由各營養(yǎng)級所固定的總能量值的多少來構(gòu)成的生態(tài)金字塔以相同的單位面積和單位時間內(nèi)的生產(chǎn)者和各級消費者所積累的能量比率來構(gòu)造千卡/平方米·年第39頁,共70頁，2024年2月25日，星期天40能量金字塔Anenergypyramidforaprairieecosystem.Eachtrophiclevelfromproducertotertiaryconsumerhaslessenergystoredinit.Thewidthoftherectanglesrepresentsenergyfoundintheorganismsateachtrophiclevel.第40頁,共70頁，2024年2月25日，星期天41energypyramid第41頁,共70頁，2024年2月25日，星期天42矮草草原生產(chǎn)力金字塔PHC第42頁,共70頁，2024年2月25日，星期天43生物量金字塔

以相同單位面積上生產(chǎn)者和各級消費者的生物量即生命物質(zhì)總量建立的金字塔。對陸地、淺水生態(tài)系統(tǒng)中比較典型，因為生產(chǎn)者是大型的，所以塔基比較大，金字塔比較規(guī)則第43頁,共70頁，2024年2月25日，星期天44生物量金字塔第44頁,共70頁，2024年2月25日，星期天45生物量金字塔湖泊和開曠海洋，第一性生產(chǎn)者主要為微型藻類，生活周期短，繁殖迅速，大量被植食動物取食利用，在任何時間它的現(xiàn)存量很低，導(dǎo)致這些生態(tài)系統(tǒng)的生物量金字塔呈倒金字塔形第45頁,共70頁，2024年2月25日，星期天46數(shù)量金字塔

單位面積內(nèi)生產(chǎn)者的個體數(shù)目為塔基，以相同面積內(nèi)各營養(yǎng)級位有機體數(shù)目構(gòu)成塔身及塔頂。一般每一個營養(yǎng)級所包括的有機體數(shù)目，沿食物鏈向上遞減。第46頁,共70頁，2024年2月25日，星期天47數(shù)量金字塔缺點：有時植食動物比生產(chǎn)者數(shù)目多。如昆蟲和樹木；個體大小差別很大；個體大小有很大差別，只有個體數(shù)目多少來說明問題有局限性。第47頁,共70頁，2024年2月25日，星期天48不同類型金字塔的比較能量金字塔表達營養(yǎng)結(jié)構(gòu)最全面，確切表示食物通過食物鏈的效率，永遠(yuǎn)是正塔型數(shù)量金字塔過分突出小生物體的重要性生物量金字塔過分突出大生物體的重要性第48頁,共70頁，2024年2月25日，星期天49現(xiàn)存量(生物量)金字塔與能量金字塔P-809TC-1.5C-11H-37現(xiàn)存量金字塔kcal.m2能量金字塔kcal.m2.y-1D-5P-20810H-3368C-383TC-21D-5060第49頁,共70頁，2024年2月25日，星期天50P-1.5×106H-2×105C9×104TC-1PH-1.5×105C-1.2×105TC-2200數(shù)量錐體1/1000m2生物量錐體g/m2夏季草原夏季溫帶森林P-4×104H-4C-1D-10H+C-21P-4熱帶雨林 海洋數(shù)量金字塔與生物量金字塔第50頁,共70頁，2024年2月25日，星期天5111.5生態(tài)效率生態(tài)效率：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。能量參數(shù)：攝取量(I）：表示各生物所攝取的能量同化量(A)：動物消化道內(nèi)被吸收的能量，即消費者吸收所采食的食物能；植物光合作用所固定的日光能呼吸量(R)：生物在呼吸等新陳代謝和各種活動所消耗的全部能量生產(chǎn)量(P)：生物呼吸消耗后所凈剩的同化能量值。P=A-R第51頁,共70頁，2024年2月25日，星期天52營養(yǎng)級位之內(nèi)的生態(tài)效率量度一個物種利用食物能的效率，即同化能量的有效程度第52頁,共70頁，2024年2月25日，星期天53同化效率被植物吸收的日光能中被光合作用所固定的能量比例，或被動物攝食的能量中被同化了的能量比例：Ae=An/In肉食動物的同化效率高于植食動物第53頁,共70頁，2024年2月25日，星期天54生長效率組織生長效率：Pe=Pn/An生態(tài)生長效率:Ee=Pn/In營養(yǎng)級越高，生長效率越低植物的生長效率>動物植物將光合能量大約40%呼吸，60%生長肉食動物同化能量大約65%用于呼吸，35%用于生長哺乳動物呼吸消耗的能量最多，大約占同化量的97-99%，只有1%-3%用于凈生產(chǎn)量第54頁,共70頁，2024年2月25日，星期天55ProductionEfficiencies第55頁,共70頁，2024年2月25日，星期天56營養(yǎng)級位之間的生態(tài)效率量度營養(yǎng)級位之間的轉(zhuǎn)化效率消費效率：消費效率量度一個營養(yǎng)級對前一營養(yǎng)級的相對取食壓力。Ce=In+1/Pn一般在20-35%范圍內(nèi)，每一營養(yǎng)級凈生產(chǎn)的65%-75%進入碎屑食物鏈利用效率：利用效率的高低，說明前一營養(yǎng)級的凈生產(chǎn)量被后一營養(yǎng)級同化多少Ue=An+1/Pn第56頁,共70頁，2024年2月25日，星期天57林德曼效率林德曼效率：n+1營養(yǎng)級所獲得的能量占n營養(yǎng)級所獲得的能量之比：Le=In+1/In林得曼定律（十分之一定律）：能量沿營養(yǎng)級的移動時，逐級變小，后一營養(yǎng)級只能是前一營養(yǎng)級能量的十分之一左右。第57頁,共70頁，2024年2月25日，星期天5811.6生態(tài)系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)和生態(tài)平衡第58頁,共70頁，2024年2月25日，星期天5911.6.1反饋調(diào)節(jié)反饋調(diào)節(jié)：當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)某一成分發(fā)生變化，它必然引起其他成分出現(xiàn)一系列相應(yīng)變化，這些變化又反過來影響最初發(fā)生變化的那種成分負(fù)反饋：系統(tǒng)中某一成分的變化所引起的其他一系列變化，結(jié)果是抑制和減弱最初發(fā)生變化的那種成分的變化，使生態(tài)系統(tǒng)達到或保持平衡或穩(wěn)態(tài)正反饋：系統(tǒng)中某一成分的變化所引起的其他一系列變化，反過來加速最初發(fā)生變化的成分所發(fā)生的變化，使生態(tài)系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)或穩(wěn)態(tài)。如湖泊污染，導(dǎo)致魚的數(shù)量因死亡而減少，由于魚體腐爛，加重湖泊污染并引起更多魚類的死亡第59頁,共70頁，2024年2月25日，星期天60負(fù)反饋第60頁,共70頁，2024年2月25日，星期天11.6.2生態(tài)平衡生態(tài)平衡：是指生態(tài)系統(tǒng)通過發(fā)育和調(diào)節(jié)所達到的一種穩(wěn)定狀況，它包括結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定、功能上的穩(wěn)定和能量輸入、輸出上的穩(wěn)定。生態(tài)平衡是一種動態(tài)平衡，因為能量流動和物質(zhì)循環(huán)總在不間斷地進行，生物個體也在不斷地進行更新。在自然條件下，生態(tài)系統(tǒng)總是朝著種類多樣化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化和功能完善化的方向發(fā)展，直到使生態(tài)系統(tǒng)達到成熟的最穩(wěn)定狀態(tài)為止。第61頁,共70頁，2024年2月25日，星期天生態(tài)平衡的總特征：能量和物質(zhì)的輸入、輸出達到平衡，具體表現(xiàn)如下：A.生態(tài)系統(tǒng)的各部分生物組成及數(shù)量關(guān)系相對穩(wěn)定，即生產(chǎn)者、消費者、分解者的種類組成和數(shù)量穩(wěn)定。B.生態(tài)系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)，營養(yǎng)結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，有典型的食物鏈關(guān)系和符合能量流動定律的生態(tài)金字塔。C.總生產(chǎn)量與總呼吸量相等，無凈生產(chǎn)量的積累，生物量達到最大且穩(wěn)定于此水平。D.生物與環(huán)境間有最好的適應(yīng)關(guān)系。第62頁,共70頁，2024年2月25日，星期天生態(tài)平衡的調(diào)節(jié)機制：生態(tài)系統(tǒng)是一個控制系統(tǒng)，通過反饋調(diào)節(jié)使其具有如下功能：自調(diào)節(jié)（self-regulation）自修復(fù)（self-maintenanceorustaining）自維持（self-repair）自發(fā)展（self-development）生態(tài)系統(tǒng)的自調(diào)節(jié)、自修復(fù)是通過系統(tǒng)內(nèi)組分之間以及組分與環(huán)境之間的相互作用——負(fù)反饋作用來實現(xiàn)的。在動態(tài)過程中不斷進行反饋調(diào)節(jié)，生態(tài)系統(tǒng)得到自維持和自發(fā)展，從而達到新的平衡與穩(wěn)定。第63頁,共70頁，2024年2月25日，星期天生態(tài)平衡的調(diào)節(jié)機制是負(fù)反饋作用。通過反饋調(diào)節(jié)維持著生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)。有人把生態(tài)系統(tǒng)比喻為彈簧，它能忍受一定的外來壓力，壓力一旦解除就又恢復(fù)原初的