海洋生態(tài)學(xué)—群落.ppt

1、第一章 生態(tài)系統(tǒng)概述,掌握生態(tài)系統(tǒng)的基本概念及其核心思想、生態(tài)系統(tǒng)的基本功能成分和生物生產(chǎn)、能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)的基本過程。 了解維持生態(tài)穩(wěn)定的機(jī)制以及生物圈主要生態(tài)系統(tǒng)類型，同時(shí)初步認(rèn)識(shí)生物圈的形成與進(jìn)化。,學(xué) 習(xí) 目 的：,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，在任何情況下，生物群落都不可能單獨(dú)存在，它總是和環(huán)境密切相關(guān)、相互作用，組成有序的整體。如一個(gè)湖泊、一片草地。,一、什么叫生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem）,生態(tài)系統(tǒng)概念的提出為生態(tài)學(xué)

2、研究和發(fā)展奠定了新的基礎(chǔ)，極大推動(dòng)了生態(tài)學(xué)的發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)成為現(xiàn)代生態(tài)學(xué)研究的中心。,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),二、生態(tài)系統(tǒng)的基本組成成分,1、非生物成分(abiotic component)：生命支持系統(tǒng) 2、生物成分（biotic component）：生態(tài)系統(tǒng)的主體 功能性組分功能群： 生產(chǎn)者(producers) 消費(fèi)者(consumers) ：植食動(dòng)物、肉食動(dòng)物、雜食動(dòng)物、寄生動(dòng)物、異養(yǎng)微生物 分解者(decomposers) 流通者（circulator）：昆蟲傳粉 調(diào)控者（regulator）：頂極生物,三、生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu),

3、（一）生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)：食物鏈和食物網(wǎng) 、食物鏈（food chain）：是指生物之間通過食與被食形成一環(huán)套一環(huán)的鏈狀營(yíng)養(yǎng)關(guān)系。 食物鏈類型： 牧食食物鏈或稱植食食物鏈（grazing food chain） 碎屑食物鏈（detritus food chain） 寄生食物鏈,、食物網(wǎng)（food web）：食物鏈彼此交錯(cuò)連接，形成網(wǎng)狀營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，稱之為食物網(wǎng)。 生態(tài)系統(tǒng)中生物種類繁多，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。,圖,（二）生態(tài)系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu) 自然生態(tài)系統(tǒng)的自養(yǎng)和

4、異養(yǎng)成分在空間上通常是分層的,圖,四、生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán) 的基本過程 （一）生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)和能量流動(dòng) （energy transfer）,生態(tài)系統(tǒng)的能源來自太陽(yáng)，光合作用固定的能量轉(zhuǎn)化為化學(xué)潛能貯存在被結(jié)合的有機(jī)物分子鍵中。,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 。 攝食是一種形式的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為另一種形式化學(xué)能的過程。 植物光合作用形成的有機(jī)物質(zhì)和能量，一部分呼吸消耗，剩余提供給下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)。植食性動(dòng)物利用一部分凈初級(jí)產(chǎn)量，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，還有一部分以代謝廢物（如尿液）的形式排出。其余

5、的才是轉(zhuǎn)化為植食性動(dòng)物的繁殖與生長(zhǎng)，也就是能夠提供給下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)利用的能量。,（二）生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)（cycle of matter）,植物在光合作用過程中同時(shí)吸收各種養(yǎng)分，主要是無(wú)機(jī)物質(zhì)（如NO3、PO43等），轉(zhuǎn)變?yōu)樯矬w中各種有機(jī)物質(zhì)（如碳水化合物、蛋白質(zhì)、核酸等）。它們通過綠色植物吸收進(jìn)入食物鏈，并在各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間傳遞、轉(zhuǎn)化，當(dāng)生物死亡后，機(jī)體內(nèi)各種有機(jī)物質(zhì)被微生物分解成為無(wú)機(jī)物釋回環(huán)境中，然后再一次被植物吸收利用，重新進(jìn)入食物鏈，參加生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)再循環(huán)。 生物地化循環(huán)（biogeochemical cycle）：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?、水圈、土壤圈、巖

6、石圈之間的交換。,生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)是緊密聯(lián)系、不可分割的，能量是通過物質(zhì)載體來流動(dòng)的，但是，兩者又有根本區(qū)別。能量來源于太陽(yáng)，在食物鏈中向著一個(gè)方向逐級(jí)流動(dòng)，不斷消耗和散失；而營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來源于地球并可被生物多次利用，在生態(tài)系統(tǒng)中不斷地循環(huán)，或從一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)消失而又在另一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)。,能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系,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)（reservoir pool）、 交換庫(kù)或循環(huán)庫(kù)(exchange or cycling pool) 流通率：物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中庫(kù)與庫(kù)之間流通的速率。 周轉(zhuǎn)率：某物質(zhì)的流通率與庫(kù)含量之比即為周轉(zhuǎn)率。

7、 周轉(zhuǎn)時(shí)間：周轉(zhuǎn)率的倒數(shù),營(yíng)養(yǎng)信息： 在某種意義上說，食物鏈、食物網(wǎng)就代表著一種信息傳遞系統(tǒng) 化學(xué)信息：生物代謝產(chǎn)生的物質(zhì)，如酶、維生素、生長(zhǎng)素、抗生素、性引誘劑均屬于傳遞信息的化學(xué)物質(zhì)。有的相互制約，有的互相促進(jìn)，有的相互吸引，也有的相互排斥。 物理信息：聲、光、色等，吸引、排斥、警告、恐嚇等 行為信息：識(shí)別、威協(xié)、挑戰(zhàn)、炫耀等 信息傳遞與聯(lián)系的方式是多種多樣的，它的作用與能流、物流一樣，把生態(tài)系統(tǒng)各組分聯(lián)系成一個(gè)整體，并具有調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用。,五、生態(tài)系統(tǒng)的信息聯(lián)系,1、反饋機(jī)制（feedback mechanism）：生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)通過反饋機(jī)制來實(shí)現(xiàn) 反饋 ：當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)中某一成分發(fā)

8、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來影響最初發(fā)生變化的那種成分，這個(gè)過程就叫反饋。,六、生態(tài)系統(tǒng)的自校穩(wěn)態(tài)和生態(tài)平衡,反饋有正反饋（positive feedback）和負(fù)反饋（negative feedback）之分。 正、負(fù)反饋?zhàn)饔猛瑫r(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)展過后，隨即是一段減速增加階段，負(fù)反饋逐漸起作用，系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)趨向于在一個(gè)恒定水平附波動(dòng)。,2、 生態(tài)平衡 （ecological equilibrium） 生態(tài)平衡的概念是指一段時(shí)間內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)

9、構(gòu)、過程和功能相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。 在一般情況下，如果生態(tài)系統(tǒng)能量和物質(zhì)的輸入大于輸出時(shí)，生物量增加，反之，生物量減少。 如果輸入和輸出在較長(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），在外來干擾下能通過自我調(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。,一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)是經(jīng)過不同演替階段而發(fā)展起來的。在發(fā)展的初期階段，其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，功能效率不高，因而比較不穩(wěn)定，對(duì)外界干擾的抵抗能力較差；而當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展到成熟階段，結(jié)構(gòu)就變得更加復(fù)雜起來，其功能效率也相應(yīng)地提高了（生物圈2號(hào)）。,生態(tài)閾限

10、：生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)功能是有限度的，只有在某一限度內(nèi)可以自我調(diào)節(jié)自然界或人類施加的干擾。 生態(tài)平衡失調(diào)(生態(tài)失調(diào))的主要因素：1、自然因素 2、人類干擾 生態(tài)失調(diào)表現(xiàn)：群落中生物種類減少；種的多樣性降低；結(jié)構(gòu)漸趨簡(jiǎn)化。當(dāng)外界壓力太大而持久的話，系統(tǒng)內(nèi)各種結(jié)構(gòu)的變化更加厲害，甚至使某個(gè)基本成分從系統(tǒng)中消失，最后整個(gè)結(jié)構(gòu)崩潰。,l陸地生態(tài)系統(tǒng) 1.1 森林生態(tài)系統(tǒng) 熱帶森林生態(tài)系統(tǒng) 溫帶森林生態(tài)系統(tǒng) 1.2 草原生態(tài)系統(tǒng) 1.3 荒漠生態(tài)系統(tǒng),七、生態(tài)系統(tǒng)的主要類型,生物圈的生態(tài)系統(tǒng)包括陸地生態(tài)系統(tǒng)、水域生態(tài)系統(tǒng)以及人工生態(tài)系系統(tǒng)。,2水域生態(tài)系統(tǒng) 2.1 湖泊生態(tài)系統(tǒng) 2.2 河流生態(tài)系統(tǒng) 2.3

11、 海洋生態(tài)系統(tǒng) 海岸帶生態(tài)系統(tǒng)（潮上帶、潮間帶、河口） 島嶼生態(tài)系統(tǒng) 淺海生態(tài)系統(tǒng) 外海和大洋生態(tài)系統(tǒng),3人工生態(tài)系統(tǒng),3.1 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng) 3.2 城市生態(tài)系統(tǒng),上述類型還可以劃分為更小單位的生態(tài)系統(tǒng)，小的生態(tài)系統(tǒng)組成大的生態(tài)系統(tǒng)，簡(jiǎn)單的生態(tài)系統(tǒng)組成復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。 地球上所有的生態(tài)系統(tǒng)合成生物圈。,自然生態(tài)系統(tǒng)（natural ecosystem） 人工生態(tài)系統(tǒng)（artificial ecosystem）,按人類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響來劃分：,自然無(wú)補(bǔ)加的太陽(yáng)供能系統(tǒng)（natural unsubsidized solar-powered ecosystem） 自然補(bǔ)加的太陽(yáng)供能系統(tǒng)（natura

12、l subsidized solar-powered ecosystem）：河口灣、潮間帶、湖泊 人類補(bǔ)加的太陽(yáng)供能生態(tài)系統(tǒng)（human subsidized solar-powered ecosystem）：農(nóng)田、水產(chǎn)養(yǎng)殖等 燃料供能的城市工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)（fuel-powered urban-industrial ecosystem） 生態(tài)系統(tǒng)幾乎都屬于開放系統(tǒng)（opened system）。封閉系統(tǒng)（closed system） 與隔離系統(tǒng)（isolated system） 一般都是人為的。,按能量來源和能流特征作為分類依據(jù)：,第二節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的形成、進(jìn)化與Gaia假說,一、生命起源與生態(tài)系

13、統(tǒng)的形成與進(jìn)化 原始生命起源于一系列復(fù)雜的化學(xué)進(jìn)化：原始地球沒有水圈、土圈、大氣圈，只有巖石。 由于地球內(nèi)部放射性元素的裂變與衰變產(chǎn)生大量能量，促使大陸板塊發(fā)生移動(dòng)，加之宇宙隕石的撞擊以及地球捕獲月球后引起的潮汐摩擦力等等影響，導(dǎo)致強(qiáng)烈的火山活動(dòng)，地球內(nèi)部各種氣體大量噴發(fā)，形成原始大氣圈。主要?dú)怏w包括CO2、CH4、H2S、NH3、H2、N2和H2O（水蒸氣）等。水蒸氣凝結(jié)后降落地面，在低洼地帶形成海洋與湖泊，出現(xiàn)了水圈。,在宇宙射線、太陽(yáng)紫外線、雷電與高溫的作用下，水圈與大氣圈某些物質(zhì)發(fā)生強(qiáng)烈化學(xué)反應(yīng)，形成簡(jiǎn)單有機(jī)小分子，有機(jī)小分子匯集海洋，經(jīng)過漫長(zhǎng)歲月的復(fù)雜化學(xué)變化，產(chǎn)生氨基酸、核苷酸等有

14、機(jī)分子，并最終演化成原始生命海洋厭氧微生物。 地球上最早的生命可能是在海水510米深處出現(xiàn)的原始厭氧微生物菌藻類，從化石判斷出現(xiàn)在38億年前。,原始生命是通過發(fā)酵獲得呼吸所需的能量。有機(jī)食物的貧乏可能成為選擇性壓力，促使產(chǎn)生能進(jìn)行光合作用的原核自養(yǎng)生物，以及真核自養(yǎng)生物。 28億年前，能進(jìn)行光合作用的自養(yǎng)微生物出現(xiàn)，釋放氧氣，綠色植物的出現(xiàn)加速了大氣層氧氣的積累，為動(dòng)物的誕生創(chuàng)造了條件。綠色植物的出現(xiàn)是地球發(fā)展史上的重要里程碑。使地球化學(xué)的面貌發(fā)生巨大的變化，原始大氣層的成分也逐漸發(fā)生本質(zhì)的變化。,需氧呼吸出現(xiàn)后，因其效率高，為出現(xiàn)復(fù)雜的多細(xì)胞生物創(chuàng)造了必需條件。原始食物鏈也隨之出現(xiàn)。 距今4

15、.2億年 ，大氣中氧含量上升到現(xiàn)在水平的10%以上，在雷電和太陽(yáng)紫外線的作用下，在距地表2025公里高空形成臭氧層。臭氧層吸收大量紫外線，為生物到達(dá)海面和登上陸地創(chuàng)造了條件，首先登陸的是裸蕨類植物。 植物的枯落物及殘?bào)w經(jīng)過分解與原始風(fēng)化物相互作用，地球上有了最早的土壤，成為各種易于淋溶礦物養(yǎng)分的貯存庫(kù)。土壤的形成與增厚加速了生物的進(jìn)化，達(dá)到今日的繁榮。 生物的進(jìn)化不僅是諸物種協(xié)同進(jìn)化的歷史，同時(shí)生物圈生態(tài)系統(tǒng)的形成與發(fā)展，也是生物與環(huán)境協(xié)同進(jìn)化的歷史。,關(guān)于生物與地球環(huán)境的問題，過去比較流行的觀念是：生物是被動(dòng)地適應(yīng)地球環(huán)境的理化條件的。 英國(guó)科學(xué)家Lovelock于20世紀(jì)60年代提出一個(gè)地

16、球自我調(diào)節(jié)的理論Gaia假說：大氣中活性氣體的組成、地球表面的溫度及地表沉積物的氧化還原電位和pH值等是受地球上所有生物總體（biota）的生長(zhǎng)和代謝所主動(dòng)調(diào)控的。,二、Gaia假說 地球自我調(diào)節(jié)理論,1、地球上適于生物生存的最初條件并不存在，而是通過生命活動(dòng)與環(huán)境相互作用而發(fā)展和創(chuàng)造出來的。 2、上述環(huán)境受到人為破壞或自然條件的各種干擾而發(fā)生相應(yīng)變化時(shí)，地球上的生命總體就會(huì)通過改變其生長(zhǎng)、活動(dòng)和代謝來對(duì)這些變化做出相應(yīng)的反應(yīng)，緩和地球環(huán)境的這些變化。,Gaia是一個(gè)由地球生物圈、大氣圈、海洋、土壤等各部分組成的反饋系統(tǒng)或控制系統(tǒng)，通過自我調(diào)節(jié)和控制而尋求達(dá)到一個(gè)適合于大多數(shù)生物生存的最佳物理化學(xué)環(huán)境條件。 生物的生命活動(dòng)造就了地球表層的復(fù)雜性和多樣性，同時(shí)這種復(fù)雜性又決定了它的可自我調(diào)節(jié)、自我控制的功能。,Jlovelock于1965年在探討火星是否有生命存在，對(duì)地球及其鄰近的火星、金星大氣氣體構(gòu)成進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)有生命的地球同火星、金星的大氣氣體構(gòu)成有明顯不同，火星和金星大氣中二氧化碳占絕對(duì)的主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)，而氧氣、甲烷及氮?dú)獾暮亢艿?。如?/p>