生態(tài)系統(tǒng)結構課件

生態(tài)系統(tǒng)I生物群落2021/2/61生態(tài)系統(tǒng)I生物群落2021/2/61生態(tài)學的博物學傳統(tǒng)DarwinHongboldt最幸福的人！2021/2/62生態(tài)學的博物學傳統(tǒng)Darwin2021/2/62生物群落——生態(tài)系統(tǒng)的硬結構Community——在一定時間和空間內所有種群組成的具有內在聯(lián)系和共同規(guī)律的生物系統(tǒng)對于同一尺度的生物在空間上具有排他性2021/2/63生物群落——生態(tài)系統(tǒng)的硬結構Community——在生態(tài)系統(tǒng)Ecosystem——以生物群落為主體，在一定時間和空間內，生物和非生物成分之間，通過不斷的能量流動和物質循環(huán)而形成的相互作用、相互依存的整體。是生態(tài)學的一個結構、功能和進化單位。2021/2/64生態(tài)系統(tǒng)Ecosystem——以生物群落為主體，在一定時間和淡水生態(tài)系統(tǒng)2021/2/65淡水生態(tài)系統(tǒng)2021/2/65生態(tài)系統(tǒng)的外貌和邊界生態(tài)系統(tǒng)的外貌生態(tài)系統(tǒng)的空間范圍尺度跨越很大空間獨占性生態(tài)系統(tǒng)的邊界如何看待邊緣?生態(tài)交錯帶（Ecotone）2021/2/66生態(tài)系統(tǒng)的外貌和邊界生態(tài)系統(tǒng)的外貌2021/2/66溫帶草原2021/2/67溫帶草原2021/2/67海洋生態(tài)系統(tǒng)2021/2/68海洋生態(tài)系統(tǒng)2021/2/68生態(tài)系統(tǒng)的水平結構鑲嵌性生境異質性其它隔離因素小群落群落不均勻是絕對的小群落之間邊界相對模糊小群落之間本質上同一2021/2/69生態(tài)系統(tǒng)的水平結構鑲嵌性2021/2/69垂直結構成層性主要生物類群的分層溫帶森林最典型——4層(喬、灌、草、地被層）亞熱帶常綠闊葉林——5層寒溫帶針葉林而——3層（缺少灌木層）熱帶雨林幾層？層間植物空間分層的原因和意義2021/2/610垂直結構成層性2021/2/610生態(tài)系統(tǒng)的時間動態(tài)外貌的季節(jié)動態(tài)——季相溫帶最典型熱帶雨林幾乎沒有，但季雨林有主要受溫度和水分兩個因素決定外貌的年變化氣候原因內生原因——大小年2021/2/611生態(tài)系統(tǒng)的時間動態(tài)外貌的季節(jié)動態(tài)——季相2021/2/611生態(tài)系統(tǒng)的組分

生物成分結構性組分——建群種、優(yōu)勢種、伴生種、偶見種功能性組分——生產者、消費者、分解者、流通者、調控者非生物成分——太陽輻射能，無機物質(大氣、水、土壤等)，有機物質2021/2/612生態(tài)系統(tǒng)的組分生物成分2021/2/612生態(tài)系統(tǒng)結構性組分主體結構性物種非主體結構性物種2021/2/613生態(tài)系統(tǒng)結構性組分主體結構性物種2021/2/613主體結構性物種的地位類型

建群種（constructivespecies）優(yōu)勢種（dominantspecies）次優(yōu)勢種（sub-dominantspecies）2021/2/614主體結構性物種的地位類型建群種（constructive非主體結構性物種的地位類型伴生種（附屬種,accompanyingspecies）偶見種（accidentalspecies）2021/2/615非主體結構性物種的地位類型2021/2/615非生態(tài)學術語

關鍵種（keystone-species）冗余種（speciesredundancy）2021/2/616非生態(tài)學術語關鍵種（keystone-species）20生態(tài)系統(tǒng)中物種的數(shù)量特征基本數(shù)量參數(shù)多度（定性）密度（定量）蓋度頻度高度重量2021/2/617生態(tài)系統(tǒng)中物種的數(shù)量特征基本數(shù)量參數(shù)2021/2/617生態(tài)系統(tǒng)中物種的數(shù)量特征綜合數(shù)量指標優(yōu)勢度（dominance）重要值（importantvalue）綜合優(yōu)勢比（summeddominanceratio）群落最小面積2021/2/618生態(tài)系統(tǒng)中物種的數(shù)量特征綜合數(shù)量指標2021/2/618生態(tài)系統(tǒng)中物種和種群的多樣性

物種多樣性豐富度（richness）差異度（difference）均勻度（evenness）物種多樣性測度豐富度指數(shù)多樣性指數(shù)2021/2/619生態(tài)系統(tǒng)中物種和種群的多樣性物種多樣性2021/2/619生態(tài)系統(tǒng)中物種和種群的多樣性物種多樣性測度豐富度指數(shù)

Gleason指數(shù)D=S/lnAMargalef指數(shù)D=(S-1)/lnN多樣性指數(shù)

sSD=1-ΣPi2H=-ΣPi×log2Pii=1i=12021/2/620生態(tài)系統(tǒng)中物種和種群的多樣性物種多樣性測度2021/2/62影響生態(tài)系統(tǒng)物種多樣性的因素決定生態(tài)系統(tǒng)物種多樣性的因素時間環(huán)境適宜度和空間異質性競爭捕食氣候穩(wěn)定性生產力其它因素2021/2/621影響生態(tài)系統(tǒng)物種多樣性的因素2021/2/621生態(tài)系統(tǒng)的非生物組分光、溫、水、氣、土等下章講2021/2/622生態(tài)系統(tǒng)的非生物組分光、溫、水、氣、土等2021/2/622傳統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)與新生態(tài)系統(tǒng)傳統(tǒng)概念僅有功能而無空間維度經(jīng)濟學淵源生態(tài)學-生物學家跟風群落與生態(tài)系統(tǒng)層次混淆從分子到全球的時空二維圖？正確的位置才能避免“煩惱的修補”2021/2/623傳統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)與新生態(tài)系統(tǒng)傳統(tǒng)概念僅有功能而無空間維度2021研究背景-科學內生需求生態(tài)學理論停滯已久1941年Tansley提出生態(tài)系統(tǒng)，1950s經(jīng)Odum系統(tǒng)整理成熟1930s種群理論趨于成熟70余年里僅小修補新的革命已經(jīng)到來新系統(tǒng)層次剛剛進化出來大量案例和數(shù)據(jù)的積累相鄰學科的發(fā)展：經(jīng)濟學、物理學數(shù)理工具與實用工具2021/2/624研究背景-科學內生需求生態(tài)學理論停滯已久2021/2/6生物學缺少大人物目前有生物學科而無生物學家分科太細——99％的人都在研究細節(jié)各個領域的頂尖人物都是統(tǒng)合論者把越來越多的事實以一些基本原理統(tǒng)合起來物理學界尤其明顯目前在生物學界正相反——生物學中少有統(tǒng)合論者生物學家中很少大人物的原因2021/2/625生物學缺少大人物目前有生物學科而無生物學家2021/2/62他山之石物理學、數(shù)學、經(jīng)濟學、計算機等，生物學新方向的開啟者薛定諤在1943年發(fā)表了《什么是生命》中的三個觀點發(fā)展成理論生物學的三個方向：分子生物學、耗散結構理論、量子生物學分子生物學是帶頭學科之一，但這門學科的創(chuàng)建幾乎沒有多少生物學家的功勞故事：CleananddirtyFrancisCrick，RobertMay2021/2/626他山之石物理學、數(shù)學、經(jīng)濟學、計算機等，生物學新方向的開啟者BifurcatesOrderwithinnon-orderRulewithinnon-ruleDeterminewithinuncertainty2021/2/627BifurcatesOrderwithinnon-ord生態(tài)學中的主要理論和假說

——舉例達爾文《物種的起源》Malthus人口論進化穩(wěn)定對策（ESS），Logistic,Lotka-Volterra模型能流模型和十分之一法則群落演替頂極理論最小因子法則和耐受性定律2021/2/628生態(tài)學中的主要理論和假說

——舉例達爾文《物種的起源》20主要理論和假說May-種群混沌理論McArthur-島嶼生物地理學說Whittacker-生物五界系統(tǒng)Hamilton-

kin-selectionLovelock-Gaia假說常杰、葛瀅-統(tǒng)合生物學及城鄉(xiāng)耦合系統(tǒng)2021/2/629主要理論和假說May-種群混沌理論2021/2/629生態(tài)系統(tǒng)的生長規(guī)模擴大組分數(shù)量增多生態(tài)系統(tǒng)“生物量”增加密度增高，體積增加2021/2/630生態(tài)系統(tǒng)的生長規(guī)模擴大2021/2/630生態(tài)系統(tǒng)的生長生態(tài)系統(tǒng)形成的基質裸地，原生與次生物種擴散（散布）進來傳播、定居與競爭只有在新地點自行繁殖，才是定居成功阻限（barrier）與篩濾路線（filterroute）生態(tài)系統(tǒng)的壯大密度增高，體積增加2021/2/631生態(tài)系統(tǒng)的生長生態(tài)系統(tǒng)形成的基質2021/2/631生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)育生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)育階段在發(fā)育過程中一個生物群落使生態(tài)系統(tǒng)性質發(fā)生的變化初期先鋒物種\高多樣性\低聯(lián)系盛期生物多樣性適中\(zhòng)復雜性高\歷時長末期混雜2021/2/632生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)育生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)育階段2021/2/632生態(tài)系統(tǒng)的變態(tài)生態(tài)系統(tǒng)的變態(tài)——生物群落的演替結構\過程有明顯差異,但卻是同一個生態(tài)系統(tǒng)的延續(xù)和發(fā)育成熟原生演替與次生演替水生演替與旱生演替內因性演替與外因性演替自養(yǎng)性演替與異養(yǎng)性演替千年演替、世紀演替與快速演替2021/2/633生態(tài)系統(tǒng)的變態(tài)生態(tài)系統(tǒng)的變態(tài)——生物群落的演替2021/2/從水底開始的群落演替裸底階段浮葉根生植物階段挺水植物和沼澤植物階段沉水植物階段2021/2/634從水底開始的群落演替裸底階段浮葉根生植物階段挺水植物和沼澤植從干旱環(huán)境開始的原生演替系列極端生境開始：火山、巖石地衣植物階段苔蘚植物階段草本植物階段灌木階段喬木階段旱生演替系列的方向是干燥生境濕潤化2021/2/635從干旱環(huán)境開始的原生演替系列極端生境開始：火山、巖石2021群落演替的一些共同特征大多數(shù)群落的演替都有著共同的趨向從低等生物到高等生物從小型生物發(fā)展到大型生物生活史從短到長群落空間層次從少到多；生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)級從低到高增加，復雜性增加；種類競爭從無到有，再發(fā)展到很激烈，最后趨向于動態(tài)中的穩(wěn)定2021/2/636群落演替的一些共同特征大多數(shù)群落的演替都有著共同的趨向202群落演替中的一些共同特征演替速度原生慢次生快（生態(tài)系統(tǒng)的再生）演替中的“利他效應”發(fā)育和進化的基礎2021/2/637群落演替中的一些共同特征演替速度2021/2/637演替頂極演替頂極與頂極群落——吸引子恒定性演替多數(shù)群落的演替具有方向性，并在穩(wěn)定的群落階段長期保持，有微小波動，地帶性植被類型的演替屬于此類；周期性演替由一個類型轉變?yōu)榱硪粋€類型，然后又回到原有類型2021/2/638演替頂極演替頂極與頂極群落——吸引子2021/2/638關于頂極群落性質的三種學說單元頂極說有頂級，并且是單一的多元頂極說有頂級，但多個頂極群落格局假說沒有固定的頂級，是種群的混合體2021/2/639關于頂極群落性質的三種學說單元頂極說2021/2/639影響生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育的主要因素

生物的遷移和擴散

生態(tài)系統(tǒng)內部理化因素的變化

種內和種間關系的改變

2021/2/640影響生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育的主要因素生物的遷移和擴散2021/2/生態(tài)系統(tǒng)I生物群落2021/2/641生態(tài)系統(tǒng)I生物群落2021/2/61生態(tài)學的博物學傳統(tǒng)DarwinHongboldt最幸福的人！2021/2/642生態(tài)學的博物學傳統(tǒng)Darwin2021/2/62生物群落——生態(tài)系統(tǒng)的硬結構Community——在一定時間和空間內所有種群組成的具有內在聯(lián)系和共同規(guī)律的生物系統(tǒng)對于同一尺度的生物在空間上具有排他性2021/2/643生物群落——生態(tài)系統(tǒng)的硬結構Community——在生態(tài)系統(tǒng)Ecosystem——以生物群落為主體，在一定時間和空間內，生物和非生物成分之間，通過不斷的能量流動和物質循環(huán)而形成的相互作用、相互依存的整體。是生態(tài)學的一個結構、功能和進化單位。2021/2/644生態(tài)系統(tǒng)Ecosystem——以生物群落為主體，在一定時間和淡水生態(tài)系統(tǒng)2021/2/645淡水生態(tài)系統(tǒng)2021/2/65生態(tài)系統(tǒng)的外貌和邊界生態(tài)系統(tǒng)的外貌生態(tài)系統(tǒng)的空間范圍尺度跨越很大空間獨占性生態(tài)系統(tǒng)的邊界如何看待邊緣?生態(tài)交錯帶（Ecotone）2021/2/646生態(tài)系統(tǒng)的外貌和邊界生態(tài)系統(tǒng)的外貌2021/2/66溫帶草原2021/2/647溫帶草原2021/2/67海洋生態(tài)系統(tǒng)2021/2/648海洋生態(tài)系統(tǒng)2021/2/68生態(tài)系統(tǒng)的水平結構鑲嵌性生境異質性其它隔離因素小群落群落不均勻是絕對的小群落之間邊界相對模糊小群落之間本質上同一2021/2/649生態(tài)系統(tǒng)的水平結構鑲嵌性2021/2/69垂直結構成層性主要生物類群的分層溫帶森林最典型——4層(喬、灌、草、地被層）亞熱帶常綠闊葉林——5層寒溫帶針葉林而——3層（缺少灌木層）熱帶雨林幾層？層間植物空間分層的原因和意義2021/2/650垂直結構成層性2021/2/610生態(tài)系統(tǒng)的時間動態(tài)外貌的季節(jié)動態(tài)——季相溫帶最典型熱帶雨林幾乎沒有，但季雨林有主要受溫度和水分兩個因素決定外貌的年變化氣候原因內生原因——大小年2021/2/651生態(tài)系統(tǒng)的時間動態(tài)外貌的季節(jié)動態(tài)——季相2021/2/611生態(tài)系統(tǒng)的組分

生物成分結構性組分——建群種、優(yōu)勢種、伴生種、偶見種功能性組分——生產者、消費者、分解者、流通者、調控者非生物成分——太陽輻射能，無機物質(大氣、水、土壤等)，有機物質2021/2/652生態(tài)系統(tǒng)的組分生物成分2021/2/612生態(tài)系統(tǒng)結構性組分主體結構性物種非主體結構性物種2021/2/653生態(tài)系統(tǒng)結構性組分主體結構性物種2021/2/613主體結構性物種的地位類型

建群種（constructivespecies）優(yōu)勢種（dominantspecies）次優(yōu)勢種（sub-dominantspecies）2021/2/654主體結構性物種的地位類型建群種（constructive非主體結構性物種的地位類型伴生種（附屬種,accompanyingspecies）偶見種（accidentalspecies）2021/2/655非主體結構性物種的地位類型2021/2/615非生態(tài)學術語

關鍵種（keystone-species）冗余種（speciesredundancy）2021/2/656非生態(tài)學術語關鍵種（keystone-species）20生態(tài)系統(tǒng)中物種的數(shù)量特征基本數(shù)量參數(shù)多度（定性）密度（定量）蓋度頻度高度重量2021/2/657生態(tài)系統(tǒng)中物種的數(shù)量特征基本數(shù)量參數(shù)2021/2/617生態(tài)系統(tǒng)中物種的數(shù)量特征綜合數(shù)量指標優(yōu)勢度（dominance）重要值（importantvalue）綜合優(yōu)勢比（summeddominanceratio）群落最小面積2021/2/658生態(tài)系統(tǒng)中物種的數(shù)量特征綜合數(shù)量指標2021/2/618生態(tài)系統(tǒng)中物種和種群的多樣性

物種多樣性豐富度（richness）差異度（difference）均勻度（evenness）物種多樣性測度豐富度指數(shù)多樣性指數(shù)2021/2/659生態(tài)系統(tǒng)中物種和種群的多樣性物種多樣性2021/2/619生態(tài)系統(tǒng)中物種和種群的多樣性物種多樣性測度豐富度指數(shù)

Gleason指數(shù)D=S/lnAMargalef指數(shù)D=(S-1)/lnN多樣性指數(shù)

sSD=1-ΣPi2H=-ΣPi×log2Pii=1i=12021/2/660生態(tài)系統(tǒng)中物種和種群的多樣性物種多樣性測度2021/2/62影響生態(tài)系統(tǒng)物種多樣性的因素決定生態(tài)系統(tǒng)物種多樣性的因素時間環(huán)境適宜度和空間異質性競爭捕食氣候穩(wěn)定性生產力其它因素2021/2/661影響生態(tài)系統(tǒng)物種多樣性的因素2021/2/621生態(tài)系統(tǒng)的非生物組分光、溫、水、氣、土等下章講2021/2/662生態(tài)系統(tǒng)的非生物組分光、溫、水、氣、土等2021/2/622傳統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)與新生態(tài)系統(tǒng)傳統(tǒng)概念僅有功能而無空間維度經(jīng)濟學淵源生態(tài)學-生物學家跟風群落與生態(tài)系統(tǒng)層次混淆從分子到全球的時空二維圖？正確的位置才能避免“煩惱的修補”2021/2/663傳統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)與新生態(tài)系統(tǒng)傳統(tǒng)概念僅有功能而無空間維度2021研究背景-科學內生需求生態(tài)學理論停滯已久1941年Tansley提出生態(tài)系統(tǒng)，1950s經(jīng)Odum系統(tǒng)整理成熟1930s種群理論趨于成熟70余年里僅小修補新的革命已經(jīng)到來新系統(tǒng)層次剛剛進化出來大量案例和數(shù)據(jù)的積累相鄰學科的發(fā)展：經(jīng)濟學、物理學數(shù)理工具與實用工具2021/2/664研究背景-科學內生需求生態(tài)學理論停滯已久2021/2/6生物學缺少大人物目前有生物學科而無生物學家分科太細——99％的人都在研究細節(jié)各個領域的頂尖人物都是統(tǒng)合論者把越來越多的事實以一些基本原理統(tǒng)合起來物理學界尤其明顯目前在生物學界正相反——生物學中少有統(tǒng)合論者生物學家中很少大人物的原因2021/2/665生物學缺少大人物目前有生物學科而無生物學家2021/2/62他山之石物理學、數(shù)學、經(jīng)濟學、計算機等，生物學新方向的開啟者薛定諤在1943年發(fā)表了《什么是生命》中的三個觀點發(fā)展成理論生物學的三個方向：分子生物學、耗散結構理論、量子生物學分子生物學是帶頭學科之一，但這門學科的創(chuàng)建幾乎沒有多少生物學家的功勞故事：CleananddirtyFrancisCrick，RobertMay2021/2/666他山之石物理學、數(shù)學、經(jīng)濟學、計算機等，生物學新方向的開啟者BifurcatesOrderwithinnon-orderRulewithinnon-ruleDeterminewithinuncertainty2021/2/667BifurcatesOrderwithinnon-ord生態(tài)學中的主要理論和假說

——舉例達爾文《物種的起源》Malthus人口論進化穩(wěn)定對策（ESS），Logistic,Lotka-Volterra模型能流模型和十分之一法則群落演替頂極理論最小因子法則和耐受性定律2021/2/668生態(tài)學中的主要理論和假說

——舉例達爾文《物種的起源》20主要理論和假說May-種群混沌理論McArthur-島嶼生物地理學說Whittacker-生物五界系統(tǒng)Hamilton-

kin-selectionLovelock-Gaia假說常杰、葛瀅-統(tǒng)合生物學及城鄉(xiāng)耦合系統(tǒng)2021/2/669主要理論和假說May-種群混沌理論2021/2/629生態(tài)系統(tǒng)的生長規(guī)模擴大組分數(shù)量增多生態(tài)系統(tǒng)“生物量”增加密度增高，體積增加2021/2/670生態(tài)系統(tǒng)的生長規(guī)模擴大2021/2/630生態(tài)系統(tǒng)的生長生態(tài)系統(tǒng)形成的基質裸地，原生與次生物種擴散（散布）進來傳播、定居與競爭只有在新地點自行繁殖，才是定居成功阻限（barrier）與篩濾路線（filterroute）生態(tài)系統(tǒng)的壯大密度增高，體積增加2021/2/671生態(tài)系統(tǒng)的生長生態(tài)系統(tǒng)形成的基質2021/2/631生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)育生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)育階段在發(fā)育過程中一個生物群落使生態(tài)系統(tǒng)性質發(fā)生的變化初期先鋒物種\高多樣性\低聯(lián)系盛期生物多樣性適中\(zhòng)復雜性高\歷時長末期混雜2021/2/672生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)育生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)育階段2021/2/632生