生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)

第十一章生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)目錄第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的基本概念及特征第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)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)平衡第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的基本概念及特征一、生態(tài)系統(tǒng)的概念

一定的時(shí)間和空間范圍內(nèi)，生物和非生物成分通過物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和信息傳遞而相互聯(lián)系、相互依存所構(gòu)成的具有結(jié)構(gòu)和功能的一個(gè)生態(tài)復(fù)合體。

四個(gè)基本條件：生態(tài)系統(tǒng)是客觀存在的實(shí)體，有時(shí)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(jī)地組織在一起，具有統(tǒng)一的整體功能。1/15/2023EnvironmentalProtection非生命成分生命成分陽光、溫度、空氣、土壤、水分等及代謝所需的各種有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)。生產(chǎn)者：消費(fèi)者分解者：綠色植物，光合細(xì)菌，化能細(xì)菌初級(jí)消費(fèi)者：次級(jí)消費(fèi)者：三級(jí)消費(fèi)者：植食性動(dòng)物，如鼠、兔等。以植食性動(dòng)物為食的肉食性動(dòng)物，如黃鼬、貓頭鷹等。以小型肉食動(dòng)物為食的大型肉食動(dòng)物，如虎、狼等。細(xì)菌、真菌、腐食性動(dòng)物，如霉菌、蘑菇、枯草桿菌、蚯蚓、糞金龜?shù)?。成分二、生態(tài)系統(tǒng)的組成生產(chǎn)者：生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量代謝的基礎(chǔ)同時(shí)又為其他生物提供了棲息場(chǎng)所，對(duì)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)的核心消費(fèi)者：食草動(dòng)物，食肉動(dòng)物，雜食動(dòng)物、腐食動(dòng)物、寄生動(dòng)物一級(jí)消費(fèi)者——二級(jí)消費(fèi)者——三級(jí)消費(fèi)者形成以能量流動(dòng)為基礎(chǔ)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)作用：——對(duì)初級(jí)生產(chǎn)物起著加工再生產(chǎn)作用——對(duì)其他生物種群數(shù)量起著調(diào)控作用分解者：細(xì)菌、真菌、放線菌及土壤動(dòng)物和小型無脊椎動(dòng)物。使物質(zhì)循環(huán)得以繼續(xù)非生物環(huán)境：氣候因子、無機(jī)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)三、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(shí)間結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)演替群落演替生態(tài)系統(tǒng)周期性變化3、營養(yǎng)結(jié)構(gòu)食物鏈、營養(yǎng)級(jí)、生態(tài)金字塔物質(zhì)循環(huán)能量流動(dòng)四、生態(tài)系統(tǒng)的基本特征1、生態(tài)系統(tǒng)是動(dòng)態(tài)功能系統(tǒng)系統(tǒng)演替：總是處于不斷發(fā)展、進(jìn)化和演變之中功能：物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)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(jī)能4、生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(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)五、生態(tài)系統(tǒng)的類型1.按非生物成分陸地生態(tài)系統(tǒng)：水域生態(tài)系統(tǒng)：海洋生態(tài)系統(tǒng)淡水生態(tài)系統(tǒng)濕地生態(tài)系統(tǒng)2.按生物成分：植物生態(tài)系統(tǒng)：植物和其所處的無機(jī)環(huán)境構(gòu)成的生態(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(dòng)物生態(tài)系統(tǒng)：主要由植物和動(dòng)物組成，以動(dòng)物的行為為主導(dǎo)作用而影響該生態(tài)系統(tǒng)，如魚塘、牧場(chǎng)微生物生態(tài)系統(tǒng)：由細(xì)菌和真菌等微生物和無機(jī)環(huán)境組成的生態(tài)系統(tǒng)，以微生物對(duì)有機(jī)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.按人類活動(dòng)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(chǎng)、人工林場(chǎng)、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4、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)：與外界環(huán)境發(fā)生能量與物質(zhì)交換的生態(tài)系統(tǒng)。如農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

封閉生態(tài)系統(tǒng)：與外界環(huán)境只有能量交換的生態(tài)系統(tǒng)。在自然界十分罕見。

隔離生態(tài)系統(tǒng)：一種有嚴(yán)格邊界的生態(tài)系統(tǒng),其邊界能阻止任何物質(zhì)和能量的輸入和輸出。1/15/2023EnvironmentalProtection森林生態(tài)系統(tǒng)1/15/2023EnvironmentalProtection草原生態(tài)系統(tǒng)1/15/2023EnvironmentalProtection農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)1/15/2023EnvironmentalProtection濕地生態(tài)系統(tǒng)1/15/2023EnvironmentalProtection湖泊生態(tài)系統(tǒng)1/15/2023EnvironmentalProtection荒漠生態(tài)系統(tǒng)1/15/2023EnvironmentalProtection極地生態(tài)系統(tǒng)第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)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。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：以綠色植物為基礎(chǔ)，從草食動(dòng)物開始形式：植物-植食動(dòng)物-肉食動(dòng)物腐生食物鏈：以死亡的有機(jī)體(植物和動(dòng)物)及其排泄物為營養(yǎng)源，從腐生物開始。形式：動(dòng)植物殘?bào)w一級(jí)腐食者二級(jí)腐食者三級(jí)腐食者如：植物殘?bào)w蚯蚓跳蟲螨類細(xì)菌在許多生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)主要位置寄生食物鏈：特點(diǎn)：以活的動(dòng)、植物有機(jī)體為營養(yǎng)源，以寄生方式存在的食物鏈。如：老鼠——跳蚤——細(xì)菌——病毒混合食物鏈構(gòu)成食物鏈的各鏈節(jié)中，既有活食性生物成員，又有腐食性生物成員。如：稻草—?！S—蚯蚓—雞（糞）—豬（糞）—魚特殊的食物鏈：如：瓶子草、豬籠草、捕蛇草如果一種有毒物質(zhì)被食物鏈的低級(jí)部分吸收，如被草吸收，雖然濃度很低，不影響草的生長，但兔子吃草后有毒物質(zhì)很難排泄，當(dāng)它經(jīng)常吃草，有毒物質(zhì)會(huì)逐漸在它體內(nèi)積累，鷹吃大量的兔子，有毒物質(zhì)會(huì)在鷹體內(nèi)進(jìn)一步積累。因此食物鏈有累積和放大的效應(yīng)。美國國鳥白頭鷹之所以面臨滅絕，并不是被人捕殺，而是因?yàn)橛泻瘜W(xué)物質(zhì)DDT逐步在其體內(nèi)積累，導(dǎo)致生下的蛋皆是軟殼，無法孵化。一個(gè)物種滅絕，就會(huì)破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡，導(dǎo)致其物種數(shù)量的變化，因此食物鏈對(duì)環(huán)境有非常重要的影響.并且，如果食物鏈有一環(huán)缺失，會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)失衡。2、食物網(wǎng)（foodweb）概念在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)存在多條食物鏈，這些食物鏈彼此交錯(cuò)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)量的變化北極地區(qū)食物網(wǎng)：食物網(wǎng)的意義：使生態(tài)系統(tǒng)中各種生物成分之間產(chǎn)生直接或間接的聯(lián)系。增加生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與持續(xù)性。本質(zhì)上是有機(jī)體之間一系列反復(fù)地吃與被吃的相互關(guān)系，它是維持著生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)平衡，推動(dòng)生物進(jìn)化、促進(jìn)自然界不斷發(fā)展的動(dòng)力。3、營養(yǎng)級(jí)食物鏈上能量和物質(zhì)被暫時(shí)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(jí)。一個(gè)營養(yǎng)級(jí)指處于食物鏈上某一個(gè)環(huán)節(jié)上的所有生物種類的總和。多數(shù)為三、四級(jí)，一般不超過五級(jí)。北極地區(qū)食物網(wǎng)：4.生態(tài)金字塔1）通過各食物鏈各營養(yǎng)級(jí)的能量是逐漸減少的上一營養(yǎng)級(jí)生物大部分自然死亡各營養(yǎng)級(jí)要維持自身的生命活動(dòng)同化率<100%1/15/2023EnvironmentalProtection環(huán)境卡片——能量流動(dòng)的1/10規(guī)律在生態(tài)系統(tǒng)中，能量從植物體內(nèi)轉(zhuǎn)移至草食動(dòng)物體內(nèi)時(shí)大約為總能量的1/10，而再轉(zhuǎn)移到肉食動(dòng)物體內(nèi)時(shí)，為草食動(dòng)物能量的1/10左右。一般說來，能量沿著綠色植物→草食動(dòng)物→一級(jí)肉食動(dòng)物→二級(jí)肉食動(dòng)物逐級(jí)流動(dòng)，而后者所獲得的能量大體等于前者所含能量的1/10，這就是說，在能量流動(dòng)過程中，約有9/10的損失掉了。2）概念用以反映食物鏈各營養(yǎng)級(jí)之間生物個(gè)體數(shù)量、生物量和能量比例關(guān)系的圖解模型能量能量流失3）生態(tài)金字塔類型數(shù)量金字塔：描述的是某一時(shí)刻生態(tài)系統(tǒng)中各營養(yǎng)級(jí)的個(gè)體數(shù)量，可用(個(gè)數(shù)/1000m2)表示生物量金字塔：描述的是某一時(shí)刻生態(tài)系統(tǒng)中各營養(yǎng)級(jí)生物的重量關(guān)系，用g/m2表示。能量金字塔：指一段時(shí)間內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)中各營養(yǎng)級(jí)所同化的能量。[J/（m2.年）]實(shí)例

“苜?！！泻ⅰ鄙鷳B(tài)金字塔數(shù)量金字塔生物量金字塔能量金字塔圖：能量流動(dòng)特征4）能量流動(dòng)的基本特點(diǎn)能量的流動(dòng)是單向、不可逆的。能量在沿食物鏈傳遞過程中，是逐級(jí)遞減的。生物體對(duì)能量的利用率非常低。小結(jié)食物鏈、營養(yǎng)級(jí)、生態(tài)金字塔是生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)特征。一、概念：指生態(tài)系統(tǒng)中構(gòu)成生命有機(jī)體的物質(zhì)元素以及構(gòu)成非生命的物質(zhì)元素的傳遞和轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)過程。包括生物個(gè)體層次上、生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的和生態(tài)系統(tǒng)之間的物質(zhì)循環(huán)第三節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)物質(zhì)循環(huán)流程圖環(huán)境生產(chǎn)者分解者消費(fèi)者二、能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)的區(qū)別與聯(lián)系區(qū)別：物質(zhì)周而復(fù)始循環(huán)，能量單向流動(dòng)聯(lián)系：能量儲(chǔ)藏在物質(zhì)的分子鍵中二者都沿著食物鏈進(jìn)行圖例：三、物質(zhì)循環(huán)的種類地球化學(xué)循環(huán)：是指生態(tài)系統(tǒng)之間化學(xué)物質(zhì)的循環(huán)。生物地球化學(xué)循環(huán)：是指生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的循環(huán)。生物化學(xué)循環(huán)：是指植物個(gè)體內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的再分配。四、主要物質(zhì)的循環(huán)水循環(huán)C循環(huán)氮循環(huán)五、物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn)：物質(zhì)不滅，循環(huán)往復(fù)物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)不可分割，相輔相成

一、概念：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。第四節(jié)信息傳遞二、特點(diǎn)生態(tài)系統(tǒng)的基本功能之一，在傳遞的過程中伴隨著物質(zhì)和能量的消耗雙向的——使生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制1/15/2023EnvironmentalProtection生態(tài)系統(tǒng)中的信息傳遞：信息傳遞化學(xué)信息：生物分解出某些特殊的化學(xué)物質(zhì)，這些分泌物在生物的個(gè)體或種群之間起著各種信息的傳遞作用。營養(yǎng)信息：通過營養(yǎng)交換的形式,把信息從一個(gè)種群傳遞到另一個(gè)種群,或從一個(gè)個(gè)體傳遞到另一個(gè)個(gè)體,食物鏈(網(wǎng))即是一個(gè)營養(yǎng)信息系統(tǒng)。物理信息：鳥鳴、獸吼、顏色、光等構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)的物理信息。行為信息：有些動(dòng)物可以通過自己的各種行為方式向同伴發(fā)出識(shí)別、威嚇、求偶和挑戰(zhàn)等信息。1/15/2023EnvironmentalProtection據(jù)科學(xué)家們觀察，生活在北極地區(qū)的北極狐是以北極兔為食的。北極狐一胎可以懷單胎，也可以懷雙胎。而這是取決于北極兔的多少。北極兔的數(shù)量多，懷雙胎；數(shù)量少則懷單胎。這對(duì)于維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡是至關(guān)重要的。難道是北極兔告訴北極狐自己的數(shù)量嗎？顯然不可能，這只能是生態(tài)系統(tǒng)中某些類似物理、化學(xué)等信息在起作用。昆蟲學(xué)家就發(fā)現(xiàn)，一只雄飛蛾能夠接近到幾公里外雌飛蛾發(fā)出的某種信號(hào)，從而趕去相會(huì)。它們敏銳的觸角能捕捉空氣中不足1/3盎司的信息素（一種無色無味的特殊化學(xué)物質(zhì)）。信息傳遞實(shí)例：一、生態(tài)平衡1、概念：生態(tài)平衡是指在一定時(shí)間和相對(duì)穩(wěn)定的條件下，生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)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(dòng)態(tài)平衡第五節(jié)生態(tài)平衡概述1/15/2023EnvironmentalProtection生態(tài)平衡的特點(diǎn)生態(tài)平衡的特點(diǎn)生態(tài)平衡是相對(duì)的平衡生態(tài)平衡是動(dòng)態(tài)的平衡原因：生態(tài)系統(tǒng)具有內(nèi)部的自我調(diào)控能力。自我調(diào)控通過反饋、抵抗力及恢復(fù)力來實(shí)現(xiàn)的。2、反饋（feedback）某一成分發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起其它成分出現(xiàn)一系列的相應(yīng)變化，這種變化最終又反過來影響最初發(fā)生變化的那種成分。兩種類型：負(fù)反饋和正反饋（1）負(fù)反饋?zhàn)饔茫和ㄟ^自身的功能以減緩系統(tǒng)的內(nèi)在壓力從而維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡結(jié)果：抑制和減弱最初發(fā)生變化的成分所發(fā)生的變化。兔子種群與植物種群之間的負(fù)反饋植物減少兩個(gè)負(fù)反饋之間

的相互關(guān)系（2）正反饋?zhàn)饔茫耗骋怀煞值淖兓鸬囊幌盗凶兓?，加速最初發(fā)生變化的成分所發(fā)生的變化結(jié)果：生態(tài)系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)在自然界中正反饋的實(shí)例不多，下面舉一例加以說明，如果一個(gè)湖泊生態(tài)系統(tǒng)受到污染，魚類的數(shù)量就會(huì)因?yàn)樗劳龆鴾p少，魚體死亡腐爛后以進(jìn)一步加重污染，并引起更多的魚類死亡，因此，由于正反饋的作用，污染會(huì)越來越嚴(yán)重，魚類死亡速度越來越快。所以正反饋常具有破壞作用，但它是爆發(fā)性的，所經(jīng)歷的時(shí)間也很短，從長遠(yuǎn)看，生態(tài)系統(tǒng)中的負(fù)反饋起主要作用?？偟膩碚f：資源和空間等充足時(shí)，正反饋則表現(xiàn)明顯；資源和空間等緊張時(shí)，負(fù)反饋則發(fā)揮主要作用生態(tài)系統(tǒng)達(dá)動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，正反饋和負(fù)反饋常交替出現(xiàn)。抵抗力(resistance)—系統(tǒng)抵御外界干擾使自身不致受到傷害的緩沖能力,抵抗力越強(qiáng)則系統(tǒng)越不容易出現(xiàn)傷害或崩潰現(xiàn)象。恢復(fù)力(resilience)—當(dāng)系統(tǒng)遭到外界干擾致使系統(tǒng)受損后迅速修復(fù)還原自己的能力,恢復(fù)力越強(qiáng)則系統(tǒng)恢復(fù)(restoration)到正常的時(shí)間越短。兩者難以兼得,恢復(fù)