環(huán)境生態(tài)學(xué)-生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)-生態(tài)系統(tǒng)的基本功能

第四章生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的基本功能一、生態(tài)系統(tǒng)的生物生產(chǎn)（一）初級生產(chǎn)1.概念：初級生產(chǎn)量，凈初級生產(chǎn)量，總初級生產(chǎn)量2.初級生產(chǎn)量的變化群落演替時的變化規(guī)律。（二）次級生產(chǎn)二、生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是指生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞和散失的過程。綠色植物的光合作用固定太陽能開始了能量的輸入。1、概念：2、輸入（起點）：生產(chǎn)者固定的太陽能的總量是流動的總能量。3、總值：4、傳遞的途徑：食物鏈和食物網(wǎng)初級消費者次級消費者

生產(chǎn)者（植物）以有機(jī)物形式沿食物鏈向下一營養(yǎng)級傳遞；散失的是三大功能類群生物的呼吸作用產(chǎn)生的熱能。5、過程：能量流入某一營養(yǎng)級后的四個去向呼吸散失①自身儲存②殘落物、遺體③流入下一營養(yǎng)級④6、特點能量只能沿著食物鏈由低營養(yǎng)級流向高營養(yǎng)級。②逐級遞減每個營養(yǎng)級生物都因呼吸作用而散失部分熱能每個營養(yǎng)級生物總有一部分不能被下一營養(yǎng)級利用傳遞效率10%～20%（形象地用能量金字塔表示）①單向流動能量金字塔生物量金字塔數(shù)量金字塔生態(tài)金字塔指將每個營養(yǎng)級有機(jī)體的能量、生物量及個體數(shù)量，按營養(yǎng)級排列起來，繪制成圖形，統(tǒng)稱生態(tài)金字塔（生態(tài)錐體）。③能量流是變化的④能量在流動中質(zhì)量逐漸提高

幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關(guān)系，使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧?、研究意義：

思維訓(xùn)練：1．為什么肉類食品的價格比小白菜價格高？如D魚體重增加1kg，所需浮游植物等。1000kg

課堂練習(xí)：1、肉食動物不可能是一條食物鏈中的第幾營養(yǎng)級（）

A．第五B．第二C．第三D．第四

2、對水稻→鼠→蛇→鷹這條食物鏈的錯誤描述是（）A.水稻是生產(chǎn)者B.鼠是初級消費者C.蛇是次級消費者D.鷹屬于第三營養(yǎng)級BD識圖作答：下圖表示生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，請據(jù)圖回答：（1）將A、B、C、D各營養(yǎng)級的名稱依次寫在圖中：

A．______B．_____

C．______D．______生產(chǎn)者初級消費者次級消費者三級消費者（2）圖中a1代表（3）圖中a2代表（4）a3＜a2的原因是（5）從生態(tài)系統(tǒng)能量傳遞效率上看，一個營養(yǎng)級的能量，流到下一個營養(yǎng)級只有______。因此，一個食物鏈一般不能超過______。生產(chǎn)者所固定的太陽能從第一營養(yǎng)級流動到第二營養(yǎng)級的能量

初級消費者呼吸作用消耗了大部分的能量，只有10％-20％的能量傳遞給次級消費者，10％－20％五個營養(yǎng)級生態(tài)系統(tǒng)中的一切生物（動物、植物、微生物）和非生物的環(huán)境，都是由運動著的物質(zhì)構(gòu)成的。并在地球長期的演化過程中建立起來了各種循環(huán)體系。其中碳、氫、氧、氮、硫、磷等的循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)基本的物質(zhì)循環(huán)。錳、鋅、銅、鉬、鈷、鈣、鎂、鉀等微量元素，也在生態(tài)系統(tǒng)中的構(gòu)成了各自的循環(huán)。三、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)（一）物質(zhì)循環(huán)的模式庫：物質(zhì)在運動過程中被暫時固定儲存的場所生態(tài)系統(tǒng)中各組分都是物質(zhì)循環(huán)的庫植物庫、動物庫、土壤庫、水體庫等流通率：單位時間、單位面積/體積的物質(zhì)轉(zhuǎn)移量周轉(zhuǎn)率：流通率/庫中營養(yǎng)物質(zhì)總量周轉(zhuǎn)時間：庫中營養(yǎng)物質(zhì)總量/流通率能量流動和物質(zhì)循環(huán)的相互關(guān)系能量流動物質(zhì)循環(huán)形式特點范圍聯(lián)系主要以有機(jī)物形式單向流動逐級遞減生態(tài)系統(tǒng)的各營養(yǎng)級組成生物體的基本元素在生物群落與無機(jī)環(huán)境間反復(fù)循環(huán)反復(fù)循環(huán)維持生態(tài)平衡具全球生物圈能量流動和物質(zhì)循環(huán)二者相互伴隨，相輔相承，是不可分割的統(tǒng)一整體。水循環(huán)氣體型循環(huán)（C,N）沉積型循環(huán)（S,P）（二）物質(zhì)循環(huán)的類型（三）水循環(huán)水和水循環(huán)對于生態(tài)系統(tǒng)具有特別重要意義，它是地球上各種物質(zhì)循環(huán)的中心循環(huán)。通過降水和蒸發(fā)這兩種形式，使地球水分達(dá)到平衡狀態(tài)。此外，水循環(huán)通過地表徑流將各種營養(yǎng)物質(zhì)從一個生態(tài)系統(tǒng)搬到另一個生態(tài)系統(tǒng)，補充某些生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)物質(zhì)的不足。生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán)降雨截留穿透雨蒸騰滲透土壤吸收地表徑流地下徑流消費者地面蒸發(fā)水和水循環(huán)對于生態(tài)系統(tǒng)具有特別重要意義，它是地球上各種物質(zhì)循環(huán)的中心環(huán)。（四）碳循環(huán)1.全球碳貯存量約為26×1015噸，絕大部分以碳酸鹽的形式禁錮在巖石圈中，其次是化石燃料。生物可直接利用的碳是水圈和大氣圈中主要以CO2形式存在的碳。2.碳在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)不平衡引起的生態(tài)效應(yīng)：CO2增加，引起的溫室效應(yīng)，致使全球變暖。(1)減少CO2的排放：提高能源的利用效率——發(fā)電采用高效先進(jìn)技術(shù)；大力發(fā)展不含碳的能源和低碳能源代替煤炭——水力發(fā)電、核能發(fā)電、充分利用各種再生能源（太陽能、風(fēng)能、潮汐能等）、天然氣、生物能（如沼氣利用）等。(2)大力開展對CO2的吸收、固定和利用——海洋交換吸收、陸地植樹種草、保護(hù)森林植被。3、保持碳循環(huán)相對平衡的生態(tài)對策（五）氮循環(huán)固氮作用——三條途徑：氨化作用——由氨化細(xì)菌而后真菌的作用將有機(jī)氮分解成為氨與氨化合物。硝化作用——氨化合物被亞硝酸鹽細(xì)菌和硝酸鹽細(xì)菌氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽。反硝化作用——也稱脫氨作用，反硝化細(xì)菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)變成大氣氮，回到大氣庫中。（六）沉積型循環(huán)（P，S，Ca等）分子或化合物無氣體形態(tài)，以固體顆粒存在主要儲存庫：土壤，沉積物，巖石圈循環(huán)的全球性不明顯循環(huán)性能不完善，易發(fā)生局部短缺，難以在短期內(nèi)補充。（七）有毒有害物質(zhì)的循環(huán)有毒有害物質(zhì)循環(huán)的特點：有毒物質(zhì)進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的途徑是多種多樣的。在食物鏈營養(yǎng)級上進(jìn)行循環(huán)流動并逐級濃縮富集，在生物體代謝過程中不能被排泄而被生物體同化，長期停留于生物體內(nèi)；有些有毒有害物質(zhì)不能分解而相反經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)后使毒性增加。

有毒有害物質(zhì)的循環(huán)是指那些對有機(jī)體有害的物質(zhì)進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，通過食物鏈富集或被分解的過程。以DDT為例DDT（二氯二苯三氯乙烷）DDT是一種人工合成有機(jī)氯殺蟲劑，它的問世，對農(nóng)業(yè)的發(fā)展起了很大作用，但它是是有機(jī)毒物。生態(tài)系統(tǒng)通過兩個途徑吸入人類噴灑的DDT并通過食物鏈加以富集：①通過植物莖葉、根系進(jìn)入植物體草食動物肉肉食動物食逐級濃縮；②噴灑的DDT落入地面經(jīng)土壤動物吃用富集陸上動物逐級濃縮。1.蜜蜂分別向同伴傳遞了什么信息？2.信息分別是怎么傳遞的？四、生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞下例信息各屬于哪種信息類型？物理信息(一)物理信息生態(tài)系統(tǒng)物理過程傳遞的信息稱為物理信息。1．光信息2．聲信息3．電信息4．磁信息

昆蟲學(xué)家就發(fā)現(xiàn)，一只雄飛蛾能夠接收到幾公里外雌飛蛾發(fā)出的某種信號，從而趕去相會。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)）。鳳眼蓮根部的分泌物可以明顯地抑制由于水體富營養(yǎng)化而大量繁殖的藻類的生長。化學(xué)信息(二)化學(xué)信息及其傳遞生物代謝產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)傳遞的信息，稱為化學(xué)信息。1．動物和植物間的化學(xué)信息2．動物之間的化學(xué)信息3．植物之間的化學(xué)信息

在繁殖季節(jié)，公雞“抖抖大紅冠子花外衣”來引誘母雞交配

。行為信息(三)行為信息

植物的表現(xiàn)和動物的行動傳遞的信息，通稱為行為信息。北極狐北極兔北極狐和北極兔據(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？(四)營養(yǎng)信息在生態(tài)系統(tǒng)中，食物鏈各營養(yǎng)級的種類和數(shù)量信息稱為營養(yǎng)信息。下列信息是哪一種類型:信息傳遞在生態(tài)系統(tǒng)中的作用萵苣種子萌發(fā)率與光的波長的關(guān)系作用：生命活動的正常進(jìn)行，離不開信息的作用。

許多動物都能在特定時期釋放用于吸引異性的信息素，用來傳遞性信號。作用：生物種群的繁衍,離不開信息的傳遞.作用：調(diào)節(jié)生物的種間關(guān)系，以維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。信息傳遞在生態(tài)系統(tǒng)中的作用信息傳遞在生態(tài)系統(tǒng)中的作用1.生命活動的正常進(jìn)行，離不開信息的作用。2.生物種群的繁衍，離不開信息的傳遞。3.調(diào)節(jié)生物的種間關(guān)系，以維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。信息傳遞在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1.提高農(nóng)產(chǎn)品或畜產(chǎn)品的產(chǎn)量例1利用模擬的動物信息吸引大量的傳粉動物，可以提高果樹的傳粉效率和結(jié)實率。例2養(yǎng)雞業(yè)在給雞增加營養(yǎng)的基礎(chǔ)上延長光照時間，可以提高產(chǎn)蛋率。2.對有害動物進(jìn)行控制

利用音響設(shè)備發(fā)出不同的聲信號誘捕或驅(qū)趕某些動物，使其結(jié)群或遠(yuǎn)離農(nóng)田。例3例4

利用特殊的化學(xué)物質(zhì)，擾亂某些動物的雌雄交配，使有害動物種群的繁殖力下降，從而減少有害動物對農(nóng)作物的破壞。正常的生態(tài)演替維持了生態(tài)系統(tǒng)的平衡五、生態(tài)平衡在一定時期內(nèi)，生產(chǎn)者、消費者和分解者之間的能量流動、物質(zhì)循環(huán)和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較長時間的保持穩(wěn)定，這種平衡狀態(tài)叫生態(tài)平衡。結(jié)構(gòu)平衡的標(biāo)志1.生物種類和數(shù)量保持相對穩(wěn)定。2.生產(chǎn)者、消費者和分解者之間構(gòu)成完整的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，食物網(wǎng)關(guān)系復(fù)雜。3.在平衡條件下，生態(tài)系統(tǒng)中生物的個體數(shù)目最多，生物量最大，生產(chǎn)力也最大，生物種類最多，種類比例適宜。（一）生態(tài)系統(tǒng)平衡的標(biāo)志

生態(tài)系統(tǒng)成分越復(fù)雜，生物種類越多生態(tài)平衡不易破壞自動調(diào)節(jié)能力越強功能平衡的標(biāo)志生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)較長時間保持平衡狀態(tài)。不平衡平衡不平衡平衡不平衡平衡穩(wěn)態(tài)新的穩(wěn)態(tài)1.能量特征2.食物網(wǎng)特征3.物質(zhì)循環(huán)特征4.群落結(jié)構(gòu)特征5.種群適應(yīng)對策特征（二）生態(tài)系統(tǒng)平衡的基本特征1.反饋：生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)的能力，維持自身的穩(wěn)定性，自然生態(tài)系統(tǒng)可以看成是一個控制論系統(tǒng)，因此，反饋在維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面具有重要的作用。2.后備力3.抵抗力4.恢復(fù)力（三）生態(tài)平衡的調(diào)節(jié)機(jī)制（四）生態(tài)系統(tǒng)平衡失調(diào)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)平衡失調(diào)的原因1.自然原因火山爆發(fā)海嘯地震臺風(fēng)亂砍、濫伐、重采輕造、采育失調(diào)，使森林資源遭到破壞。排放“三廢”、濫施化肥農(nóng)藥，使有毒物質(zhì)進(jìn)入食物鏈，危害生態(tài)系統(tǒng)的健康。大量圍湖造田，破壞了全球生態(tài)系統(tǒng)的比例結(jié)構(gòu)。濫墾草場、過度放牧，加速了草原的沙化。農(nóng)田灌溉排水系統(tǒng)不配套，加劇了土壤的次生鹽堿化。2.人為原因生態(tài)入侵森林被大量破壞樹木砍伐后山林退化河流污染滇池圍湖造田出現(xiàn)了水華的湖泊（水體富營養(yǎng)化）返回外來物種的危害有：（a）危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失；種類農(nóng)作物減產(chǎn)率種類農(nóng)作物減產(chǎn)率水稻象甲50%水花生水稻45%香蕉穿孔線蟲40%小麥36%美洲斑潛蠅60%玉米19%每年打撈水葫蘆的費用超過10億元?；ッ谆ú菸⒏示账J紫莖澤蘭五爪金龍（b）危害生態(tài)系統(tǒng)，破壞生物多樣性；紫莖澤蘭以每年10公頃的速度由南向北蔓延，侵占農(nóng)田植被、占領(lǐng)草場和采伐跡地，排擠本土植物并阻礙植被的自然恢復(fù)。（c）危害人畜健康，威脅人類安全。視頻：警惕外來入侵（三）生態(tài)系統(tǒng)平衡失調(diào)的標(biāo)志1.平衡失調(diào)的結(jié)構(gòu)標(biāo)志2．生態(tài)平衡失調(diào)的功能標(biāo)志結(jié)構(gòu)上的標(biāo)志1.一級標(biāo)志——結(jié)構(gòu)缺損生態(tài)系統(tǒng)的四大要素中缺少某一個或某幾個要素。毀林消費者消失或死亡山洪爆發(fā)水土流失表土沖走分解者受損生態(tài)系統(tǒng)崩潰2.二級標(biāo)志——結(jié)構(gòu)變化主要表現(xiàn)為生物種類減少，種群數(shù)量下降，層次結(jié)構(gòu)變化等。（1）生產(chǎn)者結(jié)構(gòu)的變化：如草原過度放牧（2）消費者結(jié)構(gòu)的變化：如草原不顧一切的打獵（3）分解者結(jié)構(gòu)的變化（4）非生物成分組成和結(jié)構(gòu)的變化水體污染水質(zhì)惡化水生動植物受害功能上的標(biāo)志1.能量流動受阻（1）初級生產(chǎn)者的生產(chǎn)力下降例如