第十一章 生態(tài)系統(tǒng)的一般特征

生態(tài)系統(tǒng)的一般特征主要內(nèi)容一、生態(tài)系統(tǒng)的基本概念二、生態(tài)系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)三、食物鏈和食物網(wǎng)四、營(yíng)養(yǎng)級(jí)和生態(tài)金字塔五、生態(tài)效率六、生態(tài)系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)和生態(tài)金字塔一、生態(tài)系統(tǒng)的基本概念生態(tài)系統(tǒng)(ecosystem)：在一定空間中共同棲居著的所有生物(生物群落)與其環(huán)境之間由于不斷進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)過(guò)程而形成的統(tǒng)一整體。系統(tǒng)(system)：相互作用、相互依賴(lài)的事物有規(guī)律地聯(lián)合的集合體許多成分組成各成分間相互聯(lián)系、相互作用獨(dú)立的、特定的功能。生物地理群落(biogeocoenosis)1、生態(tài)系統(tǒng)的特征生態(tài)學(xué)的一個(gè)主要結(jié)構(gòu)和功能單位，屬于生態(tài)學(xué)研究的最高層次。內(nèi)部具有自我調(diào)節(jié)能力。能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞是生態(tài)系統(tǒng)的三大功能。營(yíng)養(yǎng)級(jí)的數(shù)目受限于生產(chǎn)者所固定的最大能值和能量在流動(dòng)中巨大損失，生態(tài)系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)級(jí)不會(huì)超過(guò)5-6個(gè)。動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。2、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(hù)和利用生態(tài)系統(tǒng)調(diào)控機(jī)制的研究生態(tài)系統(tǒng)退化的機(jī)制、恢復(fù)及其修復(fù)研究全球性生態(tài)問(wèn)題的研究生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的研究3、自然生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)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(diǎn)。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(jià)值，具有較高的生產(chǎn)力，能滿(mǎn)足人類(lèi)物質(zhì)的需求，還給人類(lèi)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(guò)程、合理性機(jī)制、以及人類(lèi)活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的影響，對(duì)于有效利用和保護(hù)自然生態(tài)系統(tǒng)均有較大的意義。二、生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)1、生物群落生產(chǎn)者(producer)消費(fèi)者(consumer)：食草動(dòng)物、食肉動(dòng)物、大型食肉動(dòng)物分解者(decomposer)2、非生物環(huán)境無(wú)機(jī)物質(zhì)有機(jī)物質(zhì)氣候因素(及其他物理?xiàng)l件）3、成份之間的相互作用關(guān)系池塘生態(tài)系統(tǒng)示意圖一個(gè)簡(jiǎn)單的陸地生態(tài)系統(tǒng)模式圖3、生態(tài)系統(tǒng)各成份的相互關(guān)系無(wú)機(jī)物質(zhì)

有機(jī)物質(zhì)

氣候因素線(xiàn)條粗細(xì)表示作用強(qiáng)弱和物質(zhì)能量流通的總量多寡消費(fèi)者分解者生產(chǎn)者植物，化能合成細(xì)菌動(dòng)物，包括大型消費(fèi)者小型消費(fèi)者細(xì)菌真菌日光能三、食物鏈和食物網(wǎng)

食物鏈(foodchain)：生產(chǎn)者所固定的能量和物質(zhì)，通過(guò)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。

食物網(wǎng)(foodweb)：食物鏈彼此交錯(cuò)連結(jié)，形成一個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。1、食物鏈類(lèi)型捕食食物鏈碎屑食物鏈寄生食物鏈（1）捕食食物鏈概念：綠色植物為起點(diǎn)到食草動(dòng)物進(jìn)而到食肉動(dòng)物的食物鏈。植物-食草動(dòng)物-食肉動(dòng)物。—草原上：青草-野兔-狐貍-狼?！粗校涸孱?lèi)-甲殼類(lèi)-小魚(yú)-大魚(yú)。（2）碎屑食物鏈概念：動(dòng)、植物的遺體被食腐性生物(小型土壤動(dòng)物、真菌、細(xì)菌)取食，然后到他們的捕食者的食物鏈。植物殘?bào)w-蚯蚓-線(xiàn)蟲(chóng)類(lèi)-節(jié)肢動(dòng)物。捕食食物鏈與碎屑食物鏈（3）寄生食物鏈由宿主和寄生物構(gòu)成。以大型動(dòng)物為食物鏈的起點(diǎn)，繼之以小型動(dòng)物、微型動(dòng)物、細(xì)菌和病毒。后者與前者是寄生關(guān)系。哺乳動(dòng)物或鳥(niǎo)類(lèi)-跳蚤-原生動(dòng)物-細(xì)菌-病毒。小型浮游植物大型硅藻、甲藻和微型浮游植物大型浮游動(dòng)物食浮游生物魚(yú)類(lèi)如鯡等底棲植食動(dòng)物蛤,牡蠣,多毛類(lèi)等底棲肉食魚(yú)類(lèi)鱈魚(yú)等大型肉食魚(yú)類(lèi)鯊魚(yú)鮭魚(yú)等海洋食物鏈南極海洋浮游食物網(wǎng)狼、狐、雪鸮、賊鷗、隼麝牛、馴鹿、雪兔旅鼠、雷鳥(niǎo)、雁鷸、雀類(lèi)昆蟲(chóng)植被食物關(guān)系能量關(guān)系主線(xiàn)凍原生態(tài)系統(tǒng)食物鏈2、食物網(wǎng)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(fèi)者取食，于是食物鏈交錯(cuò)起來(lái)，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(duì)平衡，并推動(dòng)著生物的進(jìn)化，成為自然界發(fā)展演變的動(dòng)力食物網(wǎng)以營(yíng)養(yǎng)為紐帶，把生物與環(huán)境、生物與生物緊密聯(lián)系起來(lái)的結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)食物網(wǎng)北極島嶼簡(jiǎn)單的食物網(wǎng)FOODWEBAfewoftheorganismsinatemperatetall-grassprairieandthefoodwebthatconnectsthemFOODWEB

四、營(yíng)養(yǎng)級(jí)與生態(tài)金字塔營(yíng)養(yǎng)級(jí)(trophiclevel)：處于食物鏈某一環(huán)節(jié)上的所有生物種的總和。營(yíng)養(yǎng)級(jí)生態(tài)系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)級(jí)數(shù)目各營(yíng)養(yǎng)級(jí)消費(fèi)者不可能100%利用前一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物量。各營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化率也不是100%，總有一部分排泄出去。各營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物要維持自身的活動(dòng)，消耗一部分熱量。能流在通過(guò)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)時(shí)會(huì)急劇減少，食物鏈就不可能太長(zhǎng)。生態(tài)系統(tǒng)中的營(yíng)養(yǎng)級(jí)一般只有四、五級(jí)，很少超過(guò)六級(jí)。TERRESTRIALFOODCHAIN

Inafoodchain,energyispassedfromonetrophicleveltothenextBUTthetransferofenergyisNEVER100%efficient.Thatis,thereisalwayssomeenergylostperthe2ndLawofThermodynamics.Thislostenergyiscalledentropy.Thelengthoffoodchains

2、生態(tài)金字塔(ecologicalpyramid)營(yíng)養(yǎng)級(jí)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(gè)體數(shù)量單位來(lái)表示—能量金字塔—生物量金字塔—數(shù)量金字塔（1）能量金字塔由各營(yíng)養(yǎng)級(jí)所固定的總能量值的多少來(lái)構(gòu)成的生態(tài)金字塔。以相同的單位面積和單位時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)者和各級(jí)消費(fèi)者所積累的能量比率來(lái)構(gòu)造。千卡/平方米·年。EnergyPyramid

Anenergypyramidforaprairieecosystem.Eachtrophiclevelfromproducertotertiaryconsumerhaslessenergystoredinit.Thewidthoftherectanglesrepresentsenergyfoundintheorganismsateachtrophiclevel.energypyramid（2）生物量金字塔

以相同單位面積上生產(chǎn)者和各級(jí)消費(fèi)者的生物量即生命物質(zhì)總量建立的金字塔。對(duì)陸地、淺水生態(tài)系統(tǒng)中比較典型，因?yàn)樯a(chǎn)者是大型的，所以塔基比較大，金字塔比較規(guī)則。生物量金字塔生物量金字塔

湖泊和開(kāi)曠海洋，第一性生產(chǎn)者主要為微型藻類(lèi)，生活周期短，繁殖迅速，大量被植食動(dòng)物取食利用，在任何時(shí)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（3）數(shù)量金字塔

單位面積內(nèi)生產(chǎn)者的個(gè)體數(shù)目為塔基，以相同面積內(nèi)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)位有機(jī)體數(shù)目構(gòu)成塔身及塔頂。一般每一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)所包括的有機(jī)體數(shù)目，沿食物鏈向上遞減。數(shù)量金字塔有時(shí)植食動(dòng)物比生產(chǎn)者數(shù)目多。如昆蟲(chóng)和樹(shù)木個(gè)體大小差別很大，只用個(gè)體數(shù)目多少來(lái)說(shuō)明問(wèn)題有局限性。4、不同類(lèi)型金字塔的比較能量金字塔表達(dá)營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)最全面，確切表示食物通過(guò)食物鏈的效率，永遠(yuǎn)是正塔型。數(shù)量金字塔過(guò)分突出小生物體的重要性。生物量金字塔過(guò)分突出大生物體的重要性。五、生態(tài)效率生態(tài)效率：各種能流參數(shù)中的任何一個(gè)參數(shù)在營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間或營(yíng)養(yǎng)級(jí)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(dòng)物消化道內(nèi)被吸收的能量，即消費(fèi)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(dòng)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(dòng)物攝食的能量中被同化了的能量比例：Ae=An/In肉食動(dòng)物的同化效率高于植食動(dòng)物生產(chǎn)效率組織生產(chǎn)效率：Pe=Pn/An生態(tài)生長(zhǎng)效率:Ee=Pn/In營(yíng)養(yǎng)級(jí)越高，生長(zhǎng)效率越低植物的生長(zhǎng)效率>動(dòng)物—植物將光合能量大約40%呼吸，60%生長(zhǎng)—肉食動(dòng)物同化能量大約65%用于呼吸，35%用于生長(zhǎng)哺乳動(dòng)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ProductionEfficiencies營(yíng)養(yǎng)級(jí)位之間的生態(tài)效率量度營(yíng)養(yǎng)級(jí)位之間的轉(zhuǎn)化效率消費(fèi)效率：消費(fèi)效率量度一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)對(duì)前一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的相對(duì)取食壓力。Ce=In+1/Pn一般在20-35%范圍內(nèi)，每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)凈生產(chǎn)的65%-75%進(jìn)入碎屑食物鏈利用效率：利用效率的高低，說(shuō)明前一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的凈生產(chǎn)量被后一營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化多少Ue=An+1/Pn林德曼效率林德曼效率：n+1營(yíng)養(yǎng)級(jí)所獲得的能量占n營(yíng)養(yǎng)級(jí)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(yíng)養(yǎng)級(jí)的移動(dòng)時(shí)，逐級(jí)變小，后一營(yíng)養(yǎng)級(jí)只能是前一營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的十分之一左右。1-22-33-4營(yíng)養(yǎng)級(jí)3020101-22-33-4營(yíng)養(yǎng)級(jí)302010林德曼效率利用效率對(duì)多個(gè)生態(tài)系統(tǒng)實(shí)測(cè)值比較生態(tài)效率

12.6生態(tài)系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)和生態(tài)平衡負(fù)反饋12.6.2生態(tài)平衡生態(tài)平衡：生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)發(fā)育和調(diào)節(jié)所達(dá)到的一種穩(wěn)定狀態(tài)，它包括結(jié)構(gòu)、功能和能量輸入和輸出的穩(wěn)定。生態(tài)閾值：生態(tài)系統(tǒng)受外界干擾后，自動(dòng)調(diào)節(jié)的極限。生態(tài)危機(jī)：由于人類(lèi)盲目活動(dòng)而導(dǎo)致局部地區(qū)甚至整個(gè)生物圈結(jié)構(gòu)和功能的失衡，從而威脅人類(lèi)的生存。本章小結(jié)生態(tài)系統(tǒng)的概念。生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：三大功能類(lèi)群+無(wú)機(jī)環(huán)境；食物鏈；食物網(wǎng)。生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)及調(diào)節(jié)：負(fù)反饋、生態(tài)平衡。生態(tài)系統(tǒng)的功能：物質(zhì)生產(chǎn)（初級(jí)、次級(jí)生產(chǎn)）、能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)、信息傳遞。本章主要概念

生態(tài)系統(tǒng)、生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者、食物鏈、食物網(wǎng)、初級(jí)生產(chǎn)、次級(jí)生產(chǎn)、負(fù)反饋、生態(tài)效率、生態(tài)平衡、營(yíng)養(yǎng)級(jí)、生態(tài)金字塔、思考題1.什么是生態(tài)系統(tǒng)？它具有哪些特征?2.生態(tài)系統(tǒng)的功能類(lèi)群分為哪幾類(lèi)？各包括哪些生物類(lèi)群？它們是通過(guò)怎樣的方式聯(lián)系成為一