八年級生物生態(tài)系統(tǒng)概述

八年級生物生態(tài)系統(tǒng)概述第1頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的組成結構與功能

生態(tài)系統(tǒng)是指在一定的空間內生物的成分和非生物的成分通過物質循環(huán)和能量流動互相作用、互相依存構成的一個具有自動調節(jié)機制的生態(tài)學功能單位。

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存在，它總是和環(huán)境密切相關、相互作用，組成有序的整體。如一個湖泊、一片草地。一、什么叫生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem）第2頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日

生態(tài)系統(tǒng)概念的提出為生態(tài)學研究和發(fā)展奠定了新的基礎，極大推動了生態(tài)學的發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)成為現代生態(tài)學研究的中心。生物大分子基因細胞組織全球都是生命系統(tǒng)器官個體生態(tài)系統(tǒng)第3頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日二、生態(tài)系統(tǒng)的基本組成成分第4頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日1、非生物成分(abioticcomponent)：生命支持系統(tǒng)

2、生物成分（bioticcomponent）：生態(tài)系統(tǒng)的主體功能性組分——功能群：生產者(producers)消費者(consumers)：植食動物、肉食動物、雜食動物、寄生動物、異養(yǎng)微生物分解者(decomposers)流通者（circulator）：昆蟲傳粉調控者（regulator）：頂極生物第5頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日三、生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結構和空間結構（一）生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結構：食物鏈和食物網１、食物鏈（foodchain）：是指生物之間通過食與被食形成一環(huán)套一環(huán)的鏈狀營養(yǎng)關系。食物鏈類型：牧食食物鏈或稱植食食物鏈（grazingfoodchain）碎屑食物鏈（detritusfoodchain）寄生食物鏈第6頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日２、食物網（foodweb）：食物鏈彼此交錯連接，形成網狀營養(yǎng)結構，稱之為食物網。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。食物網更能真實地反映生態(tài)系統(tǒng)內各種生物有機體之間的營養(yǎng)位置和相互關系。第7頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日１－１第8頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日圖１－２第9頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日１－３第10頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日（二）生態(tài)系統(tǒng)的空間結構

自然生態(tài)系統(tǒng)的自養(yǎng)和異養(yǎng)成分在空間上通常是分層的圖１－４第11頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日四、生態(tài)系統(tǒng)能量流動和物質循環(huán)的基本過程（一）生態(tài)系統(tǒng)的初級生產和能量流動（energytransfer）

生態(tài)系統(tǒng)的能源來自太陽，光合作用固定的能量轉化為化學潛能貯存在被結合的有機物分子鍵中。第12頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動與轉化服從熱力學定律。攝食是一種形式的化學能轉化為另一種形式化學能的過程。植物光合作用形成的有機物質和能量，一部分呼吸消耗，剩余提供給下一營養(yǎng)級。植食性動物利用一部分凈初級產量，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一部分用于機體的生命活動，轉變成熱能而散失，還有一部分以代謝廢物（如尿液）的形式排出。其余的才是轉化為植食性動物的繁殖與生長，也就是能夠提供給下一營養(yǎng)級利用的能量。

食物種群＝

動物得到的＝

動物未得到的

動物吃進的＝

動物未吃進的

被同化的＝

未同化的

次級生產量＝

呼吸代謝

被更高營養(yǎng)級取食

未被取食

第13頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日１－５第14頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日（二）生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)（cycleofmatter）植物在光合作用過程中同時吸收各種養(yǎng)分，主要是無機物質（如NO3－、PO43－等），轉變?yōu)樯矬w中各種有機物質（如碳水化合物、蛋白質、核酸等）。它們通過綠色植物吸收進入食物鏈，并在各營養(yǎng)級之間傳遞、轉化，當生物死亡后，機體內各種有機物質被微生物分解成為無機物釋回環(huán)境中，然后再一次被植物吸收利用，重新進入食物鏈，參加生態(tài)系統(tǒng)的物質再循環(huán)。生物地化循環(huán)（biogeochemicalcycle）：生態(tài)系統(tǒng)之間各種物質或元素的輸入和輸出以及它們在大氣圈、水圈、土壤圈、巖石圈之間的交換。第15頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日

生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)和能量流動是緊密聯(lián)系、不可分割的，能量是通過物質載體來流動的，但是，兩者又有根本區(qū)別。能量來源于太陽，在食物鏈中向著一個方向逐級流動，不斷消耗和散失；而營養(yǎng)物質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)，或從一個生態(tài)系統(tǒng)消失而又在另一個生態(tài)系統(tǒng)出現。能量流動與物質循環(huán)的關系第16頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日庫(pool)：研究生態(tài)系統(tǒng)中某一物質在生物或非生物環(huán)境中貯存的數量。貯存庫（reservoirpool）、交換庫或循環(huán)庫(exchangeorcyclingpool)

流通率：物質在生態(tài)系統(tǒng)中庫與庫之間流通的速率。周轉率：某物質的流通率與庫含量之比即為周轉率。周轉時間：周轉率的倒數

周轉率

＝

流通率庫中營養(yǎng)物質量

周轉時間

＝

庫中營養(yǎng)物質量流通率

第17頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日營養(yǎng)信息：在某種意義上說，食物鏈、食物網就代表著一種信息傳遞系統(tǒng)化學信息：生物代謝產生的物質，如酶、維生素、生長素、抗生素、性引誘劑均屬于傳遞信息的化學物質。有的相互制約，有的互相促進，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)系成一個整體，并具有調節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用。

五、生態(tài)系統(tǒng)的信息聯(lián)系第18頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日1、反饋機制（feedbackmechanism）：生態(tài)系統(tǒng)自我調節(jié)通過反饋機制來實現反饋：當生態(tài)系統(tǒng)中某一成分發(fā)生變化的時候，它必然會引起其他成分出現一系列的相應變化，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

第19頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日

反饋有正反饋（positivefeedback）和負反饋（negativefeedback）之分。正、負反饋作用同時存在，在系統(tǒng)發(fā)展的不同階段作用強度不同，大發(fā)展階段系統(tǒng)調節(jié)以正反饋為主，系統(tǒng)生物量、體積、多樣性、復雜性迅速增加，大發(fā)展過后，隨即是一段減速增加階段，負反饋逐漸起作用，系統(tǒng)的各個參數趨向于在一個恒定水平附波動。第20頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日１－６第21頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日

2、生態(tài)平衡（ecologicalequilibrium）

生態(tài)平衡的概念是指一段時間內，生態(tài)系統(tǒng)的結構、過程和功能相對穩(wěn)定的狀態(tài)。在一般情況下，如果生態(tài)系統(tǒng)能量和物質的輸入大于輸出時，生物量增加，反之，生物量減少。如果輸入和輸出在較長時間趨于相等，系統(tǒng)的結構與功能長期處于穩(wěn)定狀態(tài)（這時動、植物的種類和數量也保持相對穩(wěn)定，環(huán)境的生產潛力得以充分發(fā)揮，能流途徑暢通），在外來干擾下能通過自我調節(jié)恢復到原初的穩(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。第22頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日

一個相對穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)是經過不同演替階段而發(fā)展起來的。在發(fā)展的初期階段，其結構比較簡單，功能效率不高，因而比較不穩(wěn)定，對外界干擾的抵抗能力較差；而當生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展到成熟階段，結構就變得更加復雜起來，其功能效率也相應地提高了（生物圈2號）。第23頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日生態(tài)閾限：生態(tài)系統(tǒng)自我調節(jié)功能是有限度的，只有在某一限度內可以自我調節(jié)自然界或人類施加的干擾。生態(tài)平衡失調(生態(tài)失調)的主要因素：1、自然因素2、、人類干擾生態(tài)失調表現：群落中生物種類減少；種的多樣性降低；結構漸趨簡化。當外界壓力太大而持久的話，系統(tǒng)內各種結構的變化更加厲害，甚至使某個基本成分從系統(tǒng)中消失，最后整個結構崩潰。第24頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日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)。第25頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日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)第26頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日3．人工生態(tài)系統(tǒng)

3.1農田生態(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)，簡單的生態(tài)系統(tǒng)組成復雜的生態(tài)系統(tǒng)。地球上所有的生態(tài)系統(tǒng)合成生物圈。第27頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日自然生態(tài)系統(tǒng)（naturalecosystem）人工生態(tài)系統(tǒng)（artificialecosystem）按人類對生態(tài)系統(tǒng)的影響來劃分：第28頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日①自然無補加的太陽供能系統(tǒng)（naturalunsubsidizedsolar-poweredecosystem）②自然補加的太陽供能系統(tǒng)（naturalsubsidizedsolar-poweredecosystem）：河口灣、潮間帶、湖泊③人類補加的太陽供能生態(tài)系統(tǒng)（humansubsidizedsolar-poweredecosystem）：農田、水產養(yǎng)殖等④燃料供能的城市工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)（fuel-poweredurban-industrialecosystem）生態(tài)系統(tǒng)幾乎都屬于開放系統(tǒng)（openedsystem）。封閉系統(tǒng)（closedsystem）與隔離系統(tǒng)（isolatedsystem）一般都是人為的。按能量來源和能流特征作為分類依據：第29頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日

第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的形成、

進化與Gaia假說

一、生命起源與生態(tài)系統(tǒng)的形成與進化原始生命起源于一系列復雜的化學進化：原始地球沒有水圈、土圈、大氣圈，只有巖石。由于地球內部放射性元素的裂變與衰變產生大量能量，促使大陸板塊發(fā)生移動，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，導致強烈的火山活動，地球內部各種氣體大量噴發(fā)，形成原始大氣圈。主要氣體包括CO2、CH4、H2S、NH3、H2、N2和H2O（水蒸氣）等。水蒸氣凝結后降落地面，在低洼地帶形成海洋與湖泊，出現了水圈。第30頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日在宇宙射線、太陽紫外線、雷電與高溫的作用下，水圈與大氣圈某些物質發(fā)生強烈化學反應，形成簡單有機小分子，有機小分子匯集海洋，經過漫長歲月的復雜化學變化，產生氨基酸、核苷酸等有機分子，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5~10米深處出現的原始厭氧微生物——菌藻類，從化石判斷出現在38億年前。第31頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日原始生命是通過發(fā)酵獲得呼吸所需的能量。有機食物的貧乏可能成為選擇性壓力，促使產生能進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，能進行光合作用的自養(yǎng)微生物出現，釋放氧氣，綠色植物的出現加速了大氣層氧氣的積累，為動物的誕生創(chuàng)造了條件。綠色植物的出現是地球發(fā)展史上的重要里程碑。使地球化學的面貌發(fā)生巨大的變化，原始大氣層的成分也逐漸發(fā)生本質的變化。第32頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日需氧呼吸出現后，因其效率高，為出現復雜的多細胞生物創(chuàng)造了必需條件。原始食物鏈也隨之出現。距今4.2億年，大氣中氧含量上升到現在水平的10%以上，在雷電和太陽紫外線的作用下，在距地表20~25公里高空形成臭氧層。臭氧層吸收大量紫外線，為生物到達海面和登上陸地創(chuàng)造了條件，首先登陸的是裸蕨類植物。植物的枯落物及殘體經過分解與原始風化物相互作用，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。土壤的形成與增厚加速了生物的進化，達到今日的繁榮。生物的進化不僅是諸物種協(xié)同進化的歷史，同時生物圈生態(tài)系統(tǒng)的形成與發(fā)展，也是生物與環(huán)境協(xié)同進化的歷史。第33頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日關于生物與地球環(huán)境的問題，過去比較流行的觀念是：生物是被動地適應地球環(huán)境的理化條件的。英國科學家Lovelock于20世紀60年代提出一個地球自我調節(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）的生長和代謝所主動調控的。二、Gaia假說

——地球自我調節(jié)理論第34頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日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)生相應變化時，地球上