生态学---第五章--生态系统生态学-2生态系统的基本功能和生态平衡

第五章生态系统生态学1\n第二节生态系统的基本功能和生态平衡2\n本节主要内容一、生态系统的生物生产二、生态系统的能量流动三、生态系统的物质循环四、生态系统的信息传递五、生态平衡3\n一、生态系统的生物生产（一）初级生产1.概念：初级生产量，净初级生产量，总初级生产量2.初级生产量的变化（二）次级生产次级生产量的一般生产过程4\n四生态系统的能量动态和储存（一）基本名词解释生产量(production)：一定时期内有机物质增加的总重量。总生产量(grossproduction)：某一时期合成的有机物质总量.净生产量(netproduction)：总生产量减去呼吸损失的部分.初级生产量(primaryproduction)：绿色植物的生产量.次级生产量(seconddaryproduction)：消费者的生产量.5\n生物量(biomass)：任一时间某一地方某一种群、营养级或某一生态系统有机物质的总重量。(kg/ha、g/m2、kj/m2)现存量(standingcrop)：单位面积上当时所测得的生物体的总重量。生产力(productivity)：指单位时间单位面积的生产量，即生产的速率。6\n二、次级生产量的一般生产过程食物种群动物得到的动物未得到的动物吃进的动物未吃进的被同化的未同化的净次级生产量呼吸代谢未被取食被更高营养级取食7\n太阳辐射能有机物质的合成过程，即生产者（绿色植物）吸收太阳能量形成初级生产量。热能化学能热能机械能活有机物质被各级消费者（动物）消费的过程。死有机物质（动植物残体和排泄物）被腐生物分解的过程。能量流动特点：1单向流动，不可逆。2“越流越细”，能量在流动过程中逐渐耗散。二、生态系统中的能量流动8\n（1/10法则、10%定律）“低效性”----逐级递减金字塔形的营养级关系“一山不存二虎”？9\n（一）、物质循环的特点及类型（二）、水循环（三）、碳循环（四）、氮循环（五）、沉积型循环（六）、有毒有害物质的循环三、生态系统的物质循环10\n（一）、物质循环的特点及类型1物质循环（生物地化循环）库流通率2物质在生态系统中的循环实际上是在库与库之间彼此流通的。周转率=流通率/库中营养物质总量；周转时间=库中营养物质总量/流通率11\n3.能量流动与物质循环的关系（一）、物质循环的特点及类型12\n环境生产者植食者肉食者分解者生态系统中能流()与物质流()的关系生态系统的能量流动是随着物质循环而进行的，二者互为因果、相辅相成，具有不可分割的联系。生态系统的各成分中，通过能量流动和物质循环而紧密地联系在一起，形成一个统一的整体。13\n（一）、物质循环的特点及类型4.物质循环的类型水循环气体型循环（C,N）沉积型循环（S,P）14\n15\n（二）水循环水和水循环对于生态系统具有特别重要意义，它是地球上各种物质循环的中心循环。通过降水和蒸发这两种形式，使地球水分达到平衡状态。此外，水循环通过地表径流将各种营养物质从一个生态系统搬到另一个生态系统，补充某些生态系统营养物质的不足。植被在水循环过程中起重要作用。16\n水和水循环对于生态系统具有特别重要意义，它是地球上各种物质循环的中心循环。17\n（三）碳循环1.全球碳贮存量约为26×1015吨，绝大部分以碳酸盐的形式禁锢在岩石圈中，其次是化石燃料。生物可直接利用的碳是水圈和大气圈中主要以CO2形式存在的碳。18\n19\n2.碳在生态系统中循环不平衡引起的生态效应：CO2增加，引起的温室效应（greenhouseeffect），致使全球变暖《京都协定》：限制发达国家的二氧化碳排放。20\n3、保持碳循环相对平衡的生态对策(1)减少CO2的排放：提高能源的利用效率——发电采用高效先进技术；大力发展不含碳的能源和低碳能源代替煤炭——水力发电、核能发电、充分利用各种再生能源（太阳能、风能、潮汐能等）、天然气、生物能（如沼气利用）等。(2)大力开展对CO2的吸收，固定和利用——海洋交换吸收、陆地植树种草、保护森林植被。21\n（四）氮循环氮循环中的主要作用(图)固氮作用——三条途径：闪电、宇宙射线、火山爆发活动等的高能固氮，形成氨或硝酸盐，随降雨到达地面，为7.6×106·a。工业固氮（化肥的制造），目前全世界已达1×108吨。生物固氮（最重要途径），为5.4×107·a。氨化作用——由氨化细菌而后真菌的作用将有机氮分解成为氨与氨化合物。硝化作用——氨化合物被亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐。反硝化作用——也称脱氨作用，反硝化细菌将亚硝酸盐转变成大气氮，回到大气库中。22\n23\n（五）沉积型循环（P，S，Ca等）分子或化合物无气体形态，以固体颗粒存在主要储存库：土壤，沉积物，岩石圈循环的全球性不明显循环性能不完善，易发生局部短缺，难以在短期内补充。24\n25\n(六)有毒有害物质的循环有毒有害物质的循环是指那些对有机体有害的物质进入生态系统，通过食物链富集或被分解的过程。有毒有害物质循环的特点：在食物链营养级上进行循环流动并逐级浓缩富集；在生物体代谢过程中不能被排泄而被生物体同化，长期停留于生物体内；有些有毒有害物质不能分解而相反经生态系统循环后使毒性增加。26\n以DDT、汞为例1．DDT（二氯二苯三氯乙烷）DDT是一种人工合成有机氯杀虫剂，它的问世，对农业的发展起了很大作用，但它是是有机毒物。生态系统通过两个途径吸入人类喷洒的DDT并通过食物链加以富集：①通过植物茎叶、根系进入植物体草食动物吃肉食动物食逐级浓缩；②喷洒的DDT落入地面经土壤动物吃用富集陆上动物逐级浓缩。营养级越高，富集能力越强，积累量越大。其危害主要是影响生殖，导致人类、动物产生怪胎。27\n28\n生物放大（Biomagnification）指在生态系统中，由于高营养级生物以低营养级生物为食物，某元素或难分解化合物在生物机体中浓度随营养级的提高而逐步增大的现象，又称生物学放大。思考：许多生物外源性物质在环境中的含量很低，通常在ppb级，为什么这么低的浓度还会引起严重的问题？这正是由于生物放大作用造成的，这样的生物外源性物质必须满足以下两个条件：一、难以生物降解；二、具有亲脂性。29\n污染物的生物放大作用产生是根据生态系统食物链的物质流动的原理。例题在某水生生态系统中存在物种A物种B物种C这一食物链，A中DDT的含量为1mg/kg，假如污染物在食物链转移过程中没有代谢和排泄损失，那么100gA物种沿食物链被物种C取食后，C中DDT的含量为多少？30\n31\n四、生态系统的信息传递营养信息化学信息物理信息行为信息32\n五、生态平衡1、生态平衡物质和能量的输入与输出处于相对稳定状态；（即系统中生产、消费、分解过程处于相对平衡状态）生态系统中的动植物种类和数量上的相对稳定。表现为33\n水里微生物----浮游动植物----鱼类之间建立的生态平衡浮游动物鱼类被微生物分解为基本化合物营养源营养源营养源死亡光合作用消耗浮游植物O234\n2、生态平衡是暂时的相对的动态平衡生态系统总是在不平衡----平衡----不平衡的发展过程中，进行物质和能量的交换，推动着自身的变化和发展。35\n生态平衡是动态的。在生物进化和群落演替过程中就包含不断打破旧的平衡，建立新的平衡的过程。人类应从自然界中受到启示，不要消极地看待生态平衡，而是发挥主观能动性，去维护适合人类需要的生态平衡（如建立自然保护区），或打破不符合自身要求的旧平衡，建立新平衡（如把沙漠改造成绿洲），使生态系统的结构更合理，功能更完善，效益更高。36\n生态系统稳定性包括了两个方面的含义:一方面是系统保持现行状态的能力,即抗干扰的能力（抵抗力resistance）;另一方面是系统受扰动后回归该状态的倾向,即受扰后的恢复能力（恢复力resilience）。生态系统稳定性机制：生态系统具有自我调节的能力，维持自身的稳定性，自然生态系统可以看成是一个控制论系统，因此，负反馈（negativefeedback）调节在维持生态系统的稳定性方面具有重要的作用。37\n生态系统中的反馈（正反馈（左）和负反馈（右））狼↑狼↓兔↓兔↑植物↓植物↑狼饿死狼吃饱吃了较多兔子吃了较少兔子兔吃饱兔饿死吃了较少的草吃了大量的草污染↑↑鱼死亡↑污染↑鱼死亡↑↑↑鱼死亡↑↑污染↑↑↑38\n如果外界干扰强度或压力过大，生态平衡就会被打破。39\n含氮、磷的废液和污水排入湖泊湖泊养分剧增藻类过度生长浮游生物过度繁殖大量积累了有机物质水中的O2被大量消耗（过度缺氧）鱼类死亡富营养化40\n41\n根据生态系统和生态平衡知识分析下列问题：1、箭竹开花危及大熊猫的生存。2、“一山不容二虎”。3、“落红不是无情物，化作春泥更护花”。4、含N、P废水导致鱼类死亡。5、农区禁捕青蛙。食物链能量流动特点物质可循环生态平衡生态平衡42