第五章 生态系统生态学ppt课件

第五章生态系统生态学\n5.1生态系统的一般特征概念组成、结构、功能生态系统的稳定性生态系统的服务功能\n生态系统（ecosystem）概念由来英国植物生态学家A．G．Tansley(187l一1955)于1935年首先提出来的。Tansley兴趣广泛，他对植物群落学进行了深入的研究，发现土壤、气候和动物对植物的分布和丰度有明显的影响，于是提出了一个概念，即居住在同一地区的动植物与其环境是结合在一起的。他指出：“更基本的概念……是整个系统，它不仅包括生物复合体，而且还包括了人们称为环境的各种自然因素的复合体。……我们不能把生物与其特定的自然环境分开，生物与环境形成一个自然系统。正是这种系统构成了地球表面上具有大小和类型的基本单位，这就是生态系统。\n生态系统A.G.Tansley(1935年)指在一定的空间内，生物成分和非生物成分通过物质循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位，称为生态系统。\n生态系统的组成四大基本成分无机物有机化合物气候因素②生产者③消费者④分解者(还原者)①非生物成分生物成分(生物群落)三大功能群①生产者：自养生物，主要是各种绿色植物，也包括蓝绿藻和一些能进行光合作用的细菌。②消费者：异养生物，主要指以其他生物为食的各种动物，包括植食动物（1-2级）、肉食动物（2-3级）、杂食动物和寄生动物等。③分解者：异养生物，把复杂的有机物分解成简单无机物，包括细菌、真菌、放线菌和动物等。\n生态系统特点是生态学的一个主要结构和功能单位，属于经典生态学研究的最高层次；具有自我调节能力；能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能；营养级的数目受限于生产者所固定的最大能量和这些能量在流动过程中的巨大损失，因此，营养级的数目通常不超过5－6个；是一个动态系统，要经历一系列发育阶段。\n生态系统的结构空间结构时间结构营养结构食物链食物网\n一个食物链的例子“螳螂捕蝉，黄雀在后”螳螂捕蝉，黄雀在后！植物汁液蝉(初级消费者)螳螂(二级消费者)黄雀(三级消费者)鹰(四级消费者)(顶极食肉动物)\n食物链和营养级食物链指生态系统中不同生物之间在营养关系中形成的一环套一环似链条式的关系。物质和能量从植物开始，然后一级一级地转移到大型食肉动物。处于食物链某一环节上的所有生物种的总和称为营养阶层或营养级。\n食物链食物链的类型：根据食物链的起点不同，可将其分成两大类:牧食食物链：又称捕食食物链，以活的动植物为起点的食物链，如绿色植物，草食动物、各级食肉动物。寄生食物链可以看作捕食食物链的一种特殊类型。腐食食物链：又称碎屑食物链，从死亡的有机体或腐屑开始。\n生产者生产者次级消费者次级消费者初级消费者初级消费者三级消费者四级消费者\n正常食物链不平衡食物链\n食物网食物网生态系统中的食物链很少是单条、孤立出现的，它往往是交叉链索，形成复杂的网络结构，此即食物网。毛虫大甲虫杜鹃植物鹰蛇鼠兔\n食物链和食物网概念的意义食物链是生态系统营养结构的形象体现。反映了生态系统中各生物有机体之间的营养位置和相互关系；各生物成分间通过食物网发生直接和间接的联系，保持着生态系统结构和功能的稳定性。生态系统中能量流动物和物质循环正是沿着食物链和食物网进行的。食物链和食物网还揭示了环境中有毒污染物转移、积累的原理和规律。\n5.2生态系统的功能能量流动：生产者→消费者→分解者，单向物质循环：生物←→环境，双向信息传递：包括营养信息、化学信息、物理信息和行为信息等，构成信息网。\nPimente（1961）试验把卷心菜一部分种在单一的植物群中，另一部分种在约有300个物种的多年的农田群落中。经过15周的每周观察，发现在单一物种的种植区中，蚜虫、跳岬、鳞翅目昆虫猖獗发生，而在混种种植区则没有这种现象。\nPaine（1966）观察一个海湾的岩石潮间带的一种海星对潮间带群落的稳定性有显著作用。这种海星取食石鳖、双壳贝类、茗荷。在有海星存在的海区潮间带，实际上有15个物种共存。而在没有海星的试验区，则茗荷很快成为优势种，在同一年内茗荷又被贻贝和石劫所排挤。三年后群落中的物种从15个减少到8个。\n\n生态系统的稳定性—生态平衡生态平衡:生态系统通过发育和调节达到一种稳定的状态，表现为结构上、功能上、能量输入和输出上的稳定，当受到外来干扰时，平衡将受到破坏，但只要这种干扰没有超过一定限度，生态系统仍能通过自我调节恢复原来状态。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）;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）。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，负反馈调节在维持生态系统的稳定性方面具有重要的作用。\n生态系统中的反馈正反馈（左）和负反馈（右）污染↑↑鱼死亡↑污染↑鱼死亡↑↑↑鱼死亡↑↑污染↑↑↑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\n中国生态区划森林生态系统草原生态系统荒漠和苔原生态系统水域生态系统湿地生态系统\n生态系统的服务功能生态系统服务：由自然系统的生境、物种、生物学状态、性质和生态过程所生产物质及其所维持的良好生活环境对人类的服务性能称生态系统服务。生态系统服务的主要内涵：生物生产生物多样性的维护传粉、传播种子生物防治环境净化土壤形成及其改良减缓干旱和洪涝灾害调节气候休闲、娱乐文化、艺术素养－－生态美的感受\n§5-2生态系统的能量流动生态系统的生物生产生态系统中的分解生态系统的能流过程生态系统能流分析\n生态系统的生物生产生物生产：是生态系统重要功能之一。生态系统不断运转，生物有机体在能量代谢过程中，将能量、物质重新组合，形成新的产品的过程，称生态系统的生物生产。生物生产常分为个体、种群和群落等不同层次。生态系统中绿色植物通过光合作用，吸收和固定太阳能，从无机物合成、转化成复杂的有机物。由于这种生产过程是生态系统能量贮存的基础阶段，因此，绿色植物的这种生产过程称为初级生产，或第一性生产。初级生产以外的生态系统生产，即消费者利用初级生产的产品进行新陈代谢，经过同化作用形成异养生物自身的物质，称为次级生产，或第二性生产。\n生态系统中的分解资源分解的过程：分碎裂过程、异化过程和淋溶过程。资源分解的意义通过死亡物质的分解，使营养物质再循环，给生产者提供营养物质；维持大气中二氧化碳的浓度；稳定和提高土壤有机质含量，为碎屑食物链以后各级生物生产食物；改善土壤物理性状，改造地球表面惰性物质；粪便处理污水处理理论意义实践意义\n生态系统中的分解分解过程比较复杂，大致分为三个阶段：机械作用阶段：由于物理和生物的作用，动植物遗体被分解成为颗粒和碎屑，即碎裂。生物异化作用阶段：腐生生物在酶的作用下，把有机物碎屑转变成为腐殖酸和其他可溶性有机物，即从聚合体变成单体．然后腐殖酸和其它可溶性有机物缓慢分解，逐步变成生产者可以重新利用的无机物。淋溶过程：可溶性物质被水淋洗出来，进入土壤。在自然界中，这三个过程是交叉进行、相互影响的。\n澳大利亚引进异地金龟处理牛粪澳洲大陆距今14000万（1.4亿）年前就与其他陆地隔离，生物区系独特，当地繁殖的最大兽类是有袋类的大袋鼠。移民于1788年运去了第一批5头奶牛和2头公牛，到19世纪未牛的头超过4500万头。如以每头牛一昼夜排便10次计算，每天就有4.5亿堆又大又湿的牛粪。而当地的金龟子主要取食干硬的袋鼠粪，而对软而湿的牛粪不感兴趣。由于当地缺乏分解牛粪的生物，牛粪在草原上风干硬化，几年内都难以分解，日积月积，牛粪数量惊人。牛粪覆盖并破坏大面积草原，形成草原上的一块块秃斑。每年被毁的牧场竟达3600万亩。澳大利亚学者M.H.Wallace(1978)指出“澳大利亚的牛多，牛粪更多，牛屎多到铺天盖地，如果不到世界各地引种食粪金龟子处理，澳大利亚就将淹没在牛屎堆里。”据实验两头金龟子一前一后，能将100克牛粪在30－40小时内，滚成球，埋入土层里，以备子代食用。由于牛粪中的蝇卵需96小时后才能孵化为幼虫，牛粪埋入地下，蝇类无法孵化。因此，金龟子消除了牛粪，又破坏了蝇类滋生的条件。为此，60年代，澳大利亚引入了羚羊粪蜣和神农蜣螂等异地金龟，对分解牛粪发挥了明显的作用。\n生态系统的能流过程能量守恒定律，能量可由一种形式转化为其他形式的能量，能量既不能消灭，又不能凭空创造。生态系统中能流特点（规律）：能流在生态系统中是变化着的；能流是单向流；能量在生态系统内流动的过程，就是能量不断递减的过程；能量在流动过程中，质量逐渐提高。\n生态系统中能量流动的途径牧食食物链和腐食食物链是生态系统能流主要渠道。能量流动以食物链作为主线，将绿色植物与消费者之间进行能量代谢的过程有机地联系起来。牧食食物链的每一个环节上都有一定的新陈代谢产物进入到腐屑食物链中，从而把两类主要的食物链联系起来。\n根据能量生态学原理，从环境保护的角度设计秸杆的充分利用作物家畜食用菌蚯蚓籽实糖化一级利用产品输出粪便二级利用接种菌床杂屑三级利用产品输出接种排泄物肥料光能产品输出秸杆秸杆饲料原理：能量沿生态系统的食物链或食物网定向逐级流动并被各级营养级上的生命有机体逐级利用。生态工程设计：能量多层分级利用\n5.3生态系统的物质循环生物地化循环的概念水循环气体型循环沉积型循环有毒物质的迁移和转化放射性核素循环生物地化循环与人体健康\n生物地化循环矿物元素在生态系统之间的输入和输出，它们在大气圈、水圈、岩圈之间以及生物间流动和交换称生物地(球)化(学)循环，即物质循环。生物地化循环的特点生物地化循环在受人类干扰以前一般是处于一种稳定的平衡状态。元素和难分解的化合物常发生生物积累、生物浓缩和生物放大现象。\n生物积累、生物浓缩和生物放大生物积累:指生态系统中生物不断进行新陈代谢的过程中，体内来自环境的元素或难分解的化合物的浓缩系数不断增加的现象。生物浓缩:指生态系统中同一营养级上许多生物种群或者生物个体，从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象，又称生物富集。生物放大:指生态系统的食物链上，高营养级生物以低营养级生物为食，某种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。生物放大的结果使食物链上高营养级生物体中该类物质的浓度显著超过环境中的浓度。\n生物地化循环的类型水循环气体型循环沉积型循环\n水循环水循环的意义：水是所有营养物质的介质；水对物质是很好的溶剂；水是地质变化的动因之一。水循环的途径人类活动对水循环的影响：空气污染和降水；改变地面，增加径流；过度利用地下水；水的再分布。\n西德地区的水循环示意图（ClodiusandKeller,1951）\n气体型循环氧循环碳循环氮循环\n氧循环H2O+CO2→H2CO3→HCO3-+H+↑CO2水体沉积物火山作用4FeO+O2CO2CO↑O2+2COCO2臭氧层O2O3O2OO2HOHH2OH2OOCO2高能紫外辐射HCO3-→CO32-Ca+→CaCO3\n碳循环化泥碳煤大气中CO2CO2碳化作用石油水生植物光合作用腐烂燃料光合作用腐烂扩散\n§5-4自然生态系统森林生态系统草原生态系统荒漠和苔原生态系统湿地生态系统水域生态系统\n森林生态系统\n森林生态系统的主要特征生物种类多、结构复杂；系统稳定性高；物质循环的封闭程度高；生产效力高。森林生态系统的功能具有综合的环境效益；调节气候；涵养水源，保持水土；作为生物遗传资源库。\n北京灵山地区森林长白山保护区观测塔亚热带人工林青藏高原东缘山地森林\n我国的森林资源现状我国森林生态系统的主要问题森林生态系统比例小，地理分布不均匀；森林生态系统生物群落结构发生变化，系统自身调节能力下降；恢复和重建速度慢。森林生态系统破坏的生态危害：促进沙漠化的过程；对大气化学产生影响；引起气候变化、增加自然灾害发生的频率。我国森林生态系统恢复和重建对策：加快森林生态战略工程的建设，增大比例、改变格局；积极推广农林复合生态系统的建设；尽快建立南方用材林基地；加强科学管理，发挥现有森林综合效益潜力。\n草原生态系统\n鄂尔多斯高原草地景观\n内蒙古草地生态系统\n非洲稀树草原生态系统\n草原生态系统的类型和特点草原生态系统的类型降水减少降水增加荒漠草原典型草原原草甸草原辐射量增加辐射量减少草原生态系统的特点草原生态系统中生产者的主体是禾本科、豆科和菊科等草本植物，优势植物以丛生禾本科为主。垂直结构通常分为三层：草本层、地面层和根层。气候（温度）对草原植物有明显的影响。草原生态系统中的初能消费者有适于奔跑的大型草食动物、穴居的啮齿动物以及小型的昆虫等；食肉动物有狼、狐、鼬、猛禽等。初级生产量在所有的陆地生态系统中居中等或中等偏下水平\n草原生态环境现状20世纪60年代以来，草原生态系统普遍出现草原退化现象。20世纪70年代中期，全国退化草原面积占草原总面积的15％，20世纪70年代中期，增加到30％以上。全国草原退化面积以1000－2000万亩的速度扩展。草原退化的主要特征：群落优势种和结构发生改变；生产力低下，产草量下降；草原土壤生态条件发生巨变，出现沙化和风暴;固定沙丘复活、流沙在掩埋草场；鼠害现象严重；动植物资源遭破坏，生物多样性下降。\n草原生态环境恶化的原因超载过牧;不适宜的农垦；人类对资源的掠夺性开采。\n\n草原生态系统恢复和保护对策实行科学管理；发展人工草场；建立牧业生产新体系。\n荒漠和苔原生态系统\n荒漠生态系统荒漠生态系统类型：荒漠生态系统:是地球上最为干旱的地区，其气候干燥，蒸发强烈。由超旱生的小乔木、灌木和半灌木占优势的生物群落与其周围环境所组成的综合体。有石质、砾质和沙质之分。习惯上称石质、砾质的荒漠为戈壁,或戈壁沙漠；沙质荒漠为沙漠。荒漠生态系统的特征：生态环境严酷；荒漠生物群落极为稀少，植被丰富度极低；植物群落以超旱生小乔木和半木本植物为优势物种；生态系统生物物种极度贫乏，种群密度稀少，生态系统脆弱\n\n荒漠化荒漠化是指在干旱、半干旱地区和一些半湿润地区，生态环境遭到破坏，植被稀少或缺少，土地生产力有明显的衰退或丧失，呈现荒漠或类似荒漠景观的变化过程。我国的荒漠化土地占国土面积的8％。荒漠化的主要危害：对土地资源的损害；造成作物死亡；毁坏各种建设工程；损害水利、河道的正常效益；对通讯和输电线路的危害；引起沙尘暴。荒漠化防治对策：加强领导；重视保护濒临荒漠化的生产性款地；加强综合整治工作；因地制宜进行治理。\n