农业生态学-5 生态系统.ppt

1农业生态学(5)耿宇鹏 云南大学生态学与地植物学研究所Oct 17,2012生态系统的基本原理什么是生态系统生态系统的结构生态系统的功能与服务农业中的生态系统什么是生态系统生态系统（生态系统（ecosystemecosystem）就是在一定空间中）就是在一定空间中共同栖居着的所有生物（即生物群落）与共同栖居着的所有生物（即生物群落）与其环境之间形成的统一体。其环境之间形成的统一体。生态系统的各组分通过不断的物质循环和生态系统的各组分通过不断的物质循环和能量流动来相互作用和相互依存。能量流动来相互作用和相互依存。例如森林、草原、荒漠、湿地、海洋、湖例如森林、草原、荒漠、湿地、海洋、湖泊、河流等泊、河流等。生态系统的基本组成成分生态系统的营养结构食物链食物链（food chain）：是指生物之间通过）：是指生物之间通过食与被食形成一环套一环的链状营养关系。食与被食形成一环套一环的链状营养关系。食物网食物网（food web）：食物链彼此交错连接，）：食物链彼此交错连接，形成网状营养结构，称之为食物网。形成网状营养结构，称之为食物网。食物网与食物链生态系统的空间结构自然生态系统的自养和异养成分在空间上通常是分层的自然生态系统的自养和异养成分在空间上通常是分层的生态系统的物质循环植物通过光合作用将无机物转变为有机物，进入植物通过光合作用将无机物转变为有机物，进入食物链，在各营养级之间传递、转化；当生物死食物链，在各营养级之间传递、转化；当生物死亡后，机体内各种有机物被微生物分解成为无机亡后，机体内各种有机物被微生物分解成为无机物释回环境，重新被植物吸收利用，参加下一轮物释回环境，重新被植物吸收利用，参加下一轮循环。循环。生物地化循环（生物地化循环（biogeochemical cyclebiogeochemical cycle）：生态）：生态系统之间各种物质或元素的输入和输出以及它们系统之间各种物质或元素的输入和输出以及它们在大气圈、水圈、土壤圈、岩石圈之间的交换。在大气圈、水圈、土壤圈、岩石圈之间的交换。库库(pool)：生态系统中某一物质在生物或非生物环境中贮存的数量生态系统中某一物质在生物或非生物环境中贮存的数量贮存库（贮存库（reservoir pool）交换库或循环库交换库或循环库(exchange or cycling pool)流通率流通率：物质在生态系统中库与库之间流通的速率。物质在生态系统中库与库之间流通的速率。周转率周转率：某物质的流通率与库含量之比即为周转率。某物质的流通率与库含量之比即为周转率。周转时间周转时间：周转率的倒数周转率的倒数 周转率 流通率库中营养物质量 周转时间 库中营养物质量流通率 物质循环的基本概念水循环氮循环氮是组成蛋白氮是组成蛋白质和核酸的主质和核酸的主要成分。要成分。氮占大气成分氮占大气成分的的79，必须，必须经过生物固氮经过生物固氮作用、硝化作作用、硝化作用、反硝化作用、反硝化作用等才能在生用等才能在生物群落与无机物群落与无机环境间反复循环境间反复循环。环。碳循环碳元素约占碳元素约占生物体干重生物体干重的的49，碳，碳是有机化合是有机化合物的物的“骨架骨架”，没有碳，没有碳就没有就没有生命。生命。碳在无机环碳在无机环境与生物群境与生物群落之间是以落之间是以CO2的形式的形式进行循环的。进行循环的。物质循环的主要特点物质循环是带有全球性的，生物群落和无机环境之物质循环是带有全球性的，生物群落和无机环境之间的物质可以反复出现反复利用，周而复始进行循间的物质可以反复出现反复利用，周而复始进行循环，不会消失。环，不会消失。生态系统的能量流动光合作用是生态系统的能量之源 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 次级生产量 呼吸代谢 被更高营养级取食 未被取食 生生态态系系统统的的物物质质循循环环和和能能量量流流动动是是紧紧密密联联系系、不不可可分分割割的的，能能量量是是通通过过物物质质载载体体来来流流动动的的，但但是是，两两者者又又有有根根本本区区别别。能能量量来来源源于于太太阳阳，在在食食物物链链中中向向着着一一个个方方向向逐逐级级流流动动，不不断断消消耗耗和和散散失失；而而营营养养物物质质来来源源于于地地球球并并可可被被生生物物多多次次利利用用，在在生生态态系系统统中中不不断断地地循循环环，或或从从一一个个生生态态系系统统消消失失而而又又在在另另一一个生态系统出现。个生态系统出现。能量流动与物质循环的耦合能量流动和物质循环的因果关系 生态系统的存在是靠物质循环和能量生态系统的存在是靠物质循环和能量流动来维持的。生态系统的能量流动和物流动来维持的。生态系统的能量流动和物质循环都是通过食物键和食物网的渠道实质循环都是通过食物键和食物网的渠道实现的，二者相互伴随进行，又相辅相现的，二者相互伴随进行，又相辅相承承，密不可分的统一整体。密不可分的统一整体。但是，能量流动和物质循环又有本质但是，能量流动和物质循环又有本质上的区别：能量流经生态系统各个营养级上的区别：能量流经生态系统各个营养级时是时是逐级递减逐级递减，而且运动是，而且运动是单向单向的、的、不是不是循环的，最终在环境中消失循环的，最终在环境中消失。物质循环是。物质循环是带有全球性的，在生物群落与无机环境间带有全球性的，在生物群落与无机环境间物质可以物质可以反复出现，反复利用，循环运动反复出现，反复利用，循环运动，不会消失。，不会消失。生态系统的信息传递营养信息：在某种意义上说，食物链、食物网就代表着一种信息传递系统 化学信息：生物代谢产生的物质，如酶、维生素、生长素、抗生素、性引诱剂均属于传递信息的化学物质。有的相互制约，有的互相促进，有的相互吸引，也有的相互排斥。物理信息：声、光、色等，吸引、排斥、警告、恐吓等行为信息：识别、威协、挑战、炫耀等 信息传递与联系的方式是多种多样的，它的作用与能流、物流一样，把生态系统各组分联系成一个整体，并具有调节系统稳定性的作用。生态系统的动态调节反馈（反馈（feedbackfeedback）：当生态系统中某一成分发生变化的时当生态系统中某一成分发生变化的时候，它必然会引起其他成分出现一系列的相应变化，这些候，它必然会引起其他成分出现一系列的相应变化，这些变化最终又反过来影响最初发生变化的那种成分，这个过变化最终又反过来影响最初发生变化的那种成分，这个过程就叫反馈，包括正反馈和负反馈。程就叫反馈，包括正反馈和负反馈。正、负反馈作用同时存在，在系统发展的不同阶段作用强正、负反馈作用同时存在，在系统发展的不同阶段作用强度不同，大发展阶段系统调节以正反馈为主，系统生物量、度不同，大发展阶段系统调节以正反馈为主，系统生物量、体积、多样性、复杂性迅速增加，大发展过后，随即是一体积、多样性、复杂性迅速增加，大发展过后，随即是一段减速增加阶段，负反馈逐渐起作用，系统的各个参数趋段减速增加阶段，负反馈逐渐起作用，系统的各个参数趋向于在一个恒定水平附波动。向于在一个恒定水平附波动。生态平衡（ecological equilibrium）生生态态平平衡衡的的概概念念是是指指一一段段时时间间内内，生生态态系系统统的的结结构构、过过程程和和功功能相对稳定的状态。能相对稳定的状态。在在一一般般情情况况下下，如如果果生生态态系系统统能能量量和和物物质质的的输输入入大大于于输输出出时时，生物量增加，反之，生物量减少。生物量增加，反之，生物量减少。如如果果输输入入和和输输出出在在较较长长时时间间趋趋于于相相等等，系系统统的的结结构构与与功功能能长长期期处处于于稳稳定定状状态态（这这时时动动、植植物物的的种种类类和和数数量量也也保保持持相相对对稳稳定定，环环境境的的生生产产潜潜力力得得以以充充分分发发挥挥，能能流流途途径径畅畅通通），在在外外来来干干扰扰下下能能通通过过自自我我调调节节恢恢复复到到原原初初的的稳稳定定状状态态，生生态态系系统统的的这这种状态就叫做生态平衡。种状态就叫做生态平衡。平衡是动态的，相对的，暂时的；绝对的平衡是不存在的平衡是动态的，相对的，暂时的；绝对的平衡是不存在的生生态态阈阈限限：生生态态系系统统自自我我调调节节功功能能是是有有限限度度的的，只只有有在在某某一限度内可以自我调节自然界或人类施加的干扰。一限度内可以自我调节自然界或人类施加的干扰。生生态态平平衡衡失失调调(生生态态失失调调)的的主主要要因因素素：1 1、自自然然因因素素；2 2、人类干扰、人类干扰 生生态态失失调调的的表表现现：群群落落中中生生物物种种类类减减少少；种种的的多多样样性性降降低低；结结构构渐渐趋趋简简化化。当当外外界界压压力力太太大大而而持持久久的的话话，系系统统内内各各种种结结构构的的变变化化更更加加厉厉害害，甚甚至至使使某某个个基基本本成成分分从从系系统统中中消消失失，最后整个系统崩溃。最后整个系统崩溃。生态系统自我调节的阈值