生态学生态系统幻灯片.ppt

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1、生态学生态系统第1页，共67页，编辑于2022年，星期日第一节 生态系统的一般特征l1 生态系统的概念生态系统的概念l2 生态系统的组成成分生态系统的组成成分l3 生态系统的结构生态系统的结构 l4 生态系统的功能生态系统的功能l5 生态系统的稳定性生态系统的稳定性l6 生态系统的服务功能生态系统的服务功能第2页，共67页，编辑于2022年，星期日1 生态系统的基本概念l生态系统（生态系统（ecosystem）的定义）的定义:l由英国植物生态学家由英国植物生态学家A.G.Tansley(1935)提出提出l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指在一定的空间内，生物成分和

2、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，这个生态学功能互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位，这个生态学功能单位称生态系统。单位称生态系统。l生态系统的特点生态系统的特点:l生态系统是生态学的一个主要结构和功能单位，属于经典生态生态系统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；学研究的最高层次；l生态系统具有自我调节能力；生态系统具有自我调节能力；l能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能；能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能；l生态系统中营养级的数目受限于生产者所固定的最大能量和这生态系统中营养级的数目受限

3、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超过56个；个；l生态系统是一个动态系统，要经历一系列发育阶段。生态系统是一个动态系统，要经历一系列发育阶段。第3页，共67页，编辑于2022年，星期日2 生态系统的组成成分l无机物无机物l有机化合物有机化合物l气候因素气候因素l生产者生产者 (producer)l消费者消费者 (consumer)l分解者分解者 (还原者还原者)(decomposer)六大组成成分（四大基本成分）六大组成成分（四大基本成分）l生产者生产者：自养生物，主要是：自养生物，主要

4、是各种绿色植物，也包括蓝绿藻各种绿色植物，也包括蓝绿藻和一些能进行光合作用的细菌。和一些能进行光合作用的细菌。l消费者消费者：异养生物，主要指：异养生物，主要指以其他生物为食的各种动物，以其他生物为食的各种动物，包括植食动物（一级）包括植食动物（一级）、肉、肉食动物（二四级）食动物（二四级）、杂食、杂食动物和寄生动物等。动物和寄生动物等。l分解者分解者：异养生物，把复：异养生物，把复杂的有机物分解成简单无机杂的有机物分解成简单无机物，包括细菌、真菌、放线物，包括细菌、真菌、放线菌和动物等。菌和动物等。非生物成分非生物成分生物成分生物成分(生物群落生物群落)三大功能群三大功能群第4页，共67页，

5、编辑于2022年，星期日3 生态系统的结构l空间结构空间结构l时间结构时间结构l营养结构营养结构食物链食物链(C.Elton,1927)食物网食物网食物链和食物网概念的意义食物链和食物网概念的意义生态系统的营养结构及能流和物流间的关系生态系统的营养结构及能流和物流间的关系第5页，共67页，编辑于2022年，星期日一个食物链的例子“螳螂捕蝉，黄雀在后螳螂捕蝉，黄雀在后螳螂捕蝉，黄雀在后螳螂捕蝉，黄雀在后”螳螂捕蝉，螳螂捕蝉，黄雀在后！黄雀在后！哈！哈！哈！哈！植物汁液植物汁液蝉蝉(初级消费者初级消费者)螳螂螳螂(二级消费者二级消费者)黄雀黄雀(三级消费者三级消费者)鹰鹰(四级消费者四级消费者)(

6、顶极食肉动物顶极食肉动物)第6页，共67页，编辑于2022年，星期日食物链l食物链食物链（food chain）和）和营养级营养级（trophic level）：食物链指）：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，即物质和能量从植物开始，然后一级一级地转移条式的关系，即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。食物链上的每一个环节称为到大型食肉动物。食物链上的每一个环节称为营养阶层营养阶层或或营营养级养级，指处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。，指处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。l

7、食物链的类型食物链的类型：根据食物链的起点不同，可将其分成两大类：根据食物链的起点不同，可将其分成两大类:l牧食食物链牧食食物链（grazing food chain）：又称捕食食物链，以）：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。肉动物。寄生食物链可以看作捕食食物链的一种特殊类型。l腐食食物链腐食食物链（detrital food chain）：又称碎屑食物链，从）：又称碎屑食物链，从死亡的有机体或腐屑开始。死亡的有机体或腐屑开始。第7页，共67页，编辑于

8、2022年，星期日食物网l食物网食物网(food web)：生态系：生态系统中的食物链统中的食物链很少是单条、很少是单条、孤立出现的，孤立出现的，它往往是交叉它往往是交叉链索，形成复链索，形成复杂的网络结构，杂的网络结构，此即食物网。此即食物网。第8页，共67页，编辑于2022年，星期日食物链和食物网概念的意义l食物链是生态系统营养结构的形象体现。通过食物链和食物网把食物链是生态系统营养结构的形象体现。通过食物链和食物网把生物与非生物、生产者与消费者、消费者与消费者连成一个整体，生物与非生物、生产者与消费者、消费者与消费者连成一个整体，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；各反

9、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。结构和功能的稳定性。l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。行的。l食物链和食物网还揭示了环境中有毒污染物转移、积累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。的原理和规律。第9页，共67页，编辑于2022年，星期日 生态系统的营养结构及能流和物流间的关系生产者生产者(绿色植物绿色植物)消费者消费者(动物动物)还原者还

10、原者(细菌、真菌细菌、真菌)放牧系统放牧系统净初级净初级生产生产分解系统分解系统死有机物死有机物太太阳阳辐辐射射能能呼吸散失呼吸散失呼吸散失呼吸散失生态系生态系统的营统的营养结构养结构(能量能量流动流动)能流物流环境环境(土壤、空气、水土壤、空气、水)生态系生态系统的营统的营养结构养结构(物质循物质循环环)第10页，共67页，编辑于2022年，星期日4 生态系统的功能l能量流动：生产者能量流动：生产者 消费者消费者 分解者，单向分解者，单向(在第十章详在第十章详述述)l物质循环：生物物质循环：生物 环境，双向环境，双向(在第十一章详述在第十一章详述)l信息传递：包括营养信息、化学信息、物理信息

11、和行为信息信息传递：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。等，构成信息网。第11页，共67页，编辑于2022年，星期日生态系统的信息传递l生态系统的信息特征生态系统的信息特征l生态系统信息流动的过程和环节生态系统信息流动的过程和环节l信息化的生态系统信息化的生态系统l生态系统的信息处理系统生态系统的信息处理系统第12页，共67页，编辑于2022年，星期日5 生态系统的稳定性l生态系统的稳定性（生态系统的稳定性（stability）(生态平衡生态平衡):生态系统通过发育和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、能量输入和输调节达到一种稳定的状态，表现为

12、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。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:一方面是系统保持一方面是系统保持现行状态的能力现行状态的能力,即抗干扰的能力（抵抗力即抗干扰的能力（抵抗力resistance）;另一另一方面是系统受扰动后回归该状态的倾向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即受扰后的恢复能力（恢复力（恢复力resil

13、ience）。）。l生态系统稳定性机制：生态系统稳定性机制：生态系统具有自我调节的能力，维持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，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（因此，负反馈（negative feedback）调节在维持生态系）调节在维持生态系统的稳定性方面具有重要的作用。统的稳定性方面具有重要的作用。第13页，共67页，编辑于2022年，星期日生态系统中的反馈生态系统中的反馈（正反馈（左）和负反馈（右）正反馈（左）和负反馈（右）正反馈（左）和负反馈（右）正反馈（左）和负反馈（右）狼狼狼狼兔兔兔兔植物植物植物植物

14、狼狼饿饿死死狼狼吃吃饱饱吃了吃了较多较多兔子兔子吃了吃了较少较少兔子兔子兔兔吃吃饱饱兔兔饿饿死死吃了吃了较少较少的草的草吃了吃了大量大量的草的草污染污染 鱼死亡鱼死亡污染污染 鱼死亡鱼死亡 鱼死亡鱼死亡 污染污染 第14页，共67页，编辑于2022年，星期日第二节 生态系统的能量流动l1 生态系统的生物生产生态系统的生物生产l2 生态系统中的分解生态系统中的分解l3 生态系统的能流过程生态系统的能流过程l4 生态系统能流分析生态系统能流分析第15页，共67页，编辑于2022年，星期日1 生态系统的生物生产l生物生产的基本概念生物生产的基本概念l生物生产生物生产l生物量与生产量生物量与生产量l初

15、级生产初级生产l总初级生产与净初级生产总初级生产与净初级生产l影响初级生产的因素影响初级生产的因素l初级生产量的测定方法初级生产量的测定方法l次级生产次级生产l次级生产的基本特点次级生产的基本特点l次级生产量的测定方法次级生产量的测定方法第16页，共67页，编辑于2022年，星期日 生物生产l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，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。生物生产形成新的产品的过程，称生态系统的生物生产。生物生产常

16、分为个体、种群和群落等不同层次。常分为个体、种群和群落等不同层次。l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初级生产（primary production），或第一性生产。），或第一性生产。l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

17、陈代谢，经过同化作用形成异养生物自身的物质，称为行新陈代谢，经过同化作用形成异养生物自身的物质，称为次级次级生产生产（secondary production），或第二性生产。），或第二性生产。第17页，共67页，编辑于2022年，星期日 生物量和生产量l生物量（生物量（biomass）:某一特定观察时刻，某一空间范围内，现有某一特定观察时刻，某一空间范围内，现有有机体的量，它可以用单位面积或体积的个体数量、重量（狭义的有机体的量，它可以用单位面积或体积的个体数量、重量（狭义的生物量）或含能量来表示，因此它是一种现存量生物量）或含能量来表示，因此它是一种现存量(standing crop)。现

18、存的数量现存的数量以以N表示，表示，现在的生物量现在的生物量以以B表示。表示。现存生物量现存生物量通常用平均每平方米生物体的干重通常用平均每平方米生物体的干重(gm-2)或平均每平方米生物或平均每平方米生物体的热值来表示体的热值来表示(J m-2 )。l生产量生产量(production):是在一定时间阶段中，某个种群或生态是在一定时间阶段中，某个种群或生态系统所新生产出的有机体的数量、重量或能量。它是时间上系统所新生产出的有机体的数量、重量或能量。它是时间上积累的概念，即含有速率的概念。有的文献资料中，积累的概念，即含有速率的概念。有的文献资料中，生产量、生产量、生产力生产力(product

19、ion rate)和和生产率生产率(productivity)视为同义语，视为同义语，有的则分别给予明确的定义。有的则分别给予明确的定义。l生物量和生产量是不同的概念，前者到某一特定时刻为止，生态系统生物量和生产量是不同的概念，前者到某一特定时刻为止，生态系统所积累下来的生产量，而后者是某一段时间内生态系统中积存的生物所积累下来的生产量，而后者是某一段时间内生态系统中积存的生物量。量。第18页，共67页，编辑于2022年，星期日生产量和现存量关系示意图现存量现存量现存量现存量PBEB生产量PA减少量E生产量P减少量E第19页，共67页，编辑于2022年，星期日总初级生产与净初级生产l初级生产过

20、程可用下列方程式概述：初级生产过程可用下列方程式概述：光能光能 6CO26H2O C6H12O6 6O2 叶绿素叶绿素l总初级生产总初级生产(gross primary production,GP)与净初级生产与净初级生产(net primary production,NP)：植物在单位面积、单位时间内，通过：植物在单位面积、单位时间内，通过光合作用固定太阳能的量称为总初级生产光合作用固定太阳能的量称为总初级生产(量量)，常用的单位：，常用的单位：J m-2 a-1 或或 gDW m-2 a-1；植物总初级生产（量）；植物总初级生产（量）减去呼吸作用消耗掉的（减去呼吸作用消耗掉的（R），余下的

21、有机物质即为净初级生），余下的有机物质即为净初级生产（量）。二者之间的关系可表示如下：产（量）。二者之间的关系可表示如下：GPNP+R ；NPGPR第20页，共67页，编辑于2022年，星期日影响初级生产的因素NPRCO2光光H2O营养营养取食取食O2温度温度陆地生态系统中，初级生产量是由光、二氧化碳、水、营养物陆地生态系统中，初级生产量是由光、二氧化碳、水、营养物质质(物质因素物质因素)、氧和温度、氧和温度(环境调节因素环境调节因素)六个因素决定的。六个因素决定的。污染物污染物光合作用光合作用生物量生物量GP第21页，共67页，编辑于2022年，星期日初级生产量的测定方法l产量收割法：收获植

22、物地上部分烘干至恒重，获得单位时间产量收割法：收获植物地上部分烘干至恒重，获得单位时间内的净初级生产量。内的净初级生产量。l氧气测定法：总光合量净光合量呼吸量氧气测定法：总光合量净光合量呼吸量l二氧化碳测定法：用特定空间内的二氧化碳含量的变化，作二氧化碳测定法：用特定空间内的二氧化碳含量的变化，作为进入植物体有机质中的量，进而估算有机质的量。为进入植物体有机质中的量，进而估算有机质的量。lpH测定法：水体中的测定法：水体中的pH值随着光合作用中吸收二氧化碳和呼值随着光合作用中吸收二氧化碳和呼吸过程中释放二氧化碳而发生变化，根据吸过程中释放二氧化碳而发生变化，根据pH值变化估算初级生值变化估算初

23、级生产量。产量。l叶绿素测定法：叶绿素与光合作用强度有密切的定量关系，叶绿素测定法：叶绿素与光合作用强度有密切的定量关系，通过测定体中的叶绿素可以估计初级生产力。通过测定体中的叶绿素可以估计初级生产力。l放射性标记测定法：把具有放射性标记测定法：把具有14C的碳酸盐的碳酸盐(14CO32-)放入含有天然放入含有天然水体浮游植物的样瓶中，沉入水中，经过一定时间的培养，滤出浮游水体浮游植物的样瓶中，沉入水中，经过一定时间的培养，滤出浮游植物，干燥后，测定放射性活性，确定光合作用固定的碳量。由于浮植物，干燥后，测定放射性活性，确定光合作用固定的碳量。由于浮游植物在黑暗中也能吸收游植物在黑暗中也能吸收

24、14C，因此，还要用，因此，还要用“暗吸收暗吸收”加以校正。加以校正。第22页，共67页，编辑于2022年，星期日黑白瓶法黑瓶黑瓶（呼吸作用呼吸作用）白瓶白瓶(净光合作用净光合作用)对照瓶对照瓶（消除误差）（消除误差）放放置置于于水水样样深深度度处处一定时间后，测各瓶的含氧量变化，求初级生产量一定时间后，测各瓶的含氧量变化，求初级生产量第23页，共67页，编辑于2022年，星期日次级生产的基本特点次级生产过程模型次级生产过程模型食物食物资源资源未采食未采食拒食拒食未食未食粪便粪便(Fu)呼吸呼吸(R)分解分解被采食被采食可利用可利用食用食用(C)同化同化(A)动物产品产动物产品产生能量生能量(

25、P)潜潜在在能能量量保持能量保持能量损损失失能能量量C=A+FuA=P+RC=P+Fu+RP=C-Fu-R第24页，共67页，编辑于2022年，星期日次级生产量的测定方法l按已知同化量按已知同化量A和呼吸量和呼吸量R，估计生产量，估计生产量P P=C-Fu-R，Fu-尿粪量尿粪量l根据个体生长或增重的部分根据个体生长或增重的部分Pg和新生个体重和新生个体重Pr，估计，估计P P Pg Prl根据生物量净变化根据生物量净变化B和死亡损失和死亡损失E，估计，估计P P B E 第25页，共67页，编辑于2022年，星期日2 生态系统中的分解l资源分解的过程：分碎裂过程、异化过程和淋溶过程等资源分解

26、的过程：分碎裂过程、异化过程和淋溶过程等三个过程。三个过程。l资源分解的意义：资源分解的意义：理论意义：理论意义：v通过死亡物质的分解，使营养物质再循环，给生产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；者提供营养物质；v维持大气中二氧化碳的浓度；维持大气中二氧化碳的浓度；v稳定和提高土壤有机质含量，为碎屑食物链以后各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；级生物生产食物；v改善土壤物理性状，改造地球表面惰性物质；改善土壤物理性状，改造地球表面惰性物质；实践意义：实践意义：v粪便处理粪便处理v污水处理污水处理第26页，共67页，编辑于2022年，星期日澳大利

27、亚引进异地金龟处理牛粪l澳洲大陆距今澳洲大陆距今14000万（万（1.4亿）年前就与其他陆地隔离，生物区系独特，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年运去了第一批年运去了第一批5头奶头奶牛和牛和2头公牛，到头公牛，到19世纪未牛的头超过世纪未牛的头超过4500万头。如以每头牛一昼夜排便万头。如以每头牛一昼夜排便10次计算，每天就有次计算，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

28、物，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竟达3600万亩。澳大利亚学者万亩。澳大利亚学者M.H.Wallace(1978)指出指出“澳大利亚的牛多，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

29、没在牛屎堆里。利亚就将淹没在牛屎堆里。”l据实验两头金龟子一前一后，能将据实验两头金龟子一前一后，能将100克牛粪在克牛粪在3040小时内，滚成球，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，蝇类滋生的条件。为此，60年代，澳大利亚引入了羚羊粪蜣年代，澳大利亚引入了羚羊粪蜣(Onthophagus gazella)和神农蜣螂和神农蜣螂(Cathar

30、sius molossus)等异地金龟，对分解牛粪发挥了明等异地金龟，对分解牛粪发挥了明显的作用。显的作用。第27页，共67页，编辑于2022年，星期日3 生态系统的能流过程l生态系统能量流动规律生态系统能量流动规律l生态系统中能流途径生态系统中能流途径l能量流动的生态效率能量流动的生态效率第28页，共67页，编辑于2022年，星期日生态系统能量流动规律l生态系统是一个热力学系统，生态系统中能量的传递、转换遵循生态系统是一个热力学系统，生态系统中能量的传递、转换遵循热力学的两条定律：热力学的两条定律：l第一定律：能量守恒定律，能量可由一种形式转化为其他形式的第一定律：能量守恒定律，能量可由一种

31、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。能量，能量既不能消灭，又不能凭空创造。l第二定律：熵律，任何形式的能（除了热）转化到另一种形第二定律：熵律，任何形式的能（除了热）转化到另一种形式能的自发转换中，不可能式能的自发转换中，不可能100被利用，总有一些能量作被利用，总有一些能量作为热的形式被耗散出去，熵就增加了。为热的形式被耗散出去，熵就增加了。l生态系统中能流特点（规律）：生态系统中能流特点（规律）：l能流在生态系统中是变化着的；能流在生态系统中是变化着的；l能流是单向流；能流是单向流；l能量在生态系统内流动的过程，就是能量不断递减的过程；能量在生态系统内流动的过程，就是

32、能量不断递减的过程；l能量在流动过程中，质量逐渐提高。能量在流动过程中，质量逐渐提高。第29页，共67页，编辑于2022年，星期日生态系统中能量流动的途径l牧食食物链和腐食食物链是生态系统能流的主要渠道。牧食食物链和腐食食物链是生态系统能流的主要渠道。l能量流动以食物链作为主线，将绿色植物与消费者之间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。进行能量代谢的过程有机地联系起来。l牧食食物链的每一个环节上都有一定的新陈代谢产物进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。入到腐屑食物链中，从而把两类主要的

33、食物链联系起来。l能量在各营养级之间的数量关系可用生态金字塔能量在各营养级之间的数量关系可用生态金字塔表示。表示。第30页，共67页，编辑于2022年，星期日生态锥体(Charles Elton,1927)l生态锥体（生态锥体（ecological pyramid）:能量通过营养级逐级减能量通过营养级逐级减少，如果把通过各营养级的能流量由低到高用图型表示，就少，如果把通过各营养级的能流量由低到高用图型表示，就成为一个金字塔形，称能量锥体或能量金字塔。同样如果以成为一个金字塔形，称能量锥体或能量金字塔。同样如果以生物量或个体数目来表示，可能得到生物量锥体（生物量或个体数目来表示，可能得到生物量锥

34、体（pyramid of energy）和数量锥体（）和数量锥体（pyramid of number）。三类锥。三类锥体合称为生态锥体。体合称为生态锥体。a 生物量锥体生物量锥体(gDW m-2)b 能量锥体能量锥体(kcal m-2 a-1)c 数量锥体数量锥体(个体个体 ha-1)1212第31页，共67页，编辑于2022年，星期日生态锥体l数量锥体以各个营养级的生物个体数量进行比较，忽视数量锥体以各个营养级的生物个体数量进行比较，忽视了生物量因素，一些生物的数量可能很多，但生物量却了生物量因素，一些生物的数量可能很多，但生物量却不一定大，在同一营养级上不同物种的个体大小也是不不一定大，在

35、同一营养级上不同物种的个体大小也是不一样的。一样的。l生物量锥体以各营养级的生物量进行比较，过高强调了大型生物生物量锥体以各营养级的生物量进行比较，过高强调了大型生物的作用。的作用。l能量锥体表示各营养级能量传递、转化的有效程度，不仅表明能量锥体表示各营养级能量传递、转化的有效程度，不仅表明能量流经每一层次的总量，同时，表明了各种生物在能流中的能量流经每一层次的总量，同时，表明了各种生物在能流中的实际作用和地位，可用来评价各个生物种群在生态系统中的相实际作用和地位，可用来评价各个生物种群在生态系统中的相对重要性。能量锥体排除了个体大小和代谢速率的影响，以热对重要性。能量锥体排除了个体大小和代谢

36、速率的影响，以热力学定律为基础，较好地反映了生态系统内能量流动的本质关力学定律为基础，较好地反映了生态系统内能量流动的本质关系。系。第32页，共67页，编辑于2022年，星期日能量流动的生态效率l生态效率生态效率（ecological efficiencies）:是指各种能流参数中的是指各种能流参数中的任何一个参数在营养级之间或营养级内部的比值关系。最重要的任何一个参数在营养级之间或营养级内部的比值关系。最重要的生态效率生态效率(Kozlovsky,1969)有同化效率、生长效率、消费或利用有同化效率、生长效率、消费或利用效率、林德曼效率。效率、林德曼效率。l同化效率同化效率(assimila

37、tion efficiency,AE):衡量生态系统中有机体或衡量生态系统中有机体或营养级利用能量和食物的效率。营养级利用能量和食物的效率。AE=An/In,An为植物固定的能量为植物固定的能量或动物吸收同化的食物，或动物吸收同化的食物，In为植物吸收的能或动物摄取的食物。为植物吸收的能或动物摄取的食物。l生长效率生长效率(growth efficiency,GE):同一个营养级的净生产量同一个营养级的净生产量（Pn）与同化量（）与同化量（An）的比值。）的比值。GEPnAn。l消费或利用效率消费或利用效率(comsumption efficiency,CE):一个营养级对前一个营养级对前一个

38、营养级的相对摄取量。一个营养级的相对摄取量。CE In1Pn，In1为为n1营养级营养级的摄取量，的摄取量，Pn为为n营养级的净生产量。营养级的净生产量。l林德曼效率林德曼效率(Lindeman efficiency):指指n与与n1营养级摄取的营养级摄取的食物量能量之比。它相当于同化效率、生长效率和利用效率食物量能量之比。它相当于同化效率、生长效率和利用效率的乘积，即：的乘积，即：In1In An/In PnAn In1Pn第33页，共67页，编辑于2022年，星期日 美国明尼达州塞达波格湖的能流分析波格湖生态系统营养动态简图波格湖生态系统营养动态简图 n 为为从从 n-1n-1到到 n n

39、的能量的能量贡贡献速率，献速率，n为为从从 n n到到 n-1n-1的能量的能量损损耗率耗率 未利用的能量未利用的能量有有机机体体利利用用的的部部分分 太阳辐射能太阳辐射能太阳辐射能太阳辐射能 0 0 2 2 3 3 4 4非呼吸耗散的能非呼吸耗散的能呼吸耗散的能呼吸耗散的能1234(3=4+R3)R4(2=3+R2)(1=2+R1)R2R1 n n为营为营为营为营养养养养级级级级的能量含量的能量含量的能量含量的能量含量1第34页，共67页，编辑于2022年，星期日美国明尼达州塞达波格湖的能流分析波格湖生态系统营养动态简图波格湖生态系统营养动态简图 能量单位：能量单位：cal cm-2 a 1

40、。呼吸呼吸29.3+未利用未利用78.2+分解分解3.5总初级生产量总初级生产量111.0，能量守恒，能量守恒总初级生产量总初级生产量111.0植食动物植食动物15.0肉食动物肉食动物3.0分解分解3.0分解分解0.5分解分解微量微量呼吸呼吸23.0呼吸呼吸4.5呼吸呼吸1.8未利用未利用70.0太阳能太阳能118872未利用未利用7.0未利用未利用1.2未吸收未吸收的能的能118761第35页，共67页，编辑于2022年，星期日美国明尼达州塞达波格湖的能流分析波格湖生态系统能量金字塔波格湖生态系统能量金字塔3.03.0 cal cm-2 a 1 111.0111.0 cal cm-2 a 1

41、 15.015.0 cal cm-2 a 1 第36页，共67页，编辑于2022年，星期日生物地化循环(biogeochemical cycle)l矿物元素在生态系统之间的输入和输出，它们在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的流动和交大气圈、水圈、岩圈之间以及生物间的流动和交换称生物地换称生物地(球球)化化(学学)循环，即物质循环循环，即物质循环(cycling of material)。第三节 生态系统的物质循环第37页，共67页，编辑于2022年，星期日生物地化循环的特点l物质循环不同于能量流动，后者在生态系统中的运动是循物质循环不同于能量流动，后者

42、在生态系统中的运动是循环的；环的；l生物地化循环可以用生物地化循环可以用库库和和流通率流通率两个概念来描述。两个概念来描述。库库是由存是由存在于生态系统某些生物或非生物成分中一定数量的某种化学物质所在于生态系统某些生物或非生物成分中一定数量的某种化学物质所构成的，可分为构成的，可分为贮存库贮存库和和交换库交换库。前者的特点是库容量大，元。前者的特点是库容量大，元素在库中滞留的时间长，流动速率小，多属于非生物成分；素在库中滞留的时间长，流动速率小，多属于非生物成分；交换库则容量较小，元素滞留的时间短，流速较大。物质在交换库则容量较小，元素滞留的时间短，流速较大。物质在生态系统单位面积生态系统单位

43、面积(或单位体积或单位体积)和单位时间的移动量称和单位时间的移动量称流通流通率率。l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。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。l元素和难分解的化合物常发生生物积累、生物浓缩和生物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。放大现象。第38页，共67页，编辑于2022年，星期日生物积累、生物浓缩和生物放大l生物积累生物积累(bioaccumlation):指生态系统中生物不断进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

44、数不断增加的现象。化合物的浓缩系数不断增加的现象。l生物浓缩生物浓缩(bioconcentration):指生态系统中同一营养级上许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。象，又称生物富集。l生物放大生物放大(biomagnification):指生态系统的食物链上，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高营养级生物以低营养级生物为食，某种元素

45、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。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。浓度显著超过环境中的浓度。第39页，共67页，编辑于2022年，星期日碳循环碳循环(carbon cycle)化化泥碳泥碳煤煤大气中大气中CO2CO2碳化作用碳化作用石油石油水生植物水生植物光合作用光合作用腐烂腐烂燃料燃料呼吸呼吸作用作用光合光合作用作用腐烂腐烂扩散扩散第40页，共67页，编辑于2022年，星期日氮循环氮循环(nitrogen cycle)陆

46、地陆地陆地陆地其它其它动植物动植物蓝藻蓝藻浅层死有机物浅层死有机物溶解死溶解死有机物有机物土壤土壤中无中无机氮机氮库库丢失于深丢失于深层沉积中层沉积中动植物动植物活体活体共生或共生或自由生活自由生活的固氮的固氮微生物微生物死有机体死有机体陆地陆地河流带走河流带走生物固氮生物固氮大气库大气库N2大气库大气库HN3,NO,NO2,N2O，工业固氮工业固氮（汽车（汽车,化肥化肥,电厂）电厂）脱氮脱氮闪电闪电化学反应化学反应海洋海洋火火山山作作用用降降水水大气大气第41页，共67页，编辑于2022年，星期日硫循环（sulfur cycle）陆地陆地海洋海洋沉积物（沉积物（CaSO4,FeS2）溶解的溶

47、解的SO42-SO2H2SSCaSO4FeS2死有机物死有机物活有机物活有机物SO42-降水降水SO2,SO42-扩散扩散海浪海浪SO42-大气大气上升，分化上升，分化SO2FeS2死有机物死有机物活有机物活有机物SO42-H2SS分解分解化肥工业化肥工业SO42-摄取摄取扩散扩散火山活动火山活动H2S,SO2,SO42-植物摄取植物摄取SO2,SO42-降水降水SO2,SO42-化石化石燃烧燃烧 SO2H2S,SO2,SO42-第42页，共67页，编辑于2022年，星期日第四节 自然生态系统l1 生态系统格局生态系统格局l2 森林生态系统森林生态系统l3 草原生态系统草原生态系统l4 荒漠和

48、苔原生态系统荒漠和苔原生态系统l5 湿地生态系统湿地生态系统l6 水域生态系统水域生态系统第43页，共67页，编辑于2022年，星期日1 自然生态系统格局l生态系统的类型及分布生态系统的类型及分布l陆地生态系统的分布规律陆地生态系统的分布规律第44页，共67页，编辑于2022年，星期日生态系统类型及分布陆地生态系统陆地生态系统湿地生态系统：湿地生态系统：水域生态系统水域生态系统森林生态系统森林生态系统草地生态系统草地生态系统荒漠生态系统荒漠生态系统苔原生态系统苔原生态系统海洋生态系统海洋生态系统淡水生态系统淡水生态系统陆地和水域的过渡类型陆地和水域的过渡类型热带雨林生态系统热带雨林生态系统常绿

49、阔叶林生态系统常绿阔叶林生态系统落叶阔叶林生态系统落叶阔叶林生态系统常绿落叶阔叶混交林生态系统常绿落叶阔叶混交林生态系统针叶林生态系统针叶林生态系统草甸草原生态系统草甸草原生态系统典型草原生态系统典型草原生态系统荒漠草原生态系统荒漠草原生态系统第45页，共67页，编辑于2022年，星期日陆地生态系统的分布规律l纬度地带性纬度地带性l经度地带性经度地带性l垂直地带性垂直地带性第46页，共67页，编辑于2022年，星期日纬度地带性l由于太阳高度角及其季节变化因纬度而不同，太阳由于太阳高度角及其季节变化因纬度而不同，太阳辐射量及与其相关的热量也因纬度而异，从赤道向辐射量及与其相关的热量也因纬度而异，

50、从赤道向两极温度递减。两极温度递减。l由于热量沿纬度变化，出现群落和生态系统类型的由于热量沿纬度变化，出现群落和生态系统类型的有规律更替，如从赤道向北极依次出现热带雨林、有规律更替，如从赤道向北极依次出现热带雨林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、北方针叶林与苔原。常绿阔叶林、落叶阔叶林、北方针叶林与苔原。第47页，共67页，编辑于2022年，星期日经度地带性l在北美和欧亚大陆，由于海陆分布格局与大气环流特点，在北美和欧亚大陆，由于海陆分布格局与大气环流特点，水分梯度常沿经向变化，因而导致群落和生态系统经向水分梯度常沿经向变化，因而导致群落和生态系统经向分异，即由沿海湿润区的森林，经半干旱的草原至干旱分