保护生物学的生态学基础精选课件.ppt

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1、关于保护生物学的生态学基础第一页，本课件共有66页第一章第一章 绪论绪论内容提要内容提要生态学的概念与由来生态学的概念与由来学科的形成与发展学科的形成与发展生态学主要分支学科生态学主要分支学科现代生态学的研究热点现代生态学的研究热点生态学研究方法生态学研究方法主题词主题词:Global Change；CERN；“3S”第第 一一 章章 绪绪 论论第二页，本课件共有66页第二章第二章 生物与环境生物与环境1.环境、生态因子与生境环境、生态因子与生境2.光及其生态作用光及其生态作用3.温度及其生态作用温度及其生态作用4.水水生命之源生命之源5.土壤土壤7.其他其他主题词主题词:生境生境；异质性；生

2、态型；生物多样性；异质性；生态型；生物多样性第三页，本课件共有66页第三章第三章 种群生态学种群生态学内容提要内容提要o种群定义及其基本特征种群定义及其基本特征o种群数量特征与种群增长种群数量特征与种群增长o种内关系及种间关系种内关系及种间关系o物种形成学说与适应对策物种形成学说与适应对策o研究实例研究实例第三章第三章 种群生态学种群生态学第四页，本课件共有66页第四章第四章 群落生态学群落生态学内容提要内容提要o生物群落定义及其基本特征生物群落定义及其基本特征o生物群落的种类组成生物群落的种类组成o生物群落的结构生物群落的结构o生物群落的动态生物群落的动态o生物群落的分类与排序生物群落的分类

3、与排序o地球上的主要生物群落地球上的主要生物群落第四章第四章 群落生态学群落生态学第五页，本课件共有66页第六页，本课件共有66页第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学内容提要内容提要生态系统生态学概述生态系统生态学概述生态系统组成要素、结构及原理生态系统组成要素、结构及原理生态系统能量流动生态系统能量流动生态系统的物质循环生态系统的物质循环生态系统中的信息传递生态系统中的信息传递生态系统的服务功能与健康评价生态系统的服务功能与健康评价主题词:CERN；生物地球化学循环；生态系统承载力；全球变化；生物地球化学循环；生态系统承载力；全球变化第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第七页，本

4、课件共有66页第一节第一节 生态系统生态学概述生态系统生态学概述内容提要内容提要生态系统概念与内涵生态系统概念与内涵生态系统生态学概念与发展生态系统生态学概念与发展生态系统的基本特征生态系统的基本特征生态系统的研究内容及其发展趋势生态系统的研究内容及其发展趋势生态系统生态学的特点生态系统生态学的特点系统生态学系统生态学第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第八页，本课件共有66页1.生态系统的定义生态系统的定义生态系统生态系统（Ecosystem）是指在一定时间和空间内，由生物群落及其）是指在一定时间和空间内，由生物群落及其环境组成，各组成要素之间借助物种流动、能量流动、物质循环、信环境组

5、成，各组成要素之间借助物种流动、能量流动、物质循环、信息传递和价值流动而形成的一个相互联系、相互制约，并具有自我调息传递和价值流动而形成的一个相互联系、相互制约，并具有自我调节功能的复合体节功能的复合体（戈峰，（戈峰，2002）。其他定义（供参考）其他定义（供参考）生态系统一词是英国植物生态学家生态系统一词是英国植物生态学家A.G.Tansley（1871-1955）于）于1935年授衔提出的。他在研究中发现气候、土壤和动物对植物的生长、分布和年授衔提出的。他在研究中发现气候、土壤和动物对植物的生长、分布和丰度都有明显的影响，于是提出丰度都有明显的影响，于是提出“生物与环境形成一个自然系统。正

6、是这种系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各种大小和类型的基本单元，即生态系统统构成了地球表面上各种大小和类型的基本单元，即生态系统”。（几个大。（几个大人物：人物：Odum家族家族）一、生态系统概念与内涵一、生态系统概念与内涵第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第九页，本课件共有66页2.生态系统的内涵生态系统的内涵 （1）生态系统是客观）生态系统是客观 存在的实体，具有时间、空间概念的功能存在的实体，具有时间、空间概念的功能单元；单元；（2）是由生物和非生物成分组成的，以生物为主体；）是由生物和非生物成分组成的，以生物为主体；（3）各要素间有机地组织在一起，具有

7、整体的功能；）各要素间有机地组织在一起，具有整体的功能；（4）生态系统是人类生存和发展的基础。）生态系统是人类生存和发展的基础。一、生态系统概念与内涵一、生态系统概念与内涵第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第十页，本课件共有66页生态系统生态学（生态系统生态学（Ecosystem ecology）：）：是研是研究生态系统的组成要素、结构与功能、发展与演替，以及人为影响与调控机究生态系统的组成要素、结构与功能、发展与演替，以及人为影响与调控机制的生态科学。制的生态科学。学科发展学科发展（一）（一）寂静的春天寂静的春天（Carson R，1962）（二）生物多样性危机（二）生物多样性危机（

8、三）生态系统健康与管理（三）生态系统健康与管理（四）国际组织（四）国际组织（IBP、MAB、IGBP）20世纪世纪60年代开始生态学的研究中心从群落生态学过渡为生态系统生态学，年代开始生态学的研究中心从群落生态学过渡为生态系统生态学，标志着生态学发展史上的标志着生态学发展史上的第三次飞跃第三次飞跃，而且比前两次更为深刻，意义更为深远。，而且比前两次更为深刻，意义更为深远。二、生态系统生态学的概念与发展二、生态系统生态学的概念与发展第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第十一页，本课件共有66页1.生态系统是具有时空概念的复杂的大系统生态系统是具有时空概念的复杂的大系统2.有一定的负荷力有一

9、定的负荷力（或称承载力承载力，carrying capacity）3.有明确的功能和公益服务功能有明确的功能和公益服务功能 生态系统不是生物分类单元，更多是作为功能单元而存在，尤其是生态系生态系统不是生物分类单元，更多是作为功能单元而存在，尤其是生态系统的服务功能。统的服务功能。4.有自我维持、自我调控的功能有自我维持、自我调控的功能5.有动态的、生命的特征有动态的、生命的特征6.具有健康、可持续发展特性具有健康、可持续发展特性三、生态系统的基本特征三、生态系统的基本特征第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第十二页，本课件共有66页研究内容研究内容（1 1）自然生态系统的保护和利用）自然

10、生态系统的保护和利用（2 2）生态系统调控机制的研究）生态系统调控机制的研究 （3 3）生态系统退化的机理、恢复模型及其修复的研究）生态系统退化的机理、恢复模型及其修复的研究（4 4）全球性生态问题的研究）全球性生态问题的研究（5 5）生态系统可持续发展的研究）生态系统可持续发展的研究发展趋势发展趋势 （1 1）基础理论研究（）基础理论研究（2 2）系统空间格局研究（）系统空间格局研究（3 3）研究方法的改善）研究方法的改善 （4 4）促进自然科学与社会科学的结合）促进自然科学与社会科学的结合四、生态系统的研究内容及其发展趋势四、生态系统的研究内容及其发展趋势第五章第五章 生态系统生态学生态系

11、统生态学第十三页，本课件共有66页以研究生态系统服务，促进生态系统健康为特点以研究生态系统服务，促进生态系统健康为特点加强结构与功能为主的基础性研究加强结构与功能为主的基础性研究采用建模与实验研究相结合的方法采用建模与实验研究相结合的方法 生生态态系系统统模模型型（Ecosystem Ecosystem modelmodel）是是研研究究、分分析析和和描描述述生生态态系系统统的的基基本本方方法法，是是从从系系统统基基本本成成分分、结结构构、行行为为处处罚罚，简简要要描描绘绘出出生生态态系系统统最最本本质的特性和行为。质的特性和行为。五、生态系统生态学特点五、生态系统生态学特点第五章第五章 生态

12、系统生态学生态系统生态学第十四页，本课件共有66页什么是系统？什么是系统？按按照照H.H.T.T.OdumOdum在在系系统统生生态态学学中中的的定定义义：系系统统是是由由一一组组按按照照某某种种过过程程相相互互作作用用的的部部件件所所组组成成，直直观观上上可可以以看看作作是是一一些些由由方方框框图图表表示的部件相互联结而成的。示的部件相互联结而成的。系统分类系统分类系统可分为开放系统、封闭系统和孤立系统系统可分为开放系统、封闭系统和孤立系统如果一个系统和外界既有能量交流又有物质交流，则为开放系统如果一个系统和外界既有能量交流又有物质交流，则为开放系统如果一个系统和外界只有能量交流而无物质交流

13、，即为封闭系统如果一个系统和外界只有能量交流而无物质交流，即为封闭系统如果一个系统和外界既无能量交流又无物质交流，则为孤立系统如果一个系统和外界既无能量交流又无物质交流，则为孤立系统系统生态学就是“把系统分析的方法应用于生态学”六、系统生态学六、系统生态学第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第十五页，本课件共有66页第二节第二节 生态系统的组成要素、结构及原理生态系统的组成要素、结构及原理内容提要内容提要生态系统组成要素及其作用生态系统组成要素及其作用生态系统结构的基本原理生态系统结构的基本原理生态系统的开放、整体性原理生态系统的开放、整体性原理生态系统的营养结构生态系统的营养结构生态系

14、统的主要类型生态系统的主要类型第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第十六页，本课件共有66页 生态系统包括生物组分和非生物组分生态系统包括生物组分和非生物组分o生物组分：生物组分：生产者、消费者、分解者等三大功能类群生产者、消费者、分解者等三大功能类群o非非生生物物组组分分：包包括括三三部部分分内内容容，即即（1 1）系系统统运运转转的的驱驱动动因因子子（2 2）生物生长的基质和媒介（）生物生长的基质和媒介（3 3）生物生长代谢的材料）生物生长代谢的材料o各组成要素的功能各组成要素的功能生产者生产者消费者消费者分解者分解者非生物环境非生物环境一、生态系统组成要素及其作用一、生态系统组成要

15、素及其作用第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第十七页，本课件共有66页结构是生态系统的基本属性结构是生态系统的基本属性空间结构：具有明显的分层现象空间结构：具有明显的分层现象时时间间结结构构：生生态态系系统统结结构构随随时时间间的的变变动动反反映映出出在在时时间间序序列列上上的的动态。动态。一一般般有有三三个个时时间间度度量量，即即以以生生态态系系统统进进化化为为主主要要内内容容的的长长时时间间度度量量、以以群群落落演演替替为为主主要要内内容容的的中中等等时时间间度度量量和和以以昼昼夜夜、季季节节变变化化等等为为主主的的短短时时间间变变化。化。结构与功能的辩证关系结构与功能的辩证关系生

16、态系统结构与功能相互依存生态系统结构与功能相互依存生态系统结构与功能是可以相互转变的生态系统结构与功能是可以相互转变的生态系统结构与功能的关系是多种多样的生态系统结构与功能的关系是多种多样的二、生态系统结构的基本原理二、生态系统结构的基本原理第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第十八页，本课件共有66页生态系统的开放性生态系统的开放性生态系统是个开放系统（生态系统是个开放系统（Open systemOpen system）生生态态系系统统全全方方位位的的与与系系统统外外界界进进行行交交流流，不不断断进进行行着着物物质质、能量的交换和流动能量的交换和流动生态系统的开放性也表现在熵（生态系统

17、的开放性也表现在熵（EntropyEntropy）的交换）的交换开放的重要意义开放的重要意义有开放，才有输入（有开放，才有输入（InputInput）；有输入，才有输出（）；有输入，才有输出（OutputOutput）开放，促进了各组成要素间的交流，使系统始终处于动态之中开放，促进了各组成要素间的交流，使系统始终处于动态之中开放，使系统得到发展，交流、交换促进系统的发生和发展开放，使系统得到发展，交流、交换促进系统的发生和发展三、生态系统开放、整体性原理三、生态系统开放、整体性原理第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第十九页，本课件共有66页生态系统的整体性原理生态系统的整体性原理整体性

18、（整体性（HolismHolism）是生态系统最重要的一个特征。）是生态系统最重要的一个特征。整整体体性性指指系系统统作作为为有有机机整整体体，其其存存在在的的方方式式、目目标标、功功能能都表现出统一的整体性。都表现出统一的整体性。整体性论点整体性论点整体性是生态系统要素与结构的综合体现，主要有三个论点：整体性是生态系统要素与结构的综合体现，主要有三个论点：整体大于系统各部分之和整体大于系统各部分之和一旦形成了系统，各要素不能再简单分解成独立要素存在一旦形成了系统，各要素不能再简单分解成独立要素存在各各个个要要素素的的性性质质和和行行为为对对系系统统的的整整体体性性都都是是有有作作用用的的，这

19、这种种作作用用是是在在各各个个要素相互作用过程中表现出来的要素相互作用过程中表现出来的三、生态系统开放、整体性原理三、生态系统开放、整体性原理第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第二十页，本课件共有66页生生态态系系统统内内各各要要素素之之间间最最本本质质的的联联系系是是通通过过营营养养来来实实现现的的食食物物链链（Food Food chainchain）：就就是是生生态态系系统统内内不不同同生生物物之之间间在在营营养养关关系系中中形形成成的的一一环环套套一一环环的的链链条条式式关关系系。食食物物链链上上的的每每一一个个环环节节，称称为为营营养养级级(营营养养阶层，阶层，Trophic

20、 level)Trophic level)。生态锥体（。生态锥体（Ecological pyramid,P160Ecological pyramid,P160）食物链的类型食物链的类型捕食食物链捕食食物链（Predatory food chainPredatory food chain）如：）如：小麦小麦-蚜虫蚜虫-瓢虫瓢虫-鸟类鸟类碎屑食物链碎屑食物链（Detritus food chainDetritus food chain）如：枯枝落叶如：枯枝落叶-分解者分解者-食碎屑动物食碎屑动物-小型肉食动物小型肉食动物-大型肉食动物大型肉食动物寄生食物链寄生食物链（Parasitic food

21、chainParasitic food chain）如：）如：鸟鸟-跳蚤跳蚤-鼠疫细菌鼠疫细菌四、生态系统的营养结构四、生态系统的营养结构第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第二十一页，本课件共有66页食物网（食物网（Food webFood web）生生态态系系统统中中许许多多食食物物链链彼彼此此交交错错连连接接，形形成成一一个个网网状状结结构构，即为食物网。即为食物网。P159 P159 图图4.3 4.3 陆地生态系统的部分食物网（李博等，陆地生态系统的部分食物网（李博等，20002000）生态效率（生态效率（Ecological efficiencyEcological effi

22、ciency）生生态态效效率率是是指指各各种种能能流流参参数数中中的的任任何何一一个个参参数数在在营营养养级级或或营营养养级级内内部部的的比值，常用百分数表示，也称传递效率。比值，常用百分数表示，也称传递效率。常用参数：常用参数：捕食量捕食量(I)、同化量、同化量(A)、呼吸量、呼吸量(R)、生产量、生产量(P)营养级内：同化效率、生长效率营养级内：同化效率、生长效率营养级外：消费效率、林德曼效率营养级外：消费效率、林德曼效率四、生态系统的营养结构四、生态系统的营养结构第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第二十二页，本课件共有66页第二十三页，本课件共有66页地地球球上上的的生生体体系系

23、统统多多种种多多样样，从从不不同同角角度度可可划划分分出出多多个类型个类型根根据据人人类类活活动动对对生生态态系系统统影影响响大大小小来来分分：自自然然生生态态系系统统、人人工工生生态系统态系统根据生态系统所在环境性质来分：根据生态系统所在环境性质来分：水生生态系统、陆地生态系统水生生态系统、陆地生态系统根根据据能能源源的的来来源源和和水水平平特特点点来来分分：太太阳阳供供能能系系统统、燃燃料料功功能能系系统统，其其中中前前者者为为主主要要类类型型，又又可可分分为为无无补补加加的的太太阳阳功功能能生生态态系系统统、自自然然补补加加的的太太阳阳功功能能生生态态系系统统和和人人类类补补加加的的太太

24、阳阳功功能能生生态态系系统。统。五、生态系统的主要类型五、生态系统的主要类型第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第二十四页，本课件共有66页Odum家族简介家族简介 提起提起20世纪的生态学发展，不能不提到世纪的生态学发展，不能不提到Odum家族。作为社会学家族。作为社会学家家 Howard W.Odum之子，之子，Odum认为是父亲给了自己一种从整体认为是父亲给了自己一种从整体上（上（holistic)看待事物的方法。在看待事物的方法。在Odum完成本科学业继续深造时，他完成本科学业继续深造时，他没有选择没有选择密歇根大学密歇根大学和和康奈尔大学康奈尔大学，因为他认为这两所大学的生物系

25、没有，因为他认为这两所大学的生物系没有体现出这种研究的整体性。体现出这种研究的整体性。Odum最终选择了最终选择了伊利诺斯大学伊利诺斯大学（U.of Illinois)，并在那里获得，并在那里获得博士学位。博士学位。20世纪世纪40年代后期，年代后期，Odum供职于供职于佐治亚大学佐治亚大学，其时佐治亚，其时佐治亚大学将要制定新的课程计划，他认为必须立即加入生态学的内容，当时大学将要制定新的课程计划，他认为必须立即加入生态学的内容，当时他的意见甚至遭到同僚的嘲笑。他的意见甚至遭到同僚的嘲笑。Odum明白，这是因为当时还没有一明白，这是因为当时还没有一本真正意义上的生态学教科书，很多教职人员并不

26、真正懂得生态学。本真正意义上的生态学教科书，很多教职人员并不真正懂得生态学。第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第二十五页，本课件共有66页Odum家族简介家族简介 1953年，年，Odum和弟弟和弟弟 Howard Thomas Odum（当时为（当时为耶鲁大学耶鲁大学的研究生）合著了一本生态的研究生）合著了一本生态学教科书：学教科书：生态学基础生态学基础（Fundenmentals of Ecology）。）。在其后在其后10年左右的时间里此书也是唯一一本生态学年左右的时间里此书也是唯一一本生态学教科书。教科书。Odum继承和发展了生态系统这一概念，这也继承和发展了生态系统这一概念，

27、这也是他对生态学作出的主要贡献之一。是他对生态学作出的主要贡献之一。第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第二十六页，本课件共有66页第三节第三节 生态系统中的能量流动生态系统中的能量流动内容提要内容提要能量流动的一般模式及基本原理能量流动的一般模式及基本原理生态系统中的初级生产生态系统中的初级生产生态系统中的次级生产生态系统中的次级生产生态系统的能量动力学分析生态系统的能量动力学分析稳定性同位素的应用稳定性同位素的应用当前研究热点当前研究热点主题词主题词:GPP；NPP；Lindeman效率；效率；热力学定律热力学定律 第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第二十七页，本课件共有66

28、页 生生态态系系统统中中能能量量主主要要有有两两种存在状态：动能与势能种存在状态：动能与势能o动能（动能（kinetic energykinetic energy）o势能（势能（potential energypotential energy）一、能量流动的一般模式及基本原理一、能量流动的一般模式及基本原理能量流动模式能量流动模式第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学（一）能量流动一般模式（一）能量流动一般模式第二十八页，本课件共有66页生态系统中能量流动严格遵循热力学定律生态系统中能量流动严格遵循热力学定律热力学第一定律：按当量比例转化，不能消灭和创造热力学第一定律：按当量比例转化，不能

29、消灭和创造热力学第二定律：形式之间的转化总有一部分以热能的形式耗散热力学第二定律：形式之间的转化总有一部分以热能的形式耗散生态系统能量的单向流动生态系统能量的单向流动能量在生态系统内流动的过程中数量不断递减能量在生态系统内流动的过程中数量不断递减能量在生态系统内流动的过程中质量不断提高能量在生态系统内流动的过程中质量不断提高生态金字塔模式生态金字塔模式能量金字塔：较为客观、全面。上下相差能量金字塔：较为客观、全面。上下相差1 1个数量级个数量级生物量金字塔：过高强调大型生物的作用。上下差生物量金字塔：过高强调大型生物的作用。上下差5 5个数量级个数量级数量金字塔：高估小型生物的作用。上下密度相

30、差数量金字塔：高估小型生物的作用。上下密度相差1010个数量级个数量级能量流动过程中速率不同能量流动过程中速率不同（二）生态系统中能量流动的基本原理（二）生态系统中能量流动的基本原理第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第二十九页，本课件共有66页初初级级生生产产（Primary Primary productionproduction）：又又称称第第一一性性生生产产，指指绿绿色色植植物物和某些细菌生产。和某些细菌生产。总总初初级级生生产产（Gross Gross primary primary productionproduction，GPPGPP）：指指植植物物在在单单位位面积、单位时

31、间内，通过光合作用固定太阳辐射的总能量。面积、单位时间内，通过光合作用固定太阳辐射的总能量。净净初初级级生生产产（Net Net primary primary productionproduction，NPPNPP）：植植物物的的总总初初级级生生产产量量减减去去呼呼吸吸作作用用消消耗耗的的能能量量（R R），余余下下的的有有机机物物质质为为净净初初级级生生产产量量或或净净第第一性生产量。一性生产量。GPP=NPP+R 或或NPP=GPP-R影响初级生产力的主要因素影响初级生产力的主要因素（1 1）植物光合途径（）植物光合途径（C3C3、C4C4、CAMCAM）（2 2）环境污染环境污染（3

32、3）消费者的影响（捕食）及自身死亡：）消费者的影响（捕食）及自身死亡：dB/dt=GPP R H-D二、生态系统中的初级生产二、生态系统中的初级生产第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第三十页，本课件共有66页全球初级生产量估算：全球初级生产量估算：全球全球NPPNPP约约17010170109t t，期中陆地，期中陆地11510115109t t。全球初级生产量的空间分布格局：全球初级生产量的空间分布格局：不均匀。分布规律如下：不均匀。分布规律如下：陆地大于水域陆地大于水域陆地陆地NPPNPP有随纬度增加而逐渐降低的趋势有随纬度增加而逐渐降低的趋势海洋海洋NPPNPP由河口湾向大陆架和

33、大洋区逐渐降低由河口湾向大陆架和大洋区逐渐降低全球面积生产量可划分为三个主要等级：极低、中等、高。全球面积生产量可划分为三个主要等级：极低、中等、高。时间分布格局：时间分布格局：生态系统初级生产力随系统发育年龄而改变生态系统初级生产力随系统发育年龄而改变初级生产力测定方法初级生产力测定方法（1 1）直接收割法（）直接收割法（2 2）光合作用测定法（）光合作用测定法（3 3）二氧化碳测定法）二氧化碳测定法（4 4）叶绿素测定法（）叶绿素测定法（5 5）遥感和地理信息系统技术的应用）遥感和地理信息系统技术的应用初级生产的生产效率初级生产的生产效率 生生产产效效率率之之植植物物的的生生产产量量（Pn

34、Pn）与与同同化化能能量量（AnAn）的的比比值值，即即生生产产量量占占同同化化量的百分比量的百分比二、生态系统中的初级生产二、生态系统中的初级生产第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第三十一页，本课件共有66页次次级级生生产产（Secondary Secondary productionproduction）：指指生生态态系系统统处处级级生生产产以以外外的的生生物物有有机机体体的的生生产产，即即异异养养生生物物的的生生产产，表表现现为为动动物物和和微微生生物物的的生生长长、繁繁殖殖和和营营养养物物质的贮存。质的贮存。次级生产特点次级生产特点次级生产最终是以初级生产为基础次级生产最终是以

35、初级生产为基础各级消费者所利用能量仅仅为被食者生产量的一部分各级消费者所利用能量仅仅为被食者生产量的一部分 PS(次级生产量次级生产量)=C(摄入量摄入量)Fu(排泄物、分泌物等排泄物、分泌物等)R(同化量同化量)次级生产过程次级生产过程次次级级生生产产力力受受到到初初级级生生产产量量和和热热力力学学第第二二定定律律制制约约。净净初初级级生生产产量量是是一一切切消消费费者的能量来源。者的能量来源。次级生产模型（见下页）次级生产模型（见下页）三、生态系统中的次级生产三、生态系统中的次级生产第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第三十二页，本课件共有66页三、生态系统中的次级生产三、生态系统中

36、的次级生产次级生产模型次级生产模型第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第三十三页，本课件共有66页次级生产量总要比初级生产量少得多！次级生产量总要比初级生产量少得多！第三十四页，本课件共有66页四、能量动力学分析四、能量动力学分析第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学 Lindeman(1942)开创了定量描述生态系统能量动态的工作。研究结果表明：当太阳辐射能进入生态系统后，首先为生产者所吸收的辐射能即成为总输入的能量。在通过植食动物、肉食动物等营养阶层时，能量在流动中有了转化。从总的来看，这种总能量流动和转化情况完全符合热力学第一定律和第二定律。O第三十五页，本课件共有66页 生生

37、态态效效率率：是是指指生生态态系系统统中中能能量量从从一一个个营营养养阶阶层层流流转转到到另另一一个个营营养养阶层，在不同阶层上能量个参数的比值。阶层，在不同阶层上能量个参数的比值。o同同化化效效率率（AEAE）：是是衡衡量量生生态态系系统统中中有有机机体体或或营营养养阶阶层层利利用用能能量量和和食食物物的的效率。效率。AE=An/InAE=An/Ino消消费费效效率率（CECE）：是是指指n n营营养养阶阶层层摄摄食食的的能能量量与与n-n-1 1营营养养阶阶层层的的净净生生产产能能量量的比值。的比值。CE=In/NPPn-CE=In/NPPn-1 1o生生态态效效率率（LELE）：是是指指

38、n n营营养养阶阶层层取取食食、吸吸收收量量与与n+1n+1营营养养阶阶层层取取食食、吸吸收收量量的的比比值值。相相当当于于同同化化效效率率、生生长长效效率率和和利利用用效效率率的的乘乘积积。因因由由LindemanLindeman最早提出，因此常称为林德曼效率。最早提出，因此常称为林德曼效率。In+1/In=An/In NPPn/An In+1/NPPn生长效率（生长效率（GEGE）：）：是指同一营养阶层的净生产量与同化量的比值。是指同一营养阶层的净生产量与同化量的比值。GE=NPPn/An能量流动中的生态效率能量流动中的生态效率第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第三十六页，本课件共

39、有66页用用稳稳定定性性同同位位素素（IsotopeIsotope）检检测测能能量量和和营营养养结结构构的的研研究究是是一一种种较较新新的的手手段段，具具有有准准确确、快快速速、灵灵敏敏和和可可定定位位等等优优点点。它它深深刻刻揭揭示示许许多多取取食食习习性性变变化化较较大大的的动动物物食食性性，其其结结果果证证明一些常规分析物种营养结构的工作是不太可靠的。明一些常规分析物种营养结构的工作是不太可靠的。大大多多数数化化学学元元素素，包包括括一一些些稳稳定定性性同同位位素素被被广广泛泛应应用用，如如1313C C、1414C C，1515N N、3434S S等等。这这些些稳稳定定性性同同位位素

40、素的的相相对对浓浓度度可可用用来来研研究究整个生态系统的能流和物质流。整个生态系统的能流和物质流。稳定性同位素浓度比的差异往往比测定其绝对值更为准确。稳定性同位素浓度比的差异往往比测定其绝对值更为准确。五、稳定性同位素的应用五、稳定性同位素的应用第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第三十七页，本课件共有66页着力于生物生产力提高的研究着力于生物生产力提高的研究开发新能源和节约能源开发新能源和节约能源生态农业建设的研究生态农业建设的研究开发海洋生物群落研究开发海洋生物群落研究六、当前研究热点六、当前研究热点第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第三十八页，本课件共有66页第四节第四节

41、生态系统中的物种流动生态系统中的物种流动内容提要内容提要物种流的概念物种流的概念物种流的基本特点物种流的基本特点物种流动对生态系统的影响物种流动对生态系统的影响植物的种子流植物的种子流动物的迁移动物的迁移生物入侵（课后作业）生物入侵（课后作业）主题词主题词:species flow；biological invasion 第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第三十九页，本课件共有66页一、物种流的基本概念一、物种流的基本概念第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学（一一）物物种种：指指相相似似生生物物个个体体的的集集合合，可可正正常常交交配配并并繁繁育后代育后代（二二）物物种种流流：是

42、是指指物物种种在在空空间间位位置置上上的的变变动动。可可以以是是个个体体的，也可以是种群、群落等多种形式。具三层含义：的，也可以是种群、群落等多种形式。具三层含义：生物有机体与环境之间的作用所产生时空的变化生物有机体与环境之间的作用所产生时空的变化物种种群在生态系统内或生态系统间格局和数量的动态物种种群在生态系统内或生态系统间格局和数量的动态生物群落中物种组成、配置、营养结构变化生物群落中物种组成、配置、营养结构变化第四十页，本课件共有66页二、物种流的基本特点二、物种流的基本特点第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学（一）有序性：（一）有序性：种群个体迁移有季节、时间和先后等秩序种群个体

43、迁移有季节、时间和先后等秩序（二）连锁性：（二）连锁性：种群向外扩散常是成群的。种群向外扩散常是成群的。东亚飞蝗：少数个体起飞东亚飞蝗：少数个体起飞-逐步扩大逐步扩大-带动巨大蝗群带动巨大蝗群非洲沙漠蝗：非洲沙漠蝗：18891889年中的一次飞越红海的蝗群大约有年中的一次飞越红海的蝗群大约有25002500亿亿只只（三）连续性：（三）连续性：种群在系统内运动常是连续不断的，日夜兼程的进行种群在系统内运动常是连续不断的，日夜兼程的进行（四）有规律和无规律移动：（四）有规律和无规律移动：有规律的迁移有规律的迁移+无规律的移动无规律的移动(生物入侵生物入侵)第四十一页，本课件共有66页物种的增加和去

44、除的影响物种的增加和去除的影响物种新增会造成系统内物种的大量灭绝物种新增会造成系统内物种的大量灭绝物种去除，会造成系统内物种的猛增物种去除，会造成系统内物种的猛增增加物种改变生态系统发展的方向增加物种改变生态系统发展的方向改变生物地球化学循环改变生物地球化学循环物种流动改变整个生态系统的结构和功能物种流动改变整个生态系统的结构和功能物种流动的间接影响物种流动的间接影响草草本本植植物物的的引引入入，会会增增加加枯枯落落层层厚厚度度及及可可燃燃性性，增增加加火火灾灾发发生生率率三、物种流动对生态系统的影响三、物种流动对生态系统的影响第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第四十二页，本课件共有6

45、6页种子雨种子雨单位时间内一定空间中种子输入输出的流动量单位时间内一定空间中种子输入输出的流动量母体植株上的种子向环境传播的过程，常形象地称为种子雨母体植株上的种子向环境传播的过程，常形象地称为种子雨传播动力：传播动力：主要是风，其次还有水、动物等主要是风，其次还有水、动物等动物的迁移动物的迁移昆虫的迁飞：三种类型（昆虫的迁飞：三种类型（课后查阅资料课后查阅资料）水生动物的洄游水生动物的洄游鸟类的迁徙鸟类的迁徙四、植物的种子雨和动物的迁移四、植物的种子雨和动物的迁移第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学五、生物入侵五、生物入侵（选学内容，请大家课后阅读相关文献）（选学内容，请大家课后阅读相

46、关文献）第四十三页，本课件共有66页第五节第五节 生态系统中的物质循环生态系统中的物质循环 内容提要内容提要生物地化循环概述生物地化循环概述水的生物地球化学循环水的生物地球化学循环碳、氮、磷、硫的生物地球化学循环碳、氮、磷、硫的生物地球化学循环生态系统中的物质分解生态系统中的物质分解当前研究热点当前研究热点第五章第五章 生态系统生态学生态系统生态学第四十四页，本课件共有66页一、生物地化循环概述一、生物地化循环概述生物地化循环：生物地化循环：指生态系统之间矿物元素的输入和输出，以及它们在指生态系统之间矿物元素的输入和输出，以及它们在大气圈、水圈、岩石圈之间，生物与生物之间的流动和交换过程，又称

47、为大气圈、水圈、岩石圈之间，生物与生物之间的流动和交换过程，又称为物质循环。其动力来自能量。物质循环。其动力来自能量。生态系统物质循环的复杂性特点生态系统物质循环的复杂性特点介质多样介质多样涉及元素多样涉及元素多样涉及多种化学过程涉及多种化学过程几个基本概念几个基本概念源源-库库流通率流通率周转率周转率物质循环的类型：物质循环的类型：水循环、气体型循环、沉积型循环水循环、气体型循环、沉积型循环第四十五页，本课件共有66页二、水的生物地球化学循环二、水的生物地球化学循环水循环的作用水循环的作用水是所有营养物质的介质水是所有营养物质的介质水是很好的溶剂水是很好的溶剂水是地质变化的动因之一水是地质变

48、化的动因之一水循环的驱动力水循环的驱动力太阳辐射太阳辐射植被植被海洋和陆地水分的不断蒸发海洋和陆地水分的不断蒸发水的全球分布及其循环途径水的全球分布及其循环途径海洋海洋+淡水淡水水的循环途径水的循环途径人类活动对水循环的影响人类活动对水循环的影响（课后思考）（课后思考）第四十六页，本课件共有66页水的循环途径水的循环途径第四十七页，本课件共有66页三、气体型循环（碳、氮）三、气体型循环（碳、氮）碳的循环碳的循环第四十八页，本课件共有66页三、气体型循环（碳、氮）三、气体型循环（碳、氮）氮的循环氮的循环第四十九页，本课件共有66页四、沉积型循环（磷）四、沉积型循环（磷）磷的循环磷的循环第五十页，

49、本课件共有66页五、气体五、气体-沉积型循环（硫）沉积型循环（硫）硫的循环硫的循环第五十一页，本课件共有66页几个重要的概念几个重要的概念固氮作用固氮作用氨化作用氨化作用硝化作用硝化作用反硝化作用反硝化作用生物放大作用生物放大作用特别注意：特别注意：元素循环的相互作用元素循环的相互作用有毒物质的迁移转化有毒物质的迁移转化第五十二页，本课件共有66页六、生态系统中的物质分解六、生态系统中的物质分解物质的分解作用（物质的分解作用（Decomposition）:指动植物和微生物的残体指动植物和微生物的残体等复杂有机物逐步分解为无机物质的过程。等复杂有机物逐步分解为无机物质的过程。生物分解者：生物分解

50、者：微生物、食碎屑动物微生物、食碎屑动物分解作用的意义：分解作用的意义：全球生态系统的物质动态平衡是靠物质的生产和分解全球生态系统的物质动态平衡是靠物质的生产和分解来实现的。来实现的。通过矿化作用，使营养物质得以再循环，提供给生产者利用通过矿化作用，使营养物质得以再循环，提供给生产者利用维持大气中二氧化碳的浓度维持大气中二氧化碳的浓度排除生态系统中出现的种种物流障碍排除生态系统中出现的种种物流障碍稳定和提高土壤中有机物质的含量，为碎屑食物链提供物质基础稳定和提高土壤中有机物质的含量，为碎屑食物链提供物质基础改善土壤物理性状、改造地球表面惰性物质，降低污染物危害程度改善土壤物理性状、改造地球表面