第五章生態系統生態學

（Ecosystem）5.1生態系統(ecosystem)的結構與功能5.1.1生態系統的定義：A.G.Tansley1935年提出的概念。A.G.Tansley對生態系統的描述（概念）：更基本的概念是……完整的系統（物理學上所謂系統），它不僅包括生物復合體，而且還包括人們稱為環境的全部物理因素的復合體……。我們不能把生物從其特定的、形成物理系統的環境中分離開來……。這種系統是地球表面上自然界的基本單位……。這些生態系統有各種各樣的大小和種類。系統構成至少要有3個條件：系統是由許多成分組成的；各成分間不是孤立的而是彼此互相聯系、互相作用的；系統具有獨立的、特定的功能。美國青年科學工作者林德曼（R.L.Lindeman）的偉大貢獻——根據他的研究，提出了“食物鏈”、“金字塔營養級”和創立“十分之一”定律，從理論和實踐上為生態系統奠定了堅實的基礎。生態系統的科學定義為：生態系統就是在一定的時間和空間內，生物和非生物的成分之間，通過不斷的物質循環和能量流動而相互作用、相互依存的統一體，構成一個生態學的功能復合體。生物地理群落（biogeoconosis）為生態系統的同義語。5.1.2生態系統的結構：非生物、生物部分

氣候因子（光、溫等及其他物理因子）

1．非生物部分無機物質（H2O、N、P、K、Ca等礦質元素）有機物質（糖、蛋白質、脂類、腐殖質等）（1）生產者—綠色植物（把太陽能輸入生態系統）生態系統

草食動物（一級消費者）(herbivores)

一級肉食動物（以食草動物為食，

統稱二級消費者）

2．生物部分（2）消費者肉食物動物二級肉食動物（大型肉食動物）稱三

（能量傳遞）(comsumers)(carnivores)級消寄生者三級肉食動物（頂極肉食動物）費者 雜食動物 腐食性動物 （3）還原者（分解者）(reducers)生態系統的基本結構（組成部分）5.1.3生態系統的能量流動1．食物鏈與食物網——生態系統能量流動的渠道

(1)食物鏈（foodchains）定義：食物鏈是指初級生產者獲得光能后制造的食物供給各級消費者形成以食物營養為中心的鏈索關系。類型：掠食鏈、寄生鏈、腐生鏈

(2)食物網（foodweb）定義：許多長短不一的食物鏈互相交織成復雜的網狀關系（見示圖）。營養階(trophiclevels)——食物網內從生物到生物的消費者階梯。處于食物網某一環節上所有生物種總和。2．生態金字塔（ecologicalpyramid）反映生態系統的營養結構與營養機能的錐體圖解模式。數量金字塔、生物量金字塔、能量金字塔（見圖示）3．生態效率（ecologicalefficiencies）在生態系統食物鏈的不同點上，能量之間的百分比率。特指某一營養級的能量輸出和輸入間的比率。林德曼效率——“百分之一”或“十分之一”定律在營養級n上的同化量/在營養級n-1上的同化量≈10%一、各種能流參數如下：1，攝食量（I）:

表示一個生物所攝取的能量。對于植物來說，它代表光合作用所吸收的日光能；對于動物來說，它代表動物吃進的食物的能量。

2，同化量（A）:對于動物來說，它是消化后吸收的能量，對分解者是指對細胞外的吸收能量；對于植物來說，它指在光合作用中所固定的能量，常常以總初級生產量表示。

3，呼吸量（R）:指生物在呼吸等新陳代謝和各種活動中消耗的全部能量。

4，生產量（P）:指生物在呼吸消耗后凈剩的同化能量值，它以有機物質的形式累積在生物體內或生態系統中。對于植物來說，它是凈初級生產量。對于動物來說，它是同化量扣除呼吸量以后的凈剩的能量值。同化效率=被植物固定的能量/植物吸收的日光能

=被動物消化吸收的能量/動物攝食的能量即

Ae=An/In；

生長/產效率=n營養級的凈生產量/n營養級的同化能量即

Pe=Pn/An

二、營養級位之內的生態效率

大型動物的生長率低于小型動物。

老年動物的生長率低于幼年動物。

肉食動物的同化效率高于植食動物。

草原生態系統中的植食動物比森林生態系統中的植食動物能利用較多的初級生產量。

恒溫動物的同化效率很高，但生長效率極低。

變溫動物的同化效率比較低，但生長效率極高。

變溫動物的總能量轉化效率要比恒溫動物高的多。

變溫動物是生態系統中更有效的“生產者”。特點量度營養級位之間的轉化效率消費效率：消費效率量度一個營養級對前一營養級的相對取食壓力。Ce=In+1/Pn一般在20-35%范圍內，每一營養級凈生產的65%-75%進入碎屑食物鏈利用效率：利用效率的高低，說明前一營養級的凈生產量被后一營養級同化多少Ue=An+1/Pn三、營養級位之間的生態效率林德曼效率：n+1營養級所獲得的能量占n營養級所獲得的能量之比林德曼效率4．生態系統中能量流動的特點① 生態系統中能量形成的轉換完全符合熱力學第一定律（能量轉化和守恒）。系統能量增加，環境能量減少，但總能量不變。所不同的是，太陽能轉化為化學能，再轉變為熱能、機械能等其他形式。② 能量沿著食物鏈方向流動，在其流動時，生物中的能量由于各個營養級生物維持自身生命消耗而逐級減少，估計每經一個營養級的剩余能量為原有能量的十分之一左右，其余的都消耗了。③ 生態系統的能量流動是單向、非循環的，它只能一次流過生態系統，單程前進，決不可逆。（熱力學第二定律）為什么要研究生態系統的能量流動？能量是生態系統的驅動力林業、農業、漁業、牧業等工作者對森林、農田、漁場、草原等的經營管理，應掌握能量的輸入和輸出途徑及其限制因素，以達到高產目的，設法調整生態系統的能量分配關系，使能量流向對人類最有益的部分。

關于能量的概念1能量——做功的能力。2能量值的表示：卡或千卡。3與生物體有關的幾種能量形式：

輻射能、機械能、化學能、熱能4.生態系統能量流遵循熱力學定律熱力學第一定律又稱為能量守恒與轉化原理.（EnergyConservationLaw）能量可從一種形式轉換成另一種形式，但能量即不能增加也不會減少。如太陽輻射能，通過綠色植物的光合作用轉變為存在于有機物質化學鍵中的化學潛能；動物通過消耗自身體內貯存的化學潛能變成爬、跳、飛、游的機械能熱力學第二定律(熵律entropylaw)表達有關能量傳遞方向和轉換效率的規律。自然界中任何形式的能最終歸宿是熱能，且不可逆。任何一種能量的轉換，總有一些能量損失掉，一種形式的能絕不會全部轉換成另一種形式的能。熱力學的兩個定律第一定律：A=B+C

第二定律：C<ASUNA:日光，100單位釋放的能量B:熱，98單位釋放的能量形式C:糖，2單位濃縮的能量形式橡樹葉，能量轉換系統太陽輻射能有機物質的合成過程，即生產者（綠色植物）吸收太陽能量形成初級生產量。熱能化學能熱能機械能活有機物質被各級消費者（動物）消費的過程。死有機物質（動植物殘體和排泄物）被腐生物分解的過程。生態系統中能量的流動能量流動特點：1“越流越細”，能量在流動過程中逐漸耗散。2單向流動，不可逆。生物能量的來源我們能利用的能量來自：太陽輻射、核能、地熱……太陽輻射能是生態系統中的能量的最主要來源。太陽輻射紅外線太陽輻射無線電波X光可見光紫外光