第十章生態系統生態系統的概念和特征生態系統中的生產生態系統中的分解思考題生態系統的能量流動生態系統的物質循環群落或生態系統的穩定性生態系統的發育第一節生態系統的概念和特征生態系統的定義及意義系統與反饋生態系統的基本結構食物鏈、食物網和營養級生態系統中的同資源種團上行控制和下行控制一、生態系統的特點及意義生態系統（ecosystem）：一定空間內棲居的所有生物與其環境之間由于不斷進行物質循環和能量流動過程而形成的統一整體。生態系統的特點生態系統主要是功能單位，而不是分類學單位；生態系統具有自我調節能力；屬于經典生態學研究的最高層次；能量流動、物質循環和信息傳遞是生態系統的三大功能；生態系統中營養級的數目受限于生產者所固定的最大能量和這些能量在流動過程中的巨大損失，因此，營養級的數目通常不超過5－6個；生態系統是動態系統，要經歷一系列發育階段。學習生態系統生態學的意義二、系統與反饋

系統類型隔離系統封閉系統開放系統反饋類型正反饋負反饋生態系統中的反饋（正反饋（左）和負反饋（右））狼↑狼↓兔↓兔↑植物↓植物↑狼餓死狼吃飽吃了較多兔子吃了較少兔子兔吃飽兔餓死吃了較少的草吃了大量的草污染↑

↑

魚死亡↑污染↑

魚死亡↑

↑↑魚死亡↑↑污染↑

↑

↑

三、生態系統的基本結構無機物有機物氣候因素②生產者③消費者④分解者六大組成成分（四大基本成分）①生產者：自養生物，主要是各種綠色植物，也包括藍綠藻和一些能進行光合作用的細菌。②消費者：異養生物，主要指以其他生物為食的各種動物。③分解者：異養生物，把復雜的有機物分解成簡單無機物。①非生物成分生物成分(生物群落)三大功能群生態系統的營養結構及能流和物流間的關系生產者(綠色植物)消費者(動物)分解者(細菌、真菌)放牧系統凈初級生產分解系統死有機物太陽輻射能呼吸散失呼吸散失生態系統的營養結構(能量流動)能流物流環境(土壤、空氣、水)生態系統的營養結構(物質循環)四、食物鏈、食物網和營養級食物鏈（foodchain）食物鏈指生態系統中不同生物之間在營養關系中形成的物質和能量傳遞關系。食物鏈的類型牧食食物鏈（grazingfoodchain）：又稱捕食食物鏈，以活的動植物為起點的食物鏈。寄生食物鏈可以看作牧食食物鏈的一種特殊類型。腐食食物鏈（detritalfoodchain）：又稱碎屑食物鏈，從死亡的有機體或腐屑開始。一個食物鏈的例子“螳螂捕蟬，黃雀在后”螳螂捕蟬，黃雀在后！哈！哈！植物汁液蟬(初級消費者)螳螂(二級消費者)黃雀(三級消費者)鷹(四級消費者)(頂極食肉動物)食物網

(foodweb)：生態系統中的食物鏈很少是單條、孤立出現的，它往往是交叉鏈索，形成復雜的網絡結構，此即食物網。營養級（trophiclevel）：食物鏈上的每一個環節稱為營養階層或營養級，即處于食物鏈某一環節上的所有生物種的總和。食物鏈和食物網概念的意義食物鏈是生態系統營養結構的形象體現。生態系統中能量流動和物質循環沿著食物鏈和食物網進行的。食物鏈和食物網揭示了環境中有毒污染物轉移、積累的原理和規律。五、生態系統中的同資源種團組成同資源種團的物種間生態學特征非常相似，生態位重疊明顯，種間競爭非常激烈。同資源種團間的物種競爭強度小，聯系較弱。按同資源種團來描述生態系統營養結構的優點。六、上行控制和下行控制下行控制（top-downcontrol）：頂級以下的各營養級多受捕食者所控制，即上一營養級控制著下一營養級的數量。上行控制（down-upcontrol）：所有的營養級都受食物資源多少的控制，即下一營養級控制著上一營養級的數量。第二節生態系統中的生產生態系統的初級生產(primaryproduction)：生態系統中綠色植物通過光合作用，吸收和固定太陽能，從無機物合成、轉化成復雜有機物的過程。生態系統的次級生產(secondaryproduction)：消費者利用初級生產的物資進行新陳代謝，經過同化作用形成異養生物自身物質的過程。§1生態系統的初級生產生產力的基本概念全球初級生產力的分布生態系統初級生產力的變化決定初級生產力的限制因子初級生產力的測定方法一、生產力的基本概念

生物量（biomass）：某一特定觀察時刻，某一空間范圍內現有的有機體量（個體數量、重量或含能量），因此它是一種現存量(standingcrop)。通常現存的數量以N表示，現在的生物量以B表示。生產量(production):是在一定時間階段中，某個種群或生態系統所新生產出的有機體的數量、重量或能量。通常以P表示。生產量和現存量關系示意圖現存量現存量P＝△B＋EB生產量PA減少量E生產量P減少量E周轉率＝P/B二、全球初級生產力的分布補償點（compensationpoint）：光合作用與呼吸作用相等時生態系統所處的平衡點。總初級生產(GPP)與凈初級生產(NPP)：植物通過光合作用固定的總能量稱為總初級生產(量)；植物總初級生產（量）減去呼吸量（R），余下的有機物質即為凈初級生產（量）。NPP＝GPP－R凈初級生產量的估計：光能6CO2＋6H2OC6H12O6＋

6O2

葉綠素凈初級生產量的分布：海洋與陸地緯度上分布的三多個高峰季節變化三、生態系統初級生產力的變化初級生產力的緯向地帶性變化初級生產力的垂直變化隨海拔高度的變化隨陸生植物垂直分層的變化水體初級生產力的垂直變化凈初級生產力的應用凈初級生產力的應用葉面指數為4時初級凈生產力最高；收獲植物整體的作物；收獲種子的作物。總初級生產量凈初級生產量葉面指數最大光合率4四、決定初級生產力的限制因子PNRCO2光H2O營養取食O2＋溫度陸地生態系統中，初級生產量主要由光、CO2、水、營養物質(物質因素)和溫度(環境調節因素)六個因素決定。⑥①②③④⑤光合作用生物量PG五、初級生產力的測定方法產量收割法：收獲植物地上部分烘干至恒重，獲得單位時間內的凈初級生產量。氧氣測定法黑白瓶法二氧化碳測定法：用特定空間內的二氧化碳含量的變化，作為進入植物體有機質中的量，進而估算有機質的量。黑白瓶法黑瓶（呼吸作用）DB白瓶(凈光合作用)LB

對照瓶IB放置于水樣深度處一定時間后，測各瓶的含氧量變化，求初級生產量§2生態系統的次級生產次級生產的基本特點及次級生產量的測定食物鏈能流和生態錐體生態效率一、次級生產的基本特點及次級生產量的測定次級生產過程模型食物資源不可得拒食未食糞尿(Fu)呼吸(R)分解可得可利用食用(C)同化(A)動物產品產生能量(P)潛在能量維持能量損失能量ⅠⅡⅢⅣⅤⅥC=A+FuA=P+RC=P+Fu+RP=C-Fu-R二、食物鏈能流和生態錐體食物鏈能流的實例(植被－田鼠－鼬；p477圖10-22)食物鏈中被利用的能量與前一營養級可提供能量相比非常少；綠色植物用于維持的能量較少（15％）；動物，尤其是常溫動物，同化量大部分用于了維持（田鼠68％，鼬93％），而只有很少的同化能量用于了生長和繁殖；由于能量沿食物鏈流動中損失巨大，因此處于越高營養級的動物需要的獵食面積越大。生態系統中能流的特點：單向的，層層遞減的對前一營養級生物量的利用不可能百分之百；各營養級的同化率不可能百分之百，總有部分能量以糞尿形式散失；各營養級維持自身生命活動總要消耗一部分能量。能量在各營養級之間的數量關系可用生態錐體表示。生態錐體(CharlesElton,1927)生態錐體（ecologicalpyramid）:能量通過營養級逐級減少，把通過各營養級的能流量由低到高用圖型表示，就成為一個金字塔形，稱能量錐體或能量金字塔。以生物量或個體數目來表示，得到生物量錐體（pyramidofenergy）和數量錐體（pyramidofnumber）。三類錐體合稱為生態錐體。a生物量錐體b能量錐體c數量錐體三、生態效率生態效率（ecologicalefficiencies）:是指各種能流參數中的任何一個參數在營養級之間或營養級內部的比值關系（p478）。同化效率(assimilationefficiency):An/In,An為植物固定的能量或動物攝入食物中被同化的能量，In為植物吸收的能或動物攝取的食物。生長效率(growthefficiency):Pn／An，同一個營養級的凈生產量（Pn）與同化量（An）的比值。消費或利用效率(comsumptionefficiency):In＋1／Pn

，n＋1營養級所消費（攝食）的能量占n營養級凈生產能量的百分比。林德曼效率(Lindemanefficiency):In＋1／In，指

n＋1與n營養級攝取的食物量能量之比。它相當于同化效率、生長效率和利用效率的乘積。十分之一法則：林德曼效率大約是10％～20％，因此，每通過一個營養級，其有效能量大約為前一個營養級的1/10。第三節生態系統中的分解生態系統的分解（decomposition）：與光合作用正好相反的過程，指死的有機物逐步絳解，釋放出能量和無機營養元素的過程。影響分解過程的因素：分解者類型待分解資源的質量環境因素資源分解的意義理論意義通過死有機物的分解，使營養物質再循環，給生產者提供營養物質；維持大氣中二氧化碳的濃度；穩定和提高土壤有機質含量，為碎屑食物鏈以后各級生物生產食物；改善土壤物理性狀，改造地球表面惰性物質；實踐意義：糞便處理；污水處理美國塞達波格CedarBog湖（沼澤水湖）的能流分析總初級生產量464.7植食動物62.8肉食動物12.6分解12.5分解2.1分解微量呼吸96.3呼吸18.8呼吸7.5未利用293.1太陽能497693.3未利用29.3未利用5.0未吸收的能497228.6第四節生態系統的能量流動第五節生態系統的物質循環生物地化循環的特點及類型水循環氣體型循環沉積型循環一、生物地化循環的特點及類型生物地化循環：礦物元素在生態系統中的輸入和輸出（在大氣圈、水圈、巖圈之間以及生物間的流動和交換）稱生物地(球)化(學)循環，即物質循環(cyclingofmaterial)。生物地化循環的特點生物積累、生物濃縮和生物放大生物地化循環的類型生物地化循環的特點物質在生態系統中的運動是循環的；生物地化循環可以用庫和流通率兩個概念來描述。生物地化循環在受人類干擾以前一般是處于一種穩定的平衡狀態。元素和難分解的化合物常發生生物積累、生物濃縮和生物放大現象。生物積累、生物濃縮和生物放大生物積累(bioaccumlation)：生物體在生長發育過程中，直接通過環境和食物蓄積某些元素或難以分解的化合物的過程。生物濃縮(bioconcentration)：生物體通過對環境中某些元素或難以分解的化合物的積累，使這些物質在生物體內的濃度超過環境中濃度的現象，又稱生物富集。生物放大(biomagnification):指生態系統的食物鏈上，高營養級生物以低營養級生物為食，某種元素或難分解化合物在生物機體中濃度隨營養級的提高而逐步增大的現象。生物放大的結果使食物鏈上高營養級生物體中該類物質的濃度顯著超過環境中的濃度。生物地化循環的類型水循環氣體型循環沉積型循環二、水循環(aquaticcycle)水循環的意義全球水循環人類活動對水循環的影響：空氣污染與降水的質和量；改變地面，增加徑流；過度利用地下水；水的再分布。大氣流動海洋陸地841677237三、氣體型循環(gaseouscycle)

——碳循環(carboncycle)化泥碳煤大氣中CO2CO2碳化作用石油水生植物光合作用腐爛燃料呼吸作用光合作用腐爛擴散大氣中二氧化碳濃度的變化大氣中二氧化碳濃度升高的原因：石化燃料的燃燒；雨林的采伐。大氣中二氧化碳濃度升高的抵制：海洋的溶解；光合作用強度的增大。溫室效應（二氧化碳、甲烷、氧化氮）四、沉積型循環(sedimentarycycle)

——磷循環（phosphoruscycle）沉積型循環沉積物中的磷（約為土壤和