第5.1章 生态系统生态学(一)ppt课件.pptx

第五章 生态系统生态学,第一节 生态系统及其动态平衡第二节 生态系统的能量流动第三节 生态系统的物质循环第四节 生态系统的信息传递第五节 生态系统的服务和管理,5.1 生态系统及其动态平衡,生态系统的概念生态系统的特征和类型生态系统的组成和结构生态系统的稳定与平衡,生态系统的概念,生态系统(ecosystem) (Tansley,1935) 是指一定时间和空间范围内生物成分和非生物成分通过彼此间不断的物质循环、能量流动及信息传递而相互联系、相互影响、相互制约的生态学功能单位。,生态系统的特征,以生物为主体，具有整体性特征生态系统是多要素、多层次、多功能和多边性的复杂系统生态系统是开放的、远离平衡的热力学体系生态系统及其过程都有特征性的时间和空间生态系统的资源和环境是有限的，具有一定的负荷力生态系统具有自我维持和自我调控能力生态系统的环境演变与生物进化密切相关生态系统受环境深刻影响生态系统具有明确功能和服务性能生态系统具有健康和可持续发展特性,生态系统的类型,地球表层主要生态系统类型,森林生态系统草原生态系统荒漠、冻原生态系统淡水生态系统海洋生态系统湿地生态系统农业生态系统城市生态系统,热带雨林的环境特征,高温高湿 终年高温多雨，年平均气温26以上，月平均温度多高于20，温度的日变幅2-9。 年降水25004500毫米，全年均匀分布，无明显旱季。在中午降大雨，雨后很快天晴。常年多云雾，日照率低。 土壤风化过程强烈，母岩崩解层深厚；土壤强烈淋溶，基性离子被冲走，留下三氧化物，被称为硅红壤化过程。 土壤养分极为贫膺，而且是酸性的。,热带雨林的结构,（1)种类组成：种类丰富多样，植物多木本 据统计，组成热带雨林的高等植物在4万5千种以上，而且绝大部分是木本的。如马来半岛一地就有乔木9000种。在1.5公顷的样地内，乔木常达200种左右（圭那亚217种，尼日利亚192种）。这些乔木异常高大，常达46-55米，最高达92米，但胸径并不太粗，树干细长，而且少会枝（23级）。 热带雨林中还富有藤本植物和附生植物。 成因： 环境优越；热带陆地的古老性；自第三纪以来，这里的环境很少发生剧烈的变化。,热带雨林的结构,(2)动物种类繁多，特化普遍，大型动物多K对策 植被特点给动物提供了常年丰富的食物和多种多样的隐避场所，地球上动物种类最丰富的地区。(巴拿马附近的一个小岛上，面积不到0.5个平方千米，就有哺乳动物58种！但每个种的个体数量少，捉100种动物容易，但捉一个种的着100个个体却很困难)。 长期进化过程中，生态位分化并特化，大多数热带雨林动物均为窄生态幅种类。 热带雨林的生境对昆虫，两栖类、爬虫类等变温动物特别适宜，它们在这里广泛发展，而且体驱巨大， 大型动物多K对策型。,热带雨林的结构,（3)群落结构复杂，树冠不齐，层次不明显 乔木一般可分三层，第一层高3040米以上，树冠宽广，有时呈伞形，往往不连续；第二层一般20米以上，树冠长、宽相等；第三层10米以上，树冠锥形而尖，生长极密。再往下为幼树及灌木层，最后为稀疏的草本层，地面裸露或有薄层落叶。,热带雨林的结构,(4)树干高大挺直，分支小，树皮光滑，常具板状根,热带雨林的结构,（5)老茎生花（结果）：在短枝上的叶芽或叶腋的潜伏芽形成，且多一年四季开花。,热带雨林的结构,（6)寄生植物很普遍,热带雨林的结构,(7)热带雨林的植物终年生长发育。无明显的季相交替,组成雨林的每一个植物种都终年进行生长活动，但仍有其生命活动节律。乔木叶子平均寿命1314个月，零星凋落，零星添新叶。多四季开花，但每个种都有一个多少明显的盛花期。,热带雨林的功能,热带雨林的物质生产 热带雨林净第一生产力的平均值为20吨/公顷/年，太阳固定量为3.4107焦/米/年，光能利用效率约为1.5%，为农田平均光能利用率的2倍。巨大的初级生产能力带动了次级生产能力，热点雨林从而也是世界上动物生产能力最高的区域之一。热带雨林在陆地生态系统中生产力是最高的。热带雨林生态系统的能量流动：速度快，强度大，效率高 。生物地球化学物质循环速度快，强度高植物所需的营养成分，几乎全都贮备在植物生物量 高温多雨，有机质分解很快，很快矿质化，直接被根系所吸收 形成的植物生物量又被大量的消费者所利用，其代谢废物和动植物尸体又被快速地分解回归到土壤。,热带雨林的功能（环境）,热带雨林面积近1700万平方千米，约占地球上现存森林面积的一半； 地球上生物生产能力最大的生态系统； 维护着地球上最重要的生物多样性，蕴藏着最丰富的生物种质资源和遗传资源； 地球之肺，对地球氧气的生产及其与二氧化碳的平衡起着关键性的作用； 全球气候的重要调节器。涵养水源、保持水土。热带雨林消失将导致水土流失，干旱,炎热，并最终荒漠化。,热带雨林的功能（资源供给 ）,人类很多重要的粮食作物来源于此； 世界重要的木材供给地； 世界最重要的生物药原料产地； （美国前总统里根遇刺治疗中所使用的一种重要的降血压药物就来自亚马逊雨林中的毒蛇身上）世界重要的经济作物如橡胶、茶叶、咖啡、多种花卉植物生产地；世界重要的旅游资源,热带雨林主要分布,世界上：主要分布在三个区域：1.南美州亚马逊盆地（美洲雨林群系）；2.非洲刚果盆地（非洲雨林群系），3.东南亚一些岛屿（印度马来雨林群系）。,热带雨林主要分布,80%的热带雨林分布在9个国家:玻利维亚；巴西；秘鲁；哥伦比亚；委内瑞拉；印度尼西亚；马来西亚；加蓬；扎尼尔。我国的热带雨林有西双版纳和海南岛南部两小片西双版纳是我国一片比较完整的热带雨林，覆盖面积1949年为69.4%，1980年下降为26%，平均每年减少22万亩。海南岛50年代有1800万亩，1956年降至1295万亩,1981年仅剩544万亩，覆盖面积由35%降至10.5%。,生态系统的组成和结构,能源气候基质和介质物质代谢原料生产者消费者分解者（还原者）,生产者(producer)：自养生物，主要是各种绿色植物，也包括蓝绿藻和能进行光合作用的细菌。消费者(consumer)：异养生物，主要指以其他生物为食的各种动物，包括植食动物(一级)、肉食动物(二四级)、杂食动物,以及腐生或寄生生物等。分解者(decomposer)：异养生物，把复杂的有机物分解成简单无机物，包括细菌、真菌、放线菌和动物等。,非生物成分,生物成分(生物群落),三大功能群,生态系统的组成,简单的陆地生态系统模式图,生态系统的结构,空间结构时间结构营养结构食物链(C.Elton,1927)食物网食物链和食物网的特征和意义生态系统的营养结构及能流和物流间的关系,(1)生态系统的空间结构,自然生态系统一般都有分层现象，成层结构是自然选择的结果，它显著提高了植物利用环境资源的能力。,(2)生态系统的时间结构,生态系统的结构和外貌会随时间不同而变化，这反应出生态系统在时间上的动态。短时间周期性变化在生态系统中是较为普遍的现象。,一个食物链的例子“螳螂捕蝉，黄雀在后”,螳螂捕蝉，黄雀在后！哈！哈！,植物汁液,蝉(初级消费者),螳螂(二级消费者),黄雀(三级消费者),鹰(四级消费者)(顶极食肉动物),(3)生态系统的营养结构,陆地生态系统与水生生态系统营养结构的比较,陆地生态系统：母质土壤无脊椎动物草本植物食草性昆虫和哺乳动物或陆地鸟类及其它微生物水生生态系统：母质沉积物水中底栖无脊椎动物水中鱼类浮游植物浮游动物微生物,食物链(food chain)：生产者所固定的能量和物质，通过一系列取食和被取食的关系在生态系统中传递，各种生物按其食物关系排列的链状顺序称为食物链。营养级(trophic level)：食物链上的每一个环节称为营养阶层或营养级，指处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。,食物链,Food Chain:A food chain connects the trophic levels shows how energy moves from one trophic level to another.,自然生态系统主要有三种类型食物链。 牧食食物链(grazing food chain)：又称捕食食物链，以活的动植物为起点的食物链，从食草动物开始的食物链，如小麦蚜虫瓢虫食虫小鸟。腐食食物链(detrital food chain)：又称碎屑食物链，从死亡的有机体或腐屑开始。从真菌、细菌和某些土壤动物开始的食物链，如动植物残体蚯蚓动物微生物土壤动物。寄生食物链：以活的动植物有机体为基础，从某些专门营寄生生活的动植物开始的食物链，如鸟类跳蚤鼠疫细菌。,食物链的类型,在生态系统中，一种生物不可能固定在一条食物链上，而往往同时属于数条食物链。生产者如此，消费者也如此。食物网 (food web)：生态系统中的食物链很少是单条、孤立出现的，它往往是交叉链索，形成复杂的网络结构，此即食物网。食物网形象的反映了生态系统内各生物有机体间的营养位置和相互关系。生物正是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相对稳定性。 食物网越复杂，生态系统抵抗外力干扰的能力就越强，反之亦然。,食物网,Food web,一个陆地生态系统的部分食物网,食物链的长度通常不超过6个营养级，最常见的45个营养级，因为能量沿食物链流动时不断流失；食物链越长，最后营养级位所获得的能量也越少。因为从起点到终点经过的营养级越多，其能量损耗也就越大；食物链或食物网的复杂程度与生态系统的稳定性直接相关；生态系统中的食物链不是固定不变的，它不仅在进化历史上有改变，在短时间内也会发生变化。,食物链和食物网的特征,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，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。生态系统中能量流动和物质循环正是沿着食物链和食物网进行的。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。,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,生态系统的稳定性抵抗力稳定性恢复力稳定性生态阈值稳定性的调控机制正反馈负反馈生态平衡全球变化,生态系统的稳定与平衡,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、功能、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两个方面的含义 :抵抗力稳定(resistance)：是系统保持现行状态的能力,即抗干扰的能力;恢复力稳定(resilience)：是系统受扰动后回归该状态的倾向,即受扰后的恢复能力。,生态系统的稳定性(stability),生态系统稳定性是动态的、有一定限度的生态系统忍受一定程度外界压力维持其相对稳定的限度，称为“生态阈值”,生态阈值(ecological threshold),系统越成熟，阈值越高；不同进化发展阶段，生态阈值不同,生态系统稳定性的调控机制,生态系统具有自我调节的能力，维持自身的稳定性生态系统的稳定性主要通过反馈调控来实现反馈(feedback):当生态系统中某一成分发生变化时，会引起其他成分出现一系列相应的变化，这种变化反过来影响起初发生变化的那种成分，生态系统的这种作用称为反馈,正反馈：系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化，反过来加速最初发生变化的成分所发生的变化，使生态系统远离平衡状态或稳态。如湖泊污染，导致鱼的数量因死亡而减少，由于鱼体腐烂，加重湖泊污染并引起更多鱼类的死亡,负反馈是比较常见的一种反馈，它的作用是能够使生态系统达到和保持平衡或稳态，反馈的结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化。,正反馈和负反馈,生态平衡：一定时间和相对稳定的条件下，生态系统内各组分的结构和功能处于相互适应与协调的动态平衡。保持生态平衡的三要素：生态危机：人类盲目活动而导致局部地区甚至整个生物圈结构和功能的失衡，从而威胁人类的生存,生态平衡,A state of dynamic equilibrium within a community of organisms in which genetic, species and ecosystem diversity remain relatively stable, subject to gradual changes through natural successionA stable balance in the numbers of each species in an ecosystem.,Ecological balance,影响生态平衡的因素既有自然的，也有人为的。自然因素如火山、地震、海啸、台风、林火、泥石流和水旱灾害等常常在短期内使生态系统破坏或毁灭。受破坏的生态系统在一定时期内有可能自然恢复或更新。人为因素包括人类有意识“改造自然”的行动和无意识造成对生态系统的破坏。所谓的“生态危机”大多是指人类活动引起的此类生态失调。生态平衡的破坏往往出自人类的贪欲与无知，过分地向自然索取，或对生态系统的复杂机理知之甚少而贸然采取行动。人类对自然资源不合理的开发利用，常常导致毁灭， 水土流失，水源枯竭、草原荒废，土地沙漠化、盐渍化野生动物种类趋于绝灭等。,生态平衡,全球变化,全球变化的概念,“全球变化”一词被理解为“地球环境系统的变化”，是指由于自然的和人为的因素而造成的全球性的环境变化。 主要包括全球气候变化、大气成分变化，土地利用和土地覆被的变化、人口增长、生物多样性变化和荒漠化等内容。,全球变化研究,全球变化研究的对象就是地球系统，即由大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈和生物圈（包括人类圈）所组成的作为整体的行星地球。 全球变化的研究目标是描述和理解人类赖以生存的地球系统运转的机制，它的变化规律以及人类活动对地球环境的影响，从而提高未来环境变化的预测能力，为全球环境问题的宏观决策提供科学依据。,全球变化研究是由四个相互独立、相互依存的国际研究计划,（WCRP）,（IGBP）,（IHDP）,（DIVERSTAS）,从研究工作的环节分析：全球变化的观测研究全球变化的过程研究全球变化的预测研究全球变化的数据与信息管理研究全球变化的影响分析研究全球变化的对策研究与政策评估研究,全球生态学,全球生态学（global ecology），或称生物圈生态学（biosphere ecology），是研究全球范畴或整个生物圈的生物分布及其量度的各种因素之间相互关系的科学，其研究范畴涉及全球范围或整个生物圈的生态问题。,全球生态学研究的主要内容,1.全球气候变化,全球气候变化是全球变化研究的核心内容之一。当代气候变化是指最近一个多世纪以来，主要由于人类活动引起的温室气体效应造成的全球性气候变暖。,全球平均地表温度、海平面变化和北半球积雪面积（IPCC，2007）,冰川融化,2.人口增长,人口增长在全球变化研究中是一项特殊的内容。人口增长是全球变化的最主要的驱动因子。由于人类的影响，导致大气成分和土地利用/土地覆盖的变化，最终引起全球气候变化、生物多样性丧失以及土地的荒漠化。,从1850年到现在的近150年中，世界人口从10亿增加到60亿，并且这种增加的趋势还将加速，到21世纪末将增加一倍，即120亿。,3.土地利用/土地覆盖变化,对陆地生态系统的影响而言，人类活动导致的土地利用和土地覆盖的变化比任何其它的全球变化内容都要强烈和深远。土地覆盖（land cover）表示土壤/植被系统的结构，如森林、耕地等，而土地利用（land use）则表示人类利用土地覆盖类型的方式，如森林可用来生产木材，也可用来进行保持水土。,土地覆盖（耕地与林地）,4.生物多样性丧失,生物多样性是人类社会赖以生存的基础，由于人类掠夺式地利用生物多样性资源，使全球生物多样性受到了极大的威胁。现在物种灭绝的速度是人类社会出现之前自然速度的1001000倍以上，并且未来物种灭绝的速度将以目前10倍的速度增加。,5.生物入侵与全球变化6.全球变化与植物生理生态反应7.陆地生态系统与全球变化的相互作用8.水生生态系统与全球变化的相互作用9.生物地球化学循环,5.1 思考题名词解释,生态系统（ecosystem）食物链（food chain）食物网（food web）营养级（ trophic level ）生态阈值(ecological threshold),5.1 思考题问答题,从负反馈机制入手，谈谈生态系统的自我调节功能。试就生态系统中反馈机制的形成和意义谈谈你的看法。举例说明什么是食物链，有哪些类型？各类型有何异同？生态系统具有自我调节能力，其结构越复杂，物种数目越多，自我调节的能力就越强。为什么说一个复杂的食物网是使生态系统保持稳定的重要条件？简述食物链和食物网理论的意义。简述生态系统的三大功能群。谈谈你对生态平衡的看法？,