生态系统课件.ppt
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1、第十一章生态系统 第一节 生态系统概论一、生态系统的基本概念 生态系统(ecosystem)一词是英国植物生态学家Tansley于1936年首先提出来的。,指在一定的空间内生物的成分和非生物的成分通过物质的循环和能量的流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位。,生物地理群落,1,生态系统的共同特性: 1生态系统是生态学上的一个主要结构和功能单位,属于生态学研究的最高层次。 2生态系统内部具有自我调节能力。 3能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能。 4. 营养级的数目通常不会超过56个。 5生态系统是一个动态系统。,2,二、生态系统的组成成分及三大功能类群 由生物成分和非生物
2、成分两部分组成,区分为以下六种构成成分:,存在很多分发但基本构成是一致的,3,1无机物质 包括处于物质循环中的各种无机物,如氧、氮、二氧化碳、水和各种无机盐等。 2有机化合物 包括蛋白质、糖类、脂类和腐殖质等。 3气候因素 如温度、湿度、风和雨雪等。,非生物环境,4,4生产者: 指能利用简单的无机物质制造食物的自养生物,主要是各种绿色植物,也包括蓝绿藻和一些能进行光合作用的细菌。 5消费者: 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、肉食动物、杂食动物和寄生动物等。6分解者:异养生物,它们分解动植物的残体、粪便和各种复杂的有机化合物,吸收某些分解产物,最终能将有机物分解为简单的无
3、机物。分解者主要是细菌和真菌,也包括某些原生动物和蚯蚓、白蚁、秃鹫等大型腐食性动物。,生物群落,5,生态系统中的生物成分按其在生态系统中的作用可划分为三大类群:,生产者,消费者,分解者,生态系统的三大功能类群,6,生态系统各成份的相互关系,无机物质 有机物质 气候因素,消费者,分解者,生产者,植物,化能合成细菌,动物,包括大型消费者小型消费者,细菌真菌,日光能,7,生产者包括所有绿色植物、蓝绿藻和少数化能合成细菌等自养生物。这些生物可以通过光合作用把水和二氧化碳等无机物合成为碳水化合物、蛋白质和脂肪等有机化合物,并把太阳辐射能转化为化学能,贮存在合成有机物的分子键中。不仅为本身的生存、生长和繁
4、殖提供营养物质和能量,而且它所制造的有机物质也是消费者和分解者唯一的能量来源。可见,生产者是生态系统中最基本和最关键的生物成分。,8,消费者是指依靠活的动植物为食的动物。直接吃植物的动物叫植食动物,又叫一级消费者(如蝗虫、兔、马等);以植食动物为食的动物叫肉食动物,也叫二级消费者,如食野兔的狐和猎捕羚羊的猎豹等;以后还有三级消费者(或二级肉食动物)、四级消费者(或叫三级肉食动物),直到顶位肉食动物。消费者也包括那些既吃植物也吃动物的杂食动物。 食碎屑者也应属于消费者,它们的特点是只吃死的动植物残体。消费者还应当包括寄生生物。寄生生物靠取食其他生物的组织、营养物和分泌物为生。,9,分解者在生态系
5、统中的基本功能是把动植物死亡后的残体分解为比较简单的化合物,最终分解为最简单的无机物并把它们释放到环境中去,供生产者重新吸收和利用。这对于物质循环和能量流动具有非常重要的意义,所以分解者在任何生态系统中都是不可缺少的组成成分。 除了细菌和真菌两类主要的分解者之外,其他大大小小以动植物残体和腐殖质为食的各种动物在物质分解的总过程中都在不同程度上发挥着作用,如专吃兽尸的兀鹫,食朽木、粪便和腐烂物质的甲虫、白蚁、粪金龟子、蚯蚓和软体动物等。有人则把这些动物称为大分解者,而把细菌和真菌称为小分解者。,10,三、食物链和食物网 (一)食物链和食物网的概念 植物所固定的能量通过一系列的取食和被取食关系在生
6、态系统中传递,各种生物由于营养关系而形成的链状顺序称为食物链(food chains)。,11,生态系统中的食物链彼此交错连接,形成一个网状结构,这就是食物网。 食物网越复杂,生态系统抵抗外力干扰的能力就越强,食物网越简单,生态系统就越容易发生波动和毁灭。假如在一个岛屿上只生活着草、鹿和狼。,12,13,(二)食物链的类型 捕食食物链:以活的动植物为起点的食物链。,14,碎屑食物链:以死生物或腐屑为起点的食物链 。 在大多数陆地生态系统和浅水生态系统中,生物量的大部分不是被取食,而是死后被微生物所分解,因此能流是以通过碎屑食物链为主。,寄生食物链 :以活的生物为寄主,夺取寄主储存的能量来维持生
7、活 。如:牧草黄鼠跳蚤鼠疫菌。,15,四、营养级和生态金字塔 营养级是指处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。,16,生态系统中营养级数目,各营养级消费者不可能100%利用前一营养级的生物量各营养级同化率也不是100%,总有一部分排泄出去各营养级生物要维持自身的活动,消耗一部分热量能流在通过各营养级时会急剧减少,食物链就不可能太长生态系统中的营养级一般只有四、五级,很少超过六级,17,生态金字塔是指各个营养级之间的数量关系,这种数量关系可采用生物量单位、能量单位和个体数量单位,采用这些单位所构成的生态金字塔就分别称为生物量金字塔、能量金字塔和数量金字塔。,18,1.生物量金字塔:以生物组织的
8、干重表示每一个营养级中生物的总重量。通常从低营养级到高营养级,生物的生物量逐渐减少,生态金字塔图形是下宽上窄的锥形体。但在湖泊和开阔海洋中,微小的单细胞藻类是主要的初级生产者,它们世代历期短、繁殖迅速,只能累积很少的有机物质,并且浮游动物对它们的取食强度很大,因此生物量很小,常表现为倒锥形。,19,2.数量金字塔:通常在食物链的始端生物个体数量最多,以后沿着食物链往后的各个环节上生物个体数量逐渐减少。因此数量金字塔一般也是下宽上窄的正锥体。数量金字塔在有些情况下也可以呈现出倒锥形,如一株树上有若干植食动物 。,20,3.能量金字塔:利用各营养级所固定的总能量值的多少来构成的生态金字塔。由于能量
9、从一个营养级流向另一个营养级总是逐渐减少的,因而能量金字塔总是正金字塔形。,21,五、生态效率 生态效率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。 I(摄取或吸收):表示一个生物所摄取的能量;对植物来说,I代表被光合作用色素所吸收的日光能值。 A(同化):表示在动物消化道内被吸收的能量。对分解者来说是指细胞外产物的吸收;对植物来说是指在光合作用中所固定的日光能。,22,R(呼吸):指在新陈代谢和各种活动中所消耗的全部能量。P(生产量):代表呼吸消耗后所净剩的能量值。对植物来说,它是指净初级生产量(NP);对动物来说,它是同化量扣除呼吸量以后的净剩能量值,即P=A-R。
10、,23,植物,动物,24,若n营养级为植物,In即为植物吸收的日光能。并且,,但也有学者把营养级间的同化能量之比值视为林德曼效率,即林德曼效率相当于同化效率、生长效率与利用效率的乘积。,25,六、生态系统的反馈调节与生态平衡 当生态系统中某一成分发生变化的时候,它必然会引起其他成分出现一系列的相应变化,这些变化最终又反过来影响最初发生变化的那种成分,这个过程就叫反馈。 反馈有两种类型,即负反馈和正反馈。,26,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。,27,28,正反馈 是比较少见的,它的作用与负反馈相
11、反,即生态系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化,反过来不是抑制而是加速最初发生变化的成分所发生的变化,因此正反馈的作用常常使生态系统远离平衡状态或稳态。,湖泊受到污染,鱼类死亡种类、数量减少,鱼体死亡腐,进一步加重污染,鱼类死亡,29,自然界生态系统常常趋向于达到一种稳态或平衡状态,这种平衡状态是靠具有负反馈的自我调节过程来实现的。,在通常情况下,生态系统会保持自身的生态平衡。生态平衡是指生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状况,它包括结构上的稳定、功能上的稳定和能量输入输出上的稳定。,30,生态平衡是一种动态平衡 当生态系统达到动态平衡的最稳定状态时,它能够自我调节和维持自己的正常功
12、能,并能在很大程度上克服和消除外来的干扰,保持自身的稳定性。但是,生态系统的这种自我调节功能是有一定限度(生态阈值)的,超过一定限度的时候,生态系统自我调节功能本身就会受到损害,从而引起生态失调,甚至导致发生生态危机。,31,一、初级生产量和生物量的基本概念 植物所固定的太阳能或所制造的有机物质就称为初级生产量或第一性生产量。总初级生产量(GP):包括呼吸消耗在内的全部生产量。净初级生产量(NP):从总初级生产量(GP)中减去植物呼吸所消耗的能量(R)。,第二节 生态系统中的初级生产,32,这三者之间的关系是: GP=NP+R NP=GP-R,初级生产量用(gm2a)或(Jm2a)表示。,每年
13、每平方米所生产的有机物质干重,每年每平方米所固定能量值,所以初级生产量也可称为初级生产力,它们的计算单位是完全一样的,但在强调率的概念时,应当使用生产力。,33,生物量:在某一时刻调查时,生态系统单位面积内所积存的这些生活有机质。,用(gm2)或(Jm2)来表示。,平均每平方米生物体的干重,平均每平方米生物体的热值,生产量和生物量是两个完全不同的概念,生产量含有速率的概念,是指单位时间单位面积上的有机物质生产量,而生物量是指在某一特定时刻调查时单位面积上积存的有机物质。,34,地球上初级生产力的分布:在陆地生态系统中净初级生产力最高的是热带雨林、沼泽及河口,可达2000gm2.a。海洋的净初级
14、生产量要比陆地低得多。例如,海洋的面积约比陆地大一倍,但其净初级生产量却只有陆地的一半。,35,36,二、初级生产量的生产效率 1963年,RSLoomis和CBWilliams根据太阳光中可被利用的光能对植物的潜在生产量进行了估算。,37,在太阳光能中,植物只能利用波长范围在0.380.77微米之内的可见光部分,而不能利用紫外光能和红外光能。在理想条件下,植物的叶大约可以吸收入射太阳能的一半,其中的90将用于水分蒸腾和有机键能量的固定上,只有大约10的太阳能被固定为有机分子的潜能。因此净初级生产量的最大估计值是总入射日光能的2.4,相当于光合作用器官所吸收能量的5.2。实际上,只有在具有各种
15、最适因子和严格控制的实验条件下才能获得这个数值。,38,根据对玉米田总初级生产效率(1.6)、荒地(总初级生产效率为1.2)和两个湖泊(分别为0.35和0.10)的研究可以看出,大约只有0.11.6的入射日光能被固定到了植物所生产的有机物质之中。从本世纪40年代以来,对各生态系统的初级生产效率所作的大量研究表明,在自然条件下,总初级生产效率很难超过3,虽然在人类精心管理的农业生态系统中曾经有过68的记录,一般说来,在富饶肥沃的地区总初级生产效率可以达到12;而在贫瘠荒凉的地区大约只有0.1。就全球平均来说,大概是0.20.5。,39,40,三、初级生产量的限制因素 1.陆地生态系统 在全球范围
16、内,决定陆地生态系统初级生产力的因素往往是日光、温度和降水量,水最容易成为限制因子。在局部地区,营养物质的供应状况也往往决定着某些陆地生态系统的生产力。2.水域生态系统 在淡水生态系统中,氮和磷是淡水湖泊初级生产量的主要限制因子。,41,在海洋生态系统中,光对于初级生产量有着重要影响。海水很容易吸收太阳辐射能,在距海洋表面1米深处,便可有一半以上的太阳辐射能被吸收掉(几乎包括全部红外光能),即使是在清澈的水域,也只有大约510的太阳辐射能可到达20米深处。限制海洋初级生产量的另一个重要因子就是营养物质。海水上涌海域生产力高。,42,四、初级生产量的测定方法 (一)收割法 (二)二氧化碳同化法:
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