环境生态学基础.ppt
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1、第二章 环境生态学基础,1、生态系统的一般特征 2、生态系统的能量流动 3、生态系统的物质循环 4、生态系统的主要类型及其分布,2.1生态系统的一般特征-基本概念,生态系统是指在一定的时间和空间范围内,由生物群落与其环境组成的一个整体,该整体具有一定的大小和结构,各成员借助能量流动、物质循环和信息传递而相互联系、相互依存,并形成具有自我组织、自我调节功能的复合体。生态系统生态学是研究生态系统的结构、功能和动态的科学。,2.1生态系统的一般特征-组成与结构,CO,2.1生态系统的一般特征-组成与结构,1)生产者及其主要功能 主要为绿色植物。进行光合作用。生产者在生态系统中处于重要的地位,决定着生
2、态系统初级生产力的高低。2)消费者及其主要功能 消费者主要指各种动物。依赖于生产者制造的有机物。根据不同的取食地位又可细分。不仅对初级生产物起着加工再生产的作用,而且许多消费者对其它生物种群数量起着调控作用。3)分解者主要功能 分解者(还原者)主要是细菌、真菌、放线菌及土壤原生动物和一些小型无脊椎动物。把复杂的有机物逐步分解为较简单的化合物和元素,归还到环境中去。4.)非生物环境 包括光、热、气、水、土壤和营养成分。在生态系统中,生产者、消费者和还原者是任何一个生态系统都不可缺少的成分,称为生态系统的基本成分。,2.1生态系统的一般特征-组成与结构,结构包括三个亚系统,即生产者亚系统、消费者亚
3、系统和分解者亚系统。三个亚系统的生物成员与非生物环境成分间通过能流和物流而形成的高层次的生物学系统,是一个物种间、生物与环境间协调共生,能维持持续生存和相对稳定的系统。它是地球上生物与环境、生物与生物长期共同进化的结果。,2.1生态系统的一般特征-食物链与食物网,生产者所固定的能量和物质,通过一系列取食和被食的关系而在生态系统中传递,各种生物按其取食和被食的关系而排列的链状顺序称为食物链。捕食食物链:以植食动物吃植物的活体开始。碎屑食物链:从分解动植物尸体或粪便中的有机物质颗粒开始。寄生食物链:寄生物和食腐动物形成辅助食物链。水体生态系统中的食物链如:浮游植物浮游动物食草性鱼类食肉性鱼类。比较
4、长的食物链如:植物蝴蝶蜻蜓蛙蛇鹰。,2.1生态系统的一般特征-食物链与食物网,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。,2.1生态系统的一般特征-营养级,物质循环,能量流动,2.1生态系统的一般特征-金字塔,能量通过营养级逐级减少,如果把通过各营养级的能流量,由低到高画成图,就成为一个金字塔形,称为能量锥体或金字塔。同样如果以生物量或个体数目来表示,就能得到生物量锥体和数量锥体。3类锥体合称为生态锥体。,2.1生态系统的一般特征-生态效率,2.1生态系统的一般特征-反馈调节与生态平衡,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
5、定和能量输入、输出上的稳定。生态平衡是一种动态平衡。负反馈控制可使系统保持稳定,正反馈使系统偏离加剧。,当外来干扰超越生态系统的自我控制能力而不能恢复到原初状态时谓之生态失调或生态平衡的破坏。,生态失调,破坏生态平衡 的因素,自然因素主要是指自然界中所发生的异常变化,如火山爆发、地震、山崩、海啸、水旱灾害、台风、流行病,都会引起生态平衡的破坏。,人为因素主要是指人类对自然资源的不合理利用,招致自然环境恶化而言。,1.使环境因素发生改变一方面人类的生产活动和生活活动产生大量的废气、废水、废物,不断排放到环境中,使环境质量恶化,产生近期或远期效应,使生态平衡失调或破坏。另一方面是对自然资源不合理的
6、利用,如盲目开荒、滥砍森林、水面过围、草原超载等。,2.使生物种类发生改变 在生态系統中,盲目增加一個物种,有可能使生态平衡遭受破坏。我国50年代曾大量捕杀过麻雀,致使一些地区虫害严重。究其原因,就是由于害虫的天敌麻雀被捕杀,害虫失去了自然抑制因素。,主要有三个方面:,3.信息系統的破坏生物与生物之間彼此靠信息联系,才能保持其集群性和正常的繁衍。人為向环境中施放某种物质,干扰或破坏了生物间的信息联系,就有可能使生态平衡失调或遭受破坏。例如自然界中有許多雌性昆虫靠分泌释放性外激素引诱同种雄性成虫前來交尾,如果人们向大气中排放的污染物能与之发生化学反应,則性外激素就失去了引诱雄虫的生理活性,結果势
7、必影响昆虫交尾和繁殖,最后导致种群数量下降甚至消失。,特点:,(1)自然生态系统经过由简单到复杂的长期演替,最后形成相对稳定状态;,(2)生态系统具有一定的内部调节能力;,(3)生态平衡是动态的。,2.2生态系统中的能量流动-初级生产者的概念,植物所固定的太阳能或所制造的有机物质称为初级生产量或第一性生产量。植物固定的能量有一部分被植物自己的呼吸消耗掉,剩下的可用于植物生长和生殖,这部分生产量称为净初级生产量。包括呼吸消耗在内的全部生产量,称为总初级生产量。总初级生产量(GP)、呼吸所消耗的能量(R)和净初级生产量(NP)3者之间的关系是:GPNP+R NPGPR,2.2生态系统中的能量流动-
8、初级生产效率,2.2生态系统中的能量流动-初级生产者能量的输入与储存,不同的生态系统具有不同的光合效率。但其数值一般很小(15%),一般为1%,很少有大于3%。光合效率与光照强度有关,也随叶片的形态和位置而变化。在低光强、庇荫条件下生长的叶片的光合效率比光照下生长的叶片高。,2.2生态系统中的能量流动-初级生产量的测定方法,1.收获量测定法2.氧气测定法3.CO2测定法4.放射性标记物测定法5.叶绿素测定法,2.2生态系统中的能量流动-次级生产的生态效率,2.2生态系统中的能量流动-次级生产的生态效率,2.2生态系统中的能量流动-次级生产的生态效率,所谓林德曼效率是指n+1营养级所获得的能量占
9、n营养级获得能量之比。既:林德曼效率(n+1)营养级摄取的食物/n营养级摄取的食物 平均10,2.2生态系统中的能量流动-生态系统中的分解,2.2生态系统中的能量流动-理化环境对生态系统中的分解的影响,2.2生态系统中的能量流动-食物链与生态系统层面,2.3生态系统中的物质循环-物质循环的一般特征,生命的维持不仅依赖于能量的供应,而且也依赖于各种化学物质的供应。生态系统中能量的运动、贮存和相应化学物质的累积、贮存、转移、循环是互相依存不可分割的。在地球所包含的所有化学物质中,只有大气与岩石圈、水圈相面之间的薄层才能有效地参与能量的固定。对于大多数生物来说,大约有20多种元素是它们生活所不可缺少
10、的,另外还有10来种元素虽然需要量很低,但也是某些植物不可缺少的。,必需元素,维持正常生命活动不可缺少的元素。,大量元素包括C、H、O、N、S、P、K、Ca、Mg微量元素包括Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl、Ni等,2.3生态系统中的物质循环-物质循环的一般特征,植物从极低浓度的环境中吸收和富集养分的能力很强。长期未受干扰的森林群落的养分累积和保持过程的效率是相当高的,化学物质返回生态系统的非生物环境,重新被植物吸收利用。,2.3生态系统中的物质循环-物质循环基本类型,1)地球化学循环(生态系统之间的养分交换)可划分为气态循环和沉积循环2)生物地球化学循环(生态系统内的养分循环)3)生物
11、化学循环(植物体内的养分循环),2.3生态系统中的物质循环-地球化学循环,养分元素一但迁出生态系统,就有可能一去不复返;地球化学循环中物质一部分发生永久性沉积;另一部分再迁往其他生态系统。,2.3生态系统中的物质循环-地球化学循环(气态循环),氮、碳、氧主要输入形态是气态。气态循环是生态系统中大量元素输入和损失的途径.人类生产的气体污染物的“接收器”。,2.3生态系统中的物质循环-地球化学循环(沉积循环),沉积循环具有三种不同的途径,即气候途径、生物途径以及地质水文途径。气候途径 风蚀、风搬运输出。陆地上的尘埃、花粉,海洋的盐分可通过风传送到远距离的生态系统。主要受气候、天气类型以及与沉降源(
12、如海洋、土壤风蚀严重地区、工业空气污染源等)距离的影响。,2.3生态系统中的物质循环-地球化学循环(沉积循环),生物学途径 动物迁移可引起养分元素在生态系统之间的再分布。许多动物既能参与生物地球化学循环,又能参与地球化学循环。例如:动物在一个生态系统中取食,而在另一生态系统中排泄;许多群居的鸟类白天在农田取食后夜间返回林地排粪等。,瑙鲁lao lu,2.3生态系统中的物质循环-地球化学循环(沉积循环),地质水文途径 养分以及溶于土壤水、小溪的养分流入生态系统过程,还包括土壤水、径流水或侵蚀的土壤颗粒携带养分迁出生态系统的过程。,2.3生态系统中的物质循环-生物地球化学循环,是生态系统内部生物组
13、分与物理环境之间连续的、循环的、有序性物质迁移过程。主要特征是参与循环的大部分养分常常限于某一特定生态系统内部,养分被充分地保持和累积,只有很少养分向地球化学循环迁移。生物地球化学循环的空间尺度很小。,2.3生态系统中的物质循环-生物地球化学循环,2.3生态系统中的物质循环-生物地球化学循环(吸收),植物的根系从土壤溶液吸收养分,但不是唯一的营养途径。也可从水溶液中吸取养分,另外,植物还能从与根系紧密接触的土壤矿物质中直接吸收养分。叶片与营养液接触时,叶片也能吸收养分。碳的吸收几乎都是通过叶片进行的。叶片也能吸收气态硫和气态氮。,2.3生态系统中的物质循环-生物地球化学循环(吸收),2.3生态
14、系统中的物质循环-生物地球化学循环(分布),养分的分布还随植物的年龄而异。,2.3生态系统中的物质循环-生物地球化学循环(损失),植物养分的损失途径主要有以下四种:雨水淋溶 食草动物引起的损失 繁殖器官的损失 凋落损失,2.3生态系统中的物质循环-生物化学循环,主要指植物个体体内化学物质的再分配。养分在短命组织(如叶片)死亡之前被转移到植物体内而被保存起来,然后,再被转移到幼嫩组织或贮存组织中。生物化学循环的时间、空间尺度比前二种循环都小。植物在落叶之前发生的养分转移是植物保持养分的重要途径。,2.3生态系统中的物质循环-生物化学循环,据研究,在芬兰,欧洲赤松4年生针叶的养分在调落前重量减少1
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