生态系统的结构与调控.ppt

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1、第一节 生态系统结构概述第二节 生态系统的时空结构第三节 生态系统的营养结构第四节 生态系统的结构与稳定性第五节 生态系统的调控及稳态机制,第九章 生态系统的结构与调控,第一节 生态系统结构概述,一、生态系统结构的概念生态系统的结构：主要指构成生态系统诸要素及其量比关系，各组分在时间、空间上的分布，以及各组分能量、物质、信息流的途径与传递关系。(1)组分结构：是指生态系统中由不同生物类型或品种以及它们之间不同的数量组合关系所构成的系统结构。(2)时空结构（形态结构）是指各种生物成分或群落在空间上和时间上的不同配置和形态变化特征。(3)营养结构是指生态系统中生物与生物之间，生产者、消费者和分解者

2、之间以食物营养为纽带所形成的食物链和食物网。,二、生态系统结构的层次性生态系统的层次结构11个层次全球、区域、景观、生态系统、群落、种群、个体、组织、细胞、基因、分子。,三、生态系统结构与功能的关系（1）结构与功能是相互依存的，任何一种生态系统的要素与结构是其功能的内在物质基础，而功能是要素与结构的外在表现和作用结果。（2）结构与功能又是相互制约，相互影响转化的。（3）结构和功能的联系密不可分，在生态系统中存在着多种类型。,第二节 生态系统的时空结构,生态系统的时空结构：是指生态系统中各种生物成分在空间上和时间上的分布与变化的相互关系。一、生态系统的垂直结构特征垂直上的成层性二、生态系统的水平

3、结构特征水平上的镶嵌性三、生态系统的时间结构特征时间上的演替性四、生态系统时空结构的高效利用,例证1：北方旱农区的“粮草轮作”、“农牧结合”系统,问题：人少地多、风沙干旱、土地贫瘠、土壤风蚀做法：三圃制、秸杆牧畜粪尿还田,例证2：黄淮海平原的“林、牧、经、粮”系统,问题：土地旱、涝、碱、薄做法：,例证3：长江中游丘陵的“林、草、牧”系统,问题：水土流失做法：林下种草、种草养畜“林草畜”、“果草兔”、“林草鹅”,例证4：长江、珠江三角洲的“桑基渔塘”系统,问题：地下水位高做法：挖低填高，高做基、低做塘、基上种桑养蚕、塘内分层养鱼,例证5：江苏的“粮桑菜牧”系统,问题：人多地少做法：以农田、桑园、

4、水面为三大基地（1）农田：种三熟（麦稻稻、油稻稻、肥稻稻）绿肥还田，秸杆10%还田，30%作燃料，60%作饲料。（2）桑园：春、夏、秋三季种桑养蚕，冬季桑下种菜，菜根、菜叶、蚕沙蚕蛹做猪、羊、兔的饲料。（3）水面：养鱼、养珍珠，另70%的水面放养三水（水花生、水葫芦、水浮莲）以“三养”（猪、羊、兔）为纽带，实现以“三水”促“三养”、以“三养”促“三熟”。,江苏的“粮桑菜牧”系统,第三节 生态系统的营养结构,生态系统的营养结构：是指生态系统中生物与生物之间，生产者、消费者和分解者之间以食物营养为纽带所形成的食物链和食物网，它是物质循环和能量转化的主要途径。,一、食物链加环1、生产环一般生产环：凡

5、是某种生物需要的资源亦是人所需要的一级产品称为一般生产环。高效生产环：凡是某种生物需要的资源不是人类需要或不能利用、不能直接取得的，经过这个环节转化后可产生高效或经济产品，称为高效生产环。2、增益环指为扩大生产环的效益所加入的环节。3、减耗环耗损环：在食物链中，有的环节只是消耗者或破坏者，对系统不利。4、复合环5、产品加工环,二、食物链网结构设计1、定义：是人们根据生态系统营养结构的相关原理，在原有食物链网中增加或引入新的环节的一种常用方法，可以提高生态系统的能流、物流的效率，以扩大系统的生产力和经济效益。2、原则：(1)填补空白生态位，增加产品产出；(2)使废弃物质资源化，提高废弃物的利用价

6、值；(3)减少养分的丢失浪费和能量的无效损耗；(4)扩大产品的多样化，广开农民的就业门路，增加经济收入；(5)实现环境净化，提高生态效益。,珠江三角洲地区的桑基鱼塘,基塘生产系统有“桑基鱼塘”、“蔗基鱼塘”、“果基鱼塘”、“草基鱼塘”、“花基鱼塘”等，这是我国珠江三角洲地区的人民在长期的生产劳动中总结的成果，变不利条件为有利条件，形成一整套的科学耕作方法和独特的经营管理制度。他们在低洼的地区挖地成塘，把挖出的塘泥堆积在塘四周成为基堤，在塘中蓄水养鱼，在基堤上种桑养蚕或种植甘蔗、果木，用塘泥作桑、蔗、果的肥料，以蚕粪、桑叶做鱼饵，塘基互养，成为一个无废物、无污染、本身能调节水、肥和饲料，结构上较

7、为合理的农业生态系统，其经济效益也较单纯种稻约高出四倍多。,农业世遗浙江青田稻田养鱼,稻鸭共生的效果,(一)除草效果。鸭喜欢吃禾本科以外的植物和水面浮生杂草，因此可不使用农药、除草剂。经田间观察，在稻鸭共生田块，除有少量革命草和稗草外，其他杂草均未发现。(二)除害虫效果。鸭喜吃昆虫类和水生小动物，能消灭稻田里的许多害虫，其除虫效果相当于使用杀虫剂。经调查螟虫危害造成的白穗率，养鸭田为2.5，非养鸭田为9.7，养鸭田的白穗率比非养鸭田降低74.2。(三)中耕浑水作用。因为鸭在稻田中不间断地活动，稻田中的水始终是浑浊的，这样可促进水稻生长。(四)对水稻的刺激效果。因鸭的嘴和脚起划拨稻根和杂草作用，

8、因而可加速稻的根系发育和促进植株开张和分蘖，对水稻的生长和结实有明显促进作用并且可抑制杂草的发芽与生长。(五)肥料效果。鸭的粪尿作为一种丰富的有机肥料，可减少稻田化肥的施用。根据测算，1只鸭排泄在稻田中的粪便约为10公斤，相当于氮47克、磷70克、钾31克。放过鸭的稻田土质泛黑肥沃，稻田土质明显得到改善。(六)节省养鸭饲料。一般可节省养鸭饲料10-30，同时，还提高了鸭肉品质。(七)降低了生产成本。据去年肥东点上统计测算，水稻亩均增产30公斤，折30元；农药、化肥、除草剂等节约70元/0.067公顷(亩)；鸭创利60元/0.067公顷(亩)。3项合计，每0.067公顷(1亩)多创利润160元。

9、提高了综合经济效益，环保效果尤为明显。,棉花与草莓套种,第四节 生态系统的结构与稳定性,一、生态系统的稳定性1、生态系统稳定性的基本含义（1）定义：生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力，叫生态系统的稳定性。（2）分类：抗变稳定性：生态系统抵抗干扰和保护自身的结构和功能不受损伤的能力。弹性稳定性：生态系统被干扰、破坏后恢复的能力。2、生态系统稳定性的阈值生态阀值：态系统可以忍受一定程度的外界压力，并通过自我调控机制而恢复其相对平衡，超出此限度，生态系统的自我调控机制就降低或消失，这种相对平衡就遭到破坏甚至使系统崩溃，这个限度就称为“生态阀值”。,生态系统总稳定性(抵抗力与恢复力

10、)关系示意图,生态系统功能,时 间,干扰,抵抗力的量度：当一次干扰的强度和作用时间一定时，此区域的面积越大(轨迹偏离正常范围越晚和幅度越小)，生态系统的抵抗力越强,功能轨迹曲线,正常作用范围,生态系统总稳定性(抵抗力与恢复力)关系示意图,生态系统功能,时 间,干扰,恢复力的量度：当一次干扰的强度和作用时间一定时，此区域的面积越大(轨迹回复到正常范围越早)，生态系统的恢复力越强,功能轨迹曲线,正常作用范围,抗变稳定性和弹性稳定性的关系,任何一个生态系统既具有抗变稳定性，又有弹性稳定性，但两者之间则上此长彼短的关系。若一个生态系统抗变稳定性高，则弹性稳定性差，如森林生态系统。若一个生态系统抗变稳定

11、性差，则弹性稳定性强，如水域生态系统。,二、生态系统的结构与稳定性的关系1、生态系统的生物种类越多，各个种群的生态位越分化，以及食物链越复杂，系统的自我调节能力就越强；反之亦然。2、生物多样性越高，能流、物流途径的复杂程度越高。3、生态系统中的物种越多，遗传基因库越丰富，生物对改变了的环境也越容易适应。4、生物多样性保证了系统功能完整性及功能组分冗余。5、生态系统越成熟，生物种类越多样化，信息传递和反馈调节能力也越强，生态系统也越稳定。,三、生态平衡1、生态平衡的含义生态平衡：是指在一定的时间和相对稳定的条件下，生态系统内各部分(生物、环境和人)的结构和功能均处于相互适应与协调的动态平衡，生态

12、平衡是生态系统的一种良好的状态。2、衡量标准(1)时空结构上的有序性(2)能流、物流的收支平衡(3)系统自我修复、自我调节功能的保持，抗逆、抗干扰、缓冲能力强。3、生态平衡的表现形式(1)相对静止稳态(2)动态稳态(3)“非平衡”稳态,四、生态平衡失调1、定义如果外界压力无节制的超过该生态系统的“生态阈值”和“容量”时，它的自我调节能力便会降低，甚至消失，最后导致生态系统衰退或崩溃。2、自然因素造成的生态平衡失调(1)生态系统内部的原因(2)生态系统外部的原因3、人为因素造成的生态平衡失调(1)人与自然策略的不一致(2)滥用资源(3)经济与生态分离,复活节岛是智利瓦尔帕莱索省的属岛。该岛孤悬于

13、东太平洋上，岛长22.5公里，宽仅其半。面积117km2。岛的最高点海拔600m，岛由三座死火山的熔岩流和凝灰岩所构成，呈三角形。土壤瘠薄，较好的耕地局限于岛西南部的平原和岛东端一隅。没有溪河，土地干旱，依靠火口湖和池塘等蓄雨水。水从宽1000米的拉努科火口湖用导管引向西南部平原。海岸悬崖陡立，高达150-300m。缺泛天然港口。气候属亚热带类型，年平均气温约22，1月平均气温25，8月21。年平均降雨量约1000毫米，6-7月多雨，9月份少雨。植物十分贫乏，主要是草木植物及稀少的灌木。,岛上残留的巨大人头石像和象形文字至今仍是不解之谜。现已发现石像700多个，一般高45米，重45吨；最大的高

14、20米，最重的达80吨。并有大量未完工的石像和竖立石像的石台，以及刻有象形文字的木板。当地称拉帕努伊岛，意即石像的故乡。,复活节岛的兴衰,考古发掘表明，复活节岛曾经有过辉煌的文明。岛上最早的人类活动可追溯到400-700年，石像建造的年代在1200-1500年，最繁盛时期岛上的总人口曾达到7000人。对岛上的孢粉研究表明，在人类到达复活节岛之前，岛上遍布亚热带森林，树下生长着繁茂的灌木和草丛。最常见的高大树木是石棕榈。这种景观完全不同于今天人们见到的草地景观。,复活节岛的兴衰,公元400年，波利尼西亚人登上了复活节岛。经过一段时间开荒种植，人口增加，粮食不足。公元800年，大规模砍伐森林，棕榈

15、树独木舟。为争夺资源爆发战争。公元1200年，树立对首领的崇拜建造巨大石像，森林砍伐严重。公元1400年，棕榈树消失，至15世纪末岛上森林全部被砍伐干净。航海能力变差，开垦荒地种植谷物，但仍不能满足人们的食物供给。出现食人部落。公元1700年，人口衰减至原来的1/5，开始纷纷居住在洞穴中以防卫敌人。20世纪初，生存条件已非常恶劣，只剩下111个土著居民。,第五节 生态系统的调控及稳态机制,一、生态系统的自我调控1、自我调控机制程序调控随动调控最优调控稳态调控2、自然生态系统的稳态调控机制（1）自然生态系统的组织层次与稳态（2）自然生态系统结构上的功能组分冗余与稳态（3）自然生态系统中的反馈关系

16、与稳态,稳态调控,自然生态系统组织层次的垂直、水平分离特性而形成的层次结构的多样性和复杂性有利于系统的稳定。自然生态系统结构上组分的冗余现象有利于系统的稳定。自然生态系统中种群、群落、系统水平上普遍存在着反馈调节，对系统的稳定性起着重要作用。系统水平上，复杂的种间关系、生态位的分化、严格的食物链量比关系等形成的自组织机制有利于系统的稳定。,反馈：当生态系统中某一成分发生变化时，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起初发生变化的那个成分，这个过程称为反馈。负反馈：其作用是使生态系统达到和保持平衡或稳态，其结果是抑制或减弱最初发生变化的那个成分所发生的变化。正反馈：其作

17、用是当生态系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化，会加速最初发生变化的成分所发生的变化，其结果是使生态系统远离平衡状态或稳态。,生态系统中的反馈（正反馈（左）和负反馈（右）,二、生态系统不同层次的稳态机制1、个体水平的生态适应机制2、种群水平的反馈调节机制3、群落水平的种间关系机制4、系统水平的自组织机制,基因多样性,物种多样性,海参，每当有敌害靠近它时，就会将自己的肚肠一股脑儿吐出，趁着来敌转移注意力时，自己逃之夭夭。不久，海参又会长出新的肚肠。海星，它是一种体形很特别的动物，身上有很多腕。渔民担心养殖的牡蛎被海星危害，每次捉到海星，都要将其撕碎，扔进大海，岂料每一个碎片都又长成新的海星

18、。海绵，是海洋里再生能力最强的生物。若把它撕成碎片抛入大海，碎片仍可以各自独立成活，长成完整的新个体。蚯蚓（身体断裂后，长出新的部分）壁虎（尾巴掉了能再生）章鱼、螃蟹会在危急时刻断掉自己的出手或螯足以吸引敌害注意力，过后伤口能自行愈合并长出新的部分。,三、生态系统的人工调控1、生物调控；2、环境调控；3、系统结构调控；4、系统的输入输出调控；5、生态系统的优化调控。,1、生物调控是通过对生物个体及种群的生理及遗传特性进行调节，以增加生物对环境的适应性及提高生物对环境资源的转化效率。（1）个体水平：如选种、育种，提高生物的环境适应性和丰产性。（2）种群水平：如合理密植，调节种群密度。（3）群体水

19、平：如群体种类组成调节，作物套种、立体农业，动物的混养，混交林的营造等。,2、环境调控是指为了增加生物种群的产量而采取的一种改造生态环境的措施。（1）对土壤环境的调控(物理、化学、生物等)；（2）对气候因子的调控；（3）对水环境的调控；（4）外来物种的引进；,施化肥,泥炭、草炭等有机肥,草田轮作,指大田作物种植若干年后，连续种植一年生或多年生牧草，实行草田轮作。如利用苜蓿、三叶草等豆科牧草和猫尾草、黑麦草等禾本科牧草进行单播或混播，以促进土壤团粒结构形成和土壤肥力的恢复和提高，并给畜牧业提供优良饲料。通常种草两年左右后耕翻，播种粮食或棉花等，隔年再种牧草进行第二次轮回。主要为西北欧国家及美、苏

20、等国采用。在中国新疆、内蒙古、东北一带地多人少、肥料不足或土地瘠薄的地区也有采用。,草田轮作,中国三北防护林,中国三北防护林,人工降雨,动物棚舍,温室栽培,修建水库和引水渠,自动喷灌,滴灌,滴灌,3、系统结构调控是利用综合技术与管理措施，协调不同种群的关系，合理组装，建成新的复合群体，使系统各组成成分间的结构与功能更加协调，系统的能量流动、物质循环更趋合理。（1）确定系统组成在数量上的最优比例。（2）确定系统组成在时间、空间上的最优联系方式。（3）确定系统组成在能流、物流、信息流上的最优联系方式。,4、系统的输入输出调控系统外部环境及社会经济状况亦会对生态系统产生影响。5、生态系统的优化调控通

21、过对生态系统的设计和优化，使人类对生态系统的调控有经验地转向定量化、最佳化。,四、生态重建与恢复生态学1、退化生态系统2、恢复生态学3、生态恢复与重建,1、退化生态系统（1）定义：生态系统的结构和功能在自然干扰和人为干扰的作用下发生位移，位移的结果打破了原有生态系统的平衡，使系统固有的功能遭到破坏或丧失，稳定性和生产力降低，抗逆能力减弱，这样的生态系统被称为退化生态系统。,灌木、草本植物自然景观,人类开垦农田后又撂荒的景观,过度利用造成严重退化的草地景观,（2）表现：在系统结构方面，退化生态系统的物种多样性、遗传多样性、结构多样性和空间异质性降低，系统组成不稳定，一些物种丧失或优势种、建群种的

22、优势度降低。在能量方面，退化生态系统的能量生产量低，系统贮存的能量低，能量交换水平下降，食物链缩短，多呈直线状，而不同于正常的环形循环。在物质循环方面，退化生态系统中总有机质存储少，生产者亚系统的物质积累降低，矿质元素较为开放，无机营养物质多贮存于环境库中，而较少地贮存于生物库中。在稳定性方面，由于退化生态系统的组成和结构单一，生态联系和生态学过程简化，退化生态系统对外界干扰显得较为敏感，系统的抗逆能力和自我恢复能力较低，系统变得脆弱。,2、恢复生态学(1)定义：是研究生态系统退化的原因，退化生态系统恢复与重建的技术和方法及其生态学过程和机理的学科。(2)研究对象：在自然灾变和人类活动压力下受

23、到破坏的自然生态系统.(3)应用理论：生态学的基本原理，尤其是生态系统演替理论。(4)研究内容：自然因素的作用及生态系统的响应机制；人为因素对生态系统的作用过程与机制；生物群落与生态系统演替机制。,3、生态恢复与重建（1）定义：生态恢复：改良和重建退化的自然生态系统，使其重新有益于利用，并恢复其生物学潜力。重建：指在不可能或不需要再现生态系统原貌的情况下营造一个不完全雷同于过去的甚至是全新的生态系统。,（2）生态恢复的一般过程本底调查区域自然、社会经济条件（水、土、气候、可利用的条件等）综合分析恢复目标的制定恢复规划恢复技术体系组配生态恢复实施生态管理生态系统的综合利用自然-社会-经济复合系统

24、的形成,（3）生态重建的两个途径：一是试图重新建造真正的过去的生态系统，尤其是那些曾遭到人类改变或滥用而毁灭或变样的生态系统；二是对于那些由于人类活动已全然毁灭的复合系统的多样性的生境代之以次生的系统，生态重建的目的是要建立一个符合于人类经济需要的系统。,江苏云亭镇花山石宕岩石边坡防护绿化工程,原始坡面,施工后效果,山体边坡生态恢复工程典型实例,山体边坡生态恢复工程典型实例,三峡永久船闸枇杷亭边坡防护绿化工程,原始坡面,施工后效果,黄土高原群众进行植树造林,黄土高原退耕1年后自然恢复生长的草被,柠条护坡灌木林,黄土高原的坡地果园,黄土高原梯田种植人工牧草（沙打旺）,黄土高原水平沟隔坡造林(果树

25、与农作物间作,陕西志丹),黄土高原梁峁梯田景观,荷兰围垦区的生态重建,荷兰围垦区的生态建设经历了几个阶段，反映了荷兰人对于生态建设规律认识的深化。第一阶段是50年代开发的围垦区，已经考虑到居民休闲的多种需要，进行了景观设计。到第二阶段60年代以后开发的围垦区，专门进行了生态设计，任务是为特定的生物群落形成创造条件，主要是人工种植树木和其他植物，为珍禽鸟类栖息创造条件。其目标是提高生物群落多样性，形成健康的湿地生态系统。第三阶段则已经认识到，依靠生态系统自然演替规律，靠生态系统自身的发育，不需要种植植物，经过若干年时间，同样可以建设一个健康的湿地生态系统。,矿区生态重建,煤矿地下开采沉陷土地复垦技术 煤矿露天开采土地复垦技术 煤矿固体废弃物复垦与利用技术 煤矿区复垦土壤重构技术 煤矿区植被恢复技术 煤矿区复垦土地利用技术,本节结束！谢谢！,思考题,1、生态系统食物链网结构设计的基本原理及应遵循的原则？2、生态系统的结构与稳定性的关系？3、生态平衡的内涵及表现形式？4、生态平衡失调的内涵及表现形式？5、如何对退化生态系统进行恢复或重建？,