部分生态系统生态学.ppt

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1、2023/9/29,1,第五部分 生态系统生态学,什么是系统？,构成系统的条件：由若干要素所组成要素之间要相互联系，相互作用，相互制约要素之间通过相互作用，产生跟各个组成成分不同的新功能，即整体功能。,由相互联系、相互作用的若干要素结合而成的具有一定功能的整体。,2023/9/29,2,第五章 生态系统生态学,第一节 生态系统的一般特征第二节 生态系统的能量流动第三节 生态系统的物质循环,2023/9/29,3,第一节 生态系统的一般特征,一、生态系统的概念二、生态系统的组成成分三、生态系统的营养结构四、生态效率五、生态系统的反馈调节和生态平衡,2023/9/29,4,一、生态系统的基本概念,

2、1.生态系统（ecosystem)：在一定的空间内，共同栖居着的所有生物（即生物群落）与其环境之间由于不断进行 和 过程而形成的统一整体。一个生态学功能单位,物质循环,能量流动,2023/9/29,5,2.生态系统的大小：在自然界只要在一定空间内存在生物和非生物两种成分，并能互相作用达到某种功能上的稳定性，这个整体就可以视为一个生态系统。因此在我们居住的这个地球上有许多大大小小的生态系统，大至生物圈(biosphere)或生态圈(ecosphere)，海洋，陆地，小至森林，草原、湖泊、小池塘和动物有机体内消化道中的微生物系统。,一、生态系统的基本概念,2023/9/29,6,一、生态系统的基本

3、概念,3.生态系统类型陆地生态系统：森林生态系统、农田生态系统、城市生态系统。水域生态系统：河流生态系统、池塘生态系统、海洋生态系统。,2023/9/29,7,2023/9/29,8,一、生态系统的基本概念,4.生态系统概念的产生英国学者坦斯利（Tansley）于1935年提出生态系统的概念，强调生物和环境的不可分割性。20世纪60年代以来，成为国际上生态学研究的焦点。发展背景：1 空间技术、遥感技术、计算机、环境监测仪器设备、放射性同位素等的发展，使人们可以精确地测定生态环境的变化。2 随着世界工农业的发展，出现了举世瞩目的世界性问题，如人口增加，资源短缺、环境污染等问题日益严重。,2023

4、/9/29,9,5.生态系统的特点:生态系统是生态学的一个主要 和 单位，属于经典生态学研究的最高层次；生态系统具有自我调节能力；、和 是生态系统的三大功能；生态系统中营养级的数目通常不超过56个；生态系统是一个动态系统。,一、生态系统的基本概念,结构,功能,能量流动,物质循环,信息传递,2023/9/29,10,二、生态系统的组成成分,生态系统,生物成分,非生物成分,生产者（producers）,消费者(consumers),分解者(decomposers),气候因素,无机物质,有机物质,1.六大组成成分(四大基本成分),2023/9/29,11,二、生态系统的组成成分,生产者：指能利用 制

5、造食物的，主要是各种，也包括蓝绿藻和一些能进行光合作用的细菌。消费者：，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）、杂食动物和寄生动物等。分解者：异养生物，把 分解成，包括细菌、真菌、放线菌和动物（如蚯蚓、白蚁、秃鹫等大型腐食性动物等。,2.三大功能类群,简单的无机物质,自养生物,绿色植物,异养生物,复杂的有机物,简单无机物,2023/9/29,12,三、生态系统的营养结构,食物链和食物网营养级和生态金字塔生态效率,2023/9/29,13,一个食物链的例子“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(

6、三级消费者),鹰(四级消费者)(顶极食肉动物),1、食物链和食物网,三、生态系统的营养结构,2023/9/29,14,1、食物链和食物网,(C.Elton,1927)（1）.食物链（food chain）：各种生物按其取食和被食的关系而排列成的链状顺序称为食物链。,三、生态系统的营养结构,2023/9/29,15,陆地与海洋食物链的例子,4-5个环节,2023/9/29,16,（2）、食物链的长度 一般说来，生态系统中的能量在沿着捕食食物链的传递过程中，每从一个环节到另一个环节，能量大约要损失90，也就是能量转化效率大约只有10%。,1、食物链和食物网,三、生态系统的营养结构,2023/9/2

7、9,17,（2）、食物链的长度 顶位肉食动物数量最少？越是处在食物链顶端的动物，数量越少、生物量越小，能量也越少，而顶位肉食动物数量最少，以致使得不可能再有别的动物以它们为食，因为从它们身上所获取的能量不足以弥补为捕食它们所消耗的能量。,1、食物链和食物网,三、生态系统的营养结构,2023/9/29,18,（2）食物链的长度 一般说来，能量从太阳开始沿着捕食食物链传递几次以后就所剩无几了，所以食物链一般都很短，通常只由45个环节构成，很少有超过6个环节的。,1、食物链和食物网,三、生态系统的营养结构,2023/9/29,19,（3）食物链类型,A.捕食食物链(grazing food chai

8、n)绿色植物为起点到食草动物进而到食肉动物的食物链。如植物植食性动物肉食性动物；如草原上的青草 野兔 狐狸 狼；在湖泊中，藻类甲壳类小鱼大鱼。,三、生态系统的营养结构,1、食物链和食物网,2023/9/29,20,B.寄生食物链：由 和 构成。它以大型动物为食物链的起点，继之以小型动物、微型动物、细菌和病毒。后者与前者是 关系。如哺乳动物或鸟类跳蚤原生动物细菌病毒。,(3)食物链类型,三、生态系统的营养结构,1、食物链和食物网,宿主,寄生物,寄生性,2023/9/29,21,C.碎屑食物链(detritus food chain)以 被食腐性生物（小型土壤动物、真菌、细菌）取食，然后到他们的捕

9、食者的食物链。植物残体蚯蚓线虫类节肢动物。,(3)食物链类型,1、食物链和食物网,三、生态系统的营养结构,动、植物的残、遗体,2023/9/29,22,生态系统的食物链是相互连结在一起的。一个环节改，食物链就改变。生态系统中的食物链总是在。,(4).食物链的连结,三、生态系统的营养结构,1、食物链和食物网,变化着,2023/9/29,23,(5).食物网(food webs)生物之间的捕食和被食的关系不是简单的一条链，而是错综复杂的相互依赖的网状结构，即食物网。食物链彼此交错连结，形成一个网状结构称为食物网。食物网不仅维持着生态系统的相对平衡，并推动着生物的进化，成为自然界发展演变的动力。,1

10、、食物链和食物网,三、生态系统的营养结构,2023/9/29,24,(6).食物链和食物网概念的意义,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 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 和 正是沿着食物链和食物网进行的。,1、食物链和食物网,三、生态系统的营养结构,能量流动,物质循环,食物网,2023/9/29,25,(6).食物链和食物网概念的意义,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。生物扩大作用：

11、由于生物体对于某物不能代谢，它们就累积在个体的体内，通过食物链或食物网的传递导致在 上的有机体中的积累。,1、食物链和食物网,三、生态系统的营养结构,更高营养级,2023/9/29,26,2、营养级和生态金字塔,(1).营养级：处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。,三、生态系统的营养结构,2023/9/29,27,(2).生态金字塔,能量金字塔(energy pyramid)数量金字塔(pyramid of numbers)生物量金字塔(pyramid of biomass),三、生态系统的营养结构,2、营养级和生态金字塔,2023/9/29,28,能量金字塔,2023/9/29,29,能

12、量在生态系统中流动的过程：,生产者（植物）,能量流动的特点1、单向流动的，不可逆2、逐级递减,2023/9/29,30,单位：公斤,生物量金字塔,浮游动物,鱼,浮游植物,2023/9/29,31,能量金字塔,如果把各个营养级的生物数量关系，用绘制能量金字塔的方式表达出来，是不是也是金字塔形？,想一想：,2023/9/29,32,数量金字塔,有没有例外的情况？,想一想：,一般情况下，也是金字塔形。但是有时候会出现倒置的塔形。例如，在海洋生态系统中，由于生产者（浮游植物）的个体小，寿命短，又会不断地被浮游动物吃掉，所以某一时刻调查到的浮游植物的量可能低于浮游动物的量。当然，总的来看，一年中流过浮游

13、植物的总能量还是比流过浮游动物的要多。与此同理，成千上万只昆虫生活在一株大树上，该数量金字塔的塔形也会发生倒置。,2023/9/29,33,p,1C,2C,3C,4C,p,1C,2C,3C,4C,p,1C,2C,p,1C,2C,3C,3C,数量,能量,落叶林,草地,落叶林及草地数量和能量金字塔,2023/9/29,34,(2).生态金字塔,各个营养级之间的数量关系 是最稳定的金字塔形。,2、营养级和生态金字塔,三、生态系统的营养结构,能量金字塔,2023/9/29,35,3、生态效率,常用的几个能量参数摄取量：I 生物所摄取的能量同化量：A 固定的能量 呼吸量：R 呼吸等的消耗生产量：P 净剩

14、的同化能量,三、生态系统的营养结构,P214,2023/9/29,36,3、生态效率,生态效率：各种能流参数中任何一个参数在营养级之间或营养级内部的比值。（常以百分数表示）,三、生态系统的营养结构,2023/9/29,37,3、生态效率,同化效率：Ae=An/In生产效率：Pe=Pn/An消费效率：Ce=In+1/Pn林德曼效率：Le=In+1/In 或An+1/An,三、生态系统的营养结构,2023/9/29,38,根据林德曼测定结果，这个比值大约是1/10，称为是林德曼1/10法则。,2023/9/29,39,四、生态系统的反馈调节和生态平衡,系统,太阳,其它能源,能量、物质迁出的生物,物

15、质和生物,环境,环境,输出,输入,一个开放的生态系统模型,2023/9/29,40,四、生态系统的反馈调节和生态平衡,反馈：系统的输出变成了决定未来功能的输入。负反馈:使生态系统达到或保持平衡或稳态，结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分的变化。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。,2023/9/29,41,生态系统中的反馈（正反馈（左）和负反馈（右）,狼,狼,兔,兔,植物,植物,狼饿死,狼吃饱,吃了较多兔子,吃了较少兔子,兔吃饱,兔饿死,吃了较少的草,吃了大量的草,污染,鱼死亡,污染,鱼死亡,鱼死亡,污染

16、,2023/9/29,42,反馈调节：,当生态系统某一成分发生变化，它必然引起其他成分出现一系列相应变化，这些变化又反过来影响最初发生变化的那种成分。,2023/9/29,43,四、生态系统的反馈调节和生态平衡,自然界生态系统总是趋向于保持一定的内部平衡关系，使系统内各成分间完全处于相互协调的稳定状态。生态系统内的 是达到和维持平衡或稳定的重要途径。生态平衡：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，是一种动态平衡。,负反馈机制,2023/9/29,44,生态阈值：,生态系统受外界干扰后，自动调节的极限。,2023/9/29,45,

17、生态危机：,由于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。,2023/9/29,46,生态系统是生态学的一个主要结构和功能单位，属于经典生态学研究的最高层次；生态系统具有自我调节能力；能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能；生态系统中营养级的数目通常不超过56个；生态系统是一个动态系统。,生态系统的特点,2023/9/29,47,问题探讨,备选策略1：先吃鸡，再吃玉米；备选策略2：先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的 蛋，最后吃鸡。,2023/9/29,48,本节重点,生态系统有哪些主要组成成分，它们是如何构成生态系统的？2.食物链、食物网、

18、营养级、生态金字塔、林德曼效率3.食物链的类型?4.生态系统营养级只有5-6级？5.什么是负反馈调节？它对维护生态平衡有什么指导意义。,2023/9/29,49,第二节 生态系统的能量流动,1 生态系统的生物生产2 生态系统中的分解3 生态系统的能流过程4 生态系统能流分析,2023/9/29,50,1 生态系统的生物生产,生物生产的基本概念生物生产生物量与生产量初级生产总初级生产与净初级生产影响初级生产的因素初级生产量的测定方法次级生产次级生产的基本特点次级生产量的测定方法,2023/9/29,51,生物生产,生物生产：是生态系统重要功能之一。生态系统不断运转，生物有机体在能量代谢过程中，将

19、、重新组合，形成 的产品的过程，称生态系统的生物生产。生物生产常分为、和 等不同层次。,能量,物质,新,个体,种群,群落,2023/9/29,52,生物生产,生态系统中绿色植物通过，吸收和固定，从 合成、转化成复杂的。由于这种生产过程是生态系统 的 阶段，因此，绿色植物的这种生产过程称为初级生产（primary production），或第一性生产。,光合作用,太阳能,无机物,有机物,能量贮存,基础,2023/9/29,53,生物生产,初级生产以外的生态系统生产，即消费者利用初级生产的产品进行，经过 形成异养生物自身的物质，称为（secondary production），或第二性生产。,新陈

20、代谢,同化作用,次级生产,2023/9/29,54,生物量和生产量,生物量（biomass）:某一特定观察时刻，某一空间范围内，现有有机体的量，它可以用单位面积或体积的个体数量、重量（狭义的生物量）或含能量来表示，因此它是一种现存量(standing crop)。现存的数量以N表示，现在的生物量以B表示。现存生物量通常用平均每平方米生物体的干重(gm-2)或平均每平方米生物体的热值来表示(J m-2)。,2023/9/29,55,生物量和生产量,生产量(production):是在一定时间阶段中，某个种群或生态系统所新生产出的有机体的、或。它是时间上积累的概念，即含有速率的概念。有的文献资料中

21、，生产量、生产力(production rate)和生产率(productivity)视为同义语，有的则分别给予明确的定义。生物量和生产量是不同的概念，前者到某一特定时刻为止，生态系统所积累下来的生产量，而后者是某一段时间内生态系统中积存的生物量。,数量,重量,能量,2023/9/29,56,总初级生产与净初级生产,初级生产过程可用下列方程式概述：光能 6CO26H2O C6H12O6 6O2 叶绿素总初级生产(gross primary production,GP)与净初级生产(net primary production,NP)：植物在单位面积、单位时间内，通过光合作用固定太阳能的量称为总

22、初级生产(量)，常用的单位：J m-2 a-1 或 gDW m-2 a-1；植物总初级生产（量）减去 余下的有机物质即为净初级生产（量）。二者之间的关系可表示如下：GPNP+R；NPGPR,呼吸作用消耗掉的（R），,2023/9/29,57,影响初级生产的因素,NP,R,CO2,光,H2O,营养,取食,O2温度,陆地生态系统中，初级生产量是由、（因素）、和（因素）六个因素决定的。,污染物,光合作用生物量,GP,光,二氧化碳,水,营养物质,氧,温度,物质,环境调节,2023/9/29,58,初级生产量的测定方法,产量收割法：收获植物地上部分烘干至恒重，获得单位时间内的净初级生产量。氧气测定法：总

23、光合量净光合量呼吸量二氧化碳测定法：用特定空间内的二氧化碳含量的变化，作为进入植物体有机质中的量，进而估算有机质的量。pH测定法：水体中的pH值随着光合作用中吸收二氧化碳和呼吸过程中释放二氧化碳而发生变化，根据pH值变化估算初级生产量。叶绿素测定法：叶绿素与光合作用强度有密切的定量关系，通过测定体中的叶绿素可以估计初级生产力。放射性标记测定法。,2023/9/29,59,次级生产的基本特点,次级生产过程模型,食物资源,未采食,拒食,未食,粪便(Fu),呼吸(R),分解,被采食,可利用,食用(C),同化(A),动物产品产生能量(P),保持能量,损失能量,C=A+FuA=P+RC=P+Fu+RP=

24、C-Fu-R,2023/9/29,60,次级生产量的测定方法,按已知同化量A和呼吸量R，估计生产量P P=C-Fu-R，Fu-尿粪量根据个体生长或增重的部分Pg和新生个体重Pr，估计P P Pg Pr根据生物量净变化B和死亡损失E，估计P P B E,2023/9/29,61,2 生态系统中的分解,资源分解的过程：分碎裂过程、异化过程和淋溶过程等三个过程。资源分解的意义：理论意义：通过死亡物质的分解，使营养物质再循环，给生产者提供营养物质；维持大气中二氧化碳的浓度；稳定和提高土壤有机质含量，为碎屑食物链以后各级生物生产食物；改善土壤物理性状，改造地球表面惰性物质；实践意义：粪便处理污水处理,2

25、023/9/29,62,澳大利亚引进异地金龟处理牛粪,澳洲大陆距今14000万（1.4亿）年前就与其他陆地隔离，生物区系独特，当地繁殖的最大兽类是有袋类的大袋鼠。移民于1788年运去了第一批5头奶牛和2头公牛，到19世纪未牛超过4500万头。如以每头牛一昼夜排便10次计算，每天就有4.5亿堆又大又湿的牛粪。而当地的金龟子主要取食干硬的袋鼠粪，而对软而湿的牛粪不感兴趣。由于当地缺乏分解牛粪的生物，牛粪在草原上风干硬化，几年内都难以分解，日积月积，牛粪数量惊人。牛粪覆盖并破坏大面积草原，形成草原上的一块块秃斑。每年被毁的牧场竟达3600万亩。澳大利亚学者M.H.Wallace(1978)指出“澳大

26、利亚的牛多，牛粪更多，牛屎多到铺天盖地，如果不到世界各地引种食粪金龟子处理，澳大利亚就将淹没在牛屎堆里。”据实验两头金龟子一前一后，能将100克牛粪在3040小时内，滚成球，埋入土层里，以备子代食用。由于牛粪中的蝇卵需96小时后才能孵化为幼虫，牛粪埋入地下，蝇类无法孵化。因此，金龟子消除了牛粪，又破坏了蝇类滋生的条件。为此，60年代，澳大利亚引入了羚羊粪蜣(Onthophagus gazella)和神农蜣螂(Catharsius molossus)等异地金龟，对分解牛粪发挥了明显的作用。,2023/9/29,63,能量的源头:起点:输入生态系统的总能量:渠道:能量散失的形式:,太阳,从生产者固

27、定太阳能开始,食物链和食物网,生产者固定的太阳能总量,热能,3 生态系统的能流过程,2023/9/29,64,能量流动的关系：,一个营养级能量的输入等于能量的，即，其中 又分为 和,3 生态系统的能流过程,同化量,储存量和呼吸作用的散失量,储存量,被分解者利用的量,被下个营养级摄取的量。,2023/9/29,65,3 生态系统的能流过程,生态系统能量流动规律生态系统中能流途径,2023/9/29,66,生态系统能量流动规律,生态系统中能流特点（规律）：能流是单向流；能量在生态系统内流动的过程，就是能量不断递减的过程；能量在流动过程中，质量逐渐提高。,2023/9/29,67,流入某一营养级的能

28、量，为什么不能百分之百地流到下一个营养级？,流入某一营养级的能量主要有以下去向：一部分通过该营养级的呼吸作用散失了；一部分作为排出物、遗体或残枝败叶不能进入下一营养级，而为分解者所利用；还有一部分未能进入（未被捕食）下一营养级。所以，流入某一营养级的能量不可能百分之百地流到下一营养级。,2023/9/29,68,生态系统能量流动规律,既然能量递减，是否遵循能量守恒定律？能量在生态系统中流动、转化后，一部分储存在生态系统（生物体有机物）中，而另一部分被利用、散发至无机环境中，两者之和与流入生态系统的能量相等。,2023/9/29,69,生态系统中能量流动的途径,能量流动以 作为主线，将绿色植物与

29、消费者之间进行能量代谢的过程有机地联系起来。和 是生态系统能流的主要渠道。又称牧食食物链 腐食食物链牧食食物链的每一个环节上都有一定的新陈代谢产物进入到腐屑食物链中，从而把两类主要的食物链联系起来。能量在各营养级之间的数量关系可用 表示。,食物链,捕食食物链,碎屑食物链,生态金字塔,2023/9/29,70,4 生态系统能流分析,研究生态系统能流的途径生态系统层次上能流研究的原理生态系统能流分析的内容生态系统层次上能流研究的步骤生态系统能流分析的方法能流分析的实例,2023/9/29,71,研究生态系统能流的途径,生态系统能流分析可以在、和 层次上进行。,个体,种群,群落,生态系统,2023/

30、9/29,72,生态系统层次上能流研究的原理,依据物种的主要食性，将每个物种都归属于一个特定的营养级，然后精确地测定每一个营养级能量的输入值和输出值。,2023/9/29,73,生态系统层次上能流研究的步骤,确定组成生态系统的生物组成部分的有机体成份；确定消费者的食性，确定消费者的分类地位；确定有机体的营养级归属，进而确定：各营养级的生物量，各营养级能量或食物的摄入率，同化率，呼吸率，由于捕食、寄生等因素而引起的能量损失率；结合各个营养级的信息，获得营养金字塔或能流图。,2023/9/29,74,湖泊能流分析的内容,水生生态系统的生物生产初级生产次级生产水生生态系统的能量收支水生生态系统的能量

31、格局营养关系生态锥体生态效率水生生态系统的能流过程,2023/9/29,75,美国明尼达州塞达波格湖的能流分析波格湖生态系统各类有机体之间的营养关系,分解的营养物质,水草,浮游植物,浮游动物,浮游捕食者,食枝叶动物,底栖捕食者,浮游生物捕食者,软泥,细菌,细菌,内部,太阳辐射能,太阳辐射能,外 部,1,2,3,4,4,3,2,1,2023/9/29,76,美国明尼达州塞达波格湖的能流分析营养动态学说,营养动态学说是生态系统能量流动研究的基础将生态系统中的各类生物按其在营养级中所处的位置不同划分为若干营养级。用n表示各营养级的能量含量，浮游植物通过光合作用将一部分太阳辐射能转化为自身能量 1，浮

32、游动物取食浮游植物中的能量，为初级消费者，其能量含量为2，其余 3、4 依次类推。并定义n 为从n-1 到n 正的能量流动速率，n 为从n到n+1负的能量流动速率；Rn为各营养级呼吸速率。因此，某一营养级n的能量含量变化速率可表达为：d n/dt=n+n,2023/9/29,77,美国明尼达州塞达波格湖的能流分析波格湖生态系统营养动态简图,n 为从n-1到n的能量贡献速率，n为从n到n-1的能量流出率,未利用的能量,有机体利用的部分,太阳辐射能0,2,3,4,非呼吸耗散的能,呼吸耗散的能,1,2,3,4,(3=4+R3),R4,(2=3+R2),(1=2+R1),R2,R1,n为营养级的能量含

33、量,1,2023/9/29,78,美国明尼达州塞达波格湖的能流分析波格湖生态系统营养动态简图,能量单位：cal cm-2 a 1。呼吸29.3+未利用78.2+分解3.5总初级生产量111.0，能量守恒,总初级生产量111.0,植食动物15.0,肉食动物3.0,分解3.0,分解0.5,分解微量,呼吸23.0,呼吸4.5,呼吸1.8,未利用70.0,太阳能118872,未利用7.0,未利用1.2,未吸收的能118761,2023/9/29,79,美国明尼达州塞达波格湖的能流分析波格湖生态系统能量金字塔,3.0 cal cm-2 a 1,111.0 cal cm-2 a 1,15.0 cal cm

34、-2 a 1,2023/9/29,80,本节知识体系,能量流动,概念：,生态系统中能量的输入、传递和散失的过程,过程,能量的源头：,流经生态系统的总能量：,生产者固定的太阳能的总量,途径：食物链或食物网,特点,单向流动：,逐级递减：,沿食物链方向由低营养级流向下一营养级,能量金字塔：,能量沿食物链流动过程中逐级递减；传递效率为10%20%。,研究意义,调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效的流向对人类最有益的部分,太阳能,2023/9/29,81,第三节 生态系统的物质循环,1 生物地化循环的概念2 水循环3 气体型循环4 沉积型循环5 有毒物质的迁移和转化,2023/9/29,82,1

35、 生物地化循环的概念,生物地化循环生物地化循环的特点生物地化循环的类型,2023/9/29,83,生物地化循环(biogeochemical cycle),矿物元素在生态系统之间的输入和输出，它们在大气圈、水圈、岩圈之间以及生物间的流动和交换称生物地(球)化(学)循环，即物质循环(cycling of material)。,2023/9/29,84,生物地化循环的特点,生物地化循环可以用库和流通率两个概念来描述。库是由存在于生态系统的某些生物或非生物成分中一定数量的某种化学物质所构成的，可分为贮存库和交换库。前者的特点是库容量大，元素在库中滞留的时间长，流动速率小，多属于非生物成分；交换库则容

36、量较小，元素滞留的时间短，流速较大。物质在生态系统单位面积(或单位体积)和单位时间的移动量称流通率。,2023/9/29,85,生物地化循环的特点,生物地化循环在受人类干扰以前一般是处于一种 状态。元素和难分解的化合物常发生生物积累、生物浓缩和生物放大现象。,稳定的平衡,2023/9/29,86,生物积累、生物浓缩和生物放大,生物积累(bioaccumulation):指生态系统中生物不断进行新陈代谢的过程中，体内来自环境的元素或难分解的化合物的浓缩系数不断增加的现象。,2023/9/29,87,生物积累、生物浓缩和生物放大,生物浓缩(bioconcentration):指生态系统中同一营养级

37、上许多生物种群或者生物个体，从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象，又称生物富集。,2023/9/29,88,生物积累、生物浓缩和生物放大,生物放大(biomagnification):指生态系统的食物链上，高营养级生物以低营养级生物为食，某种元素或难分解化合物在生物机体中浓度随营养级的提高而逐步增大的现象。生物放大的结果使食物链上高营养级生物体中该类物质的浓度显著超过环境中的浓度。,2023/9/29,89,生物地化循环的类型,水循环气体型循环沉积型循环,2023/9/29,90,2 水循环(aquatic cycle),水循环的意义：1、水是

38、任何生物体都不可缺少的重要组成成分。2、水是生物代谢过程中的重要原料。3、生物的新陈代谢是以水为介质的。4、水能保持植物的固有姿态。5、水对生物的生长与分布也有重要影响。6、是水生生物获得资源和栖息地场所,2023/9/29,91,2 水循环(aquatic cycle),水循环的途径,2023/9/29,92,2 水循环(aquatic cycle),人类活动对水循环的影响：空气污染和降水；改变地面，增加径流；过度利用地下水；水的再分布,2023/9/29,93,3 气体型循环(gaseous cycle),氧循环碳循环氮循环,2023/9/29,94,氧循环(oxygen cycle),H

39、2O+CO2 H2CO3 HCO3-+H+,CO2,HCO3-CO32-,Ca2+,CaCO3,O2,水体,臭氧层,沉积物,火山作用,4FeO+O2,2FeO3,CO2,CO,O2+2CO CO2,O2,O3,O2,O,O2,H,OH,H2O,H2O,O,CO2,高能紫外辐射,2023/9/29,95,碳循环(carbon cycle),化,泥碳,煤,大气中CO2,CO2,碳化作用,石油,水生植物光合作用,腐烂,燃料,呼吸作用,光合作用,腐烂,扩散,2023/9/29,96,氮循环(nitrogen cycle),陆地陆地,其它动植物,蓝藻,浅层死有机物,溶解死有机物,土壤中无机氮库,丢失于深

40、层沉积中,动植物活体,共生或自由生活的固氮微生物,死有机体,陆地,河流带走,生物固氮,大气库N2,大气库HN3,NO,NO2,N2O，,工业固氮（汽车,化肥,电厂）,脱氮,闪电,化学反应,海洋,火山作用,降水,大气,2023/9/29,97,4 沉积型循环(sedimentary cycle),磷循环硫循环,2023/9/29,98,磷循环（phosphorus cycle）,沉积型循环,沉积物中的磷（约为土壤和海洋中千倍以上）,陆地,海洋,死有机物,土壤中的无机磷,活有机物,死有机物,深海的磷,活有机物,捕鱼,鸟粪,悬浮在水中随河水带走,摄取,排泄死亡,下,沉,分解,沉积,溶解于水,上升风化

41、,开采,摄取,排泄死亡,上涌,2023/9/29,99,硫循环（sulfur cycle）,陆地,海洋,沉积物（CaSO4,FeS2）,溶解的SO42-,SO2,H2S,S,CaSO4,FeS2,死有机物,活有机物,SO42-,降水SO2,SO42-,扩散,海浪SO42-,大气,上升，分化,SO2,FeS2,死有机物,活有机物,SO42-,H2S,S,分解,化肥工业SO42-,摄取,扩散,火山活动H2S,SO2,SO42-,植物摄取SO2,SO42-,降水SO2,SO42-,化石燃烧,SO2,H2S,SO2,SO42-,2023/9/29,100,5 有毒物质的迁移和转化,有毒物质的类型有毒物

42、质的迁移和转化有毒物质循环的典型代表-汞循环,2023/9/29,101,有毒物质的类型,有毒物质(toxic substance)又称污染物(pollutant)，按化学性质分两类:无机有毒物质主要指重金属、氟化物、和氰化物；有机有毒物质主要有酚类、有机氯药等。,2023/9/29,102,有毒物质的类型,按污染物的作用分一次污染物和二次污染物。前者由污染源直接排入环境的，其物理和化学性状未发生变化的污染物，又称原发性污染物；后者是由前者转化而成，排入环境中的一次性污染物在外界因素作用下发生变化，或与环境中其它物质发生反应形成新的物理化学性状的污染物，又称。,继发性污染物,2023/9/29

43、,103,有毒物质的迁移和转化,迁移(transport)是重要的物理过程,包括分散、混合、稀释和沉降等；转化(transformation)主要是通过氧化、还原、分解和组合等作用，会发生物理的化学的和生物化学的变化。,2023/9/29,104,汞循环(mercury cycle),火山活动,化石燃烧,降水,挥发,挥发,沉积物,农田风化和淋溶作用,农药喷洒,径流,(CH3)2Hg,Hg2,CH3Hg,鱼,水生植物,水鸟,工厂汞的废物,捕鱼,由河水带走,(中性pH),(酸性pH),rss.html,2023/9/29,105,复习思考题,1.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

44、件？什么是负反馈机制？其在生态系统中的意义何在？概述生态系统中碳循环的主要过程和特点，并对“温室效应”的形成机制作一说明,2023/9/29,106,一、陆地生态系统分布的基本规律,第四节 地球上生态系统的主要类型及其分布,1，植被分布的纬向地带性与经向地带性,地带性植被,纬向地带性,经向地带性,2，世界植被水平分布的一般规律性,在南半球没有和北半球相对应的北方针叶林及苔原带。,生物群落带大致与纬线平行。,在北纬40和南纬40之间由于信风的影响，使得西侧 为干旱区域，东侧为湿润的森林区域。,在亚热带，荒漠伸展到海岸，而在南半球，它们只限于 沿海地区。,2023/9/29,107,欧亚大陆（包括

45、北非）植被地理分布规律,1，西欧北非系列（大陆西部）：由北向南更替的植被带为,冻原泰加林（寒温性针叶林）针阔叶混交林落叶阔叶林硬叶常绿林和灌丛亚热带、热带荒漠热带稀树草原热带雨林。,2，东欧西西伯利亚中亚阿拉伯系列（大陆中部）,冻原泰加林温带草原温带荒漠亚热带荒漠。,3，东亚系列（大陆东部）,冻原泰加林针阔叶混交林落叶阔叶林常绿阔叶林季雨林雨林。,以上为纬度地带性。,2023/9/29,108,经向变化规律：,东欧平原表现最为清楚。,植被自西北至东南，依次为：冻原森林冻原泰加林针阔叶混交林落叶阔叶林森林草原草原荒漠。,北美洲植被的经向变化也表现的非常明显。,从东向西，植被依次更替为森林草原荒漠

46、森林。,2023/9/29,109,中国植被的水平地带性规律：,东部湿润森林区,中部半干旱草原区,西部内陆干旱荒漠区,经度地带性分布：,2023/9/29,110,中国植被的水平地带性规律：,东部湿润森林区,植被自北向南依次分布着针叶落叶林温带针叶落叶阔叶林暖温带落叶阔叶林北亚热带含常绿成分的落叶阔叶林中亚热带常绿阔叶林南亚带常绿阔叶林热带季雨林、雨林。,纬度地带性分布：,2023/9/29,111,中国植被的水平地带性规律：,温带半荒漠、荒漠带暖温带荒漠带高寒荒漠带高寒草原带高原山地灌丛草原带。,纬度地带性分布：,西部内陆干旱荒漠区,2023/9/29,112,3，植被分布的垂直地带性,植被

47、垂直带性：植被带大致与山坡等高线平行，并且具有一 定的垂直厚（宽）度。,植被垂直带谱（结构）：山地植被垂直带的组合排列和更迭 顺序形成一定的体系。,例如：,长白山植被垂直带结构自下而上依次为：落叶阔叶林针阔叶混交林寒温性常绿针叶林矮曲林高山冻原。,2023/9/29,113,垂直地带性与水平地带性的关系,2023/9/29,114,2023/9/29,115,4，局部地形对植被的影响,坡度和坡向对植被的分布具有很大的意义。,植物地理预测法则：根据南坡或北坡的植被可以预测更南或更北地区平地植物种或平地植物群落。,2023/9/29,116,二、淡水生态系统的类型及其分布,淡水群落一般分为流水和静

48、水两大群落类型。,组成我国淡水（湖泊、河流）植被的高等植物总数在50种以上。南方和北方有许多种类是共同的，但总的说来，南方的种类较多，区系比较丰富。如：,蓖叶眼子菜、线叶眼子菜、水竹叶、眼子菜、穿叶眼子菜、苦草、细叶水毛茛、金鱼藻、浮萍、紫萍、水蕨、水车前、满江红、菱 等等。,2023/9/29,117,三、海洋生态系统的类型及其分布,海洋植物区系的地理分布也服从地带性规律。海洋生物群落也像湖泊群落一样分为若干带：,1，潮间带（intertidal）或沿岸带（littoral zone）,2，浅海带或亚沿岸带（neritic 或sublittoral zone）,3，浅海带以下沿大陆坡之上为半

49、深海带,4，大洋带（Pelagic zone）,2023/9/29,118,一、冻原(tundra),位于南极和北极极地区冻原，还有高山冻原。风力强劲,雨量少，地表有永冻层，植物以低矮的苔藓为主,尚有部分低矮的草本植物，夏季极短,植物生长季短。冻原一般都被认为是瘠地(barren grounds)。但是总生产量也是相当的丰盛。提供了于冻原地带生活的动物所需的食物。这些生活于冻原的动物有：驯鹿、北极熊、狼、旅鼠等。,世界陆地主要生态系统类型,2023/9/29,119,图.(A)阿拉斯加的Point Barrow，北极研究室，八月份。有禾草和苔藓。,2023/9/29,120,图.冻原的空中鸟瞰

50、图。其中有馴鹿群，以及无数的小池塘。,2023/9/29,121,二、北方针叶林Boreal Forest,2023/9/29,122,1.分布,分布在北半球高纬度地区。The countries it includes are Siberia(making up most of this biome),Scandinavia,Alaska,and Canada.,2023/9/29,123,2.气候特点：,处于寒温带，年均温0度以下。冬季寒冷，夏季温暖而短暂，土壤有永冻层。年降水400-500毫米，集中在夏季。土壤为棕色针叶林土。,2023/9/29,124,3.森林特点,种类贫乏，乔木以松