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-1-第五章生态系统及其稳定性一、生态系统的结构1、定义：由生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体，最大的生态系统是生物圈（是指地球上的全部生物及其无机环境的总和）。2、类型：自然生态系统：包括水域生态系统（海洋生态系统、淡水生态系统）和陆地生态系统人工生态系统。自然生态系统的自我调节能力大于人工生态系统3生态系统的结构（1）生态系统的组成成分（功能结构）成分构成作用（主要生理过程）营养方式地位非生物成分非生物的物质和能量物质：水、空气、无机盐等；能量：阳光、热能为生物提供物质和能量生物成分生产者绿色植物、光合细菌、化能合成细菌将无机物转变成有机（光合作用化能合成用）自养型生态系统的基石、主要成分消费者动物、寄生微生物、根瘤菌消费有机物（呼吸作用），加快物质循环，对传粉和种子传播具有重要作用异养型生态系统最活跃的成分分解者各种营腐生生活的细菌、真菌及动物分解动植物遗体（呼吸作用）生态系统的关键成分，对物质循环必不可少特例：寄生植物（如菟丝子）——消费者；腐食动物（如蚯蚓）——分解者；自养微生物（如硝化细菌）——生产者；寄生微生物（如肺炎双球菌）——消费者。（2）食物链和食物网（营养结构）食物链：在生态系统中，各种生物之间由于食物关系而形成的一种联系（食物链不包括非生物物质和能量及分解者）。食物网：在生态系统中，许多食物链彼此相互交错连接的复杂的营养关系称为食物网分析食物网时应注意：a越复杂的生态系统，食物网中的食物链的数量就越多。食物网越复杂，生态系统抵抗外界干扰的能力就越强。食物链上一般不超过五个营养级。b生产者总是为第一营养级。在食物网中，大型肉食动物在不同的食物链中所处的营养级往往不同(占有不同的营养级)。C每条食物链的起点总是生产者，终点是不被其他动物所食的动物。食物链中箭头的含义：方向代表能量流动的方向，同时体现捕食与被捕食的关系。d生态系统的物质循环和能量流动就是沿着这种渠道进行的。e在食物网中，两种生物之间的种间关系有可能出现不同概念上的重合。如蜘蛛与青蛙既是捕食关系，又是竞争关系。二、生态系统的能量流动1、能量流动-2-a、定义：生物系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，b、过程：一个来源，三个去向。c、特点：单向的、逐级递减的（不循环不可逆）。能量传递效率为10%－20%2、研究能量流动的意义：a、实现对能量的多级利用，提高能量的利用效率（如桑基鱼塘）b、合理地调整能量流动关系，使能量持续高效的流向对人类最有益的部分（如农作物除草、灭虫）三、生态系统的物质循环1、定义：组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，都不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程。2、类型：水循环：是从地球表面通过蒸发（包括植物的蒸腾作用）进入大气圈，同时又不断地通过降水从大气圈返回到地球的表面。气体型循环：包括氮、碳、氧等元素的循环沉积型循环：包括磷、硫、钙、钾、钠、铁、碘、铜等物质的循环。-3-3、物质循环的各种形式4、能量流动与物质循环的关系5、实践中应用：a.任何生态系统都需要来自系统外的能量补充b.帮助人们科学规划设计人工生态系统使能量得到最有效的利用c.能量多极利用从而提高能量的利用率d.帮助人们合理调整生态系统中能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类有益的方向。-4-四、生态系统的物质循环1、信息的概念：在日常生活中，一般将可以传播的消息、情报、指令、数据与信号等称作信息。生命系统的信息：a、细胞生命系统:细胞内部信息流.例：DNA→mRNA→蛋白质接受外界信息b、个体生命系统例：神经调节中的电信号、化学信号；免疫调节中的抗原信号；激素调节中的激素c、生态生命系统1）个体从获取环境信息以保证自己的生存活动的需要。（定位、方向、感光、测温、化学感受、磁场感应等）。2）种群内不同个体之间进行合作或竞争所进行的信息传递。（求偶、繁殖、觅食、抵抗侵略、社会行为等）。3）不同种群个体之间竞争或捕捉与反侵害所进行的信息传递。（警戒、驱逐、识别等）。2、生态系统中信息的种类物理信息：通过物理过程传递的信息，如光、声、温度、湿度、磁力等，可来源于无机环境，也可来自于生物。化学信息：能传递信息的化学物质，如生物碱、有机酸及动物的外激素（信息素）。行为信息：通过动物的特殊行为传递信息的，对于同种或异种生物都可以传递（如:孔雀开屏、蜜蜂舞蹈）3、信息传递在生态系统中的作用1）生命活动的正常进行离不开信息作用；蝙蝠通过自身发出声波，对目标进行“回声定位”。2）通过信息传递，植物能开花，雌雄个体能相互识别、交配，保证种群的繁衍。3）通过信息传递，能够调节生物之间的种间关系,维持生态系统的平衡。4、信息传递在农业生产中的应用1）可应用于提高农产品和畜产品的产量。如：模仿动物信息吸收昆虫传粉，光照使鸡多下蛋2）可用于对有害动物的控制，生物防治害虫，用不同声音诱捕和驱赶动物五、生态系统的稳定性1、稳定性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能力②种类：抵抗力稳定性抵抗干扰保持原状恢复力稳定性遭到破坏恢复原状两者往往是相反关系，但也有一致的如：北极冻原③原因：自我调节能力。负反馈调节是自我调节能力的基础，正反馈例子不多，如一个湖泊受到了污染，鱼类的数量就会因为死亡而减少，鱼类死亡的尸体腐烂，又进一步加重污染，引起更多的鱼类的死亡（促进鱼类的减少）。能力大小由生态系统的组分和食物网的复杂程度有关，生态系统的组分越多和食物网越复杂自我调节能力就越强。但自我调节能力是有限度的，超过自我调节能力限度的干扰会使生态系统崩溃。生态系统的自动调节能力主要表现在三个方面：1）对同种生物的种群密度的调控，这是在有限空间内普遍存在的种群变化规律。2）对异种生物种群之间数量的调控，其常见于植物与动物或动物与动物之间，常有食物链关系。-5-3）对生物与环境之间的相互调控。2、生态系统的自我调节能力（1）抵抗力稳定性：生态系统抵抗外界干扰并使自身结构与功能保持原状的能力。核心：“抵抗干扰，保持原状”。（2）来源：１）生物的种类、数量多，一定外来干扰造成的变化占总量的比例小。２）能量流动与物质循环的途径多，一条途径中断后还有其他途径来代替。３）生物代谢旺盛，能通过代谢消除各种干扰造成的不利影响。（3）抵抗力稳定性高的生态系统特征：a、各营养级的生物数量多，占有的能量多。b、生物种类多，食物网复杂，物质循环与能量流动的渠道多。生态系统中生物的种类、数量越多，营养结构越复杂，其自动调节能力就越强，抵抗力稳定性就越高，整个生态系统就会越稳定。（4）恢复力稳定性：生态系统在遭到外界干扰因素的破坏以后恢复到原状的能力。核心：“遭到破坏，恢复原状”。（5）来源：a、生物繁殖的速度快，产生后代多，能迅速恢复原有的数量。b、物种变异能力强，能迅速出现适应新环境的新类型。c、生态系统结构简单，生物受到的制约小。（6）恢复力稳定性高的生态系统特征：a、各营养级的生物个体小，数量多，繁殖快。生物种类较少，物种扩张受到的制约较小。b、生物能以休眠方式渡过不利时期或产生适应新环境的新类型。生态系统的抵抗力稳定性与恢复力稳定性呈相反关系。抵抗力稳定性越高的生态系统，其恢复力稳定性越低。生态系统之所以具有抵抗力稳定性，是因为生态系统内部具一定的自我调节能力。自动调节能力的大小取决于生态系统自身的净化能力（抗污染）和营养结构（抗干扰）。3、人类活动对生态系统稳定性的影响（1）破坏生态平衡的因素：自然因素和人为因素。其中人为因素的影响尤为突出，主要表现在两个方面：1）人类对自然资源不合理地开发和利用。2）人类活动对自然环境的污染（2）提高生态系统稳定性的意义1）控制对生态系统干扰的程度，对生态系统的利用应该适度，不能超过生态系统的自我调节能力。2）对人类利用强度较大的生态系统，应实施相应的物资、能量投入，保证生态系统内部结构与功能的协调。如对农田不断施肥、灌溉，控制病虫害；人工建造防护林等“生态屏障”。