生态系统的一般特征

地球上的所有生物群落共同组成了生物圈。生物圈从宇宙中我们已知的情况来看，它是地球上特有的一个圈层。生物圈渗透在我们地球其它三个圈层（大气圈、水圈和岩石圈）中，并与其它三个圈层结合在一起，我们称它们为自然界。11生态系统的一般特征11生态系统的一般特征11.1生态系统的基本概念11.2生态系统的组成与结构11.3食物链和食物网11.4营养级和生态金字塔11.5生态效率11.6生态系统的反馈调节和生态平衡小结主要概念思考题11.生态系统的一般特征11.1生态系统的基本概念生态系统(ecosystem)就是在一定空间中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地进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体。系统是指彼此间相互作用、相互依赖的事物有规律地联合的集合体，是有序的整体。构成系统至少要有3个条件：①系统是由许多成分组成的；②各成分间不是孤立的，而是彼此互相联系、互相作用的；③系统具有独立的、特定的功能。生物地理群落(biogeocoenosis)：生物地理群落的基本含义与生态系统的概念相同。生态系统的特征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。结构越复杂、物种数目越多，自我调节能力就越强。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.营养级的数目受限于生产者所固定的最大能值和能量在流动中巨大损失，生态系统营养级的数目通常不会超过5~6个。5.生态系统是一个动态系统。目前有关生态系统的研究工作自然生态系统的保护和利用生态系统调控机制的研究生态系统退化的机制、恢复及其修复研究全球性生态问题的研究生态系统可持续发展的研究自然生态系统的保护和利用和谐、高效和健康是自然生态系统有的共同特点自然生态系统中具有较高的物种多样性和群落稳定性健康的生态系统比退化的更有价值，具有较高的生产力，能满足人类物质的需求，还给人类提供生存的优良环境研究自然生态系统的形成和发展过程、合理性机制、以及人类活动对自然生态系统的影响，对于有效利用和保护自然生态系统均有较大的意义生态系统是当代生态学研究的主流。原因是：诸多的生态问题已经危及到地球这个生命维持系统的持续存在。寻求建立持续性生态系统的机理，以科学管理好地球。生态系统的概念和原理，已经为许多学科和许多实践领域所接受，并应用。如生态学与经济学的密切结合和生态经济学的形成和发展、生态系统服务和生态系统管理的提出、农业上的农业生态系统、环保中的生态评价、生态管理和风险性估计、濒危物种和生物多样性保护、大工程建设和自然改造大规划的生态预评。近年来，又把自然生态系统进一步扩展为包括经济系统和社会系统的复合生态系统，即自然-经济-社会复合生态系统。11.2生态系统的组成与结构11.2.1非生物环境无机物质有机物质气候因素(及其他物理条件)生物群落11.2.2生产者11.2.3消费者食草动物食肉动物大型食肉动物11.2.4分解者池塘生态系统示意图一个简单的陆地生态系统模式图一般陆地生态系统模式图初级生产与初级生产力次级生产与次级生产力成份之间的相互作用关系11.2生态系统的组成与结构11.2.1非生物环境非生物环境包括参加物质循环的无机元素和化合物，联系生物和非生物成分的有机物质和气候或其他物理条件。11.2.2生产者生产者(producers)：是能以简单的无机物制造食物（复杂的有机物）的自养生物。绿色植物、蓝绿藻和光合细菌11.2.3消费者消费者(consumers)：是针对生产者而言的，即它们不能从无机物质制造有机物质，而是直接或间接地依赖于生产者所制造的有机物质，因此属于异养生物。消费者按其营养方式上的不同又可分为3类：1、食草动物(herbivores)是直接以植物为营养的动物。2、食肉动物(carnivores)即以食草动物为食者。3、大型食肉动物或顶级食肉动物(topcarnivores)即以食肉动物为食者。11.2.4分解者分解者(decomposer)是异养生物，其作用是把动植物体的复杂有机物分解为生产者能重新利用的简单的化合物，并释放出能量，其作用正与生产者相反。池塘生态系统示意图一个简单的陆地生态系统模式图一般陆地生态系统模式图生态系统的组成一般把自养生物的生产过程称为初级生产，其提供的生产力称为初级生产力；而把异养生物再生产过程称为次级生产，提供的生产力称次级生产力。由生产者、消费者和分解者这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。生态系统各成份的相互关系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生产者消费者分解者无机物质有机物质气候因素生态系统各成份的相互关系11.3食物链和食物网食物链•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关系而排列的链状顺序称为食物链(foodchain)。•食物链的类型•食物链的特点食物链的类型捕食食物链(grazingfoodchain)：以吃活的动植物为起点的食物链。碎屑食物链(detritalfoodchain)：以吃死生物或腐屑为起点的食物链。寄生食物链（parasiticchain）海洋食物链1海洋食物链2冻原生态系统食物链捕食食物链•绿色植物为起点到食草动物进而到食肉动物的食物链•植物→食草动物→食肉动物–草原上：青草→野兔→狐狸→狼–湖泊中：藻类→甲壳类→小鱼→大鱼碎屑食物链•动、植物的遗体被食腐性生物(小型土壤动物、真菌、细菌)取食，然后到它们的捕食者的食物链•植物残体→蚯蚓→线虫类→节肢动物捕食食物链和碎屑食物链寄生食物链由宿主和寄生物构成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后者与前者是寄生关系哺乳动物或鸟类→跳蚤→原生动物→细菌→病毒海洋食物链1海洋食物链2冻原生态系统食物链食物链的特点陆地和浅水生态系统中，能流是以碎屑食物链为主。陆地生态系统中，净初级生产量只有很少一部分通向捕食食物链。只在某些水生生态系统中，捕食食物链才会成为能流的主要渠道。沿着食物链动物个体越来越大的概念，只适用于一般情况。11.3食物链和食物网食物网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（foodweb）。一种生物常常以多种食物为食，而同一种食物又常常为多种消费者取食，于是食物链交错起来，多条食物链相联，形成了食物网。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。食物网以营养为纽带，把生物与环境、生物与生物紧密联系起来的结构，称为生态系统的营养结构（trophicstructure）。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，反之亦然矶鹞海鸟海豹雪鹀贼鸥松鸡类北极熊北极狐蜘蛛水生无脊椎动物海滩海洋哺乳动物北极岛屿简单的食物网南极海洋浮游食物网FOODWEBAfewoftheorganismsinatemperatetall-grassprairieandthefoodwebthatconnectsthem大草原FOODWEB11.4营养级和生态金字塔营养级（trophiclevel）处于食物链某一环节上的所有生物种总和。营养级的位置越高，归属于这个营养级的生物种类和数量就越少。离基本能源越近的营养级，其中的生物受到取食和捕食的压力也越大，因而这些生物的种类和数量也就越多，生殖能力也越强。营养级生态系统中营养级数目①各营养级消费者不可能100%利用前一营养级的生物量②各营养级同化率也不是100%，总有一部分排泄出去③各营养级生物要维持自身的生命活动，消耗一部分能量，以热能而耗散掉。因此，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TERRESTRIALFOODCHAINInafoodchain,energyispassedfromonetrophic(营养)leveltothenextBUTthetransferofenergyisNEVER100%efficient.Thatis,thereisalwayssomeenergylostperthe2ndLawofThermodynamics.Thislostenergyiscalledentropy.Thelengthoffoodchains生态金字塔(ecologicalpyramid)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。生态金字塔(ecologicalpyramid)指各个营养级之间的数量关系。可用生物量、能量和个体单位来表示。浮游生物（809g/m2）分解者（5g/m2）二级肉食者（1.5g/m2）一级肉食者（11g/m2）草食者（37g/m2）（a）生物量金字塔（b）生物量金字塔（倒置）421浮游生物（4g/m2）浮游和底栖动物（21g/m2）（d）数量金字塔浮游生物4×1091.1×105（c）能量金字塔净生产量[3.67×107J/(m2·a)]总生产量[1.57×108J/(m2·a)]细菌1.63×107J一级肉食者2.0×105J草食者2.5×106J图11-4生态锥体能量金字塔由各营养级所固定的总能量值的多少来构成的生态金字塔以相同的单位面积和单位时间内的生产者和各级消费者所积累的能量比率来构成。千卡/平方米·年EnergyPyramid•Anenergypyramidforaprairieecosystem.Eachtrophiclevelfromproducertotertiaryconsumerhaslessenergystoredinit.Thewidthoftherectanglesrepresentsenergyfoundintheorganismsateachtrophiclevel.EnergyPyramid矮草草原生产力金字塔Biomasspyramid•以相同单位面积上生产者和各级消费者的生物量即生命物质总量建立的金字塔。对陆地、浅水生态系统中比较典型，因为生产者是大型的，所以塔基比较大，金字塔比较规则。生物量金字塔Biomasspyramid•湖泊和开阔海洋，第一性生产者主要为微型藻类，生活周期短，繁殖迅速，大量被植食动物取食利用，在任何时间它的现存量很低，导致这些生态系统的生物量金字塔呈倒金字塔形。Pyramidofnumber•单位面积内生产者的个体数目为塔基，以相同面积内各营养级位有机体数目构成塔身及塔顶。一般每一个营养级所包括的有机体数目，沿食物链向上递减。Pyramidofnumber•有时植食动物比生产者数目多。如昆虫和树木•个体大小差别很大，只用个体数目多少来说明问题有局限性。不同类型金字塔的比较能量金字塔表达营养结构最全面，确切表示食物通过食物链的效率，永远是正塔型数量金字塔过分突出小生物体的重要性生物量金字塔过分突出大生物体的重要性生态金字塔(ecologicalpyramid)能量锥体最能保持金字塔形；生物量锥体和数量锥体有时有倒置的情况。生物量锥体倒置：海洋生态系统中，生产者（浮游植物）的个体很小，生活史很短，根据某一时刻调查的生物量，常低于浮游动物的生物量。因为浮游植物个体小，代谢快，生命短，某一时刻的现存量反而要比浮游动物少，但一年中的总能流量还是较浮游动物多数量锥体倒置：消费者个体小，生产者个体大，如昆虫和树木，昆虫的个体数量就多于树木；寄生者的数量往往多于宿主。现存量(生物量)金字塔与能量金字塔P-ProductorsH-Herbivorers