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生态系统生态学本章内容生态系统的基本概念生态系统的组成与结构食物链与食物网营养级与生态金字塔生态效率生态系统的反馈调节和生态平衡生态系统的基本概念奥地利生物学家贝塔朗菲（L.V.Bertalanffy）定义：“系统是相互联系相互作用的诸元素的综合体”一般构成系统至少有3个条件：系统是由许多成分组成各成分间不是孤立的，而是彼此互相联系、互相作用系统具有独立的、特定的功能英国植物生态学家坦斯利提出:生物与环境形成一个自然系统，正是这种系统构成了地球表面上各种大小和类型的基本单元，也就是生态系统。生态系统：在一定空间中共同栖居着的所有生物(即生物群落)之间以及他们与其环境之间由于不断地进行物质循环、能量流动和信息传递过程而形成的统一整体。生态系统的分类地球上的生态系统大小不一，多种多样。水滴、小水沟、水池、湿地、花坛、荒漠、草原、森林、农田、城市、整个地球、甚至宇宙飞船等等都是生态系统。常见的生态系统：森林生态系统；草原生态系统；海洋生态系统；湿地生态系统；农田生态系统；城市生态系统。根据形成的原动力和影响力•自然生态系统、半人工生态系统、人工生态系统根据生物栖息环境（生境）•陆生（地）生态系统和水生（域）生态系统生物圈2号是美国建于亚利桑那州沙漠中的一座微型人工生态系统，由美国前橄榄球运动员约翰•艾伦发起，历时8年，耗资1.5亿美元。占地1.28公顷。总体积约为18万m3。有5个野生生物群落（热带雨林、热带草原、海洋、沼泽、沙漠）和两个人工生物群落（集约农业区和居住区）。约有4000种物种生态系统的基本特征生态系统是生态学上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。生态系统内部具有自我调节能力，具有稳定性能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能。生态系统营养级的数目通常不超过5-6个。生态系统是一个动态系统。生态系统的组成及结构非生物环境参加物质循环的无机元素和化合物（C、N、Ca、P、K、CO2、O2）联系生物与非生物成分的有机物质（蛋白质、脂类、糖类）气候、能源、介质等（光、温度、水、岩石、气压等）生态系统的基本组成生物成分根据不同生物在生态系统中地位、作用的不同，将生物划分为三大功能类群：生产者消费者分解者生产者：凡能以简单无机物制造食物的自养生物均属于生产者。主要是绿色植物。可进行光能和化能自养的生物，也应列入生产者之列。（如：自养细菌）消费者：异养生物，直接或者间接依赖于生产者所制造的有机物质（动物）。消费者按其营养方式上的不同可分为：食草动物（一级消费者）食肉动物（二级）大型食肉动物或顶极肉动物（三级）杂食动物蝉螳螂黄雀猫头鹰消费者的作用对生产物起着加工、再生产的作用而且许多消费者对其他生物种群数量、质量起着重要的调控作用在物质循环、能量流动中发挥着重要的作用分解者：异养生物，包括细菌、真菌、放线菌及土壤原生动物和一些无脊椎动物。分解者的作用把动植物残体中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。分解者在生态系统中的作用是极为重要的，如果没有它们，动植物尸体将会堆积成灾，物质不能循环，生态系统将毁灭。初级生产或第一性生产次级生产或第二性生产生态系统结构特征空间结构垂直结构：生态系统在形成过程中，由于环境的逐渐分化，导致对环境有不同需要的生物种各自占有一定的空间，具有明显的分层现象。水平结构：生态系统中生物的种类、密度等在二维平面中的不均匀配置，表现为斑块相间的分布格局。时间结构长时间度量，以生态系统进化为主要内容中等时间度量，以群落演替为主要内容短时间度量，以昼夜、季节等短时间的变化营养结构：食物链和食物网食物链和食物网食物链：生产者所固定的生物能量和物质，通过一系列取食与被取食的关系而在生态系统中传递，各种生物按其食物关系而排列的链状顺序称为食物链。生态系统中的食物链不是固定不变的。食物链的长度受到限制。食物网：生态系统中的各种成分通过食物传递形成错综复杂的关系。食物链彼此之间交错连接，形成一个网状结构，这就是食物网。生态系统抵抗外力干扰的能力与食物网复杂性之间的关系？食物网越复杂，生态系统抵抗外力干扰的能力越强食物网越简单，生态系统抵抗外力干扰的能力越弱捕食食物链：以活的绿色植物为基础，从食草动物开始的食物链。植物→植食性动物→肉食性动物寄生食物链：以活的动植物有机体为基础，从某些专门靠寄生生活的动植物开始的食物链牧草-黄鼠-跳蚤-鼠疫细菌碎屑食物链：以死的有机物残体为基础，从真菌、细菌和某些土壤动物开始的食物链。动植物残体→蚯蚓→残体→微生物→土壤动物生态系统中，捕食食物链与碎屑食物链同等重要也同时存在营养级和生态金字塔营养级：指处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。第一营养级：所有绿色植物和自养生物第二营养级：所有食草动物第三营养级：所有以食草动物为食的动物第四营养级：所有以食肉性动物为食的大型食肉动物（如此类推）注：营养级数一般在3-5之间，很少超过6营养级别低的物种：受捕食的压力越大；数量多；繁殖力强营养级别高的物种：可捕食更多营养级生物；受捕食的压力越小；数量少思考：如果某一生态系统食物链非常简单草-兔子-狐狸-狮子根据能量守恒，各级生物量应该相同？但实际情况呢？生态系统能量是单向流通的，从低级向高级流通，但是随着营养级上升总能量逐渐下降原因：低级部分死亡，导致能量损失排泄，导致能量损失维持生命活动，导致能量损失低营养级能量不能完全被高营养级吸收，导致能量损失生态金字塔：生态系统中各个营养级之间的量值自基础营养级向上排列，呈现出上小下大的类似金字塔的结构。这种数量关系可采用能量单位、个体数量单位、生物量单位来表示，采用这些单位所构成的生态金字塔就分别称为能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔。生态金字塔类型数量金字塔生物量金字塔能量金字塔海洋生物？生态效率生态效率：资源在营养级之间或者营养级内部转移过程中的比值关系。常以百分数表示。营养级之间的生态效率——度量营养级位之间的转化效率和能流通道大小，如：消费效率或利用效率；林德曼效率营养级内部的生态效率——度量一个物种利用食物能的效率，如：同化效率；生长效率（组织生长效率；生态生长效率）常用的几个能量参数摄取量（I）同化量（A）呼吸量（R）生产量（P）摄取量（I）：一个生物所摄取的能量。植物：光合作用所吸收的太阳能动物：动物吃进的食物能量同化量（A/GP）：植物：在光合作用中所固定的能量，常常以总初级生产量（GP）表示。动物：消化管道内吸收的能量，A表示不管是动物还是植物：摄取量（I）同化量（A/GP）呼吸量（R）：在呼吸等新陈代谢和各种活动中消耗的全部能量。生产量（P/NP）：指生物在呼吸消耗后净剩的同化能量值，P(NP)=A(GP)-R。是以有机物质的形式累积在生物体内或生态系统中。植物：净初级生产量（NP=GP-R）动物：同化量扣除呼吸量以后的能量值动物或植物：摄取量（I）同化量（A/GP）生产量（P/NP）营养级内的生态效率营养级位内的生态效率是度量一个物种利用食物能的效率同化效率生长效率组织生长效率生态生长效率同化效率：指植物吸收的日光能中被光合作用所固定的能量的比例，或被动物摄食的能量中被同化了的能量的比例。被植物固定的能量同化效率吸收的太阳能被动物吸收的能量动物的摄食量nenAAI肉食动物与草食动物比较：谁的同化效率高？生长效率：指形成新生物量的生产能量占同化能量（或摄入能量）的百分比。nn营养级的净生产量组织生长效率营养级的同化能量nn营养级的净生产量生态生长效率营养级的摄入量ennNPTG=AennNPEG=I生长效率比较植物动物小型动物大型动物幼年动物年长动物生物的组织生态生长效率营养级位之间的生态效率生态效率：度量营养级位之间的转化效率和能流通道大小消费效率或利用效率林德曼效率消费效率（利用效率）：n+1营养级摄食（或同化）的能量占n营养级净生产量的比例。1ennAU=NP1ennIC=NP1nn营养级的同化量利用效率营养级的净生产量1nn营养级的摄入量消费效率营养级的净生产量消费效率的意义：量度一个营养级位对前一营养级位的相对采食能力。一般在25%~35%。利用效率的意义：说明前一营养级位的净生产量被后一营养级位同化了多少。林德曼效率：等于同化效率、生长效率、消费效率的乘积。1e1nnAnLAn营养级的同化量林德曼效率营养级的同化量11e1nnnnnnnnIANPILIIANPnn林德曼效率营养级的摄取食物营养级的摄取食物林德曼效率约为10%，生态学家通常把10%的林德曼效率看成是一条重要的生态学规律，即十分之一规律。生态系统反馈调节和生态平衡封闭系统：系统与环境之间没有物质和能量的交换。开放系统：系统和环境之间存在着物质和能量的交换。生态系统开放的系统注意：不同生态系统的开放性有很大差异反馈：当生态系统中某一成份发生变化的时候，它必然会引起其它成分出现系列的相应变化，这些变化最终又反过来影响最初发生变化的那种成分，这个过程就叫反馈。正反馈和负反馈负反馈使系统保持稳定，正反馈使偏离加剧负反馈是生态系统中最常见的反馈，其主要作用是维持生态系统的稳定和平衡。系统中某成分的变化（最初）→其它一系列变化→拟制最初发生变化成分继续变化→维持系统平衡稳定正反馈较少，其主要作用是加剧生态系统的偏离。其机理与负反馈刚好相反系统中某成分的变化（最初）→其它一系列变化→促使最初发生变化成分继续变化→使得系统偏离如：河水受到污染，鱼类缺氧或中毒死亡，鱼的数量减少；死亡鱼的尸体腐烂，进一步加剧水体恶化，鱼的进一步死亡生态平衡由于生态系统具有负反馈的自我调节机制，所以在通常情况下，生态系统会保持自身的平衡。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。物质与能量的输入、输出之间近于平衡状态，此时生物种的种类组成和数量比例持久地没有明显的变动。生态平衡是动态的、而不是静止的平衡。尽管生物的种类和数量较长时期看不出变动，但经过一定时期以后，个体早已更换。生态平衡又是相对的，而不是绝对的平衡。任何生态系统在任何时候都在受到程度不同的外力干扰。只有在一定的程度内，生态系统能自我调控、修补，又重新恢复平衡状态。生态平衡的特征生态危机生态失调：由于外界干扰超过生态系统自我调节能力，而使得系统受到损害现象。生态平衡失调的初期往往不容易被人类所觉察，生态危机是严重的生态平衡失调。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，从而威胁到人类的生存。作业题生态系统有哪些主要成分？什么是食物链、食物网、营养级和生态金字塔？说明摄取量、同化量、呼吸量、生产量之间的关系？生态系统中的物质循环物质循环概念物质循环：又称物质流动或营养循环——物质在生态系统中经过食物链或营养级的不断被吸收、贮存、释放再吸收利用释放的过程。由于物质在生态系统中存在于各种环境同时，在物质转移循环中既有生物的生理与生化过程，又有一般的物理与化学作用，因此，物质循环又称作生物地球化学循环。能量流动与物质循环的关系1.二者同时进行，彼此相互依存，不可分割。2.能量的固定、转移、储存、释放离不开物质的合成和分解，物质是能量沿食物链（网）流动的载体。3.能量是物质在生态系统中反复循环的动力。4.生态系统中各种成分，正是由于物质循环和能量流动，才能紧密地联系在一起，形成一个统一的整体。联系反复出现，循环流动，全球性单向流动，逐级递减特点生物圈生态系统各营养级范围在无机环境和生物群落间反复循环沿食物链（网）单向流动过程组成生物体的基本元素有机物形式物质循环能量流动项目物质循环特点物质具有重复可利用性对于