园林生态学课件第十一章-第十二章

第十一章生态系统一、生态系统的基本概念（重点）识记：生态系统。生态系统的基本成分。生产者。消费者。分解者。环境系统，食物链，食物网，生态平衡，生态危机。理解：完整生态系统的基本条件。生态系统的结构。生态系统的基本特征。生态系统的分类。二、生态系统的能量流动与储存（次重点）识记：食物链。食物网。能量级。生产量。生物量。生产力。理解：营养级与生态金字塔。三、生态系统的物质循环与信息传递。（一般）识记：物质循环的概念。物质循环的种类。生态系统信息的种类。理解：碳、氮、硫的循环过程。生态系统物理、化学信息传递的特点与作用。四、生态平衡（自学）识记：生态平衡的概念。理解：生态系统平衡失调的基本特征。生态平衡调节的原则。应用：生态系统内稳定的判断依据。生态平衡的调节机制。生态平衡的保持。一、生态系统的概念生态系统的概念：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。在一定时间和空间范围内，由生物群落（包括人类在内）和其环境（环境中物理和化学因子）组成的一个整体，该整体具有一定大小和结构，其成员借助能量流动和物质循环、信息传递而相互联系、相互依存，并形成具有自我组织、自我调节功能的有机整体。第一节生态系统基本概念二、生态系统的成分、结构和分类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。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。（一）生态系统的基本成分生态系统生物成分非生物环境生产者（producers）消费者(consumers)还原者(decomposers)太阳辐射能无机物质有机物质1、生产者：自养型植物，包括所有进行光合作用的绿色植物和化能合成细菌。绿色植物利用日光作为能源，通过光合作用将吸收的水、CO2和无机盐类合成初级产品——碳水化合物，可进一步合成脂肪和蛋白质。这些有机物成为地球上包括人类在内的一切生物的食物来源。2、消费者：生活在生态系统中的各类动物和某些腐生或寄生菌类，异养型生物，只能依赖生产者生产的有机物为营养来获得能量。可分为食草动物、食肉动物和大型食肉动物或顶级食肉动物。3、分解者：异养生物，如细菌、真菌、放线菌以及土壤原生动物和一些土壤中小型无脊椎动物。将复杂的有机物还原为无机物，把养分释放出来，归还给环境中。生态系统的结构（仿Clarke,1954）草食性动物杂食性动物寄生性动物腐生性动物肉食性动物还原者转变者营养物质光能绿色植物还原者消费者生产者非基本成分非生物成分生物成分基本成分（二）、生态系统的结构空间结构：垂直结构（分层现象）、水平结构（集群型、均匀分布型、随机型）时间结构（长时间、中等时间、短时间尺度）营养结构（生产者→草食动物→一级肉食动物→二级肉食动物）（三）、生态系统的基本特征1、生态系统是动态功能系统2、生态系统具有一定的区域特征3、生态系统是开放的自持系统4、生态系统具有自我调节的功能（四）、生态系统的分类1、按生态系统非生物成分或特征分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……。2、按人类对生态系统的影响大小分自然生态系统人工生态系统：城市、农业半自然生态系统第二节、生态系统的能量流动和贮存一、食物链和食物网二、生产力三、初级生产者的能量转移和贮存一、食物链和食物网（1）食物链(foodchains)指生物界食物关系中，甲吃乙、乙吃丙、丙吃丁的现象。不同生物之间通过食物关系而形成的链锁式单向联系称为食物链。构成了能量流动的渠道。食物链类型：草牧食物链（捕食食物链）:是以绿色植物为基础，从草食动物开始的食物链，草原和水体生态系统是以草牧食物链为主的生态系统。腐生食物链（碎食食物链）:指以死有机物质为基础，从腐生物开始的食物链。森林是以腐生食物链为优势的生态系统。在森林中，有90%的净生产是被腐生生物所分解消耗的。寄生性食物链:由宿主和寄生物构成。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。后者与前者是寄生性关系。（二）食物网(foodwebs)生物之间的捕食和被食的关系不是简单的一条链，而是存在多条食物链，这些食物链彼此交错连接，形成网状结构，即食物网。食物网不仅保持着生态系统结构和功能的稳定性，并推动着生物的进化，成为自然界发展演变的动力。这种以营养为纽带，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。食物网（三）营养级与生态金字塔(ecologicalpyramid)一个营养级是指处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。（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活动，消耗一部分热量。由于能流在通过各营养级时会急剧减少，所以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。生态金字塔概念：指各营养级之间的数量关系，这种数量关系可采用生物量、能量和个体数量单位，采用这些单位构成的生态金字塔分别为生物量、能量和数量金字塔。p1'C2'C3'C4'Cp1'C2'C3'C4'Cp1'C2'Cp1'C2'C3'C3'C数量能量落叶林草地落叶林及草地数量和能量金字塔单位：公斤生物量金字塔1000100101浮游动物鱼浮游植物能量金字塔二、生产力的基本概念（自学）1、生产量(production)：一定时期内有机物质增加的总重量。总生产量(grossproduction)：某一时期合成的有机物质总量.净生产量(netproduction)：总生产量减去呼吸损失的部分.初级生产量(primaryproduction)：绿色植物的生产量.次级生产量(seconddaryproduction)：消费者的生产量.2、生物量(biomass)：任一时间某一地方某一种群、营养级或某一生态系统有机物质的总重量。(kg/ha、g/m2、kj/m2)现存量(standingcrop)：单位面积上当时所测得的生物体的总重量。3、生产力(productivity)：指单位时间单位面积的生产量，即生产的速率。三、初级生产者能量转移和贮存1、能量的输入光合效率和光照强度有关，也随叶片的形态和位置而变化2、能量消耗⑴呼吸⑵食草动物引起的消耗⑶植物的凋落3、生物量在植物体内的分配4、植物器官中的能量5、能量周转期：生物量与凋落物积累的越多，需要周转的时间越长。太阳辐射能有机物质的合成过程，即生产者（绿色植物）吸收太阳能量形成初级生产量。热能化学能热能机械能活有机物质被各级消费者（动物）消费的过程。死有机物质（动植物残体和排泄物）被腐生物分解的过程。生态系统中能量的流动能量流动特点：1“越流越细”，能量在流动过程中逐渐耗散。2单向流动，不可逆。第三节、生态系统的物质循环一、物质循环的基本概念：物质：指维持生命活动正常进行所必须的各种营养元素。重要元素：植物正常生长和代谢所必需的元素。其中，其浓度仅有若干ppm的称作微量元素，而浓度可用百分数表示的可称为大量元素;大量元素：氢、碳、氧、氮、钾、钙、镁、磷、硫;微量元素：氯、硼、铁、锰、锌、铜、钼生物体中主要的化学元素：氢、碳、氧、氮.二、物质循环的种类1、地球化学循环（geochemicalcycles）是指不同生态系统之间化学元素的交换，空间范围大。⑴气态循环（gaseouscycles）C、N、O主要以气态形式输入和输出。典型后果：A、酸雨B、温室效应⑵沉积循环(sedimentarycycles)2、生物地球化学循环(biogeochemicalcycles)生态系统内部化学元素的交换，空间范围不大。植物在系统内就地吸收养分，又通过落叶归还到同一地方。绝大多数的养分可以有效地保留，积累在本系统之内。生物地球化学循环包括：⑴植物对养分的吸收⑵植物体内养分的分配⑶植物养分的损失⑷凋落物的分解⑸林下植被的作用⑹养分元素的直接循环3、生物化学循环指养分在生物体内的再分配，也是植物保存养分的重要途径。养分从叶子转向幼嫩的生长点，或将其储存在树皮或体内某出。三、三种主要养分碳、氮、硫的循环1.碳循环大气中的CO2储库开始，绿色植物（生产者）在光合作用时，把碳从大气中取出，结合到碳水化合物中的分子中，然后，经过消费者和分解者，在呼吸和残体腐烂分解时，再回到大气。全球储存碳的数量约26×1018吨，但绝大部分以碳酸盐形式禁锢在岩石圈中。只有极少量碳参与经常性流动和圈层间的交换。全世界森林的储碳量为4000-5000亿吨。全球的植被和海洋是大气中CO2两个重要的调节器。大气中CO2浓度增加时，会有更多气体溶于海水，相反，大气CO2减少，海水中CO2又返回大气。然而由于人类活动大量排放CO2，森林植被的严重破坏和减少，大气中CO2浓度正逐步提高，并产生“温室效应”。2、氮循环大气是主要的氮库，大气体积的78%为分子态氮。生态系统氮的来源：雷电：把大气中的氮，氧化成硝酸盐及其它含氮的氧化物，再由降水带入土壤，参与氮的循环。生物固氮：固氮细菌从土壤和大气中吸收氮素。工业固氮：如化肥厂。3、硫循环硫的主要储库：硫酸盐如石膏，也有少量存在于大气，主要是SO2和H2S。硫的来源：沉积岩石的风化、化石燃料（特别是煤）的燃烧、火山喷发和有机物的分解。硫的沉积循环：硫酸盐的侵蚀和风化，土壤中的硫酸盐被淋溶掉或被微生物还原。硫的气态循环：大气中的硫主要是SO2和H2S。前者产生于火山喷发和细菌的还原，后者产生于化石燃料的燃烧。大气中硫的化合物通常很快氧化成亚硫酸盐和硫酸盐，被雨水带回土壤。大气中亚硫酸盐和硫酸盐能与雨水结合形成硫酸，造成酸雨危害。第四节、生态系统的信息传递生态系统中各生命成分之间存在着信息传递，即信息流。1、物理信息光信息、声信息、电信息、磁信息2、化学信息释放化学物质如：他感作用第五节、生态平衡（自学）一、生态平衡的概念生态平衡：生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状态，它包括结构、功能和能量输入和输出的稳定。判断平衡的标志：生态系统的生物与其环境是否协调，物质和能量的流动是否平衡，内部结构的稳定，生态系统的有序性是否不断增加。二、生态平衡和失调的基本特征㈠生态系统平衡的基本特征生态能量学指标：幼年期P/R1，成熟期P/R接近1营养物质循环特征：环境输入的物质量与还原过程向环境输出的量近似平衡。生物群落的结构特征：发育到成熟期的生物群落结构多样性增大。稳态：成熟期的抵抗干扰能力强，信息量多，墒值低。选择压力：生态系统发育到成熟期后，生态条件比较稳定，因而有利于高竞争力的物种。幼年期：量的生产；成熟期质的生产㈡、生态系统平衡失调的标志各类生态系统，当外界所施加的压力超过了生态系统自身调节能力或补偿功能后，都将造成其结构破坏，功能受阻，正常的生态关系被打乱以及反馈能力下降等，称为生态失调。自然因素或人为因素生态失调标志：结构标志：结构缺损或变异功能标志：能量流动受阻或物质循环中断三、生态平衡的调节㈠生态系统的内稳定保持自身内部稳定的能力：维持生态系统的稳定性、调节或抵抗力等四大原则：物质循环保护原则生产保护原则结构保护原则生态平衡原则㈡生态平衡的调节机制1、反馈机制：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。负反馈：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：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。如湖泊污染，导致鱼的数量因死亡而减少。由于鱼体腐烂，加重湖泊污染并引起更多鱼类的死亡。2、抵抗力：抵抗外干扰并维持系统结构和功能原状的能力3、恢复力：生态系统遭受干