生态学05生态系统.ppt

生态学基本原理
➢生态系统中的功能类群 生产者 消费者 还原者或称分解者
生态学基本原理
（二）生态系统的物质循环
➢ 碳、氮、磷和水等元素在 不同层次、不同大小的生 态系统内，乃至生物圈内， 沿着特定的途径从环境到 生物体，又从生物体再回 到环境，不断进行着流动 和循环的过程叫生物地球 化学循环。
水循环 气体循环
富营养化 藻类蔓生 溶氧降低 鱼类死亡 5.信息系统的破坏 污染物和昆虫性激素发生反应，使昆虫失去交配 机会，从而导致该物种繁殖受阻，直至消失。
• 全球变化的几个典型事件举例 • “生物圈二号”
• 该事件告诉人们，地球是目前最完美的生态系统，人们利用高 科技不可能创造象地球这样完美的生态系统
- 长江特大洪灾 1998中国从南到北， 从东到西的大部分地区， 都发生了洪水灾害或洪水影响，造成的直接经济损失就超过 2000亿人民币！造成2150多万hm2农作物受灾。问题的原因是 由于江河上游乱砍乱伐森林造成的
布
当达到一定生理年龄 时，短期内几乎全部
死亡，如人类、及其
生态学基本原理
他一些哺乳动物，以 及某些植物
种群增长模型
（1）指数增长模式
➢ 在没有限制的指数增长中，
增长速度（G）与个体数量 （N）成正比；
➢ 指数增长模式只是一种理 想的状态
种群的环境负荷量
环境负荷量（carrying capacity） 一定面积或一定空间内种群个体的数目接近或达到环境所能
三、人类活动与环境的良性互动
1、合理开发自然资源 2、切实保护环境 3、人口平衡增长
20
双锯鱼和海葵共栖
黄嘴牛椋 鸟和犀牛 共栖
蚂蚁和蚜虫合作
白蚁消化道中原生动物帮助白蚁消化木屑

?森林生态学?课件第五
章生态系统
第一节 生态系统
一、概念
在一定空间范围内，各生物成分〔包括人类在
内〕和非生物成分〔环境中物理和化学因子〕，通过
能量流动和物质循环而相互作用、相互依存所形成的
一个功能单位。
第一节 生态系统
2. 消费者
异养型生物，生活在生态系统中的各类动物和某
些腐生或寄生生物，只能依赖生产者生产的有机物为
量，即生产的速率。
总初级生产力(GPP) ：指单位时间和单位面积内绿
色植物通过光合作用所制造的有机物的总量〔包括植
物呼吸消耗掉的局部〕。
净初级生产力(NPP) ：指绿色植物除去呼吸消耗之
后的有机物的积累速率。
地球上绝大多数的生物的能量来源于生态系统的净
生产力。
第二节 生态系统的能量流动
第二节 生态系统的能量流动
增加的趋势；因此，净生产力在中年到达最高值。
第二节 生态系统的能量流动
各种生态系统的生产力比较：
➢
奥德姆根据初级生产力将生态系统划分为4级：
➢
最低：荒漠和深海，通常为0.1g/m2•天或少于2 •
天。
➢
较低：山地森林、热带稀树草原、某些临时农耕
地、半干旱草原、深湖和大陆架2 •天。
➢
较高：热带雨林，长久性农耕地和浅湖，3-10
第二节 生态系统的能量流动
四、生态系统的能量动态和储存
〔一〕名词解释
1. 与生产量有关的概念：
初级生产量：绿色植物所固定的太阳能或所制造的
有机物质。
净初级生产量：总初级生产量减去呼吸损失的局部。
总初级生产量(GPP)：在初级生产过程中，合成的
有机物质总量。
次级生产量：消费者的生产量。

通过生态学的研究和分析，可以帮助制定环境保护政策和可持续资源管理策略。
3
生态学与可持续发展的关系
生态学的原则是可持续发展的基础，通过合理利用资源和保护环境实现经济与环 境的平衡发展。
案例研究
通过案例研究，我们将深入了解生态系统生态学的应用。这些案例涵盖了不同类型的生态系统，以及生 态学在解决实际问题中的作用。
《生态系统生态学》PPT 课件
欢迎来到《生态系统生态学》课件！本课程将介绍生态系统的定义、重要性 以及生态学的基本概念。让我们一起探索生态系统的组成和功能，以及生物 多样性和生态学的应用。
生态系统组成和功能
生态因子与生态位
生态因子对生态系统的有机体生存和发展起着 重要作用。生态位是有机体在生态系统中所扮 演的角色。
生物多样性的测量方法
通过物种丰富度、物种均匀度和物种多样性指数等方法来测量生物多样性。
生物多样性的保护与管理
保护和管理生物多样性是保护生态系统健康、维持生态平衡的重要措施。
生态学应用
1
应用生态学的概念和范围
应用生态学将生态学的原理和方法应用于环境保护、资源管理和生态系统修复等 领域。
2
生态学在环境保护和资源管理中的应用
共生与拮抗
共生是不同物种之间相互依赖的关系，而拮抗 是物种之间相互竞争的关系。
能量流动和物质循环
能量在生态系统中通过食物链传递，而物质循 环则包括水循环、碳循环等。
生态系统的稳定性
生态系统的稳定性取决于物种多样性、生态位 多样性和生态过程的平衡。
生态系统的生物多种多样性是指生态系统中不同物种的数量和多样性，对维持生态平衡和生态系统功能至关 重要。

地球水循环
水和水循环对生态系统具有特别重要的意义：

生物体的组分、生命活动不可或缺的成分； 极大影响着各类营养物质在地球的分布，对补充 生态系统营养物质的不足起重要作用；（高贫低肥） 有防止环境温度发生剧烈波动的调节作用。

全球水问题： 水的时空分布不均匀，尤其与人类人口的集 中有关，由于人类已经强烈参与了水循环， 使自然界可以利用的资源减少，水的质量 下降。 南水北调
分类

信息传递的分类： 物理信息—光、声、电、磁、色 化学信息—动物与植物间：花与蜜蜂、 动物间：动物的性信息素、尿标记领地 植物间：植物化感作用 行为信息—植物异常表现、动物异常行动 营养信息—食物链中的营养级间能流和物质循环关系

生态系统的服务功能：p196-201（简略） 生物多样性维护 传粉、传播种子 生物防治 土壤作用 减缓干旱和洪涝灾害 净化空气和调节气候

有毒有害物质循环


有毒物质，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。 如DDT是人工合成的有机氯杀虫剂，脂溶性，通过 食物链加以浓缩的过程，称为富集或生物放大。
5.2.4 信息传递


生态系统中各生命成分间存在着信息传递，在传 递中伴随着一定的物质和能量消耗。 物质流动—循环的 能量流动—单向的 信息传递—双向的—自动调节机制
5.3 生态平衡及调控

生态平衡:
生态系统通过发育和调节达到一种稳定的状态， 表现为结构上、功能上、能量输入和输出上的稳 定，当受到外来干扰时，平衡将受到破坏，但只 要这种干扰没有超过一定限度，生态系统仍能通 过自我调节恢复原来状态。
生态系统稳定性包括了两个方面的含义 :

种群调节的意义
维持生态平衡、保护生物多样性等。
种群调节的应用
制定合理的资源利用和管理措施、保 护生物多样性等。
03
种间关系
竞争
竞争类型
竞争可以分为资源竞争和空间竞争，其中资源竞争是指物种之间为了食物、水分、栖息地 等资源而发生的竞争，空间竞争是指物种之间为了占据一定的空间而发生的竞争。
竞争结果
竞争结果通常会导致优势物种占据更多的资源，而劣势物种则会被排除或减少，从而影响 物种的多样性和生态平衡。
02
种群动态
种群增长
种群增长类型
指数增长、பைடு நூலகம்辑增长、稳定状态增长等。
种群增长模型
Malthus模型、Logistic模型等。
影响种群增长的因素
出生率、死亡率、迁入率、迁出率等。
种群增长的应用
预测种群数量变化、制定保护和管理措施等。
种群数量波动
种群数量波动的类型
周期性波动、随机性波动等。
种群数量波动的后果
种群特征
01 02
空间特征
种群在空间上具有一定的分布范围和分布格局。它们可能集中分布在一 个地区，也可能分散分布在不同的地区。种群的空间特征对于种群的生 存和繁衍具有重要意义。
数量特征
种群的数量特征包括种群密度、出生率、死亡率、年龄结构和性别比例 等。这些特征反映了种群在一定时间和空间内的数量变化和动态。
03
遗传特征
种群的遗传特征包括基因频率、基因多样性和等位基因频率等。这些特
征反映了种群的遗传变异和演化潜力。
种群数量
种群数量是指一定时间内，一定区域中同种生物个体的总数。它受到多种因素的 影响，如环境资源、出生率、死亡率、迁入率和迁出率等。

＝
流通率 库中营养物质量
库中营养物质量
周转时间 ＝
流通率
五、生态系统的信息联系
营养信息： 在某种意义上说，食物链、食物网就代表着一 种信息传递系统
化学信息：生物代谢产生的物质，如酶、维生素、生长素、 抗生素、性引诱剂均属于传递信息的化学物质。有的相互 制约，有的互相促进，有的相互吸引，也有的相互排斥。
氧气，绿色植物的出现加速了大气层氧气的积累，为动物
的诞生创造了条件。绿色植物的出现是地球发展史上的重
要里程碑。使地球化学的面貌发生巨大的变化，原始大气
层的成分也逐渐发生本质的变化。
需氧呼吸出现后，因其效率高，为出现复杂的多细胞
生物创造了必需条件。原始食物链也随之出现。
距今4.2亿年 ，大气中氧含量上升到现在水平的10%以
１－６
2、 生态平衡 （ecological equilibrium）
生态平衡的概念是指一段时间内，生态系统的结构、过 程和功能相对稳定的状态。
在一般情况下，如果生态系统能量和物质的输入大于输 出时，生物量增加，反之，生物量减少。
如果输入和输出在较长时间趋于相等，系统的结构与功 能长期处于稳定状态（这时动、植物的种类和数量也保持相对稳定， 环境的生产潜力得以充分发挥，能流途径畅通），在外来干扰下能通 过自我调节恢复到原初的稳定状态，生态系统的这种状态就叫 做生态平衡。
第一节 生态系统的组成结构与功能
一、什么叫生态系统（ecosystem）
生态系统是指在一定的空间内生物的成分和非生物的成 分通过物质循环和能量流动互相作用、互相依存构成的一个 具有自动调节机制的生态学功能单位。
生态系统具有自然整体性，在任何情况下，生物群落都 不可能单独存在，它总是和环境密切相关、相互作用，组成 有序的整体。如一个湖泊、一片草地。

、
生
• 2、生态系统的生物生产
态
系
• 3、生态系统的能量流动
统
生
• 4、生态系统的物质循环
态
学
• 5、自然生态系统功能
—Department of Enviropnpmt课e件ntal Science and Engineering— 2
5.1 生态系统的概述
5.1.1 生态系统的定义 指在一定的空间内，生物成分和非生物成分通过物质 循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一个生 态学功能单位，这个生态学功能单位称生态系统。 （英国植物生态学家A.G.Tansley(1935)提出）
—Department of Enviropnpmt课e件ntal Science and Engineering— 20
5.1 生态系统的概述
（2）生态锥体
• 是表示生态系统中能流量、生物量和生物个体数量在 各营养级分布比例的图形。以方框长度代表各级能流 量、生物量或个体数量的大小，并按营养级顺序由下 而上叠置在一起。 也称为生态金字塔。
5.1 生态系统的概述
（3）食物链的特征
食物链的长度通常不超过6个营养级，最常见的 4—5个营养级，因为能量沿食物链流动时不断流 失；
食物链越长，最后营养级位所获得的能量也越少。 因为从起点到终点经过的营养级越多，其能量损 耗也就越大；
食物链或食物网的复杂程度与生态系统的稳定性 直接相关；
1 大型浮游植物
2 大型浮 游植物
大型浮 游动物
鯷鱼 以浮游生物为食
鲸 以浮游生物为食
微型浮游植物 ( 小鞭毛藻 )
小型浮游动物 (植食性原生动物)
中型浮游动物 (肉食性甲壳动物)

8
二、热力学定律
生态系统的能量转换符合两大定律： 1）热力学第一定律（能量转化和守恒） 能量既不能消失，也不能凭空产生，它只能以严格的当量比例， 由一种形式转化为另一种形式。 2）热力学第二定律（能量衰变定律或能量逸散定律） 生态系统的能量在转化、流转过程中总存在衰变、逸散的现象， 即总有一部分从浓缩的有效态变为稀释的不能利用的状态。 能量沿食物链方向流动，逐级递减。 每经一个营养级的剩余能 量为原有能量的1/10，其余的都消耗了。
食物链中每一个生物成员称为营养级。 食物链类型 1）捕食食物链：指一种活的生物取食另一种活的生物所构
成的食物链。食物链以生产者为起点。 2）腐生性食物链：以动、植物的遗体或粪便为食物链起点，
也称分解链。 如动植物遗体或粪便→ 真菌、细菌→ 原生动物→ 土壤动
物→ 节肢动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。 3）寄生性食物链：生物间以寄生物与寄主的关系而构成食
（3）补加能源的作用。 添加太阳能以外的其他形式的辅助能，可提高作物对光能的
利用，从而增加初级生产力。
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二、生态系统的次级生产
次级生产量的概念及生产 次级生产量：生态系统中初级生产以外的生物生产，
即消费者利用初级生产的产品进行新陈代谢，经过 同化作用形成异类生物自身物质的生产量，称为次 级生产量，亦称第二性生产量。 I = FU+R+P P = I-FU-R 同化效率 = A / I ； 生长效率 = P / A I- 摄取量； A-同化量； R-呼吸量； P-生产量； FU-粪尿能量。
密不可分的。 能量在生态系统中是被消耗、单向流动，不可逆的。
而物质循环是可逆多向的，可返回原来的化学形态， 并可逃循、脱离生态系统。
四、生物地球化学循环的类型 （1）气相型：其贮存库是大气和海洋。气相循环把大

生态平衡及其影响因素
总结词：平衡与影响
生态平衡是指生态系统在一定时间内结构和功能的相对稳定状态，这种平衡是动态的，受到多种因素的影响，如气候变化、 环境污染、过度开发等。这些因素可能导致生态系统的失衡，影响生物多样性和生态服务功能的发挥。
03
生物种群与群落
种群的概念与特征
总结词
种群是生态学的基本单位，具有遗传、空间和时间三 个基本特征。
群落的演替与变化
总结词
群落的演替是一个长期的过程，受到环境变化和物种竞 争的影响。
详细描述
群落的演替是指一个群落被另一个群落取代的过程，是 一个长期的过程。演替受到环境变化和物种竞争的影响 。环境变化包括气候变化、土壤变化、地形变化等，这 些因素会影响物种的适应性，从而影响演替的方向和速 度。物种竞争则是指不同物种之间为了争夺资源而产生 的相互影响，竞争的结果往往会导致优势物种的出现和 演替的进行。
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生物与环境关系
生物的适应性与多样性
总结词
生物的适应性与多样性是指生物在长期 进化过程中，通过不断适应环境变化而 形成的不同形态、生理和行为特征，以 及由此产生的物种多样性。
VS
详细描述
生物的适应性与多样性表现在许多方面， 如不同物种的形态、生理和行为特征各异 ，这些特征使它们能够更好地适应不同的 环境条件。此外，生物的适应性和多样性 也是生态系统稳定性的重要基础，因为它 们增加了生态系统的复杂性和稳定性。
种群的增长与调节
总结词
种群增长是种群数量随时间增加的过程，受到内源调 节和外源调节的共同作用。
详细描述
种群增长是指种群数量随时间增加的过程，是生态学中 一个重要的概念。种群增长受到内源调节和外源调节的 共同作用。内源调节是指种群内部个体之间的相互作用 ，如竞争、捕食、疾病等，这些因素会影响种群的出生 率和死亡率，从而调节种群数量。外源调节则是指环境 因素对种群数量的影响，如气候、食物、栖息地等，这 些因素会影响种群的出生率和死亡率，从而调节种群数 量。

食物网：许多长短不一的食物 链互相交织成复杂的网状关系
（一）食物链与食物网
（一）食物链与食物网

2、食物链的类型

捕食食物链，指一种活的生物取食 另一种活的生物所构成的食物链。 捕食食物链都以生产者为食物链的 起点。
（一）食物链与食物网

2、食物链的类型

寄生食物链：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 。
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 生物成分间通过食物网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。 生态系统中能量流动物和物质循环正是沿着食物 链和食物网进行的。 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。
物种数目： 个体数量： 生殖力： 个体体积： 觅食范围： 搜索能力： 行为复杂度： 取食专一性： 寿命：

多→少 多→少 高→低 小→大（一般） 小→大 弱→强 低→高 弱→强 短→长
（三）生态系统的空间与时间结构 空间结构 垂直结构（成层性） 水平结构（镶嵌性） 时间结构 季节动态（季相） 年变化
和非生物的成分之间，通过不断的物质循环 和能量流动以及信息传递而相互作用、相互 依存的统一体，构成一个生态学的功能复合 体。 森林生态系统 草地~ 沙漠~ 苔原~ 小树林 一颗树
地球生物圈 陆地生态系统
海洋~ 淡水~ 最高级 高级
中级
小型
微生 态系统

比例由一种形式转变为另一种形式
• 生态系统中的能量转换和传递过程，都可
8
食物链类型
• 捕食食物链
• 碎屑食物链
• 寄生食物链
9
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
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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 到他们的捕食者的 食物链 • 植物残体-蚯蚓-线 虫类-节肢动物
• 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，生态系统中营养级 不会超过5-6个
• 动态系统
3
生态系统的类型
一、按照生态系统的生物成分，可分为： • 植物生态系统：植物为主，如森林、草地 生态系统。 • 动物生态系统：动物为主，如鱼塘、畜牧 生态系统。 • 微生物生态系统：细菌、真菌等微生物为 主，如土壤腐殖层、池塘底泥。 • 人类生态系统：人为主体，如城市、乡镇 等生态系统。
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• 同化效率：被植物吸收的日光能中被光合作用 所固定的能量比例，或被动物摄食的能量中被 同化了的能量比例：
• Ae =同化量/摄取量 =An / In
• 生长效率：
• n的生产量/ n的同化量
• =（n同化量-n呼吸量）/n同化量
• 消费和利用效率：
Ce = n+1的摄食能量/ n生产量
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林德曼效率
– C：动物从外界摄食的能量；A：被同化能量； FU：排泄物；R：呼吸能量 – P：净次级生产量
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2.3 生态系统中的分解

生产者、消费者和分解者的关系
1、生产者、消费者 和分解者的功能 2、生产者、消费 者和分解者的 联系
（二）食物链和食物网
1、食物链
生物之间由于食 物关系而形成的 植 一种联系 食
青 草 一 级 — 二 级 — 三 级 四 级
— 昆 虫 青 蛙 蛇
2、营养级
食物链上的每一 个环节
— —
—
3、食物网
1、处于食物链中第一营养级的生物减少而 导致的其他物种变动： 2、“天敌”一方减少，对被食者数量变 动的影响：先增后减，最后趋向稳定 3、若处于“中间”营养级的生物减少，另 一种生物的变化情况应视具体食物链而定。
总结:
1、生态系统的结构的含义：
（1）组成成分
（2）营养结构：食物链和食物网 2、对营养级的再认识: 食物网中同一环节上所有生物的总和 3、食物链和食物网是生态系统能量流动 和物质循环的渠道
加拿大生物学家在《自然》周刊上发 表了最新且最全面的世界鱼类状况预 测：在过去50年间，由于过度捕捞致 使大型食肉型海洋动物(如金枪鱼和 鳕鱼)的数量减少了90%。尽管科学 家早在10年前就已知道人类的捕捞速 度超过了鱼类的自我补充速度，但这 一最新的全球性的数据无疑是令人震 惊的。
④海洋资源的开发、利用保护
主要特点
作用
合理利用
限额采伐
草场退化的具体表现？
• 牧草稀疏低矮 • 杂草和毒草增多 • 严重时导致草场的沙漠化
草原沙漠化的思考
防治沙漠化和干旱要有大思路
2004年06月22日 15:43:00 来源：新华网
联合国最新统计，目前全球有近二分之一的陆地表面，110 个国家和10亿以上的人口受到沙漠化影响。中国沙漠化土地 174.3万平方公里，占国土面积18.2%，比现有耕地面积还大； 再加上沙漠面积，荒漠化土地总共267.4万平方公里，占国土总 面积的27.9%。再考虑到庞大的人口和庞大的牲畜数量，我国毫 无疑问是世界上受沙漠化和干旱为害和威胁“最严重”的国家之 一。 我国在与干旱和沙漠化作斗争方面，应该说有些大手笔。如 “南水北调”工程，三北防护林工程，以及全民植树运动，在西 北一些地方退耕还林，在有的地方禁牧、禁伐。这些无疑都是重 大举措，且已经和即将显示效益。

生态系统的组成部分还可以根据物质与能量的活动性可分 为：
1. 贮存库( ) 在生态系的功能运转过程中，一部分 物质和能量暂时脱离生物循环而贮存下来构成了贮存库。 例如水生植物死后经过长期矿化作用形成泥炭，软体动物 和其他动物的外骨骼形成石灰石或珊瑚礁，许多生物的死 体形成水底沉淀或转化为石油和煤等。贮存库一般为非生 物成分，库容量很大，经过地质年代又可以通过岩石的风 化分解和化学燃料的燃烧等形式释放出来，再参加能量流 动和物质循环。
二、有机物质的生产和分解
在物质循环过程中，存在着彼此对立而又相互 协调的两个过程：一个是有机物质的生产，另 一个是有机物质的分解。从整个生物圈来看， 有机物质的生产与分解大体上是平衡的。据估 计，地球上的生物每年通过光合作用所生产的 有机物质大约为1017g (约1000亿吨)，一年 中生物的呼吸活动所消耗的有机物质也大致等 于这一数量。正是由于这两个过程的相对平衡， 才使得地球上的生物有着比较稳定的生存条件。
生产与分解的历史变化
应当指出的是，有机物质生产与分解的平衡，在地质史上曾发生 过几次大的变化： ①大约在6亿一l0亿年前，有机物质的生产略大于其分解，结果使 大气中的氧含量增高而二氧化碳含量降低，为地球上高等生物的 出现和进化提供了先决条件； ②大约在3 亿年前，有机物质的生产明显地大于其分解，以致大 量的生物残体被埋在地层中变成化石燃料，使人类近代的工业革 命成为可能； ③在最近的6000万年，大气中二氧化碳与氧的比率出现波动，这 主要是有机物质生产—分解平衡的改变所致，同时也与火山活动、 岩石风化、沉积和太阳能输入的变动有关，这一时期气候的冷暖 期交替出现可能由此所 引起； ④最近100多年来，由于人类大量使用化石燃料，再加上农业的精 耕细作，因而加快了有机物质的分解，使得大气中二氧化碳的含 量持续增加，对气候产生了明显的影响。