生态系统的演替过程与规律

第24卷第2期2011年2月环境科学研究ResearchofEnvironmentalSciencesVol.24，No.2Feb.，2011

收稿日期：2010－08－16修订日期：2010－10－22

基金项目：国家自然科学基金项目（50878201）；国家“十一五”科

技支撑计划项目（2009BADC2B04，2006BAC06B04）；农

业科技成果转化资金项目（2008GB24420470）

作者简介：党秋玲（1982－），女，黑龙江克山人，

dangling819@.

*责任作者，魏自民（1970－），男，黑龙江依安人，教授，博士，博

导，主要从事固体废弃物处理处置研究，weizm691120@生活垃圾堆肥过程中细菌群落演替规律

党秋玲1，2，刘驰2，席北斗2，魏自民1*，李鸣晓1，杨天学2，李晔1

1.东北农业大学生命科学院，黑龙江哈尔滨150030

2.中国环境科学研究院水环境系统工程研究室，北京100012

摘要：应用PCR－DGGE技术研究生活垃圾堆肥过程中的细菌群落演替规律，对堆肥不同时期的宏基因组DNA进行提

取，扩增16SrDNA的V3区，分析生活垃圾堆肥过程中细菌群落的变化.DGGE图谱表明，随着堆体温度的升高，DNA条带

表现出了明显的动态变化，降温期出现了新的优势条带并趋于稳定，说明堆肥不同时期的细菌群落发生了更替.对条带分

布进行聚类分析，结果表明：以55℃为界，将14个堆肥样品划分为2个族，族间的相似性仅为13%，说明堆肥过程中常温

期（<55℃）和高温期（>55℃）微生物群落结构差别较大.对优势条带回收测序的结果表明：在升温期，堆肥堆体中检测

到H.obtusa和人类排泄物中的细菌；但随着温度的升高，具有纤维素降解功能的嗜热微生物Clostridiumthermocellum成为

堆肥高温期的优势细菌；当堆体温度小于55℃时出现了大量的未培养微生物.

关键词：生活垃圾；堆肥；PCR；DGGE；细菌群落演替

一．生态系统的能量流动规律总结：

1. 能量流动的起点、途径和散失：

起点：生产者；

途径：食物链（网）；

散失：通过生物的呼吸作用以热能形式散失

2. 流经生态系统的总能量：

自然生态系统：生产者同化的能量=总初级生产量=流入第营养级的总能量

人工生态系统：生产者同化的能量+人工输入有机物中的能量

3. 每个营养级的能量去向：

非最高营养级：①自身呼吸消耗（以热能形式散失）②被下营养级同化 ③被分解者分解利用 ④未被利用（转变成该营养级的生物量，不一定都有，最终会被利用）

※②+③+④=净（同化）生产量（用于该营养级生长繁殖）；

最高营养级：①自身呼吸消耗（以热能形式散失）② 被分解者分解利用 ③未被利用

4.图示法理解末利用能量

流入某一营养级的能量来源和去路图：

流入某一营养级(最高营养级除外)的能量去向可以从以下两个角度分析：

（1）定量不定时（能量的最终去路）：自身呼吸消耗；流入下一营养级；被分解者分解利用。

这一定量的能量不管如何传递，最终都以热能形式从生物群落中散失，生产者源源不断地固定太阳能，才能保证生态系统能量流动的正常进行。

（2）定量定时：自身呼吸消耗；流入下一营养级；被分解者分解利用；末利用即末被自身呼吸消耗，也末被下一营养级和分解者利用。

如果是以年为单位研究，未被利用的能量将保留到下一年。

5.同化量与呼吸量与摄入量的关系：

同化量=摄入量-粪便量=净同化量（用于生长繁殖）+呼吸量

※初级消费者的粪便量不属于初级消费者该营养级的能量，属于上一个营养级（生产者）的能量，最终会被分解者分解。

※用于生长繁殖的能量在同化量中的比值，恒温动物要小于变温动物

6.能量传递效率与能量利用效率：

（1）能量的传递效率=下一营养级同化量/上一营养级同化量×100%

这个数值在10%－20%之间（浙科版认为是10%），因为当某一营养级的生物同化能量后，有大部分被细胞呼吸所消耗，热能不能再利用，另外，总有一部分不能被下一营养级利用。

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观察烧杯中微型生态系统的群落演替

作者：喻娜

来源：《中学生物学》2013年第10期

摘 要 叙述了以一杯池塘水来模拟一个微型的生态系统，观察其中的生物类型和数量随着时间发生的变化，以强化初生演替和次生演替的概念。

关键词 探究 初生演替 次生演替

群落演替是生态学的基础理论，群落演替中初生演替和次生演替的概念十分抽象，难以理解，容易混淆。群落演替描述了生态系统在一段时间内逐渐发生的一系列变化，这一系列的变化是一个持续的而长久的过程，一般是比较难以观察的，因为完成一次群落演替一般需要10年或上百年。本研究通过实验将教学内容变抽象为具体，有助于学生理解理论知识。笔者用一杯池塘水来模拟一个微型的生态系统，观察其中的生物类型和数量随着时间发生的变化，以强化初生演替和次生演替的概念。实验方法参照美国高中主流理科教材《Biology·The Dynamics

of life》的中译本《生物·生命的动力》。

1 材料

实验器材：3个烧杯、3支滴管、标签纸、玻璃棒、池塘水、煮过的白米饭粒、量筒、显微镜、载玻片与盖玻片等

2 实验方法

（1） 取池塘水样。实验用池塘水采自于四川省成都市郊区一池塘。

（2） 取400 mL池塘水进行高温灭菌。在3个烧杯上分别贴上A、B、C的标签。在每个瓶中倒入等量（110 mL）的已灭菌的池塘水。向A瓶再加10 mL灭菌的池塘水；B瓶再加10

mL灭菌的池塘水并加入10粒煮过的白米饭；C瓶加入10粒煮过的白米饭、10 mL未灭菌的池塘水和一些原来在池塘水中的植物。轻轻地搅动每个烧杯，在数据本上记录每个瓶中的浑浊度，分为1-10度，其中10度表示最浑浊。在每个装片上分别标上A、B、C。用不同的干净的滴管吸取每个烧杯中池塘水样。在低倍镜下观察各个装片，说出视野中看到的自养生物和异养生物的名称，并依此描述其特征，或绘制一个草图，记录每种生物的数量。完成第一次观察的数据表。并将3个烧杯置于有光的区域下。接下来每隔3 d观察瓶中的变化，并重复步骤4次，认真的进行记录。

１４　四川Ｉ林勘设计２００２年第２期　金川县红豆杉生态群落结构及其演替规律　杨代强　，邱兴银　（１．四川省第一森林勘察大队，成都６１００８１；２．金川县林业局，四川金川６２４１００）　摘　要：红豆杉［Ｔａｘｕｓ　Ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ（Ｐｉｌｇｅｒ）Ｒｅｈｄ．］是国家Ｉ级保护植物，具有重　要的科研和经济价值。通过对５２个标准地专题调查资料的分类整理和红豆杉　生态群落现状及其演替规律的分析，对红豆杉的保护和发展提出了可行措施。　关键词：红豆杉；群落；结构；演替；规律　中图分类号：Ｓ７１８．５４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—９１５１（２ＯＯ２）０２—００１４～０４　红豆杉［Ｔａｘｕｓ　Ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ（Ｐｉｌｇｅｒ）　Ｒｅｈｄ．］是世界上继阿霉素和顺铂之后新　近发现的抗癌新药源，也是国家Ｉ级保护　植物，具有极重要的保护、科研和经济价　值。金川县是四ＪＩｌ省红豆杉的主要分布区　之一，其得天独厚的自然条件最适合红豆　杉的生长。由于金川县境内的森林资源经　过大、小森工企业４０年的大面积集中皆伐　及过度樵采和垦殖，生态环境日益恶化，特　别是珍稀濒危植物的保护工作未提高到重　要位置，致使县境内的红豆杉面临灭绝的　危险。通过对１９９９年至２ＯＯＯ年进行的５２　个标准地专题调查资料进行科学测定和分　类整理，分析了金ＪＩｆ县境内红豆杉生态群　落演替规律，为红豆杉的抢救、培育、保护、　经营及合理开发利用等工作提供科学依　据。　１生态群落类型　１．１红豆杉纯林群落　在海拔２２００ｍ一２８００ｍ的溪流两侧　２００ｍ一５００ｍ内有分布，面积一般在４ｈｍ　以内，是红豆杉群落的天然原始类型。群落　类型的月平均日照时数为１８Ｏ小时，月平　均气温１３．２‘Ｃ，月平均降雨量为８０ｍｍ，相　对湿度为７Ｏ　；土壤为森林暗棕壤和山地　褐色土，有少量河流冲积土，土层较厚　

÷收稿日期：２００１—１１—０８　（７０ｃｍ一１ＯＯｃｍ），壤土质，腐殖层厚度在　２０ｃｍ以上，石砾多为轻石质，酸碱度微酸。　林木生长良好，优势树种红豆杉占１０　成，平均高１ｌｍ一２３ｍ，平均胸径为２８ｃｍ　一４０ｃｍ，疏密度０．４—０．８，每公顷蓄积量　８０ｍ。一１８０ｍ。；次要树种占１～３成，主要　有沙棘（Ｈｉｐｐｏｐｈａｅ　）、青皮械（Ａｃｅｒ　ｃａｐｐａｄｏｃｉｃｕｍ　Ｇｌｅｄ）等，平均高９ｍ一１７ｍ，　平均胸径１８ｃｍ一２６ｃｍ，疏密度０．１—０．２，　每公顷蓄积量５０ｍ。一８０ｍ。。地位级较高，　多为Ⅲ级。　林下灌木总盖度２０　一４０　，平均高　ｌｍ一３ｍ。种类较多，主要有勾儿茶、四ＪＩ　Ｊ　牡丹、灰枸子、水枸子等。草本植物主要有　蕨类、苔草、禾草、烟管草、泡沙参、裂叶沙　参等。盖度４５　一７５　。红豆杉纯林下苔　藓植物较丰富，盖度达４５　，常见有垂枝　藓、绢藓等。林层间藤本植物有三裂叶蛇葡　萄、中华猕猴桃等。　该群落类型是采伐时代留下的天然原　始类型，是现有红豆杉生态群落中最理想　的类型，在科研中占有重要的地位，但是病　虫害比较严重，地理分布相当狭窄，一旦遭　到破坏，其生态功能将难以恢复。　１．２铁杉一红豆杉群落　在海拔