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1、第九章 生态系统,学习提纲,第一节 生态系统概述,第二节 生态系统的组成与结构,第三节 生态系统的稳定与平衡,第一节 生态系统概述,1.生态系统概念及发展,基本概念,生态系统(ecosystem)：在一定时间和空间中共同栖居着的所有生物(生物群落)与其环境之间由于不断进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体,第一节 生态系统概述,系统(system)：相互作用、相互依赖的事物有 规律地联合的集合体,一般认为，构成系统至少要有3个条件： 系统是由许多成分组成的； 各成分间不是孤立的，而是彼此互相联系、互相作用的； 系统具有独立的、特定的功能。,一个生态系统模型,生态系统概念及发展,生态系统的发
2、展,生态系统（ecosystem）是由英国植物生态学家Tansley 年提出的,前苏联植物生态学家Sukachev 在深入研究植物群落种内和种间竞争的基础上提出了生物地理群落的概念,Lindeman 于20世纪30年代末率先揭示了营养物质移动规律,建立了营养动态模型,成为系统能量动态研究的奠基者,生态系统的发展,20 世纪50 年代以来， Odum 提出了生态系统发展中结构和功能特征的变化规律.,20 世纪80-90 年代， Odum 他指出生态系统是一个开放的、远离平衡的热力学系统,马世骏等（1993） 在探讨人类生态学的基础上， 提出了社会经济自然复合生态系统模型,生态系统的研究内容,自然
3、生态系统的保护和利用,一个健康的生态系统比一个退化的更有价值，它具有较高的生产力，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,生态系统的研究内容,生态系统调控机制的研究,自然、半自然和人工等不同类型生态系统自我调控的阈值,生物多样性、群落和生态系统与外部限制因素间的作用效应及其机制,生态系统退化的机制、恢复及其修复研究,由于人类活动而造成逆向演替或对生态系统结构、重要生物资源退化机理及其恢复途径；,生态系统的研究内容,防止人类与环境关系的失调；自然资源的综合利用以
4、及污染物的处理,全球性生态问题的研究,全球变化对生物多样性和生态系统的影响及其反应；敏感地带和生态系统对气候变化的反应；气候与生态系统相互作用的模拟；建立全球全球变化的生态系统发展模型；提出全球变化中应采取的对策和措施等,生态系统的研究内容,生态系统可持续发展的研究,生态系统资源的分类、配置、替代及其自我维持模型；发展生态工程和高新技术的农业工厂化；探索自然资源的利用途径，不断增加全球物质的现存量；研究生态系统科学管理的原理和方法，把生态设计和生态规划结合起来；加强生态系统管理、保持生态系统健康和维持生态系统服务功能,2.生态系统的特征,以生物为主体，具有整体性特征,多要素、多层次、多功能和多
5、边性的复杂系统,开放的、远离平衡的热力学体系,生态系统及其过程都有特征性的时间和空间,生态系统的资源和环境是有限的，具有一定的负荷力,生态系统的特征,生态系统具有自我维持和自我调控能力,生态系统环境演变与生物进化密切相关,生态系统受环境深刻的影响,生态系统具有明确功能和服务性能,生态系统具有健康和可持续发展特性,3.生态系统的类型,生态系统常用分类方法,按基质的性质划分,分为陆地生态系统和水域生态系统两大类,陆地生态系统又可分为森林生态系统、草原生态系统、农田生态系统、荒漠生态系统、冻原生态系统等,水域生态系统又可分为淡水生态系统和海洋生态系统,陆地生态系统的水平分布格局,3.生态系统的类型,
6、按人类的影响程度划分,按系统的开放程度,分为自然生态系统、半自然生态系统和人工生态系统三类,依次可将生态系统划分为开放系统、封闭系统和隔离系统。,生态系统的类型,地球表层主要生态系统类型,海洋生态系统,全球海洋总面积3.6108km,占全球面积的70.8,海洋生态系统是生物圈内面积最大、层次最丰富的生态系统,影响海洋生态系统的非生物因素主要是阳光、温度和盐度,海洋生态系统,生态系统的类型,淡水生态系统,由河流、湖泊或池塘等淡水水域与淡水生物组成,根据水流速度不同可分为流水生态系统和静水生态系统,流水生态系统根据流速不同还可以分成急流生态系统和缓流生态系统等,生态系统的类型,湿地生态系统,湿地一
7、般是指沼泽和沿海滩涂，按照“湿地公约”的定义，沼泽地、泥炭地、河流、湖泊、红树林、沿海滩涂等，甚至包括在低潮时水深不超过6m的浅海水域，都属于湿地,湿地生态系统主要包括湖泊湿地、沼泽湿地和海滨湿地三种类型,辽宁双台河口自然保护区,红树林红树林大部分由红树科植物组成，主要种类有海漆、海榄、桐花树、海莲等。红树科植物多含丹宁，树皮、木材常呈红褐色，因此，通称红树林。红树是湿地的特色植物。,生态系统的类型,森林生态系统,按照地带性的气候特点和相适应的森林类型可以分为热带雨林、亚热带常绿阔叶林、温带落叶阔叶林和北方针叶林等类型,动植物种类繁多，群落结构复杂,热带雨林,热带雨林,32,亚热带常绿阔叶林,
8、亚热带常绿阔叶林,33,温带落叶阔叶林,夏绿阔叶林,34,温带落叶阔叶林,夏绿阔叶林,35,北方针叶林,北方针叶林,生态系统的类型,草原生态系统,动植物的种类少，群落结构不如森林生态系统复杂，在不同的季节或年份，降雨量很不均匀，种群密度和群落结构经常发生剧烈的变化,主要分为干旱草原和湿草原（草甸草原）两种,草原,草原,草原,布斯基纳法索境内的稀疏大草原,生态系统的类型,荒漠、冻原生态系统,根据温度不同又可分为热荒漠和冷荒漠,冻原分布在高纬度地带和高山雪线以上,气候严寒（最热月平均气温10以下）,生长期短（不超过2个月）,沙漠、荒漠,沙漠、荒漠 Desert,46,沙漠、荒漠,沙漠、荒漠 Des
9、ert,沙漠、荒漠,沙漠、荒漠 Desert,沙漠、荒漠,冻原,生态系统的类型,农业生态系统,是人工培育下的介于自然生态系统（如森林生态系统）和人工生态系统（如城市生态系统）之间的半自然生态系统是同时具有自然、社会和经济功能的复杂系统。,农田生态系统,生态系统的类型,城市生态系统,城市生态系统是城市居民及其生存环境性相互作用的网络结构,以人为核心，对外部的强烈依赖性和密集的人流、物流、能流、信息流、资金流等,生态系统的类型,城市生态系统不仅有生物组成要素(植物、动物和细菌、真菌、病毒)和非生物组成要素(光、热、水、大气等),还包括人类和社会经济要素,这些要素通过能量流动、生物地球化学循环以及物
10、资供应与废物处理系统,形成一个具有内在联系的统一整体,城市生态系统,中国植被水平分布示意图,第二节 生态系统的组成与结构,1.生态系统的组成,分解者(decomposer):微生物,生物群落,生产者(producer),消费者(consumer)：食草动物、食肉动物、大型食肉动物,生态系统的组成,气候因素(及其他物理条件）,非生物环境,无机物质,有机物质,池塘生态系统示意图,生态系统各成份的相互关系,无机物质 有机物质 气候因素,消费者,分解者,生产者,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,2.生态系统的结构,生态系统的时间结构,生态系统的营养结构,生态
11、系统的空间结构,生态系统的时间结构,季节动态,随着季节性交替，生物群落或生态系统呈现出不同的季相,年纪变化,在不同年度之间，生态系统外貌和结构也有变化,生态系统的营养结构,食物链(food chain)：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在生态系统中传递，各种生物按其食物关系排列的链状顺序,食物链和食物网,食物网(food web)：食物链彼此交错连结，形成一个网状结构,北极岛屿简单的食物网,72,南极海洋浮游食物网,生态系统的营养结构,食物链的类型,73,捕食食物链 腐食食物链 寄生食物链,食物链的类型,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
12、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,农田里：小麦-蚜虫-瓢虫-食虫小鸟,生态系统的营养结构,75,腐食食物链,也叫分解链。以动、植物的残体为食物链起点，从真菌、细菌和某些土壤动物开始的食物链,动植物残体蚯蚓微生物土壤动物,76,腐食食物链,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,食物链的类型,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,食物链的类型
13、,捕食食物链,碎食性食物链,阳光,植物,食草动物,碎屑消费者,生态系统的营养结构,食物链长度,营养级(trophic level)：处于食物链某一环节上的所有生物种的总和,79,食物链长度,生态系统中营养级数目,生态系统中的能量在沿着捕食食物链的传递过程中，每从上一营养级到下一营养级能量大约要损失90% 左右.,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3-5级，很少超过6级,81,The length of food chains,3.生态系统的空间结构,生态系统的空间范围,生态系统的边界是指一个生态系统跟外界的区分处，它可能很清晰，也可能是模糊、过渡的,
14、生态系统的垂直结构,生态系统在形成过程中，由于环境（主要是光、也有湿度、温度等）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，构成生态系统的垂直结构，也叫成层性.,生态系统的空间结构,生态系统的水平结构,生态系统的水平结构是指系统的水平格局,生态系统中生物的种类、密度等在二维平面的不均匀分配，使群落表现为斑块相间的分布格局，称为镶嵌性。,第三节 生态系统的稳定与平衡,生态系统的稳定,生态平衡,生态系统的稳定,生态系统稳定性,生态系统抵抗变化和保持平衡状态的倾向称为生态系统的稳定性或“稳态”,抵抗力稳定性：指生态系统抵抗干预和保护自身结构与功能不受损伤的能力,恢复力稳定性：指生态系
15、统被干扰、破坏后自我恢复能力,生态系统的稳定,生态阈值,生态系统忍受一定程度外界压力维持其相对稳定的这个限度称为“生态阈值（ecological hreshold）”,生态阈值的大小取决于生态系统的成熟性,生态系统在其进化发展的不同阶段有多种不同的生态阀值。,生态系统的稳定,生态系统稳定性的调控机制,生态系统的稳定性主要通过系统的反馈（feedback）调控来实现,反馈（feedback）,当生态系统中某一成分发生变化的时候，它必然会引起其他成分出现一系列的响应变化，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。,生态系统稳定性的调控机制,负反馈（negative feed
16、back）,生态系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化反过来抑制或减弱最初发生变化的那种成分发生变化的作用过程,生态系统稳定性的调控机制,正反馈(positive feedback),系统输出的变动在原变动方向上被加速的反馈,正反馈对生态系统往往具有极大的破坏作用，而且常常是爆发性的， 经历时间较短,其作用结果是生态常常使生态系统进一步远离平衡状态或稳,生态系统的稳定,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,2.生态平衡,系统结构的优化与稳定性、能流和物流收支平衡以及自我修复和自我调节功能的是保持生态平衡三个基本要素,生态平衡是一种动态平衡,生态系统的稳定,生态系统的动态特征：生态系统是不断变化的系统。随着时间的推移，生态系统总是从比较简单的结构向复杂结构状态发展，最后达到相对稳定的阶段,