生态学课件第五章 生态系统生态学

生态系统分解作用
• 3、分解作用测定 • 网袋法： • 一般通过埋放装有残落物的网袋以观察土壤动物 的分解作用。 • 网袋具有不同孔径，允许不同大小的土壤动物出 入，从而可估计小型、中型和大型土壤动物对分 解的相对作用，并观察受异化、淋溶和碎裂三个 基本过程所导致的残落物失重量。
生态系统分解作用
P= R × C × 3.7 k
• P=浮游植物的净初级生产力；R=相对光合速率； k=光强度随水深度而减弱的衰变系数；C=水中的 叶绿素含量。
生态系统初级生产
• • • • • • 4、初级生产量的测定方法 收获量测定法 氧气测定法 CO2测定法 放射性标记物测定法 叶绿素测定法
生态系统次级生产
食物链与营养级
• 2、食物网(food web) • 食物链彼此交错连结，形成一个网状结构。
食物链与营养级
• 3、营养级(trophic levels)
• 营养级是指处于食物链某一环节所有生物种的 总和。 • 生态系统中的营养级一般只有四、五级，很少 有超过六级的。
营养级(trophic levels)
• 分解作用过程包括碎裂、异化和淋溶。
生态系统分解作用
•ห้องสมุดไป่ตู้2、分解者
• 细菌、真菌和土壤动物。 • • 动物分四个类群： • ①小型土壤动物（microfauna）：包括原生动物、线虫、 轮虫、最小的弹尾和螨； • ②中型土壤动物（mesofauna）：包括弹尾、螨、线蚓、 双翅目幼虫和小型甲虫； • ③大型（macrofauna）土壤动物：包括千足虫、等足目 和端足目，蛞蝓、蜗牛； • ④巨型（megafauna）土壤动物：包括蚯蚓等。
• 能量锥体或金字塔(pyramid of energy)
• 能量通过营养级逐级减少，所以如果把通过各 营养级的能流量，由低到高划成图，就成为一 个金字塔形。
生态效率
• 1、基本概念 • 生态效率(ecological efficiencies) • 各种能流参数中的任何一个参数在营养级之间或 营养级内部的比值，常以百分数表示。 • • • • • 能量参数 摄取量(ingestion, I) 同化量（assimilation, A） 呼吸量（respiration, R） 生产量（production, P）
主要内容
• 1. 如何认识和理解生态系统？ • 2. 生态系统的功能有哪些？ • 3. 地球主要生态系统类型有哪些？其特点 分别是什么？
生态系统生态学
• • • • 第一节 第二节 第三节 第四节 生态系统一般特征 生态系统物质生产与能量流动 生态系统物质循环 生态系统类型与分布
第一节 生态系统一般特征
第二节 生态系统物质生产与能量流 动
• • • • 一、生态系统初级生产 二、生态系统次级生产 三、生态系统分解作用 四、生态系统能流分析
基本概念
• 一般把自养生物的生产过程称为初级生产(primary production，或译第一性生产)，其提供的生产力称为 初级生产力(primary productivity)； • 异养生物再生产过程称为次级生产(secondary production，或译第二性生产)，提供的生产力称为次 级生产力(secondary productivity)。 • 分解者的主要功能与光合作用相反，把复杂的有机物 质分解为简单的无机物，可称为分解过程。
生态系统初级生产
• 1、初级生产量
• 植物所固定的太阳能或所制造的有机物质称为初 级生产量或第一性生产量（primary production）。 • 净初级生产量（NP ）与总初级生产量（GP ）关 系： • GP = NP + R 或 NP = GP – R
生态系统初级生产
• 2、初级生产的生产效率 • 初级生产的光能利用效率 • 初级生产的生长效率：Pg = Pn + R
生态系统能流分析
• 生态系统中的能量流动研究层次: • 三个层次: (1)种群、(2)食物链、(3)生态 系统
实验种群层次的能流分析
食物链层次的能流分析
• F.B.Golley(1960)在密执安荒地对一个由植物、田 鼠和鼬三个环节组成的食物链进行了能流分析
生态系统层次能流分析
• • • • 银泉（Silver Spring）的能流分析 Cedar Box湖的能流分析 森林生态系统的能流分析 异养生态系统的能流分析
生态系统能流分析
• 1、能量传递规律
• 热力学第一定律可以表述如下：“在自然界发生的所 有现象中，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变为另一种形式” 。 • 因此热力学第一定律又称为能量守恒定律。 • 热力学第二定律是对能量传递和转化的一个重要概括： 在封闭系统中，一切过程都伴随着能量的改变，在能 量的传递和转化过程中，除了一部分可以继续传递和 作功的能量（自由能）外，总有一部分不能继续传递 和作功，而以热的形式消散，这部分能量使熵和无序 性增加。
生态效率
• 2、营养级位之内的生态效率 • 同化效率（assimilation efficiency） • 生长效率（growth efficiency）
生态效率
• 3、营养级位之间的生态效率 • 消费效率（consumption efficiency） • 或利用效率(utilization efficiency)
生态系统生态学第一节生态系统一般特征第二节生态系统物质生产与能量流动第三节生态系统物质循环第四节生态系统类型与分布第一节生态系统一般特征四生态系统平衡生态系统概念在一定空间中共同栖居着的所有生物即生物群落与其环境之间由于不断地进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体
生态系统生态学
• 冯金朝 • 生命与环境科学学院
E.P. Odum(1959) proposed a model of energy flow in ecosystem.
生态系统信息传递
• 生态系统中包含多种多样的信息，可以分为物 理信息、化学信息、行为信息和营养信息。
物理信息
• 生态系统中以物理过程为传递形式的信息称为物理信 息，生态系统中的各种光、声、热、电、磁等都是物 理信息。
• 4、影响分解作用的因素 • 资源质量： • 资源的物理和化学性质影响着分解的速度。资源 的物理性质包括表面特性和机械结构，资源的化 学性质则随其化学组成而不同。 • 理化环境 ： • 一般说来，温度高、湿度大的地带，其土壤中的 分解速率高，而低温和干燥的地带，其分解速率 低，因而土壤中易积累有机物质
行为信息
• 行为信息：许多植物的异常表现和动物异常行动传递 了某种信息，可通称为行为信息。 • 行为信息是动物为了表达识别、威吓、挑战和传递情 况,采用特有的动作行为表达的信息。 • 地甫鸟发现天敌后,雄鸟急速起飞,扇动翅膀为雌鸟发 出信号; • 蜜蜂可用独特的“舞蹈动作”将食物的位置、路线等信 息传递给同伴等。
营养信息
• 营养信息是指食物和养分的供应状况。 • 在生态系统中生物的食物链就是一个生物的营 养信息系统，各种生物通过营养信息关系联系 成一个互相依存和相互制约的整体。 • 老鹰以田鼠为食,田鼠多的地方能够吸引饥 饿的老鹰前来捕食。 • 猞猁与雪兔是食物链中上下级的关系,当雪 兔数量减少时,这种营养缺乏状况就会直接 影响到猞猁的生存。
营养级位之间的生态效率
• 林德曼效率（Lindman efficiency） • 相当于同化效率、生长效率和消费效率的乘积； • 也有学者把营养级间的同化能量之比值视为林德 曼效率。
• • 根据林德曼测量结果,这个比值大约为十分之一,称 为“生态十一律”或生态“百分之十定律”。
生态系统平衡
• 1、生态系统平衡 • 当生态系统达到动态平衡的最稳定状态时，能够 自我调节和维持自己的正常功能，并能在很大程 度上克服和消除外来的干扰，保持自身的稳定性。 • 2、反馈调节 • 所谓反馈，就是系统的输出变成了决定系统未来 功能的输入；一个系统，如果其状态能够决定输 入，就说明它有反馈机制的存在。 • 系统维持稳态，只有通过负反馈机制。就是系统 的输出变成了决定系统未来功能的输入。
• 物理信息往往表达了吸引异性、种间识别、威吓 和警告等作用。 • 毒蜂身上斑斓的花纹、猛兽的吼叫都表达了警告、 威胁的意思; • 萤火虫通过闪光来识别同伴; • 红三叶草花的色彩和形状就是传递给当地土蜂和 其它昆虫的信息。
化学信息
• 生态系统的各个层次都有生物代谢产生的化学物质参 与传递信息、协调各种功能。 • 这种传递信息的化学物质通称为信息素。 • 种间信息素在群落中有重要作用，已知结构的这类物 质约0.3×104种，主要是次生代谢物生物碱、萜类、 黄酮类、非蛋白质有毒氨基酸，以及各种甙类、芳香 族化合物等。 • 主要有：领地范围、繁殖、诱捕等。
生态系统组成与结构
• 1、生态系统组成
• 非生物环境(abiotic enviroment)、生产者 (producer)、消费者(consumer) 、分解者 (decomposer)
• 2、生态系统结构 • 生态系统结构的一般性模型包括三个亚系 统：即生产者亚系统、消费者亚系统和分 解者亚系统。
生态系统初级生产
• 3、初级生产量的限制因素
• （1）陆地生态系统 • 光、CO2、水和营养物质是初级生产量的基本资源，温度是影 响光合效率的主要因素，而食草动物的捕食会减少光合作用生 物量。
初级生产量的限制因素
• （2）水域生态系统 • 光是影响水体初级生产力的最重要的因子。 • Ryther（1956）提出预测海洋初级生产力的公式：
• • • • 一、生态系统组成与结构 二、食物链与营养级 三、生态效率 四、生态系统平衡
生态系统概念
• 生态系统(ecosystem) • 在一定空间中共同栖居着的所有生物(即生物群落)与 其环境之间由于不断地进行物质循环和能量流动过程 而形成的统一整体。 • 生态系统是当代生态学中最重要的概念之一。
Energy Flow in Forest Ecosystem
英国J.D. Ovington (1962)对人工林（苏格兰松）从种植后17年—35年 （18年间）能流进行分析
Energy Flow in Forest Ecosystem
美国新罕布什尔州的Hubbard Brook森林实验站
Model of Energy Flow
Fundamentals of Ecology 2005
1.The Scope of Ecology 2.The Ecosystem 3.Energy in Ecological systems 4.Biogeochemical Cycles 5.Limiting and Regulatory Factors 6.Population Ecology 7.Ecosystem Development 8.Ecosystem Development ndscape Ecology 10.Regional Ecology: Major Ecosystem Types and Biomes 11.Global Ecology 12.Statistical Thinking for
生态系统次级生产
• 三、次级生产生态效率 • 同化效率、消费效率、生长效率。
生态系统分解作用
• 1、分解过程 • 分解作用（decomposition）——是死有机物质的逐 步降解过程。 • 分解时，无机的元素从有机物质中释放出来，称为矿 化作用，它与光合作用时无机营养元素的固定正好是 相反的过程。
食物链与营养级
• 1、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 种生物按其食物的关系排列的链状顺序。 • • • • 食物链类型 捕食食物链(grazing food chain) 碎屑食物链(detrital food chain) 寄生食物链（parasitic food chain）
• 1、次级生产过程
生态系统次级生产
• 2、次级生产量测定
• 对一个动物种群来说，其能量收支情况可表示为： • C = A + F U • 其中C代表动物从外界摄食的能量，A代表被同化能量，FU 代表粪、尿能量。A项又可分解如下： • A = P + R • 其中P代表次级净生产量，R代表呼吸能量。 • 综合上述两式可以得到： • P = C – F U – R
Energy Flow in Silver spring
H.T. Odum（1957）对美国佛罗里达州的银泉（Silver spring）进行了能流分析
Energy Flow in Cedar Bog lake
R.L. Lindenman(1942)对美国明尼苏达州Cedar Box湖进行能流分析