01第一章 生态系统概述

二、生态系统的组成
生态系统由四种基本成分组成：非生物环境、生产者、 消费者和分解者。





非生物成分：是生态系统的生命支持系统，是生物生 活的场所，是生物生存的物质和能量来源。 生物成分：包括生产者、消费者和分解者。 生产者（producers）：指能利用无机物制造有机物 的自养生物（autotrophs）。 消费者（consumers）：指直接或间接利用绿色植 物有机物作为食物源的异养生物（heterotrophs）。 分解者（decomposers）：又称还原者，主要是细 菌和真菌等微生物以及营腐生生活的原生动物。
3. 营养级和生态金字塔


一个营养级（trophic level）是指处于食物链 某一环节上的所有生物种的总和。 营养级之间的关系已经不是指一种生物和另一 种生物之间的营养关系，而是一类生物和处在 不同营养层次上另一类生物之间的关系。
需要认识的几点：


一些动物难以依据它们的营养关系把它们放在 某一个特定的营养级中，因为它们可以同时在 几个营养级取食(野鸭既吃水草又吃螺虾)，一 些动物雌雄个体食性也不同（蚊子）。 为了分析方便，生态学家常常依据动物的主要 食性决定它们的营养级，因为在进行能流分析 时，每一种生物都必须置于一个确定的营养级 中。


六、生态系统的主要类型
特别注意几点： 生态系统可以分为：陆地生态系统、水域生态系统（海洋 和淡水）、人工生态系统。 小的生态系统组成大的生态系统，简单生态系统组成大的 生态系统，生物圈是一个巨大而精密的生态系统。 根据是否有补加能量的输入，又可将生态系统分为四类：
2. 气态循环：亦称气相循环(Gaseous cycles)， 循环物质为气态。储存库主要是大气和海洋。 以这种形态进行循环的主要营养物质有碳、 氧、氮等。气态循环是最完善的循环，它把 海洋和大气紧密联系起来。

固相循环或称沉积型循环：参与循环的物质 中很大一部分又通过沉积作用进入地壳而暂 时或长期离开循环。这是一种不完全的循环， 属于这种循环方式的有磷、硅、还有一些重 金属元素如钙钾镁铁锰铜等。
3.
林德曼（Lindeman,1942）效率（十分之 一定律）：指能量在各营养级的转化效率为 10%，即能量从一个营养级流向另一个更高 营养级时，其总能量的90%被损失，只有 10%能量传递到更高一层营养级。 需要说明的是，该定律只是水域生态系 统能量沿着食物链在各营养级转化的一般数 量概念，仅仅是一般规律。
单向流动的，并不断消耗和散失。
2. 能量流动的生态效率 生态效率的概念：指能量流动过程中，能量 的利用效率，是该营养级的生产量和前一营 养级生产量之比。
如，营养阶层（n）的生态效率，可以用公式表示为：
营 养 阶 层 n 的 生 态 效 率 =
营 养 阶 层 (n )的 生 产 量 营 养 阶 层 ( n -1) 的 生 产 量
△ 生态系统的特征：

1、生态系统是生态学上的一个主要结构和功能单位。 2、生态系统的结构同构成生态系统的物种多样性有关；生态系 统结构越复杂，其中的物种数目也就越多。 3、生态系统的功能离不开能量的流动和物质的循环。 4、生态系统越复杂，能量传递的效率越高。 5、生态系统是一个动态系统，要经历一个从简单到复杂，从不 成熟到成熟的演变过程。 6、生态系统中环境的改变是对生物成分施加的一种压力，那些 不能调整自己以适应变化了的环境生物就会从生态系统中消失。
4.生态平衡的失调与破坏

生态阈限的概念：生态系统只有在某一限度之内才可
以自我调节、抵抗外界干扰，并维持生态系统的相对 平衡。这一限度就是生态阈限。 当外界的破坏力（自然的气候变化、火山等；人为干 扰）超过生态阈限，生态平衡将被破坏。 生态系统通过自我调节维持生态平衡是有一定限度的。 即使某个生态系统已经发展到非常成熟和稳定的状态， 其耐受和抵御力也是有限的。
2. 生态系统的物质循环

2.1 生命元素与物质循环 参与生态系统物质循环的物质中，碳、氢、 氧、氮是四个最重要的生命元素，它们在生命 活动中起着重要的作用。
什么是生态系统的物质循环（cycling of material）呢？

生态系统中与生命活动有关的元素同过绿色植 物的吸收利用，沿着食物链在各个营养阶层之 间进行传递，转化，最终被微生物分解还原并 重新回到环境，然后再次被吸收利用，进入食 物链进行再循环，通过有机体和无生命的环境 之间不断进行的物质循环过程，就是生态系统 的物质循环。
生态系统中正、负反馈作用同时存在，在系统
发展的不同阶段作用强度不同，大发展阶段系统调
节以正反馈为主，系统生物量、体积、多样性、复
杂性迅速增加，大发展过后，随即是一段减速增加
阶段，负反馈逐渐起作用，系统的各个参数趋向于
在一个恒定水平附波动。
2. 生态系统反馈调节的例子：
3. 生态平衡（ecological equilibrium）



2.3 生物地球化学循环

生物地球化学循环的基本概念：生态系统之间 各种营养物质或元素的输入和输出以及它们在 大气圈、水圈、土壤圈之间的交换叫做生物地 球化学循环。（生态系统的物质循环与生物地 球化学循环紧密联系，是组成生物地球化学循 环的基础）
几个概念：
–
库（pool）：表示某一物质在生物或非生物环境中贮存的场 所。 贮存库（reservoir pool）：容量大，物质在库中滞留时间 长，流动速度慢，多属于非生物成分(岩层、沉积物)。 交换库（exchange pool）：库容量小，物质在库中滞留时 间短，流动速度快，多属于生物成分（有机碳、海水中的二 氧化碳）。 流通率：指物质在生态系统中库与库之间流通的速率，用单 位时间、单位面积或体积通过的数量来表示。 周转率：某物质的流通率与库含量之比即为周转率。 周转时间：指周转率的倒数，周转率快，周转时间短。
根据食物链的起点，可以分为两种基本类型：
–
牧食食物链（植食食物链），通常是从活体植物开 始，之后是草食动物和肉食动物；
–
碎屑食物链，是从动植物死亡尸体分解开始，比如 植物残体→蚯蚓→线虫→节肢动物。或者，海洋中 的碎屑→浮游动物→小鱼。

由于一种生物往往有多种食物对象，同时也可 能被多种摄食者取食，所以一种生物可能同时 存在于多条食物链上，这就造成了食物链的交 错，从而形成网状营养结构，称为食物网 （food web）
光
1. 生态系统的能量流动
图 生态系统能流模式图 GP=总初级生产量（生产者）；H=植食动物（初级消费者）； C=肉食动物（次级消费者）；R=呼吸（单位：卡/厘米2· 年）
通过这张图，我们要把握以下三点：
1. 生态系统中的能量流动与转化服从热力学第 一定律，即能量可以从一种形态转化为另一 种形态，但不能创造和消灭，即能量守恒。 这就说明，由于总有部分能量作为热能散失， 所以没有能量可以百分之百有效转化为可以 利用的潜能（如原生质，可理解为各种含能 有机物质）；另外，在生态系统中，能流是
2.2 能量流动和物质循环的区别和联系

能量流动和物质循环是生态系统的两个基本过程，正是这两个过程将生 态系统各营养阶层之间和非生物环境联系起来，组成一个完整的功能单 元。 联系：生态系统中物质的循环动力来自能量，能量是通过物质载体来流 动的； 区别：能量来自太阳，在生态系统中各营养阶层是单一方向流动，并不 断被一定的有机体所消耗转化为热量而在生态系统中散失；然而，所有 结合成有机物质的元素，在不同的时间内，最终还是要以可变和复杂的 方式进行再循环。 生态系统中的物质循环和能量流动之间的关系是紧密联系在一起的，缺 一不可和不可分割。
生态平衡的概念：
生态系统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（生物种类、 数量稳定，物质循环和能流通畅），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生态平衡。


从概念可以看出，衡量生态系统是否处于平衡 状态，主要看，系统的输入和输出是否平衡， 结构和功能是否平衡。 生态平衡是经过长时间的不同的阶段发展和形 成的(这个发展过程是系统的结构逐渐复杂， 功能不断提高的过程)，生态平衡是一种自然 的平衡，是长期生态适应的结果。


一般来说，离第一营养级越远的动物就越有可 能对更多的营养级中的生物捕食； 离第一营养级越近的营养级，其中的动物被取 食和捕食的可能性就越大，这样的生物的种类 数量较多，生殖能力较强，这样可以补偿遭捕 食受到的损失，维持营养级的稳定。
生态金字塔

生态金字塔（ecological pyramids）：生态 金字塔，是指各个营养级之间的数量关系，这 种数量关系可以采用生物量单位、能量单位和 个体数量单位，采用这些单位所构成的生态金 字塔就分别称为生物量金字塔、能量金字塔和 数量金字塔。
四、生态系统能量和物质循环过程

首先我们来了解一下什么是初级生产？ 生态系统的能量来自于太阳。绿色植物通过 光合作用能够将太阳能转化为化学能贮存在有 机物分子中，从而形成了进入生态系统所需的 初级能量或称基本能源，这部分能源就是初级 生产。
光合作用的基本反应式概括为：
C O 2 H 2O 叶 绿 C H 2O O 2 素

一般能量金字塔不会出现倒形，而生物量金字塔有可 能出现倒形，例如，海洋生态系统中，生产者（浮游 植物）个体很小，生活史短，根据某一时刻调查的生 物量，常低于浮游动物的生物量？
由于浮游植物个体小，代谢快，生命短，某一时刻 的现存量反而比浮游动物少，但是一年中的总能流量 还是比浮游动物多。
另外，数量金字塔倒置的情况更多，消费者个体小，而生产 者个体大，如昆虫和树木，寄生者和寄主。
（物质循环实际上就是在库与库之间的转移，）
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