生态系统生态学.
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)
生态系统生态学
第四章生态系统生态学生态系统的结构生态系统的基本功能主要生态系统的类型生态系统的结构●生态系统的组成要素及功能●生态系统物种结构●生态系统营养结构●生态系统的空间与时间结构生态系统的基本概念⏹生态系统（ecosystem）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）生态系统的组成成分无机物有机化合物气候因素生产者(producer)消费者(consumer)分解者(还原者)(decomposer)•生产者（producers）又称初级生产者（primary producers），指自养生物，主要指绿色植物，也包括一些化能合成细菌。
这些生物能利用无机物合成有机物，并把环境中的太阳能以生物化学能的形式第一次固定到生物有机体中。
初级生产者也是自然界生命系统中唯一能将太阳能转化为生物化学能的媒介。
♦消费者不能利用无机物质制造有机物质，而是直接或间接依赖于生产者所制造的有机物质。
它们属于异养生物。
⏹分解者（composers），指利用动植物残体及其它有机物为食的小型异养生物，主要有真菌、细菌、放线菌等微生物。
小型消费者使构成有机成分的元素和贮备的能量通过分解作用又释放到无机环境中去。
生态系统各成份的相互关系线条粗细表示作用强弱和物质能量流通的总量多寡无机物质有机物质气候因素生态系统各成份的相互关系线条粗细表示作用强弱和物质能量流通的总量多寡无机物质有机物质气候因素生态系统的物种结构⏹物种结构⏹关键种⏹冗余种⏹物种在生态系统中的作用⏹镏钉假说⏹冗余假说生态系统的营养结构•食物链•食物网–食物网的结构特点–食物网的控制机理食物链及其类型•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而在生态系统中传递，各种生物按其取食和被食的关系而排列的链状顺序称为食物链。
生态系统生态学
2. 生态锥体（ecological pyramid） 若以一个多层柱状体的横柱代表营养级， 横柱的宽度表示各营养级的量，且按食物 链中营养级的顺序，由低至高排列起来， 所组成的图形称为生态锥体，也可以称为 生态金字塔。 各营养级的量可以用数量、生物量或能量 来表示，因此，生态锥体有： 数量锥体 （pyramid of number） 生物量锥体（pyramid of biomass） 能量锥体 （pyramid of energy）
营养结构是指一种以营养为纽带，把生态系统中 的生物成分和非生物成分紧密结合起来，构成生 产者、消费者和分解者三大功能群，能量流动、 物质循环和信息传递成为三大功能的有机整体。 生态系统研究就是以营养结构研究为基础的。
生态系统可分为三个亚系统，即生产者亚系统、 消费者亚系统和分解者亚系统。
4.1.3 食物链和食物网
生态锥体的特点：
由于生物个体大小相差悬殊，数量锥体经常有倒 置现象。 生物量锥体的倒置是指在特定时间上进行调查可 能出现的结果，若以动态观点来看，高营养级的 多生物量肯定是依赖于更多前营养级的生物量， 不可能出现倒置。 能量锥体的典型金字塔形则强调的是在能量流动 过程中，由于部分能量在传递过程的损耗，不可 能出现倒置现象。 数量锥体可能过高地估计了小型生物的作用，而 生物量锥体则过高强调了大型生物的作用，能量 锥体以热力学为基础，较好地反映了生态系统内 能量流动的本质。
1. 食物链（food chain） (1) 食物链定义
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称为食物链。 由于受能量传递效率的限制，食物链的长度不可 能太长，一般食物链都是由4～5个环节构成的。 生态系统中的食物链不是固定不变的，只有在生 物群落组成中成为核心的、数量上占优势的种类 所组成的食物链才是稳定的。
第五章 生态系统生态学
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 :
生态系统生态学
生态系统生态学简介生态系统生态学是生态学的一个重要分支，研究的是生物与环境之间的相互作用关系和能量流、物质循环的规律。
它关注的是整个生态系统的结构、组成与功能，以及生物与环境之间的相互关系。
生态系统生态学不仅对于理解生态系统的演变和稳定具有重要意义，还对于生态系统的可持续发展和生物多样性的保护具有深远的影响。
生态系统的定义生态系统是由生物群落、与之相互作用的非生物因素组成的一个相互联系的整体。
它包括了生物群落内的各种生物个体以及它们的生境环境。
生态系统一般分为陆地生态系统和水生生态系统两大类，其中陆地生态系统包括森林、草原、沙漠等，而水生生态系统则包括湖泊、河流、海洋等。
生态系统的组成生态系统由生物群落和环境因素组成。
生物群落是由不同物种的个体组成的群体，它包含了植物、动物和微生物等各种生物。
这些生物之间通过食物链或食物网相互联系，在共同的生境中共同生存和繁衍。
而环境因素则包括了光、温度、湿度、土壤因子等非生物因素，这些因素对于生物的生存和发展都有着重要的影响。
生态系统的功能生态系统具备多种功能，其中包括能量流动、物质循环和维持生物多样性等。
能量流动能量是生态系统中最基本的驱动力之一。
光合作用是能量输入的主要方式，通过植物的光合作用，将太阳能转化为化学能，再通过食物链和食物网传递给其他生物。
能量在生物体内经过代谢转化，最终以热能的形式散失到环境中。
能量的流动保证了生态系统中生物的生存和生活活动。
物质循环物质循环是生态系统中的另一个重要功能。
生态系统中的物质包括了水、碳、氮、磷等多种元素，它们在生物体内不断循环利用。
植物通过光合作用吸收二氧化碳，并将其转化为有机物，同时释放氧气。
动物则通过食物链获得有机物，并将其代谢产生的废物排出体外。
这些废物又成为其他生物的养分，形成了物质循环。
维持生物多样性生态系统中的生物多样性是生态系统的重要组成部分，也是生态系统正常运作的关键。
生物多样性包括了物种多样性、遗传多样性和生态系统多样性等。
生态系统生态学
第五章生态系统生态学第一节生态系统的一般特征第二节生态系统的能量流动第三节生态系统的物质循环第四节自然生态系统第一节生态系统的一般特征* § 1 生态系统的概念* § 2 生态系统的组成成分* § 3 生态系统的结构* § 4 生态系统的功能* § 5 生态系统的稳定性* § 6 生态系统的服务功能§1 生态系统的基本概念* 生态系统( ecosystem )的定义:* 由英国植物生态学家A.G.Tansley(1935) 提出* 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。
* 生态系统的特点:* 生态系统是生态学的一个主要结构和功能单位，属于经典生态学研究的最高层次；* 生态系统具有自我调节能力；* 能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能；* 生态系统中营养级的数目受限于生产者所固定的最大能量和这些能量在流动过程中的巨大损失，因此，营养级的数目通常不超过5－6个；* 生态系统是一个动态系统，要经历一系列发育阶段。
§2 生态系统的组成成分* 无机物* 有机化合物* 气候因素* ②生产者(producer)* ③消费者(consumer)* ④分解者( 还原者)(decomposer)§3 生态系统的结构* 空间结构* 时间结构* 营养结构(生物结构)* 食物链(C.Elton,1927)* 食物网* 食物链和食物网概念的意义* 生态系统的营养结构及能流和物流间的关系一个食物链的例子“ 螳螂捕蝉，黄雀在后” 食物链* 食物链( food chain )和营养级( trophic level )：食物链指生态系统中不同生物之间在营养关系中形成的一环套一环似链条式的关系，即物质和能量从植物开始，然后一级一级地转移到大型食肉动物。
生态环境-4-5生态学 生态系统(组成、功能) 生态平衡
太阳能对地球表面上能量的传递特 点（2）
B 太阳辐射中的紫外线大部分没有到达地表。这 部分光谱有足够的能量能使化光键断裂，因此各 种生命系统都必须防护免于过分受其照射。
C达到地球表面的太阳能量中有小部分由地面即 反射回空间去，还有一小部分转变为量后再辐射 回空中。
D地球表面各处的太阳能辐射量是不同的。
5.生态系统的组成
必要部分：生物（自养者，分解者、转变者）和 非生物（阳光，营养分）组成
非必要部分：非必要的部分主要是各级消费者 （他养生物）
归纳起来，生产者、消费者、还原者（分解者和 转变者）以及无机营养分是生态系统的四个基本 组成
非必要的部分主要是各级消费 者，它是靠生产者的有机物质为
由上右知，一半用于饲养牲畜后，可供供养的农 民数量是原来的11/20倍。
9.生态系统中的物质循环
各种生物维持生命所必需的化学元素虽然为数众 多，但生物体全部原生质(Protoplasm)中约有 97%以上是由氧、碳、氢、氮和磷五种元素组成， 此外还有硫、钙、镁、钾等等。这些主要的化学 元素在生物圈中的物质循环过程，包含有生物的、 地质的和化学的系统，因而称为生物地质化学循 环
森林是地球之肺
氧与二氧化碳的循环变化是地球生物圈存在的基础。
二氧化碳的吸收者（生物的呼吸作用，特别是人类进行的 各种燃烧过程，消耗大量的氧，同时释放出相应数量的二 氧化碳。如果没有绿色植物的造氧作用，不难设想，总有 一天生物就会从地球上消失掉。
第三章 生态系统生态学
（3） 当地农民如果一改往常不种红花三叶草 而改种一 种开白花、蜜腺较浅的三叶草，这种白花三叶草 茎柔软，难以支持土蜂飞落， 不久本地小蜂成为 优势种，这时小蜂与土蜂 间成为 竞争 关系。出 现土蜂大幅减少 的现象说明了 适应的相对性 ， 其原因在于 环境条件的改变 。
b、食物网：指许多食物链彼此相互交错连接而成的复杂 营养关系。可表示为： 生产者1 生产者2 生产者3 次级消费者1
生 态 系 统 的 生 态 学
C、行为信息
指动物通过自己的各种行为和动作向同伴们发出信息 动物的特殊行为，对于同种或异种生物也能传递某 种信息。留心观察身边的猫、狗等小动物的生活， 就能发现很多信息传递的例子，
生 态 系 统 的 生 态 学
d 、营养信息 指通过营养交换形式把信息从一个种群传递给另一种群
100 75
50
25
0
500
600
700
800
波长/nm
资料分析：生态系统中信息传递的重要性 c、自然界中，植物开花需要光信息刺激，当日照时
间达到一定长度时，植物才能开花；
生 态 系 统 的 生 态 学
许多动物都能在特定时期释放用于吸引异性 的信息素；目前科学家已经确定了其化学结构和 性质的200多种昆虫信息素中，大部分用来传递 性信息。
二、生态系统中不同层次的概念：
生物个体
（同种）
种群
（不同）
生物群落
能自由交配 产生可育后代
生 态 系 统 的 生 态 学
相互之间有直 接或间接作用
（最大的）
相能物相同 互量质结无 作流循合机 用动环通环 而和过境
生物圈
生态系统
包含地球上 的全部生物 及无机环境
生态学-第五章 生态系统生态学-1生态系统概论
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
第六章 生态系统生态学
害虫危害与作物损失模型
四、联合各组成成分的关系，构成系统模型
几种不同的建模方法
一、统计模型（黑箱模型）
X(t)
Y=f(x)
Y(t)
二、分室模型
分室模型（Compartment model）简介
最初的背景
脊椎动物生理学和医学研究 Tracer experiments 示踪物试验 The tracer experiments encouraged development of a mathematical theory, compartmental analysis. 二十世纪四十年代，五十年代 生态学的应用
例如同种生物的种群密度的调控，异种生物种群的数量调控， 生物与环境之间的相互适应的调控。
﹡正、负反馈相互作用和转化，从而保证了生态系统达到一定的 稳态。
闭环系统（反馈系统）：在反馈系统中， 它能把系统过去的行动结果带回给系统， 以控制未来的行动。
种群动态系统 Nt=Nt-1+RNt-1
正反馈
一个简单的正反馈的种群增长系统
系统方框图
Energy
闭 系 统 开 系 统
孤 立 系 统
Matter
三、生态系统的建模
系统模型的建立步骤
一、系统环境两分法
环境
系统
环境
二、由系统分析的目标，确定系统组成成分和 系统的状态，建立系统的自由体模型
温,湿度
昆虫数量
害虫 杀虫剂
作物 作物状态
三、研究各组成成分相互作用关系
害虫
作物
R. E. Ricklefs (1979)在《生态学》一书中描绘了生态 系统中物质循环和能量流动的基本格局，形象的表明生态 系统中生物和非生物成分间相互作用和相互依赖的关系； 它们通过物质交换而联系在一起；驱使生态系统物质循环 的能量来自太阳。
生态系统生态学
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
10
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。
20
• 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
21
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
34
2.3 生态系统中的分解
环境生态学第五章 生态系统生态学
H2S ,SO2,SO42- 大气
食物链
食物链（food chain）和营养级（trophic level） 食物链指生态系统中不同生物之间在 营养关系中形成的一环套一环似链条式的 关系，即物质和能量从植物开始，然后一 级一级地转移到大型食肉动物。食物链上 的每一个环节称为营养阶层或营养级，指 处于食物链某一环节上的所有生物种的总 和。
2024/4/8
食物链的类型
➢ 捕食食物链（grazing food chain）：又称捕食食 物链，以活的动植物为起点的食物链，如草食动 物、各级食肉动物。
牧草→ 羊、牛→ 狼
以绿色植物为起点，是活的生物体。 ➢ 腐食食物链（detrital food chain）：又称碎屑食
物链，从死亡的有机体或腐屑开始。
染物转移、积累的原理和规律。
2024/4/8
§4 生态系统的功能
能量流动：生产者→消费者→分解者 物质循环：生物 ← →环境 信息传递：包括营养信息、化学信息、
物理信息和行为信息等，构成信息网。
2024/4/8
生态系统的营养结构及能流和物流间的关系
（据周立志）
生态系 统的营 养结构 (物质 循环)
2024/4/8
澳大利亚进口屎克螂
因牛粪覆盖每年损毁牧场3600万亩 60年代，澳大利亚引入了 羚羊粪蜣(Onthophagus gazella)和 神农蜣螂(Catharsius molossus)等异地金龟， 对分解牛粪发挥了明显的作用。
2024/4/8
主要环境组分
辐射 大气 水体 土壤
2024/4/8
2024/4/8
§2 生态系统的组成成分
六大组成成分
无机物
有机化合物 非生物成分
生态系统生态学
4，非生物环境 • 无机物质 • 有机化合物： 如蛋白质、糖类脂类和腐殖质。 • 气候因素
四、食物链和食物网
1，概念
各种生物按其取食和被食的关系而排列的链 状顺序称为食物链(food chain) 。如：
浮游植物→浮游动物→食草性鱼类→食肉性鱼类。 植物→蝴蝶→蜻蜓→蛇→鹰。
生物扩大作用(biological magnification) 如：DDT在海水中浓度为5.0×10-11g，浮游植物含 4.0×10-8g，蛤中4.2×10-7g，到银鸥达75.5×10-6g， 扩大了百万倍。营养级越高，积累剂量越大。
1，生产者(producers) ：绿色植物、蓝绿藻和光合细菌 2，消费者(consumers)：包括杂食动物、寄生生物
1食草动物(herbivores)
食肉动物(carnivores)
大型食肉动物或顶级食肉动物(top carnivores): 3，分解者(decomposer)
分解者主要是细菌和真 菌，也包括某些原生动物 和蚯蚓、白蚁以及秃鹫等 大型腐食性动物。
营养级的位置越高，归属于这个营养级的生物种类和数量 就越少。
离基本能源越近的营养级，其中的生物受到取食和捕食的压 力也越大，因而这些生物的种类和数量也就越多，生殖能力也 越强。
2，生态金字塔(ecological pyramid)
指各个营养级之间的数量关系。可用生物量、能量和个体 单位来表示。
六、生态效率（ecological efficiencies）
指各种能流参数中的任何一个参数在营养级之间或 营养级内部的比值关系。
各种能流参数如下：
1，摄食量（I）: 表示一个生物所摄取的能量。对于植物来说， 它代表光合作用所吸收的日光能；对于动物来说，它代表动物 吃进的食物的能量。 2，同化量（A）: 对于动物来说，它是消化后吸收的能量，对 分解者是指对细胞外的吸收能量；对于植物来说，它指在光合 作用中所固定的能量，常常以总初级生产量表示。
生态系统生态学 生态学二级学科
生态系统生态学生态学二级学科
生态系统生态学是一门探讨生态系统的科学，它涵盖了许多不同的理论、评估和监测工具，以及使用该系统的管理方式。
它主要关注的是生态系统的结构、功能以及它们如何在时间和空间上发展以及与人类文明的相互作用。
生态系统生态学还通过分析和模拟来解释各种生物群落、种族类型、食物链等复杂的生态关系。
它的目的是真正了解生态系统的运作机制，以及野生动物和植物如何与人类社会和文明相互作用。
此外，它还与环境评估、环境修复和环境管理有着密切的关系，以确保生物多样性的关注和保护。
在未来，生态学研究将加强对现有生态系统的理解，同时帮助人们更好地发掘、保护和利用这些系统。
它还可以帮助科学家理解如何更有效地预测和减轻那些会损害生态系统的人为或自然灾害，以及应对全球变化所带来的影响。
最终，帮助改善现有生态系统的普遍健康，确保世界上众多生物可以安全存活未来并获得最大化的福祉，是生态学研究的最终目标。