第五章 生态系统生态学

生态系统中的反馈（据周立志）
正反馈 污染↑ ↑ ↑ 污染↑ ↑ 污染↑ 负反馈
狼↑ 狼↓ 狼 饿 死 狼 吃 饱 吃了 吃了 较少 较多 兔子 兔子
鱼死亡↑
鱼死亡↑ ↑
鱼死亡↑ ↑ ↑
兔 吃 饱
兔 饿 死
兔↑ 兔↓ 吃了 大量 的草 植物↓ 植物↑
吃了 较少 的草
第三节 生态系统的物质循环

↑
CO2
CO CO2
CO2 ↑ H2O+CO2 → H2CO3 → HCO3- +H+ HCO3- →CO32 - →CaCO 3 Ca2+ 沉积物 水体
CO2 火 山 作 用
4FeO+O2→2FeO3
碳循环(carbon cycle)
大气中CO2 光合 作用 呼吸 作用
燃料
扩散 腐烂 水生植物 光合作用 CO2 碳化作用 泥碳 煤 化 石油
也越少。因为从起点到终点经过的营养级 越多，其能量损耗也就越大；
食物链的特征
食物链或食物网的复杂程度与生态系统的
稳定性直接相关；
生态系统中的食物链不是固定不变的，它
不仅在进化历史上有改变，在短时间内也 会发生变化。
食物网
食物网 (food web)：生态系统中的
食物链很少是单条、孤立出现的， 它往往是交叉链索，形成复杂的网 络结构－食物网。
沉积型循环
沉积物中的磷 （约为土壤和海洋中千倍以上）
硫循环（sulfur cycle）
火山活动H2S ,SO2,SO4 植物摄取 化石 降水 SO2,SO42- 扩散 燃烧 SO2SO2,SO42摄取 活有机物 SO2 SO42S
2-
H2S ,SO2,SO42海浪 SO42- 降水 SO2,SO42活有机物 死有机物
食物链和食物网的意义
食物链是生态系统营养结构的形象体现； 生态系统中能量流动和物质循环正是沿
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。
§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、
水的再分布。
水循环示意图
西德地区的水循环示意图
（Clodius and Keller,1951）
§3 气体型循环(gaseous cycle)
氧循环 碳循环 氮循环
氧循环(oxygen cycle)
O
O2 臭氧层 O2 O3 高能紫外辐射 O2 H HO 2 H2O OH O O2 O2+2CO
生态系统稳定性包括了两个方面的含义 :
一方面是系统保持现行状态的能力 ,即抗 干扰的能力（抵抗力resistance）; 另一方面是系统受扰动后回归该状态的 倾向 ,即受扰后的恢复能力（恢复力 resilience）。
生态系统稳定性机制：生态系统具有自
我调节的能力，维持自身的稳定性，自 然生态系统可以看成是一个控制论系统， 因此，负反馈（negative feedback）调节 在维持生态系统的稳定性方面具有重要 的作用。
生物地化循环的类型
水循环 气体型循环 沉积型循环
§2 水循环(aquatic cycle)
水循环的意义： 水是所有营养物质的介质； 水对物质是很好的溶剂；
水是地质变化的动因之一。
水循环的途径 人类活动对水循环的影响：
空气污染和降水；
改变地面，增加径流； 过度利用地下水；
物理信息和行为信息等，构成信息网。
生态系统的营养结构及能流和物流间的关系
（据周立志）
生产者 生态系 (绿色植物) 统的营 环境 养结构 (土壤、空气、水) 还原者 (物质 (细菌、真菌) 循环)
消费者 (动物)
呼吸散失 生态系 统的营 养结构 (能量 流动) 太 阳 辐 射 能
呼吸散失 分解系统
放牧系统
第一节 生态系统的基本结构和功能
生态系统的概念 生态系统的组成成分
生态系统的结构
生态系统的功能 生态系统的稳定性
§1 生态系统的基本概念

生态系统（ecosystem）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）
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。
动植物残体→ 腐食性动物 →肉食性动物 →顶级肉食动物
生物积累、生物浓缩和生物放大
生物积累(bioaccumlation): 指生态系统中生物不断进行
新陈代谢的过程中，体内来自环境的元素或难分解的 化合物的浓缩系数不断增加的现象。 生物浓缩(bioconcentration): 指生态系统中同一营养级 上许多生物种群或者生物个体，从周围环境中蓄积某 种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度 超过环境中的浓度的现象，又称生物富集。 生物放大(biomagnification): 指生态系统的食物链上， 高营养级生物以低营养级生物为食，某种元素或难分 解化合物在生物机体中浓度随营养级的提高而逐步增 大的现象。生物放大的结果使食物链上高营养级生物 体中该类物质的浓度显著超过环境中的浓度。
丢失于深 层沉积中
溶解死 有机物 海洋
§4 沉积型循环(sedimentary cycle)
磷循环 硫循环
磷循环（phosphorus cycle）
陆地 活有机物
排泄死亡
捕鱼 鸟粪
海洋 活有机物
排泄 死亡
摄取 悬浮在水中随河水带走 死 死 摄取 有机物 有机物 分解 上涌 下,沉 土壤中的 深海的磷 无机磷 溶解于水 开采 上升风化 沉积
腐烂
氮循环(nitrogen cycle)
大气库 HN3,NO,NO2, N2O ， 降 脱氮 水
动植物 活体 闪电 化学反应
大气库 N2
大气
火 山 作 用
工业固氮 （汽车,化肥,电厂）
蓝藻
生物固氮
其它 动植物
土壤 中无 机氮 库
陆地
共生或 自由生活 的固氮 微生物 死有机体 河流带走
浅层死有机物 陆地陆地
以动、植物残体为起点，数量越来越少。
食物链的类型
寄生型食物链：以活的生物为寄主，夺取寄 主的物质和能量来维持生存。体型越来越小， 数量越来越多。
植物 →动物 →寄生物 →更小的寄生物
食物链的特征
食物链的长度通常不超过6个营养级，最
常见的4—5个营养级，因为能量沿食物链 流动时不断流失；
食物链越长，最后营养级位所获得的能量
生态系统是现代生态学的重要研究对象，
20世纪60年代以来，许多生态学的国际研 究计划均把焦点放在生态系统
国际生物学研究计划（IBP）：其中心研究内容
是全球主要生态系统（包括陆地、淡水、海洋等） 的结构、功能和生物生产力；
人与生物圈计划（MAB）：重点研究人类活动与
生物圈的关系；
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。
大气
扩散
SO2 SO42S H2S CaSO4 FeS2 海洋
死有机物 化肥工业分解 2陆地 SO4
H2 S
FeS2 溶解的 上升，分化 SO 24
沉积物（CaSO4,FeS2）
§5 有毒物质的迁移和转化
有毒物质的类型 有毒物质的迁移和转化
有毒物质循环的典型代表----汞循环
有毒物质的类型
§1 §2 §3 §4 §5 §6 §7
生物地化循环的概念 水循环 气体型循环 沉积型循环 有毒物质的迁移和转化 放射性核素循环 生物地化循环与人体健康
§1 生物地化循环的概念
生物地化循环
生物地化循环的特点 生物地化循环的类型
生物地化循环(biogeochemical cycle)
矿物元素在生态系统之间的输入和输出，它们
能 流
物 流
净初级 生产
死有机物
§5 生态系统的稳定性
生态系统的稳定性（stability）:
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。
生态系统保持协作组（ECG）：中心任务是研究
生态平衡与自然环境保护，以及维持改进生态系 统的生物生产力。
目前有关生态系统的研究，主要集
中在5个方面：
自然生态系统的保护和利用
生态系统调控机制的研究
生态系统退化的机制、恢复及其修复研
究
全球性生态问题 生态系统可持续发展的研究
§2 生态系统的组成成分
第五章 生态系统生态学
第一节 生态系统的基本结构和功能 第二节 生态系统的主要过程
第三节 生态系统的物质平衡
知识点回顾
个体生态
生物与环境
种群生态
种群及其基本特征
种群的遗传与进化 种内、种间关系
群落生态