第4章 a生态系统

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在地球氮的大循环中包含着陆地生物和海洋 生物两个小循环。
绿色植物在氮循环中发挥着巨大的作用。
海洋中的氮来源（蓝藻固氮，土壤硝酸盐）
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①固氮作用：將氮轉变成氮化物的作用.
N2 ＋ 6H＋ ＋ 6e－ → 2NH3。
② 氨化作用：指腐生菌或真菌等把土壤中的含氮有 机物（如蛋白質等）氧化分解產生氨的過程， 蛋白質→氨基酸→ CO2 ＋ NH3 ＋ H2O ＋ ATP
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（1）陆地生物与大气之间的碳素交换。 （2）海洋生物与大气之间的碳素交换。 （3）化石燃料燃烧参与的碳循环。 结论
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人类活动对碳循环的影响： “温室效应”。
由于CO2对来自太阳的短波辐射有高度的透过
性，而对地球反射的长波辐射有高度的吸收性，
导致大气层低处的对流层变暖，而高处的平流层
变冷。
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如N是生物蛋白质的原料，促茎叶生长； P参与核酸组成、促进种子成熟、籽粒饱满、根 系发达； K促进根系发达，茎叶坚韧，抗倒伏，抗虫害 ； 铁促进叶绿素形成； 硼能增强植物输导组织的发育。
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（二）物质循环的概念
1、物质循环的概念
指各种化学物质在生物和环境之间的循环运转。 “循环”指这些化学物质可被多次重复利用。
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③ 硝化作用：在氧存在的狀態下，氨或
铵盐被亚硝化菌和硝化菌，依次轉变成亚 硝酸盐和硝酸盐的過程。
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④反硝化作用(脫氮作用)：土壤中硝酸盐
在缺氧或是土壤酸化時，被反硝化菌轉变 为氮、一氧化氮等氣體形式釋放至大氣中 的作用。故土壤缺氧常會導致植物缺乏氮 肥。
NO3- (缺氧)→NO-2 →N2
第二性生产者只能利用初级生产量的一部分。 不同生态系统食草动物利用植物的比例不同 （见下表10-4）。
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二、 能量流动
（一）能量和能量转化的基本规律-—热力学 定律 能量是做工的能力，如机械能、电能、 光能、热能和化学能等。 能量形式：动能和潜能。 （高山水库中的水有巨大潜能；食物是化 学潜能。）
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四、营养级和生态金字塔
（一）营养级
杂食动物可同时占有几个营养级。
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（二）生态学金字塔
反映生态系统食物链中各个营养级之间生物 数量、重量及能量比例关系的一个图解模 型。
能量金字塔
生物量金字塔
数量金字塔。（如图6---10、6----11示）
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奥登姆 理想生态系统(简单食物链):
以播种4公顷的苜蓿作为生产者，假设苜蓿 是牛犊的唯一食物，牛犊为12岁儿童的唯 一食物。 为维持生命，该儿童需要饲养4.5头牛犊， 需要2000万株苜蓿。
第四章 生态系统生态学
[内容提要] 生态系统的概念，组成、结构、 类型等； 初级生产力、次级生产力； 生态金字塔原理和食物链； 生态系统的功能， 生态系统的生态平衡。
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第一节 生态系统概论
一、生态系统（ecosystem）的概念： 生态系统 = 生物群落 + 非生物环境 在一定的时空范围内，生物和生物之间、 生物和环境之间，通过不断的物质循环和 能量流动而相互作用、相互依存所形成的 一个生态学功能单位。
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③寄生食物链：
如牧草---黄鼠---跳蚤---鼠疫细菌； 大豆---菟丝子； 鸟类---跳蚤---细菌---病毒。
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④混合食物链：
例如：稻草—牛（牛粪）—蚯蚓—鸡（鸡粪）—猪 （猪粪）—喂鱼 （牛鸡为活食者，蚯蚓、鱼是腐食者，猪以活食为 主。）
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⑤特殊食物链：
食虫植物，如瓶子草、猪笼草、捕蝇草等 500 种。
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★一般食物链环节不多于5个。
1、 各营养级消费者不可能100%利用前一营养级的 生物量；
2、各营养级的同化率不是100%； 3、各营养级生物维持生命活动，消耗部分能量变 成热能耗散。
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（二）食物网
概念：
（见图一个简化的草原生态系统食物网）
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研究食物网的意义：
复杂的食物网维持着生态平衡。 研究动物间的相互制约，借天敌抑制有害动物。
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有时，生物量金字塔和数量金字塔是倒塔 形的。 生物量金字塔倒塔形：以湖泊和海洋为例， 春季藻类繁盛，浮游藻类的生物量必定大 于浮游动物，但其他季节，情况相反。 数量金字塔倒置：如昆虫和树木。
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第三节 生态系统的功能
一、 生态系统的生产力 1、初级生产力（第一性生产） 初级生产积累能量的速率称为初级生产力。 [g/（m2 、年）或 kg/（hm2 年）。 概括为： 6CO2+12H2O+光--→C6H12O6+6O2↑+6H2O
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4、生态系统研究是自然资源合理利用和保护 的基础
( 如森林的砍伐)。
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第二节 生态系统的组成和结 构
一、 生态系统的组成
（一）非生物环境（无机环境）
（1）驱动整个生态系统运转的能源和热量等气 候因子。 （2）生物生长的基质和媒介（岩石、砂砾、土 壤、空气和水等）； （3）生物生长代谢的材料。包括CO2、O2、无机 盐类和水等。
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1、能量金字塔：
指一段时间内生态系统中各营养级所同化 的能量，用kJ/(m2 . d)或 kJ/(m2 . a)表示。 从一个营养级到另一个营养级，能量的 传递效率是10%~20%。 图解表示生态系统结构的最好方式。
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2、数量金字塔和生物量金字塔
数量金字塔：某一时刻生态系统各营养级的 个体数量，用（个数/ m2)表示。 生物量金字塔：某一时刻生态系统中各营养 级生物重量关系，用kg/ m2表示。
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三、 能量补给（生态系统的辅助能）
降低生态系统内部自我维持的能量，而使转 化为净生产量的能量增加。能量以施肥、喷 药、灌溉、育种和栽培等形式补给农田。 （见图6--2）
如“石油农业”
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三、 物质循环 （一）生命与元素
大量元素： C、H、O 、N、P、K、Ca、Mg、 S九种元素。 微量元素：硼B、铁Fe、铜Cu、锌Zn、锰Mn、 钼Mo、氯CI七种元素。
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与能量有关的两个重要原理，是热力学第 一定律和第二定律。
1、热力学第一定律：能量既不能创造，也不 能消灭，只能从一种形式转化为另一种形 式。进入一个系统的全部能量，最终要释 放出去或储存在该系统内。
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总能量收支平衡，能量形式可转换:
光能→化学能→动能。
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2、热力学第二定律：当能量从一种形式转 化为另一种形式的时候，转化效率并非 100%。
（3）杂食动物：如鸡、鸟、狗、猫等。
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3、分解者（还原者） 以分解死亡的动植物残体为生的异养 生物。细菌、真菌和小型土壤动物。
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二、 生态系统的结构
1、形态结构 生物种类、种群数量 种的空间配置（水平和垂直分布） 2、时间结构 群落的季相、演替。
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3、营养结构 （如图4—1所示）
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三、 食物链和食物网 （一）、食物链 1、概念与组成
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总第一性生产 净第一性生产。 地球上各种生态系统类型净初级生产力有很大 的不同（如表4--2）及表10--1所示。）
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影响第一性生产力的因素： 光照、 温度、水分、 生长期等。
农林牧业…。
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2、次级生产力
即第二性生产力，除初级生产者以外其他有 机体的生产。如牛、羊吃了牧草体重增加、 繁殖后代等。
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二．生态系统的共同特性
1、生态学结构和功能单位，属于生态学的 较高层次； 2、内部具有自调节、自组织、自更新能力； 3、具生物生产、能量流动、物质循环、信 息传递、自我调节5大功能； 4、营养级的数目有限，一般不超过4~5个； 5、一个动态系统。
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三、生态系统研究内容
人类与环境关系 生态环境的保护 自然资源的合理开发利用 生态系统的结构与功能 生态系统的多样性和稳定性 生态系统对干扰的恢复能力和自我调节控 制能力的研究等。
的光化学反应，生成臭氧、醛类、过氧乙酰硝酸酯 （PAN）、CO2 等化合物。
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3、有毒污染物的循环
汞、铅、镉等重金属及农药进入到生物地球化学 循环中（矿山开发、“三废”的排放）。 这些物质顺着食物链而移动，在生物体中的浓度 随营养级往上而增加，产生生物的富集作用或放 大作用。以下举如：草--兔--狐狸； 粮食--野鼠--猫头鹰或狐狸。 一般食物链具4~5个环节。 如草原：牧草--蝗虫--蛙--蛇--鹰。 森林：树叶--昆虫--鸟--蛇--野猪--虎。
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2、食物链类型
①牧食食物链（捕食食物链）：
如青草---羊---狼。 ②腐食食物链： 如木材---白蚁---食蚁兽， 枯枝落叶---真菌---松鼠， 动物尸体---丽蝇（或郊狼）。
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结论：氮循环处于一种平衡状态。一 个相当完善的自我调节系统。
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（2）氮循环的环境问题
①造成水体富营养化 水体富营养化指标：水体中总磷量超过 20mg/m3，无机氮超过300mg/m3。
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②偏施氮肥引起硝酸盐污染
温室栽培蔬菜，土壤盐渍化，硝酸盐积累。
蔬菜是易于富集硝酸盐的食品。
人体摄取的硝酸盐81.2%来自蔬菜。
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2、氮循环
（1）氮循环的途径
大气含氮79%，惰性气体，被固定后才能进 入生态系统，参与循环。
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固氮作用途径：
①高能固氮：通过闪电、宇宙射线、火山爆 发活动的高温及光化学作用固氮，其结果 形成氨或硝酸盐，随着降雨到达地球表面。 ②工业固氮：化肥生产。 ③生物固氮：根瘤菌和蓝藻固氮。占地球固 氮的90%。 氮循环（图7--6）
例如，煤燃烧推动发电机发电，煤的化学能 转化为电能其效率只有40%。另外的60% 哪里去了呢？