第五章生态系统[精]

第五章生态系统第一节生态系统的基本结构一、概念生态系统（ecosystem）：指在一定时间和空间内，生物和非生物的成分之间，通过不断的物质循环和能量流动而形成的统一整体。

生态系统最初是由英国生态学家坦斯利（A．C．Fansley，1936）提出的，他强调有机体与环境是不可分割的。

在生态系统内，由于复杂的食物网的存在，把生物与生物、生物与它周围环境成分，联结成一个网络式结构，网络上的每一环节彼此牵连，相互制约，维持生态系统的相对平衡。

如果网络上的任何一个环节发生障碍，可以通过网络结构由其他部分得到调节和补偿。

农业生态系统是受人类控制的生态系统，人类在其中占有重要地位，主宰着物质循环和能量流动的方向。

人类要控制生态系统，就要搞清其结构、功能及其平衡和演替特点。

二、生态系统的基本结构（一）生态系统的组成动物（消费者）的生活直接或间接依赖于植物，因此在生态系统中它们的结构受植物群落的影响。

在家畜中，由于各种牲畜口腔结构和消化器官不同，对食草高度有选择性，因而对牧草的利用不同，这对合理组织畜群结构，实行轮牧或混牧，提高饲草利用率有重要意义。

生态系统的空间结构和物种结构提示我们：要想充分利用自然资源，提高生态和经济效益，必须使系统内各部分形成合理的比例和空间配置，才能使物质循环和能量流动畅通，提高整个系统的转化效率。

第二节生态系统中的能量流动能量的单向流动和物质周而复始的循环是生态系统的两个基本规律。

要想阐明生态系统的功能，必须搞清这两个规律。

一、概念能量流动：指能量在生态系统中不断地被吸收、固定、转化而不停地运动着现象。

太阳是能流的源泉（每秒辐射到地球的热能相当于每秒燃烧115亿吨的煤）。

二、食物链（一）概念食物链是生态系统中能流和物质循环的主要运转途径。

因此，研究食物链，对认识生态系统的能量转化和物质循环，具有重要意义。

食物链：生态系统中各生物种群之间，靠以食物为中心的摄食和被摄食关系联结成有一定顺序的整体。

（二）分类1．牧食食物链牧食食物链又称草食食物链或捕食食物链。

植物被草食动物所食，草食动物又被肉食动物所食，随着一级一级的捕食，动物个体由小变大，数量由多到少，物种从低级进化到高级。

2．寄生食物链在寄生食物链中，消费者属寄生生物，其食料供应关系是以大养小，数量趋增，形成寄主与寄生关系的食物链。

3．腐屑食物链腐屑食物链又称腐生食物链或残渣食物链，在生态系统中未被牧食食物链利用的碎屑（如动植物残体等）被蚯蚓、线虫类、节肢动物、菌类逐级利用，最终分解为无机物（如种蘑菇，养蚯蚓等）。

三、生态系统的能流分析在最适宜条件下，也只有2.4％的太阳辐射能贮存于植物有机物质中。

光合作用积累的能量是进入生态系统的初级能量，这个过程就是初级生产。

初级生产积累能量的速率就称初级生产力（primaryproductivity）。

进行能量固定的绿色植物称为生产者（producers）是最初的能量贮存者，是生态系统能源的基础。

初级生产的能量一部分被植物自身消耗，另一部分贮藏于植物体内增加本身成分。

净初级生产量是生态系统生物生产的主要环节，是人类粮食、工业原料以及家畜饲料的来源。

四、生态效率（一）概念生态效率（ecological efficiency）：指能流过程中各个不同点上能量输出和输入之间的比率（也就是所生产的物质量与生产这些物质所消耗的物质量的比率）。

（二）影响生态效率的因素1．次级生产者效率（动物种类、体型等）；2．初级生产者的效率（饲料的性质和质量）；3．分解者的效率（种类、数量等）。

（三）提高生态效率的技术措施1．合理搭配饲料资源；2．合理组织畜群结构；3．努力提高繁殖效率。

第三节生态系统中的物质循环一、概念生态系统的物质循环又称生物地球化学循环（Biogeochemic Cycles）：指生物生命活动必需的各种营养元素沿着特定的途径从周围环境进入生物体，再从生物体回到环境的过程。

二、物质循环的分类根据循环的性质分：（一）水循环水是一切生命的必要成分，是氢的来源。

如果没有水和水的循环，物质的生物地球化学循环就不可能存在。

水的循环的动力是由太阳能和地心引力。

从海洋表面蒸发的水，以雨的形式降回海洋中，称水的内循环。

如果海洋蒸发的水，随着气流进入陆地，而降落在地面，其中部分水分再度蒸发重新返回大气圈，部分被陆地生态系统暂时保留，有些以地表径流的形式迅速返回水库、江、湖，重回海洋，称水的海陆循环。

绿色植物是水循环中的重要因素。

植物从土壤中吸收的水分，大约有97～99％通过蒸腾作用损失掉，可增加空气中的水分，促进水的循环。

（二）气体型循环以大气圈为贮库，物质以气态出现，特点是时间短，周期快，流量大，具有全球性。

1．碳循环碳是一切有机体的基本成分，占有机体干重的49％。

没有碳也没有生命。

所有生物的碳均来源于CO2。

碳的循环首先是由绿色植物通过光合作用，吸收大气中的CO2和水生成碳水化合物。

同时，植物在不断进行呼吸和发酵产生CO2和水，并释放能量，这是碳最简单的循环形式。

植物被动物采食后，碳水化合物能进入动物体内。

除部分被固定外，其余的又由呼吸作用回到大气。

动物排泄物和动植物尸体中的碳，经微生物的分解作用再回到环境中，这是碳循环的第二种形式。

地质中贮存大量的泥炭、煤、石油、天然气，各种动物的骨髂、介壳均可成为碳酸盐岩石。

岩石的风化和溶解，矿物燃料的燃烧，火山的活动，均将碳释放回到大气中。

这是碳循环的第三种形式。

2．氮循环氮是氨基酸、蛋白质和核酸的主要成分，是一切生命结构的原料。

氮是惰性气体，不能直接利用，只能通过固氮作用与氧结合成为NO3一和NO2—，或与氢结合成NH3后，才能被生物利用。

（三）沉积型循环以岩石圈为贮库，特点是时间长，有非全球性。

1．磷循环切生化作用的能量来源。

植物在光合作用中产生的糖，如果没有磷酸化，碳就无法固定。

没有磷也就没有生命。

磷的主要贮库是地壳。

岩石和土壤风化所释放的磷以及施入农田的磷肥，由植物吸收合成原生质，然后通过草食动物，肉食动物、寄生生物等在陆地或水体生态系统中循环，最后通过还原者把死物，废料、排泄物和尸体进行分解，再回到环境中去。

2．硫循环硫是蛋白质造型不可缺少的原料。

硫以二硫链连接蛋白质分子，二硫链的形成与解离，构成了生物体的氧化还原过程，调节着生物体内的各种氧化、还原反应过程的进行。

硫的循环属沉积型，也属气体型。

大气中的硫化氢（H2S）和二氧化硫（SO2）主要来自岩石中的无机盐类。

有机物质和矿石燃料的燃烧，火山的爆发，海水散发和分解等过程中释放含硫气体，再经过降雨的作用形成可溶性的硫酸盐及硫酸等进入土壤，经过微生物的作用，分解为可溶性盐类被植物根吸收利用。

植物被草食动物利用后，其排泄物和尸体经微生物分解，硫又回到土壤和大气中，如果流入水系，则沉积在水底。

人类活动对硫的循环有很大的影响。

据研究，通过燃烧矿石燃料每年输入大气的二氧化硫达1.47亿吨，其中70％是由煤的燃烧而来。

SO2在大气中与水反应形成硫酸，对人和动物均有不良影响，只要有零点几个ppm就会刺激呼吸道，引起支气管性气喘。

如果空气中硫的浓度超过1000毫克／米3，就成为灾害性的空气污染。

冶炼业排放的二氧化硫也能促使癌症的发生。

二氧化硫还能形成酸雨（亚硫酸），进入湖泊，造成大量鱼类和水生植物的死亡，酸雨可使禾苗枯死，森林病害发生，并能破坏土壤肥力，对人类健康也带来直接影响。

第四节初级生产和次级生产一、初级生产（一）概念初级生产（primary production）也称第一性生产，指绿色植物通过光合作用，源源不断地生产植物性产品的过程。

初级生产积累的速率为初级生产力。

（二）初级生产量的测定1．收刈法将初级生产者进行定期的收刈，然后称重逼并计算其不同部分的产量。

通常以每年每平方米的鲜重或干草（公斤／亩·年）来表示。

2．氧气测定法生态系统的初级生产过程，主要是植物群落进行光合作用的过程，是吸收CO2和释放O2的过程，因此测定生态系统中O2和CO2的变化，可估测初级生产量。

多用于水体生态系统。

3．CO2测定法测定CO2的释放与吸收量，是研究陆地生态系统初级生产力最常用的方法。

用塑料帐将群落的一部分罩住，测定进入的和抽出的空气中的CO2含量。

减少的CO2即是进入有机物质中的CO2量。

4．pH测定法原理是溶解于水中的CO2含量的增加，改变了水的酸碱度。

很适用于实验室中对微生态系统的生产力研究。

5．原料消耗量测定法这种方法常用于海洋生态系统。

在使用时，要注意的是非生命过程也会使矿质原料减少。

6．同位素标记测定法近代应用放射性14C，来测定植物对14C的吸收速度，作为初级生产力的指标。

7．叶绿素测定法在一定的光强度下，叶绿素含量与光合作用强度有密切关系。

因此对某些生态系统，可以通过叶绿素含量和光辐射而估计初级生产力。

测定方法是：通过薄膜将自然水进行过滤，然后用丙酮提取，将丙酮提出物在分光光度计中测量光吸收情况，再通过计算，换算成每平方米含叶绿素克数。

（三）影响初级生产的因素1．植物种类；2．环境条件（水、CO2、光、营养物质、温度）。

二、次级生产（一）概念次级生产（Secondary productin）也称第二性生产，指动物利用初级生产的产品生产肉、蛋、奶、毛、皮、役力及幼畜的过程。

（二）次级生产量的测定1．按同化量和呼吸量估计生产量，即P=A－R；按摄食量扣除粪尿量估计同化量，即A＝C—FU。

测定动物摄食量可在实验室内或野外进行，按24h的饲养投放食物量减去剩余量求得。

摄食食物的热量用热量计测定。

在测定摄食量的试验中，同时可测定粪尿量。

用呼吸仪测定耗O2量或CO2排出量，转为热值，即呼吸能量。

此法通常是在个体水平上进行的，因此，要与种群数量、性比、年龄结构等特征结合起来，才能估计出动物种群的净生产量。

2．测定次级生产量的另一途径净生产量等于种数中个体的生长和出生之和：P＝P g+P rP r——生殖后代的生产量（g）；P g——个体增重（g）。

净生产量＝生长+出生＝20+10+l0+l0+l0+30—10—10＝70（生物量单位）。

此外，我们也可以用另一种方式来计算净生产量，即：净生产量＝生物量变化+死亡损失＝30+40＝70（生物量单位）。

因为死亡和迁出是净生产量的一部分，所以不应该将其忽略不计。

（三）影响次级生产量的因素1．动物本身（种类、品种、年龄、性别、体格大小、健康状况）；2．环境条件（温度、湿度、光照等）；3．饲料的质与量。

第五节生态系统的主要类型根据植物地理分布、动物群落及其功能作用等环境特征，可将生态系统分为陆地生态系统和水域生态系统两大类。

随着社会的发展，工农业生产力的不断提高，形成了许多独特的人工生态系统。

一、陆地生态系统根据动植物群落的性质和结构，可将陆地生态系统区分为森林生态系统、草原生态系统、冻原生态系统和荒漠生态系统等。