生态学第十一到十二章

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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
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11.4 营养级与生态金字塔

营养级 (trophic level) ：处于食物链某一环节上的所有
生物种的总和
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生态系统中营养级数目

各营养级消费者不可能100%利用前一营养级的生物量
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
食物链 (food chain) ：生产者所固定的能量和物质，
食物网 (food web) ：食物链彼此交错连结，形成一
个网状结构
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FOOD WEB
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食物链类型

捕食食物链

碎屑食物链
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捕食食物链

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
常用于边界明显的水生生态系统
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1. 银泉能流分析—— H.T. Odum （1957） （ 1 ）能量在营养级之间流动：数量急剧减少（呼吸 消耗+ 未利用分解） （2）第4营养级能量较少：仅维持少量鱼和龟，其能 量不足以再维持更高的第5营养级
同化效率
同化效率=被植物固定能量/植物吸收日光能，or， 同化效率=被动物消化吸收的能量/动物摄食的能量 Ae = An / I n
肉食动物的同化效率高于植食动物。 恒温动物的同化效率高于变温动物。
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生产效率
生产效率= n营养级的净生产量 / n营养级的同化能量 Pe = Pn / An
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消费效率
与其环境之间由于不断进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体

系统(system)：相互作用、相互依赖的事物有规律地联合的集合体
许多成分组成 各成分间相互联系、相互作用 独立的、特定的功能

生物地理群落(biogeocoenosis)
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生态系统的特征

生态学研究的最高层次
内部具有自我调节能力 能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能 动态系统
能量损失
1.6 107 1.3 106 3.4 106 5.4 106 6.7 105
所占%
100 -55.0 45.0 -4.5 -12.0 28.5 -19.3 9.1 -2.3 6.8
即：总初级生产量（形成糖类）最大估计为总入射日光能的9.1% 净初级生产量—— 是总入射日光能的6.8 %
同化效率 = A / I = 7.30 / 7.93= 92 % 生产效率 = P / A = 2.69/ 7.30 = 37 %
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次级生产量的测定
1. 利用“同化量”和“呼吸消耗”估算
净次级生产量P = 同化量A – 呼吸消耗量R
而 同化量A = 摄食量C – 粪尿排泄量FU
关键是R的估算：
一般方法：利用呼吸仪测定其耗氧量或 CO2 排出量，转为热量
第十一章 生态系统的一般特征
11.1 生态系统的基本概念 11.2 生态系统的组成与结构
11.3 食物链和食物网
11.4 营养级和生态金字塔 11.5 生态效率 11.6 生态系统的反馈调节和生态金字塔
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11.1 生态系统的基本概念

生态系统(ecosystem)：在一定空间中共同栖居着的所有生物(生物群落)
微型土壤动物：体宽100m以下，原生动物、线虫等
中型土壤动物：体宽100m -2mm，弹尾目昆虫、螨、小型甲虫等
大型、巨型土壤动物：2-20mm和20mm以上，千足虫、蜗牛、蚯蚓等
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资源质量
（1）资源化学成分对分解的影响 eg. 枯枝落叶中化学成分的分解
（2）C：N比对分解的限制
分解者微生物身体组成，N含量较高
消费效率= n+1营养级的消费（摄食）能量 / n营养级净生产量
Pe = Pn / A n
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林德曼效率

林德曼效率： n+1营养级所获得的能量占 n 营养级所获得的 能量之比： Le=In+1/In
林得曼定律（十分之一定律）： 能量沿营养级的移动时，逐级变小， 后一营养级只能是前一营养级能量的
十分之一左右。
• 矿化：无机元素在分解过程中从有机物质中分解释放出来
分解三过程
碎裂：在生物或物理因素的作用下，尸体被分解为颗粒状 异化：有机物在酶催化下分解，由聚合体单体，成为矿物成分
淋溶：可溶性物质被水淋洗的物理过程
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分解者生物
1. 细菌、真菌：分解过程的开始
生长型：群体生长——酵母、细菌（繁殖、扩散） 丝状生长——真菌、放线菌（穿透） 营养方式：（节能） 分解细胞外酶——催化分解底物——再吸收
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（3）CO2 测定法 —— 利用红外气体分析仪测定
光合：吸收的CO2 量
呼吸：释放的CO2 量
（4）放射性同位素法
（5）叶绿素测定法等
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生态系统的次级生产
次级生产的一般过程
被更高营养级取食 次级生产量 动物同化的= 动物吃进的= 动物得到的= 动物未同化的 动物未吃进的 动物未得到的 未被取食
动物呼吸代谢
食物种群=
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动物种群的能量收支公式
P = C – FU – R
次级生产量 外界取食量 排泄物含量 呼吸损失量
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举例：春季地栖蜘蛛种群的次级生产过程与效率
• 生产过程
蜘蛛未捕获量 876.1g 猎物种群产量= 蜘蛛未吃量 886.4g 2.37g 蜘蛛捕获量= 10.3g
蜘蛛未同化量 0.63g 呼吸代谢量 蜘蛛吃进量= 4.60g 7.93g 蜘蛛同化量= 7.30g 净次级生产量 2.69g
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2. 根据种群内“个体生长”及“新个体出生”估算
净生产量 = 出生 + 生长（减重）
= 20+10+10+10+10+30-10-10 = 70 （生物量单位）
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次级生产的生态效率
林德曼效率=消费效率×同化效率×生产效率
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生态系统中的分解
分解过程的性质
• 分解作用：死有机物的逐步降解过程
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11.6 生态系统的反馈调节和生态平衡
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反馈调节

反馈调节：当生态系统某一成分发生变化，它必然引起其他成分出现一
系列相应变化，这些变化又反过来影响最初发生变化的那种成分。

负反馈：系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化，结果是抑制
和减弱最初发生变化的那种成分的变化，使生态系统达到或保持平衡或
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生态系统的能量流动
食物链层次上的能流分析
分析方法:可通过测定每个食物链环节上的能量值，分析了解能流
特点.
eg. 三环节食物链“植物—— 田鼠 —— 鼬”能流分析
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生态系统层次上的能流分析
分析方法：将生态系统中每个物种都归属于特定的营养 级（依据食性），精确地测定每一营养级能量的输入 值和输出值
级之间或营养级内部的比值。
能量参数：
摄取量（I）：表示各生物所摄取的能量
同化量(A)：动物消化道内被吸收的能量，即消费者吸收所采
食的食物能；植物光合作用所固定的日光能 呼吸量(R)：生物在呼吸等新陈代谢和各种活动所消耗的全部 能量 生产量(P)：生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值。P= A- R
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生态系统中的初级生产
初级生产的基本概念
初级生产量：植物所固定的太阳能或所制造的有机物质。
净初级生产量：植物固定的能量，除去呼吸消耗，可用于植 物生长和繁殖的部分。
总初级生产量：植物固定的全部能量 GP = NP + R • 生产量:指单位时间单位面积上的有机物质生产量。 • 生物量：指在某一定时刻调查时单位面积上积存的有机物 质，单位是干重g/m2或J/m2。
它包括结构、功能和能量输入和输出的稳定

生态阈值：生态系统受外界干扰后，自动调节的极限 生态危机：由于人类盲目活动而导致局部地区甚至整个生物 圈结构和功能的失衡，从而威胁人类的生存
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第十二章：生态系统中的能量流动
生态系统中的初级生产 生态系统中的次级生产 生态系统中的分解 生态系统中的能量传递 分解者与消费者在能流中的相对作用

营养级之间的数量关系 数量关系可采用生物量、能量和个体数量单位来表 示 能量金字塔
生物量金字塔
数量金字塔
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能量金字塔

保持金字塔型
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energy pyramid
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生物量金字塔
陆地、浅水生态系统中比较典型，因为生产者是大型的，所 以塔基比较大，金字塔比较规则
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湖泊和开旷海洋，第一性生产者主要为微型藻类，生活周期短，繁殖迅速， 大量被植食动物取食利用，在任何时间它的现存量很低，导致这些生态系统 的生物量金字塔呈倒金字塔形
eg.森林，一般乔木层最高，灌木层次之，草被层更低，而地 下部分反映了同样情况。
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初级生产的生产效率
表2 最适条件下初级生产量的估计效率（J / (m2 •d) ）
能量输入
总入射日光能 可见光以外部分 可为植物色素吸收可见光 植物表面反射 非活性吸收 光合作用可利用部分 有机物合成未利用部分 总初级生产量 GP 呼吸消耗 R 净初级生产量 NP 2.9 107 1.3 107 8.0 106 2.7 106 2.0 106
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地球上初级生产力的分布
不同生态系统生产力分布不均。
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全球净初级生产力的三个高峰。 第一高峰接近与赤道 第二高峰出现在北半球的中温带 第三高峰出现在 南半球的中温带。
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初级生产量随季节波动，陆地系统波动大于海洋系统。 初级生产量随群落的演替而变化。
水体和陆地生态系统的生产量都有垂直变化。
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11.2 生态系统的构成和结构
1.非生物环境
无机物质
有机物质 气候因素(及其他物理条件） 2. 生产者 (producer) 3. 消费者 (consumer) ：食草动物、食肉动物、大型食
肉动物
4. 分解者 (decomposer)
4
池塘生态系统示意图
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一个简单的陆地生态系统模式图
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11.3 食物链和食物网
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数量金字塔
单位面积内生产者的个体数目为塔基，以相同面积内各营养级位有机体数 目构成塔身及塔顶。一般每一个营养级所包括的有机体数目，沿食物链向 上递减。
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有时植食动物比生产者数目多。如昆虫和树木 个体大小差别很大，只用个体数目多少来说明问题有局限性。
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11.5 生态效率
生态效率：各种能流参数中的任何一个参数在营养
营养物质、光和食草动物的捕食
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初级生产量的测定方法
（1）收获量测定法
（2）氧气测定法 （3）CO2测定法
（4）放射性标记物测定法 （5）叶绿素测定法
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（1）收获量测定法—— 陆地生态系统
方法：定期收割植被，烘干称重
收割部位：草本（地上部），树木及水生生物（全株）
（2）氧气测定法——黑白瓶法：水生生态系统 方法：（假定黑瓶无光合，仅有呼吸；白瓶兼有光合和呼吸；且二者 “呼吸相同”）


各营养级同化率也不是100%，总有一部分排泄出去
各营养级生物要维持自身的活动，消耗一部分热量
so，

能流在通过各营养级时会急剧减少，食物链就不可能太长 生态系统中的营养级一般只有四、五级，很少超过六级
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TERRESTRIAL FOOD CHAIN
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生态金字塔(ecological pyramid)
C：N = 10：1 待分解的植物组织中，N含量低 C：N = 40-80：1
限制因素：N供应量
最适的C：N = 25-30：1
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理化环境与分解作用的关系
（ 1 ）温度高、湿度大的地带，土壤有机物的分解速率 高；低温、干燥的地带分解速率低，土壤易积累有机 物
举例：有机物含量比较（下图）
（2）水淹沼泽土微生物分解慢——缺氧
稳态
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正反馈：系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化，反过来加速 最初发生变化的成分所发生的变化，使生态系统远离平衡状态或稳态。 eg. 湖泊污染，导致鱼的数量因死亡而减少， 由于鱼体腐烂，加重湖泊污染并引起更 多鱼类的死亡.
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负反馈
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生态平衡

生态平衡：生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状态，
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细菌和真菌是主要的分解者

土壤细菌—— 以异养型为主，1g土中的总菌数一般可 达 106—109 ，生物量超过全部土壤微生物总量的 1 ／ 4 。 所以，细菌是土壤微生物中数量最大、功能多样的类 群 真菌—— 主要分布在土壤表面的枯枝落叶层和表土层 中，1g土中的数量可达103—105

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2.动物
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初级生产量的限制因素
（1）陆地生态系统
1 光：冠层下植被，C4植物 2 水分：降水量与净初级生产量线性正相关。 3 温度：驼背状曲线关系。
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（2）海洋生态系统
R P C 3 .7 K
表明：浮游植物的净初级生产量取决于日辐射量、水中叶绿素含 量、光强随水深衰减的系数
（3）淡水生态系统