生态学基本原理

第三章生态系统基本理论

［教学目标］了解生态学的概念，掌握生态系统的结构和功能，理解生态平衡的重要性。

［教学重点］生态系统

［教学难点］生态平衡与生态破坏

［教学时数］4

本章重点

1.生态学概念

2.生态系统的组分

3.生态系统分类

4.食物网

5.生态危机

第一节生态系统的基本概念

一、生态学概念

1.生态学的概念

生态学(ecology) 一词源于希腊文“oikos”，表示住所和栖息地,原意是研究生物栖息环境的学科。

1866年，德国的动物学家黑格尔（haeckel）首次为生态学下了定义：生态学是研究有机体与其周围环境——包括非生物环境和生物环境相互关系(interaction)的科学。后来，一些著名生态学家也对生态学进行了定义。1966年，smith认认为生态学是研究有机体与生活之地相互关系的科学，所以又可把生态学称为环境生物学(evironmental biology)。著名美国生态学家E·odum(1956)提出的定义是：生态学是研究生态系统的结构和功能的科学。我国著名生态学家马世骏先生认为，生态学是研究生命系统和环境系统相互关系的科学。

生态学的不同定义代表了生态学的不同发展阶段，强调了不同的基础生态学分支和领域。生态学原是一门研究生物与其生活环境相互关系的科学，是生物学的重要分科之一。初期主要研究植物，后来逐渐涉及动物和人类。随着现代科学技术的发展并向生态学的不断渗透，赋予它新的内容和动力，使其成为多学科、较活跃的科学领域之一。目前，生态学家普遍认为，生态学是研究生物与环境之间相互关系及其作用机理的科学。

2.生态学基本原理---生态学三定律

美国环境学家小米勒(G．T．Miller，Jr．)提出的生态学三定律是：

生态学第一定律：我们的任何行动都不是孤立的，对自然界的任何侵犯都具有无数效应，其中许多效应是不可逆的。该定律为哈定（g·hardin）所提出，可称为多效应原理。

生态学第二定律：每一种事物无不与其他事物相互联系和相互交融。此定律可称为相互联系定律。

生态学第三定律：我们生产的任何物质均不应该对地球上自然的生物地球化学循环有任何干扰。此定律或可称之为勿干扰原理。

3.生态学的研究对象

生物学科的两大发展方向：微观——分子生物学；宏观——生态学。

生态学是研究生物与环境、生物和生物之间相互关系的一门生物学基础分支学科。生态学的研究是活的生物在自然界中与环境的相互作用和生物之间的相互作用。

20世纪50年代以后，欧洲工业化大生产迅速发展，带来了一系列严重后果：环境污染（三废）、自然资源的破坏、能源危机、人口膨胀带来的粮食不足等问题。——全球性的事态激化，称为“全球性生态灾难”——才重视生态学。

目前，生物多样性保护，可持续发展和全球气候变化已成为全球关注的三大生态学问题。1992年6月，世界环境与发展大会在巴西里约热内卢召开，178个国家，包括118位国家首脑参加，讨论人类生存环境与社会发展有关的一系列重大生态学战略性问题，生态学的作用已不言而喻。这次大会推动了全球生态学的进一步发展。

二、生态系统

1.生态系统的概念

种群（Population）：一个生物物种在一定的范围内所有个体的总和称为生物种群。

生物群落（Community）：在一定自然区域的环境条件下，许多不同种的生物相互依存，构成了有着密切关系的群体，称为生物群落。

随着环境条件的千差万别，地球上出现了各种各样的生物群落（森林、草原、荒漠等等）。而特定的生物群落又维持了相应的环境条件。一旦生物群落发生变化，也会影响到环境条件的变化。因此，人们把生物群落与其周围非生物环境的综合体，称为生态系统（Ecosystem），也即生命系统和环境系统在特定空间的组合。

生态系统（Ecosystem）：指一定范围内，各生物成分和非生物成分之间，通过能量流动和物质循环而相互作用、相互依存所形成的一个统一整体。或是一定空间内由生物成分和非生物成分组成的一个生态学功能单位。

生物圈（biosphere）——全球生态系统的总和，即地球表面全部生物及其生活领域的总称。

2.生态系统的组成

生物成分＋非生物环境＝生态系统

物质组成：生物体为有机物质，作为环境的岩石、大气和水则是无机物质。

生物群落（有机物质）：

生产者：指能进行光合作用的各种绿色植物、蓝绿藻和某些细菌。又成为自养生物。把光能转化成化学能；

消费者：指以其他生物为食的各种动物（第一、二、三次消费者，即植食性、肉食性、大型肉食）；

分解者：微生物（细菌、真菌和放线菌等），把大分子有机物还原成简单的无机物，释放到环境中。

环境(无机物质)：

媒质：水、空气、土壤等

基质：岩石、泥沙等

能源：地热、太阳能等

物质代谢原料：二氧化碳、氧气、水等

元素组成：主要是氢、氧和碳，它们分别占49.8%、24.9%和24.9%，三种元素占到生物有机体的99.6%。此外，还有微量的氮、钙、钾、硅、镁、磷、硫、铝等。

3.生态系统类型：

按基质分为陆地生态系统（森林、草原、荒漠等生态系统）和水域生态系统（淡水、海洋、湿地等生态系统）。

4.生态系统的功能

任何生态系统都具有能量流动.物质循环和信息传递三大基本功能。

1）能量流动：

（1）能量流：地球是一个开放系统，存在着能量的输入和输出。能量输入的根本来源是太阳能。太阳能辐射到地球的能量主要有两种形式，即热能和光能。光能输入生态系统，进行光合作用，转化为化学能，供系统利用。

光能的部分经过一系列的转化和流动，（植物光合作用-动物-微生物）最后能量以热能的形式散布到环境中，这种能量的单向流动的现象，叫能量流。

(2）食物链和食物网：是能量流动的渠道。

食物链(food chain)：生态系统中食物（固定的能量和物质）以一系列吃与被吃的步骤通过生态系统，叫食物链。其中的每个环节叫营养级。我国民谚说的“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米”就是食物链的生动写照。当然自然界中实际存在的取食关系要复杂的多。

生态系统中一般有两类食物链，即捕食食物链和碎屑食物链。前者以活的动植物为起点，后者以死的生物或腐屑为起点。在陆地生态系统和许多水生生态系统中，能量流动主要通过碎屑食物链，净初级生产量中只有很少一部分通向捕食食物链。只有在某些水生生态系统中，例如在一些又浮游藻类和滤食性原生动植物组成食物链的湖泊中，捕食食物链才成为能量流动的主要渠道。

食物网(food web)：生态系统中不是简单的独立的食物链，一种生物不仅仅吃一种生物，而同一种食物也不是只被一种生物消费，它会出现在多个食物链中。因此，把多个互相关联在一起的食物链组成的网，叫食物网。

一般，食物网越复杂，生态系统就越稳定。食物网是复杂的，但不随机，它具有高度的典范性。规律有：1）很少为环状，2）食物链不长，平均为4节，3）顶、中、基位种的比例相当稳定。食物网越复杂的生态系统，消失一种生物，往往不会引起系统得失调，相反，可能导致系统得激烈波动，其他相应环节能起补偿作用。

(3）营养级与生态金字塔：食物链中的每个环节叫营养级，食物链告诉我们，后一个营养级的生存必须依赖前一营养级的能量，但通常能量的流动在食物链中越来越少、逐次递减，除本身消耗外，前一个营养级所提供的能量只能满足后一个营养级少数生物的需要，营养级逐级向上，能量呈递减，生物个体数也递减。

如果把能量（或者生物量、个体数量）按体积大小，沿营养级排列制图，得出一个金字塔图形，就是生态金字塔。

(4）生态效率：用来估计各个环节的能量

传递效率。

生产量：指一定时期内有机物质增加的总

重量。含有速率的概念。

总生产量：指某一时期增加的有机质，加