第7章森林生态系统组成与结构

7．5 生态效率
• 在生产力生态学研究中，估计各个环节的能量传递效率 是很有用的。 • 能流过程中各个不同点上能量之比值，可以称为传递效 率(transfer efficiency)。Odum曾称之为生态效率。 一、常用的几个能量参数
• 摄食量(I)：表示一个生物所摄取的能量。对于植物来
说，它代表光合作用所吸收的日光能；对于动物来说， 它代表动物吃进的食物的能量。
第七章
森林生态系统组成与结构
7．1．1 生态系统的基本概念
7．1 生态系统的基本概念
1、系统 系统(system) 是指彼此间相互 作用、相互依赖 的事物有规律地 联合的集合体， 是有序的整体。
2、构成系统的3个条件
一般认为，构成系统至少要有3个条件： ①系统是由许多成分组 成的； ②各成分间不是孤立的， 而是彼此互相联系、互 相作用的； ③系统具有独立 的、特定的功能。
或
同化效率=被动物消化吸收的能量／动物摄食的能量
即 Ae=An／In 式中n——营养级数。
(2) 生产效率
• 生产效率(production efficiency)指形成新生物量的生产能 量占同化能量的百分比。 • 生产效率=n营养级的净生产量/n营养级的同化能量
• 有时人们还分别使用组织生长效率(即前面所指的生长效率) 和生态生长效率， • 则 生态生长效率=n营养级的净生产量／n营养级的摄 入能量
粒开始。
生态系统中的食物链彼此交错连接，形成一个网状结构， 这就是食物网(food web)。
7．4 营养级和生态金字塔
• 食物链和食物网是
物种和物种之间的营 养关系，这种关系错 综复杂，无法用图解 的方法来表示，为了 便于进行定量的能流 和物质循环研究，生 态学家提出了营养级
(trophic level)的概念。
• 生态系统的自我调节功能是有一定限度的 • 当外来干扰因素超过一定限度，生态系统自我调节功能本 身受到损害，调节就不再起作用，系统就会受到损害甚至 破坏，而不能恢复到原初状态时，称之生态失调，或生态 平衡的破坏。甚至导致发生生态危机。 • 生态危机----是指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，从而威胁到人类的生存。
3、营养级一般只有四、五级
由于能流在通过各营养
级时会急剧地减少，所以
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，很少有超过 六级的。
4、生态金字塔
• 能量通过营养级逐级减少，所以如果把通过各营养级的 能流量，由低到高划成图，就成为一个金字塔形，称为 能量锥体或金字塔(pyramid of energy) • 能量锥体或金字塔用生物量或个体数目来表示，得到生 物量锥体或金字塔和数量锥体或金字塔。 • 三类锥体合称为生态锥体(ecological pyramid)或生态 金字塔
• 也有学者把营养级间的同化能量比值，即An+1/An视为标 准效率
•
根据林德曼测量结果，这个比值大约为1／10，曾被 认为是一项重要的生态学定律。
• 一个营养级同化的能量大约为前一营养级同化能量的
10％， 称为林德曼效率。
• 但这仅是湖泊生态系统的一个近似值，在其他不同的生 态系统中，高则可达30％，低则可能只有l％或更低。
(3)消费效率
• 消费效率(consumption efficiency)指n+1营养级消费(即摄 食)的能量占／n 营养级净生产能量的比例。 • 消费效率=n+1营养级的消费能量／n营养级的净生产量 • 即
（4）林德曼效率
• 所谓林德曼效率(Lindeman efficiency)，是指n+1营养级所 获得的能量占n营养级获得能量之比，这是Lindeman的经 典能流研究所提出的，它相当于同化效率、生产效率和消费 效率的乘积，即 • 林德曼效率=(n+1)营养级摄取的食物／n营养级摄取的食 物
2、正反馈和负反馈
• 反馈分为正反馈和负反馈。负反馈控制可使系统保持稳定， 正反馈使偏离加剧。 • 例如，在生物生长过程中个体越来越大，在种群持续增长 过程中，种群数量不断上升，这都属于正反馈。正反馈也 是有机体生长和存活所必需的。
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• 但是，正反馈不能维持稳态，要使系统维持稳态，只有通
过负反馈控制。因为地球和生物圈是一个有限的系统，其 空间、资源都是有限的，所以应该考虑用负反馈来管理生
•
•
二、营养级位之内的生态效率
• 用以上这些参数就可以计算生态系统能流的各种生 态效率。最重要的是下面3个： (1)同化效率 (2)生产效率
(3)消费效率
(1)同化效率
•
同化效率(assimilation efficiency)指植物吸收的日光能
中被光合作用所固定的能量的比例，或被动物摄食的能量中 被同化了的能量的比例。 • 同化效率=被植物光合固定的能量／植物吸收的日光能
1、营养级
1、营养级----是指处于食物链某一环节上的所有生物种的 总和。
• 例如:
第1营养级 第2营养级 第3营养级 第4营养级 第5营养 级 生产------------食草------------食肉-----------二级肉食--------顶极肉食 者 动物 动物 动物 动物
2、营养级的能量是逐级减少
生态平衡破坏（失调）的原因
（1）自然因素 （2）人为因素
• 人类对自然资源不合理的开发利用
• 人类对自然环境污染的污染
复习思考题
1．构成生态系统的主要成分是什么，它们如何构成生态系 统? 2．什么是食物链、食物网和营养级？ 3．生态锥体是如何形成的? 4．阐述同化效率、生长效率、消费效率和林德曼效率间的 关系? 5．什么是负反馈调节?它对维护生态平衡有什么指导意义?
称为次级生产或第二性生产，提供的生产力称次级生产力。
• 分解者的主要功能与光合作用相反，把复杂的有机物质分解 为简单的无机物，称为分解过程。
7．3 食物链和食物网
生产者所固定的能量和物质，通过一系列取食和被取食的关 系而在生态系统中传递，各种生物按其取食和被取食的关系 而排列的链状顺序称为食物链(food chain)
7．2．2 生产者
生产者(producer) --- 以简单的无机物制造食物的自养生物(autotroph)。
主要是绿色植物， 它能利用太阳能
把简单的无机物
质制造成有机物 质。
7．2．3 消费者
消费者(consumer)--不能利用无机物质制造有机物质，
而是直接或间接地依赖于生产者所制造的有机物质，因此属 于异养生物(heterotroph)。 可分为3类：
生态平衡破坏的意思： 三层意思 ①长期与环境形成的顶级生态平衡的破坏。 表现于：营养结构的破坏，食物链关系消失，金字塔营 养级紊乱，有机休个休数急剧减少，生物量降低，生产力衰 退，从而引起逆行演替，使结构和功能失调，系统内的物质 循环和能量流动中断，最终导致整个生态系统的成瓦解。
②生态平衡的破坏就是生态系统的阈值降低，即使系统 自我调节的能力降低。 ③生态平衡是动态平衡，不是绝对平衡，是围绕平均数 之间的平衡。生态平衡的破坏，使生态系统高水平的平衡变 成低水平的平衡。
生态系统中的能流是单向的，通过各个营养级的能量是
逐级减少的，减少的原因是： ① 各营养级消费者不可能百分之百地利用前一营养级 的生物量，总有一部分会自然死亡和被分解者所利用； ② 各营养级的同化率也不是百分之百的，总有一部分变
成排泄物而留于环境中，为分解者所利用；
③各营养级生物要维持自身的生命活动，总要消耗一部 分能量，这部分能量变成热能而耗散掉。
•
同化量(A)：对于动物来说，它是消化后吸收的能量； 对于分解者是指对细胞外的吸收能量；对于植物来说， 它指在光合作用中所固定的能量，常常以总初级生产量 表示。 呼吸量(R)：指生物在呼吸等新陈代谢和各种活动中消 耗的全部能量。 生产量(P)：指生物在呼吸消耗后净剩的同化能量值， 它以有机物质的形式累积在生物体内或生态系统中。对 于植物来说，它是净初级生产量；对于动物来说，它是 同化量扣除呼吸量以后净剩的能量值，即P=A—R。
其作用极为重要
生态系统结构的一般性 模型，模型包括3个亚 系统：
• 生产者亚系统
• 消费者亚系统
• 分解者亚系统
• 生产过程：生产者通过光合作用合成复杂的有机物质，使生
产者—植物的生物量(包括个体生长和数量)增加的过程。 • 一般把自养生物的生产过程称为初级生产或第一性生产， 其提供的生产力称为初级生产力，而把异养生物再生产过程
物圈及其资源，使其成为能持久地为人类谋福利的系统。
• 3、生态平衡
生态平衡----是指生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状况， 它包括结构上的稳定、功能上的稳定和能量输入、输出上的稳 定。 顶极稳定的生态系统（即生态平衡系统）的特点： 1、平衡生态系统，能量的输入和输出之间达到平衡，即 生态系统的能量流动和物质循环较长时间地保持平衡状态，是 生态平衡的核心内容。 2、系统内动物和植物在数量上保持相对稳定。即长期适 多少植物能养活多少动物 3、生产者、消费者和分解者构成完整的营养结构，并且 具有典型的食物链关系和符合能量流动的金字塔营养级，长期 捕食而形成。 4、这时生态系统中的有机体个体数目最大，生物量最大， 生产力也最大。这是系统长期与环境生态系统适应的结果， （即环境能容纳的最适的有机个体数，保证有最高生产力。顶 极形成时间很长，因而，生物量也最大的）
7．2 生态系统的组成与结构
7．2．1 非生物环境
非生物环境(abiotic environment)
包括 • 参加物质循环的无机元素和化合物(如C、N、CO2、 O2、Ca、P、K)， • 联系生物和非生物成分的有机物质(如蛋白质、糖类、 脂类和腐殖质等) • 气候或其他物理条件(如温度、压力)。
2、生态系统失调的基本标志 （1）结构上的标志 ①一级标志：结构缺损。如：在面积毁林开荒造成水土地 流失。 ②二级标志：结构变化 a. 生产者的变化。如：草原过度放牧，优良牧草减少，劣 质草类（有刺，有毒）增加。 b. 消费者的变化。猛禽，小兽类减少而导致刀鼠类增多。 c. 分解的变化。一般，在分解过程中起作用的80%为细菌， 8%为原生动物，5%为无脊椎动物，若因某种原因造成分解者 的减少，就会造成更大的影响。如：澳大利亚牛粪例子。 ③ 环境中非生物成份增加。例如：滥施农药，化肥造成的 影响，三废管理不当造成的影响，生活垃圾的影响等。 （2）功能上的标志 ①能量受阻： a 初级生产者营养级上的阻碍，第一性生产力的下降 b 各级消费者营养级上的阻碍 ，食物链关系中断。 ② 物流中断
7．2．3 消费者
① 食草动物(herbivores)： ② 食肉动物(carnivores)：
③ 大型食肉动物或顶极食
肉动物(top carnivores)：
7．2．4 分解者(还原者)
分解者(decomposer)---异养生物
作用:
把动植物体的复杂有机物分解为生产者能重新利用的
简单的化合物，并释放出能量，其作用正与生产者相反。
收音机、电视机、日光灯
3、生态系统(ecosystem)
• 由英国生态学家坦斯利(Tansley 1936) 提出 • 生态系统：在一定空间中共同栖居着的所有生物与其环境 之间，由于不断地进行物质循环和能量流动过程而形成的 统一整体。
• 生态系统有各种各样的大小和种类 。
• 生态系统是功能单位，而不是生物学中分类学的单位。
7．6生态系统的生态平衡和反馈调节
• 1、反馈与控制系统 • 反馈--系统的输出变成了决定系统未来功能的输入。 一个系统，如果其状态能够决定输入，就说明它有反馈机 制的存在。
•图7-5的(b)就是(a)加进了反馈环以后变成了控制系统。要使 反馈系统能起控制作用，系统应具有某个理想的状态或位臵 点，系统就能围绕位臵点而进行调节。图7-5(C)表示具有一 个位臵点的控制系统。
浮游植物→浮游动物→食草性鱼类→食肉性鱼类。
植物→青虫→蝗虫→蛙→蛇→鹰。
生态系统中，一般均有两类食物链，即捕食食物链
(grazing food chain)和碎屑食物链(detrital food chain)
• 捕食食物链----以植食动物吃植物的活体开始。 • 碎屑食物链----从分解动植物尸体或粪便中有机物质颗