第五章生态系统与城市生态系统第一节

2020/10/19
《园林生态学》
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生态系统的结构
生态系统的空间结构：包括垂直结构和水平结构
生态系统的时间结构：生态系统的外貌和结构也会随时 间的不同而变化，反映生态系统在时间上的动态。
生态系统的营养结构：生态系统的营养结构是以营养为 纽带，把生物、非生物结合起来，使生产者、消费者、 还原者和环境之间构成一定的密切关系。可分为以物质 循环为基础的营养结构和以能量流动为基础的营养结构。
➢ 按人类活动及其影响程度：分为自然生态系统、半自 然生态系统、人工生态系统等。
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四、生态系统的基本特征
1. 生态系统是动态功能系统 2. 生态系统具有一定的区域特征 3. 生态系统是开放的自持系统 4. 生态系统具有自动调节的功能
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生态系统（ecosystem）的定义:
在一定地段上所有生物与非生物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有机整体。
➢ 生态系统概念最初是由英国生态学家A. G. Tansley (1935)提出；苏卡乔夫（1942）的“生物地理群落”
➢ 强调一定地域中各种生物之间、它们与环境之间功能 上的统一性
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二、生态系统的成分与结构
六大组成成分（四大基本成分）
无机物
有机化合物 ①非生物成分 气候因素
②生产者
(producer)
③消费者
(consumer) ④分解者
生物成分 (生物群落)
(还原者)
(decomposer)
三大功能群（三个亚系统）
①生产者：自养生物，主 要是各种绿色植物，也包 括蓝绿藻和一些能进行光 合作用的细菌。
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营养级
营养级(trophic levels)：指处于食物链某一环节上的所 有生物种的总和。
例如，作为生产者的绿色植物和所有自养生物都位于食 物链的起点，共同构成第一营养级。所有以生产者(主要 是绿色植物)为食的动物都属于第二营养级，即食草动物 营养级。第三营养级包括所有以食草动物为食的食肉动 物。以此类依，还可以有第四营养级(即二级肉食动物营 养级)和第五营养级。
②消费者：异养生物，主 要指以其他生物为食的各 种动物，按营养方式不同 可分：食草动物（一 级） 、食肉动物（二～ 四级）等。
③分解者：异养生物，把 复杂的有机物分解成简单 无机物，包括细菌、真菌、 放线菌和动物等。
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右图代表生态 系统结构的一 般性模型，模 型包括三个亚 系统，还表示 了系统组成成 分间的主要相 互作用
➢ 生态系统是一个生态学功能单位。其范围和大小没有 严格限制，随研究问题的特征而定
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形成一个完整的生态系统必须具备四个基本条件： ➢ 生态系统是客观存在的实体，有时间和空间的概念； ➢ 生态系统是由生物成分和非生物成分组成的； ➢ 生态系统是以生物为主体的； ➢ 各成员之间有机地组织在一起，具有统一的整体功能。
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食物网
食物网 (food web)： 生态系统中 的食物链很 少是单条、 孤立出现的， 它往往是交 叉链索，形 成复杂的网 状结构，此 即食物网。
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一般地说，具有复杂食物网的生态系统，一种生 物的消失不致引起整个生态系统的失调，但食物 网简单的系统，尤其是在生态系统功能上起关键 作用的种，一旦消失或受严重破坏，就可能引起 这个系统的剧烈波动。
➢ 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。
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三、四级， 很少有超过五级的。
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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，由低到高画成图，就成为一个金字塔形，称为 能量锥体或金字塔(pyramid of energy)。同样如果以生 物量或个体数目来表示，则可得到生物量锥体(pyramid of biomass)和数量锥体(pyramid of numbers)。三类 锥体合称为生态锥体(ecological pyramid)。
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三、生态系统的分类
生态系统依据能量和物质的运动状况、生物、非生物成 分，可分为多种类型。
➢ 按生态系统非生物成分和特征：
➢ 按生态系统的生物成分：可分为植物生态系统、动物 生态系统、微生物生态系统、人类生态系统等
➢ 按生态系统结构和外界物质与能量交换状况：可分为 开放生态系统、封闭生态系统、隔离生态系统等
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生物量：任一时间，一定面积的种群、营养级或生态系 统有机物质的总量(biomass)。
等于现存量(单位面积上某时刻测得的生物体的总量)与 未收获或非收获性有机物的量之和。
生产力：单位时间、单位面积的生产量称为生产力。与 生产量相似，生产力也可分为总生产力、净生产力、初 级生产力、二级生产力等。
蝉 (初级消费者)
螳螂 (二级消费者)
黄雀 (三级消费者)
鹰 (四级消费者)
(顶极ຫໍສະໝຸດ Baidu肉动物)
螳螂捕 蝉，黄 雀在后！ 哈！哈！
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食物链
食物链（food chain）：生产者所固定的能量和物质， 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称为食物链。
生态系统中每一食物链的营养级，从植食动物到顶位的 肉食动物有以下的趋势和规律：
➢ 生物种类逐渐减少，种群密度渐低，繁殖速率渐慢；
➢ 体型增大，取食专一性降低；
➢ 行为更为复杂，利用不同生境的能力增大。
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生态效率
能流参数
➢ 摄取量(I)：表尔一个生物所摄取的能量。对植物来说，I代表被 光合作用所吸收的日光能。对动物来说，I代表动物吃进的食物 能。
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二、生态系统的初级生产
生产量：一定面积上经过一定的时间，有机物质增加的 总量称为生产量(production)。
生产量可分为：
➢ 总生产量(gloss production) ：某一时期增加的有机物 质与呼吸损失量之和
➢ 净生产量(net production)：总生产量减去呼吸损失量
绿色植物的生产量称为初级生产量，草食动物或肉食动 物的生产量则分别称为二级或三级生产量。相应的有总 初级生产量(gross primary production，GPP)、净初级生 产量(net primary production，NPP)，总二级生产量 (gross secondary production)、净二级生产量。
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5-25
营养级内的生态效率
➢ 同化效率：指被植物吸收的日光能中被光合作用所固定 的能量比例，或被动物摄食的能量中被同化了的能量比 例。一般肉食动物中同化效率比植食动物要高些。
➢ 生产效率：
Ae
An In
其中n为营养级
净生产效率： TGe
NPn An
总生产效率：
EGe
NPn In
生产效率植物的大于动物，大型动物的小于小型动物的，
年老动物的小于幼年的，变温动物的大于恒温动物的，
通常净生产效率高于其总生产效率。
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营养级之间的生态效率
消费效率（或利用效率）
Ce
I n 1 NPn
或 U e
An1 NPn
消费效率可用来量度一个营养级对前一营养级的相对采食压
力。此值一般在25％一35％。利用效率说明前一营养级的
净生产量被后一营养级同化了多少，即被转化利用了多少。
林德曼效率（R. L. Lindeman在经典能流研究中提出）
Le
An In
NPn An
I n1 NPn
或Le
An 1 An
相当于同化效率、生长效率和消费效率的乘积；或营养级间 的同化能量之比值。不同生态系统林德曼效率不同，约为
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5-1
第五章 生态系统与城市生态系统
第一节 生态系统概述 第二节 城市生态系统
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5-2
第一节 生态系统概述
§1 生态系统基本概念 §2 生态系统的能量流动和贮存 §3 生态系统的物质循环 §4 生态系统的信息传递 §5 生态平衡
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5-29
生产量和现存量关系示意图
生产量P
生产量P
现存量
现存量
A
减少量E
B
减少量E
dB / dt NP R H D
dB/dt为某一时期生物量的变化；H为被取食的生物量； 因死亡而损失的生物量
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5-30
初级生产的基本概念
生态系统中的能量流动开始于绿色植物通过光合作用对太 阳能的固定。因为这是生态系统中第一次能量固定，所以 植物所固定的太阳能或所制造的有机物质称为初级生产量 或第一性生产量(primary production)。
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5-3
§1 生态系统基本概念
生态系统的概念 生态系统的成分与结构 生态系统的分类 生态系统的基本特征
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5-4
一、生态系统的概念
系统：系统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。
构成系统的3个条件： ➢系统是由许多成分组成的； ➢各成分间不是孤立的，而是彼此互相联系、互 相作用的； ➢系统具有独立的、特定的功能。
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5-24
生态效率(ecological efficiencies)：是指各种能流参数 中的任何一个参数在营养级之间或营养级内部的比值， 常以百分数表示。
营养级内的生态效率用以量度一个物种利用食物能的效 率，即同化能量的有效程度；
营养级之间的生态效率则来量度营养级之间的转化效率 和能流通道的大小。
自动调节功能是指生态系统受到外来干扰而使稳定状态改 变时，系统靠自身内部的机制再返回稳定状态的能力。
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5-13
§2 生态系统的能量流动和贮存
食物链与食物网 生态系统的初级生产 生态系统的能流分析
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5-14
一、食物链和食物网
植物汁液
生态系统中能量或食物依存关系具有高度的次序性，但 生态系统中的食物链不是固定不变的，它不仅在进化历 史上有改变，在短时间内也有改变。
食物链的类型：根据食物链的起点不同，可将其分成两 大类: ➢ 草牧食物链(捕食食物链)(grazing food chain)：以绿 色植物为基础、从草食动物开始的食物链。 ➢ 腐生食物链(分解食物链)(detrital food chain)：以死 有机物质为基础、从腐生物开始的食物链。
➢ 同化量(A)：表示在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。对分解者是指细胞外产物的吸收；对植物来 说是指在光合作用中所固定的日光能，常以总初级生产量(GP) 表示。
➢ 呼吸量(R)：指生物在呼吸等新陈代谢和各种活动中所消耗的全 部能量。
➢ 生产量(P)：指生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值。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 是指净初级生产量(NP)。对动物来说，它是同化量扣除维持消 耗后的能量，即P＝A－R。
2020/10/19
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5-19
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：
➢ 各营养级不可能百分之百地利用上一营养级的能量， 总有部分会自然死亡和被分解者所利用；
➢ 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，被分解者所利用；
能量锥体能保持金字塔形，而生物量锥体和数量锥体有 时有倒置的情况。
2020/10/19
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5-21
2020/10/19
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5-22
从三种金字塔的差异来看，数量金字塔过高强调了小型 生物的作用，生物量金宇塔又过高强调了大型生物的作 用。能量金字塔排除了个体大小和能量代谢的影响，以 热力学定律为基础，较好地反映了生态系统内能量流动 的本质关系。