生态系统的基本概念与特征

专题一、生态系统生态学
第一章生态系统的基本概念与特征
学习要点
1．了解生态系统基本概念、模型及概念的拓展。

2．学会运用生态系统基本概念、模型和特征的理论，分析有关的生态环境问题。

基本概念
1．生态系统(ecosystem)：是指在一定时间和空间内，由生物群落与其环境组成的一个整体，各组成要素间藉助物种流动、能量流动、物质循环、信息传递和价值流动，而相互联系、相互制约，并形成具有自调节功能的复合体。

2．生态系统模型(model)：是生态系统研究的基本方法。

它是从系统基本成分、结构、行为出发，简要描绘出生态系统最本质的特性和行为。

3．环境容量(environmental capacity)：是指一个生态系统能容纳污染物的一个最大负荷量。

第一节生态系统的概念
一、生态系统的定义
生态系统(ecosystem)是指在一定时间和空间内，由生物群落与其环境组成的一个整体，各组成要素间藉助物种流动、能量流动、物质循环、信息传递和价值流动，而相互联系、相互制约，并形成具有自调节功能的复合体。

生态系统定义的基本含义是：①生态系统是客观存在的实体，有时、空概念的功能单元；②由生物和非生物成分组成，以生物为主体；③各要素间有机地组织在一起，具有整体的功能；
④生态系统是人类生存和发展的基础。

生态系统范围可大可小，通常是根据研究的目的和具体的对象而定。

最大是生物圈(biosphere)，可看作是全球生态系统，它包括了地球一切的生物及其生存条件。

小的如一块草地，一个池塘都可看作一个生态系统。

生态系统生态学(ecosystem ecology)以生态系统为对象，是研究生态系统的组成要素、结构与功能、发展与演替，以及人为影响与调控机制的生态科学。

二、生态系统概念的发展
生态系统(ecosystem)一词是英国植物生态学家A．G．Tansley(1871～1955)于1935年首先提出的。

他在研究中，发现气候、土壤和动物对植物的生长、分布和丰盛度都有明显的影响。

于是他提出：“生物与环境形成一个自然系统。

正是这种系统构成了地球表面上各种大小和类型的基本单元，这就是生态系统”。

当时，前苏联植物生态学家V．N．Sukachev(1944)提出了生物地理群落(biogeocoenosis)的概念。

这是指在地球表面上的一个地段内，动物、植物、微生物与其地理环境组成的功能单元。

上述两个概念实质上是相同的。

正如1965年在丹麦哥本哈根召开的国际学术会议上认定的那样，生物地理群落和生态系统是同义词。

生态系统的概念自Tansley提出来以后，作为一个理论受到许多人的赞赏。

半个多世纪以来，许多生态学家对生态系统理论和实践作出了巨大贡献。

R．Lindeman(1915～1942)在学生时代就深受W．S．Cooper的影响，重视实践。

于20世纪30年代末对塞达波格湖(Cedar Bog Lake)开展了研究工作，取得巨大成就作出了卓越的贡献。

他深刻地揭示了营养物质移动规律，创建了营养动态模型，成为生态系统能量动态研究的奠基者。

他以科学的数据，论证了能量沿着食物链转移的顺序，提出了著名的“百分之十定律”，开创了生态学从定性走向定量的新阶段。

R．E．Ricklefs(1979)在《生态学》一书中描绘了生态系统中物质循环和能量流动的基本格局，形象地表明生态系统中生物和非生物成分间相互作用和相互依赖的关系；它们通过物质交换而联系在一起；驱使生态系统物质循环的能量来自太阳。

F．B．Golley(1960，1968)曾对陆地生态系统中的弃耕地进行过营养结构及能量流的研究工作，较深入地揭示了生态系统能流的渠道是食物链；能量在沿着各营养阶层流动时是逐级减少的。

他是陆地生态系统能量流动研究的奠基人。

1990年在日本举行了第五届国际生态学大会。

他作为国际生态学会主席在开幕式上作了“生态系统概念的发展——对序(order)的探讨”的报告，强调人类活动对生态系统、生物圈和全球变化影响的研究。

此外，在谈到生态系统概念的发展时，不能不提到Odum家族的工作。

K．P．Odum和H．T．Odum兄弟二人及W．E．Odum都是当代著名的生态学家，他们对生态系统概念的发展作出过杰出的贡献。

从20世纪50年代以来，E．P．Odum就一贯强调生态系统研究工作的重要意义，在营养动态和能量流动方面提出了许多新思想和新方法，并创建了生态学和社会科学相结合的模式。

H．T．Odum对佛罗里达州银泉(Silver Spring)生态系统能流收支的研究，是当今生态系统水平上能量流动分析的一个范例。

他们的著作甚为丰富，E．P．Odum的《生态学基础》不仅是一本现代生态学的教科书，而且是一部很有新意的著作。

H．T．Odum的《人和自然的能量基础》一书被誉为能量研究方面的经典著作。

E．P．Odum提出了大小不同的组织层次谱系，进一步把生态系统的概念系统化。

生态系统可以按照图谱所示，把研究对象划分为基因、细胞、器官、个体、种群和群落等几个层次。

每个层次的生物成分和非生物成分的相互作用(能量和物质关系)产生了具有不同特征的功能系统(图5—16—1)。

图5-16-1不同特征的组织层次谱系(引自Odum l971)
H．T．Odum(1983)创建了一个整套能量的符号语言(表5—16—1)，来描述复杂的生态系统。

三、现代生态系统生态学的发展
Carson．R(1962)的名著《寂静的春天》描述了杀虫药剂所造成的严重污染，阐明污染物在环境中的迁移转化，初步揭示了污染对生态系统的影响。

警示人们要限制自己的行动，不能破坏生态系统结构和功能。

这种生态破坏一旦形成，几年、几十年甚至百年都难以恢复。

她有力地促进了生态系统与现代环境科学的结合。

Cairns，J．Jr(1995)在人类面临着人口激增、资源短缺、土地退化、植被破坏、生物多样性丧失的诸多挑战，及时提出了水域生态系统恢复和重建。

生物多样性(biodiversity)是决定生态系统面貌、发展和命运的核心组成部分。

对此新的假说和观点不断涌现。

Paine，R．T(1969)、Ehrlich，P．R等(1981)、Walker，B．H(1992)对生态系统中物种作用提出了新概念和新理论。

针对全球环境恶化、地球出现多种胁迫的现实，Costanza(1992)和Rapport (1985)开展了生态系统健康(ecosystem health)的基本理论和评估的研究，发现现在地球上的生态系统为人类服务已不能像过去一样，而且还对人类产生了潜在威胁。

呼吁人们关心全球各类生态系统的健康。

20世纪70年代，有人指出，现有森林管理方法可能影响生态系统的功能(Likens 1970)。

美国一些机构，特别是环境保护局在关注建立健康生态系统的同时，强调了生态系统管理(ecosystem management)。

管理是着眼于保持和维护生态系统的结构、功能的可持续性，保
证生态系统的长远健康。

随后，人们越来越关注生态系统健康，深刻认识到地球是人类目前惟一的家园。

人们在审视和反思的基础上，可持续发展成为全人类生存的战略思想。

在实现经济和社会发展的同时，要保证生态系统的可持续发展(Lubchenco J et al 1991)。

在论述生态系统发展过程中，有重大意义的国际合作是：
20世纪60年代，有54个国家合作的“国际生物学计划”(International Biological Programme，IBP)，是对生态系统大规模研究的开端。

先后出版了有关生态系统的35本手册和论著。

这为生态系统的研究开创了一个新时代。

“人与生物圈计划”(Man and the Biosphere Programme，MAB)是1971年11月由联合国教科文组织发起，1972年通过的长期研究计划。

MAB是人类历史上第一次将自然科学与社会科学结合起来的大型国际合作项目，是第一次把人和自然及其资源作为一个整体来研究，标志着生态系统研究的新的里程碑。

“国际地圈—生物圈计划”(International Geosphere—Biosphere Programme，IGBP)的目的是了解控制整个地球系统物理的、化学的和生物学作用过程以及人类活动对上述基本过程、变化的影响。

该计划是国际科学联合会(ICSU)于1983年开始筹备，1986年9月在该会第21届大会上以全球变化为中心的国际研究课题而通过。

在此基础上，许多生态系统研究就扩展为全球性的了。