1、生態(tài)水文學(xué)導(dǎo)論生態(tài)水文學(xué)導(dǎo)論生態(tài)系統(tǒng)中的水文循環(huán) 四、生態(tài)系統(tǒng)的類(lèi)型和結(jié)構(gòu) 生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型生態(tài)系統(tǒng)水生生態(tài)系統(tǒng)海洋生態(tài)系統(tǒng)陸地生態(tài)系統(tǒng)靜水生態(tài)系統(tǒng)流水生態(tài)系統(tǒng)濱海生態(tài)系統(tǒng)大洋生態(tài)系統(tǒng)森林生態(tài)系統(tǒng)草原生態(tài)系統(tǒng)荒漠生態(tài)系統(tǒng) 生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) (1) 形態(tài)結(jié)構(gòu) 生物種類(lèi)、種群數(shù)量、種的空間配置（水平分布、垂直分布）、種的時(shí)間變化等構(gòu)成形態(tài)結(jié)構(gòu) (2) 營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu) 生態(tài)系統(tǒng)各組成部分之間建立起來(lái)的營(yíng)養(yǎng)關(guān)系就是生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu) (3) 食物鏈和食物網(wǎng) 食物鏈，指生態(tài)系統(tǒng)中不同生物之間通過(guò)取食關(guān)系而建立起來(lái)的鏈鎖 捕食性食物鏈 腐生性或碎食性食物鏈 寄生性食物鏈 (4) 營(yíng)養(yǎng)級(jí) 生態(tài)學(xué)中把具有相

2、同營(yíng)養(yǎng)方式和食性的生物統(tǒng)歸為同一營(yíng)養(yǎng)層次，并把食物鏈中的每一個(gè)營(yíng)養(yǎng)層次稱(chēng)為營(yíng)養(yǎng)級(jí) 生產(chǎn)者為第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)，食草動(dòng)物為第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)，食肉動(dòng)物為第三營(yíng)養(yǎng)級(jí) 2.3 生態(tài)系統(tǒng)的生物生產(chǎn) 包括初級(jí)生產(chǎn)和次級(jí)生產(chǎn)。前者是生產(chǎn)者(主要是綠色植物)把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的過(guò)程。后者是消費(fèi)者(主要是動(dòng)物)的生命活動(dòng)將初級(jí)生產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為動(dòng)物能。 (一)生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)過(guò)程 生產(chǎn)的結(jié)果是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能，簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)雜的有機(jī)物 生產(chǎn)量：?jiǎn)挝粫r(shí)間和單位面積(或體積)內(nèi)生產(chǎn)者積累的能量或生產(chǎn)的干物質(zhì)量 現(xiàn)存量：指某一持定觀測(cè)時(shí)刻、一定空間范圍內(nèi)現(xiàn)有的生物體的多少 周轉(zhuǎn)率：持定時(shí)間階段中新加入的生物量占總生物量的比率

3、周轉(zhuǎn)期：周轉(zhuǎn)率的倒數(shù) 全球總初級(jí)生產(chǎn)量為全球總初級(jí)生產(chǎn)量為155.2 109t/a的干物質(zhì)，其中陸地為的干物質(zhì)，其中陸地為100.2 109t/a ，海洋為海洋為55.0 109t/a ，1978年年Lieth估算陸地為估算陸地為121.7 109t/a 光能利用率：植物光合作用積累的有機(jī)物質(zhì)所含的能量與照射到單位面積上的太陽(yáng)光能總量的比率 總初級(jí)生產(chǎn)量PG ：在測(cè)定階段，包括生產(chǎn)者自身呼吸作用中被消耗掉的有機(jī)物在內(nèi)的總積累量。 凈初級(jí)生產(chǎn)量PN ：在測(cè)定階段，植物光合作用積累量中除去用于生產(chǎn)者自身呼吸所剩余的積累量 生物群落凈生產(chǎn)量PNC ：生態(tài)系統(tǒng)的凈初級(jí)生產(chǎn)量中有相當(dāng)一部分被消費(fèi)者所消耗

4、和利用，從凈生產(chǎn)量中再扣除異養(yǎng)呼吸這一部分的消耗量，所剩的積累量就是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)生物生產(chǎn)的凈生產(chǎn)量，稱(chēng)為生物群落凈生產(chǎn)量 公式：PGPN+Ra ； PNC=PN-RH Ra：生產(chǎn)者自身用于呼吸的消耗量 RH：群落中異養(yǎng)生物的呼吸消耗量 (二)生態(tài)系統(tǒng)的次級(jí)生產(chǎn)過(guò)程 指消費(fèi)者和分解者利用初級(jí)生產(chǎn)物質(zhì)進(jìn)行同化作用建造自身和繁衍后代的過(guò)程 2.4 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)與物質(zhì)流動(dòng) 2.4.1 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng) 指能量通過(guò)食物網(wǎng)絡(luò)在系統(tǒng)內(nèi)的傳遞和耗散過(guò)程 (一)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的基本模式 以化學(xué)能(有機(jī)物質(zhì))為形式的初級(jí)生產(chǎn)產(chǎn)品是進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)中可利用的基本能源 生態(tài)系統(tǒng)的凈初級(jí)生產(chǎn)主要有三個(gè)去向：

5、一部分為各類(lèi)食草動(dòng)物所采食 另一部分為凋落物而暫時(shí)貯存于枯枝落葉層中，成為穴居動(dòng)物、土壤動(dòng)物和分解者的食物來(lái)源 第三部分就是以生活物質(zhì)的形式貯存于生物體內(nèi) (二)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)渠道 1捕食性食物鏈，“第一能流” 2腐生性食物鏈，“第二能流” 3寄生性食物鏈 (三)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的熱力學(xué)基礎(chǔ) 在生態(tài)系統(tǒng)能流模式中，當(dāng)能量由下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)傳遞到上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)時(shí)，勢(shì)能會(huì)逐級(jí)減少，直到系統(tǒng)中全部能量變?yōu)闊崮苌⑹У江h(huán)境中 “生態(tài)效率(Ecological efficiency)”的概念。它是指生物生產(chǎn)的量(積累的有機(jī)物或能量)與為此所消耗的量的比值 生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的一個(gè)顯著特征是單方向性 2.4.2 生態(tài)

6、系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)(流動(dòng)) (一)物質(zhì)循環(huán)的基本概念 生態(tài)系統(tǒng)中各種有機(jī)物質(zhì)經(jīng)過(guò)分解者分解成可被生產(chǎn)者利用的形式歸還環(huán)境中重復(fù)利用，周而復(fù)始地循環(huán)，這個(gè)過(guò)程叫做物質(zhì)循環(huán)(Matteral cycle) 1庫(kù)(Pools)：是指某一物質(zhì)在生物或非生物環(huán)境暫時(shí)滯留(被固定或貯存)的數(shù)量。 2流通率(Rate of circulation)，是指單位時(shí)間、單位面積(或體積)內(nèi)物質(zhì)移動(dòng)的量。 3周轉(zhuǎn)率(Turnover rates)；是指某物質(zhì)出入一個(gè)庫(kù)的流通率與庫(kù)量之比。 4周轉(zhuǎn)時(shí)間(Turnover time)：周轉(zhuǎn)率的倒數(shù) (二)生態(tài)系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán) 生態(tài)系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)再循環(huán)主要有以下途徑： 1

7、.物質(zhì)由動(dòng)物排泄返回環(huán)境。 2.物質(zhì)由微生物分解碎屑過(guò)程而返回環(huán)境 3.通過(guò)在植物根系中共生的真菌，直接從植物殘?bào)w(枯枝落葉)中吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而重新返回到植物體。 4.風(fēng)化和侵蝕過(guò)程伴同水循環(huán)攜帶著沉積元素，由非生物庫(kù)進(jìn)入生物庫(kù) 5.動(dòng)、植物尸體或糞便不經(jīng)任何微生物的分解作用也能釋放營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 6.人類(lèi)利用化石燃料生產(chǎn)化肥，用海水制造淡水以及對(duì)金屬的利用 (三)生物地球化學(xué)循環(huán) 水循環(huán)；氣體型循環(huán)(gaseous type)；沉積型循環(huán)(sedimentary type) 1. 水循環(huán) 2. 碳循環(huán) 大氣中的二氧化碳循環(huán)一次約需20年 3. 氮循環(huán) 進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的氮(圖94)被固定成氨或氨鹽，經(jīng)過(guò)

8、硝化作用成為亞硝酸鹽或硝酸鹽，被綠色植物吸收并轉(zhuǎn)化為氨基酸，合成蛋白質(zhì)，然后植食動(dòng)物利用植物蛋白質(zhì)合成動(dòng)物蛋白質(zhì)。 4. 磷循環(huán) 植物可以直接從土壤或水中吸收磷酸鹽離子(PO43+ )，合成自身原生質(zhì)，然后通過(guò)植食動(dòng)物、肉食動(dòng)物在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)，并借助于排泄物和動(dòng)植物殘?bào)w再分解成無(wú)機(jī)離子形式，又重新回到環(huán)境中，再被植物吸收。 5. 硫循環(huán) 2.4.2 生態(tài)系統(tǒng)中的信息傳遞 2.5 生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán) 水是大自然的驅(qū)動(dòng)力，沒(méi)有水的循環(huán)，生物地球化學(xué)循環(huán)就不能存在，生態(tài)系統(tǒng)就無(wú)法開(kāi)動(dòng)，生命就不能維持。各種物質(zhì)只有借助于水才能在生態(tài)系統(tǒng)中進(jìn)行永無(wú)止境的流動(dòng)。 水在循環(huán)中不斷更新，估計(jì)大氣中的水每9天

9、可更新一次。土壤中的水更新次約需280天，地下水要300年，海洋中的水全部更新次需要37000年。 水的循環(huán)受著太陽(yáng)福射、大氣環(huán)流和洋流、熱量收支情況以及陸地、海洋之間水的平衡的影響。蒸發(fā)、降水、滯留和傳送，使地球上的水量維持種穩(wěn)定的平衡 2.6 生態(tài)系統(tǒng)平衡 2.6.1生態(tài)系統(tǒng)的演替 生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，隨時(shí)間的改變就是生態(tài)演替(ecological succession) 生態(tài)系統(tǒng)演替是定向的，依秩序的改變過(guò)程，即一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型(或階段)代替另一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型(或階段)的過(guò)程。演替發(fā)展的最終階段，是建立一種穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，或頂極穩(wěn)定狀態(tài) EPOdum關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)隨時(shí)間而演替的可預(yù)期的三個(gè)演替階段或三種狀態(tài) (1)正過(guò)渡狀態(tài) :系統(tǒng)能量的輸入超過(guò)輸出, Pg/R1 (2)負(fù)過(guò)渡狀態(tài) :輸出的比輸入的多，Pg/Rl (3)穩(wěn)定狀態(tài)系統(tǒng) :系統(tǒng)輸入和輸出相等，Pg/R1 生態(tài)系統(tǒng)演替的一個(gè)重要特點(diǎn)是趨于多樣化 2.6.2 生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)