第五章生態(tài)系統(tǒng)概論生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產生態(tài)系統(tǒng)中的次級生產生態(tài)系統(tǒng)中的分解生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動生態(tài)系統(tǒng)中的物質循環(huán)第五章生態(tài)系統(tǒng)概論1第一節(jié)

概論一、生態(tài)系統(tǒng)的概念生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem）一詞是由英國植物生態(tài)學家A.G.Tansley于1935年首先提出來的，他強調了生物與環(huán)境是一個在功能上不可分割的統(tǒng)一的自然實體，認為生態(tài)系統(tǒng)就是一個生態(tài)學上的功能單位。第一節(jié)概論一、生態(tài)系統(tǒng)的概念2生態(tài)系統(tǒng)：指在一定時間和空間范圍內，由生物群落與其生活的環(huán)境組成的一個整體，該整體具有一定大小和結構，各成員借助能量流動、物質循環(huán)和信息傳遞而相互聯(lián)系、相互影響、相互依存，并形成具有自我組織和自我調節(jié)功能的復合體。生態(tài)系統(tǒng)：指在一定時間和空間范圍內，由生物群落與其生活的環(huán)境3生態(tài)系統(tǒng)的特性屬于生態(tài)學研究的最高層次；內部具有自我調節(jié)能力；能量流動、物質循環(huán)、信息傳遞是三大功能；營養(yǎng)級數目通常不超過5-6個；是一個動態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)的特性屬于生態(tài)學研究的最高層次；4二、生態(tài)系統(tǒng)的組成成分及三大功能類群在一個生態(tài)系統(tǒng)中所有生物與非生物都是直接或間接地相互聯(lián)系、相互依賴的，通過能量流動或物質流動形成一個極其復雜的網絡。所有生態(tài)系統(tǒng)可分為非生物和生物兩大部分，而生物又可分為生產者、消費者、分解者三部分。

二、生態(tài)系統(tǒng)的組成成分及三大功能類群在一個生態(tài)系統(tǒng)中所有生物5現(xiàn)代生態(tài)學課件6

因此將生態(tài)系統(tǒng)又可分為生產者、消費者和分解者三個亞系統(tǒng)。它們的主要功能分別闡述如下：

生產者主要功能：

生產者包括所有自養(yǎng)的綠色植物、某些光合細菌（綠色硫細菌、紫色硫細菌和非硫細菌等）和其它自養(yǎng)細菌（硝化細菌、氧化硫細菌等），它們利用太陽能將二氧化碳和水等無機物合成糖和淀粉等有機物，并放出氧氣。此光合作用的過程直接或間接地為人類和其它生物提供著進行生命活動所必需的能量和物質。目前已被定名的高等植物和苔蘚約25萬種。另外，生態(tài)系統(tǒng)中的各種生命活動所需的化學元素，如N、S、P、K及微量元素，可通過植物根、葉的吸收、合成之后通過食物鏈在系統(tǒng)中傳遞。因此將生態(tài)系統(tǒng)又可分為生產者、消費者和分解者三個7消費者主要功能

消費者主要包括各種動物，它們不能制造有機物，而直接或間接依賴生產者所生產的有機物。根據食物鏈的等級關系，可分為一級消費者（食草動物）、二級消費者（以食草動物為食的小型食肉動物）、三級消費者（以小型食肉動物為食的大型食肉動物）、四級或更高級的消費者，等等。消費者不僅對初級生產物起著加工、再生產的作用，且對其它生物種群數量起著調控作用。消費者主要功能消費者主要包括各種動物，它們不能制造有機物8分解者主要功能

消費者都是異養(yǎng)生物，如細菌、真菌、放線菌及土壤原生動物和一些小型無脊椎動物。這些微生物在生態(tài)系統(tǒng)中連續(xù)進行著分解作用，把復雜的有機物逐步分解成簡單的無機物，再重新回到環(huán)境中，成為自養(yǎng)生物的營養(yǎng)物質。每一種天然有機物都能被已經存在于自然界中的微生物所分解，因此，分解者使營養(yǎng)物質不斷地以無機物-有機物-無機物的形式循環(huán)流動。分解者主要功能消費者都是異養(yǎng)生物，如細菌、9

三、食物鏈和食物網

生態(tài)系統(tǒng)中各種成分之間通過復雜的營養(yǎng)關系來相互緊密聯(lián)系，即通過食物鏈把生物與非生物、生產者、消費者和分解者相互連成一個整體。（1）食物鏈指生態(tài)系統(tǒng)內不同生物之間在營養(yǎng)關系中形成的一環(huán)套一環(huán)的鏈條式的關系，即物質和能量從植物開始，然后一級一級地轉移到大型食肉動物。食物鏈上的每一個環(huán)節(jié)稱為營養(yǎng)級或營養(yǎng)階層。三、食物鏈和食物網生態(tài)系統(tǒng)中各10（2）食物網實際上，大多生物以幾種或多種食物為食。因此，生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈很少是單條、孤立出現(xiàn)的（除非食性均是專一的），它往往是交叉呈鏈狀或網狀，形成復雜的網絡結構，即食物網。（2）食物網11（3）食物鏈類型捕食食物鏈碎屑食物鏈寄生食物鏈（3）食物鏈類型捕食食物鏈12捕食食物鏈綠色植物為起點到食草動物進而到食肉動物的食物鏈植物-食草動物-食肉動物草原上：青草-野兔-狐貍-狼湖泊中：藻類-甲殼類-小魚-大魚捕食食物鏈綠色植物為起點到食草動物1314

微型浮游植物(小鞭毛藻)小型浮游動物(植食性原生動物)的型浮游動物(肉食性甲殼動物)大型浮游動物(毛顎類、磷蝦)燈籠魚、秋刀魚(食浮游動物魚類)烏賊、鮭、金槍魚(食魚動物)大型浮游植物大型浮游動物鯨以浮游生物為食鯷魚以浮游生物為食1大型浮游植物23海洋食物鏈114微型浮游植物小型浮游動物的型浮游動物大型浮游動物1415

南極海洋浮游食物網15南極海洋浮游食物網15動、植物的遺體被食腐性生物(小型土壤動物、真菌、細菌)取食，然后到他們的捕食者的食物鏈植物殘體-蚯蚓-線蟲類-節(jié)肢動物碎屑食物鏈動、植物的遺體被食腐性生物(小型土壤動物、真菌、細菌)取食，1617

捕食食物鏈和碎屑食物鏈17捕食食物鏈和碎屑食物鏈17寄生食物鏈

由宿主和寄生物構成以大型動物為食物鏈的起點，繼之以小型動物、微型動物、細菌和病毒后者與前者是寄生關系哺乳動物或鳥類-跳蚤-原生動物-細菌-病毒寄生食物鏈由宿主和寄生物構成18食物網

一種生物常常以多種食物為食，而同一種食物又常常為多種消費者取食，于是食物鏈交錯起來，多條食物鏈相聯(lián)，形成了食物網食物網不僅維持著生態(tài)系統(tǒng)的相對平衡，并推動著生物的進化，成為自然界發(fā)展演變的動力食物網以營養(yǎng)為紐帶，把生物與環(huán)境、生物與生物緊密聯(lián)系起來的結構，稱為生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結構食物網一種生物常常以多種食物1920

食物網20食物網2021

北極島嶼簡單的食物網北極島嶼簡單的食物網21北極島嶼簡單的食物網北極島嶼簡單的食物網21營養(yǎng)級之間的數量關系數量關系可采用生物量、能量和個體數量單位來表示能量金字塔生物量金字塔數量金字塔四、營養(yǎng)級和生態(tài)金字塔

(ecologicalpyramid)營養(yǎng)級之間的數量關系四、營養(yǎng)級和生態(tài)金字塔(ecol22

以相同單位面積上生產者和各級消費者的生物量即生命物質總量建立的金字塔。對陸地、淺水生態(tài)系統(tǒng)中比較典型，因為生產者是大型的，所以塔基比較大，金字塔比較規(guī)則生物量金字塔以相同單位面積上生產者和各級消費者的生物量即生命物質23生物量金字塔生物量金字塔生物量金字塔生物量金字塔24

單位面積內生產者的個體數目為塔基，以相同面積內各營養(yǎng)級位有機體數目構成塔身及塔頂。一般每一個營養(yǎng)級所包括的有機體數目，沿食物鏈向上遞減。數量金字塔單位面積內生產者的個體數目為塔基，以相同面積內各營養(yǎng)級2526

營養(yǎng)級(trophiclevel)：處于食物鏈某一環(huán)節(jié)上的所有生物種的總和營養(yǎng)級與生態(tài)金字塔

26營養(yǎng)級(trophiclevel)：處于食物鏈某一26五、生態(tài)系統(tǒng)的類型一、按照生態(tài)系統(tǒng)的生物成分，可分為：植物生態(tài)系統(tǒng)：植物為主，如森林、草地生態(tài)系統(tǒng)。動物生態(tài)系統(tǒng)：動物為主，如魚塘、畜牧生態(tài)系統(tǒng)。微生物生態(tài)系統(tǒng)：細菌、真菌等微生物為主，如土壤腐殖層、池塘底泥。人類生態(tài)系統(tǒng)：人為主體，如城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)等生態(tài)系統(tǒng)。五、生態(tài)系統(tǒng)的類型一、按照生態(tài)系統(tǒng)的生物成分，可分為：27

生態(tài)系統(tǒng)的類型二、按照生態(tài)系統(tǒng)結構和外界物質與能量交換狀況，可分為：開放系統(tǒng)：能量和物質可在系統(tǒng)內外不斷交換，大多屬此類型。封閉系統(tǒng)：阻止任何物質的輸入和輸出，但不能阻止能量的出入。如宇宙飛船。隔離系統(tǒng)：具封閉的邊緣，既阻止物質又阻止能量的輸入和輸出，與外界完全隔絕，這是根據特殊需要而設計的模擬試驗系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)的類型二、按照生態(tài)系統(tǒng)結構和外界物28生態(tài)系統(tǒng)的類型三、根據人類活動及其影響程度，可分為自然生態(tài)系統(tǒng)：未受到人類活動影響或輕度影響的生態(tài)系統(tǒng)。半自然生態(tài)系統(tǒng)：系統(tǒng)營養(yǎng)結構、類型或比例受到人類活動的影響較大。人工復合生態(tài)系統(tǒng)：人類活動在系統(tǒng)中起主導作用。生態(tài)系統(tǒng)的類型三、根據人類活動及其影響程度，可分為29四、根據基質性質分為

陸地生態(tài)系統(tǒng)：還可細分為熱帶雨林、苔原等。水域生態(tài)系統(tǒng)：

隨著城市化發(fā)展，產生社會－經濟－自然復合生態(tài)系統(tǒng)的新概念。四、根據基質性質分為陸地生態(tài)系統(tǒng)：還可細分為熱帶雨林、苔原30五、生態(tài)系統(tǒng)的基本特征

具特定的空間概念：反映一定地區(qū)特性及結構。復雜、有序的宏觀系統(tǒng)：由多種生物、非生物形成的復雜的、網絡狀的密切聯(lián)系，各亞系統(tǒng)之間存在一定秩序的相互作用。具明確功能的單元：能量和物質在各營養(yǎng)級中流動、轉移和交換。具自動調節(jié)功能的開放系統(tǒng)：系統(tǒng)內物質和能量的流動、轉移和交換是開放式的，且系統(tǒng)通過負反饋來自動調節(jié)，如種群內密度的制約機制、物種間的食物鏈關系、生物與環(huán)境間的相互適應的調控。具動態(tài)的、生命的特征：生態(tài)系統(tǒng)隨時間也可分早期、成長期、盛期、成熟期、退化期等，表現(xiàn)出系統(tǒng)自身特有的整體演化規(guī)律。五、生態(tài)系統(tǒng)的基本特征具特定的空間概念：反映一定地區(qū)特性及31第二章生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質循環(huán)

生態(tài)系統(tǒng)的能量流動生態(tài)系統(tǒng)的初級生產生態(tài)系統(tǒng)的次級生產生態(tài)系統(tǒng)的物質分解第二章生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質循環(huán)

生態(tài)系統(tǒng)的能量流動32第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動一、能量的主要形式二、能量流動的基本原理和模式三、能量流動的途徑和速率四、個體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)層次上的能流分析五、能量流動的研究方法及生態(tài)效率六、以能量為依據的生態(tài)系統(tǒng)分類第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動一、能量的主要形式33一、能量的主要形式輻射能：例如光能，在植物光化學反應中起重要作用化學能：化合物中具有的能量機械能：例如肌肉收縮產生的能量電能：例如生物電生物能：生命活動的能量熱能：一、能量的主要形式輻射能：例如光能，在植物光化學反應中起重要34二、能源的主要類型

能源是指所有可提供能量和做功的自然資源的總稱。按照不同標準，可將能源分為以下幾種類型：常規(guī)能源：如煤炭、石油等。新型能源：如風能、地熱能、蓄電池等。一次能源：如煤、石油和天然氣等。二次能源：如煤氣、蒸汽、甲烷等。再生能源：太陽能、風能、海洋能等。二、能源的主要類型

能源是指所有可提供能量和做功的自然資源的35二、能量流動的基本原理和模式

(一)、農田生態(tài)系統(tǒng)的能流生態(tài)系統(tǒng)內的作物不斷接受系統(tǒng)內、外輸入的物質和能量，同時向系統(tǒng)外輸出物質和能量。作物及各級消費者的能量貯存。能量在系統(tǒng)內不斷流動，則能量也不斷地以熱能形式消耗。能量流動呈單向的、不可逆的流動。二、能量流動的基本原理和模式

(一)、農田生態(tài)系統(tǒng)的能流36（二）、能量流動基本原理（1）熱力學第一定律生態(tài)系統(tǒng)內能量的傳遞和轉化都嚴格遵循熱力學定律，即能量由一種形式轉化為另一種形式，但既不被消滅，也不能憑空創(chuàng)造。在生態(tài)系統(tǒng)中，所輸入的能量總是與生物有機體所貯存的、轉化的、釋放的熱量相等，即I＝P＋F＋R（P＝生產量，F(xiàn)＝未被利用能量，R＝呼吸消耗能）。（二）、能量流動基本原理（1）熱力學第一定律37（二）、能量流動基本原理

（2）熱力學第二定律（熵律）熵：用來測度系統(tǒng)內有序程度的大小。熵值越大，系統(tǒng)的無序程度越高，則系統(tǒng)越不平衡；反之。熱力學認為，世界是一個熵值不斷增加的系統(tǒng)，則無序程度越高，則系統(tǒng)越不平衡。這與達爾文的進化論相反，后者認為世界是從簡單到復雜，從無序到有序的發(fā)展過程。Prigogine（1977）等發(fā)現(xiàn)，在開放系統(tǒng)中，如果從系統(tǒng)外的環(huán)境中引進負熵流，抵消內部產生的熵，則可使系統(tǒng)從無序向有序轉化。因此，科學地解釋了有序與無序的轉化關系，將熵律與進化論協(xié)調起來。因此，生態(tài)系統(tǒng)各層次均表現(xiàn)為一種開放型的熱力系統(tǒng)。（二）、能量流動基本原理

（2）熱力學第二定律（熵律）38（三）、能量的單向流與物質的循環(huán)流

生態(tài)系統(tǒng)能量的流動是單一方向的。能量在生態(tài)系統(tǒng)中流動，大部分被各營養(yǎng)級生物所利用，通過呼吸作用以熱的形式散失。但物質與能量不同，可在生態(tài)系統(tǒng)中不斷循環(huán)運動。能量以物質作為載體，不斷推動著物質的運動。因此，能量流與物質流是不可分割的。（三）、能量的單向流與物質的循環(huán)流

生態(tài)系統(tǒng)能量的流動是單一39（二）、能量流動基本原理

（四）、能量流動的通用模式任何層次、形式或種類的生命（如動植物、微生物等），它們均有一個能量流動的通用模式。（五）、能量流動中質量和濃度的變化能量在生態(tài)系統(tǒng)中流動，質量和濃度都會逐漸提高和濃縮。總的趨勢是將大量的低質量的能量，逐漸濃縮成少量的高質量的能量（二）、能量流動基本原理

（四）、能量流動的通用模式4013.1.1初級生產的基本概念13.1.2地球上初級生產力的分布13.1.3初級生產的生產效率13.1.4初級生產量的限制因素13.1.5初級生產量的測定方法2.1生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產13.1.1初級生產的基本概念2.1生態(tài)系統(tǒng)中的初級生41生產過程：生產者通過光合作用合成復雜的有機物質，使植物的生物量(包括個體數量和生長)增加消費者攝食植物已經制造好的有機物質(包括直接的取食植物和間接的取食食草動物和食肉動物)，通過消化、吸收在合成為自身所需的有機物質，增加動物的生產量初級生產：自養(yǎng)生物的生產過程，其提供的生產力為初級生產力次級生產：異養(yǎng)生物再生產過程，提供的生產力為次級生產力2.1.1初級生產的基本概念生產過程：2.1.1初級生產的基本概念42初級生產量(primaryproduction)：綠色植物通過光合作用合成有機物質的數量稱為初級生產量，也稱第一性生產量凈初級生產量(netprimaryproduction)：初級生產過程植物固定的能量一部分被植物自己的呼吸消耗掉，剩下的可用于植物的生長和生殖，這部分生產量成為淨初級生產量(NP)總初級生產量(grossprimaryproduction)：初級生產過程植物固定的能量的總量GP=NP+R初級生產的基本概念初級生產量(primaryproduction)：綠色植物43初級生產力：植物群落在一定空間一定時間內所生產的有機物質積累的數量生物量(biomass)：是指某一時刻單位面積上積存的有機物質的量。以鮮重或干重表示現(xiàn)存量：是指綠色植物初級生產量被植食動物取食及枯枝落葉掉落后所剩下的存活部分SC=GP-R-H-D初級生產的基本概念初級生產力：植物群落在一定空間一定時間內所生產的有機物質積累44初級生產初級生產初級生產初級生產45不同生態(tài)系統(tǒng)類型的初級生產力不同陸地比水域的初級生產力總量大陸地上初級生產力有隨緯度增加逐漸降低的趨勢海洋中初級生產力由河口灣向大陸架和大洋區(qū)逐漸降低生態(tài)系統(tǒng)的初級生產力隨群落的演替而變化水體和陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產力有垂直變化初級生產力隨季節(jié)變化2.1.2地球上初級生產力的分布不同生態(tài)系統(tǒng)類型的初級生產力不同2.1.2地球上初級生產46AveragenetprimaryproductivityingramsoforganicmaterialpersquaremeterperyearofsometerrestrialandaquaticecosystemsNETPRIMARYPRODUCTIVITY不同生態(tài)系統(tǒng)初級生產力Averagenetprimaryproductivi47輻射強度和日照時間：光強升高，光照時間長，提高產量光合途徑：光合作用途徑的不同，直接影響初級生產力的高低水：光合作用的原料，缺水顯著抑制光合速率溫度：溫度升高，總光合速率升高營養(yǎng)元素二氧化碳陸地生態(tài)系統(tǒng)輻射強度和日照時間：光強升高，光照時間長，提高產量陸地生態(tài)482.2.1次級生產量的生產過程2.2.1次級生產量的生產過程49未捕獲(876.1g)獵物種群生產量(886.4g)被捕獲(10.3g)被吃下(7.93g)I未吃下(2.37g)未同化(0.63g)同化(7.3g)A凈次級生產(2.7g)P呼吸(4.6g)R次級生產量未捕獲(876.1g)獵物種群生產量(886.4g)被捕獲(50C=A+FUC：動物從外界攝食的能量A：被同化能量FU：排泄物A=P+RP：凈次級生產量R：呼吸能量能量收支C=A+FU能量收支51林德曼效率林德曼效率5213.3生態(tài)系統(tǒng)中的分解13.3.1分解過程的性質13.3.2分解者生物13.3.3資源質量13.3.4理化環(huán)境對分解的影響13.3生態(tài)系統(tǒng)中的分解13.3.1分解過程的性質5313.3.1分解過程的性質概念：死有機物質的逐步降解過程將有機物還原為無機物，釋放能量意義：建立和維持全球生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)平衡通過死亡物質的分解，使營養(yǎng)物質再循環(huán)，給生產者提供營養(yǎng)物質維持大氣中CO2濃度穩(wěn)定和提高土壤有機質的含量，為碎屑食物鏈以后各級生物生產食物改善土壤物理性狀13.3.1分解過程的性質概念：54分解作用的三個過程碎化：把尸體分解為顆粒狀的碎屑異化：有機物在酶的作用下，進行生物化學的分解從聚合體變成單體(如纖維素降解為葡萄糖)進而成為礦物成分(如葡萄糖降為CO2和H2O)淋溶：可溶性物質被水淋洗出，完全是物理過程

分解作用的三個過程碎化：把尸體分解為顆粒狀的碎屑55第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)一、生物地化循環(huán)的基本概念二、水循環(huán)三、氣體型循環(huán)四、沉積型循環(huán)五、影響生態(tài)系統(tǒng)物質循環(huán)的主要因素六、營養(yǎng)物質再循環(huán)途徑七、有毒物質及放射性元素循環(huán)八、生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)物質收支第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)一、生物地化循環(huán)的基本概念5657

2.2.1物質循環(huán)的一般特征生物地球化學循環(huán)：生態(tài)系統(tǒng)從大氣、水體和土壤等環(huán)境中獲得營養(yǎng)物質，通過綠色植物吸收，進入生態(tài)系統(tǒng)，被其他生物重復利用，最后再歸還于環(huán)境中的過程。這一過程包括生物與非生物二者的參與,同時也包含一些地質與地理作用在內,因此稱為生物地球化學循環(huán)

生物小循環(huán)：環(huán)境中元素經生物吸收，在生態(tài)系統(tǒng)中被相繼利用，然后經過分解者的作用再為生產者吸收、利用物質循環(huán)的一般特征572.2.1物質循環(huán)的一般特征生物地球化學循環(huán)：生態(tài)系5758

Basicsofnutrientcycling

58Basicsofnutrientcycling

5859

生物小循環(huán)

59生物小循環(huán)

59一、生物地化循環(huán)的基本概念一、生物地化循環(huán)（biogeochemicalcycle）生態(tài)系統(tǒng)之間礦質化學元素的輸入和輸出，以及它們在生態(tài)系統(tǒng)內各生物之間、及在大氣圈、水圈、巖石圈之間，沿特定途徑往復流動和交換的過程（主要由G.E.Hutchinson1944和1950年提出）。一、生物地化循環(huán)的基本概念一、生物地化循環(huán)（biogeoch60二、生物地化循環(huán)基本術語

1）庫物質在環(huán)境中都存在一個或多個貯存場所，其數量大大超過結合在生物體中的數量，則稱這些貯存場所為庫。根據庫容量不同及各種營養(yǎng)在各庫中的滯留時間和流動速率的不同，可將庫分為兩種，即貯存庫和交換庫。（2）貯存庫庫容量大，元素在庫中滯留時間長，流動速度慢，多屬于非生物成分。二、生物地化循環(huán)基本術語

1）庫61二、生物地化循環(huán)基本術語

（3）交換庫庫容量小，元素在庫中滯留時間短，流動速度快，多屬于生物成分。（4）流通率 指物質在生態(tài)系統(tǒng)中單位時間、單位面積流通的數量。（5）流通量通常指物質在生態(tài)系統(tǒng)中單位時間、單位面積內通過營養(yǎng)物質的絕對值。二、生物地化循環(huán)基本術語

（3）交換庫62二、生物地化循環(huán)基本術語

（6）周轉率指物質在單位時間內出入一個庫的流通量占該庫中營養(yǎng)物質含量的比例。可用公式表示：周轉率＝流通量/庫中營養(yǎng)物質總量。（7）周轉期為周轉率的倒數，即周轉期＝庫中營養(yǎng)物質總量/流通量。（8）生物積累指生態(tài)系統(tǒng)中生物不斷進行新陳代謝的過程中，來自環(huán)境的元素或難分解的化合物在生物體內的濃縮系數不斷增加的現(xiàn)象。例如牡蠣因大量積累銅而患“綠色病”。了陸地環(huán)境中的生物積累速度較水域中的要慢；大型野生動物中生物積累的水平相對而言是較低的。二、生物地化循環(huán)基本術語

（6）周轉率63二、生物地化循環(huán)基本術語

（9）生物濃縮指生態(tài)系統(tǒng)中同一營養(yǎng)階層上的許多生物種群或生物個體，從周圍環(huán)境中蓄積某種元素或難分解的化合物，使生物體內該物質的濃度超過環(huán)境中濃度的現(xiàn)象，又稱生物富集。同種生物對不同物質的濃縮系數有很大差別，例如在相同生態(tài)條件下，褐藻對鉬的濃縮系數是11，而對鉛的濃縮系數是70000。（10）生物放大指在生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈上，高營養(yǎng)級生物以低營養(yǎng)級生物為食，某種元素或難分解化合物在生物機體內的濃度隨著營養(yǎng)級的升高而逐步增大的現(xiàn)象。二、生物地化循環(huán)基本術語

（9）生物濃縮6465

元素的性質：有的元素循環(huán)的速率快，而有的則比較慢，這是元素化學特性和被生物有機體利用的方式不同所決定的。如CO21年,N100萬年生物的生長速率：決定生物對物質吸收的速率以及物質在食物網中運動的速度(二)、影響物質循環(huán)速率的因素

65元素的性質：有的元素循環(huán)的速率快，而有的則比較慢，這是6566

有機物質腐爛的速率：適宜的環(huán)境有利于分解者的生存，并使有機體很快分解，供生物重新利用人類活動的影響：開墾農田和砍伐森林引起土壤礦物質的流失，影響物質循環(huán)速率化石燃燒把硫和二氧化硫釋放大氣中

（3）影響物質循環(huán)速率的因素

66有機物質腐爛的速率：適宜的環(huán)境有利于分解者的生存，并使6667

氣體型循環(huán)貯存庫是大氣和海洋有氣體形式的分子參與循環(huán)過程循環(huán)速度快，例如CO2、N2、O2等沉積型循環(huán)貯存庫是巖石、土壤和沉積物沒有氣體形式的分子參與循環(huán)過程循環(huán)速度慢，時間以千年計算，例如P、Ca、Mg等水循環(huán)水的全球循環(huán)過程生態(tài)系統(tǒng)中所有的物質循環(huán)都離不開水循環(huán)的推動三、生物地化循環(huán)的3種主要類型

67氣體型循環(huán)三、生物地化循環(huán)的3種主要類型

67

（1）水循環(huán)

沒有水的循環(huán)，就沒有生物地化循環(huán)，就沒有生態(tài)系統(tǒng)的功能。水循環(huán)是太陽能推動，在陸地、大氣和海洋間循環(huán)地表總水量：1.4×109km3，海洋約占97%（1）水循環(huán)

沒有水的循環(huán)，就沒有生物地化循環(huán)6869

TheHydrologicCycle(40)(71)(111)(385)(425)(40)×103km3TheHydrologicCycle69TheHydrologicCycle(40)(769降雨截留穿透雨蒸騰滲透土壤吸收地表徑流地下徑流消費者地面蒸發(fā)生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán)降雨截留穿透雨蒸騰滲透土壤吸收地表徑流地下徑流消費者地面蒸發(fā)70現(xiàn)代生態(tài)學課件71（2）氣體型循環(huán)包括碳、氮、氧等氣體的循環(huán)，貯存庫主要在大氣和海洋；循環(huán)性能完善，其循環(huán)與大氣、海洋密切相關；具明顯的全球性循環(huán)。

（2）氣體型循環(huán)包括碳、氮、氧等氣體的循環(huán)，722.1碳循環(huán)

碳的重要性：生命元素、能量流動碳庫：海洋和大氣、生物體碳的存在形式：CO2，無機鹽，有機碳主要循環(huán)過程生物的同化和異化過程大氣和海洋間的CO2交換碳酸鹽的沉淀作用人類活動對碳循環(huán)造成嚴重影響，引起氣候變化的主要原因2.1碳循環(huán)碳的重要性：生命元素、能量流動7374

TheCarbonCycle74TheCarbonCycle7475

929075061×1015gCTheCarbonCycle75929075061×1015gCTheCarbon7576

CO2排放CO2的排放76CO2排放CO2的排放762.2氮循環(huán)

氮的重要性氮庫：大氣、土壤、陸地植被生物可利用的氮的形式：NO32-、NO22-、NH4+氮循環(huán)的主要過程固氮作用氨化作用硝化作用反硝化作用2.2氮循環(huán)氮的重要性7778

氨化作用：由氨化細菌和真菌的作用將有機氮分解成為氨和氨化合物，氨溶水成為NH4+，為植物利用硝化作用：在通氣良好的土壤中，氨化合物被亞硝酸鹽細菌和硝酸鹽細菌氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，供植物吸收利用反硝化作用：反硝化細菌將亞硝酸鹽轉變成氮氣，回到大氣庫中氨化作用、硝化作用和反硝化作用78氨化作用：由氨化細菌和真菌的作用將有機氮分解成為氨和氨78固氮作用

類型閃電、宇宙射線、火山爆發(fā)等高能固氮工業(yè)固氮：400攝氏度，200大氣壓下生物固氮：固氮菌、與豆科植物共生的根瘤菌和藍藻等自養(yǎng)和異養(yǎng)微生物意義平衡反硝化作用對局域缺氮環(huán)境有重要意義使氮進入生物循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)中的氮循環(huán)固氮作用類型7980

生態(tài)系統(tǒng)中的氮循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)中的氮循環(huán)80生態(tài)系統(tǒng)中的氮循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)中的氮循環(huán)80氮循環(huán)氮循環(huán)81

在生態(tài)系統(tǒng)中，植物從土壤中吸收硝酸鹽，氨基酸彼此聯(lián)結構成蛋白質分子，再與其他化合物一起建造了植物有機體，于是氮素進入生態(tài)系統(tǒng)的生產者有機體，進一步為動物取食，轉變?yōu)楹膭游锏鞍踪|。動植物排泄物或殘體等含氮的有機物經微生物分解為CO2、H2O和NH3返回環(huán)境，NH3可被植物再次利用，進入新的循環(huán)。氮在生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)過程中，常因有機物的燃燒而揮發(fā)損失；或因土壤通氣不良，硝態(tài)氮經反硝化作用變?yōu)橛坞x氮而揮發(fā)損失；或因灌溉、水蝕、風蝕、雨水淋洗而流失等。損失的氮或進入大氣，或進入水體，變?yōu)槎鄶抵参锊荒苤苯永玫牡亍Ｒ虼耍仨毻ㄟ^上述各種固氮途徑來補充，從而保持生態(tài)系統(tǒng)中氮素的循環(huán)平衡。在生態(tài)系統(tǒng)中，植物從土壤中吸收硝酸鹽，氨基酸彼此8283

×1012gN氮的循環(huán)83×1012gN氮的循環(huán)8384

TheNitrogenCycle84TheNitrogenCycle84現(xiàn)代生態(tài)學課件85四、沉積型循環(huán)磷循環(huán)磷是生命信息元素。磷循環(huán)屬典型的沉積循環(huán)。磷以不活躍的地殼作為主要貯存庫。巖石經土壤風化釋放的磷酸鹽和農田中施用的磷肥，被植物吸收進入植物體內，含磷有機物沿兩條循環(huán)支路循環(huán)沿食物鏈傳遞，并以糞便、殘體歸還土壤以枯枝落葉、秸稈歸還土壤。各種含磷有機化合物經土壤微生物的分解，轉變?yōu)榭扇苄缘牧姿猁}，可再次供給植物吸收利用，這是磷的生物小循環(huán)

四、沉積型循環(huán)磷循環(huán)86磷循環(huán)磷循環(huán)87現(xiàn)代生態(tài)學課件88現(xiàn)代生態(tài)學課件89五、影響生態(tài)系統(tǒng)物質循環(huán)的主要因素五、影響生態(tài)系統(tǒng)物質循環(huán)的主要因素90現(xiàn)代生態(tài)學課件91第三章生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞和價值流一、信息基本概念及特征二、信息傳遞模型三、信息傳遞的實例四、信息主要類型五、動物通訊行為的類型六、生態(tài)系統(tǒng)中信息傳遞的意義是什么？第三章生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞和價值流一、信息基本概念及特征92一、信息基本概念及特征

信息是現(xiàn)實世界物質客體之間相互聯(lián)系的形式。對于生態(tài)系統(tǒng)而言，信息就是自然、社會之間的普遍聯(lián)系。在生態(tài)系統(tǒng)的各個組成成員之間及各個成員的內部都存在著信息交流，彼此間進行著信息傳遞。這種信息傳遞又稱為信息流。生態(tài)系統(tǒng)中存在著信息流。生態(tài)系統(tǒng)信息流不僅包含著個體（物種）、種群和群落等不同水平上的信息，而且，所以生物的分類階元及其各部分都有特殊的信息聯(lián)系，從而賦予生態(tài)系統(tǒng)以新的特點。一、信息基本概念及特征信息是現(xiàn)實世界物質客體之間相互聯(lián)系的93一、信息基本概念及特征種類：有物理信息、化學信息、營養(yǎng)信息和行為信息四種信息的屬性（1）信息是客觀存在的；（2）信息來源于物質，與能量也有密切關系；（3）信息既不是物質，也不是能量；（4）人類的信息具知識性；（5）信息是重要資源，可收集、加工、壓縮、更新和共享。一、信息基本概念及特征種類：有物理信息、化學信息、營養(yǎng)信息和94一、信息基本概念及特征信息的主要特征:（1）傳播擴展性（2）永續(xù)性（3）時效性（4）分享性（5）轉化性一、信息基本概念及特征信息的主要特征:95現(xiàn)代生態(tài)學課件96

謝謝

謝謝！歡迎提出寶貴意見！lverfuliang@126.com謝謝謝謝！97第五章生態(tài)系統(tǒng)概論生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產生態(tài)系統(tǒng)中的次級生產生態(tài)系統(tǒng)中的分解生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動生態(tài)系統(tǒng)中的物質循環(huán)第五章生態(tài)系統(tǒng)概論98第一節(jié)

概論一、生態(tài)系統(tǒng)的概念生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem）一詞是由英國植物生態(tài)學家A.G.Tansley于1935年首先提出來的，他強調了生物與環(huán)境是一個在功能上不可分割的統(tǒng)一的自然實體，認為生態(tài)系統(tǒng)就是一個生態(tài)學上的功能單位。第一節(jié)概論一、生態(tài)系統(tǒng)的概念99生態(tài)系統(tǒng)：指在一定時間和空間范圍內，由生物群落與其生活的環(huán)境組成的一個整體，該整體具有一定大小和結構，各成員借助能量流動、物質循環(huán)和信息傳遞而相互聯(lián)系、相互影響、相互依存，并形成具有自我組織和自我調節(jié)功能的復合體。生態(tài)系統(tǒng)：指在一定時間和空間范圍內，由生物群落與其生活的環(huán)境100生態(tài)系統(tǒng)的特性屬于生態(tài)學研究的最高層次；內部具有自我調節(jié)能力；能量流動、物質循環(huán)、信息傳遞是三大功能；營養(yǎng)級數目通常不超過5-6個；是一個動態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)的特性屬于生態(tài)學研究的最高層次；101二、生態(tài)系統(tǒng)的組成成分及三大功能類群在一個生態(tài)系統(tǒng)中所有生物與非生物都是直接或間接地相互聯(lián)系、相互依賴的，通過能量流動或物質流動形成一個極其復雜的網絡。所有生態(tài)系統(tǒng)可分為非生物和生物兩大部分，而生物又可分為生產者、消費者、分解者三部分。

二、生態(tài)系統(tǒng)的組成成分及三大功能類群在一個生態(tài)系統(tǒng)中所有生物102現(xiàn)代生態(tài)學課件103

因此將生態(tài)系統(tǒng)又可分為生產者、消費者和分解者三個亞系統(tǒng)。它們的主要功能分別闡述如下：

生產者主要功能：

生產者包括所有自養(yǎng)的綠色植物、某些光合細菌（綠色硫細菌、紫色硫細菌和非硫細菌等）和其它自養(yǎng)細菌（硝化細菌、氧化硫細菌等），它們利用太陽能將二氧化碳和水等無機物合成糖和淀粉等有機物，并放出氧氣。此光合作用的過程直接或間接地為人類和其它生物提供著進行生命活動所必需的能量和物質。目前已被定名的高等植物和苔蘚約25萬種。另外，生態(tài)系統(tǒng)中的各種生命活動所需的化學元素，如N、S、P、K及微量元素，可通過植物根、葉的吸收、合成之后通過食物鏈在系統(tǒng)中傳遞。因此將生態(tài)系統(tǒng)又可分為生產者、消費者和分解者三個104消費者主要功能

消費者主要包括各種動物，它們不能制造有機物，而直接或間接依賴生產者所生產的有機物。根據食物鏈的等級關系，可分為一級消費者（食草動物）、二級消費者（以食草動物為食的小型食肉動物）、三級消費者（以小型食肉動物為食的大型食肉動物）、四級或更高級的消費者，等等。消費者不僅對初級生產物起著加工、再生產的作用，且對其它生物種群數量起著調控作用。消費者主要功能消費者主要包括各種動物，它們不能制造有機物105分解者主要功能

消費者都是異養(yǎng)生物，如細菌、真菌、放線菌及土壤原生動物和一些小型無脊椎動物。這些微生物在生態(tài)系統(tǒng)中連續(xù)進行著分解作用，把復雜的有機物逐步分解成簡單的無機物，再重新回到環(huán)境中，成為自養(yǎng)生物的營養(yǎng)物質。每一種天然有機物都能被已經存在于自然界中的微生物所分解，因此，分解者使營養(yǎng)物質不斷地以無機物-有機物-無機物的形式循環(huán)流動。分解者主要功能消費者都是異養(yǎng)生物，如細菌、106

三、食物鏈和食物網

生態(tài)系統(tǒng)中各種成分之間通過復雜的營養(yǎng)關系來相互緊密聯(lián)系，即通過食物鏈把生物與非生物、生產者、消費者和分解者相互連成一個整體。（1）食物鏈指生態(tài)系統(tǒng)內不同生物之間在營養(yǎng)關系中形成的一環(huán)套一環(huán)的鏈條式的關系，即物質和能量從植物開始，然后一級一級地轉移到大型食肉動物。食物鏈上的每一個環(huán)節(jié)稱為營養(yǎng)級或營養(yǎng)階層。三、食物鏈和食物網生態(tài)系統(tǒng)中各107（2）食物網實際上，大多生物以幾種或多種食物為食。因此，生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈很少是單條、孤立出現(xiàn)的（除非食性均是專一的），它往往是交叉呈鏈狀或網狀，形成復雜的網絡結構，即食物網。（2）食物網108（3）食物鏈類型捕食食物鏈碎屑食物鏈寄生食物鏈（3）食物鏈類型捕食食物鏈109捕食食物鏈綠色植物為起點到食草動物進而到食肉動物的食物鏈植物-食草動物-食肉動物草原上：青草-野兔-狐貍-狼湖泊中：藻類-甲殼類-小魚-大魚捕食食物鏈綠色植物為起點到食草動物110111

微型浮游植物(小鞭毛藻)小型浮游動物(植食性原生動物)的型浮游動物(肉食性甲殼動物)大型浮游動物(毛顎類、磷蝦)燈籠魚、秋刀魚(食浮游動物魚類)烏賊、鮭、金槍魚(食魚動物)大型浮游植物大型浮游動物鯨以浮游生物為食鯷魚以浮游生物為食1大型浮游植物23海洋食物鏈114微型浮游植物小型浮游動物的型浮游動物大型浮游動物111112

南極海洋浮游食物網15南極海洋浮游食物網112動、植物的遺體被食腐性生物(小型土壤動物、真菌、細菌)取食，然后到他們的捕食者的食物鏈植物殘體-蚯蚓-線蟲類-節(jié)肢動物碎屑食物鏈動、植物的遺體被食腐性生物(小型土壤動物、真菌、細菌)取食，113114

捕食食物鏈和碎屑食物鏈17捕食食物鏈和碎屑食物鏈114寄生食物鏈

由宿主和寄生物構成以大型動物為食物鏈的起點，繼之以小型動物、微型動物、細菌和病毒后者與前者是寄生關系哺乳動物或鳥類-跳蚤-原生動物-細菌-病毒寄生食物鏈由宿主和寄生物構成115食物網

一種生物常常以多種食物為食，而同一種食物又常常為多種消費者取食，于是食物鏈交錯起來，多條食物鏈相聯(lián)，形成了食物網食物網不僅維持著生態(tài)系統(tǒng)的相對平衡，并推動著生物的進化，成為自然界發(fā)展演變的動力食物網以營養(yǎng)為紐帶，把生物與環(huán)境、生物與生物緊密聯(lián)系起來的結構，稱為生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結構食物網一種生物常常以多種食物116117

食物網20食物網117118

北極島嶼簡單的食物網北極島嶼簡單的食物網21北極島嶼簡單的食物網北極島嶼簡單的食物網118營養(yǎng)級之間的數量關系數量關系可采用生物量、能量和個體數量單位來表示能量金字塔生物量金字塔數量金字塔四、營養(yǎng)級和生態(tài)金字塔

(ecologicalpyramid)營養(yǎng)級之間的數量關系四、營養(yǎng)級和生態(tài)金字塔(ecol119

以相同單位面積上生產者和各級消費者的生物量即生命物質總量建立的金字塔。對陸地、淺水生態(tài)系統(tǒng)中比較典型，因為生產者是大型的，所以塔基比較大，金字塔比較規(guī)則生物量金字塔以相同單位面積上生產者和各級消費者的生物量即生命物質120生物量金字塔生物量金字塔生物量金字塔生物量金字塔121

單位面積內生產者的個體數目為塔基，以相同面積內各營養(yǎng)級位有機體數目構成塔身及塔頂。一般每一個營養(yǎng)級所包括的有機體數目，沿食物鏈向上遞減。數量金字塔單位面積內生產者的個體數目為塔基，以相同面積內各營養(yǎng)級122123

營養(yǎng)級(trophiclevel)：處于食物鏈某一環(huán)節(jié)上的所有生物種的總和營養(yǎng)級與生態(tài)金字塔

26營養(yǎng)級(trophiclevel)：處于食物鏈某一123五、生態(tài)系統(tǒng)的類型一、按照生態(tài)系統(tǒng)的生物成分，可分為：植物生態(tài)系統(tǒng)：植物為主，如森林、草地生態(tài)系統(tǒng)。動物生態(tài)系統(tǒng)：動物為主，如魚塘、畜牧生態(tài)系統(tǒng)。微生物生態(tài)系統(tǒng)：細菌、真菌等微生物為主，如土壤腐殖層、池塘底泥。人類生態(tài)系統(tǒng)：人為主體，如城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)等生態(tài)系統(tǒng)。五、生態(tài)系統(tǒng)的類型一、按照生態(tài)系統(tǒng)的生物成分，可分為：124

生態(tài)系統(tǒng)的類型二、按照生態(tài)系統(tǒng)結構和外界物質與能量交換狀況，可分為：開放系統(tǒng)：能量和物質可在系統(tǒng)內外不斷交換，大多屬此類型。封閉系統(tǒng)：阻止任何物質的輸入和輸出，但不能阻止能量的出入。如宇宙飛船。隔離系統(tǒng)：具封閉的邊緣，既阻止物質又阻止能量的輸入和輸出，與外界完全隔絕，這是根據特殊需要而設計的模擬試驗系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)的類型二、按照生態(tài)系統(tǒng)結構和外界物125生態(tài)系統(tǒng)的類型三、根據人類活動及其影響程度，可分為自然生態(tài)系統(tǒng)：未受到人類活動影響或輕度影響的生態(tài)系統(tǒng)。半自然生態(tài)系統(tǒng)：系統(tǒng)營養(yǎng)結構、類型或比例受到人類活動的影響較大。人工復合生態(tài)系統(tǒng)：人類活動在系統(tǒng)中起主導作用。生態(tài)系統(tǒng)的類型三、根據人類活動及其影響程度，可分為126四、根據基質性質分為

陸地生態(tài)系統(tǒng)：還可細分為熱帶雨林、苔原等。水域生態(tài)系統(tǒng)：

隨著城市化發(fā)展，產生社會－經濟－自然復合生態(tài)系統(tǒng)的新概念。四、根據基質性質分為陸地生態(tài)系統(tǒng)：還可細分為熱帶雨林、苔原127五、生態(tài)系統(tǒng)的基本特征

具特定的空間概念：反映一定地區(qū)特性及結構。復雜、有序的宏觀系統(tǒng)：由多種生物、非生物形成的復雜的、網絡狀的密切聯(lián)系，各亞系統(tǒng)之間存在一定秩序的相互作用。具明確功能的單元：能量和物質在各營養(yǎng)級中流動、轉移和交換。具自動調節(jié)功能的開放系統(tǒng)：系統(tǒng)內物質和能量的流動、轉移和交換是開放式的，且系統(tǒng)通過負反饋來自動調節(jié)，如種群內密度的制約機制、物種間的食物鏈關系、生物與環(huán)境間的相互適應的調控。具動態(tài)的、生命的特征：生態(tài)系統(tǒng)隨時間也可分早期、成長期、盛期、成熟期、退化期等，表現(xiàn)出系統(tǒng)自身特有的整體演化規(guī)律。五、生態(tài)系統(tǒng)的基本特征具特定的空間概念：反映一定地區(qū)特性及128第二章生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質循環(huán)

生態(tài)系統(tǒng)的能量流動生態(tài)系統(tǒng)的初級生產生態(tài)系統(tǒng)的次級生產生態(tài)系統(tǒng)的物質分解第二章生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質循環(huán)

生態(tài)系統(tǒng)的能量流動129第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動一、能量的主要形式二、能量流動的基本原理和模式三、能量流動的途徑和速率四、個體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)層次上的能流分析五、能量流動的研究方法及生態(tài)效率六、以能量為依據的生態(tài)系統(tǒng)分類第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動一、能量的主要形式130一、能量的主要形式輻射能：例如光能，在植物光化學反應中起重要作用化學能：化合物中具有的能量機械能：例如肌肉收縮產生的能量電能：例如生物電生物能：生命活動的能量熱能：一、能量的主要形式輻射能：例如光能，在植物光化學反應中起重要131二、能源的主要類型

能源是指所有可提供能量和做功的自然資源的總稱。按照不同標準，可將能源分為以下幾種類型：常規(guī)能源：如煤炭、石油等。新型能源：如風能、地熱能、蓄電池等。一次能源：如煤、石油和天然氣等。二次能源：如煤氣、蒸汽、甲烷等。再生能源：太陽能、風能、海洋能等。二、能源的主要類型

能源是指所有可提供能量和做功的自然資源的132二、能量流動的基本原理和模式

(一)、農田生態(tài)系統(tǒng)的能流生態(tài)系統(tǒng)內的作物不斷接受系統(tǒng)內、外輸入的物質和能量，同時向系統(tǒng)外輸出物質和能量。作物及各級消費者的能量貯存。能量在系統(tǒng)內不斷流動，則能量也不斷地以熱能形式消耗。能量流動呈單向的、不可逆的流動。二、能量流動的基本原理和模式

(一)、農田生態(tài)系統(tǒng)的能流133（二）、能量流動基本原理（1）熱力學第一定律生態(tài)系統(tǒng)內能量的傳遞和轉化都嚴格遵循熱力學定律，即能量由一種形式轉化為另一種形式，但既不被消滅，也不能憑空創(chuàng)造。在生態(tài)系統(tǒng)中，所輸入的能量總是與生物有機體所貯存的、轉化的、釋放的熱量相等，即I＝P＋F＋R（P＝生產量，F(xiàn)＝未被利用能量，R＝呼吸消耗能）。（二）、能量流動基本原理（1）熱力學第一定律134（二）、能量流動基本原理

（2）熱力學第二定律（熵律）熵：用來測度系統(tǒng)內有序程度的大小。熵值越大，系統(tǒng)的無序程度越高，則系統(tǒng)越不平衡；反之。熱力學認為，世界是一個熵值不斷增加的系統(tǒng)，則無序程度越高，則系統(tǒng)越不平衡。這與達爾文的進化論相反，后者認為世界是從簡單到復雜，從無序到有序的發(fā)展過程。Prigogine（1977）等發(fā)現(xiàn)，在開放系統(tǒng)中，如果從系統(tǒng)外的環(huán)境中引進負熵流，抵消內部產生的熵，則可使系統(tǒng)從無序向有序轉化。因此，科學地解釋了有序與無序的轉化關系，將熵律與進化論協(xié)調起來。因此，生態(tài)系統(tǒng)各層次均表現(xiàn)為一種開放型的熱力系統(tǒng)。（二）、能量流動基本原理

（2）熱力學第二定律（熵律）135（三）、能量的單向流與物質的循環(huán)流

生態(tài)系統(tǒng)能量的流動是單一方向的。能量在生態(tài)系統(tǒng)中流動，大部分被各營養(yǎng)級生物所利用，通過呼吸作用以熱的形式散失。但物質與能量不同，可在生態(tài)系統(tǒng)中不斷循環(huán)運動。能量以物質作為載體，不斷推動著物質的運動。因此，能量流與物質流是不可分割的。（三）、能量的單向流與物質的循環(huán)流

生態(tài)系統(tǒng)能量的流動是單一136（二）、能量流動基本原理

（四）、能量流動的通用模式任何層次、形式或種類的生命（如動植物、微生物等），它們均有一個能量流動的通用模式。（五）、能量流動中質量和濃度的變化能量在生態(tài)系統(tǒng)中流動，質量和濃度都會逐漸提高和濃縮。總的趨勢是將大量的低質量的能量，逐漸濃縮成少量的高質量的能量（二）、能量流動基本原理

（四）、能量流動的通用模式13713.1.1初級生產的基本概念13.1.2地球上初級生產力的分布13.1.3初級生產的生產效率13.1.4初級生產量的限制因素13.1.5初級生產量的測定方法2.1生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產13.1.1初級生產的基本概念2.1生態(tài)系統(tǒng)中的初級生138生產過程：生產者通過光合作用合成復雜的有機物質，使植物的生物量(包括個體數量和生長)增加消費者攝食植物已經制造好的有機物質(包括直接的取食植物和間接的取食食草動物和食肉動物)，通過消化、吸收在合成為自身所需的有機物質，增加動物的生產量初級生產：自養(yǎng)生物的生產過程，其提供的生產力為初級生產力次級生產：異養(yǎng)生物再生產過程，提供的生產力為次級生產力2.1.1初級生產的基本概念生產過程：2.1.1初級生產的基本概念139初級生產量(primaryproduction)：綠色植物通過光合作用合成有機物質的數量稱為初級生產量，也稱第一性生產量凈初級生產量(netprimaryproduction)：初級生產過程植物固定的能量一部分被植物自己的呼吸消耗掉，剩下的可用于植物的生長和生殖，這部分生產量成為淨初級生產量(NP)總初級生產量(grossprimaryproduction)：初級生產過程植物固定的能量的總量GP=NP+R初級生產的基本概念初級生產量(primaryproduction)：綠色植物140初級生產力：植物群落在一定空間一定時間內所生產的有機物質積累的數量生物量(biomass)：是指某一時刻單位面積上積存的有機物質的量。以鮮重或干重表示現(xiàn)存量：是指綠色植物初級生產量被植食動物取食及枯枝落葉掉落后所剩下的存活部分SC=GP-R-H-D初級生產的基本概念初級生產力：植物群落在一定空間一定時間內所生產的有機物質積累141初級生產初級生產初級生產初級生產142不同生態(tài)系統(tǒng)類型的初級生產力不同陸地比水域的初級生產力總量大陸地上初級生產力有隨緯度增加逐漸降低的趨勢海洋中初級生產力由河口灣向大陸架和大洋區(qū)逐漸降低生態(tài)系統(tǒng)的初級生產力隨群落的演替而變化水體和陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產力有垂直變化初級生產力隨季節(jié)變化2.1.2地球上初級生產力的分布不同生態(tài)系統(tǒng)類型的初級生產力不同2.1.2地球上初級生產143AveragenetprimaryproductivityingramsoforganicmaterialpersquaremeterperyearofsometerrestrialandaquaticecosystemsNETPRIMARYPRODUCTIVITY不同生態(tài)系統(tǒng)初級生產力Averagenetprimaryproductivi144輻射強度和日照時間：光強升高，光照時間長，提高產量光合途徑：光合作用途徑的不同，直接影響初級生產力的高低水：光合作用的原料，缺水顯著抑制光合速率溫度：溫度升高，總光合速率升高營養(yǎng)元素二氧化碳陸地生態(tài)系統(tǒng)輻射強度和日照時間：光強升高，光照時間長，提高產量陸地生態(tài)1452.2.1次級生產量的生產過程2.2.1次級生產量的生產過程146未捕獲(876.1g)獵物種群生產量(886.4g)被捕獲(10.3g)被吃下(7.93g)I未吃下(2.37g)未同化(0.63g)同化(7.3g)A凈次級生產(2.7g)P呼吸(4.6g)R次級生產量未捕獲(876.1g)獵物種群生產量(886.4g)被捕獲(147C=A+FUC：動物從外界攝食的能量A：被同化能量FU：排泄物A=P+RP：凈次級生產量R：呼吸能量能量收支C=A+FU能量收支148林德曼效率林德曼效率14913.3生態(tài)系統(tǒng)中的分解13.3.1分解過程的性質13.3.2分解者生物13.3.3資源質量13.3.4理化環(huán)境對分解的影響13.3生態(tài)系統(tǒng)中的分解13.3.1分解過程的性質15013.3.1分解過程的性質概念：死有機物質的逐步降解過程將有機物還原為無機物，釋放能量意義：建立和維持全球生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)平衡通過死亡物質的分解，使營養(yǎng)物質再循環(huán)，給生產者提供營養(yǎng)物質維持大氣中CO2濃度穩(wěn)定和提高土壤有機質的含量，為碎屑食物鏈以后各級生物生產食物改善土壤物理性狀13.3.1分解過程的性質概念：151分解作用的三個過程碎化：把尸體分解為顆粒狀的碎屑異化：有機物在酶的作用下，進行生物化學的分解從聚合體變成單體(如纖維素降解為葡萄糖)進而成為礦物成分(如葡萄糖降為CO2和H2O)淋溶：可溶性物質被水淋洗出，完全是物理過程

分解作用的三個過程碎化：把尸體分解為顆粒狀的碎屑152第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)一、生物地化循環(huán)的基本概念二、水循環(huán)三、氣體型循環(huán)四、沉積型循環(huán)五、影響生態(tài)系統(tǒng)物質循環(huán)的主要因素六、營養(yǎng)物質再循環(huán)途徑七、有毒物質及放射性元素循環(huán)八、生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)物質收支第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)一、生物地化循環(huán)的基本概念153154

2.2.1物質循環(huán)的一般特征生物地球化學循環(huán)：生態(tài)系統(tǒng)從大氣、水體和土壤等環(huán)境中獲得營養(yǎng)物質，通過綠色植物吸收，進入生態(tài)系統(tǒng)，被其他生物重復利用，最后再歸還于環(huán)境中的過程。這一過程包括生物與非生物二者的參與,同時也包含一些地質與地理作用在內,因此稱為生物地球化學循環(huán)

生物小循環(huán)：環(huán)境中元素經生物吸收，在生態(tài)系統(tǒng)中被相繼利用，然后經過分解者的作用再為生產者吸收、利用物質循環(huán)的一般特征572.2.1物質循環(huán)的一般特征生物地球化學循環(huán)：生態(tài)系154155

Basicsofnutrientcycling

58Basicsofnutrientcycling

155156

生物小循環(huán)

59生物小循環(huán)

156一、生物地化循環(huán)的基本概念一、生物地化循環(huán)（biogeochemicalcycle）生態(tài)系統(tǒng)之間礦質化學元素的輸入和輸出，以及它們在生態(tài)系統(tǒng)內各生物之間、及在大氣圈、水圈、巖石圈之間，沿特定途徑往復流動和交換的過程（主要由G.E.Hutchinson1944和1950年提出）。一、生物地化循環(huán)的基本概念一、生物地化循環(huán)（biogeoch157二、生物地化循環(huán)基本術語

1）庫物質在環(huán)境中都存在一個或多個貯存場所，其數量大大超過結合在生物體中的數量，則稱這些貯存場所為庫。根據庫容量不同及各種營養(yǎng)在各庫中的滯留時間和流動速率的不同，可將庫分為兩種，即貯存庫和交換庫。（2）貯存庫庫容量大，元素在庫中滯留時間長，流動速度慢，多屬于非生物成分。二、生物地化循環(huán)基本術語

1）庫158二、生物地化循環(huán)基本術語

（3）交換庫庫容量小，元素在庫中滯留時間短，流動速度快，多屬于生物成分。（4）流通率 指物質在生態(tài)系統(tǒng)中單位時間、單位面積流通的數量。（5）流通量通常指物質在生態(tài)系統(tǒng)中單位時間、單位面積內通過營養(yǎng)物質的絕對值。二、生物地化循環(huán)基本術語

（3）交換庫159二、生物地化循環(huán)基本術語

（6）周轉率指物質在單位時間內出入一個庫的流通量占該庫中營養(yǎng)物質含量的比例。可用公式表示：周轉率＝流通量/庫中營養(yǎng)物質總量。（7）周轉期為周轉率的倒數，即周轉期＝庫中營養(yǎng)物質總量/流通量。（8）生物積累指生態(tài)系統(tǒng)中生物不斷進行新陳代謝的過程中，來自環(huán)境的元素或難分解的化合物在生物體內的濃縮系數不斷增加的現(xiàn)象。例如牡蠣因大量積累銅而患“綠色病”。了陸地環(huán)境中的生物積累速度較水域中的要慢；大型野生動物中生物積累的水平相對而言是較低的。二、生物地化循環(huán)基本術語

（6）周轉率160二、生物地化循環(huán)基本術語

（9）生物濃縮指生態(tài)系統(tǒng)中同一營養(yǎng)階層上的許多生物種群或生物個體，從周圍環(huán)境中蓄積某種元素或難分解的化合物，使生物體內該物質的濃度超過環(huán)境中濃度的現(xiàn)象，又稱生物富集。同種生物對不同物質的濃縮系數有很大差別，例如在相同生態(tài)條件下，褐藻對鉬的濃縮系數是11，而對鉛的濃縮系數是70000。（10）生物放大指在生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈上，高營養(yǎng)級生物以低營養(yǎng)級生物為食，某種元素或難分解化合物在生物機體內的濃度隨著營養(yǎng)級的升高而逐步增大的現(xiàn)象。二、生物地化循環(huán)基本術語

（9）生物濃縮161162

元素的性質：有的元素循環(huán)的速率快，而有的則比較慢，這是元素化學特性和被生物有機體利用的方式不同所決定的。如CO21年,N100萬年生物的生長速率：決定生物對物質吸收的速率以及物質在食物網中運動的速度(二)、影響物質循環(huán)速率的因素

65元素的性質：有的元素循環(huán)的速率快，而有的則比較慢，這是162163

有機物質腐爛的速率：適宜的環(huán)境有利于分解者的生存，并使有機體很快分解，供生物重新利用人類活動的影響：開墾農田和砍伐森林引起土壤礦物質的流失，影響物質循環(huán)速率化石燃燒把硫和二氧化硫釋放大氣中

（3）影響物質循環(huán)速率的因素

66有機物質腐爛的速率：適宜的環(huán)境有利于分解者的生存，并使163164

氣體型循環(huán)貯存庫是大氣和海洋有氣體形式的分子參與循環(huán)過程循環(huán)速度快，例如CO2、N2、O2等沉積型循環(huán)貯存庫是巖石、土壤和沉積物沒有氣體形式的分子參與循環(huán)過程循環(huán)速度慢，時間以千年計算，例如P、Ca、Mg等水循環(huán)水的全球循環(huán)過程生態(tài)系統(tǒng)中所有的物質循環(huán)都離不開水循環(huán)的推動三、生物地化循環(huán)的3種主要類型

67氣體型循環(huán)三、生物地化循環(huán)的3種主要類型

164

（1）水循環(huán)

沒有水的循環(huán)，就沒有生物地化循環(huán)，就沒有生態(tài)系統(tǒng)的功能。水循環(huán)是太陽能推動，在陸地、大氣和海洋間循環(huán)地表總水量：1.4×109km3，海洋約占97%（1）水循環(huán)

沒有水的循環(huán)，就沒有生物地化循環(huán)165166

TheHydrologicCycle(40)(71)(111)(385)(425)(40)×103km3TheHydrologicCycle69TheHydrolo