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1、第四节 生态系统第1页，本讲稿共10页在一定地域内，生物与环境所形成的统一的整体叫生态系统。生态系统的范围可大可小，相互交错，最大的生态系统是生物圈；最为复杂的生态系统是热带雨林生态系统，人类主要生活在以城市和农田为主的人工生态系统中。第2页，本讲稿共10页（1）生态系统的水平结构 生态系统的水平结构是指在一定生态区域内生物类群在水平空间上的组合与分布。在不同的地理环境条件下，受地形、水文、土壤、气候等环境因子的综合影响，植物在地面上的分布并非是均匀的。有的地段种类多、植被盖度大的地段动物种类也相应多，反之则少。这种生物成分的区域分布差异性直接体现在景观类型的变化上，形成了所谓的带状分布、同心
2、圆式分布或块状镶嵌分布等的景观格局。例如，地处北京西郊的百家疃村，其地貌类型为一山前洪积扇，从山地到洪积扇中上部再到扇缘地带，随着土壤、水分等因素的梯度变化，农业生态系统的水平结构表现出规律性变化。山地以人工生态林为主，有油松、侧柏、元宝枫等。洪积扇上部为旱生灌草丛及零星分布的杏、枣树。洪积扇中部为果园，有苹果、桃、樱桃等。洪积扇的下部为乡村居民点，洪积扇扇缘及交接洼地主要是蔬菜地、苗圃和水稻田。生态系统内容垂直结构以农业生态系统为例。作物群体在垂直空间上的组合与分布，分为地上结构与地下结构两部分。地上部分主要研究复合群体茎枝叶在空间的合理分布以求得群体最大限度地利用光、热、水、大气资源。地下
3、部分主要研究复合群体根系在土壤中的合理分布，以求得土壤水分、养分的合理利用，达到“种间互利，用养结合”的目的。（3）生态系统的时间结构 3、营养结构 营养结构是指生态系统中生物与生物之间，生产者、消费者和分解者之间以食物营养为纽带所形成的食物链和食物网，它是构成物质循环和能量转化的主要途径。（1）食物链 植物所固定的能量通过一系列的取食和被取食的关系在生态系统中传递，我们把生物之间存在的这种传递关系称之为食物链。即所谓食物链，就是一种生物以另一种生物为食，彼此形成一个以食物连接起来的链锁关系。受能量传递效率的限制，食物链一般45个环节，最少3个。但也有例外的时候，比如我国的蛇岛，曾出现过7个环
4、节“花蜜飞虫蜻蜓蜘蛛小鸟蝮蛇老鹰”，但这种情况是极为特殊的。食物链主要可分为两类，一种是以活体为起点的，称之为牧食食物链；另一种是以死体为起点的，称之为碎屑食物链。（2）食物网 在生态系统中，生物之间实际的取食与被取食的关系，并不像食物链所表达的那样简单，通常是一种生物被多种生物食用，同时也食用多种其他生物。这种情况下，在生态系统中的生物成分之间通过能量传递关系，存在着一种错综复杂的普遍联系，这种联系像是一个无形的网，把所有的生物都包括在内，使它们彼此之间都有着某种直接或间接的关系。像这样，在一个生态系统中，食物关系往往很复杂，各种食物链互相交错，形成的就是食物网（图2-1）。生态系统是开放系
5、统，为了维系自身的稳定，生态系统需要不断输入能量，否则就有崩溃的危险；许多基础物质在生态系统中不断循环，其中碳循环与全球温室效应密切相关，生态系统是生态学领域的一个主要结构和功能单位，属于生态学研究的最高层次。生态功能:1、能量流动 能量流动指生态系统中能量输入、传递、转化和丧失的过程。能量流动是生态系统的重要功能，在生态系统中，生物与环境，生物与生物间的密切联系，可以通过能量流动来实现。2、物质循环 态系统的能量流动推动着各种物质在生物群落与无机环境间循环。这里的物质包括组成生物体的基础元素：碳、氮、硫、磷，以及以DDT为代表的，能长时间稳定存在的有毒物质；这里的生态系统也并非家门口的一个小
6、水池，而是整个生物圈，其原因是气态循环和水体循环具有全球性，一个例子是2008年5月，科学家曾在南极企鹅的皮下脂肪内检测到了脂溶性的农药DDT，19这些DDT就是通过全球性的生物地球化学循环，从遥远的文明社会进入企鹅体内的。按循环途径分类 气体型循环（gaseous cycles）元素以气态的形式在大气中循环即为气体型循环，又称“气态循环”，气态循环把大气和海洋紧密连接起来，具有全球性。碳-氧循环和氮循环以气态循环为主。水循环（water cycle）水循环是指大自然的水通过蒸发，植物蒸腾，水汽输送，降水，地表径流，下渗，地下径流等环节，在水圈，大气圈，岩石圈，生物圈中进行连续运动的过程。水循
7、环是生态系统的重要过程，是所有物质进行循环的必要条件。沉积型循环沉积型循环发生在岩石圈，元素以沉积物的形式通过岩石的风化作用和沉积物本身的分解作用转变成生态系统可用的物质，沉积循环是缓慢的、非全球性的、不显著的循环。沉积循环以硫、磷、碘为代表，还包括硅以及碱金属元素。第3页，本讲稿共10页1、组分结构 组分结构是指生态系统中由不同生物类型或品种以及它们之间不同的数量组合关系所构成的系统结构。组分解构中主要讨论的是生物群落的种类组成及各组分之间的量比关系，生物种群是构成生态系统的基本单元，不同物种（或类群）以及它们之间不同的量比关系，构成了生态系统的基本特征。例如，平原地区的“粮、猪、沼”系统和
8、山区的“林、草、畜”系统，由于物种结构的不同，形成功能及特征各不相同的生态系统。即使物种类型相同，但各物种类型所占比重不同，也会产生不同的功能。此外，环境构成要素及状况也属于组分结构。第4页，本讲稿共10页2、时空结构是指各种生物成分或群落在空间上和时间上的不同配置和形态变化特征，包括水平分布上的镶嵌性、垂直分布上的成层性和时间上的发展演替特征，即水平结构、垂直结构和时空分布格局。时空结构也称形态结构，第5页，本讲稿共10页（2）生态系统的垂直结构 生态系统的垂直结构包括不同类型生态系统在海拔高度不同的生境上的垂直分布和生态系统内部不同类型物种及不同个体的垂直分层两个方面。随着海拔高度的变化，
9、生物类型出现有规律的垂直分层现象，这是由于生物生存的生态环境因素发生变化的缘故。如川西高原，自谷底向上，其植被和土壤依次为：灌丛草原棕褐土，灌丛草甸棕毡土，亚高山草甸黑毡土，高山草甸草毡土。由于山地海拔高度的不同，光、热、水、土等太太因子发生有规律的垂直变化，从而影响了农、林、牧各业的生产和布局，形成了独具特色地的立体农业生态系统。第6页，本讲稿共10页（1）生态系统的水平结构 生态系统的水平结构是指在一定生态区域内生物类群在水平空间上的组合与分布。在不同的地理环境条件下，受地形、水文、土壤、气候等环境因子的综合影响，植物在地面上的分布并非是均匀的。有的地段种类多、植被盖度大的地段动物种类也相
10、应多，反之则少。这种生物成分的区域分布差异性直接体现在景观类型的变化上，形成了所谓的带状分布、同心圆式分布或块状镶嵌分布等的景观格局。例如，地处北京西郊的百家疃村，其地貌类型为一山前洪积扇，从山地到洪积扇中上部再到扇缘地带，随着土壤、水分等因素的梯度变化，农业生态系统的水平结构表现出规律性变化。山地以人工生态林为主，有油松、侧柏、元宝枫等。洪积扇上部为旱生灌草丛及零星分布的杏、枣树。洪积扇中部为果园，有苹果、桃、樱桃等。洪积扇的下部为乡村居民点，洪积扇扇缘及交接洼地主要是蔬菜地、苗圃和水稻田。生态系统内容垂直结构以农业生态系统为例。作物群体在垂直空间上的组合与分布，分为地上结构与地下结构两部分
11、。地上部分主要研究复合群体茎枝叶在空间的合理分布以求得群体最大限度地利用光、热、水、大气资源。地下部分主要研究复合群体根系在土壤中的合理分布，以求得土壤水分、养分的合理利用，达到“种间互利，用养结合”的目的。（3）生态系统的时间结构 3、营养结构 营养结构是指生态系统中生物与生物之间，生产者、消费者和分解者之间以食物营养为纽带所形成的食物链和食物网，它是构成物质循环和能量转化的主要途径。（1）食物链 植物所固定的能量通过一系列的取食和被取食的关系在生态系统中传递，我们把生物之间存在的这种传递关系称之为食物链。即所谓食物链，就是一种生物以另一种生物为食，彼此形成一个以食物连接起来的链锁关系。受能
12、量传递效率的限制，食物链一般45个环节，最少3个。但也有例外的时候，比如我国的蛇岛，曾出现过7个环节“花蜜飞虫蜻蜓蜘蛛小鸟蝮蛇老鹰”，但这种情况是极为特殊的。食物链主要可分为两类，一种是以活体为起点的，称之为牧食食物链；另一种是以死体为起点的，称之为碎屑食物链。（2）食物网 在生态系统中，生物之间实际的取食与被取食的关系，并不像食物链所表达的那样简单，通常是一种生物被多种生物食用，同时也食用多种其他生物。这种情况下，在生态系统中的生物成分之间通过能量传递关系，存在着一种错综复杂的普遍联系，这种联系像是一个无形的网，把所有的生物都包括在内，使它们彼此之间都有着某种直接或间接的关系。像这样，在一个
13、生态系统中，食物关系往往很复杂，各种食物链互相交错，形成的就是食物网（图2-1）。图2-1草原生态系统食物网 食物网越复杂，生态系统抵抗外力干扰的能力就会越强，反之，越弱。例如，苔原生态系统是地球上最耐寒也最简单的生态系统之一，它是由“地衣驯鹿人”组成的食物链所构成的。但众所周知，地衣对二氧化硫的含量非常敏感，如果一旦地衣遭到破坏，那么苔原生态系统就会崩溃。可如果消失的地衣是存在与热带雨林生态系统中，那么虽然也会对生态系统的稳定性和功能造成一定的影响，但不会是毁灭性的。综上所述，研究食物链和食物网的组成及其量的调节，是十分重要的，首先，可以带来很大的经济价值。例如鱼类和野生动物的保护，就必须明
14、确该回家内动物、植物间的营养关系，而且还应注意食物链中量的调节，才能使该项目自然资源获得稳定和保存，否则会破坏自然界的平衡与协调，使该地区的生物群落发生改变，对社会经济产生严重影响。其次，物质流在食物链中有一个突出特性，即生物富集作用。某些自然界不能降解的重金属元素或其它有毒物质，在环境中的起始浓度并不高，但经过食物链逐渐富集进入人体后，可能提高到数百倍甚至数百万倍。生态系统是开放系统，为了维系自身的稳定，生态系统需要不断输入能量，否则就有崩溃的危险；许多基础物质在生态系统中不断循环，其中碳循环与全球温室效应密切相关，生态系统是生态学领域的一个主要结构和功能单位，属于生态学研究的最高层次。生态
15、功能:1、能量流动 能量流动指生态系统中能量输入、传递、转化和丧失的过程。能量流动是生态系统的重要功能，在生态系统中，生物与环境，生物与生物间的密切联系，可以通过能量流动来实现。2、物质循环 态系统的能量流动推动着各种物质在生物群落与无机环境间循环。这里的物质包括组成生物体的基础元素：碳、氮、硫、磷，以及以DDT为代表的，能长时间稳定存在的有毒物质；这里的生态系统也并非家门口的一个小水池，而是整个生物圈，其原因是气态循环和水体循环具有全球性，一个例子是2008年5月，科学家曾在南极企鹅的皮下脂肪内检测到了脂溶性的农药DDT，19这些DDT就是通过全球性的生物地球化学循环，从遥远的文明社会进入企
16、鹅体内的。按循环途径分类 气体型循环（gaseous cycles）元素以气态的形式在大气中循环即为气体型循环，又称“气态循环”，气态循环把大气和海洋紧密连接起来，具有全球性。碳-氧循环和氮循环以气态循环为主。水循环（water cycle）水循环是指大自然的水通过蒸发，植物蒸腾，水汽输送，降水，地表径流，下渗，地下径流等环节，在水圈，大气圈，岩石圈，生物圈中进行连续运动的过程。水循环是生态系统的重要过程，是所有物质进行循环的必要条件。沉积型循环沉积型循环发生在岩石圈，元素以沉积物的形式通过岩石的风化作用和沉积物本身的分解作用转变成生态系统可用的物质，沉积循环是缓慢的、非全球性的、不显著的循环。沉积循环以硫、磷、碘为代表，还包括硅以及碱金属元素。第7页，本讲稿共10页第8页，本讲稿共10页第9页，本讲稿共10页第10页，本讲稿共10页