生态系统生态学.ppt

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1、阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-1,第五章 生态系统生态学,第一节 生态系统的一般特征第二节 生态系统的能量流动第三节 生态系统的物质循环第四节 生态系统的信息传递第五节 生态系统的服务功能第六节 生态系统的类型与分布,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-2,第一节 生态系统的一般特征,生态系统的概念 生态系统的组分 生态系统的结构 生态系统的功能,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-3,1.1 生态系统的概念,生态系统（ecosystem）：在一定空间内，生物群落与其环境之间通过物质循环和能量流动而形成的相互作

2、用、相互依存的统一整体。,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-4,系统（system）：相互作用、相互依赖的事物有规律地联合的集合体。由许多成分组成；各组分之间是相互联系、相互作用的；具有独立的、特定的功能。生态系统生态学（ecosystem ecology）：研究生态系统的组成要素、结构功能、发展演替以及人为影响与调控机制的生态科学。生物地理群落（biogeocoenosis）,1.1 生态系统的概念,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-5,生态系统的特征：空间结构：生态系统通常与特定的空间相联系；动态特性：生态系统有发生、发展的过程；自我

3、调控：具有负反馈机制，维持生态平衡；开放系统：与外界不断进行物质、能量交换。,1.1 生态系统的概念,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-6,1.2 生态系统的组分,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-7,1.2.1 非生物环境,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-8,生产者（producer）：是能利用简单的无机物制造有机物的自养生物（autotroph），主要是绿色植物，以及一些藻类、光合细菌。,1.2.2 生物组分,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-9,消费者（consumer）：直

4、接或间接依赖于生产者制造的有机物为食的异养生物（heterotroph）。根据食性分为植食动物、肉食动物、杂食动物、寄生动物、腐食动物。,1.2.2 生物组分,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-10,分解者（decomposer）：指利用动植物残体及其它有机物为食的异养生物，主要是真菌和细菌以及腐食性无脊椎动物。,1.2.2 生物组分,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-11,生态系统的结构：指构成生态系统的诸要素及其量比关系，各组分在时间、空间上的分布，以及各组分间的能量、物质、信息的流动途径与传递关系。,1.3 生态系统的结构,池塘生态

5、系统示意图,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-12,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-13,1.3 生态系统的结构,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-14,空间结构：分层现象，上层为光合作用层，其下为异养层或分解层。分层有利于生物充分利用阳光、水分、养料和空间。时间结构：短时间度量：昼夜变化、季节变化；中等时间度量：以群落演替为主要内容；长时间度量：以生态系统进化为主要内容。,1.3 生态系统的结构,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-15,营养结构：以营养（食物）关系为纽带，把生物与

6、生物、生物与环境紧密联系起来的结构。营养关系主要指食物链和食物网。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。营养级（trophic level）：处于食物链某一个环节上的所有生物种的总和。,1.3 生态系统的结构,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-16,1.3 生态系统的结构,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-17,食物链的类型：捕食食物链（grazing food chain）：绿色植物为起点到食草动物进而到食肉动物的食物链。,1.3 生态系

7、统的结构,植物食草动物食肉动物草原上：青草-野兔-狐狸-狼 湖泊中：藻类-甲壳类-小鱼-大鱼,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-18,1.3 生态系统的结构,碎屑食物链（detrital food chain）：动植物的遗体被食腐性生物（小型土壤动物、真菌、细菌）取食，然后到其捕食者的食物链。&植物残体蚯蚓线虫节肢动物,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-19,捕食食物链和碎屑食物链,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-20,寄生食物链（parasitic food chain）：以活的动植物有机体为营养源，以寄生

8、方式存在的食物链。多以大型动物为食物链的起点。哺乳动物或鸟类-跳蚤-原生动物-细菌-病毒。食物链的特点：同一食物链中，常有多种生物组成；同一生态系统中，常有多条食物链；不同生态系统中，各类食物链的比重不同；生态系统中，各类食物链总是协同起作用。,1.3 生态系统的结构,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-21,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-22,1.3 生态系统的结构,食物网（food web）：生态系统中多条食物链交织联结形成的网状结构。一种生物常以多种食物为食，而同一种食物 又常为多种消费者取食，于是食物链交错，多条食物链相联；食物

9、网不仅维持着生态系统的相对平衡，并 推动着生物的进化，成为自然界发展演变的 动力。,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-23,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-24,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-25,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-26,生态系统的基本功能：能量流动：生产者消费者分解者（单向）。物质循环：生物环境（双向）。信息传递：营养信息、化学信息、物理信息、行为信 息等，构成信息网。,1.4 生态系统的功能,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-27

10、,1.4 生态系统的功能,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-28,第二节 生态系统的能量流动,生态系统的初级生产 生态系统的次级生产 生态系统的物质分解 生态系统的能量流动,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-29,2.1 生态系统的初级生产,生物生产：生物有机体在能量代谢过程中，将物质、能量重新组合，形成新的生物产品的过程。,2.1.1 生物生产的有关概念,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-30,生产量（production）：单位时间单位空间的生态系统所生产的有机物质，或称生产力（productivity）（

11、g.m-2.a-1或J.m-2.a-1）。生物量（biomass）：某一时刻单位空间内积存的有机物质（g/m2或J/m2）。现存量：绿色植物初级生产量被植食动物取食及枯枝落叶掉落后所剩下的存活部分。,2.1.1 生物生产的有关概念,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-31,初级生产（primary production）：生态系统中绿色植物把太阳能转化为化学能、把无机物转化为有机物的过程。,2.1.2 初级生产的概念,+6H2O,12,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-32,总初级生产量：（gross primary production,

12、GPP）在单位面积、单位时间内，绿色植物生产的干物质或积累的能量。净初级生产量：（net primary production,NPP）单位面积、单位时间内总初级生产量减去呼吸消耗所剩余的数量。GPP=NPP+R NPP=GPP-R,2.1.2 初级生产的概念,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-33,初级生产力的分布特点：不同生态系统类型的初级生产力不同；陆地比水域的初级生产力总量大；陆地上初级生产力有随纬度增加逐渐降低的趋势；海洋中初级生产力由河口湾向大陆架和大洋区逐渐 降低；生态系统的初级生产力随群落的演替而变化；水体和陆地生态系统的生产力有垂直变化；初级生产力

13、随季节变化。,2.1.3 全球初级生产力的分布,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-34,地球上各种生态系统的净初级生产力,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-35,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-36,2.1.3 全球初级生产力的分布,地球陆地生态系统初级生产力的分布（gDW/m2a）,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-37,初级生产力的大小：生产力极低的区域：1000kcal/m2.a或者更少，如大部分海洋和荒漠。中等生产力区域：1000-10000kcal/m2.a，如草地、沿海

14、区域、深湖和一些农田。高生产力的区域：10000-20000kcal/m2.a或者更多，如大部分湿地生态系统、河口湾、泉水、珊瑚礁、热带雨林和精耕细作的农田、冲积平原上的植物群落等。,2.1.3 全球初级生产力的分布,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-38,Loomis 和Williams（1963）,2.1.4 初级生产的生产效率,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-39,初级生产效率：总初级生态效率一般在3%以下；精耕细作的农田较高，可能达到68%；土壤肥沃的地区总初级生产效率12%；贫瘠荒凉的地区只有0.1%；全球平均，总初级生产效率

15、0.20.5%。,2.1.4 初级生产的生产效率,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-40,2.1.5 初级生产量的限制因素,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-41,水分,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-42,温度,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-43,2.1.5 初级生产量的限制因素,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-44,营养,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-45,污染：破坏叶绿素结构，导致生产力下降，甚至使植物死亡，破

16、坏生态系统的结构。如含S、F的气体及重金属等。,CO2,硅藻,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-46,火,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-47,火,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-48,2.1.5 初级生产量的限制因素,水域生态系统：光 P=3.7RC/k P：浮游植物的净初级生产力，R：相对光合，k：光强度随水深度而减弱的衰变系数，C：水中的叶绿素含量。营养物质：N/P食草动物,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-49,收获量测定法：定期收割植物地上部分烘干至恒重，计算单位时间单

17、位面积的净初级生产量。,2.1.6 初级生产量的测定方法,O2测定法：黑白瓶法，测水体初级生产力。NPP=LB-IB，R=IB-DB，GPP=LB-DB,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-50,CO2测定法：用塑料罩罩住群落的一部分；测定进入和抽出的空气中CO2含量；透明罩测净初级生产量；暗罩测定呼吸量。叶绿素测定法：植物定期取样（过滤水样）；丙酮提取叶绿素；分光光度计测定叶绿素浓度；通过测定叶绿素含量计算初级生产量。,2.1.6 初级生产量的测定方法,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-51,放射性标记物测定法：以放射性14C碳酸盐，培养

18、浮游植物；过滤，测定放射活性，确定固定的碳量；用“暗呼吸”作校正。遥感（RS）技术：利用 RS 识别植被类型；建立遥感信息与实测数据间的数学模型；推算叶面积和净初级生产力。,2.1.6 初级生产量的测定方法,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-52,次级生产（secondary production）：生态系统中消费者利用初级生产的产品进行新陈代谢，经过同化作用形成自身物质的过程。,2.2 生态系统的次级生产,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-53,2.2.1 次级生产的一般模式,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5

19、-54,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-55,2.2.2 次级生产量的测定方法,用同化量A和呼吸量R，估计PP=A-R 用个体增重的部分Pg和繁殖后代的生物量 Pr，估计PP=Pg+Pr 根据生物量净变化B和死亡损失E，估计 PP=B+E,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-56,全球各类生态系统年次级生产量（Whittaker，1973）,2.2.3 全球次级生产量的分布,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-57,研究海洋生态系统次级生产的意义：海洋的初级生产量只有陆地的一半，但次 级生产量却比陆地高得多；海洋

20、植食动物的取食效率约为陆地动物的 5倍；对人类的未来而言，研究海洋次级生产量 具有重要的经济意义。,2.2.3 全球次级生产量的分布,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-58,分解作用（decomposition）：死有机物质逐步降解的过程，把复杂的有机物还原为简单的无机物，释放能量。,2.3 生态系统的物质分解,C6H12O6 6O2 6CO26H2O能量,资源分解的三个过程：碎裂（C）、异化（K）和淋溶（L）。影响物质分解的因素：分解者生物、资源质量和理化因素。,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-59,2.3.1 物质分解的过程,碎裂（

21、break down,C）：把有机残体、尸体分解为碎屑的过程。碎裂有生物因素也有物理因素的作用，如风化、解冻和干湿交替等；异化（degradation,K）：有机物在酶的作用下，经过生物化学过程，分解为单分子的物质或无机物；淋溶（leaching,L）：可溶性成分被水淋洗出来的过程，受前两个过程的影响。,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-60,2.3.1 物质分解的过程,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-61,微生物：细菌、真菌,2.3.2 分解者生物,营养方式：分泌胞外酶,丝状生长穿透入侵有机质深部,群体生长迅速布满表面微生境,阜阳师范

22、学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-62,动物：陆地生态系统：主要是食碎屑的无脊椎动物；小型：100m以下，不能碎裂枯枝落叶，属 粘附类型；中型：100m-2mm，调节微生物种群的大 小，处理和加工大型动物粪便；大型和巨型：2mm-20mm-,碎裂植物残叶和 翻动土壤，对分解和土壤结构有明显影响。,2.3.2 分解者生物,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-63,2.3.2 分解者生物,水生生态系统：碎裂者：以落入河流中的树叶为食；颗粒状有机物质搜集者：一类从沉积物中 搜集；另一类从水体中滤食有机颗粒；刮食者：其口器适应在石砾表面刮取藻类 和死有机物

23、；食草性动物：以藻类为食；捕食动物：以其他物脊椎动物为食,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-64,分解者：与种类组成有关。资源质量：物理、化学性质影响分解速率；物理性质：表面特性和机械结构；化学性质：随其化学组成而不同，单糖、半纤维、纤维素、木质素、酚类。物质的C/N：C:N比值最适为2530:1。植物中含N较低，N供应受到限制。,2.3.3 影响物质分解的因素,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-65,2.3.3 影响物质分解的因素,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-66,环境因素：高温、高湿 地区，分解 速率

24、高；低温干燥地 区，分解速 率低；分解速度随 纬度增高而 降低。,2.3.3 影响物质分解的因素,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-67,2.3.3 影响物质分解的因素,分解指数：K=IXK-分解指数，I-死有机物年输入总量，X-系统中死有机物质现存量。规律：热带雨林 最高温带草地 高于温带 阔叶林冻原最低,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-68,各类生态系统的生产和分解特点比较,2.3.3 影响物质分解的因素,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-69,建立和维持全球生态系统的动态平衡：通过矿化作用，使营养物质再

25、循环，为 生产者提丰富的供营养物质；维持大气中CO2的浓度；稳定和提高土壤有机质的含量，为碎屑 食物链提供物质基础；改善土壤物理性状、改造地球表面惰性 物质，降低污染物危害程度。,2.3.4 分解作用的意义,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-70,2.4 生态系统的能量流动,种群：个体食物链：物种生态系统：营养级,个体内能量流动的通用模式,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-71,2.4.1 热力学定律,热力学第一定律（能量守恒定律）：能量既不能创生，也不会消灭，只能按严格的当量比例由一种形式转变为另一种形式。生态系统中的能量转换和传递过程

26、，都可以根据热力学第一定律进行定量计算。热力学第二定律（熵律）：在能量传递和转化过程中，除了一部分传递和作功外，总有一部分以热的形式消散，使系统的熵增加。生态系统是开放系统，不断地与环境交换能量。通过光合同化，引入负熵；通过呼吸，把正熵值转出系统。,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-72,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-73,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-74,2.4.2 生态系统的能流途径,能流途径：食物链和食物网；能量流动以食物链为主线，将绿色植物与 消费者之间能量代谢的过程有机地联系起 来。捕食食物

27、链的每一个环节上都有一定的代 谢产物进入到腐屑食物链中，从而把两类 主要的食物链联系起来。,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-75,2.4.3 能量流动的生态效率,生态效率（ecological efficiency）：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。能量参数：摄取量（I）：生物摄取的能量同化量（A）：生物吸收、固定的能量呼吸量（R）：生物呼吸等活动消耗的能量生产量（P）：生物积累的能量,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-76,几种重要的生态效率：同化效率（assimilation efficiency）：Ae

28、=An/In肉食动物的同化效率高于植食动物。生产效率（production efficiency）：Pe=Pn/An营养级越高，生长效率越低。消费效率（consumption efficiency）：Ce=In+1/Pn量度相对取食压力，一般2035%。利用效率（use efficiency）：Le=An+1/Pn前一营养级的净生产量被后一营养级同化多少。,2.4.3 能量流动的生态效率,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-77,2.4.3 能量流动的生态效率,林德曼效率（Lindemans efficiency）：Le=In+1/Inn+1营养级所获得的能量占n营养

29、级所获得的能量之比。林德曼定律（十分之一定律）：能量沿营养级传递时，逐级变小，后一营养级只能是前一营养级能量的十分之一左右。,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-78,生态金字塔（ecological pyramid）：营养级之间的数量关系；数量关系可采用生物量、能量和个体数量 单位来表示。生态系统中，能量通过营养级逐级减少，把通过各营养级的能流由低到高排列，呈现金字塔形分布，称为能量金字塔，与数量金字塔、生物量金字塔合称为生态金字塔。,2.4.4 生态金字塔,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-79,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章

30、 生态系统生态学,5-80,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-81,生物量金字塔以相同单位面积上生产者和各级消费者的生物量即生命物质总量建立的金字塔。对陆地、浅水生态系统中比较典型，因为生产者是大型的，所以塔基比较大，金字塔比较规则。,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-82,生物量金字塔湖泊和开旷海洋，第一性生产者主要为微型藻类，生活周期短，繁殖迅速，大量被植食动物取食利用，在任何时间它的现存量很低，导致这些生态系统的生物量金字塔呈倒金字塔形。,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-83,能量金字塔比较直观地表明了

31、营养级之间的依赖关系，不受个体大小、组成和代谢速率的影响，可以较准确地说明能量传递的效率和系统的功能特点。,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-84,研究生态金字塔的意义：生态金字塔直观地解释了各种生物的多少 和比例关系；对提高生态效率和改善营养结构，获得更 多的生物产品有指导意义；人类的食物结构，以素食为主，利用生物 能量是最经济的形式。,2.4.4 生态金字塔,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-85,2.4.5 生态系统的能流分析,食物链层次上的能流分析,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-86,阜阳师范学院生

32、命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-87,生态系统层次上的能流分析,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-88,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-89,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-90,2.4.6 分解者和消费者在能流中的相对作用,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-91,第三节 生态系统的物质循环,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-92,生态系统中的能量流与物质流特征的比较,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-93,

33、生物地球化学循环（biogeochemical cycle）：矿物元素在生态系统之间的输入和输出，它们在大气圈、水圈、岩石圈之间以及生物之间的流动和交换称为生物地化循环，即物质循环。生物小循环（biological cycle）：环境中元素经生物吸收，在生态系统中被相继利用，然后经过分解者的作用再为产者吸收、利用。,3.1 物质循环的一般特征,3.1.1 物质循环的有关概念,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-94,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-95,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-96,库（pool）：物

34、质在运动过程中被暂时固定、储存的场所，或贮存一定数量元素的某种生态系统组分。生态系统中各组分都是物质循环的库；植物库、动物库、土壤库、水体库等。,3.1.1 物质循环的有关概念,储存库（reservoir pool）：容积大，物质交换慢，一般为环境组分。交换库（exchange pool）：容积小，物质交换快，一般为生物组分。,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-97,流通率或通量率（flux rate）：单位时间、单位面积/体积的物质转移量（流入或流出）。周转率或循环率（turnover rate）：流通率/库中营养物质总量；R=FO/S，R=FI/S 周转时间或周

35、转期（turnover time）：库中营养物质总量/流通率；T=1/R,3.1.1 物质循环的有关概念,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-98,3.1.1 物质循环的有关概念,物质在库间的流通：流通率、周转率与周转时间是相对于库而言的。生产者库：流通率：20单位/天周转率：20/100=20%周转时间：100/20=5天消费者库：流通率：4单位/天；周转率：4/50=8%；周转时间：50/4=12.5天,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-99,物质在生态系统中循环往复，可以重复利用 物质循环与能量流动不可分隔，物质是能流 的载体 物质循

36、环的生物富集效应 生态系统对物质循环有一定的自我调节能力 生物是物质循环的动力，调节物质在生态系 统内的分配 各种物质循环过程相互联系，不可分隔,3.1.2 物质循环的特点,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-100,3.1.3 物质循环的类型,气体型循环（gaseous cycle）：主要贮存库是大气和海洋；有气体形式的分子参与循环过程；循环速度快，具有全球性特点。沉积型循环（sedimentary type）：主要贮存库是岩石和土壤；没有气体形式的分子参与循环过程；循环比较缓慢。水循环（water cycle）：物质循环都离不开水循环的推动。,阜阳师范学院生命科学

37、学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-101,水循环是太阳能推动，在陆地、大气和海洋间循环。地表总水量1.4109 km3，海洋约占97%。储存库（km3）：海洋：1.35109 冰盖：2.9107 地下水：8.2106 土壤：1.0105 湖泊河流：1.0105 大气：1.3104生物：1.0103流通率（km3/a）：陆地：蒸发（蒸腾）71000，降水111000，径 流40000；海洋：蒸发425000，降水385000。,3.2 水循环,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-102,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-103,阜阳师

38、范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-104,人类活动对水循环的影响：环境污染恶化水质；改变自然库容，影响降水分布；过度利用地下水，加重水危机；干旱半干旱地区的植被破坏，加速荒漠化进程。,3.2 水循环,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-105,3.3 碳循环,碳的重要性：生命元素、能量流动；碳库：海洋（3.81019gC）、大气（7.51017gC）和陆地植物（5.61017gC）。碳的存在形式：CO2，无机盐，有机碳；主要循环过程：生物的同化和异化过程；大气和海洋间的CO2交换；碳酸盐的沉淀作用。人类活动对碳循环造成严重影响，是引起气候变化的主

39、要原因。,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-106,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-107,化石燃料6.0+植被破坏0.9=大气3.2+海洋2.0+1.7where?,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-108,氮的重要性：蛋白质组分，生物结构的原料；氮库：大气（3.91021gN）；土壤（3.51015gN）；陆地植物（951401015gN）。生物可利用的氮的形式：NO32-、NO22-、NH4+；氮循环的主要过程：固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用。,3.4 氮循环,阜阳师范学院生命科学学院,生态学

40、 第五章 生态系统生态学,5-109,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-110,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-111,生态系统中氮循环,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-112,3.4 氮循环,固氮作用：类型：闪电、宇宙射线、火山爆发等高能固氮；工业固氮：400摄氏度，200大气压下；生物固氮：固氮菌、与豆科植物共生的根瘤 菌和蓝藻等自养和异养微生物。意义：平衡反硝化作用；对局域缺氮环境有重要意义；使氮进入生物循环。,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-113,3.4 氮循环,氨化

41、作用：由氨化细菌和真菌的作用将有机氮分解成为氨和氨化合物，氨溶水成为NH4+，为植物利用。硝化作用：在通气良好的土壤中，氨化合物被亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，供植物吸收利用。反硝化作用：反硝化细菌将亚硝酸盐转变成氮气，回到大气库中。,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-114,典型的沉积循环、不完全的循环。储存库：以不活跃的地壳作为主要贮存库。磷的循环过程：岩石经土壤风化释放的磷酸盐和农田施用的磷肥，被植物吸收进入植物体内；沿食物链传递，以粪便、残体或直接以枯枝落叶、秸秆归还土壤；含磷有机化合物经土壤微生物的分解，转变为可溶 性的磷酸盐，可再次供给

42、植物吸收利用；一部分磷脱离生物小循环进入地质大循环。,3.5 磷循环,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-115,Phosphate leaches from phosphate-rich rocks or from fertilizers and enters plants and other producers where it is incorporated into biological molecules.These are passed through the trophic levels.,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-1

43、16,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-117,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-118,既是气体型循环，也是沉积型循环。储存库：主要是地壳。硫从陆地进入大气的途径：化石燃料燃烧、沙尘、火山爆发、陆地生态 系统释放。硫在大气的停留时间较短，在对流层几天，在平流层1-2年。,3.6 硫循环,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-119,The global sulfur cycle.Each flux is shown in units of 1012gS/yr.(From Schlesinger1997.),阜阳师

44、范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-120,汞的储存库：地壳汞进入生命系统的途径：岩石风化、火山爆发等；人类开采、冶炼等活动。,3.7 有毒有害物质的循环,汞循环,日本水俣病：含Hg废气废渣排入水俣湾食物链甲基汞慢性中毒1953年开始发病螃蟹24ppm，人肾14ppm，鱼的允许水平0.5ppm,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-121,3.8.1 碳循环与温室效应,温室效应（greenhouse effect）：大气中对长波辐射具有屏蔽作用的温室气体浓度增加使较多的辐射能被截留在地球表层而导致温度上升。,3.8 物质循环与环境问题,阜阳师范学院生

45、命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-122,Incoming sunlight warms the surface of the Earth and is radiated back to atmosphere.Greenhouse gases absorb some of this heat,trapping it in the atmosphere.,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-123,3.8.1 碳循环与温室效应,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-124,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5

46、-125,CO2 has increased from its pre-industrial leveldata:recent records plus older data such as ice coresmostly fossil fuel burning,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-126,3.8.2 氮磷循环与水体富营养化,水体富营养化：天然水体中由于过量营养物质（主要是氮、磷等）的排入，引起藻类等水生生物异常繁殖和生长的现象。,水体富营养化的危害：挤压其他水生生物生存空间；产生有毒物质毒害其他生物；死亡分解消耗大量O2，产生CH4、H2S等 物质，

47、恶化水质。,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-127,水华,蓝藻、绿藻、硅藻,3.8.2 氮磷循环与水体富营养化,赤潮,藻类、原生动物、细菌,富营养化：总P20mg/m3 无机N300mg/m3,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-128,酸雨：pH5.6的大气降水。SO2 H2SO4NOx HNO3,3.8.3 硫氮循环与酸雨,H2O,SO2排放：全球1.47亿t/a，70%来自燃煤；中国0.15亿t/a，1.6t/km2，超过全球的 平均负荷（1.0t/km2）。,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-129,阜

48、阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-130,The most acidic rain is concentrated in the northeast,but thousands of lakes in the west are also vulnerable.,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-131,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-132,3.8.4 有毒物质的生物富集,生物富集（bio-magnification）：沿着食物链，某种元素或化合物在生物体内积累，并随 营养级越高而浓度越大的现象。生物放大生物浓

49、缩,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-133,第四节 生态系统的信息传递,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-134,信息（information）：社会学：人类共享的一切知识以及从客观事物中提炼出来的各种消息。生态学：引起生物的生理、生化和行为变化的信号。,4.1 信息的概念与特征,信息传递是生态系统的三大基本功能之一,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-135,信息的主要特征：普遍性：广泛存在于人类社会和自然界；传扩性：通过传播扩大信息的覆盖面；永续性：取之不尽、用之不竭；时效性：经常实践不断捕捉新的信息；分享

50、性：交换、相互补充、共享；转化性：有效利用，转化成人力、财力。,4.1 信息的概念与特征,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-136,生态系统中信息的类型：物理信息：光、声、色、磁等物理信息对生物的生长发育、繁殖、行为有重要影响。,4.2 生态系统中的信息,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-137,化学信息：生物在代谢活动中分泌的具有调节生物的生长、发育、繁殖等功能的次生物质，称为信息素。,4.2 生态系统中的信息,胜红蓟防治病虫草害,阜阳师范学院生命科学学院,生态学 第五章 生态系统生态学,5-138,行为信息：生物通过特殊行为传递的信息