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1、第四节 生态系统的信息流动,一、信息流的概念与分类,生态系统的功能整体性除体现在生物生产过程,能量流动和物质循环等方面外,还表现在系统中各生命成分之间存在着信息传递,习惯上称为信息流(Information flow);一般将可以传播的消息、情报、指令、数据与信号等称作信息（information）信息分为两大类:物理信息:以物理过程为传递形式的信息;化学信息:生物代谢产生的一些化学物质,尤其是各种腺体分泌的各类激素等均属传递信息的化学物质.,二、生态系统信息的特点及流动环节,1.生态系统信息的特点:(1)多样性：a 化学通讯信息流：b 机械通讯信息流：c 辐射通讯信息流：(2)信息通讯的复杂
2、性：不同方式；距离长短；信道.(3)信息类型多,贮存量大.生命物质信息;非生命物质信息.人们发现每个物种遗传密码中都有大约100万到100亿比特的信息,都是几百万年进化过程中形成的.,2.生态系统信息处理的过程是一个复杂的过程:a 信息流动过程总是涉及到生产者、消费者和分解者亚系统，每个亚系统又包含着更多的系统；b 信息在流动过程中不断发生着复杂的信息交流和转换。归纳起来有以下基本的过程：（1）信息的产生：是一个自然的过程。（2）信息的获取：是指信息的感知和信息的识别。（3）信息的传递：包括信息的发送处理、传输处理和接收处理等过程环节。,信源,发信器官,信道,接受器官,加工/再生信息,信宿（收
3、信者）,发送信息,传递信号,传递信号,接受信息,信息传递系统模型,信道（Channel）：是连接发送端与接收端的信息媒介。传递的信号通过此媒介从一个有机体到另一个有机体；从这一种群到另一种群；从一个群落进入另一个群落。空气、水域、导线、光纤维等都是一些典型的信道。一个信息的传递有时仅通过一种信道，而有时要经过多种信道。,（4）信息的处理系统（Information processing systems）是指为了不同目的而实施的对信息进行的加工和变换：浅层的信息处理：对信息的形式化所作的处理；深层的信息处理：考虑全信息的因素。（5）信息再生（regeneration）：是利用已有的信息来产生信息
4、的过程。它在整个信息过程中起着十分重要的作用；它是一个由客观信息转变为主观信息的过程。（6）信息施效：使信息发挥作用，这是研究整个信息过程的目的。,生命系统的信息观,细胞生命系统（细胞内部信息流）例：DNAmRNA蛋白质,生命系统的信息观,细胞生命系统（接受外界信息）,生态系统（1）个体从获取环境信息以保证自己的生存活动的需要（定位、方向、感光、测温、化学感受、磁场感应等）。,蝙蝠的回声定位与雷达（超声波）,海豚的回声定位,鸟迁徙行为中对方向的判断（太阳）,鸽子喙部发现感应磁场器官 识途靠地磁导航,苍蝇的平衡棒和运载火箭（振动陀螺仪）,一只小小的苍蝇可以一气飞行好几个小时，速度高达20公里小时
5、。它还有垂直升降、急速调头、空中悬停、隐身潜伏和微波信息收发等绝招儿。平衡棒可以调节翅膀的运动力向，是身体平衡度的一个导航仪。苍蝇飞行时，平衡棒以一定的频率进行机械振动。当苍蝇飞行出现倾斜或偏离航向时，平衡棒的振动就会随之发生变化，并且把这种变化信息及时传递给蝇脑。苍蝇会按新的指令调整身体的姿态和航向。,蛇的热感受器与导弹（红外线感受器）,(2)种群内不同个体之间进行合作或竞争所进行的信息传递。（求偶、繁殖、觅食、抵抗侵略、社会行为等）.,求偶行为,发光 萤火虫发出的萤光是一种求偶信号，以此与异性取得联系。但这种信号往往被第三者狼蛛非法利用，结果双双被捕，成了爱情的牺牲品。,求偶行为,鸣叫 以
6、嘹亮的鸣声呼唤配偶的动物较多，其中有些只是简单的鸣叫，如蝉类。有些鸟类则伴有炫耀歌喉或滔滔不绝地“表白”。这种方式也容易暴露目标。,黄斑黑蟋蟀,激素诱导（信息素）这是最安全的求偶密码，多见于昆虫。如雌蝗在远处的草丛中分泌一种特殊的激素，雄蝗头上的一对触角像电视接收天线一样，能准确无误地接收到这种信号，及时飞来，喜从天降，巧结良缘。,昆虫性信息素 防治病虫害,信息素主要有性信息素、聚集素、告警素、追踪素等,警戒与防卫,1.阳光与植物间的信息；2.植物与植物间的信息；3.植物与动物间的信息.,植物与植物间的信息传递,指植物产生的次生代谢物质在植物生长过程中，通过信息抑制其他植物的生长、发育并加以排
7、除的现象，常称为异株克生现象。,植物与植物间的信息传递,黄瓜中某些品系在化学物质的信息作用下，可以阻止87左右的杂草生长，维持其在农田生态系统中的优势。有时发生在同一个物种之内。在这些植物的早期生长中，这种毒素可能降低同一物种幼小个体的成活力。然而，当这种毒素在土壤中积累时，它们就能使植物自身死亡，减少生态系统内部空间的拥挤。例如桉树。,植物与植物间的信息传递,在寄生植物和寄主植物之间，还表现有另一种不同的情况。黄独脚金（Striga hermonthica）是玄参科植物，寄生于甘蔗、玉米或棉花上。向日葵列当（Orobanche cumana）是列当科植物，寄生于向日葵、蚕豆、烟草等植物上。这
8、些寄生植物的种子细小如尘埃，随风扩散，它们并非在任何地方都可以发芽。而只有在接收到寄主植物根部分泌物的信号后，才萌动、发芽；若接收不到寄主植物的这种信息，寄生植物种子在土壤中呆上10年也不丧失其发芽的能力。后来分析出这种信息物是一种具有两个内酯的萜类化合物独脚金酚（strigol）。在合适的条件下，110-6moll-1的浓度就能促使50的黄独脚金种子发芽。,植物与动物间的信息传递 植物和动物不同，它们是不会走动的，给人们表面的印象似乎只能呆在那里等待被吃掉。植物遭受昆虫和其他植食动物的侵袭和吞食，这是最糟的结局。然而，事实并非如此。植物决不是软弱无能，处于完全被动受害的地位，而是通过形态、生
9、理生化等各个方面，采取了多种行之有效的手段来保卫着自己。发现植物作为信息源对植食动物发出的种种信息。植物在千百万年进化中，形成了一道道防线，发出不同信号，确立了许多防御机制，以便保卫自己免受侵袭和吞食。,第五节 自然生态系统,1 生态系统格局2 森林生态系统3 草原生态系统4 荒漠和苔原生态系统5 湿地生态系统6 水域生态系统7 生物资源的科学管理,1.生态系统类型及分布,陆地生态系统,湿地生态系统：,水域生态系统,森林生态系统,草地生态系统,荒漠生态系统,苔原生态系统,海洋生态系统,淡水生态系统,陆地和水域的过渡类型,热带雨林生态系统,常绿阔叶林生态系统,落叶阔叶林生态系统,常绿落叶阔叶混交
10、林生态系统,针叶林生态系统,草甸草原生态系统,典型草原生态系统,荒漠草原生态系统,1 自然生态系统格局,2.陆地生态系统的分布规律,(1)纬度地带性,由于太阳高度角及其季节变化因纬度而不同，太阳辐射量及与其相关的热量也因纬度而异，从赤道向两极温度递减。由于热量沿纬度变化，出现群落和生态系统类型的有规律更替，如从赤道向北极依次出现热带雨林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、北方针叶林与苔原。,(2)经度地带性,在北美和欧亚大陆，由于海陆分布格局与大气环流特点，水分梯度常沿经向变化，因而导致群落和生态系统经向分异，即由沿海湿润区的森林，经半干旱的草原至干旱的荒漠。与纬度地带性表现的自然规律不同，经度地带性是
11、局部大陆的自然地理现象。,(3)垂直高度地带性,海拔高度每升高100米，气温下降0.4-0.6，降水最初随高度增加而增加，超过一定高度增加而降低。由于海拔高度的变化，常引起群落和生态系统有规律的更替。表现垂直带谱：山地季雨林、山地常绿阔叶林、落叶阔叶林、针阔混交林、针叶林、高山矮曲林、高山草原与高山草甸、高山永久冻土带。,青藏高原的高寒植被与一般的山地植被相比具有什么特点？,2 森林生态系统,森林生态系统的分布规律森林生态系统的主要特征森林生态系统的功能我国的森林资源现状,1.森林生态系统分布规律,2.森林生态系统的主要特征,生物种类多、结构复杂；系统稳定性高；物质循环的封闭程度高；生产效力高
12、。,3.森林生态系统的功能,具有综合的环境效益；调节气候；涵养水源，保持水土；作为生物遗传资源库。,4.我国的森林资源现状,我国森林生态系统的主要问题森林生态系统比例小，地理分布不均匀；森林生态系统生物群落结构发生变化，系统自身调节能力下降；恢复和重建速度慢.森林生态系统破坏的生态危害：促进沙漠化的过程；对大气化学产生影响；引起气候变化、增加自然灾害发生的频率.我国森林生态系统恢复和重建对策：加快森林生态战略工程的建设，增大比例、改变格局；积极推广农林复合生态系统的建设；尽快建立南方用材林基地；加强科学管理，发挥现有森林综合效益潜力.,3 草原生态系统,草原生态系统的类型和特点草原生态环境现状
13、草原生态环境恶化的原因恢复和保护对策,1.草原生态系统的类型和特点,草原生态系统的类型 降水减少 降水增加 荒漠草原 典型草原 原草甸草原 辐射量增加 辐射量减少草原生态系统的特点草原生态系统中生产者的主体是禾本科、豆科和菊科等草本植物，优势植物以丛生禾本科为主。垂直结构通常分为三层：草本层、地面层和根层。气候（温度）对草原植物有明显的影响。草原生态系统中的初级消费者有适于奔跑的大型草食动物、穴居的啮齿动物以及小型的昆虫等；食肉动物有狼、狐、鼬、猛禽等。初级生产量在所有的陆地生态系统中居中等或中等偏下水平。,2.草原生态环境现状,20世纪60年代以来，草原生态系统普遍出现草原退化现象。20世纪
14、70年代中期，全国退化草原面积占草原总面积的15，20世纪70年代中期，增加到30以上。全国草原退化面积以10002000万亩的速度扩展。草原退化的主要特征：群落优势种和结构发生改变；生产力低下，产草量下降；草原土壤生态条件发生巨变，出现沙化(sandification)和风暴;固定沙丘复活、流沙在掩埋草场；鼠害现象严重；动植物资源遭破坏，生物多样性下降。,3.草原生态环境恶化的原因,超载过牧;不适宜的农垦；人类对资源的掠夺性开采。,4.草原生态系统恢复和保护对策,实行科学管理；发展人工草场；建立牧业生产新体系。,4 荒漠和苔原生态系统,荒漠和苔原生态系统的分布荒漠生态系统类型与特征荒漠化及荒
15、漠化防治苔原生态系统的特征,荒漠生态系统类型与特征,荒漠生态系统类型：荒漠生态系统(desert ecosystem):是地球上最为干旱的地区，其气候干燥，蒸发强烈。由超旱生的小乔木、灌木和半灌木占优势的生物群落与其周围环境所组成的综合体。有石质、砾质和沙质之分。习惯上称石质、砾质的荒漠为戈壁(gobi),或戈壁沙漠(gobi desert)；沙质荒漠为沙漠(sandy desert)。荒漠生态系统的特征：生态环境严酷；荒漠生物群落极为稀少，植被丰富度极低；植物群落以超旱生小乔木和半木本植物为优势物种；生态系统生物物种极度贫乏，种群密度稀少，生态系统脆弱.,荒漠化及荒漠化防治,荒漠化（dese
16、rtification）:是指在干旱、半干旱地区和一些半湿润地区，生态环境遭到破坏，植被稀少或缺少，土地生产力有明显的衰退或丧失，呈现荒漠或类似荒漠景观的变化过程。我国的荒漠化土地占国土面积的8。荒漠化的主要危害：对土地资源的损害；造成作物死亡；毁坏各种建设工程；损害水利、河道的正常效益；对通讯和输电线路的危害；引起沙尘暴。荒漠化防治对策：加强领导；重视保护濒临荒漠化的生产性款地；加强综合整治工作；因地制宜进行治理。,苔原生态系统的特征,苔原生态系统(tundra ecosystem)是由极地平原和高山苔原的生物群落与其生存的环境所组合成的综合体，主要特征是低温、生物种类贫乏、生长期短、降水量
17、少。我国的苔原为山地苔原，存在于温带东部的长白山和西部的阿尔泰山高山带。,南极无冰区苔原生态系统,5 水域生态系统,水域生态系统的特点：水域生态系统的环境特点水域生态系统的营养结构特点水域生态系统的功能特点水域生态系统的类型：淡水生态系统海洋生态系统水域生态系统的恢复和保护对策：减少污水排放量实行综合保护措施，提高系统自身的抵抗力；正确认识水生生物群落特征，合理利用生物资源。,6 湿地生态系统,湿地生态系统的概念湿地及其保护中国湿地,1.湿地生态系统的概念,湿地生态系统(wetland ecosystem):是指地表过湿或常年积水，生长着湿地植物的地区。湿地是开放水域与陆地之间过渡性的生态系统
18、，它兼有水域和陆地生态系统的特点，具有独特的结构和功能。湿地生态系统的功能：天然的基因库；潜在资源；净化功能；气候和水文调节等功能。,湿地及其保护,湿地定义：湿地指不问其天然或人工、永久或暂时的沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带，常带有静止或流动、咸水或淡水，半碱水或碱水水体，包括低潮时水深不过6 m的滨岸海域。湿地保护1971年全球政府间的湿地保护公约关于特别作为水禽栖息地的国际重要湿地公约（简称湿地公约）诞生;到1999年已有96个国家加入湿地公约。我国于1992年正式加入。我国目前已建立各类保护区152处，有7个自然保护区被列为国际重要湿地。,中国湿地,近海及海岸湿地河流湿地湖泊湿地沼泽和沼
19、泽化草甸湿地库塘,7 生物资源的科学管理,一、自然资源与生物资源自然资源包括：原生性自然资源；后生性自然资源：非再生自然资源与 可再生自然资源。生物资源：是自然环境中的有机组成部分。,二、生物资源减少的原因及其保护的价值,自然过程：人类活动：（1）对生物资源的过度利用；（2）对生境的破坏。,保护生物资源的意义：（1）维持生物圈的正常功能；（2）减轻对自然生态系统的干扰，维持生态平衡；（3）保留更多的遗传基因库。,三、生物资源的保护与科学管理,1、保护措施：（1）加强法制管理；（2）保护生境，消除污染。,2、科学管理的理论依据：所谓科学管理就是以生态学理论为指导，根据生物资源（种群、群落、生态系
20、统）的生物学特性、增长规律以及其它生态特性对其进行保护管理和永续利用的各种措施。,有益生物种群的产量,最大持续产量原理：dN/dt=rN(K-N)K 当NK2时，dN/dt 最大，d(K/2)/dt=rK/4;Graham(1935)认为：在渔业生产中，dN/dt可以看成是可供捕捞而不影响资源种群大小的“剩余生产”。要使种群维持最大的产量（MSY），就应该使资源种群保持在NK2的水平。此时,MSYrK/4。最大持续生产量在生产实践具有重要的意义.,最大持续产量原理,K2,K2,B,A,b,a,N,K,N,dNdt,MSY,MSY,dNdt,NMSY,最大持续生产量的生产实践意义,假如一个未受人类利用的资源种群数量是稳定的，那么在按最大持续产量的策略进行捕猎前，首先要将种群的数量降低，降低以后才能使种群增长率提高，才能有持续产量；种群数量降低到每一水平，都有一个相应的持续产量，这个持续产量等于该数量水平（N）下的增加量dN/dt;每一个持续产量都有相应的两个种群数量能提供这个持续产量；只有在一个种群数量水平下，才能有最大持续产量，理论上讲，这个数量是N=K/2水平；按逻辑斯谛增长数学模型的原理，最大持续产量MYS=rK/4,而能提供最大持续产量的种群数量NMYSK2。,
