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1、2023/11/18,1,环境科学,第2讲生态系统,2023/11/18,2,第1章 生态系统,主要内容2.1生态系统基本概念2.2生态系统的平衡与破坏,2023/11/18,3,生态系统基本概念,生态系统的组成、结构和类型食物链和食物网营养级和生态金字塔生态系统的功能,2023/11/18,4,生态系统基本概念,生态系统是一定空间内由生物成分和非生物成分组成的一个生态学功能单位。自然界中生态系统多种多样，大小不一。小至一滴湖水、一条小沟、一个小池塘、一个花丛，大至森林、草原、湖泊、海洋以至整个生物圈，都是一个生态系统。除了上述自然生态系统以外，还存在许多人工生态系统，例如，农田、果园等以及宇
2、宙飞船和用于生态学试验的各种封闭的微宇宙（亦称微生态系统，例如美国的生物圈一号）。,2023/11/18,5,具有能量流动、物质循环和信息传递三大功能。生态系统内能量的流动通常是单向的，不可逆转。但物质的流动是循环式的。信息传递包括物理信息、化学信息、营养信息和行为信息，构成一个复杂的信息网。具有自我调节的能力 生态系统受到外力的胁迫或破坏，在一定范围内可以自行调节和恢复。系统内物种数目越多，结构越复杂，则自我调节能力越强。是一种动态系统 任何生态系统都有其发生和发展的过程，经历着由简单到复杂，从幼年到成熟的过程。,生态系统特征,2023/11/18,6,生态系统组成,2023/11/18,7
3、,生态系统组成,生产者：自养生物，主要是各种绿色植物，也包括蓝绿藻和一些能进行光合作用的细菌。消费者：异养生物，主要指以其他生物为食的各种动物，包括植食动物(一级)、肉食动物(二四级)、杂食动物和寄生动物等。分解者：异养生物，把复杂的有机物分解成简单无机物，包括细菌、真菌、放线菌和动物等。,三大功能群,六大组成成分（四大基本成分）,2023/11/18,8,生态系统的生物成分按照其在生态系统中的功能可划分为三大类：,生态系统的类型,2023/11/18,9,生态系统可根据地理条件的不同而分为两大类：,生态系统的类型,水生生态系统,陆地生态系统,海洋生态系统,淡水生态系统：可分为流水生态系统和静
4、水生态系统等,草原生态系统森林生态系统荒漠生态系统冻原生态系统等,热带森林生态系统亚热带森林生态系统温带森林生态系统寒温带森林生态系统等,2023/11/18,10,自然生态系统,人工生态系统（农田）,水生生态系统,陆地生态系统,生态系统的类型,2023/11/18,11,空间结构 垂直分布 水平分布 时间结构 生态系统随季节变换变化 营养结构 食物网和食物链 营养级和生态金字塔,生态系统结构,2023/11/18,12,食物链 各种生物之间存在着取食和被取食的关系，这就是食物链。通过这种关系，能量在生态系统内传递。我国民谚所说的“大鱼吃小鱼，小色吃虾米”就是食物链的生活写照。,水体典型食物链
5、,食物链与食物网,2023/11/18,13,食物链与食物网,而自然界中实际存在的取食关系要复杂得多。许多食物链经常互相交叉，形成一张无形的网络，把许多生物包括在内，这种复杂的捕食关系就是食物网。,2023/11/18,14,食物链与食物网,一般，食物网越复杂，生态系统就越稳定。因为食物网中某个环节（物种）缺失时，其他相应环节能起补偿作用。相反，食物网越简单，则生态系统越不稳定。生态系统中一般都存在着两种食物链：捕食食物链和碎屑食物链。捕食食物链以活的动植物为起点，碎屑食物链以死的生物或腐屑为起点。,在陆地生态系统和许多水生生态系统中，能量流动主要通过碎屑食物链，净初级生产量中只有很少一部分通
6、向捕食食物链。,2023/11/18,15,食物链与食物网,只有在某些水生生态系统中，例如在一些由浮游藻类和滤食性原生动物组成食物链的湖泊中，捕食食物链才成为能量流动的主要渠道。,生态系统中能量流动物和物质循环正是沿着食物链和食物网进行的。,食物链和食物网还揭示了环境中有毒污染物转移、积累的原理和规律。,2023/11/18,16,所有绿色植物和自养生物均处于食物链的第一环节，构成第一营养级；所有以生产者为食的动物属于第二营养级，又称植食动物营养级。以植食动物为食的肉食动物为第三营养级；还可能有第四（第二级肉食营养级）和第五营养级等。生态系统中的物质和能量就这样通过营养级向上传递。,2023/
7、11/18,17,营养级与生态金字塔,当能量在食物网中流动时，其转移效率是很低的。下面营养级所储存的能量只有大约10能够被其上一营养级所利用。其余大部分能量被消耗在该营养级的呼吸作用上，以热量的形式释放到大气中去。这在生态学上被称为10定律或1/10 律。,个体数量金字塔 生物量金字塔 能量金字塔,2023/11/18,18,生态系统的功能,当生态系统具有三大功能：能量流动、物质循环和信息传递。,能量流动,2023/11/18,19,生态系统的功能,能量输入光合作用 是植物固定太阳能的惟一有效途径 能量输出呼吸作用 C6H12O66O2 ATP 6CO2 6H2O 能量,图中最大的方框表示整个
8、生态系统，每一部分的方框大小代表生物所固定的能量。从图中可以看出：生态系统内部各部分通过呼吸作用把能量输出系统以外，不能被生态系统重新利用；同时，生态系统中各部分所固定的能量是逐级递减的。,生态系统的功能,物质循环有机体中对生命必须的元素有大约24种，即碳、氧、氮、氢、钙、硫、磷、钠、钾、氯、镁、铁、碘、铜、锰、锌、钴、铬、锡、钼、氟、硅、硒、钒，可能还有镍、溴、铝和硼。而碳、氢、氧和氮，占生物有机体组成的99以上，在生命中起着最关键的作用，被称为“关键元素”或“能量元素”。其他元素分为两类：大量（常量）元素和微量元素。其中的微量元素虽然数量少，但其作用不亚于常量元素，一旦缺少，动植物就不能生
9、长。反之，微量元素过多也会造成危害。当前的环境污染问题中，有些就是由于某些微量元素过多引起的。,生态系统的功能,生物圈中碳、氮、硫、磷的循环在生命活动中起着重要作用。,生态系统碳循环,典型碳循循环过程,碳是构成生物体的基本元素，占生物总质量的25，在环境中主要以二氧化碳和碳酸盐形式存在.,2023/11/18,23,生态系统氮循环,氮是形成蛋白质、氨基酸和核酸的主要成分，是生命的基本元素。而大气中含量丰富的氮绝大部分不能被生物直接利用。大气氮进入生物有机体的主要途径：其中第一种能使大气氮直接进入生物有机体，其他则以氮肥的形式或随雨水间接地进入生物有机。,生物固氮（豆科植物、细菌、藻类等）工业固
10、氮（合成氨等）岩浆固氮（火山活动）大气固氮（闪电、宇宙射线）,生态系统氮循环,典型氮循环过程,大豆根瘤菌,氨氧化细菌,2023/11/18,25,生态系统硫循环,地球中的硫大部分储存在岩石、矿物和海底沉积物中，以黄铁矿、石膏和水合硫酸钙的形式存在。大气圈中天然源的硫包括H2S、SO2 和硫酸盐。H2S来自火山活动、沼泽、稻田和潮滩中有机物的嫌气（缺氧）分解等途径；SO2来自火山喷发的气体；大气圈中硫酸盐（如硫酸铵）则来自海浪花的蒸发。大气圈中硫的1/3（包括硫酸盐的99）来自人类活动，其中的2/3来自含硫化合燃料（煤和石油）的燃料，其余来自炼油和冶金工业和其他工业过程。进入大气圈的H2S和SO
11、2均可氧化成SO3，进一步与水汽反应生成硫酸。SO2和SO3也可与大气圈中的其他化学品反应生成亚硫酸盐和硫酸盐。这些硫酸和硫酸盐都是酸沉降的组成部分。,2023/11/18,26,生态系统硫循环,典型硫循环过程,2023/11/18,27,生态系统磷循环,生态系统中磷是生物的重要营养成分，主要以磷酸盐（PO43和HPO42）的形式存在。磷是携带遗传信息DNA的组成元素是动物骨骼、牙齿和贝壳的重要组分。它全部来源于岩石的风化作用，经破碎、溶解在土壤水中，被植物吸收。但生态系统中可利用的磷很少，因此，在许多土壤和水体中，缺磷常常是植物生长的限制性因素。另一方面，水体中磷的过度增加又可能引起富营养化
12、。,磷循环的特点：磷全部来自于风化的岩石 磷循环与微生物关系不大 磷不向大气迁移,2023/11/18,28,生态系统磷循环,动物从植物或其他动物中获取磷，其排泄物和遗体腐解后，其中的磷酸盐又回到土壤和水体中，最终在海底成为含磷沉积岩。经过漫长的地质作用海底抬升成为陆地，完成磷的大循环。,典型磷循环过程,2023/11/18,29,生态系统磷循环,人类对自然磷循环的干扰表现在两方面。大量开采磷矿制造磷肥和洗涤剂。通过农田退水、大型养殖场排水和城市污水，将大量磷酸盐排放到水环境中，造成水中蓝菌、藻类和水生植物的爆炸性生长，在陆地淡水水体中称为“藻花”或“水华”，在海洋中称为“赤潮”，是富营养化的
13、极端表现。,2023/11/18,30,生态系统信息传递,生态系统的信息传递在沟通生物群落与其生活环境之间、生物群落内各种群生物之间的关系上有重要意义 物理信息动物的叫声传递警告信息 化学信息老虎通过自己的小便划定活动范围 营养信息食物链和食物网就是典型的营养信息传递 行为信息鸟类以飞行姿势传递求偶信息,2023/11/18,31,在一定时期内，生态系统内生产者、消费者和分解者之间保持着一种动态平衡，系统内的能量流动和物质平衡在较长时期内保持稳定，这种状态就是生态平衡，又称生态系统的稳定性 生态系统稳定性包括两个方面的含义:一方面是系统保持现行状态的能力,即抗干扰的能力（抵抗力resistan
14、ce）另一方面是系统受扰动后回归该状态的倾向,即受扰后的恢复能力（恢复力resilience）,生态平衡及破坏,2023/11/18,32,如果生态系统中物质与能量的输入大于输出，其总生物量增加，反之则生物量减少。在自然状态下，生态系统的演替总是自动地向着物种多样化、结构复杂化、功能完善化的方向发展。如果没有外来因素的干扰，生态系统最终必将达到成熟的稳定阶段。那时生物种类最多，种群比例最适宜，总生物量最大，系统的内稳性最强。,生态平衡及破坏,2023/11/18,33,2023/11/18,34,生态平衡及破坏,影响生态平衡的因素主要有自然因素和人为因素两类。自然因素如火山、地震、海啸、林火、
15、台风、泥石流和水旱灾害等常常在短期内使生态系统破坏或毁灭。受破坏的生态系统在一定时期内有可能自然恢复或更新。,2023/11/18,35,山火,地震,火山,泥石流,生态平衡及破坏,自然因素,2023/11/18,36,人为因素包括人类有意识“改造自然”的行动和无意识造成对生态系统的破坏。例如，砍伐森林、疏干沼泽、围湖围海（垦殖）和环境污染等。这些人为因素都能破坏生态系统的结构与功能，引起生态失调，直接或间接地危害人类本身。所谓的“生态危机”大多是指人类活动引起的此类生态失调。,砍伐森林,围湖造田,生态平衡及破坏,2023/11/18,37,一个生态系统的调节能力是有限度的，外力的影响超出这个限
16、度，生态系统就会失去原有的平衡生态系统重新回到和原来相当的状态往往需要很长的时间，甚至造成不可逆转的改变，这就是生态平衡的破坏生态平衡的破坏往往出自人类的贪婪与无知，过分地向自然索取，或对生态系统的复杂机理知之甚少而采取的贸然行动为了减少这种破坏，人们应总结出更多的自然的客观规律，并遵循之，从而尽可能地保护我们生存的生态系统,生态平衡及破坏,2023/11/18,38,生态平衡及破坏,美国环境学家小米勒（G.T.Miller,Jr.）提出的生态学三定律：第一定律：我们的任何行动都不是孤立的，对自然界的任何侵犯都具有无数效应，其中许多效应是不可逆的。该定律为哈定（G.Hardin)所提出，可称之为多效应原理。第二定律：每一种事物无不与其他事物相互联系和相互交融。此定律可称为相互联系原理。第三定律：我们生产的任何物质均不应该对地球上自然的生物地球化学循环有任何干扰。此定律或可称之为勿干扰原理。,G.T.Miller,Jr.,
