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1、2023-11-21环境科学环境科学第第2 2讲讲生态系统生态系统2023-11-22第1章 生态系统o 主要内容主要内容n 2.1生态系统基本概念生态系统基本概念n 2.2生态系统的平衡与破坏生态系统的平衡与破坏2023-11-23n 生态系统的组成、结构生态系统的组成、结构和类型和类型n 食物链和食物网食物链和食物网n 营养级和生态金字塔营养级和生态金字塔n 生态系统的功能生态系统的功能2023-11-24n生态系统是一定空间内由生态系统是一定空间内由生物成分和非生物成分生物成分和非生物成分组成的一组成的一个生态学个生态学功能单位功能单位。n自然界中生态系统多种多样，大小不一。小至一滴湖水
2、、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。泊、海洋以至整个生物圈，都是一个生态系统。n 除了上述自然生态系统以外，还存在许多人工生态系统，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、果园等以及宇宙飞船和用于生态学试验的各例如，农田、果园等以及宇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种封闭的微宇宙（亦称微生态系统，例如美国的生物圈一号）。号）。2023-11-25n具有具有能量流动能量流动、
3、物质循环物质循环和和信息传递信息传递三大功能。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、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。营养信息和行为信息，构成一个复杂的信息网。n具有具有自我调节自我调节的能力的能力 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。调节能
4、力越强。n是一种是一种动态系统动态系统 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。复杂，从幼年到成熟的过程。2023-11-262023-11-27无机物无机物 有机化合物有机化合物 气候因素气候因素生产者生产者 (producer)producer)消费者消费者 (consumer)consumer)分解者分解者 (还原者还原者)(decomposer)decomposer)非生物成分非生物成分生物成分生物成分(生物群落生物群落)生产者：自养生物，主要是生产者：自养生物，主要是各种绿色植物，也包括蓝绿藻各种绿
5、色植物，也包括蓝绿藻和一些能进行光合作用的细菌。和一些能进行光合作用的细菌。消费者：异养生物，主要指消费者：异养生物，主要指以其他生物为食的各种以其他生物为食的各种动物动物，包括植食动物包括植食动物(一级一级)、肉食、肉食动物动物(二四级二四级)、杂食动物、杂食动物和寄生动物等。和寄生动物等。分解者：异养生物，把复杂分解者：异养生物，把复杂的有机物分解成简单无机物，的有机物分解成简单无机物，包括细菌、真菌、放线菌和动包括细菌、真菌、放线菌和动物等。物等。三大功能群三大功能群六大组成成分（四大基本成分）六大组成成分（四大基本成分）2023-11-28n生态系统的生物成分按照其在生态系统中的功能可
6、划分为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：三大类：生产者（自养生物）生产者（自养生物）消费者（异养生物）消费者（异养生物）分解者（还原者）分解者（还原者）2023-11-29n生态系统可根据生态系统可根据地理条件地理条件的不同而分为两大类：的不同而分为两大类：水生生态系统水生生态系统陆地生态系统陆地生态系统海洋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水生态系统等淡水生态系统：可分为流水生态系统和静水生态系统等草原生态系统草原生态系统森林生态系统森林生态系统荒漠生态系统荒漠生态系统冻原生态系统等冻原生态系统等热带森林生态系统热带森林生态系统亚热带森林生态系统
7、亚热带森林生态系统温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寒温带森林生态系统等2023-11-210自然生态系统自然生态系统人工生态系统（农田）人工生态系统（农田）水生生态系统水生生态系统陆地生态系统陆地生态系统2023-11-211l 空间结构空间结构 垂直分布垂直分布 水平分布水平分布l 时间结构时间结构 生态系统随季节变换变化生态系统随季节变换变化l 营养结构营养结构 食物网和食物链食物网和食物链 营养级和生态金字塔营养级和生态金字塔2023-11-212n 食物链食物链 各种生物之间存在着各种生物之间存在着取食取食和被取食和被取食的关系，这就是的关系，这就是食物链。通过这种
8、关系，食物链。通过这种关系，能量在生态系统内传递。能量在生态系统内传递。我国民谚所说的我国民谚所说的“大鱼吃大鱼吃小鱼，小色吃虾米小鱼，小色吃虾米”就是就是食物链的生活写照。食物链的生活写照。水体典型食物链水体典型食物链2023-11-213n而自然界中实际存在的取食关系要复杂得多。许多食物链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。内，这种复杂的捕食关系就是食物网。2023-11-214n一般，一般，食物网越复杂，生态系统就越稳定食物网越复杂，生态系统
9、就越稳定。因为食物网中。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。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。相反，食物网越简单，则生态系统越不稳定。n生态系统中一般都存在着两种食物链：捕食食物链和碎屑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。食物链。捕食食物链以活的动植物为起点，碎屑食物链以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。死的生物或腐屑为起点。n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
10、很少一部分通向捕食食物链。屑食物链，净初级生产量中只有很少一部分通向捕食食物链。2023-11-215n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。主要渠道。n生态系统中能量流动物和物质循环正是沿着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食物链和食物网进行行的的。n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、积累的原理和规律和规律。2023-11-
11、216n所有绿色植物和自所有绿色植物和自养生物均处于食物养生物均处于食物链的第一环节，构链的第一环节，构成第一营养级；所成第一营养级；所有以生产者为食的有以生产者为食的动物属于第二营养动物属于第二营养级，又称植食动物级，又称植食动物营养级。营养级。n以植食动物为食的以植食动物为食的肉食动物为第三营肉食动物为第三营养级；还可能有第养级；还可能有第四（第二级肉食营四（第二级肉食营养级）和第五营养养级）和第五营养级等。生态系统中级等。生态系统中的物质和能量就这的物质和能量就这样通过营养级向上样通过营养级向上传递。传递。2023-11-217n当能量在食物网中流动时，其当能量在食物网中流动时，其转移效
12、率是很低的。下面营养转移效率是很低的。下面营养级所储存的能量只有级所储存的能量只有大约大约1010能够被其上一营养级所利用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，以热量的养级的呼吸作用上，以热量的形式释放到大气中去。这在生形式释放到大气中去。这在生态学上被称为态学上被称为1010定律或定律或1/10 1/10 律。律。个体数量金字塔个体数量金字塔 生物量金字塔生物量金字塔 能量金字塔能量金字塔 2023-11-218n当生态系统具有三大功能：当生态系统具有三大功能：能量流动能量流动、物质循环物质循环和和信息传递信息传递。能量流动能量流动2
13、023-11-219n能量输入能量输入光合作用光合作用 是植物固定太阳能的惟一有效途径是植物固定太阳能的惟一有效途径 能量输出能量输出呼吸作用呼吸作用 C6H12O66O2 ATP 6CO2 6H2O 能量能量 6CO212H2O C6H12O66O26H2O图中最大的方框表示整个生态系统，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。n物质循环物质循环n有机体中对生命必须的元素有大约有机体中对生命必须的元素有大约2424种，即碳、氧、氮、氢、种，即碳、氧、氮、氢
14、、钙、硫、磷、钠、钾、氯、镁、铁、碘、铜、锰、锌、钴、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。铬、锡、钼、氟、硅、硒、钒，可能还有镍、溴、铝和硼。n而而碳、氢、氧和氮碳、氢、氧和氮，占生物有机体组成的，占生物有机体组成的9999以上，在生命以上，在生命中起着最关键的作用，被称为中起着最关键的作用，被称为“关键元素关键元素”或或“能量元素能量元素”。n其他元素分为两类：大量（常量）元素和微量元素。其中的其他元素分为两类：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，微量元素虽然数量少，但其作
15、用不亚于常量元素，一旦缺少，动植物就不能生长。反之，微量元素过多也会造成危害。当动植物就不能生长。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。的。n生物圈中生物圈中碳、氮、硫、磷碳、氮、硫、磷的循环在生命活动中起着重要作用。的循环在生命活动中起着重要作用。典型碳循循环过程典型碳循循环过程碳是构成生物体的基本碳是构成生物体的基本元素，占生物总质量的元素，占生物总质量的2525，在环境中主要以，在环境中主要以二氧化碳和碳酸盐形式二氧化碳和碳酸盐形式存在存在.2023-11-223n氮是形成氮是形成蛋白
16、质、氨基酸和核酸蛋白质、氨基酸和核酸的主要成分，是生命的基本的主要成分，是生命的基本元素。元素。n而大气中含量丰富的氮绝大部分不能被生物直接利用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。大气氮进入生物有机体的主要途径：氮进入生物有机体的主要途径：n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。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）生物固氮（豆科植物、细菌、藻类等）工业固氮（合成氨工业固氮（合成氨等）岩浆固氮（火山活动）岩浆固氮（火山活动）大气固氮（闪电、宇宙射线）大气固氮（闪电、宇宙射线）典型氮循环过程典型氮循环过程大豆根瘤菌大豆根瘤菌氨氧化细菌氨氧化细菌2023-11-225n地球中的硫大部分储存在岩石、矿物和海底沉积物中，以黄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。铁矿、石膏和水合硫酸钙的形式存在。n大气圈中天然源的硫包括大气圈中天然源的硫包括H2S、SO2 和硫酸盐。和硫酸盐。H2S来自火来自火山活动、
