生态系统生态学

生态系统生态学第九，十，十一章。生态系统是生物与环境构成的统一整体，在这个统一整体中，生物与环境之间相互影响、相互制约，并在一定时期内处于相对稳定的动态平衡状态。生态系统的范围可大可小，相互交错。

生态系统生态学

• I. 生态系统的一般特征
  • 1. 基本概念
    • 1935年生态系统由Tansley最先提出
    • 生物地理群落
    • 在一定空间中共同栖居着的所有生物群落与其环境之间由于不断进行 物质循环和能量流动过程而形成的统一整体
  • 2. 特征
    • 整体性：生态系统的存在方式目标功能都表现出整体性
    • 复杂性：本身是复杂系统，有多成分构成，且相互联系，并使系统内部有自我调节的能力
    • 物质循环能量流动与信息传递
  • 3. 目前有关生态系统的研究
    • 自然生态系统的保护和利用
    • 生态系统的调控机制的研究
    • 生态系统退化的机制恢复及其修复研究
    • 全球性生态问题研究
    • 生态系统可持续发展的研究
  • 4. 组成与结构
    • 基本组成
      • 非生物组分
        • 能源
        • 气候
        • 基质和介质
        • 物质代谢原料
      • 生物组分
        • 生产者：是指系统中的绿色植物以及蓝藻细菌等自养性生物
        • 消费者
          • 草食动物（一级消费者）：直接以植物体为营养的动物
          • 肉食动物（二级消费者）：以食草动物为营养的动物
          • 大型肉食动物或顶级肉食动物（三级消费者）：以其他肉食动物为营养的动物
        • 分解者：都是异养生物包括细菌真菌放线菌及土壤原生动物和一些小型无脊椎动物
    • 结构特征结构是实现系统功能的基础
      • 空间结构
        • 垂直结构
        • 水平结构
      • 时间结构
  • 5. 食物链和食物网
    • 类型
      • 捕食食物链：绿色植物为起点到食草动物进而到食肉动物的食物链
      • 碎屑食物链：以以动植物的遗体被食腐性生物取食然后到他们的捕食者的食物链
      • 寄生食物链
  • 6. 营养级和生态金字塔
    • 营养级
      • 概念：食物网中同一食性层次的生物类群集合
      • 生态系统的营养级数量一般不超过5个
      • 能量在营养级之间流动，物质从一个营养级形态转化到另一营养级形态
      • 各营养级的消费者不能完全利用前一营养级的生物量或者能量，能量在营养级之间的转变中有损失。
    • 生态金字塔反应生态系统营养结构和机能的椎体图解模式
  • 7. 生态效率
    • 常用的几个能量参数
      • 摄取量（I）
      • 同化量（A）
      • 呼吸量（R）
      • 净生产量（NP）
    • 营养级位内的生态效率
      • 同化效率：指在营养级中被生物固定或同化的能量比率，植物与动物的同化效率在60％--70％
      • 生长效率：是营养级中生物的净生产量占其同化量的比率，植物光合能量中约有40％用于呼吸，而动物同化能量中约有65％用于呼吸，所以生态系统中营养级越低生态效率越高
    • 营养级位之间的生态效率
      • 消费效率
      • 林德曼效率：提出以不同营养级的同化量之比作为营养级的生态效率
  • 8. 生态系统的反馈调节和生态平衡
    • 负反馈 ：能够使生态系统达到和保持平衡或稳态其结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化
    • 正反馈:即生态系统中某一成分所引起的其他一系列变化加速最初发生变化的成分所发生的变化，远离平衡状态或稳态恶性循环”
    • 生态平衡:指生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状况包括结构上的稳定功能上的稳度和能量输入输出上的稳定 生态平衡是一种动态平衡 因为能量流动和物质循开说在不间断地进行，生态系统也在不断进行更新
    • 在自然条件下，生态系统总是朝着种类多样化，结构复杂化和功能完善化的方向发展，直到使生态系统达到成熟的最大稳定状态为止
• II. 生态系统的能量流动与信息流
  • 1. 生态系统中的能量与能量环境
    • 能量：物体或系统做功的能力
    • 太阳能为生态系统提供了所有能量的来源
    • 生态系统中的热力学
      • 热力学第一定律
      • 热力学第二定律（熵定律）
  • 2. 生态系统的生产力--初级生产
    • 初级生产的基本概念
      • I. 初级生产（第一性生产）：指生态系统中绿色植物通过光合作用积累有机质的过程，本质是生态系统的能量来自于太阳能
      • II. （GPP）总初级生产量/总第一生产量 ：指在一定时间内，生产者在植物光合作用过程中固定的太阳能的量，包括呼吸消耗在内的全部产量
      • III. （NPP）净初级生产量:植物固定的能量有一部分被植物自己的呼吸消耗掉，剩下的可用于植物的生长和生殖
      • IV. 生物量：指生物所包含的物质总量或能量，是量的概念
      • V. 生产力：是指单位面积与时间内生产的物质总量，表明了生物或生态系统的生产效率或潜力，是率的概念
    • 初级生产的生产效率
      • 陆地生态系统净初级生产总量高于海洋生态系统
      • 从河口湾到大陆架
      • 陆地上湿地生产量最高
      • 生态系统的初级生产力还随群落的演替而变化
    • 初级生产量的限制因素
      • 陆地生态系统
        • 光、二氧化碳和营养物质是初级生产量的基本资源，温度是影响光合效率的主要因素，而食草动物的捕食会减少光合作用的生物量
        • 在干旱地区植物的净初级生产量几乎与降水量有线性关系
      • 水域生态系统
        • 光是影响水体初级生产量的最重要因子
    • 初级生产量的测定方法
      • 收获量测定法
      • 氧气测定法
      • 二氧化碳测定法
      • 放射性标记物测定法
      • 叶绿素测定法
      • 遥感测定法
  • 3. 生态系统的生产力--次级生产
    • 次级生产过程：次级生产指第一性生产的制造物质与贮存的能量，经过消费者--草食动物与各级肉食动物的同化利用，转化为自身的物质与能量的生产过程
    • 次级生产量的测定
      • 按同化量和呼吸量估算生产量
      • 按摄食量和除粪尿量估计同化量
      • 用个体的生长和繁殖后代的生物量表示净生产量
    • 次级生产的生态效率
      • 消费效率：等于植物种群初级生产量占被备捕获的猎物种群生产量的百分比
      • 同化效率
      • 生产效率
    • 生态系统中的分解
      • 分解过程
        • 碎裂：由于物理和生物作用，把尸体分解为颗粒状的碎屑
        • 异化：在酶的作用下进行生物化学的分解，从聚合体变成单体
        • 淋溶：可溶性的物质被水所淋洗出是一种纯物理过程再循环
      • 分解者：食肉动物 食草动物 寄生生物 少数生产者
      • 分解过程的限制因子
        • 凋落物的性质
        • 理化环境
        • 分解生物的相对作用
    • 生态系统中的能量流动
      • 生态系统食物链的能量流动
      • 生态系统中的能量流动
        • 生态系统是一个开放的能量系统，能量是生态系统的动力，生态系统能量来自太阳能
        • 生态系统中能量流动是单向的和不可逆转的
        • 能量在生态系统中的流动过程就是能量不断递减的过程
        • 能量在流动过程中，质量逐渐提高
      • 异养生态系统的能流分析
      • 生态系统的能流模型
    • 生态系统中的信息流动
      • 生态系统信息的基本特征
      • 生态系统的信息流动过程
      • 生态系统的信息处理
• III. 生态系统的物质循环
  • 物质循环的一般特点
    • 物质循环的概念
      • 生物地球化学循环
      • 生物循环
    • 物质循环的模式
      • 库：物质在循环过程中被暂时固定贮存的场所
      • 储存库:即环境库大气库土壤库水体库，容积大，物质交换活动缓慢
      • 交换库：即生物库植物库动物库微生物库，溶剂小，物质交换活动活跃
      • 流:物质在库与库之间的转移运动状态
      • 流通量：指在库或某一环节物质的转移总量
      • 流通率：指在库或某一环节，物质在单位，时间与空间的转移量
      • 周转率：是某种物质出入库的流通率，与该库中该种物质总量之比
      • 周转期：是库中物质全部更换，平均需要的时间，也是周转率的倒数
    • 物质循环的特点
    • 生物地球化学循环的类型
  • 水循环
    • 全球的水循环
    • 生态系统中的水循环
  • 气体型循环
    • 碳循环
    • 氮循环
  • 沉积型循环
    • 磷循环
    • 硫循环
  • 有毒有害物质循环
    • 有毒有害物质循环的一般特点
    • 有毒有害物质循环实例
  • 放射性核素循环
    • 放射性污染的特点
    • 放射性核素的循环
  • 生物地化循环与人体健康
    • 地方病
    • 微量元素碘
    • 微量元素硒