基 础 生 态 学911章.docx
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基础生态学911章
第九章生态系统的一般特征
1.生态系统的组成
生态系统是生物群落（植物、动物和微生物）与周围环境组成的统一体。
根据研究的对象，生态系统范围可大可小，从一片草地到整个生物圈。
人们关注生态系统，主要是从整体的角度探讨生物与环境的关系。
生态系统由以下几部分组成。
1非生物环境：
光、温、水、土、CO2等
2生产者：
绿色植物（自养生物）
3消费者：
消费者（食草、食肉动物，人类）（异养生物heterotrophicorganisms）
无机营养物
4还原者：
也叫分解者（异养生物）
图9－1生态系统的整体结构
2.生态系统的结构特征
＋＋＋
2.1整体性
图1-1负反馈回路示意图
－＋＋
图1-2正反馈回路示意图
－＋＋
图1-3生物种群数量增长反馈关系示意图
2.2层次性
结构层次：
食物链和食物网。
物质层次：
营养级一般不超过4级，形成能量金字塔。
能量层次：
生态系统能量传递的1/10法则，能量的传递导致有毒物质的传递。
0.2
图1－4生态系统营养级金字塔示意图
2.3稳定性
生物多样性与复杂性和稳定性的关系，
生态系统的有序和无序。
2.4动态性
生态系统是一个动态平衡的系统。
3.生态系统生态效率
3.1同化效率
植物吸收的太阳能被绿色植物所固定的比例。
或动物摄入能量中被同化的比例。
同化效率＝植物固定的能量/植物吸收的太阳能
＝动物同化的能量/动物摄取的能量
3.2生长效率
生长效率＝净生产量/同化能量
3.3消费效率
林德曼效率＝指n+1营养级同化量/n营养级同化量。
第十章生态系统的能量流动
1生态系统净第一性生产力
1.1生态系统初级生产力
（1）初级生产过程
生态系统的能量流动首先从绿色植物固定太阳能开始。
初级生产力表示为：
净生产力（NPP）=总生产力（GPP）－呼吸消耗（Rp）
NPP:
净生产力；GPP：
总生产力；R：
呼吸消耗的能量。
植物只能吸收照射到植物体表面太阳能的50％，而植物形成GPP所固定的太阳能不到植物吸收太阳能的5％,实际测得的光合效率最大值约为3％。
这就是为什么要实现作物良种化的原因。
由此可见，影响植物光合作用的因素，除了太阳光以外，主要还有植物品种、土壤肥力等条件。
生产力是估算生态系统支持能力和评价生态系统可持续发展的重要指标。
植物呼吸消耗占总生物量的50%，NPP一般占总生产力的50%。
地下NPP，森林根系占50%，草原70%，荒漠90%；农作物为30%。
全球陆地生态系统NPP约有40-50%来自森林，20-40%来自草原。
表1-1陆地生态系统NPP分布比例
纬度带
热带亚热带温带寒温带极地
NPP分布
48%25%17%8%1.5%
（2）生态系统初级生产力的估测
直接收获法,
CO2测定法,
叶绿素测定法，
遥感与地理信息系统方法，
模型方法，
（3）估算初级生产力的常用模型
1）MiamiModel
其中：
NPPt：
根据年均温计算的NPP；NPPr：
根据年降水计算NPP。
2）ThornthwaiteMemorialModel
其中：
NPP：
根据实际蒸散计算的NPP；E：
年实际蒸散量；
1.2生态系统的次级生产力
（1）次级生产过程
被更高级采食
图1－5生态系统次级生产过程示意图
（2）次级生产的生态效率
表1-2几种食草动物对植物净生产量的利用率
生态系统类型
群落类型及其特征
利用率％
成熟落叶林
1-7年弃耕地
非洲草原
人工草地
海洋
乔木，世代时间长，植物增长率低
一年生草本，植物生长率快
多年生草本，植物生长率高
多年生草本，植物生长率高
浮游生物，生长迅速，世代周期短
1.2-2.5
12-15
28-60
30-45
60-99
2.生态系统的分解过程
2.1分解过程的性质
生物有机体的降解过程。
无机元素被释放，称为矿化。
储存在有机物中的能量被释放。
（1）碎裂：
把残体分解为颗粒状碎屑。
（2）异化：
有机质在酶作用下分解成单体，进而成为矿物质。
（3）淋溶：
可溶性物质被溶解。
2.2分解者
（1）细菌和真菌
微生物体组织含N量较高，其C:
N约为10:
1，但大多数植物组织的C:
N比约为50:
1，因此，N的供应经常成为微生物生长的限制因素。
分解速率在很大程度上决定于N的供应。
（2）土壤动物
线虫、蟎、蚯蚓、蚂蚁、蜗牛等。
2.3理化环境对分解作用的影响
温度高、湿度大，有机质分解速率高；低温地带有助于土壤有机质积累。
缺氧条件下，抑制土壤微生物活动，造成土壤有机质积累，如沼泽湿地等。
分解指数：
K=I/X，K分解指数；I死有机物年输入总量；X死有机物现存总量。
表2-1几种生态系统类型分解特点比较
冻原
针叶林
落叶林
温带草地
热带雨林
净初级生产力t.hm2.yr-1
枯落物输入量t.hm2.yr-1
枯落物现存量t.hm2.yr-1
分解指数K
1.5
1.5
44.0
0.03
7.5
7.5
35.0
0.2
11.5
11.5
15.0
0.8
7.5
7.5
5.0
1.5
50.0
50.0
5.0
10.0
3.一个草地生态系统的能流过程
鼬
第十一章生态系统物质循环
1.概述
生物地球化学循环：
生物地球化学元素及其化合物在大气－生物－土壤－水圈之间迁移和转化，其过程遵循物质不灭定律，主要元素为C、O、N、P、S等。
生态系统是由“源”和“库”组成的。
生物地球化学循环就是元素在“源”和“库”之间流动和迁移。
生物地球化学循环过程是动态的，“源”和“库”之间是互相转换的、相对的。
2.C循环
C是生命组成元素；与生物地球化学过程相关的气体分子是CO2，CH4,CO等；它们又是温室气体。
大气CO2储量主要受陆地植被和海洋调控。
2.1大气CO2储量
大气中C储量为750PgC（1Pg=1015g）;
2.2生物圈的C储量
全球陆地生态系统NPP为60PgC/yr；全球陆地生态系统枯落物总量为55PgC/year，约为活植物量总量的15%。
2.3土壤有机C库
全球土壤C库为1500PgC。
土壤碳以土壤有机质形式存在，分为腐殖质和非腐殖质。
前者占60-70%，后者约30-35%。
我国土壤平均深度86cm，土壤C库总量为186PgC，占全球1500PgC的12.5%。
土壤中碳的微小变化都将导致大气CO2浓度的显著变化，从而导致气候变化。
土壤呼吸释放的CO2相当于化石燃料燃烧释放CO2量的12倍。
土壤呼吸速率与温度的关系极为密切。
温度每升高5C，土壤呼吸速率增加1倍。
它表明，全球变化对高纬度、高海拔低温地区土壤影响更大。
因此，青藏高原是一个全球变化敏感地区。
2.4.海洋C库
海洋C的贮存量是大气的50倍，即：
50750＝37500PgC，海洋生物储存一部分C，海洋藻类通过光合作用同化一部分C，其余主要以碳酸盐形式存在。
生物圈主要生态系统土壤有机碳库分布
生态系统类型
总面积
（108hm2）
土壤碳密度
全球土壤碳库
（PgC）
全球凋落物
（PgC）
（kgC.m-2）
热带林
24.5
10.4
255
3.6
温带林
12
11.8
142
14.5
北方森林
12
14.9
179
24.0
热带草原
15
3.7
56
1.5
温带草原
9
19.2
173
1.8
高山苔原
8
21.6
173
4.0
荒漠
18
5.6
101
0.2
沼泽、湿地
2
68.6
137
2.5
2.5.化石燃料燃烧
人类活动释放CO2为7.0PgC/yr（化石燃料燃烧5.4PgC/year，森林砍伐1.6PgC/yr）；其中3.4PgC/year用于增加大气中CO2的浓度，2.0PgC/yr被海洋吸收，剩余的1.6PgC/yr去向不明，即所谓‘MissingC’。
2.6甲烷（CH4）
甲烷在大气中含量虽然不高，但甲烷对全球变暖的贡献是CO2的20倍。
甲烷的释放源除了燃烧外，主要是稻田、沼泽等湿地。
中国是农业大国，甲烷的排放量占世界的6.5-7.5%。
温度是影响土壤甲烷排放量的主要因素。
呼吸
（0.08）
2.7中国陆地生态系统C循环
中国陆地植被碳库仅占全球1.1%左右，而土壤碳库占全球土壤碳库的13%，表明中国土壤在全球碳平衡中起着非常重要的作用。
3.N、P和S循环
3.1氮循环
全球N循环（TgN）
空气中78%为N气。
大气N库总量为3.9×106PgN；陆地植被和土壤N库分别为3.5PgN和100PgN。
固氮有3种途径，闪电固氮、工业固氮和生物固氮。
3.2.磷循环
全球有5个P库，土壤、岩石、陆地生物、海洋生物、海洋。
磷是第10大元素，但在生物体中只占1%，生物酶、ATP及电子传递体都有磷。
磷循环没有气体状态参加，成为一种单向循环，因此，P循环是一种沉积型循环，最终沉积于水中，尤其是海洋。
全球P循环（TgP）
几乎所有生物可利用P都是由岩石风化而来的。
由于岩石风化量较少，陆地生态系统普遍缺磷。
农业上使用磷肥较为普遍。
全球P贮藏量只能维持100年左右。
3.3硫循环
地球上最大的S库是黄铁矿（FeS2），海洋也是巨大的S库；生物圈含S量极少，可以忽略不记；
大气中的S主要来自人类活动、火山爆发以及沙尘；
由化石燃料燃烧放入大气的SO2，占大气中S含量的80%。
陆地排放到大气的S，以尘降和雨水吸收的形式回到陆地和海洋，它是酸雨形成的主要形式。
4.水文循环
全球水文循环下降0.2%，30%陆地生态系统将受到荒漠化威胁（Kayane,1996）。
水文循环方式为降水和蒸发，通过这两种形式使地球水分达到平衡。
全球有5大水库:
海洋、冰川、地下水、湖泊、大气。
江河中的水占第6位。
大陆降水占总降水量的23%，海洋降水占77%；陆地蒸发量占总蒸发量的16%，海洋占84%。
陆地降水比蒸发量多出7%，形成地下水和地表径流。
陆地大约有40000km3/year的水以径流的形式回到海洋。
5.人类活动对生物地球化学循环的影响
化石燃料燃烧使CO2升高，导致温室效应；
开垦和过度放牧，造成土壤侵蚀（风蚀与水蚀）和荒漠化；
化肥和农药（DDT、食物链富集）造成土壤污染；
工业与民用排污造成大气污染（酸雨），水污染；
核污染、臭氧破坏等。
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