生态系统.docx

1、生态系统生态系统生态系统简称ECO，是ecosystem的缩写，指在自然界的一定的空间内，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，不断演变，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，最大的生态系统是生物圈；最为复杂的生态系统是热带雨林生态系统，人类主要生活在以城市和农田为主的人工生态系统中。生态系统是开放系统，为了维系自身的稳定，生态系统需要不断输入能量，否则就有崩溃的危险；许多基础物质在生态系统中环，其中碳循环与全球温室效应密切相关，生态系统是生态学领域的不断循一个主要结构和功能单位，属于生态学研究的最高层次。1理论随着

2、生态学的发展，生态学家认为生物与环境是不可侵害的整体，以至后来欧德姆(E.P.Odum)认为应把生物与环境看作一个整体来研究，定义生态学是“研究生态系统结构与功能的科学”，研究一定区域内生物的种类、数量、生物量、生活史和空间分布；环境因素对生物的作用及生物对环境的反作用；生态系统中能量流动和物质循环的规律等，坦斯利对生态系统的组成进行了深入的考察，为生态系统下了精确的定义。1940s，美国生态学家R.L.林德曼（R.L.Lindeman）在对赛达伯格湖（Cedar Bog Lake）进行定量分析后发现了生态系统在能量流动上的基本特点：能量在生态系统中的传递不可逆转4能量传递的过程中逐级递减，传

3、递率为10%20%这也就是著名的林德曼定律。3组成成分生态系统的组成成分:非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者。其中生产者为主要成分。不同的生态系统有：森林生态系统、草原生态系统、海洋生态系统、淡水生态系统（分为湖泊生态系统、池塘生态系统、河流生态系统等)13、农田生态系统、冻原生态系统、湿地生态系统、城市生态系统。 其中，无机环境是一个生态系统的基础，其条件的好坏直接决定生态系统的复杂程度和其中生物群落的丰富度；生物群落反作用于无机环境，生物群落在生态系统中既在适应环境，也在改变着周边环境的面貌，各种基础物质将生物群落与无机环境紧密联系在一起，而生物群落的初生演替甚至可以把一片荒凉的裸

4、地变为水草丰美的绿洲。生态系统各个成分的紧密联系，这使生态系统成为具有一定功能的有机整体。生物与环境是一个不可分割的整体，我们把这个整体叫生态系统。无机环境无机环境是生态系统的非生物组成部分，包含阳光以及其它所有构成生态系统的基础物质：水、无机盐、空气、有机质、岩石等。（吴人坚14131）阳光是绝大多数生态系统直接的能量来源，水、空气、无机盐与有机质都是生物不可或缺的物质基础。（生物群落生产者（producer）生产者在生物学分类上主要是各种绿色植物，也包括化能合成细菌与光合细菌，它们都是自养生物，植物与光合细菌利用太阳能进行光合作用合成有机物，化能合成细菌利用某些物质氧化还原反应释放的能量合

5、成有机物，比如，硝化细菌通过将氨氧化为硝酸盐的方式利用化学能合成有机物。生产者在生物群落中起基础性作用，它们将无机环境中的能量同化，同化量就是输入生态系统的总能量，维系着整个生态系统的稳定，其中，各种绿色植物还能为各种生物提供栖息、繁殖的场所。生产者是生态系统的主要成分。生产者是连接无机环境和生物群落的桥梁。分解者（decomposer）分解者又称“还原者”它们是一类异养生物，以各种细菌和真菌为主，也包含屎壳郎、蚯蚓等腐生动物。分解者可以将生态系统中的各种无生命的复杂有机质（尸体、粪便等）分解成水、二氧化碳、铵盐等可以被生产者重新利用的物质，完成物质的循环，因此分解者、生产者与无机环境就可以构

6、成一个简单的生态系统。分解者是生态系统的必要成分。分解者是连接生物群落和无机环境的桥梁。消费者（consumer）消费者指以动植物为食的异养生物，消费者的范围非常广，包括了几乎所有动物和部分微生物（主要有真细菌），它们通过捕食和寄生关系在生态系统中传递能量，其中，以生产者为食的消费者被称为初级消费者，以初级消费者为食的被称为次级消费者，其后还有三级消费者与四级消费者，同一种消费者在一个复杂的生态系统中可能充当多个级别，杂食性动物尤为如此，它们可能既吃植物（充当初级消费者）又吃各种食草动物（充当次级消费者），有的生物所充当的消费者级别还会随季节而变化。一个生态系统只需生产者和分解者就可以维持运作

7、，数量众多的消费者在生态系统中起加快能量流动和物质循环的作用，可以看成是一种催化剂。时间结构生态系统随时间的变动结构也发生变化。一般有3个时间长度量，一是长时间度量，以生态系统进化为主要内容；二是中等时间度量，以群落演替为主要内容；三是短时间度量。营养结构生态系统各要素之间最本质的联系是通过营养来实现的，食物链和食物网构成了物种间的营养关系。生态系统类型众多，一般可分为自然生态系统和人工生态系统。自然生态系统还可进一步分为水域生态系统和陆地生态系统。人工生态系统则可以分为农田、城市等生态系统。（稳态与环境15第88页）自然陆地生态系统热带雨林（Tropicalrainforest）分布：赤道南

8、北纬5 10度以内的热带气候地区（热带辐合带）。特点：动植物种类繁多，群落结构复杂，种群密度长期处于稳定。据不完全统计，热带雨林拥有全球4075%的物种17。澳大利亚昆士兰州的热带雨林植物：高大乔木为主。动物：丰富度极高，大多数为树栖或攀爬型。针叶林（Temperate coniferous forest）18分布：寒温带及中、低纬度亚高山地区植物：冷杉，云杉，红松热带草原（Grassland（Temperate orTropical）分布：干旱地区。特点：年降水量少，群落结构简单，受降雨影响大；不同季节或年份种群密度和群落结构常发生剧烈变化，景观差异大。荒漠（desert（Hot or Co

9、ld）分布：南北纬1550之间的地带。特点：终年少雨或无雨，年降水布斯基纳法索境内的稀疏大草原量一般少于250mm，降水为阵性，愈向荒漠中心愈少。气温、地温的日较差和年较差大，多晴天，日照时间长。风沙活动频繁，地表干燥，裸露，沙砾易被吹扬，常形成沙暴，冬季更多。荒漠中在水源较充足地区会出现绿洲，具有独特的生态环境。冻原（tundra）分布：欧亚大陆和北美北部边缘地区，包括寒温带和温带的山地与高原。特点：冬季漫长而严寒，夏季温凉短暂，最暖月平均气温不超过14。年降水200300mm。水域生态系统湿地（wetland）分布：大部分地区种类：沼泽、泥炭地、河流、湖泊、红树林、水库、池塘、沿海滩涂、深

10、度小于6m的浅海19。生态价值：可作为生活、工农业用水的水源；补充地下水；水禽的栖息地，鱼类的育肥场所。海洋（sea）分布：太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋。特点：生物群落受光照、温度、盐度、等非生物因素影响较大。生物：浮游生物，大型藻类，鱼，海生哺乳动物，其他无脊椎动物。生态系统的类型比较：森林、草原、海洋和湿地等自然生态系统比较类型森林生态系统草原生态系统海洋生态系统湿地生态系统分布特 点湿润或较湿润地区干旱地区，降雨量很少整个海洋沼泽地、泥炭地、河流、湖泊、红树林、沿海滩涂及低于6m的浅海水域物种繁多较多繁多较多主要动物营树栖和攀缘生活，如犀鸟、避役、树蛙、松鼠、貂等。有挖洞或快速奔跑特性

11、，两栖类和水生动物少见水生动物，从单细胞的原生动物到个体最大的鲸。水禽、鱼类，如丹顶鹤、天鹅及各种淡水鱼类。主要植物高大乔木草本微小浮游植物芦苇群落结构复杂较复杂复杂较复杂种群和群落动态长期相对稳定常剧烈变化长期相对稳定周期性变化限制因素一定的生存空间水，其次为温度和阳光阳光、温度、盐度、深度温度主要效益人类资源库；改善生态环境；生物圈中能量流动和物质循环的主体。提供大量的肉、奶和毛皮；调节气候，防风固沙。维持生物圈中碳氧平衡和水循环；调节全球气候；提供各种丰富资源。生活和工农业用水的直接来源；多雨或河流多水时可蓄积，调节流量和控制洪水，干旱时可释放储存的水补充地表径流和地下水，缓解旱情；消除

12、污染；提供丰富的生物资源。保护措施退耕还林，合理采伐，防虫防火防止过度放牧，防虫防鼠防止过度捕捞及环境污染加入“湿地公约”、建立重要湿地。人工人工生态系统有一些十分鲜明的特点：动植物种类稀少，人的作用十分明显，对自然生态系统存在依赖和干扰。人工生态系统也可以看成是自然生态系统与人类社会的经济系统复合而成的复杂生态系统。农田（farmland）分布：农垦地区生物：农作物为主，昆虫，鸟类，杂草，被废弃后，农田生态系统将发生次生演替，成为自然生态系统。城市（city）分布：世界各地特点：除人工生态系统的共同特点外，城市生态系统以化石燃料为直接的能量来源，开放度高。5生态功能能量流动能量流动指生态系统

13、中能量输入、传递、转化和丧失的过程。能量流动是生态系统的重要功能，在生态系统中，生物与环境，生物与生物间的密切联系，可以通过能量流动来实现。能量流动两大特点：1.能量流动是单向的;2.能量逐级递减。过程能量的输入生态系统的能量来自太阳能，太阳能以光能的形式被生产者固定下来后，就开始了在生态系统中的传递，被生产者固定的能量只占太阳能的很小一部分，下表给出太阳能的主要流向：项目反射吸收水循环风、潮汐光合作用所占比例30%46%23%0.2%0.8%然而，光合作用仅仅是0.8%的能量也有惊人的数目：3.81025焦/秒。在生产者将太阳能固定后，能量就以化学能的形式在生态系统中传递。能量的传递与散失能

14、量在生态系统中的传递是不可逆的，而且逐级递减，递减率为10%20%。能量传递的主要途径是食物链与食物网，这构成了营养关系，传递到每个营养级时，同化能量的去向为：未利用（用于今后繁殖、生长）、代谢消耗（呼吸作用，排泄）、被下一营养级利用（最高营养级除外）。营养关系主条目：食物链、食物网、营养级生态系统中，生产者与消费者通过捕食、寄生等关系构成的相互联系被称作食物链；多条食物链相互交错就食物网形成了食物网。食物链（网）是生态系统中能量传递的重要形式，其中，生产者被称为第一营养级，初级消费者被称为第二营养级，以此类推。由于能量有限，一条食物链的营养级一般不超过五个。生态金字塔生态金字塔是以面积表示特

15、定内容，按营养级至下而上排列形成的图示，因其往往呈现金字塔状，故名。常用的有三种：能量金字塔、生物量金字塔、生物数量金字塔。能量金字塔（energypyramid）含义：将单位时间内各营养级所得能量的数量值用面积表示，由低到高绘制成图，即为能量金字塔。特点：能量金字塔永远正立，因为生态系统进行能量传递是遵守林德曼定律，每个营养级的能量都是上一个营养级能量的10%20%。生物量金字塔（biomasspyramid）含义：将每个营养级现存生物的有机物质量用面积表示，由低到高绘制成图，即为生物量金字。特点：与能量金字塔基本吻合，因为营养级所获得的能量与其有机物质的同化量正相关。生物数量金字塔（Elt

16、onian pyramid）含义：将每个营养级现存个体数量用面积表示，由低到高绘制成图，即为生物数量金字塔。特点：形状多样，并不总是正立。例如，几百只昆虫和数只鸟可以同时生活在一棵树上，出现“下小上大”的现象物质循环主条目：生物地球化学循环生态系统的能量流动推动着各种物质在生物群落与无机环境间循环。这里的物质包括组成生物体的基础元素：碳、氮、硫、磷，以及以DDT为代表的，能长时间稳定存在的有毒物质；这里的生态系统也并非家门口的一个小水池，而是整个生物圈，其原因是气态循环和水体循环具有全球性，一个例子是2008年5月，科学家曾在南极企鹅的皮下脂肪内检测到了脂溶性的农药DDT，20这些DDT就是通

17、过全球性的生物地球化学循环，从遥远的文明社会进入企鹅体内的。按循环途径分类气体型循环（gaseous cycles）元素以气态的形式在大气中循环即为气体型循环，又称“气态循环”，气态循环把大气和海洋紧密连接起来，具有全球性。（吴人坚14141页）碳-氧循环和氮循环以气态循环为主。水循环（water cycle）水循环是指大自然的水通过蒸发，植物蒸腾，水汽输送，降水，地表径流，下渗，地下径流等环节，在水圈，大气圈，岩石圈，生物圈中进行连续运动的过程。水循环是生态系统的重要过程，是所有物质进行循环的必要条件（吴人坚14143）沉积型循环（sedimentary cycles）沉积型循环发生在岩石圈

18、，元素以沉积物的形式通过岩石的风化作用和沉积物本身的分解作用转变成生态系统可用的物质，沉积循环是缓慢的、非全球性的、不显著的循环。沉积循环以硫、磷、碘为代表，还包括硅以及碱金属元素。（吴人坚14141142）常见物质的循环碳循环（carbon cycle）碳元素是构成生命的基础，碳循环是生态系统中十分重要的循环，其循环主要是以二氧化碳的形式随大气环流在全球范围流动。碳-氧循环的主要流程为（可参见右图）：大气圈生物群落植物通过光合作用将大气中的二氧化碳同化为有机物消费者通过食物链获得植物生产的含碳有机物植物与动物在获得含碳有机物的同时，有一部分通过呼吸作用回到大气中。动植物的遗体和排泄物中含有大

19、量的碳，这些产物是下一环节的重点。生物群落岩石圈、大气圈植物与动物的一部分遗体和排泄物被微生物分解成二氧化碳，回到大气另一部分遗体和排泄物在长时间的地质演化中形成石油、煤等化石燃料分解生成的二氧化碳回到大气中开始新的循环；化石燃料将长期深埋地下，进行下一环节。岩石圈大气圈一部分化石燃料被细菌（比如嗜甲烷菌）分解生成二氧化碳回到大气另一部分化石燃料被人类开采利用，经过一系列转化，最终形成二氧化碳。大气与海洋的二氧化碳交换大气中的二氧化碳会溶解在海水中形成碳酸氢根离子，这些离子经过生物作用将形成碳酸盐，碳酸盐也会分解形成二氧化碳。整个碳循环过程二氧化碳的固定速度与生成速度保持平衡，大致相等，但随着

20、现代工业的快速发展，人类大量开采化石燃料，极大地加快了二氧化碳的生成速度，打破了碳循环的速率平衡，导致大气中二氧化碳浓度迅速增长，这是引起温室效应的重要原因。氮循环（nitrogen cycle）氮气占空气78%的体积，因而氮循环是十分普遍的，氮是植物生长所必需的元素，氮循环对各种植物包括农作物而言，是十分重要的。氮循环的主要流程为（可参见右图）：氮的固定氮气是十分稳定的气体单质，氮的固定指的就是通过自然或人工方法，将氮气固定为其它可利用的化合物的过程，这一过程主要有三条途径在闪电的时候，空气中的氮气与氧气在高压电的作用下会生成一氧化氮，之后一氧化氮经过一系列变化，最终形成硝酸盐氮气+氧气一氧

21、化氮二氧化氮（四氧化二氮）硝酸硝酸盐。硝酸盐是可以被植物吸收的含氮化合物，氮元素随后开始在岩石圈循环根瘤菌、自生固氮菌能将氮气固定生成氨气，这些氨气最终被植物利用，在生物群落开始循环自1918年弗里茨哈勃（Fritz Haber）发明人工固氮方法以来，人类对氮循环施加了重要影响，人们将氮气固定为氨气，最终制成各种化肥投放到农田中，开始在岩石圈循环；23微生物循环氮被固定后，土壤中的各种微生物可以通过化能合成作用参与循环硝化细菌（Nitrifying bacteria）能将土壤中的铵根（氨气）氧化形成硝酸盐反硝化细菌（Denitrifying bacteria）能将硝酸盐还原成氮气反硝化细菌还原

22、生成的氮气重新回到大气开始新的循环，这是一条最简单的循环路线。如果进入岩石圈的氮没有被微生物分解，而是被植物的根系吸收进而被植株同化，那么这些氮还将经历另一个过程生物群落岩石圈植物将土壤中的含氮化合物同化为自身的有机物（通常是蛋白质），氮元素就会在生物群落中循环植物吸收并同化土壤中的含氮化合物初级消费者通过摄取植物体，将氮同化为自身的营养物，更高级的消费者通过捕食其它消费者获得这些氮植物、动物的氮最终通过排泄物和尸体回到岩石圈，这些氮大部分被分解者分解生成硝酸盐和铵盐少部分动植物尸体形成石油等化石燃料经过生物群落循环后的硝酸盐和铵盐可能再次被植物根系吸收，但循环多次后，这批化合物最终全部进入硝

23、化细菌和反硝化细菌组成的基本循环中，完成循环。化石燃料的分解石油等化石燃料最终被微生物分解或被人类利用，氮元素也随之生成氮气回到大气中，历时最长的一条氮循环途径完成。硫循环（sulfur cycle）硫是生物原生质体的重要组分，是合成蛋白质的必须元素，因而硫循环也是生态系统的基础循环。硫循环明显的特点是，它有一个长期的沉积阶段和一个较短的气体型循环阶段，因为含硫的化合物中，既包括硫酸钡、硫酸铅、硫化铜等难溶的盐类；也有气态的二氧化硫和硫化氢。硫循环的主要过程为：硫的释放多种生物地球化学过程可将硫释放到大气中火山喷发可以带出大量的硫化氢气体硫化细菌（thiobacillus）通过化能合成作用形成

24、硫化物，释放化合物的种类因硫化细菌的种类而有不同海水飞沫形成的气溶胶岩体风化，该途径产生的硫酸盐将进入水中，这一过程释放的硫占释放总量的50%左右（吴人坚14146147）大部分硫将进入水体。火山喷发等途径形成的气态含硫化合物将随降雨进入土壤和水体，但大部分的硫直接进入海洋，并在海里永远沉积无法连续循环。只有少部分在生物群落循环。岩石圈、水圈生物群落和氮循环类似，植物根系吸收硫酸盐，硫元素就开始在生物群落循环，最后由尸体和排泄物脱离，大部分此类物质被分解者分解，少部分形成化石燃料。重新沉积分解者将含硫有机物分解为硫酸盐和硫化物后，这些硫化物将按过程重新开始循环磷循环（phosphorus cy

25、cle）磷是植物生长的必须元素，由于磷根本没有气态化合物，所以磷循环是典型的沉积循环，自然界的磷主要存在于各种沉积物中，通过风化进入水体，在生物群落循环，最后大部分进入海洋沉积，虽然部分海鸟的粪便可以将磷重新带回陆地（瑙鲁岛上存在大量的此类鸟粪），但大部分磷还是永久性地留在了海底的沉积物中无法继续循环。有害物质循环主条目：生物富集人类在改造自然的过程中，不可避免地会向生态系统排放有毒有害物质，这些物质会在生态系统中循环，并通过富集作用积累在食物链最顶端的生物上（最顶端的生物往往是人）。生物的富集作用指的是：生物个体或处于同一营养级的许多生物种群，从周围环境中吸收并积累某种元素或难分解的化合物，

26、导致生物体内该物质的平衡浓度超过环境中浓度的现象。有毒有害物质的生物富集曾引起包括水俣病、痛痛病在内的多起生态公害事件。生物富集对自然界的其他生物也有重要影响，例如美国的国鸟白头海雕就曾受到DDT生物富集的影响，1952年1957年间，已经有鸟类爱好者观察到白头海雕的出生率在下降（卡逊7第八章），随后的研究则表明，高浓度的DDT会导致白头海雕的卵壳变软以致无法承受自身的重量而碎裂。26直到1972年11月31日美国环境保护署（Environmental Protection Agency .EPA）正式全面禁止使用DDT，27白头海雕的数量才开始恢复。信息传递主条目：生物信息传递物理信息（ph

27、ysical information）物理信息指通过物理过程传递的信息，它可以来自无机环境/也可以来自生物群落，主要有：声、光、温度、湿度、磁力、机械振动等（参，稳态与环境，第105页）。眼、耳、皮肤等器官能接受物理信息并进行处理。植物开花属于物理信息。化学信息（chemical information）许多化学物质能够参信息传递，包括：生物碱、有机酸及代谢产物等，鼻及其它特殊器官能够接受化学信息。行为信息（behavior information）行为信息可以在同种和一种生物间传递。行为信息多种多样，例如蜜蜂的“圆圈舞”以及鸟类的“求偶炫耀”。作用生态系统中生物的活动离不开信息的作用，信息在

28、生态系统中的作用主要表现在，28生命活动的正常进行许多植物（莴苣、茄子、烟草等）的种子必须接受某种波长的光信息才能萌发蚜虫等昆虫的翅膀只有在特定的光照条件下才能产生光信息对各种生物的生物钟构成重大影响正常的起居、捕食活动离不开光、气味、声音等各种信息的作用种群的繁衍光信息对植物的开花时间有重要影响性外激素在各种动物繁殖的季节起重要作用鸟类进行繁殖活动的时间与日照长短有关调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定在草原上，当草原返青时，“绿色”为食草动物提供了可以采食的信息森林中，狼能够依据兔子留下的气味去猎捕后者，兔子也能依据狼的气味或行为特征躲避猎捕。生态价值简介主条目：生态价值、生物多样性、

29、生态系统多样性生态价值是区别于劳动价值的一种价值。指的是空气、水、土地、生物等具有的价值，生态价值是自然物质生产过程创造的。它是“自然-社会”系统的共同财富。无机环境的价值是显而易见的，它是人类生存和发展的基础，而随着日益严重的环境问题，生物多样性的价值也逐渐被人类发现。生物多样性 生物多样性指的是一定范围内动物、植物、微生物有规律地结合所构成稳定的生态综合体。这种多样包括：物种多样性、遗传与变异多样性、生态系统多样性。生态系统多样性是指不同生境、生物群体以及生物圈生态过程的总和。它表现为生态系统结构多样性以及生态过程的复杂性和多变性。保护生态系统多样性尤为重要，因为无论是物种多样栓还是遗传多

30、样性都是寓于生态系统多样性之中，生态系统多样性保护直接影响物种多样性及其基因多样牲。潜在价值潜在价值指的是人类尚不清楚的价值。直接价值直接价值包括对人类的医药、仿生、文艺、旅游等非实用意义的价值。 间接价值间接价值亦称“生态功能”，指的是对生态环境起稳定调节作用的功能，常见的有：湿地生态系统的蓄洪防旱功能、森林和草原防止水土流失的功能。生物多样性的间接价值远大于直接价值。（稳态与环境15125126）9稳定性作为一个独立运转的开放系统，生态系统有一定的稳定性，生态系统的稳定性指的是生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力，生态系统稳定性的内在原因是生态系统的自我调节（稳态与环境15第109页）。生态系统处于稳定状态时就被称为达到了生态平衡。生态平衡主条目：生态平衡生态平衡是一种动态平衡，是生态系统内部长期适应的结果，即生态系统的结构和功能处于相对稳定的状态，其特征为：能量与物质的输入和输出基本相等，保持平衡生物群落内种类和数量保持相对稳定生产者、消费者、分解者组成完整的营养结构具有典型的食物链与符合规律的金字塔形营养级生物个体数、生物量、生产力维持恒定（吴人坚14第151页）生态自我调节 生态系统保持自身稳定的能力被称为生态系统的自我调节能力。生态系统自我调节能力的强弱是多方因素共同作用体现的。一般地：成分多样、能量流动和物质循环途径复杂的生态系统自我调节能