1、第十一講: 生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué),基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)課程,生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)的幾個(gè)主要內(nèi)容,關(guān)鍵問(wèn)題,1,2,3,4,5,生態(tài)系統(tǒng)的基本概念與組成、結(jié)構(gòu),種間關(guān)系or營(yíng)養(yǎng)關(guān)系？,生態(tài)系統(tǒng)的平衡與調(diào)節(jié),物質(zhì)循環(huán),能量流動(dòng),1、生態(tài)系統(tǒng)的基本概念與組成、結(jié)構(gòu),（1）基本概念 在一定空間中共同棲居著的所有生物（即生物群落）與其環(huán)境之間由于不斷地進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)過(guò)程而形成的統(tǒng)一整體。 構(gòu)成系統(tǒng)的三個(gè)條件：包含很多成分；成分之間互相聯(lián)系；具有獨(dú)立的、特定的功能。 最初由Tansley，1936年提出；卡切夫的生物地理群落；,生態(tài)系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu),按營(yíng)養(yǎng)方式劃分為生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者，這三者是生態(tài)系統(tǒng)中的生物成分b

2、iotic component，加上非生物成分，就是組成生態(tài)系統(tǒng)的四大基本成分。,1、生態(tài)系統(tǒng)的基本概念與組成、結(jié)構(gòu),（2）生態(tài)系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu),I.自養(yǎng)生物：IA. 草本植物，IB.浮游植物； II.食草動(dòng)物：IIA. 食草性昆蟲和哺乳動(dòng)物，IIB. 浮游動(dòng)物； III. 食碎屑動(dòng)物：IIIA. 陸地土壤無(wú)脊椎動(dòng)物，IIIB. 水中底棲無(wú)脊椎動(dòng)物； IV. 食肉動(dòng)物：IVA. 陸地鳥(niǎo)類和其他，IVB. 水中魚類； V. 腐食性生物、細(xì)菌和真菌,1、生態(tài)系統(tǒng)的基本概念與組成、結(jié)構(gòu),（2）生態(tài)系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu),初級(jí)生產(chǎn)（力）：自養(yǎng)生物的生產(chǎn)過(guò)程； 次級(jí)生產(chǎn)（力）：異養(yǎng)生物的再生產(chǎn)過(guò)程；,2、種間

3、關(guān)系or營(yíng)養(yǎng)關(guān)系？,（1）體現(xiàn)的方式：食物鏈、食物網(wǎng)?（不僅這些）,食物鏈與食物網(wǎng)是固定不變的還是不斷變化的？,食物網(wǎng)的性質(zhì)與生態(tài)系統(tǒng)的性質(zhì)有無(wú)聯(lián)系？是何種聯(lián)系？,營(yíng)養(yǎng)級(jí)：指處于食物鏈某一環(huán)節(jié)上的全部生物種的總和，因此營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的關(guān)系是指一類生物和處于不同營(yíng)養(yǎng)層次上另一類生物之間的關(guān)系。 生態(tài)金字塔：指各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間某種數(shù)量關(guān)系，這種數(shù)量關(guān)系可采用生物量單位、能量單位或個(gè)體數(shù)量單位，采用這些單位構(gòu)成的生態(tài)金字塔分別稱為生物量金字塔、能量金字塔和數(shù)量金字塔。 生態(tài)效率：指各種能流參數(shù)在各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間和內(nèi)部的比值關(guān)系。,生態(tài)系統(tǒng)中能量在沿著食物鏈傳遞時(shí)，從一個(gè)環(huán)節(jié)到另一個(gè)環(huán)節(jié)，能量大約要損失90。,

4、生態(tài)錐體有無(wú)倒置的可能？,2、種間關(guān)系or營(yíng)養(yǎng)關(guān)系？,（2）能量傳遞中的一些能量參數(shù)與指標(biāo)：,攝食量（I）：一個(gè)生物所攝取的能量； 同化量（A）：動(dòng)物消化后吸收的能量；植物光合作用中所固定的能量，總初級(jí)生產(chǎn)力；,呼吸量（R）：生物在呼吸等新陳代謝和各種活動(dòng)中消耗的全部能量； 生產(chǎn)量（P）：生物在呼吸消耗后凈剩的同化能量值，植物的凈初級(jí)生產(chǎn)力，動(dòng)物為P=A-R；,基本的能量參數(shù)：,2、種間關(guān)系or營(yíng)養(yǎng)關(guān)系？,衡量生態(tài)效率的一些指標(biāo)：,同化效率（Ae）：植物光合作用所固定的能量與吸收的日光能之比；動(dòng)物同化的能量與攝食能量之比； Ae=An/In 生產(chǎn)效率（Pe）：形成新的生產(chǎn)能量占同化能量的百分比

5、； Pe=Pn/An,消費(fèi)效率（Ce）：n+1營(yíng)養(yǎng)級(jí)消費(fèi)的能量占n營(yíng)養(yǎng)級(jí)凈生產(chǎn)能量的比例； Ce=In+1/Pn 林德曼效率（Le）：n+1營(yíng)養(yǎng)級(jí)所獲得的能量占n營(yíng)養(yǎng)級(jí)獲得能量之比； Le=In+1/In=（An/In）*（Pn/An）*（In+1/Pn）,2、種間關(guān)系or營(yíng)養(yǎng)關(guān)系？,衡量生態(tài)效率的一些指標(biāo)：,同化效率（Ae）：植物光合作用所固定的能量與吸收的日光能之比；動(dòng)物同化的能量與攝食能量之比； Ae=An/In 生產(chǎn)效率（Pe）：形成新的生產(chǎn)能量占同化能量的百分比； Pe=Pn/An,消費(fèi)效率（Ce）：n+1營(yíng)養(yǎng)級(jí)消費(fèi)的能量占n營(yíng)養(yǎng)級(jí)凈生產(chǎn)能量的比例； Ce=In+1/Pn 林德曼效率

6、（Le）：n+1營(yíng)養(yǎng)級(jí)所獲得的能量占n營(yíng)養(yǎng)級(jí)獲得能量之比； Le=In+1/In=（An/In）*（Pn/An）*（In+1/Pn）,3、能量流動(dòng),一、生態(tài)學(xué)的概念及內(nèi)涵,收支平衡 （物質(zhì)輸出與輸入維持平衡 ）,結(jié)構(gòu)平衡 （生物組成比例合理）,功能平衡 （生物所組成的生產(chǎn)加工 分解、轉(zhuǎn)化的代謝過(guò)程正常運(yùn)行 ）,動(dòng)態(tài)的生態(tài)平衡,一個(gè)地區(qū)的生物和環(huán)境經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的相互作用過(guò)程，在生物與生物以及生物與環(huán)境成分之間，建立了相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的功能。,（5）動(dòng)態(tài)的生態(tài)平衡：,生態(tài)環(huán)境？,（3）生態(tài)系統(tǒng)的基本特征： 具有自我調(diào)節(jié)能力; 能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞是生態(tài)系統(tǒng)的三大功能; 生態(tài)系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)級(jí)數(shù)

7、目一般不會(huì)超過(guò)56個(gè); 生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)半開(kāi)放的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，要經(jīng)歷一個(gè)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從不成熟到成熟的演變過(guò)程，其早期階段和晚期階段具有不同特性。,2、種間關(guān)系or營(yíng)養(yǎng)關(guān)系？,2、達(dá)爾文與物種起源,共同祖先學(xué)說(shuō)： 揭示了生物進(jìn)化的事實(shí)，指出物種是可變的，所有的生物都來(lái)自同一祖先，生物的進(jìn)化是一個(gè)樹(shù)枝狀的不斷分化的過(guò)程。,人類來(lái)自非洲：南方古猿露西藝術(shù)想象圖,2、達(dá)爾文與物種起源,自然選擇學(xué)說(shuō)： 提出了解釋生物是如何進(jìn)化的一個(gè)機(jī)制，認(rèn)為自然選擇是生物進(jìn)化的主要方式，是對(duì)生物適應(yīng)性的合理解釋。 “物競(jìng)天擇，適者生存”,2、達(dá)爾文與物種起源,達(dá)爾文進(jìn)化論的局限性： 達(dá)爾文進(jìn)化論只能解釋生物物種的漸變，不能

8、解釋物種的突變。 達(dá)爾文進(jìn)化論只包含了進(jìn)化的必然性，未包含偶然性。 達(dá)爾文進(jìn)化論只關(guān)注生物間的斗爭(zhēng)，而忽略了協(xié)同、協(xié)作。,3、生物的五界系統(tǒng),美國(guó)生物學(xué)家魏泰克（R.H.Whittaker）1969年提出 五界系統(tǒng)按復(fù)雜性增加的三個(gè)層次排列生命： 原核的單細(xì)胞（原核生物界）；真核的單細(xì)胞（原生生物界）；真核的多細(xì)胞（植物界、真菌界和動(dòng)物界）。,4、分子生態(tài)學(xué),（1）分子生態(tài)學(xué)的發(fā)展 群體遺傳學(xué)、生態(tài)遺傳學(xué)和進(jìn)化遺傳學(xué)三門分支科學(xué)奠定了基礎(chǔ)，最早的研究工作可以追溯到70多年前。 Elton（1924）將動(dòng)物數(shù)量的波動(dòng)和非適應(yīng)習(xí)性結(jié)合起來(lái)進(jìn)行研究，是聯(lián)系生態(tài)學(xué)和遺傳學(xué)的第一位學(xué)者。 1992年，M

9、olecular Ecology問(wèn)世 。,4、分子生態(tài)學(xué),（2）研究?jī)?nèi)容： 物種起源和進(jìn)化的研究 瀕危物種的研究，保護(hù)生物種群（如瓶頸效應(yīng)研究，保育生態(tài)學(xué)） 行為生態(tài)學(xué)的研究，了解（繁殖）性別比例等,種群生態(tài)學(xué)（包括地理位置分布等） 地理位置上的隔離種群基因流研究,4、分子生態(tài)學(xué),轉(zhuǎn)基因生物釋放的生態(tài)學(xué)評(píng)估應(yīng)用 遺傳分化與生理適應(yīng)和形態(tài)分化 環(huán)境變化與基因表達(dá)的關(guān)系 環(huán)境變化與生物多樣性的關(guān)系（地理變遷，環(huán)境污染等） 疾病的診斷、病因的解釋等醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用,4、分子生態(tài)學(xué),（3）研究方法： DNA 雜交，限制性片段分析（限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性，RFLP），DNA 指紋分析，多位點(diǎn)指紋和單位點(diǎn)指紋

10、以及可變數(shù)量的銜接重復(fù)（VNTR），DNA 放大（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，PCR），DNA 測(cè)序和隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA（RAPD） ，微衛(wèi)星標(biāo)記 (simple tandem repeats,STRs) 等。,5、環(huán)境生態(tài)學(xué),（1）定義： 是指以生態(tài)學(xué)的基本原理為理論基礎(chǔ)，結(jié)合系統(tǒng)科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、儀器分析、環(huán)境科學(xué)等學(xué)科的研究成果，研究生物與受人干預(yù)的環(huán)境相互之間的關(guān)系及其規(guī)律性的一門科學(xué)。,5、環(huán)境生態(tài)學(xué),（2）研究?jī)?nèi)容： 自然資源的合理利用與保護(hù) 環(huán)境污染的生物效應(yīng),環(huán)境污染的綜合治理 環(huán)境污染的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià) 環(huán)境污染對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能的影響,5、環(huán)境生態(tài)學(xué),我國(guó)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量:,5、環(huán)境生

11、態(tài)學(xué),二、生態(tài)因子,1、環(huán)境： 定義：指某一特定生物體或生物群體周圍一切的總和，包括空間及直接或間接影響生物體或生物群體生存的各種因素。,環(huán)境的相對(duì)性：具有特定的主體或中心。如環(huán)境科學(xué)和生物科學(xué)中的環(huán)境的定義。,二、生態(tài)因子,（1）大環(huán)境與大氣候： 大環(huán)境：地區(qū)環(huán)境、地球環(huán)境和宇宙環(huán)境； 大氣候：距離地面1.5 m以上的氣候，如大氣環(huán)流、地理緯度、距海洋距離、大面積地形等； 大環(huán)境的生物群系：熱帶雨林、溫帶森林和苔原等。,二、生態(tài)因子,（2）小環(huán)境與小氣候： 小環(huán)境：對(duì)生物有直接影響的鄰接環(huán)境，指小范圍內(nèi)的特定棲息地； 小氣候：近地面1.5 m以內(nèi)的氣候，受局部地形、植被和土壤類型等因素的調(diào)節(jié)

12、，與大氣候差異大； 小環(huán)境更重要。,二、生態(tài)因子,2、生態(tài)因子： 定義:環(huán)境要素中對(duì)生物起作用的因子，如光照、溫度、水分、氧氣、二氧化碳、食物和其他生物。 生態(tài)環(huán)境：所有生態(tài)因子就構(gòu)成了構(gòu)成生物的生態(tài)環(huán)境。 生境：特定生物體或群體的棲息地的生態(tài)環(huán)境。,二、生態(tài)因子,二、生態(tài)因子,（1）、生態(tài)因子的分類： 按其性質(zhì)、特征及作用方式分為4類： 按性質(zhì)（物理屬性）：氣候因子；土壤因子；地形因子；生物因子和人為因子等。 按有無(wú)生命的特征：生物因子和非生物因子。,二、生態(tài)因子,（1）、生態(tài)因子的分類： 按其對(duì)動(dòng)物種群數(shù)量變動(dòng)的作用：密度制約因子（食物、天敵等生物因子）和非密度制約因子（溫度、降雨等氣候因

13、子）。 按其穩(wěn)定性及作用特點(diǎn)：穩(wěn)定因子和非穩(wěn)定因子。,二、生態(tài)因子,（2）生態(tài)因子的作用特征 綜合作用,地球植被分布的模式，基本上是由氣候，特別是水熱組合狀況決定的。 我國(guó)植被變化由東南沿海到西北內(nèi)陸依次出現(xiàn)了三大植被區(qū)域，即東部濕潤(rùn)森林區(qū)、中部半干旱草原區(qū)、西部?jī)?nèi)陸干旱荒漠區(qū)，這充分反映了中國(guó)植被的經(jīng)度地帶性分布。,二、生態(tài)因子,主導(dǎo)因子作用:對(duì)生物起作用的生態(tài)因子并非等價(jià)的,其中一個(gè)起決定性作用.如沙漠中的雨水對(duì)沙漠生物的影響. 階段性作用:低溫對(duì)植物的春化作用,如小麥;天仙子成花的低溫誘導(dǎo).,二、生態(tài)因子,不可替代性和補(bǔ)償性作用: 軟體動(dòng)物殼的合成，缺鈣狀態(tài)下，環(huán)境中的鍶可以起到補(bǔ)償作用

14、。 直接作用和間接作用: 間接作用：植物的光合作用，植物在一定時(shí)間的光照條件下，才能足夠的光合產(chǎn)物供其生長(zhǎng)； 直接作用：光對(duì)植物形態(tài)的建成。,三、生物與環(huán)境的相互作用,1、大范圍而言，環(huán)境對(duì)生物分布與生長(zhǎng)起著主要與決定作用,環(huán)境對(duì)生物的作用是多方面的：生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖、行為、分布區(qū)域等。,三、生物與環(huán)境的相互作用,2、生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)是能動(dòng)的，而且可以一定程度的發(fā)揮生態(tài)效應(yīng)，改造環(huán)境（這要建立在上一點(diǎn)的基礎(chǔ)上）,生物適應(yīng)的能動(dòng)性,三、生物與環(huán)境的相互作用,生物鐘,“春困，秋乏，夏打盹。”,三、生物與環(huán)境的相互作用,生物對(duì)環(huán)境的反作用,四川若爾蓋大草原嚴(yán)重退化,三、生物與環(huán)境的相互作用,3、生物

15、與環(huán)境是協(xié)同進(jìn)化的,四、最小因子、限制因子與耐受限度,1、利比希最小因子定律:,Liebig（1840）植物的生長(zhǎng)取決于那些處于最少量狀態(tài)的營(yíng)養(yǎng)元素（Law of minimum） 低于某種生物需要的最小量的任何特定因子，是決定該種生物生存和分布的根本因素 適用于嚴(yán)格穩(wěn)定的狀態(tài)下 需注意生態(tài)因子間的補(bǔ)償作用,四、最小因子、限制因子與耐受限度,2、限制因子定律: Blackman（1905）生態(tài)因子的最大狀態(tài)也具有限制性影響（Law of limiting factors）,具體內(nèi)容：在外界光、溫度、營(yíng)養(yǎng)物等因子數(shù)量改變的狀態(tài)下，探討生理現(xiàn)象的變化，可歸納為3個(gè)要點(diǎn)：生態(tài)因子低于最低狀態(tài)時(shí)；在最

16、適狀態(tài)下；在最大狀態(tài)之上。 限制因子：任何生態(tài)因子，當(dāng)接近或超過(guò)某種生物的耐受極限而阻止其生存、生長(zhǎng)、繁殖或擴(kuò)散時(shí)，即成為限制因子。 具有實(shí)用價(jià)值,四、最小因子、限制因子與耐受限度,3、耐受限度與生態(tài)幅:,（1）耐受性定律（Law of tolerance） 任何一個(gè)生態(tài)因子在數(shù)量或質(zhì)量上的不足或過(guò)多時(shí)，即當(dāng)其接近或達(dá)到某種生物的耐受限度時(shí)會(huì)使該種生物衰退或不能生存； 環(huán)境因子量的變化+生物本身的耐受限度； 允許生態(tài)因子的相互作用。,四、最小因子、限制因子與耐受限度,（2）耐受性定律的發(fā)展： 每一種生物，對(duì)不同生態(tài)因子的耐受范圍存在差異； 生物的不同生長(zhǎng)發(fā)育階段，對(duì)環(huán)境因子的耐受限度是不同的； 不同的生物種類，對(duì)同一生態(tài)因子的耐受性是不同的； 當(dāng)生物的某一生態(tài)因子處于非最適狀態(tài)時(shí)，生物對(duì)其他生態(tài)因子的耐受限度也會(huì)下降。,四、最小因子、限制因子與耐受限度,（3）生態(tài)幅/生態(tài)價(jià)（Ecological amplitude/Ecological valence） 每一種生物對(duì)每一種生態(tài)因子都有一個(gè)耐受范圍，即有一個(gè)生態(tài)上的最低點(diǎn)和最高點(diǎn)，在這之間的范圍； 生