1、1）生态系统（Ecosystem or Ecological system）概念的提出：英国生态学家 A.G.Tansley（1935）, 生物有机体与其无机环境不可分割的观点。 生物群落是生态系统的核心，在一定环境条件下生物群落具有自我维持、复原和重建的能力。,生态系统的概念,2）生物地理群落（biogeocoenosis）概念的提出：前苏联学者 Sukachev （1940） 生物地理群落 = 生物群落+气候+土壤 1965年，丹麦的哥本哈根的国际会议同义语3）定义：在一定的时空范围内，生物群落与其环境之间通过不断的物质循环与能量流动形成的相互依赖、作用、相互制约的统一体。,生态系统的组成
2、,生态系统的概念,生态系统的共同特征包括：,（1）生态系统内部在一定范围和限度下具有自我调节的能力，这种自我调节的能力与生物多样性程度成正比； （2）生态系统中的能量流动、物质循环和信息传递体现了生态系统的动力学特征，生态系统内部始终处于运动之中，能量的流动是单向的，物质流动是循环式的； （3）生态系统吸收的太阳能量一般都通过45个不同营养等级的生物进行传递； （4）从地球上生物起源到现在，生态系统经历了从简单到复杂的发育阶段。,生态系统的营养结构,通过处于不同营养水平的生物之间的食物传递形成了一环套一环的链条式关系结构，称为食物链.,生态系统的营养结构,在生态系统中，一种生物往往并不只固定在
3、一条食物链上，它们可以同时加入几条食物链。 生态系统中的营养关系是一种网状结构，因此称为食物网。 食物网越复杂，生态系统就越稳定；食物网越简单，生态系统就越容易发生波动或遭受毁灭。,北极地区食物网,生态系统中的能量流动,生态系统中总的有机体物质称为生物量。 光合细菌和植物等生产者所制造的有机质被称为生态系统的初级生产力。,地球上总的初级生产力是一定的，因此，生态系统中的能量分配和利用也是有限度的。,初级生产量的限制因素1、主要限制因素：光照、水、CO2、O2、营养、温度.,2、等值：生态因素的组合不同。可以产生等值的生产量生态因素的补偿性。 3、最适条件下，单一因素常可成为限制因子，影响程度的
4、大小看偏离最适环境的距离。 4、生态系统能否形成最大生物量来形成光合器官，提高光能利用率。 5、植物水分的蒸发、蒸腾量：太阳辐射、温度、降雨量的综合作用的指标，和叶片的大小温度、湿度都有关系。,不同生态系统的主要限制因子： 沙漠：水分； 海洋：光强、营养物质； 陆地：光照时间、降水、营养物质； 热带雨林：光照、养分、降水,初级生产量的测定方法 收获量测定法用于陆地生态系统。定期收割植被，烘干至恒重，然后以每年每平方米的干物质重量来表示。 CO2测定法用塑料帐将群落的一部分罩住，测定进入和抽出空气中CO2含量。 放射性标记物测定法把放射性以碳酸盐的形式，放入含有自然水体浮游植物的样瓶中，沉入水中
5、经过短时间培养，滤出浮游植物，干燥后在计数器中测定放射活性，然后通过计算，确定光合作用固定的碳量。 叶绿素测定法通过薄膜将自然水进行过滤，然后用丙酮提取，将丙酮提出物在分光光度计中测量光吸收，再通过计算，化为每m2含叶绿素多少克。,净初级生产量生产力NP(Pn) 组织的增大数量的增多，由于植物的生长和生殖. NP=GP-R 生物量 指单位面积上的生产量。第一生产力（净初级生产力） 植物除去呼吸消耗而余下的有机物积累速率。 现存量S=GP-R-H-D一定面积的地段上，某一特定观测时刻存在着的活的植物体的总量。H:被植物动物取食的量D:死亡的量,次级生产的概念及生产过程：狭义：植食动物利用初级生产
6、者固定的能量进行同化作用的过程或制造有机物的过程广义：生产者以外的所有有机体利用初级生产者所固定的能量进行同化作用的各过程，表现为动物、微生物的生长、繁殖、和微生物的储存。不可利用的（无法取食或不可取食的） 可以利用单未被利用的（动物种群密度过低） 已被采食但未被同化的（粪便排泄物） 呼吸消耗（基础代谢、运动代谢、维持生命总的消耗量） 同化但未被利用的（汗、分泌物）。,次级生产的生态效率:同化效率,净初级生产量： 用于植物的生产和生殖（体积的增大，数量的增多，繁殖器官的形成）用于生长时，各部分的分配比例不同. 地上，地下生物量的比值=根茎比。 在地球上的分布规律：热带雨林热带草原陆地海洋 湿地
7、：沼泽，河口湾，海洋中上涌带较高。 NP随生态系统的发育变化，若生态系统达到顶级稳定，则NP=0，GP最大 。,生态系统中的能量流动,生态系统中的能量流动是单一方向的。,输入生态系统中的能量（太阳能）总是和生物有机体贮存、转换的能量和释放的热量相等。 以热的形式散失的能量不能再回到生态系统参与流动和被利用,生态系统中的能量流动,由于通过食物链后能量的逐级损失，食物链中的能量也由下向上呈现下宽上窄的金字塔型，称为能量金字塔 。 从能量的角度考虑，生态系统是一个开放系统，不断的能量输入和能量的散失，使该开放系统维持一种稳定的平衡状态。,生态系统中能量流的特点： 1、单向、不可逆的，能量在生态系统中
8、只用一次； 2、能量在流动过程中逐渐减少，因每一个营养级生物的新陈代谢活动都会消耗相当多的能量，这些能量最终以热的形式释放到周围空间。 3、能量从一个营养级到另一个营养级的转化率约为10%（530%） 4、任何一个生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充，以便维持生态系统正常功能，若较长时间得不到能量补充则会消亡,生态系统物质循环,与生命活动相关联的物质循环,碳、氮、磷和水等许多与生命活动相关联的物质以多种形式生物的或非生物的形式，原子的、分子的或生物大分子的形式等在自然界中循环，这些物质的循环叫生物地球化学循环。,（1）碳、氮、磷和水等都有一个非生物的库；（2）有一些物质的一部分可以完全通
9、过地学过程进行循环；（3）有些需要经过微生物的加工才能被生物所利用；（4）微生物对各级别营养水平生物有机质的分解作用是生物地球化学循环的关键环节。,生态系统中所有物质的生物地球化学循环共同的特点：,与生命活动相关联的物质循环,水的循环,水的循环涉及非生物过程和生物过程 从陆地上看，凡是水的循环越活跃的地方，生命的活动就越活跃,与生命活动相关联的物质循环,碳循环,碳循环在生态系统物质循环中具有特殊重要的作用 每年海洋中浮游植物（包括藻类和光合细菌）和陆生植物通过光合作用将大量的无机碳转化成为有机碳，这些有机碳在全球范围的食物网中流动。,与生命活动相关联的物质循环,氮循环,固氮细菌的作用 各类生物
10、通过体内的呼吸与氧化作用来分解蛋白质等，使之转变成NH3再排出体外。这些又可以再次被植物所吸收利用。,与生命活动相关联的物质循环,磷的循环,植物一般只利用H2PO4-形式的磷 陆地的异养动物主要依靠摄食植物和其他动物获得其所需要的磷。,有毒有害物质的循环 食物链的浓集效应某些物质随食物链移动时，既不被呼吸消耗，又不易被排泄，而是浓集于食物链的组织中。,DDT对整个生物圈构成明显危害，水体，水生生物传播于世界各地。危害：消灭害虫的同时，也无选择的将天敌杀死 不溶于水，溶于脂肪，易通过食物连而浓集，从而对顶级消费，人类造成很大威胁 进入生物体内使钙代谢功能丧失：蛋壳变软，易碎，鸟类数量减少，人体致
11、癌物质之一。 DDT通过植物根系进入，很少在草本植物体内积累：萝卜，土豆通过吸附在植物体表面进入食物连。,生态系统中的信息及传递 信息传递（通讯）：某一个体发送信息，另一个体接受信号并引起后者反应的过程。 信息：包含在情报、指令、图象等中的知识内容： 生态系统信息的特点：a、生态系统基本过程：能量流动、物质循环、信息传递（基本功能）。,b、信息传递过程中伴随着一定的物质、能量的消耗，传递过程是双向的，c、按照控制论观点，由于信息流才能生态系统产生了自动调节机制。d、生态系统中环境是一种信息源,e、生态系统用能流和信息流联合机制进行研究，更能揭示生态系统的各种控制功能。f、信息的传输不仅需要信源
12、和信宿间有信道沟通，还要求信源和信宿之间存在信息量的差值因信息只能从高信息态传向低信息态。,信息的类型及传递： 根据信号的性质分物理信息和化学信息 根据接受的感观划分为听，视，嗅，味 1.物理信息及传递 2.化学信息及传递,生态系统的反馈调节,反馈 (feedback)是生态系统的一个重要特征。 反馈：指系统的输出端通过一定通道（反馈环feedback loop），变成了决定整个系统未来功能的输入。具有这种反馈机制(feedback mechanism) 的系统称为控制系统。反馈分为正反馈和负反馈。 一个系统要使反馈机制能起控制作用，应具有某个理想状态或位置点，并能围绕该状态或位置点而进行调节
13、。,正反馈：是系统不断增大与理想状态或位置点距离的过程，使偏离加剧。其作用是使生态系统远离稳态。例如：在生物生长过程中个体越来越大；在种群持续增长过程中，种群数量不断上升；这都属于正反馈。正反馈也是有机体生长和存活所必需的。,负反馈：是一种减小与理想状态或位置点距离的过程，是不断趋向平衡点的行为过程。其作用是保持系统稳定性的重要机制。由于生态系统具有负反馈的自我调节机制，所以在通常情况下，生态系统会保持自身的生态平衡。当生态系统达到动态平衡的最稳定状态时，它能够自我调节和维持自己的正常功能，并能在很大程度上克服和消除外来的干扰，保持自身的稳定性。,人口增长和生态环境的人口承载容量,1999年世
14、界人口突破了60亿大关。到2050年将达到100多亿 。 从1800年到2000年间，中国人口增长总体上是按指数增长模型进行的。 按照中国人口战略的第一个目标，到2030年，将争取实现人口数量的“零增长”,地球上的自然资源对于人口的供养是有限的！,人口、资源与生态平衡,土地资源压力 水资源压力 能源危机 森林资源减少 环境污染加剧,资源压力及生态环境恶化,大气中CO2捕捉热量的方法与温室类似，大气中的二氧化碳能够阻止地面向空间辐射热量，导致大气层增温，形成了温室效应。,资源压力及生态环境恶化,环境污染加剧,许多化学物质对食物链上的影响正在增强。例如DDT可以聚集在生物组织内，特别是动物的脂肪中
15、。,资源压力及生态环境恶化,环境污染加剧,当这些物质进入人体后将增加人类患癌症和其他疾病的可能性，并对大脑结构产生长期影响,生态平衡和人类社会可持续发展的策略,生态系统中的能量流动、物质循环与信息交流总是不断地进行着，在一定时间内，生态系统内的生物种类与数量相对稳定，它们之间及它们与环境之间的能量流动、物质循环与信息交流也保持稳定，达到统一协调的状态，这种平衡状态就叫生态平衡。,生态平衡是动态的和相对的平衡，其主要特征包括： （1）生物的种类和数量保持相对稳定； （2）物质与能量的输入和输出保持相对的稳定； （3）物质与能量的循环与流动保持合理的比例与速度； （4）生态系统具有良好的自我调节能
16、力。,生态平衡：是指生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状况，它包括结构上的稳定、功能上的稳定和能量输入、输出上的稳定。,生态平衡的调节机制：,生态平衡的调节机制是负反馈作用。通过反馈调节维持着生态系统的稳态。 有人把生态系统比喻为弹簧，它能忍受一定的外来压力，压力一旦解除就又恢复原初的稳定状态，这实质上就是生态系统的反馈调节。,生态危机：是指由于人类盲目活动而导致局部地区甚至整个生物圈结构和功能的失衡，从而威胁到人类生存的现象。生态平衡失调的初期往往不容易被人类所觉察，如果一旦发展到出现生态危机，就很难在短期内恢复平衡。,生态平衡和人类社会可持续发展的策略,人工改造的农业生态系统是不稳定的。,在人工生态系统中，病虫害可以很容易找到并聚集在一小片地域上，接着在大量单一的动植物种群中迅速传播，造成严重的危害。最近大规模发生在欧洲等地的口蹄疫和疯牛病，导致一些国家畜牧业遭到灭顶之灾，就是这样例证 。,保持一定比例的自然生态系统和维持全球整个生态系统的平衡对人类是有利的。,核心思想：建立在生态平衡和持续基础上健康的经济发展。 可持续发展总体策略的内容包括人口、生产和环境保护3方面多项政策和行动计划。,生态平衡和人类社会可持续发展的策略,可持续发展的理论和战略,生态文明在人类科学技术生态化水平上达到人与自然的真正和谐。,
