厦门大学2005年普通生态学考研笔记第八部分

第八章  思考题
 1.什么是直接梯度分析和间接梯度分析（direct gradient analysis and indirect gradient analysis） ？
 2. 为什么要进行群落分类？
 3. 群落分类和排序有何异同？
第五章  生态系统生态学
 第一节 生态系统的一般特征
 第二节 生态系统的能量流动
 第三节 生态系统的物质循环
 第四节 自然生态系统
第一节  生态系统的一般特征
 §1  生态系统的概念
 §2  生态系统的组成成分
 §3  生态系统的结构   
 §4  生态系统的功能
 §5  生态系统的稳定性
 §6  生态系统的服务功能
§1  生态系统的基本概念
 生态系统（ecosystem）的定义:
 由英国植物生态学家A.G.Tansley(1935)提出
 指在一定的空间内，生物成分和非生物成分通过物质循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位，这个生态学功能单位称生态系统。
 生态系统的特点:
 生态系统是生态学的一个主要结构和功能单位，属于经典生态学研究的最高层次；
 生态系统具有自我调节能力；
 能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能；
 生态系统中营养级的数目受限于生产者所固定的最大能量和这些能量在流动过程中的巨大损失，因此，营养级的数目通常不超过5－6个；
 生态系统是一个动态系统，要经历一系列发育阶段。
§2  生态系统的组成成分
 无机物
 有机化合物
 气候因素
 ②生产者
  (producer)
 ③消费者
  (consumer)
 ④分解者
    (还原者)
(decomposer)
§3  生态系统的结构
 空间结构
 时间结构
 营养结构
 食物链(C.Elton,1927)
 食物网
 食物链和食物网概念的意义
 生态系统的营养结构及能流和物流间的关系
一个食物链的例子“螳螂捕蝉，黄雀在后”
食物链
 食物链（food chain）和营养级（trophic level）：食物链指生态系统中不同生物之间在营养关系中形成的一环套一环似链条式的关系，即物质和能量从植物开始，然后一级一级地转移到大型食肉动物。食物链上的每一个环节称为营养阶层或营养级，指处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。
 食物链的类型：根据食物链的起点不同，可将其分成两大类:
 牧食食物链（grazing food chain）：又称捕食食物链，以活的动植物为起点的食物链，如绿色植物，草食动物、各级食肉动物。寄生食物链可以看作捕食食物链的一种特殊类型。
 腐食食物链（detrital food chain）：又称碎屑食物链，从死亡的有机体或腐屑开始。
食物网
 食物网 (food web)：生态系统中的食物链很少是单条、孤立出现的，它往往是交叉链索，形成复杂的网络结构，此即食物网。

食物链和食物网概念的意义
 食物链是生态系统营养结构的形象体现。通过食物链和食物网把生物与非生物、生产者与消费者、消费者与消费者连成一个整体，反映了生态系统中各生物有机体之间的营养位置和相互关系；各生物成分间通过食物网发生直接和间接的联系，保持着生态系统结构和功能的稳定性。
 生态系统中能量流动物和物质循环正是沿着食物链和食物网进行的。
 食物链和食物网还揭示了环境中有毒污染物转移、积累的原理和规律。
 生态系统的营养结构及能流和物流间的关系
§4  生态系统的功能
 能量流动：生产者   →  消费者  →  分解者，单向 (在第十章详述)
 物质循环：生物 ← →环境，双向(在第十一章详述)
 信息传递：包括营养信息、化学信息、物理信息和行为信息等，构成信息网。
生态系统的信息传递
 生态系统的信息特征
 生态系统信息流动的过程和环节
 信息化的生态系统
 生态系统的信息处理系统
§5  生态系统的稳定性
 生态系统的稳定性（stability）(生态平衡):生态系统通过发育和调节达到一种稳定的状态，表现为结构上、功能上、能量输入和输出上的稳定，当受到外来干扰时，平衡将受到破坏，但只要这种干扰没有超过一定限度，生态系统仍能通过自我调节恢复原来状态。
    生态系统稳定性包括了两个方面的含义 :一方面是系统保持现行状态的能力 ,即抗干扰的能力（抵抗力resistance）;另一方面是系统受扰动后回归该状态的倾向 ,即受扰后的恢复能力（恢复力resilience）。
 生态系统稳定性机制：生态系统具有自我调节的能力，维持自身的稳定性，自然生态系统可以看成是一个控制论系统，因此，负反馈（negative feedback）调节在维持生态系统的稳定性方面具有重要的作用。

生态系统中的反馈（正反馈（左）和负反馈（右））
§6  生态系统的服务功能
 生态系统服务(ecosystem service)：由自然系统的生境、物种、生物学状态、性质和生态过程所生产的物质及其所维持的良好生活环境对人类的服务性能称生态系统服务。
 生态系统服务的主要内涵：
 生物生产
 生物多样性的维护
 传粉、传播种子
 生物防治
 环境净化
 土壤形成及其改良
 减缓干旱和洪涝灾害
 调节气候
 休闲、娱乐
 文化、艺术素养－－生态美的感受
第一节  参考文献
 刘增文，李雅素。生态系统稳定性研究的历史与现状。生态学杂志，1997，16（2）：58－61。
 孙刚 ,盛连喜 ,周道玮 ,生态系统服务及其保护策略 ,应用生态学报 ,1999，10（3）。
 欧阳志云，王如松，赵景柱。生态系统服务功能及其生态经济价值评价。应用生态学报，1999，10（5）：635－640。
 辛琨，肖笃宁。生态系统服务功能研究简述。中国人口•资源与环境， 2000，10（3）：20－22。
 蔡晓明。生态系统生态学。北京：科学出版社，2000，39－55。
第一节  思考题－－名词解释
 生态系统（ecosystem）√
 食物链（food chain）
 食物网（food web）√
 碎屑食物链（detrital food chain）
 捕食食物链（grazing food chain）
 营养级（ trophic level ）√
 寄生食物链（parasitic chain）
 营养物种（tropic species）*
 生态危机
 生态赤字
第一节  思考题－－问答题

 从负反馈机制入手，谈谈生态系统的自我调节功能。
 试就生态系统中反馈机制的形成和意义谈谈你的看法。
 √举例说明什么是食物链，有哪些类型？各类型有何异同？
 生态系统具有自我调节能力，其结构越复杂，物种数目越多，自我调节的能力就越强。
 √简述生态系统的基本结构和功能。
 什么生态系统的服务功能，包括哪些内容？
 为什么说一个复杂的食物网是使生态系统保持稳定的重要条件？
 简述食物链和食物网理论的意义。
 简述生态系统的三大功能群。
 谈谈你对生态平衡的看法？
课堂讨论题
 根据生态系统的有关原理，说明为什么西部大开发环境保要先行.
第五章  生态系统生态学
 第一节 生态系统的一般特征
 第二节 生态系统的能量流动
 第三节 生态系统的物质循环
 第四节 自然生态系统
第二节  生态系统的能量流动
 §1 生态系统的生物生产
 §2 生态系统中的分解
 §3 生态系统的能流过程
 §4 生态系统能流分析
§1 生态系统的生物生产
 生物生产的基本概念
 生物生产
 生物量与生产量
 初级生产
 总初级生产与净初级生产
 影响初级生产的因素
 初级生产量的测定方法
 次级生产
 次级生产的基本特点
 次级生产量的测定方法

 生物生产
 生物生产：是生态系统重要功能之一。生态系统不断运转，生物有机体在能量代谢过程中，将能量、物质重新组合，形成新的产品的过程，称生态系统的生物生产。生物生产常分为个体、种群和群落等不同层次。
 生态系统中绿色植物通过光合作用，吸收和固定太阳能，从无机物合成、转化成复杂的有机物。由于这种生产过程是生态系统能量贮存的基础阶段，因此，绿色植物的这种生产过程称为初级生产（primary production），或第一性生产。
 初级生产以外的生态系统生产，即消费者利用初级生产的产品进行新陈代谢，经过同化作用形成异养生物自身的物质，称为次级生产（secondary production），或第二性生产。
 生物量和生产量
 生物量（biomass）:某一特定观察时刻，某一空间范围内，现有有机体的量，它可以用单位面积或体积的个体数量、重量（狭义的生物量）或含能量来表示，因此它是一种现存量(standing crop)。
            现存的数量以N表示，现在的生物量以B表示。现存生物量通常用平均每平方米生物体的干重(g•m-2)或平均每平方米生物体的热值来表示(J •m-2  )。
 生产量(production): 是在一定时间阶段中，某个种群或生态系统所新生产出的有机体的数量、重量或能量。它是时间上积累的概念，即含有速率的概念。有的文献资料中，生产量、生产力(production rate)和生产率(productivity)视为同义语，有的则分别给予明确的定义。
 生物量和生产量是不同的概念，前者到某一特定时刻为止，生态系统所积累下来的生产量，而后者是某一段时间内生态系统中积存的生物量。
生产量和现存量关系示意图
总初级生产与净初级生产
 初级生产过程可用下列方程式概述：
                                   光能
    6CO2＋6H2O                          C6H12O6 ＋ 6O2
                                  叶绿素
 总初级生产(gross primary production,GP)与净初级生产(net primary production,NP)：植物在单位面积、单位时间内，通过光合作用固定太阳能的量称为总初级生产(量)，常用的单位：J • m -2 • a-1 或 gDW • m -2 • a-1；植物总初级生产（量）减去呼吸作用消耗掉的（R），余下的有机物质即为净初级生产（量）。二者之间的关系可表示如下：
    GP＝NP+R  ；  NP＝GP－R
影响初级生产的因素
初级生产量的测定方法
 产量收割法：收获植物地上部分烘干至恒重，获得单位时间内的净初级生产量。
 氧气测定法：总光合量＝净光合量＋呼吸量
 二氧化碳测定法：用特定空间内的二氧化碳含量的变化，作为进入植物体有机质中的量，进而估算有机质的量。
 pH测定法：水体中的pH值随着光合作用中吸收二氧化碳和呼吸过程中释放二氧化碳而发生变化，根据pH值变化估算初级生产量。
 叶绿素测定法：叶绿素与光合作用强度有密切的定量关系，通过测定体中的叶绿素可以估计初级生产力。
 放射性标记测定法：把具有14C的碳酸盐(14CO32-)放入含有天然水体浮游植物的样瓶中，沉入水中，经过一定时间的培养，滤出浮游植物，干燥后，测定放射性活性，确定光合作用固定的碳量。由于浮游植物在黑暗中也能吸收14C，因此，还要用“暗吸收”加以校正。
黑白瓶法
次级生产的基本特点
次级生产过程模型
次级生产量的测定方法
 按已知同化量A和呼吸量R，估计生产量P
    P=C-Fu-R，  Fu-尿粪量
 根据个体生长或增重的部分Pg和新生个体重Pr，估计P
    P＝ Pg ＋Pr
 根据生物量净变化△B和死亡损失E，估计P
    P＝ △B＋ E
   

§2  生态系统中的分解
 资源分解的过程：分碎裂过程、异化过程和淋溶过程等三个过程。
 资源分解的意义：
 理论意义：
 通过死亡物质的分解，使营养物质再循环，给生产者提供营养物质；
 维持大气中二氧化碳的浓度；
 稳定和提高土壤有机质含量，为碎屑食物链以后各级生物生产食物；
 改善土壤物理性状，改造地球表面惰性物质；
 实践意义：
 粪便处理
 污水处理
澳大利亚引进异地金龟处理牛粪
 澳洲大陆距今14000万（1.4亿）年前就与其他陆地隔离，生物区系独特，当地繁殖的最大兽类是有袋类的大袋鼠。移民于1788年运去了第一批5头奶牛和2头公牛，到19世纪未牛的头超过4500万头。如以每头牛一昼夜排便10次计算，每天就有4.5亿堆又大又湿的牛粪。而当地的金龟子主要取食干硬的袋鼠粪，而对软而湿的牛粪不感兴趣。由于当地缺乏分解牛粪的生物，牛粪在草原上风干硬化，几年内都难以分解，日积月积，牛粪数量惊人。牛粪覆盖并破坏大面积草原，形成草原上的一块块秃斑。每年被毁的牧场竟达3600万亩。澳大利亚学者M. H. Wallace(1978) 指出“澳大利亚的牛多，牛粪更多，牛屎多到铺天盖地，如果不到世界各地引种食粪金龟子处理，澳大利亚就将淹没在牛屎堆里。”
 据实验两头金龟子一前一后，能将100克牛粪在30－40小时内，滚成球，埋入土层里，以备子代食用。由于牛粪中的蝇卵需96小时后才能孵化为幼虫，牛粪埋入地下，蝇类无法孵化。因此，金龟子消除了牛粪，又破坏了蝇类滋生的条件。为此，60年代，澳大利亚引入了羚羊粪蜣(Onthophagus gazella)和神农蜣螂(Catharsius molossus)等异地金龟，对分解牛粪发挥了明显的作用。
§3 生态系统的能流过程
 生态系统能量流动规律
 生态系统中能流途径
 能量流动的生态效率
生态系统能量流动规律
 生态系统是一个热力学系统，生态系统中能量的传递、转换遵循热力学的两条定律：
 第一定律：能量守恒定律，能量可由一种形式转化为其他形式的能量，能量既不能消灭，又不能凭空创造。
 第二定律：熵律，任何形式的能（除了热）转化到另一种形式能的自发转换中，不可能100％被利用，总有一些能量作为热的形式被耗散出去，熵就增加了。
 生态系统中能流特点（规律）：
 能流在生态系统中是变化着的；
 能流是单向流；
 能量在生态系统内流动的过程，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。
生态系统中能量流动的途径
 牧食食物链和腐食食物链是生态系统能流的主要渠道。
 能量流动以食物链作为主线，将绿色植物与消费者之间进行能量代谢的过程有机地联系起来。
 牧食食物链的每一个环节上都有一定的新陈代谢产物进入到腐屑食物链中，从而把两类主要的食物链联系起来。
 能量在各营养级之间的数量关系可用生态金字塔表示。

生态锥体(Charles Elton,1927)
 生态锥体（ecological pyramid）:  能量通过营养级逐级减少，如果把通过各营养级的能流量由低到高用图型表示，就成为一个金字塔形，称能量锥体或能量金字塔。同样如果以生物量或个体数目来表示，可能得到生物量锥体（pyramid of energy）和数量锥体（pyramid of number） 。三类锥体合称为生态锥体。
生态锥体
 数量锥体以各个营养级的生物个体数量进行比较，忽视了生物量因素，一些生物的数量可能很多，但生物量却不一定大，在同一营养级上不同物种的个体大小也是不一样的。
 生物量锥体以各营养级的生物量进行比较，过高强调了大型生物的作用。
 能量锥体表示各营养级能量传递、转化的有效程度，不仅表明能量流经每一层次的总量，同时，表明了各种生物在能流中的实际作用和地位，可用来评价各个生物种群在生态系统中的相对重要性。能量锥体排除了个体大小和代谢速率的影响，以热力学定律为基础，较好地反映了生态系统内能量流动的本质关系。
能量流动的生态效率
 生态效率（ecological efficiencies）: 是指各种能流参数中的任何一个参数在营养级之间或营养级内部的比值关系。最重要的生态效率(Kozlovsky,1969)有同化效率、生长效率、消费或利用效率、林德曼效率。
 同化效率(assimilation efficiency,AE): 衡量生态系统中有机体或营养级利用能量和食物的效率。AE=An/In, An为植物固定的能量或动物吸收同化的食物，In为植物吸收的能或动物摄取的食物。
 生长效率(growth efficiency, GE) : 同一个营养级的净生产量（Pn）与同化量（An）的比值。GE＝Pn／An。
 消费或利用效率(comsumption efficiency,CE) : 一个营养级对前一个营养级的相对摄取量。CE＝ In＋1／Pn， In＋1为n＋1营养级的摄取量， Pn为n营养级的净生产量。
 林德曼效率(Lindeman efficiency) :  指n与n＋1营养级摄取的食物量能量之比。它相当于同化效率、生长效率和利用效率的乘积，即：In＋1／In＝ An/In•  Pn／An •  In＋1／Pn
能流分析
 研究生态系统能流的途径
 生态系统层次上能流研究的原理
 生态系统能流分析的内容
 生态系统层次上能流研究的步骤
 生态系统能流分析的方法
 能流分析的实例
研究生态系统能流的途径
 生态系统能流分析可以在个体、种群、群落、和生态系统层次上进行。
生态系统层次上能流研究的原理
 依据物种的主要食性，将每个物种都归属于一个特定的营养级，然后精确地测定每一个营养级能量的输入值和输出值。

生态系统层次上能流研究的步骤
 ⑴确定组成生态系统生物组成部分的有机体成份；
 ⑵ 确定消费者的食性，确定消费者的分类地位；
 ⑶  确定有机体的营养级归属，进而确定：
– ①各营养级的生物量，
– ②各营养级能量或食物的摄入率，
– ③同化率，
– ④呼吸率，
– ⑤由于捕食、寄生等因素而引起的能量损失率；
 ⑷ 结合各个营养级的信息，获得营养金字塔或能流图。

湖泊能流分析的内容
 水生生态系统的生物生产
 初级生产
 次级生产
 水生生态系统的能量收支
 水生生态系统的能量格局
 营养关系
 生态锥体
 生态效率
 水生生态系统的能流过程

生态系统能流分析的方法
 直接观察法
 肠胃法
 血清技术
 同位素示踪分析法
稳定同位素法对生态系统进行能流分析
 元素、核素、同位素、稳定同位素
 许多化学元素有几种稳定同位素，如C的稳定同位素包括 和12C和  13C，N的稳定同位素包括15N和14N，S的稳定同位素包括34S和32S，它们在不同的环境以及不同的生物体中的含量不同。
 用稳定同位素进行能流分析的原理：由于不同的生物的稳定同位素来源不同、对稳定同位的选择性利用，因此，所含的轻重稳定同位素的比例不同。如生物在蛋白质合成过程中，轻的N同位素被选择性地排出，结果体内的15N相对于食物较高，因而当物质从一个营养级进入下一个营养级，组织中的15N浓度变得较为丰富。生态系统中，最高的营养级15N的相对浓度最高，最低的营养级15N的相对浓度最低。由于C4植物含有相对高的13C ，因此，稳定同位素分析可以物种食物中的C3和C4的相对浓度。
稳定同位素浓度的计算公式
 稳定同位素通常用较重的同位素相对于某个标准的偏离值，单位为偏离值（±）的千分之一（±‰）。偏离值的计算公式为： δx=  [ (R样品/ R标准)-1] ×103
      δ = ±
    x = 较重同位素的相对浓度，如13C、15N、34S的‰
    R样品＝样品中稳定同位素的比，如13C: 12C 、15N: 14N
    R标准＝标准的稳定同位素的比，如13C: 12C 、15N: 14N
• 用作C、N、S标准的参照物是大气氮的15N: 14N比；PeeDee 石灰岩中的13C: 12C比，Canyon Diablo 陨石中的 34S:32S比。
 如果δx  ＝0，那么，样品和参照物中稳定同位素比相等；如果  δx= － x ‰，那么样品中较重的稳定同位素的浓度较低；如果δx= ＋ x ‰，那么，样品中较重的稳定同位素含量较高。由于生态系统中不同的组成部分这些比值是不同的，因此，生态学家可以用稳定同位素的比值来研究生态系统的结构及其过程。   
肋螺不同食物中的稳定同位素比率
肋螺体内稳定同位素的空间变化
北美东部土著人骨骼中的13C浓度变化
美国明尼达州塞达波格湖的能流分析－－波格湖生态系统各类有机体之间的营养关系
美国明尼达州塞达波格湖的能流分析
－－营养动态学说
 营养动态学说是生态系统能量流动研究的基础
 R.L.Lindeman将生态系统中的各类生物按其在营养级中所处的位置不同划分为若干营养级。用Λn表示各营养级的能量含量，浮游植物通过光合作用将一部分太阳辐射能转化为自身能量 Λ1 ，浮游动物取食浮游植物中的能量，为初级消费者，其能量含量为Λ2，其余 Λ3、 Λ4 依次类推。并定义λn 为从Λn-1 到Λn 正的能量流动速率，λn’  为从Λn到Λn+1负的能量流动速率；Rn为各营养级呼吸速率。因此，某一营养级Λn的能量含量变化速率可表达为：d Λn /dt= λn+ λn’
美国明尼达州塞达波格湖的能流分析
－－波格湖生态系统营养动态简图
     λn 为从Λn-1到Λn的能量贡献速率，λn'为从Λn到Λn-1的能量损耗率
美国明尼达州塞达波格湖的能流分析
－－波格湖生态系统营养动态简图
    能量单位：cal • cm-2 • a –1 。
    呼吸29.3+未利用78.2+分解3.5＝总初级生产量111.0，能量守恒
美国明尼达州塞达波格湖的能流分析
－－波格湖生态系统能量金字塔
森林生态系统的能流
课堂讨论题：试用能量生态学原理，从环境保护的角度，论述秸杆的充分利用。
 原理：能量沿生态系统的食物链或食物网定向逐级流动并被各级营养级上的生命有机体逐级利用。
 生态工程设计：能量多层分级利用
第二节 参考文献
 祖元刚。能量生态学引论。长春：吉林科学技术出版社，1990。
 蔡晓明。生态系统生态学。北京：科学出版社，2000，39－55。

第二节  思考题
 名词解释：
 同化效率
 生态效率
 林德曼效率
 生物量金字塔、数量金字塔和能量金字塔
 生态金字塔
 问答题
 简述生态系统的基本结构和功能。
 简述生态系统的基本组成及各功能类群的基本功能。
 简述次级生产力的测定方法。
 在常见的三种金字塔中，生物量金字塔和数量金字塔在某些生态系统中可以呈现倒金字塔形，但能量金字塔却无论如何不会呈倒金字塔形。试解释其中的原因。
 试比较三类生态金字塔的优缺点。
预习内容
 第五章  第三节  生态系统的物质循环
    阅读：
 《普通生态学》第五章  生态系统  第六节  生态系统中的物质循环
 《生态系统生态学》第九章  生态系统的物质循环
第五章  生态系统生态学
 第一节 生态系统的一般特征
 第二节 生态系统的能量流动
 第三节 生态系统的物质循环
 第四节 自然生态系统
第三节  生态系统的物质循环
 §1  生物地化循环的概念
 §2  水循环
 §3  气体型循环
 §4  沉积型循环
 §5  有毒物质的迁移和转化
 §6  放射性核素循环
 §7  生物地化循环与人体健康
§1  生物地化循环的概念
 生物地化循环
 生物地化循环的特点
 生物地化循环的类型
生物地化循环(biogeochemical cycle)
 矿物元素在生态系统之间的输入和输出，它们在大气圈、水圈、岩圈之间以及生物间的流动和交换称生物地(球)化(学)循环，即物质循环(cycling of material) 。

生物地化循环的特点
 ①物质循环不同于能量流动，后者在生态系统中的运动是循环的；
 ②生物地化循环可以用库和流通率两个概念来描述。库是由存在于生态系统某些生物或非生物成分中一定数量的某种化学物质所构成的，可分为贮存库和交换库。前者的特点是库容量大，元素在库中滞留的时间长，流动速率小，多属于非生物成分；交换库则容量较小，元素滞留的时间短，流速较大。物质在生态系统单位面积(或单位体积)和单位时间的移动量称流通率。
 ③生物地化循环在受人类干扰以前一般是处于一种稳定的平衡状态。
 ④元素和难分解的化合物常发生生物积累、生物浓缩和生物放大现象。
生物积累、生物浓缩和生物放大
 生物积累(bioaccumlation):  指生态系统中生物不断进行新陈代谢的过程中，体内来自环境的元素或难分解的化合物的浓缩系数不断增加的现象。
 生物浓缩(bioconcentration):  指生态系统中同一营养级上许多生物种群或者生物个体，从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象，又称生物富集。
 生物放大(biomagnification):  指生态系统的食物链上，高营养级生物以低营养级生物为食，某种元素或难分解化合物在生物机体中浓度随营养级的提高而逐步增大的现象。生物放大的结果使食物链上高营养级生物体中该类物质的浓度显著超过环境中的浓度。
生物地化循环的类型
 水循环
 气体型循环
 沉积型循环
§2  水循环(aquatic cycle)
 水循环的意义：
 水是所有营养物质的介质；
 水对物质是很好的溶剂；
 水是地质变化的动因之一。
 水循环的途径 
 人类活动对水循环的影响：
 空气污染和降水；
 改变地面，增加径流；
 过度利用地下水；
 水的再分布。
水循环示意图
§3 气体型循环(gaseous cycle)
 氧循环
 碳循环
 氮循环

氧循环(oxygen cycle)
碳循环(carbon cycle)
氮循环(nitrogen cycle)
§4  沉积型循环(sedimentary cycle)
 磷循环
 硫循环
磷循环（phosphorus cycle）
沉积型循环
硫循环（sulfur cycle）
§5  有毒物质的迁移和转化
 有毒物质的类型
 有毒物质的迁移和转化
 有毒物质循环的典型代表----汞循环
有毒物质的类型
 有毒物质(toxic substance)又称污染物(pollutant)，按化学性质分两类。无机有毒物质主要指重金属、氟化物、和氰化物；有机有毒物质主要有酚类、有机氯药等。
 按污染物的作用分一次污染物和二次污染物。前者由污染源直接排入环境的，其物理和化学性状未发生变化的污染物，又称原发性污染物；后者是由前者转化而成，排入环境中的一次性污染物在外界因素作用下发生变化，或与环境中其它物质发生反应形成新的物理化学性状的污染物，又称继发性污染物。
有毒物质的迁移和转化
 迁移(transport)是重要的物理过程,包括分散、混合、稀释和沉降等；
 转化(transformation)主要是通过氧化、还原、分解和组合等作用，会发生物理的化学的和生物化学的变化。

汞循环(mercury cycle)
§6  放射性核素循环
 放射性核素可在多种介质中循环，并能被生物富集。
 放射性核素通过核试验或核作用物进入大气层，然后，通过降水、尘埃和其他物质以原原子状态回到地球上。
 人和生物既可直接受到环境放射源危害，也可因食物链带来的放射性污染而间接受害。
 放射性物质由食物进入人体，随血液循环遍布全身，有的放射物质在体内可存留14年之久。
§7  生物地化循环与人体健康
 地方病：自然界由于环境条件的不同，地表元素发生迁移，常造成一些元素在地表分布的不均。这种生物地化循环时常导致某些生态系统中生命元素含量的异常，或不足，或过剩，从而造成植物、动物乃至人类的疾病。这种疾病常呈区域性，故称“地方病”。
 微量元素循环：地方病大多数与微量元素有关。
 碘的循环与分布特点：碘由陆地随水进入海洋，由海洋逸出进入大气，再通过降水进入陆地，形成一个大循环。在生物中，通过海洋、陆地两个食物链保持碘的生态平衡。山区少于平原，平原少于沿海，沿海少于海洋。
 微量元素与人体健康：
 碘缺乏：缺碘症：甲状腺肿大，智力低下，影响胎儿发育等。
 硒缺乏：引起克山病、大骨节病，也被认为是引起癌症的主要因素。
课堂讨论题—
第三节  参考文献
 孙儒泳. 《动物生态学原理》(第三版). 北京师范大学出版社,2001.
 蔡晓明编著. 《生态系统生态学》.   科学出版社,2000.
 尚玉昌,蔡晓明编. 《普通生态学》.   北京大学出版社,1992.

第三节  思考题
 何谓生物地化循环？有哪些主要特点？
 概述生态系统中碳循环的主要过程和特点，并对“温室效应” 的形成机制作一说明。
 用图解和叙述的方式介绍一种沉积型物质循环。
 什么是一次污染物、二次污染物？
 说明放射性核素在生态系统中的迁移特点。
 什么是“地方病”，列举一种地方病，并说明与生物地化循环的关系。
 以碳、氮为例，说明生物地球化学循环的基本过程及特点。

预习内容
 第三节  自然生态系统
阅读：
 《普通生态学》第四章  地球上的主要群落类型及其分布
 《环境生态学》第六章  生物圈主要生态系统及自然资源保护 

第五章  生态系统生态学
 第一节 生态系统的一般特征
 第二节 生态系统的能量流动
 第三节 生态系统的物质循环
 第四节 自然生态系统
第四节  自然生态系统
 §1  生态系统格局
 §2  森林生态系统
 §3  草原生态系统
 §4  荒漠和苔原生态系统
 §5  湿地生态系统
 §6  水域生态系统
§1 自然生态系统格局
 生态系统的类型及分布
 陆地生态系统的分布规律

生态系统类型及分布
世界地图
陆地生态系统的分布规律
 纬度地带性
 经度地带性
 垂直地带性
纬度地带性
 由于太阳高度角及其季节变化因纬度而不同，太阳辐射量及与其相关的热量也因纬度而异，从赤道向两极温度递减。
 由于热量沿纬度变化，出现群落和生态系统类型的有规律更替，如从赤道向北极依次出现热带雨林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、北方针叶林与苔原。
经度地带性
 在北美和欧亚大陆，由于海陆分布格局与大气环流特点，水分梯度常沿经向变化，因而导致群落和生态系统经向分异，即由沿海湿润区的森林，经半干旱的草原至干旱的荒漠。
 与纬度地带性表现的自然规律不同，经度地带性是局部大陆的自然地理现象。
垂直高度地带性
 海拔高度每升高100米，气温下降0.4-0.6℃，降水最初随高度增加而增加，超过一定高度增加而降低。
 由于海拔高度的变化，常引起群落和生态系统有规律的更替。
 表现垂直带谱：山地季雨林、山地常绿阔叶林、落叶阔叶林、针阔混交林、针叶林、高山矮曲林、高山草原与高山草甸、高山永久冻土带 。
§2  森林生态系统
 森林生态系统的分布规律
 森林生态系统的主要特征
 森林生态系统的功能
 我国的森林资源现状
森林生态系统分布规律
森林生态系统的主要特征
 生物种类多、结构复杂；
 系统稳定性高；
 物质循环的封闭程度高；
 生产效力高。

森林生态系统的功能
 具有综合的环境效益；
 调节气候；
 涵养水源，保持水土；
 作为生物遗传资源库。
我国的森林资源现状
 我国森林生态系统的主要问题
 森林生态系统比例小，地理分布不均匀；
 森林生态系统生物群落结构发生变化，系统自身调节能力下降；
 恢复和重建速度慢。
 森林生态系统破坏的生态危害：
 促进沙漠化的过程；
 对大气化学产生影响；
 引起气候变化、增加自然灾害发生的频率。
 我国森林生态系统恢复和重建对策：
 加快森林生态战略工程的建设，增大比例、改变格局；
 积极推广农林复合生态系统的建设；
 尽快建立南方用材林基地；
 加强科学管理，发挥现有森林综合效益潜力。
中国生态区划分
§3  草原生态系统
 草原生态系统的类型和特点
 草原生态环境现状
 草原生态环境恶化的原因
 恢复和保护对策

草原生态系统的类型和特点
 草原生态系统的类型
                       降水减少                     降水增加                           
     荒漠草原                     典型草原                      原草甸草原
                      辐射量增加                 辐射量减少
 草原生态系统的特点
 草原生态系统中生产者的主体是禾本科、豆科和菊科等草本植物，优势植物以丛生禾本科为主。
 垂直结构通常分为三层：草本层、地面层和根层。
 气候（温度）对草原植物有明显的影响。
 草原生态系统中的初能消费者有适于奔跑的大型草食动物、穴居的啮齿动物以及小型的昆虫等；食肉动物有狼、狐、鼬、猛禽等。
 初级生产量在所有的陆地生态系统中居中等或中等偏下水平。
草原生态环境现状
 20世纪60年代以来，草原生态系统普遍出现草原退化现象。20世纪70年代中期，全国退化草原面积占草原总面积的15％， 20世纪70年代中期，增加到30％以上。全国草原退化面积以1000－2000万亩的速度扩展。
 草原退化的主要特征：
 群落优势种和结构发生改变；
 生产力低下，产草量下降；
 草原土壤生态条件发生巨变，出现沙化(sandification)和风暴;
 固定沙丘复活、流沙在掩埋草场；
 鼠害现象严重；
 动植物资源遭破坏，生物多样性下降。
草原生态环境恶化的原因
 超载过牧;
 不适宜的农垦；
 人类对资源的掠夺性开采。

草原生态系统恢复和保护对策
 实行科学管理；
 发展人工草场；
 建立牧业生产新体系。

§4  荒漠和苔原生态系统
 荒漠和苔原生态系统的分布
 荒漠生态系统类型与特征
 荒漠化及荒漠化防治
 苔原生态系统的特征
荒漠生态系统类型与特征
 荒漠生态系统类型：
 荒漠生态系统(desert ecosystem):是地球上最为干旱的地区，其气候干燥，蒸发强烈。由超旱生的小乔木、灌木和半灌木占优势的生物群落与其周围环境所组成的综合体。有石质、砾质和沙质之分。习惯上称石质、砾质的荒漠为戈壁(gobi),或戈壁沙漠(gobi desert)；沙质荒漠为沙漠(sandy desert)。
 荒漠生态系统的特征：
 生态环境严酷；
 荒漠生物群落极为稀少，植被丰富度极低；
 植物群落以超旱生小乔木和半木本植物为优势物种；
 生态系统生物物种极度贫乏，种群密度稀少，生态系统脆弱；

荒漠化及荒漠化防治
 荒漠化（desertification）:是指在干旱、半干旱地区和一些半湿润地区，生态环境遭到破坏，植被稀少或缺少，土地生产力有明显的衰退或丧失，呈现荒漠或类似荒漠景观的变化过程。我国的荒漠化土地占国土面积的8％。
 荒漠化的主要危害：
 对土地资源的损害；
 造成作物死亡；
 毁坏各种建设工程；
 损害水利、河道的正常效益；
 对通讯和输电线路的危害；
 引起沙尘暴。
 荒漠化防治对策：加强领导；重视保护濒临荒漠化的生产性款地；加强综合整治工作；因地制宜进行治理。
苔原生态系统的特征
 苔原生态系统(tundra ecosystem)是由极地平原和高山苔原的生物群落与其生存的环境所组合成的综合体，主要特征是低温、生物种类贫乏、生长期短、降水量少。
 我国的苔原为山地苔原，存在于温带东部的长白山和西部的阿尔泰山高山带。
§5  水域生态系统
 水域生态系统的特点：
 水域生态系统的环境特点
 水域生态系统的营养结构特点
 水域生态系统的功能特点
 水域生态系统的类型：
 淡水生态系统
 海洋生态系统
 水域生态系统的恢复和保护对策：
 减少污水排放量
 实行综合保护措施，提高系统自身的抵抗力；
 正确认识水生生物群落特征，合理利用生物资源。
§6  湿地生态系统
 湿地生态系统的概念
 湿地及其保护
 中国湿地
 安徽湿地
湿地生态系统的概念
 湿地生态系统(wetland ecosystem):  是指地表过湿或常年积水，生长着湿地植物的地区。湿地是开放水域与陆地之间过渡性的生态系统，它兼有水域和陆地生态系统的特点，具有独特的结构和功能。
 湿地生态系统的功能：天然的基因库；潜在资源；净化功能；气候和水文调节等功能。
湿地及其保护
 湿地定义：湿地指不问其天然或人工、永久或暂时的沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带，常带有静止或流动、咸水或淡水，半碱水或碱水水体，包括低潮时水深不过6  m的滨岸海域。
 湿地保护
 1971年全球政府间的湿地保护公约《关于特别作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》（简称《湿地公约》）诞生;
 到1999年已有96个国家加入《湿地公约》。
 我国于1992年正式加入。
 我国目前已建立各类保护区152处，有7个自然保护区被列为国际重要湿地。
中国湿地
 近海及海岸湿地
 河流湿地
 湖泊湿地
 沼泽和沼泽化草甸湿地
 库塘
安徽湿地
 全省湿地面积2918804hm2 ,占全省国土面积21%
 现有升金湖、扬子鳄、安庆沿江、贵池十八索、当涂石臼湖、颖上八里河、霍邱东西湖、五河沱湖、铜陵淡水豚等近10处自然保护区。
讨论题
 从生态系统物质循环和能流的角度，阐述如何治理巢湖和淮河等污染水生生态系统。

第四节  参考文献
第四节  思考题
 解释名词：
 荒漠化
 湿地
 问答题：
 简述森林、湿地的生态功能。
 草原生态系统有何特点，如何恢复退化草原？