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云南大学生命科学学院
普通生态学
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第十一章 生态系统的一般特征
11.1 生态系统的基本概念
11.2 生态系统的组成与结构
11.3 食物链和食物网
11.4 营养级和生态金字塔
11.5 生态效率
11.6 生态系统的反馈调节和生态金字塔
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11.1 生态系统的基本概念
? 生态系统 (ecosystem),在一定空间中共同栖居着
的所有生物 (生物群落 )与其环境之间由于不断进行物
质循环和能量流动过程而形成的统一整体
? 系统 (system),相互作用、相互依赖的事物有规律
地联合的集合体
– 许多成分组成
– 各成分间相互联系、相互作用
– 独立的、特定的功能
? 生物地理群落 (biogeocoenosis)
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生态系统的特征
? 生态学的一个主要结构和功能单位,属于生态
学研究的最高层次
? 内部具有自我调节能力
? 能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的
三大功能
? 营养级的数目受限于生产者所固定的最大能值
和能量在流动中巨大损失,生态系统中营养级
不会超过 5-6个
? 动态系统
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目前有关生态系统的研究工作
? 自然生态系统的保护和利用
? 生态系统调控机制的研究
? 生态系统退化的机制、恢复及其修复研

? 全球性生态问题的研究
? 生态系统可持续发展的研究
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自然生态系统的保护和利用
? 和谐、高效和健康是自然生态系统有的共同特点
? 自然生态系统中具有较高的物种多样性和群落稳定性
? 健康的生态系统比退化的更有价值,具有较高的生产力,
能满足人类物质的需求,还给人类提供生存的优良环境
? 研究自然生态系统的形成和发展过程、合理性机制、以
及人类活动对自然生态系统的影响,对于有效利用和保
护自然生态系统均有较大的意义
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11.2 生态系统的构成和结构
11.2.1 生物群落
– 生产者 (producer)
– 消费者 (consumer):食草动物, 食肉动物, 大型
食肉动物
– 分解者 (decomposer)
11.2.2 非生物环境
– 无机物质
– 有机物质
– 气候因素 (及其他物理条件 )
11.2.3 成份之间的相互作用关系
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池塘生态系统示意图
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一个简单的陆地生态系统模式图
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生态系统各成份的相互关系
无机物质 有机物质
气候因素
消费者 分解者生产者
植物,
化能合成细菌
动物,包括
大型消费者
小型消费者
细菌
真菌



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生态系统各成份的相互关系
无机物质 有机物质 气候因

线条粗细表示作用强弱和物质能量流通的总量多寡
消费者 分解者生产者
植物,
化能合成细菌
动物,包括
大型消费者
小型消费者
细菌
真菌



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11.3 食物链和食物网
11.3.1 食物链 (food chain):生产者所固定的能量和
物质,通过一系列取食和被食的关系在生态系统中
传递,各种生物按其食物关系排列的链状顺序
11.3.2 食物网 (food web):食物链彼此交错连结,形
成一个网状结构
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食物链类型
? 捕食食物链
? 碎屑食物链
? 寄生食物链
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捕食食物链
? 绿色植物为起点到食草动物进而到食肉
动物的食物链
? 植物 -食草动物 -食肉动物
– 草原上:青草 -野兔 -狐狸 -狼
– 湖泊中:藻类 -甲壳类 -小鱼 -大鱼
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碎屑食物链
? 动、植物的遗体被
食腐性生物 (小型
土壤动物、真菌、
细菌 )取食,然后
到他们的捕食者的
食物链
? 植物残体 -蚯蚓 -线
虫类 -节肢动物
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捕食食物链和 碎屑食物链
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寄生食物链
? 由宿主和寄生物构成
? 以大型动物为食物链的起点,继之以小型动物、
微型动物、细菌和病毒
? 后者与前者是寄生关系
? 哺乳动物或鸟类 -跳蚤 -原生动物 -细菌 -病毒
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微型浮游植物
(小鞭毛藻 )
小型浮游动物
(植食性原生动物 )
的型浮游动物
(肉食性甲壳动物 )
大型浮游动物
(毛颚类、磷虾 )
灯笼鱼、秋刀鱼
(食浮游动物鱼类 )
乌贼、鲑、金枪鱼
(食鱼动物 )
大型浮
游植物
大型浮
游动物

以浮游生物为食
鯷鱼
以浮游生物为食1 大型浮游植物
2
3
海洋食物链 1
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小型浮游植物
大型硅藻、甲藻
和微型浮游植物
大型浮游动物 食浮游生物鱼类 如鲱等
底栖植食动物
蛤,牡蛎,多毛类等
底栖肉食鱼类
鳕鱼等
大型肉食鱼类
鲨鱼鲑鱼等
海洋食物链 2
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南极海洋浮游食物

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狼、狐、
雪鸮、贼鸥、隼
麝牛、驯
鹿、雪兔
旅鼠、雷
鸟、雁




昆虫
植被
食物关系 能量关系
主线
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食物网
? 一种生物常常以多种食物为食,而同一种食物
又常常为多种消费者取食,于是食物链交错起
来,多条食物链相联,形成了食物网
? 食物网不仅维持着生态系统的相对平衡,并推
动着生物的进化,成为自然界发展演变的动力
? 食物网以营养为纽带,把生物与环境、生物与
生物紧密联系起来的结构,称为生态系统的营
养结构
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食物网
24北极岛屿简单的食物网
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FOOD WEB
A few of the organisms
in a temperate tall-grass
prairie and the food web
that connects them
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FOOD WEB
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11.4 营养级与生态金字塔
? 营养级 (trophic level):处于食物链某一环
节上的所有生物种的总和
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营养级
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生态系统中营养级数目
? 各营养级消费者不可能 100%利用前一营养级的
生物量
? 各营养级同化率也不是 100%,总有一部分排泄
出去
? 各营养级生物要维持自身的活动,消耗一部分
热量
? 能流在通过各营养级时会急剧减少,食物链就
不可能太长
? 生态系统中的营养级一般只有四、五级,很少
超过六级
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TERRESTRIAL FOOD CHAIN
In a food chain,energy is passed from one trophic
level to the next BUT the transfer of energy is
NEVER 100% efficient,That is,there is always
some energy lost per the 2nd Law of
Thermodynamics,This lost energy is called entropy.
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The length of food chains
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生态金字塔 (ecological pyramid)
? 营养级之间的数量关系
? 数量关系可采用生物量、能量和个体
数量单位来表示
– 能量金字塔
– 生物量金字塔
– 数量金字塔
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能量 金字 塔
? 由各营养级所固定的总能量值的多少来构
成的生态金字塔
? 以相同的单位面积和单位时间内的生产者
和各级消费者所积累的能量比率来构造
? 千卡 /平方米 〃 年
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Energy Pyramid
An energy pyramid for a prairie ecosystem,
Each trophic level from producer to tertiary
consumer has less energy stored in it,The
width of the rectangles represents energy
found in the organisms at each trophic level.
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energy pyramid
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P
H
C
矮草草原生产力金字塔
45
571 3 1 9 6
2, 2 8 5 0, 4 6
,2 1 5, 4 9
10
3
10
2
1 0 1 1 1 0 1 0
2
10
3
地上部分 地下部分
k cal · m
- 2
· 生长季
矮 草草原生产力金字塔
生长季节有效太阳辐射为 5 * 1 0
5
k ca l · m
- 2
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生物量金字塔
以相同单位面积上生产者和各级消费者的生物量即生
命物质总量建立的金字塔。对陆地、浅水生态系统中比
较典型,因为生产者是大型的,所以塔基比较大,金字
塔比较规则
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生物量金字塔
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生物量金字塔
湖泊和开旷海洋,第一性生产者主要为微型藻类,生
活周期短,繁殖迅速,大量被植食动物取食利用,在任
何时间它的现存量很低,导致这些生态系统的生物量金
字塔呈倒金字塔形
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数量金字塔
单位面积内生产者的个体数目为塔基,以相
同面积内各营养级位有机体数目构成塔身及
塔顶。一般每一个营养级所包括的有机体数
目,沿食物链向上递减。
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数量金字塔
? 有时植食动物比
生产者数目多。
如昆虫和树木
? 个体大小差别很
大,只用个体数
目多少来说明问
题有局限性。
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不同类型金字塔的比较
? 能量金字塔表达营养结构最全面,确切
表示食物通过食物链的效率,永远是正
塔型
? 数量金字塔过分突出小生物体的重要性
? 生物量金字塔过分突出大生物体的重要

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P-809
TC-1.5
C-11
H-37
现存量金字塔
kcal.m2
能量金字塔
kcal.m2.y-1
D-5
P-20810
H-3368
C- 383
TC -21
D-5060
P- Productors H- Herbivorers C- Carnivorers TC- Top carnivorers D- Decomposers
现存量 (生物量 )金字塔与能量金字塔
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P-1.5× 106
H-2× 105
C9 × 104
TC-1
P
H-1.5× 105
C-1.2 × 105
TC-2
200
数量锥体
1/1000m2
生物量锥体
g/m2
夏季草原 夏季温带森林
P-4× 104
H-4
C-1
D-10 H+C -21
P -4
热带雨林 海洋
数量金字塔与生物量金字塔
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Eltonian Pyramids
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11.5 生态效率
? 生态效率: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。
? 能量参数:
– 摄取量( I):表示各生物所摄取的能量
– 同化量 (A):动物消化道内被吸收的能量,即消费
者吸收所采食的食物能;植物光合作用所固定的日
光能
– 呼吸量 (R):生物在呼吸等新陈代谢和各种活动所
消耗的全部能量
– 生产量 (P):生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值。
P= A- R
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营养级位之内的生态效率
量度一个物种利用食物能的效率,即同化能量的有效
程度
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同化效率
? 被植物吸收的日光能中被光合作用所固
定的能量比例,或被动物摄食的能量中
被同化了的能量比例:
Ae = An / In
? 肉食动物的同化效率高于植食动物
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生长效率
? 组织生长效率,Pe = Pn / An
? 生态生长效率, Ee = Pn/ In
? 营养级越高,生长效率越低
? 植物的生长效率 >动物
– 植物将光合能量大约 40%呼吸,60%生长
– 肉食动物同化能量大约 65%用于呼吸,35%用于生

? 哺乳动物呼吸消耗的能量最多,大约占同化量
的 97-99%,只有 1%-3%用于净生产量
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Production Efficiencies
51
Production Efficiencies
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营养级位之间的生态效率
? 量度营养级位之间的转化效率
? 消费效率:消费效率量度一个营养级对前
一营养级的相对取食压力。
Ce = In+1 / Pn
一般在 20-35%范围内,每一营养级净生产的 65%-
75%进入碎屑食物链
? 利用效率:利用效率的高低,说明前一营
养级的净生产量被后一营养级同化多少
Ue = An+1 / Pn
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林德曼效率
? 林德曼效率,n+1营养级所获得的能量
占 n营养级所获得的能量之比:
Le=In+1/In
? 林得曼定律(十分之一定律):能量沿
营养级的移动时,逐级变小,后一营养
级只能是前一营养级能量的十分之一左
右。
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A:利用效率,能量摄取效率,同化效率,生产效率
B:生态生长效率,同化效率,组织生长效率
A
B
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1-2 2-3 3-4
营养级
30
20
10
1-2 2-3 3-4
营养级
30
20
10
林德曼效率 利用效率
对多个生态系统实测值比较生态效率
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11.6 生态系统的反馈调节和生态平衡
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11.6.1 反馈调节
? 反馈调节:当生态系统某一成分发生变化,它必然引
起其他成分出现一系列相应变化,这些变化又反过来
影响最初发生变化的那种成分
? 负反馈:系统中某一成分的变化所引起的其他一系列
变化,结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分的
变化,使生态系统达到或保持平衡或稳态
? 正反馈:系统中某一成分的变化所引起的其他一系列
变化,反过来加速最初发生变化的成分所发生的变化,
使生态系统远离平衡状态或稳态。如湖泊污染,导致
鱼的数量因死亡而减少,由于鱼体腐烂,加重湖泊污
染并引起更多鱼类的死亡
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负反馈
59
11.6.2 生态平衡
? 生态平衡,生态系统通过发育和调节所达到
的一种稳定状态,它包括结构、功能和能量输
入和输出的稳定
? 生态阈值,生态系统受外界干扰后,自动调
节的极限
? 生态危机,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
胁人类的生存
60本章结束,谢谢