第十章生态系统分析
第十模块知识点总结
第十模块知识点总结本文将对第十模块的知识点进行总结，主要包括以下几个方面：生态环境保护、环境管理和资源利用等内容。
第一部分：生态环境保护生态环境保护是指采取一系列措施，以维护和改善自然生态环境，为人类提供良好的生存和发展条件。
生态环境保护的内容非常广泛，涉及到生态系统的保护和恢复、物种多样性的维护、水资源和空气质量的改善、气候变化调控等。
生态系统是生态环境保护的基本单位，包括陆地生态系统、淡水生态系统和海洋生态系统。
生态系统的保护和恢复是生态环境保护的首要任务。
生态系统的保护需要综合考虑生态学、生物学、土壤学、水文学等学科知识，通过采取合理的管理措施，维持生态系统的结构和功能，保护生物多样性，维护生态平衡。
物种多样性是生态环境保护的重要内容之一。
物种多样性对于生态系统的稳定和健康具有至关重要的作用，是维持生态平衡的基础。
保护和恢复物种多样性需要采取多种措施，包括建立自然保护区、禁止非法捕捞和砍伐、加强对濒危物种的保护等。
水资源和空气质量是生态环境保护的重点内容。
水资源是人类生存和发展的基本条件之一，其保护和合理利用对于维护生态平衡、保障人类健康至关重要。
对水资源的保护需要加强水体的污染防治，控制排放，加强水体管理和保护。
空气质量是人类健康和生存的重要条件，空气污染对人类健康和生态环境造成了严重的危害。
气候变化是当前全球关注的热点问题，气候变化对于自然环境和人类社会都具有重要影响，应对气候变化是各国共同面临的挑战。
生态环境保护需要采取有效措施，减缓气候变化对生态环境的影响，适应气候变化的影响，促进经济社会的可持续发展。
第二部分：环境管理环境管理是指为实现良好的生态环境目标，对环境资源及其利用进行合理规划、选择、控制以及评价与改进各种管理活动。
环境管理的目的是维护和改善生态环境，保证资源的可持续利用，减少环境污染和生态破坏，促进经济社会的可持续发展。
环境管理主要涉及环境规划、环境评价、环境监测和环境治理等内容。
生态系统的结构和功能特征分析
生态系统的结构和功能特征分析生态系统是指由生物和非生物因素相互作用形成的自然生态环境。
生态系统的结构和功能特征对于我们认识和保护自然环境至关重要。
本文将分析生态系统的结构和功能特征，并探究它们之间的相互关系。
I. 生态系统的结构生态系统的结构包括生物组成和非生物组成两个方面。
1. 生物组成生态系统的生物组成包括植物、动物和微生物三个方面。
它们之间相互作用，形成了生态系统的生物多样性。
植物是生态系统的基础。
它们通过光合作用产生氧气和有机物，提供了其它生物的食物和氧气。
动物是生态系统的消费者，它们通过食物链和食物网获得养料。
微生物则在物质循环和能量流动中起到了重要的作用，促进有机物的分解和养分的释放。
2. 非生物组成生态系统的非生物组成包括水、大气、土壤和光照等因素。
它们对生态系统的结构和功能产生着重要的影响。
水是生态系统的重要组成部分。
它在包括动物、植物和微生物在内的所有生物体内占有很大的比例。
水还通过降水和蒸发等形式，促进生物体内的物质循环和能量转化。
大气是生态系统的重要组成部分。
它通过氧气和二氧化碳的含量，促进光合作用和呼吸作用的进行。
大气还通过气压和风力等因素，对生物体的适应性和分布范围产生着影响。
土壤是生态系统的重要组成部分。
它提供了植物生长所需要的水分、营养和支撑，同时也是微生物的生境。
土壤还通过物质循环和固碳作用，对大气中CO2的浓度起到了影响。
光照是生态系统的重要组成部分。
它是光合作用进行的重要条件。
光照还决定了植物的生长和动物的行为，通过光周期等因素，对生态系统的节律性和稳定性产生影响。
II. 生态系统的功能特征生态系统的功能特征包括物质循环、能量流动和自我调节三个方面。
1. 物质循环物质循环是生态系统的重要功能之一。
它通过植物、动物和微生物等生物体之间的相互作用，完成了营养物质在生态系统内的循环利用和转化。
物质循环包括水循环、碳循环、氮循环、磷循环等。
这些循环相互联系，构成了生态系统复杂的物质转化网络。
森林生态系统经营
第十章森林生态系统经营第一节森林生态系统经营理论一、有关森林的基本概念1．森林经营的基本概念按着起源不同，可把森林分为天然林和人工林，顾名思义，天然林就是由天然更新和演替过程形成的森林，人工林就是由人工更新和培育形成的森林；而天然林又可根据其受干扰的程度的不同分成原始林、过伐林、派生林和次生林，原始林是未经过任何破坏的原生植被，次生林是原始林经受大面积反复的破坏后，在次生裸地上形成的次生植被，过伐林和派生林介于二者之间。
虽然所用的词语不同，但是后三者基本属于次生林范畴，所以我们常常把后三者统称为次生林（图10-1）。
原始林过伐林是对原始林经过不合理的采伐后残留的林分，介于原始林和次生林之间的一种类型。
其林相特点是复层异龄，上层较稀疏，多为原生群落中过熟阔叶树及干形不良或多少已腐朽的针叶树，林下多具明显的更新层、演替层，原生群落中的主要树种有明显的恢复趋势，生境及林下植被基本与原始林相同。
这些林分分布于原始林的外围及次生林的深处，它们恢复到原生群落的类型组有保证，而且速度也最快。
对于过伐林的经营措施主要是进行林相整理，即伐去部分劣质林木（包括部分过熟、遗传品质差和严重病虫害的树木），尽快采伐利用上层的过熟木（同时具有解放更新层的作用），给目的树种及其他优良林木的生长和更新创造条件；抚育更新层和演替层，在更新不均匀或更新数量不足的地方进行目的树种的补植，从而改善林分结构、提高现有林分的质量。
经过人工经营的林分，仍应保持原有复层异龄混交的结构不变，可以达到更新健康、生产力更高和多种效益的可持续利用。
派生林是在原始林区内，原生群落经人类活动和病虫害、火灾及其它自然灾害影响，使原生群落受到小面积的破坏（如小面积的采伐、开垦或火烧）退化到次生裸地，短期内经过次生演替而复生的次生群落。
其组成树种多为喜光、速生的树种。
由于面积不大，周围仍由原生的群落存在，整个环境的变化不大，原生群落主要树种的种源比较充足，迹地上为先锋树种所占据。
第十章 生态系统中的能量流动
经过同化作用形成自身的物质，称为次
级生产，亦称第二性生产。
个体的能量划分
Allocation of energy within one link of a food chain
2. 次级生产量的生产过程
猎物种群生产量（886.4g）
未捕获（876.1g）
被捕获（10.3g）
被吃下（7.93g）I
Fig. An Antarctic dry valley.
4.温度：
温度升高，总光合速率升高，但超过最适温度则 又转为下降；而呼吸速率随温度上升而呈指数上 升；结果使净生产量与温度呈峰型曲线。
5.营养元素
Fire 刺激生 长与繁殖。
（二）水域生态系统
1.光：
2. 营养物质：
由于缺乏营养物质，海洋生产力偏低。
The 2nd LAW OF THERMODYNAMICS APPLIED TO A FOOD CHAIN
A diagram showing the loss of energy during its transfer between trophic levels in a forest community. The width of the arrows is roughly proportional to the quantity of energy transferred or lost.
生产率(productivity rate)，或生产力(productivity)。 5.生物量(biomass):是指某一时刻调查时单位面积上积 存的有机物质(kg/m2)。以鲜重(fresh weight,FW)或 干重(dry weight，DW)表示。
6.现存量(standing crop)：是指绿色植物初级生产量
第十章 生态系统的物质循环
图11-2 全球水循环 (Smith, 1974)
20
二、生态系统中的水循环
生态系统中的水循环包括截取、渗透、蒸 发、蒸腾和地表径流。植物在水循环中起着重 要作用，植物通过根吸收土壤中的水分。与其 他物质不同的是进入植物体的水分，只有
1％～3％参与植物体的建造并进入食物链， 被其他营养级所利用，其余97％～99％通过叶 面蒸腾返回大气中，参与水分的再循环。例如， 生长茂盛的水稻，一天大约吸收70t/hm2的水， 这些被吸收的水分仅有5％用于维持原生质的 功能和光合作用，其余大部分成为水蒸气从气 孔排出。
33
生态系统通过以下两个途径吸入人类喷洒 的DDT并经过食物链加以富集。一是经过植物 的茎、叶及根系进入植物体，在体内积累起 来，被食草动物吃掉再被食肉动物所摄取， 逐级浓缩；二是喷洒的DDT落入地面，经过土 壤动物，例如吃土壤中有机物碎片的蚯蚓等， 再被地上的食虫动物如小鸡所捕食，小鸡再 被鹰等食肉鸟所捕捉，逐级浓缩，这种通过 食物链加以浓缩的过程称之为富集，或生物 放大。图11-7说明了母乳中DDT和PCB（多氯 联苯）含量与三个月以上的胎儿身体中含量 的关系。
34
图11-7 母乳与未出生婴儿身体中DDT和PCB的含量
(Ahlheim，1989)单位：mg/kg
35
图11-8 从浮游生物到水鸟的食物链中DDT质量分数(×10-6)的增加
(Ahlheim，1989)
36
(二) 汞
汞是一种具有高度毒性的非生命必需元 素，汞在生物体内易与中枢神经系统的某些 酶类结合，因而容易引起神经错乱，如疯病、 精神呆滞、昏迷以至死亡。此外，汞和一种 与DNA一起发生作用的蛋白质形成专一性的结 合，这是汞中毒引起先天性缺陷的原因。当 汞进入生态系统中，被环境中特定的微生物 转化为汞的有机化合物，如甲基汞，它是一 种脂溶性的有机汞化物，比无机汞毒性高 50～100倍，且更易被其他生物所吸收，其毒 性也明显增加，进入人体可分布全身，尤其 进入肝、肾，最后到达脑部，且不易排泄掉。 (图11-9)
农业生态系统调控的生态学原理
自然生态系统基础上的半人工生态系统，合理的农业生态系统内部应该形成环网结构和生态工 艺流程，其中使每一组分既是下一组分的“源”，又是上一组分的“汇”。
2020/11/17
13-5
一、物质循环和能量转化原理
（二）能量转化原理
1．能量递减原理
热力学定律与生态学的关系十分明显，各种各样的生命表现都伴随着能量的传递和转化。农业生态系统是开放系 统，它倾向于保持较高的自由能而使熵较小，只要不断有物质和能量输入和不断排出熵，开放系统便可维持一种 稳定的平衡状态。
2．不可逆流动
农业生态系统中的能量，以物质为载体，沿食物链从低营养级向高营养级传递。在此过程中，逸散于环境中的能 量不可能再返回到食物链，产生类似于物质循环利用的功能，因此人类只有以不同方式向生态系统适时补加能量， 才可能发挥正常的系统功能，任何希望通过系统本身调节而实现“永动”的目的都是不现实的。
例如，在盐碱地的开发利用中，先锋植物必然具备耐盐碱特性，当土壤理化 性状改良到可以栽培其它作物的阈值范围时，则可改种其它高经济价值的作物。 演变，生物与环境的协同作用至关重要。
2020/11/17
13-8
二、生物与环境关系原理
（三） 环境资源有限性原理
农业环境资源指某种或某些自然物质资源为载体或介质，在多种自然力的作 用下而形成的具有不同环境功能的自然生态系统的自然景观。生物的生存依赖 各种环境资源，环境资源在质量、数量、空间和时间等方面都具有一定的限度。 生态系统在不降低自身自动调节能力的前提下，对外界压力有一个最大忍受限 度，即生态阈值。生物只有分布和生存在生态阈值限度之内，才可维持稳定的 生产力。
Agroecology
第十章 农业生态系统的调控
生态系统的结构与功能的归纳
生态系统的结构与功能的归纳
生态系统是环境中的生物和非生物部分相互作用的复杂网络，
由生态群落、生态位、生态圈等组成。
生态系统的结构与功能紧密
相关，下面对其进行归纳：
1. 生态系统结构
生态系统包括生物圈、大气圈、水圈和岩石圈四个部分。
在生
物圈中，生物是生态系统中最为重要的组成部分。
生物与非生物环
境相互作用，形成各种生态关系，包括食物链、生态圈和生态位等。
不同生态环境中的生物质量和物种多样性也不同。
2. 生态系统功能
生态系统具有多种功能，如物质转化、能量流动、生境提供、
气候调节、水文循环等。
生态系统能够将太阳能转化为化学能，维
持生态系统中生物的生存。
生态系统还可以维持水、气、土地等资
源的稳定，提供各种生态服务。
同时，生态系统还可以调节气候、
调节水文循环，保持全球的生态平衡。
3. 生态系统的保护
生态系统是人类赖以生存的基础，保护生态系统是我们每个人的责任。
人们应该尽可能地减少生态系统对人类活动的干扰，保护自然环境和生态系统的多样性。
保护生态系统有着重要的经济、社会和生态效益。
综上所述，生态系统的结构与功能密不可分，只有正确地认识和保护生态系统，才能实现可持续发展。
生态系统的物质循环和能量流动教案
生态系统的物质循环和能量流动教案第一章：引言教学目标：1. 理解生态系统的概念。
2. 掌握生态系统中物质循环和能量流动的关系。
教学内容：1. 生态系统的定义和组成。
2. 物质循环和能量流动的概念。
3. 物质循环和能量流动在生态系统中的重要性。
教学活动：1. 引入生态系统的概念，引导学生思考生态系统的组成和作用。
2. 讲解物质循环和能量流动的定义，并通过实例解释其在生态系统中的运作。
3. 讨论物质循环和能量流动在生态系统中的重要性，引导学生思考其对生物圈的影响。
作业：1. 复习生态系统的定义和组成。
2. 思考物质循环和能量流动在生态系统中的作用。
第二章：物质循环教学目标：1. 理解物质循环的概念和过程。
2. 掌握物质循环在生态系统中的作用。
教学内容：1. 物质循环的定义和过程。
2. 物质循环的主要途径。
3. 物质循环在生态系统中的作用。
教学活动：1. 复习物质循环的定义，引导学生思考物质循环的过程。
2. 讲解物质循环的主要途径，如水循环、碳循环等，并通过实例解释其在生态系统中的运作。
3. 讨论物质循环在生态系统中的作用，如养分循环、生物地球化学循环等，引导学生思考其对生物圈的影响。
作业：1. 复习物质循环的定义和过程。
2. 思考物质循环在生态系统中的作用。
第三章：能量流动教学目标：1. 理解能量流动的概念和过程。
2. 掌握能量流动在生态系统中的作用。
教学内容：1. 能量流动的定义和过程。
2. 能量流动的途径和形式。
3. 能量流动在生态系统中的作用。
教学活动：1. 复习能量流动的定义，引导学生思考能量流动的过程。
2. 讲解能量流动的途径和形式，如食物链、食物网等，并通过实例解释其在生态系统中的运作。
3. 讨论能量流动在生态系统中的作用，如能量转换、能量传递等，引导学生思考其对生物圈的影响。
作业：1. 复习能量流动的定义和过程。
2. 思考能量流动在生态系统中的作用。
第四章：物质循环和能量流动的关系教学目标：1. 理解物质循环和能量流动之间的关系。
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次级生产的基本特点及次级生产量 的测定
食物链能流和生态锥体 生态效率
一、次级生产的基本特点及次级生 产量的测定
C=A+Fu A=P+R C=P+Fu+R P=C-Fu-R 可利用
动物产品 产生能量 同化(A) (P)
食用 (C) 维持能量
潜 在 能 量
食物 资源
Ⅰ
可得
不可得
拒食 Ⅱ
未食 Ⅲ
上行控制（down-up control）：所有的营养级 都受食物资源多少的控制，即下一营养级控制 着上一营养级的数量。
第二节生态系统中的生产
生态系统的初级生产(primary production)：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、转化成复杂有机物的过程。
生物积累、生物浓缩和生物放大
生物积累(bioaccumlation)：生物体在生长发育过
程中，直接通过环境和食物蓄积某些元素或难以分
解的化合物的过程。
生物浓缩(bioconcentration)： 生物体通过对环境
中某些元素或难以分解的化合物的积累，使这些物
质在生物体内的浓度超过环境中浓度的现象，又称
林德曼效率(Lindeman efficiency) : In＋1／In ，指
n＋1与n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。
十分之一法则：林德曼效率大约是10％～20％， 因此，每通过一个营养级，其有效能量大约为前 一个营养级的1/10。
第三节生态系统中的分解
生物地化循环的特点 生物积累、生物浓缩和生物放大 生物地化循环的类型
生物地化循环的特点
物质在生态系统中的运动是循环的； 生物地化循环可以用库和流通率两个概念来描述。 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。
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。
隔离系统 封闭系统 开放系统
生态系统中的反馈（正反馈（左）和负反馈（右））
污染↑ ↑ ↑ 污染↑ ↑ 污染↑
狼↑ 狼↓ 狼 饿 死 狼 吃 饱 吃了 吃了 较少 较多 兔子 兔子
鱼死亡↑
鱼死亡↑ ↑
鱼死亡↑ ↑ ↑
兔 吃 饱
兔 饿 死
兔↑ 兔↓ 吃了 大量 的草 植物↓ 植物↑
吃了 较少 的草
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；
生态系统是动态系统，要经历一系列发育阶段。
学习生态系统生态学的意义
二、系统正反馈 负反馈
收获种子的作物。 4 叶面指数
四、决定初级生产力的限制因子
CO2 ② ① 光
PN
取食
光合作用 生物量
R ⑤ O2＋温度⑥
③ H2O
④
营养
PG
陆地生态系统中，初级生产量主要由光、CO2、水、营养物 质(物质因素) 和温度(环境调节因素)六个因素决定。
五、初级生产力的测定方法
产量收割法：收获植物地上部分烘干至恒重，获
生态系统的营养结构及能流和物流间的关系
生产者 生态系 (绿色植物) 统的营 环境 养结构 (土壤、空气、水) 分解者 (物质 (细菌、真菌) 循环)
消费者 (动物)
呼吸散失 生态系 统的营 养结构 (能量 流动) 太 阳 辐 射 能
呼吸散失 分解系统
放牧系统
能 流
物 流
净初级 生产
死有机物
四、食物链、食物网和营养级
粪尿 呼吸 分解 (Fu) (R) Ⅳ Ⅴ Ⅵ
损 失 能 量
次级生产过程模型
二、食物链能流和生态锥体
食物链能流的实例(植被－田鼠－鼬；p477图10-22) 食物链中被利用的能量与前一营养级可提供能量
相比非常少；
绿色植物用于维持的能量较少（15％）；动物，
尤其是常温动物，同化量大部分用于了维持（田
生态系统的分解（decomposition）：与光合作用 正好相反的过程，指死的有机物逐步绛解，释放 出能量和无机营养元素的过程。
影响分解过程的因素：
分解者类型 待分解资源的质量 环境因素 资源分解的意义
理论意义
通过死有机物的分解，使营养物质再循环，给生
产者提供营养物质；
生态系统的次级生产(secondary production)：消 费者利用初级生产的物资进行新陈代谢，经过同 化作用形成异养生物自身物质的过程。
§1 生态系统的初级生产
生产力的基本概念 全球初级生产力的分布 生态系统初级生产力的变化 决定初级生产力的限制因子
初级生产力的测定方法
光合作用固定的总能量称为总初级生产(量) ；植 物总初级生产（量）减去呼吸量（R），余下的 有机物质即为净初级生产（量）。
NPP＝GPP－R
净初级生产量的估计：
光能
6CO2＋6H2O 叶绿素
C6H12O6 ＋ 6O2
净初级生产量的分布： 海洋与陆地 纬度上分布的三多个高峰 季节变化
营养级（trophic level）：食物链上的每一个环
节称为营养阶层或营养级，即处于食物链某一
环节上的所有生物种的总和。
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。
生态系统中能量流动和物质循环沿着食物
链和食物网进行的。
食物链和食物网揭示了环境中有毒污染物
转移、积累的原理和规律。
一个食物链的例子“螳螂捕蝉，黄雀在后”
植物汁液
蝉 (初级消费者) 螳螂 (二级消费者) 黄雀 (三级消费者) 鹰
螳螂捕 蝉，黄 雀在后！ 哈！哈！
(四级消费者)
(顶极食肉动物)
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。
三、生态系统初级生产力的变化
初级生产力的纬向地带性变化 初级生产力的垂直变化 随海拔高度的变化 随陆生植物垂直分层的变化 水体初级生产力的垂直变化 净初级生产力的应用
净初级生产力的应用
最 大 光 合 率
叶面指数为4时初级净
生产力最高；
总初级生产量 净初级生产量
收获植物整体的作物；
一、生产力的基本概念
生物量（biomass）：某一特定观察时刻，某一
空间范围内现有的有机体量（个体数量、重量或
含能量），因此它是一种现存量(standing crop)。
通常现存的数量以N表示，现在的生物量以B表示。
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
能量在各营养级之间的数量关系可用生态锥体表
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，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。以生物量或个体数目来表示，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。
a 生物量锥体
b 能量锥体
c 数量锥体
三、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（p478）。
同化效率(assimilation efficiency): An/In, An为植物
固定的能量或动物摄入食物中被同化的能量，In为
食物链（food chain）食物链指生态系统中不 同生物之间在营养关系中形成的物质和能量传 递关系。 食物链的类型 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。寄生 食物链可以看作牧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。
量或能量。通常以P表示。
生产量和现存量关系示意图
生产量P 生产量P
现存量 A 减少量E P＝△B＋E
现存量 B 周转率＝P/B 减少量E
二、全球初级生产力的分布
补偿点（compensation point）：光合作用与呼吸 作用相等时生态系统所处的平衡点。
总初级生产(GPP)与净初级生产(NPP)：植物通过
第十章生态系统
生态系统的概念和特征 生态系统中的生产 生态系统中的分解
生态系统的能量流动 生态系统的物质循环 群落或生态系统的稳定性 生态系统的发育
思考题
第一节生态系统的概念和特征
生态系统的定义及意义 系统与反馈
生态系统的基本结构
食物链、食物网和营养级
生态系统中的同资源种团
上行控制和下行控制
一、生态系统的特点及意义
生态系统（ecosystem）：一定空间内栖居的所有 生物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。
生态系统的特点 生态系统主要是功能单位，而不是分类学单位； 生态系统具有自我调节能力； 属于经典生态学研究的最高层次；