三、生态系统的功能 生态系统生物生产 生态系统能量流动 生态系统物质循环 生态系统信息传递（一）生态系统生物生产 生物生产 初级生产 次级生产1、生物生产（biological production） （1）定义：生物生产是生态系统重要的功能之一，生物将物质 、能量重新组合，形成新的生物产品（糖类、脂肪、蛋白质等） 的过程。 （2）生物量和生产量 l生物量（biomass）：某一特定观测时刻，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（狭义生物量）或含能量来表示，因此它是一种现存量（ standing crop）。l生产量（production）：是在一定时间阶段中，某个种群或 生态系统新生产出的有机体的数量、重量或能量。1、初级生产（1）定义：绿色植物把太阳能转化为化学能，把无机物转化 为有机物的过程称为初级生产（应包括光能和化能自养微生物生 产）。以每年每平方米合成的干物质克数或积累的能量千卡数来表示，g/m2.a或kal/m2.a 光合作用光能自养型（硫化细菌）（2）初级生产的级别n总初级生产量（力）和净初级生产量：植物光合作用固定的太阳能或所制造的有机物质的量，称为初级生产量；包含植物本身呼吸消耗在内的称为总初级生产量，去除植物本身呼吸消耗部分的称为净初级生产量。1、陆地比水域的初级生产量大。陆地生态系统约占地球表面1/3，而初级生产量约占全球的2/3。主要原 因是占海洋面积最大的大洋区缺乏营养物质，其生产力很低，平均仅 125g/m2.yr，有“海洋荒漠之称”。2、陆地上初级生产量有随纬度增加逐渐降低的趋势陆地生态系统类型中，以热带雨林生产力为最高，平均为2200g/m2.yr。 由热带雨林向常绿林、落叶林、北方针叶林、稀树草原、温带草原、寒漠依 次减少。初级生产量从热带至亚热带、经温带到寒带逐渐降低 。一般认为， 太阳辐射、温度和降水是导致初级生产量随纬度增大而降低的原因。陆地各生态系统的初级生产量可以划分为为四个级别级别 ：l20003000g/m2a。温湿地带，尤其是多雨地区的森林、沼泽地、河流岸边的生态系统，还有农业集约栽培的水稻田和甘蔗田。 l10002000g/m2a。森林和部分草地及温带生产力较高的农耕地。 l2501000g/m2a。干燥的疏林灌丛或矮林及大部分草地和农作物。 l0250g/m2a。分布在极端干燥和低温地区，大面积的荒漠及两极地区的冻原及高山带。u生产力和生物量最大的生态系统类型是（B） A草原 B森林 C海洋 D农田（3）影响初级生产力的因素光、CO2、水和营养物质是初级生产的基本资源，温度是影响光合作用的主要因素，而食草动物的捕食会减少光合作用生产的生物量。对于陆地生 态系统而言，一般有充足的光照和CO2供应，但对林下植物而言，可能存在光照不足的情况；水最易成为限制因子，特别是干旱地区；营养物质的缺乏 ，也影响植物的光合作用；对水域生态系统而言，水和CO2不会对光合作用造成影响，光、营养物质和食草动物的捕食是主要的限制因素。（4）初级生产量的测定方法n直接收获法n二氧化碳同化法n黑白瓶法n同位素标记法n叶绿素测定法（5 5）提高农田初级生产力的途径）提高农田初级生产力的途径l l增加投入，改善生态环境限制因子（水、肥、病、虫、草害等）。增加投入，改善生态环境限制因子（水、肥、病、虫、草害等）。l l培育高光效、抗逆性强的植物品种：如水稻、小麦等。培育高光效、抗逆性强的植物品种：如水稻、小麦等。l l提高复种指数，合理间作。提高复种指数，合理间作。l l调控作物群体结构：合理密植。调控作物群体结构：合理密植。2、次级生产（1）定义：初级生产以外的生物有机体的生产，即消费者和分解者（动物和微生物）利用初级生产所制造的物质和贮存的能量进行新陈代谢，经过同化作用转化形成自身的物质和能量的过程。l大农业中的畜牧水产业和虫菌业生产都属次级生产。（2）次级生产在农业生态系统中的作用 转化农副产品，提高利用价值。 生产动物蛋白食品，改善人们食物结构。 促进物质循环，增强生态系统机能。 提高农产品的经济价值，增加农业生产的经济效益。（4）次级生产的改善途径 发展草食动物，充分利用富含纤维素的有机物质 发展水生生物，提高能量利用效率 利用腐生食物链，增加能量利用层次 发展沼气和堆肥等有机物综合利用方式 混合养殖：鸡粪喂猪，猪粪入沼气池，沼渣养蘑菇，形成鸡猪沼气蘑菇混合养殖体系。（二）生态系统能量流动 能量来源 能量流动渠道 能量流动的特点 能量流动效率n 能量是怎样进入到生态系统中的？在生态系统中是如何流动的 ？能量流动： 绿色植物利用太阳能，通过光合作用生产食物能，食物能通过食物链和食物网，从一个营养级传递到另一个营养级。 1 1、生态系统能量来源、生态系统能量来源能量来源：太阳能：占99%以上（生态系统的能量主要来自于太阳能）辅助能：自然辅助能：如风能、水势能、蒸发、降水、潮汐能、核能等占1%人工辅助能：生物辅助能：人畜力、有机肥、种苗工业辅助能：化肥、农药、农膜、机械、电力等2 2、生态系统能量流动渠道、生态系统能量流动渠道流动渠道：食物链和食物网稻草牛（牛粪）蚯蚓鸡（鸡粪）猪（猪粪）鱼；稻螟赤眼蜂；菜（温棚）鸡（鸡粪）沼气（沼渣）肥田；流动的路径：以太阳光等形式进入生态系统，以植物、动物物质中的能量， 或以化学能的形式贮存在系统中，或作为产品输出，离开生态 系统，或经消费者和分解者生物有机体呼吸，以热能从系统中 散失。3、生态系统中能量流动的特点生态系统能量的流动是单一方向的（one way flow of energy）。能量以光 能的状态进入生态系统后，就不能再以光的形式存在，变成高质量的生物能 （如食物能）。 从太阳辐射能到被生产者固定，再经植食动物，到肉食动物，再到大型肉食 动物，能量是逐级递减的过程，这是因为：各营养级消费者不可能百分之 百地利用前一营养级的生物量，总有一部分会自然死亡和被分解者利用； 各营养级的同化作用也不是百分之百的，总有一部分变成排泄物留于环境， 被分解者利用；生物在维持生命过程中进行新陈代谢，总要消耗一部分能 量，这一部分能量变成热能而消耗掉。n生态系统能量单向性和逐级减少的 l生态效率：生态系统中各营养级生物对太阳能或其前一营养级生物所含能量的利用、转化效率。l林德曼效率（十分之一定律）：自然界中，能量在生态系统营养级之间的转化，大致十分之一能够到下一营养级身上，以组成生物量，十分之九被消耗掉，主要是消费者采食时的选择浪费，以及用于呼吸和排泄等。4、生态系统能量流动效率 生态学金字塔一般用能量金字塔来表示u在森林生态系统食物网中，储存能量最多的营养级是（A） A生产者 B初级消费者 C次级消费者 D分解者u生态系统的营养级一般不超过56级，原因是（A）。 A能量在营养级间的流动是逐级递减的 B能量是守恒的 C消费者数量不足 D生态系统遭到破坏（三）生态系统的物质循环l物质循环的有关概念和类型 l几种主要循环的概述 l物质循环与环境问题1、物质循环的有关概念和类型（1）物质循环（生物地球化学循环）定义 指生态系统的一切物质，包括有机物、无机物、化学 元素和水（作为介质）在生物与环境不同组分之间的 频繁转移和循环流动。 （环境中的物质经环境到生 物群落再回归环境的过程）n根据物质循环的范围分为两种基本形式:l生物小循环：环境中化合物或元素经生物吸收，在生态系统 中被相继利用，然后经过分解者的作用，回到环境，再为生产 者吸收、利用的过程。 l地质大循环：环境中化合物或元素经生物吸收，进入生物有 机体，然后生物有机体以死体、残体或排泄物形式将化合物或 元素返回环境，进入五大自然圈循环后，再被生物利用。（2 2）物质循环的类型）物质循环的类型根据物质循环的路径不同可分为：根据物质循环的路径不同可分为：l水循环（water cycle）主要贮存库：水圈，属液相型循环。 l气体循环（gaseous cycle）代表物质： CO2、O2、N2、S。物质主要贮存库：大气圈和水圈，属气相型循环。过程：以气体的方式参与循环。循环速度快，具有明显的全球性，物质来源充沛，不会枯竭，循环性能最为完善。 l沉积物循环（sedimentary cycle）代表物质： P、S、K、Ca、Na、Mg、Fe、Cu等。物质主要贮存库：岩石圈和沉积物，属沉积型循环。过程：通过岩石分化和沉积物分解为生态系统可利用的营养物质才能被植物利用。循环缓慢、周期长，循环性能不完善。u根据物质贮存库的特点，生物地球化学循环有 和 循环，N、O 等的循环为 ，P、Fe等的循环为典型的 。既能按气相型循环，又 能按沉积型循环的元素是 。2、几种重要循环的概述 水循环 碳循环 氮循环 磷循环 硫循环论述农业生态系统中氮、磷的主要来源及分析目前人们在调控氮、磷物质循环中存在的问题和对策。 n水循环 （1）水贮量及分布l淡水2.6%，其中极地冰山和冰川占3/4，真正能利用的只有1%。水量（km3）占总总水量（%）淡水湖1250000.009河流12500.0001土壤水和渗流水670000.005地下水83500000.61盐盐湖和内陆陆海1040000.008冰盖和冰川292000002.41大气水分130000.001海洋137000000097.3我国水资源短缺(Shortage of water resources) l人均资源少。我国是一个人均淡水资源严重短缺的国家，水资我国是一个人均淡水资源严重短缺的国家，水资 源总量为源总量为2812028120亿亿mm3 3，世界排名第六，低于巴西、原苏联、加，世界排名第六，低于巴西、原苏联、加 拿大、美国和印尼。而人均只有拿大、美国和印尼。而人均只有2310m2310m3 3，约为世界平均的，约为世界平均的1/41/4， 是世界是世界1313个贫水国之一，水资源短缺已成为我国经济发展面临个贫水国之一，水资源短缺已成为我国经济发展面临的最严重问题之一的最严重问题之一 。 l地区分布不均匀，南多北少。 l降水时间分布不均匀，50-70多集中在夏季 地区耕地 亿亿人口 亿亿人均耕 地亩亩人均饮饮 水m3耕亩亩水 量m3人均灌 溉溉面积积 亩亩粮食 单产单产 kg粮食总总 产亿产亿 kg南方 （华华中、华华南）6.176.0511500- 26001400- 23000.8230- 2602423北方 （华华北、东东北）4.872.182.41500- 1600270- 5300.5-1.0100- 200833（2 2）水循环过程）水循环过程陆地 land海洋 ocean蒸发 蒸腾降水 降水蒸发evaporation云层 cloud下渗 percolation径流（水平和垂直方向）植被截流入渗土壤和地下水滞留 径流水汽输送runoff水循环主要由四大 过程组成：蒸发、 水汽运输、降水和 径流。（3）人类活动对水循环的影响和问题破坏植被：水土流失、气候干旱破坏植被（气候干旱）破坏植被（水土流失）水利工程（如修筑水库）：l正面效应：防洪、发电、航运、灌溉（扩大自然蓄水量）。l负效应：改变流域水平衡，局部地下水位升降，上游水库淤积；水库下游河床下切；改变生物的栖息环境等。中国历史上四大著名的水利工程四川的都江堰，造就了天府之国 ；新疆的坎儿井，使吐鲁番地变 成了沙漠的绿洲；陕西的径惠渠 ，富足秦川八百里；黄河河套灌 区，造就了塞外江南。围湖造田、湿地垦殖：地表水蓄水、调洪能力降低，易造成地区性干旱和洪灾。开采地下水：造成水位下降、河流干枯、海水入侵等 工农业、生活用水：水污染工农业、生活用水：水污染 19961996