第五节 生态系统生态学基础在线视频

各位同学大家好

今天我们开始讲第二章第五节的内容

生态系统生态学基础

我们一起来认识一下

生态系统有哪些特征

生态系统的基本特征

有这么几个方面

第一个是占据一定的空间

还有一定的负荷能力

还有有序开放

生态系统一般都是开放的

比如说草原森林都是开放的

而且生态系统

有一定的功能和服务的价值

还有生态系统的物质

和能量是逐级来递减的

还有生态系统的

动态变化的一个生命的过程

所以叫动态的生命特征

还有可持续发展的特性

我们一起来看一下整个生态系统

来分解的话有三个亚系统组成

第一个是生产者亚系统

第二个是消费者亚系统

第三个是分解者亚系统

一般来讲生产者亚系统是基础

如植物一些微生物

可以利用太阳能来生产产品

这个产品被消费者

草食动物

就是初级消费者利用

草食动物又被肉食动物利用

那么就是次级的消费者

或者是三级的消费者

所有的利用的过程当中

通过呼吸作用有这个气体的排放

这个气体释放过程当中

也有能量的消耗

生产者和消费者

死亡了以后怎么办呢

在他们的生命终结

死完了以后

分解者就起到了作用

它把这个生产者

和消费者进行分解

最后它的无机成分

回到土壤里了

同时也会排放出部分的二氧化碳

这是生态系统的三个亚系统

前面我们谈到生态系统

有物质和能量流动的过程

我们一起看一下到底生态系统里的

物质和能量的流动过程是什么样的

这个图示很明确的

可以给出来生态系统的

物质和能量流动的特征

能量一般

在生态系统就是生命界的

能量的主要能量来自日光能

日光能被生产者转化

把能量固定下来

被消费者和分解者利用

那么这里我们看

这个图示里有这么几个符号

第一个A是自养

自养就是生产

它完全不用利用外界的能量

太阳能和光热这些条件

水这些条件生产自己的产品

这是自养型

还有一个是H

H是在这里说异养型

这几大类

包括我刚才说的消费者和分解者

是利用生产者的原料生长

所以我们叫做异养型

还有一个是S叫贮存

这些养分进来以后在哪呢

就在这个养分库里贮存起来了

因此把它叫做贮存系统

在这个图示里

还可以看到一个就是源

能量的源是来自太阳能

物质的来源是外界的输入

包括大气的输入

土壤的输入等等

整个生态系统里

可以看到物质和能量

都是在逐级的流动的过程

所以我们叫物质和能量的流动

生态系统还有刚才说的

除了这个能量流动以外

还有一个特征就是物质循环

能量流动

会遵循两个定理

哪两个定理呢

第一个是能量守恒定律

能量的守恒定理

其实是来自物理学的

热力学的第一定律

也就是说能量

从一种形式转变为另外一种形式

但是总量是不变的

就是能量守恒定律

第二个是熵增加的原理

这个定理其实是物理学当中的

热力学的第二定理

能量转化过程中一部分的能量

转化为无法利用的热能向周围散发

这个很容易理解

就是说太阳能

被植物利用以后

大部分的能量其实是损失掉了

动物利用的过程当中

一部分的能量也是以热能的形式损失掉了

好 我们一起来看一下

刚才说生态系统里

有能量的流动和物质的循环

那我们一起看一下

用这张图来进行能量流动的一个图解

好 能量刚才说

太阳能被植物也就是生产者固定完了以后

被植食性的动物

初级消费者来消费

一部分是呼吸释放出去了

呼吸释放的同时

是热能的形式跑掉了

初级的消费者被二级消费者食用时

呼吸作用

释放了大量的热能

三级消费者等等

在整个的过程当中

能量一级比一级利用的时候

利用的能量是逐级递减的

所以箭头是变小的

但是这个呼吸消耗的能量

也是热能形式排放出去的

能量是一大部分

占了很大的一大部分

所以总能量是恒定不变的

在生态学中有一个10%的原理

这10%的原理就是说一级

往下一级转化的过程当中

只有10%的能量是被利用的

其它的都是以热能的形式释放掉了

我们看下面的箭头

这个箭头表明我的每一个环节当中

都有分解者的作用

那么这个分解者不论说植物死亡

一级消费者的植食性的动物的死亡

或者肉食动物死亡了以后

都是由分解者把它分解以后

一大部分是热能的形式排掉了

所以整个生态系统中的

能量是守恒的

只不过在逐级传递的过程当中

可利用的能量是减少的

消耗的热能的形式

排放的能量占了一大块

这个图示可以很明确的反映出来

在整个的生态系统食物链中的能量的流动

跟刚才那个图也是一样的

我们知道生态系统中

不同的植物动物之间

有相互的取食关系而形成了一个食物链

那么在这个食物链中

能量是逐级传递的

物质也是在流动的

可以看到从生产者

刚才说的生产者植物

草本植物也好

木本植物也好

那么被初级的消费者

包括昆虫还有草食性的动物利用

然后被初级消费者 二级消费者

以及顶级的消费者来利用

利用完了以后

整个能量是逐级递减的

这是整个食物链中的

能量流动的一个过程

那么我们再来看一下

单单从草食动物

也就是初级消费者来看的话

这个能量流动的过程是什么呢

草食动物它摄取了植物性的能量

也就是植物固定的这个能量

变化成消化能

消化能一部分的能量到哪去了

除了呼吸的热排放以后

一部分随着排泄尿能走掉了

真正可以被身体储存的是代谢能

这些代谢能干什么呢

一部分用于生长

一部分用于繁殖

这个过程统称为生产的过程

另外一部分能量是消耗到哪了

支持功能，就是说平时的

心跳 肺的活动 脏器的活动等等

另外一个是活动的时候

比如说行走

包括吃饭的时候咀嚼等等这些需要能量

这是这里的维持能量

当然维持的过程中一部分通过呼吸产热排放出去了

这是整个的

单纯地把初级消费者

草食动物拉出来的时候

能量的转化过程

这是能量流动

另外我们看一下物质循环

因为谈到生态系统的时候两大特征

一个能量的流动

另外一个是物质的循环

那么这里的物质循环

生态系统中的物质循环

又称为生物地球化学的循环

生物地球化学循环

这里主要有三大类型

第一大类是水循环

第二大类是气体循环

比如碳和氮

其中氮是一个半气体的循环

这个后面会讲到的

第三类是沉积型的循环

比如说磷和硫元素

它的循环就是沉积型的循环

我们一起来看一下

地球生命系统

地球系统中的水循环的过程

其实地球上的水

大家都知道水资源是有总量的

那么我们说地球上的水

一部分是海水

一部分是陆地上的水

其实从分配上来讲

海水占到大概总数有367（万亿立方米/年）

而我们的陆地上大概有404（万亿立方米/年）

这两个量无论是海水的蒸发量

还是陆地蒸发的量

回到大气当中怎么样

又回来了又回到哪了

通过降水流回到地面了

我们一起来看一下

回到大气当中的（量）

和大气降下来的这个量应该是平衡的

大气降下来的量

是怎么样分配的呢

其中有一部分大概301（万亿立方米/年）降到哪了

还是降到海洋里去了

而大概80（万亿立方米/年）降到地下去了

大概200（万亿立方米/年）的

是回到河流去了

大概100（万亿立方米/年）的量

是到植被

植被一部分是节流了

另一部分是直接就蒸发到空气中去了

这是整个降水的一个分配

如果再看一下

水的蒸发的情况

回到大气中的这个情况

刚才说海水蒸发是367（万亿立方米/年）

那这个404（万亿立方米/年）是怎么来的呢

我们看一大部分是土壤的蒸发

还有植被的蒸腾作用

植被的蒸腾大数上占到了290（万亿立方米/年）

而土壤的地表蒸发占到104（万亿立方米/年）

我们说植物的作用一叫蒸腾作用

它占了290（万亿立方米/年）

地面的蒸发占了104（万亿立方米/年）

还有10（万亿立方米/年）直接是降水过来的

那么这个总数是404（万亿立方米/年）

这样看蒸发和降水是平衡的

那么我们要平时说水资源的保护和利用

那么人类在这里扮演了什么样角色呢

我们可以看一下人类的消费用水

那么这个消费用水

如果我们从整个水量平衡的角度来讲的话

这个消费用水如果用的越多

可能将来一部分就蒸发掉的越多

这是一个消耗

另外一个消耗是家庭和工业用水的

一部分排放

直接排放到地下去以后

最后有可能就回到海洋里去了

如果我们这个量用得越大的时候

可能间接地回到海洋的越多

或者这个将来蒸发的越多

那么留存到地下的或者地表的水量会减少

这是一个方面

另外一个方面

家庭用水和工业用水排放越多的话

那么就是污染的水

也就是废水越多

这个废水将来对水质

无论是地下水的水质

甚至最后流到海洋里的水质都会受到影响

那么从这个水循环图上来看

水有液态 固态 气态

蒸发肯定是气态了

降下来是液态

还有一部分比如说冰雪

这些都是固态

那么整个水循环

其实是包括了气体循环

还有固体循环在里头

第二个循环是碳的循环

刚才给大家提到的第二个类型

就是气体的循环

那么碳的整个循环

相对而言是比较清楚的

大气中的二氧化碳

被陆地上的植物

通过光合作用固定下来

这是它最主要的一个固定的途径

这个大气中的绝大部分的碳

被固定下来以后

我们刚才说的消费者植食性的动物

以及次级的消费者

以动物为食的次级消费者吃的过程当中

消费的过程当中

大量的碳被消耗

最后分解

回到大气当中

以二氧化碳的形式排放

还有海洋里也有植物

还有微生物还有浮生的动物

它们也会排放二氧化碳

最后回到大气当中

还有石油和天然气

排放也是一大块

其实现在大家都知道

无论是我们的工厂

我们的平时生活当中

我们的这个车

这些都是利用石油天然气

这种化石燃料的使用

最后排放出来什么呀

还是二氧化碳

那么还有工厂当中的排放

最后回到大气当中

大气中的二氧化碳再回过头来给植物固定

这是整个的碳的一个循环的过程

因此我们叫气体式循环

整个它是以气体的形式

在整个地表和大气系统当中循环的

那么如果说二氧化碳

排放量过多的时候

这个二氧化碳

会在大气当中存留形成了温室气体

在大气当中把我们的地球包围起来

地球包围起来以后

地面的辐射会到这个大气层

二氧化碳包围的大气层以后

大部分的热又反射回来了

造成地球越来越热了

这就是说二氧化碳为什么是一个温室气体

它的温室效应在哪

这是这个原因

因此整个在这里头

自然界的这一块

植物动物

它的排放量是相对比较固定的

可以调控的一块

就是化石燃料的排放

包括工厂

包括我们日常消费用的石油

化石燃料

下面我们一起来看一下氮的循环

那么氮的循环叫做半气体式循环

为什么呢

其实氮的来源有两块

一块是大气的氮沉降

另外一个是来自于火山运动

还有地壳这两块的这个来源

所以一部分是气体一部分是固体

那么当然以气体为主了

大气中的氮有几种方式可以固定下来

一个是通过闪电

另外一部分是通过固氮菌

就是植物的固氮菌来固定下来

那么固定下来以后怎么样呢

氮有两个转化的过程

一个是硝化作用

另外一个是反硝化作用

还有一个氮循环当中

非常重要的一个过程就是氨化作用

氨化作用是什么

就是动植物的这个残体

死亡了以后

通过细菌真菌的作用

把它转换成氨氮

氨氮和硝氮都是可利用的氮

但是反硝化过程当中

氮被转化成氧化亚氮

排放到大气当中

前面讲到过二氧化碳是一种温室气体

那么氧化亚氮是另外一种温室气体

它的贡献率是二氧化碳的一百多倍

因此我们一定要在这个氮循环过程当中

要注意反硝化过程的控制

另外从整个生态系统的角度来讲

希望有效态的可利用态的氮的含量比较高

从而可以使得整个生物的生长得到保障

但是有时候也要注意到

如果可利用态的氨氮硝氮过多的时候

比如说排放到水体

容易形成水体的污染

富营养化的问题

因此一定在整个生态系统的管理

和利用当中要注意氮的平衡

被植物和动物利用的这一块氮

和我们排出的氮要尽量的排放的氮减少

而利用它的氮

从而使得氮的污染或者氮的释放减少

下面我们一起来看一下磷的循环

前面讲到过磷是一个沉积型的循环

它没有气体的这样一个过程

那么磷的重要来源是地壳

或者沉积物

我们看一下磷酸盐的岩石

在微生物的作用下

变成可溶性的磷酸盐

被植物体利用

那么植物利用以后

再到动物体

那么到动物体以后被分解者分解

形成可溶性的磷酸盐

或者回到土壤里

或者回到海洋里

那么再进行沉淀

这是磷的循环过程

相对而言

磷的循环比较简单

它不像氮那么复杂

只是沉积型的一个循环的过程

硫的循环跟磷的循环类似

我在这不细讲了

下面我们看一下生态系统生态学里

比较重要的还有一个知识点

就是生态平衡与反馈调节

什么叫生态平衡呢

我们一起看一下

生态平衡是指生态系统的能量

和物质的输入和输出之间一个相对平衡的状态

但是这种平衡的状态是一个相对动态的过程

它不是一个绝对的

有些有时候是在这个点上平衡

那么过一段时间在那个点上平衡

所以是一个动态的平衡过程

这种动态的平衡过程

是通过我们的反馈调节来实现的

什么叫反馈调节呢

生态系统的反馈表现在生物组分之间

生物组分环境之间的反馈

也就是这种反馈调节

贯穿于生物的各组分之间

其中对生态系统的稳定与平衡

起主要作用的是负反馈调节

那么生态系统为什么会平衡

刚才说的生态平衡

这种生态平衡是由负反馈调节来实现的

下面我们用一个典型的实例来说明

负反馈调节怎么样起到了重要的作用

那么这个典型的实例来自于自然界

也就是植物、兔子和狼三者之间的关系

那么我们知道兔子吃什么呀

兔子吃那么植物是吧

一般是这个胡萝卜嫩草

那么兔子吃草

那么兔子又被谁吃了呢

自然界中会被狼吃了

他们之间是一个食物链的关系

那么这种关系怎么样能够被平衡

也就是生态平衡

可以这样去看

如果我们的自然界中植物减少

那么会引起什么呢

引起兔子因为饥饿死亡

那么这些最终结果是兔子数量减少

兔子数量减少怎么样呢

兔子吃的植物（机会）会减少

因为兔子吃的少了

那么植物的量会增加

这是一个反馈调节的一个典型的事例

植物增加以后兔子的数量会增加

那么兔子的吃的植物（机会）增加了

兔子的数量会增加

那么兔的数量会增加

狼的食物会增多

由于狼的食物增多

狼的数量增加

狼的数量增加以后

狼吃较多的兔子

这样狼吃较多的兔子

兔子的数量会下降

兔子的数量下降以后会怎样呢

狼又得不到充足的食物

那么狼也就会死亡

狼的数量下降

一下降以后狼吃少量的兔子

那么这样会重新又回去了

兔的数量会增加

这样一个循环的过程

如果说狼的数量增加

最终导致狼吃较多的兔

兔的数量减少

那么兔的数量减少呢

可能会产生下一级兔吃少量的植物

兔吃少量的植物

植物会增加

整个的循环过程

就是一环扣一环

这就是负反馈调节

这个捕食者增加

被食者减少

被食者减少

捕食者会减少

它的被食者也会增多

通过这样的一个负反馈调节

实现了生态系统的平衡状态

这是负反馈调节的一个过程

如果这种负反馈调节的功能被打破

或者被扰乱以后会出现生态失衡的状态

那么生态失衡

最后会导致生态危机

而生态失衡是什么现象呢

当外界的干扰加大

使生态系统超出自我调节的能力

即就说限度

也就是生态阈值的时候

系统的自我调节能力随之丧失

生态系统受到严重的伤害乃至崩溃

这时候我们叫生态系统的失调

刚才讲的那个植物、兔子和狼的关系

如果外界过度的干扰

比如说把狼扑杀掉

或者把兔子扑杀掉

会造成这个系统的干扰加大

最终会生态系统失衡

严重的生态平衡失调

威胁到人类的生存成为生态危机

生态失衡其实往往不被人们察觉

如果一旦到了生态危机

很难在短期内恢复到平衡的状态

这也是为什么我们一直强调

生态保护和生态保育

使得生态系统能够处于平衡的状态

咱们今天的课就到这

下节课再见

谢谢