1.1 生态学的基本概念和生态系统的基本功能
1.1.1 生态学的基本概念
生态学是研究生物之间、生物与环境之间的相互关系的科学。
1.1.2 主要生态因子及其功能
1.生境
在一定时间内的生物有机体生活、生长发育、繁殖以及对有机体存活数量有影响的空间条件的总和。组成生境的因素称生态因子。
2.生态因子
生态因子分生物因子和非生物因子。生物因子又分生产者、消费者和分解者。非生物环境是生命的支持系统,生物部分是生态系统的功能基础。
非生物环境(生命支持系统):
能源:太阳能,其他能源。
气候:光照、温度、降水、风等。
基质和介质:岩石、土壤、水、空气等。
物质代谢原料:二氧化碳、水、氧气、氮气;
无机盐(矿物质原料);
腐殖质、脂粉、蛋白质、碳水化合物。
生物因子:
生产者:绿色植物、光合细菌、化能细菌等;
消费者:一级消费者:食草动物
二级消费者:一级食肉动物
三级消费者:二级食肉动物
杂食消费者:杂食动物
腐食消费者:腐食动物
分解者:微生物(细菌、真菌等)
1.1.3 生物与生物之间的相互关系
1.种群
(1)种群定义:种群指在一定时空中同种个体的总和。
(2)个体与种群的区别:
●个体生物特征是:出生、生长、发育、衰老、死亡。
●种群特征是:出生率、死亡率、年龄结构、性别比、社群关系、数量变化。种群具有整体性和统一性。
2.群落
(1)群落定义:指一定时间内居住在一定空间范围内的生物种群的集合。包括植物、动物和微生物的种群,共同组成生态系统中有生命的部分。
(2)群落特点:
●具有一定的组成和营养结构;
●具有发展演变的动态特征;
●群落特征不是其组成物种的简单总和;
●是一个整体、一个新的复合体;
●在一个群落中,物种是多样的,生物个体的数量是大量的。
(3)群落的类型:植物群落、动物群落、微生物群落。或分为陆生生物群落和水生生物群落。
1.1.4 生态系统和生态系统的基本功能
1.生态系统
(1)生态系统的定义:是一定空间内生物和非生物成分通过物质的循环、能量的流动和信息的交换而相互作用、相互依存所构成的一个生态学功能单位。
(2)生态系统的大小和边界:生态系统可大可小,大到整个生物圈,小到一片森林、一个池塘。生态系统的边界有的清楚、有的模糊,而且有的与人为因素有关。
2.生态系统的基本功能
(1)生物生产:包括初级生产和次级生产。
●初级生产:即绿色植物的光合作用过程。把太阳能转变为化学能、简单无机物转变为复杂有机物。
●次级生产是指消费者(主要是动物)和分解者(微生物)利用初级生产物质进行同化作用建造自身和繁衍后代的过程。
(2)能量流动:指能量通过食物链和食物网在系统内的传递和耗散过程。能量流动包括四个方面:
●能量形式的转变;
●能量的转移;
●能量的利用;
●能量的耗散。
(3)生态系统能量流动的特点:
●生产者(绿色植物)对太阳能的利用率很低,只有0.14%;
●能量只能朝一个方向流动,是不可逆的。流动方向是:太阳能─→绿色植物─→食草动物─→食肉动物─→微生物;
●流动中能量逐渐减少;
●“十分之一定律”———各级消费者之间能量的利用率不高,在4.5%~17%之间,平均约10%。
(4)物质循环:生态系统中各种营养物质经过分解者分解成可被生产者利用的形式归还环境中被重复利用,从而周而复始地循环,这个过程叫物质循环。
维持生命活动正常进行所必需的各种营养元素包括30种化学元素,其中最主要的五种是炭、氢、氧、氮、磷,该五种元素构成全部原生质的97%以上。
(5)物质循环的层次:
●生物个体层次的物质循环;
●生态系统层次的物质循环:生产者使无机物转变为有机物;分解者把复杂有机物分解为生产者可重新利用的简单无机物;水和空气起介质作用;固体物只有溶于水才能被生产者吸收,一些气态物和水分需借助空气由气孔等处进入生物体。
生态系统中营养物质再循环有六个途径:①物质由动物排泄返回环境;②物质通过微生物分解有机物碎屑返回环境;③通过真菌的作用,植物根系从植物残体中吸收营养物质而重新返回到植物体;④风化和侵蚀过程加上水循环携带营养元素进入生态系统;⑤动、植物尸体或粪便释放营养元素;⑥人类利用化石燃料生产化肥,用海水制淡水及对金属的作用。
●生物圈层次的物质循环,又称生物地球化学循环。
(6)生态系统物质循环的类型:气相循环、液相循环、固相循环。
(7)生态系统能量流动与物质循环的关系:
●生命既需能量,也需营养物质;
●物质是能量的载体,能量是物质运动的动力;
●能量流和物质流紧密结合,共同运行,缺一不可。
(8)传递信息:有物理信息、化学信息、营养信息和行为信息。物质流是循环的、能量流是单向的、信息流是双向的。
1.1.5 生态系统服务及其意义
(1)什么是生态系统服务: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存环境对人类福利的惠益称为生态系统服务。
生态系统服务包括四个方面:
●供给服务,如食物、纤维、淡水、遗传资源和生物化学物品;
●调节服务,调节大气质量、调节气候、减轻侵蚀、净化水、调节疾病、调节病虫害、授粉作用和调节自然灾害等。
●文化服务,如精神和宗教价值、知识系统、教育价值、灵感、审美价值、社会联系、地方感、休闲和生态旅游。
●支持服务,为上述三项服务提供支撑的服务,如生产生物量、生产大气氧气、形成和保持土壤、养分循环、水循环及提供栖息地。
(2)自然生态系统服务性能的四条基本原则:
●自然生态系统服务性能先于人类而客观地存在着;
●系统服务功能与生态过程密不可分;
●自然是生产服务性功能的源泉;
●自然生态系统是多种性能的转换。
1.1.6 生态系统的特征
1.以生物为主体,具有完整性特征
2.复杂、有序的级秩系统
较高的层级系统以大尺度、大基粒、低频率和缓慢速度为特征。
3.开放的、远离平衡态的热力学系统
4.具有明确功能和功益服务性能
5.受环境的深刻影响
6.环境的演变与生物进化相联系
7.具有自维持、自调控功能
8.具有一定的负荷力
9.具有动态的、生命的特征
10.具有健康、可持续发展特性