第7章 森林生态系统组成与结构

Chapter 7 Composition and Structure of Forest Ecosystems

【本章提要】通过对生态系统结构、功能的介绍，使学生了解生态系统中的能量流动和物质循环、发展趋势以及自我调节机制等。生态系统研究是现代生态学研究的主流，当前全球面临的重大资源和环境问题的解决，都依赖于对生态系统结构与功能、多样性与稳定性，以及生态系统的演替、受干扰后的恢复能力和自我调节能力等问题的研究。

7.1生态系统及森林生态系统的基本概念

7.1 Basic concept of ecosystem

7.1.1生态系统的基本概念

系统(System): 是指彼此间相互作用、相互依赖的事物有规律地联合的集合体，是有序的整体。一般认为，构成系统至少有3个条件：1)系统由许多组分组成；2)各成分间不是孤立的，而是彼此相互联系、相互作用的；3)系统具有独立的、特定的功能。

生态系统(Ecosystem): 在一定的空间中共同栖居着的所有生物(即生物群落)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。

7.1.2森林生态系统的基本概念

森林生态系统: 它是一个由生物、物理和化学成分相互作用、相互联系非常复杂的功能系统。系统内生物成分—绿色植物可以连续生产出有机物质，从而发展成自我维持和稳定的系统。

7.2生态系统的组成与结构

7.2 Composition and structure of ecosystem

7.2.1非生物环境

非生物环境(Abiotic environment)包括参加物质循环的无机元素和化合物(如C、N、CO₂、O₂、Ca、P、K)，联系生物和非生物成分的有机物质(如蛋白质、糖类、脂类和腐殖质等)和气候或其它物理条件(如温度、压力)。

7.2.2生产者

生产者(Producer)是能以简单的无机物制造食物的自养生物(Autotroph)。对于淡水池塘来说，主要分为两类。1)有根的植物或漂浮植物(通常只生活在浅水中)；2)体型小的浮游植物(主要是藻类，分布在光线能够透入的水层中)。

7.2.3消费者

消费者(Consumer)是针对生产者而言，即它们不能利用无机物制造有机物，而是直接或间接地依赖生产者所制造的有机物质，因此，属于异养生物(Heterotroph)。消费者按其营养方式上的不同分为3类：1)食草动物(Herbivores)，又可统称为一级消费者(Primary consumer)；2)食肉动物(Carnivores)，可以统称为二级消费者(Secondary consumer)；3)大型食肉动物或顶极食肉动物(Top carnivores)，可统称为三级消费者(Tertiary consumer)。

7.2.4分解者(还原者)

分解者(Decomposer)是异养生物，其作用是把动植物残体的复杂有机物分解为生产者能重新利用的简单的化合物，并释放出能量，其作用正与生产者相反。

7.3食物链与食物网

7.3 Food-chain and food-web

7.4营养级和生态金字塔

7.4 Trophic level and ecological pyramid

能量通过营养级逐级减小，如果把通过各营养级的能量由低画成图，就成为一个金字塔形，叫作能量锥体或金字塔(Pyramid of energy)。

7.5生态效率

7.5 Ecological efficiency

摄食量(I)：表示一个生物所摄取的能量。对于植物来说，它代表光合作用所吸收的日光能；对于动物来说，它代表动物吃进食物的能量。

同化量(A)：对于动物来说，它是消化后吸收的能量；对于分解者是指对细胞外的吸收能量；对于植物来说，它指在光合作用中所固定的能量，常常以总初级生产量表示。

呼吸量(R)：指生物在呼吸等新陈代谢和各种活动中消耗的全部能量。

生产量(P)：指生物在呼吸消耗后净剩的同化能量值，它以有机物质的形式累积在生物体内或生态系统中。对于植物来说，它是净初级生产量；对于动物来说，它是同化量扣除呼吸量以后净剩的能量值，即P=A-R。

7.5.1同化效率

同化效率(Assimilation efficiency)指植物吸收的日光能中被光合作用所固定的能量的比例，或被动物摄食的能量中被同化了的能量的比例。

同化效率=被植物固定的能量/植物吸收的日光能

或        同化效率=被动物消化吸收的能量/动物摄食的能量

即                          A_e=A_n/I_n

式中：n—营养级数。

7.5.2生产效率

生产效率(Production efficiency)指形成新生物量的生产能量占同化能量的百分比。

生产效率=n营养级的净生产量/n营养级的同化能量

即                            P_e=P_n/A_n

有时人们还分别使用组织生长效率(即前面所指的生长效率)和生态生长效率，则

生态生长效率=n营养级的净生产量/n营养级的摄入能量

7.5.3消费效率

消费效率(Consumption efficiency)指n＋1营养级消费(即摄食)的能量占n营养级净生产能量的比例。

消费效率=n＋1营养级的消费能量/n营养级的净生产量

即                         C_e=I_n+1/P_n

所谓林德曼效率(Lindeman efficiency)，是指n+1营养级所获得的能量占n营养级获得能量之比，这是Lindeman的经典能流研究所提出的，它相当于同化效率、生产效率和消费效率的乘积，即

林德曼效率=(n+1)营养级报取的食物/n营养级摄取的食物

也有学者将营养级间的同化能量比值，即A_n+1/A_n视为标准效率。

7.6生态系统的生态平衡和反馈机制

7.6 Ecological balance and feedback control of ecosystems

 

复 习 思 考 题

(1)构成生态系统的主要成分是什么，它们如何构成生态系统？

(2)什么是食物链、食物网和营养级？

(3)生态锥体是如何形成的？

(4)简述同化效率、生长效率、消费效率和林德曼效率间的关系？

(5)什么是负反馈调节？它对维护生态平衡有什么指导意义？

 

本 章 推 荐 阅 读 书 目

[1]孙儒泳, 李庆芬编著.基础生态学[M]. 北京: 高等教育出版社, 2002.

[2]李博主编. 生态学[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000.

[3]Odum E. P., 孙儒泳, 等译.生态学基础[M]. 北京: 人民教育出版社, 1981.

[4]Whittaker R. H., 姚碧君译.群落与生态系统[M]. 北京: 科学出版社, 1970.