第一章 生態(tài)學(xué)基本知識(shí)

1、第一章 生態(tài)學(xué)基本知識(shí)2q 生態(tài)學(xué)的基本知識(shí) 生態(tài)學(xué)概念 生態(tài)系統(tǒng)的概念 生態(tài)系統(tǒng)的組成 食物鏈的概念q 生態(tài)平衡 生態(tài)平衡的概念 生態(tài)系統(tǒng)中能量傳遞是單向的？ 了解碳、氮、磷、硫基本循環(huán) 導(dǎo)致生態(tài)平衡破壞的主要因素q 生態(tài)學(xué)與環(huán)境保護(hù) 如何運(yùn)用生態(tài)學(xué)的知識(shí)進(jìn)行環(huán)境保護(hù)？ 3一 生態(tài)學(xué)基本知識(shí)1 生態(tài)學(xué)概念 是研究生物之間及其與非生物環(huán)境之間相互作用的規(guī)律與機(jī)理的科學(xué)。它既不是孤立地研究生物體，也不是孤立地研究環(huán)境，而是研究它們之間錯(cuò)綜復(fù)雜的相互關(guān)系。1869年，德國(guó)黑里格爾首先提出q 環(huán)境科學(xué) 是研究環(huán)境的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律及其與人類社會(huì)活動(dòng)之間的關(guān)系，研究人類與環(huán)境之間協(xié)同變化、持續(xù)發(fā)展的規(guī)律和

2、具體途徑。q 生態(tài)與環(huán)境 生態(tài)學(xué)的發(fā)展為環(huán)境科學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)，環(huán)境科學(xué)的進(jìn)步又進(jìn)一步推動(dòng)了生態(tài)學(xué)的發(fā)展。4植被是清潔水源的保證，具有重要的調(diào)節(jié)水量的作用5熱帶雨林 6長(zhǎng)白山森林保護(hù)區(qū)7土壤的形成過(guò)程蘊(yùn)涵了生態(tài)學(xué)的有關(guān)知識(shí)針葉林下出現(xiàn)灰化土生草侵入出現(xiàn)生草灰化土闊葉林下出現(xiàn)棕色森林土密叢生草的發(fā)展形成草甸土、沼澤土沼澤干涸出現(xiàn)黑鈣土蔬叢生草形成了草原土、栗鈣土、灰鈣土8個(gè)體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)所研究的有4個(gè)可辨別尺度的亞部分：(i) 探討個(gè)體對(duì)其環(huán)境的反應(yīng)；(ii) 研究單個(gè)物種的種群對(duì)于環(huán)境的反應(yīng)；(iii) 群落（出現(xiàn)在確定面積中的種群集合）的組成和結(jié)構(gòu)；(iv) 生態(tài)系統(tǒng)（群落與

3、環(huán)境的非生物成分的結(jié)合）內(nèi)的各種過(guò)程，例如能流、食物網(wǎng)和營(yíng)養(yǎng)物的循環(huán)等。9生態(tài)學(xué)只有按照進(jìn)化論才可理解生物體巨大的多樣性，以及其形態(tài)學(xué)、生理學(xué)和行為的變異的豐富性，全都是億萬(wàn)年進(jìn)化的結(jié)果。這個(gè)進(jìn)化歷史對(duì)于每一個(gè)個(gè)體都留下了不能去除的影響。我們今天發(fā)現(xiàn)的種種模式，只有按照進(jìn)化論的觀點(diǎn)才可能有意義。“對(duì)物種有利”現(xiàn)象并不存在“對(duì)物種有利”的這種想法是一個(gè)非常普遍的誤解。這是絕對(duì)和完全錯(cuò)誤的。自然選擇將會(huì)有利于那些傳給大多數(shù)后裔的基因，即使這些基因有可能導(dǎo)致物種種群大小的下降。10趨同進(jìn)化11 生態(tài)學(xué)門類生物植物生態(tài)學(xué)，動(dòng)物生態(tài)學(xué)，人類生態(tài)學(xué)地域海洋生態(tài)學(xué)，湖泊生態(tài)學(xué)，河川生態(tài)學(xué)農(nóng)業(yè)耕作農(nóng)田生態(tài)學(xué)，

4、草原生態(tài)學(xué)，森林生態(tài)學(xué)環(huán)境污染生態(tài)學(xué)122 生態(tài)系統(tǒng) 是指在特定范圍（地段）中的全部生物（即生物群落）與外界環(huán)境相互作用的任何統(tǒng)一的整體。生物圈是最大的生態(tài)系統(tǒng)，是指陸地表面包括淺海及近大氣層有生物存在的自然界，是地殼與大氣接觸的一個(gè)圈，一般限定為高出地平面15公里和海面下11公里的范圍以內(nèi)；它包括所有動(dòng)物、植物、微生物及其周圍的自然環(huán)境。13生物與環(huán)境：同化-異化適應(yīng)環(huán)境-反作用環(huán)境自然淘汰適者生存143 生態(tài)系統(tǒng)特征（1）生態(tài)系統(tǒng)組成 生物 環(huán)境 生產(chǎn)者消費(fèi)者分解者光、熱、氣、水、無(wú)機(jī)礦質(zhì)元素，以及有關(guān)條件，地形、地貌、海拔高度等。15生產(chǎn)者（producer）綠色植物（核心地位），自養(yǎng)微

5、生物 醣蛋白質(zhì)纖維素維生素脂肪光能利用率13%16消費(fèi)者（consumer）主要是動(dòng)物，不能從外界環(huán)境中直接利用能量，只能依靠生產(chǎn)者所制造的有機(jī)物以獲得物質(zhì)和能量；分為1、2、3、4級(jí) 生產(chǎn)者11223人類分解者10%能量傳遞17分解者（reducer）綠色植物，異養(yǎng)微生物 一切有機(jī)物質(zhì)動(dòng)植物殘?bào)w，殘?jiān)?、排泄物?jiǎn)單無(wú)機(jī)化合物銨，CO2，水，礦物大氣分解者土壤18無(wú)機(jī)物是生態(tài)系統(tǒng)中無(wú)生命的部分，也是生物的外界環(huán)境條件，包括光、熱、水、氣和礦質(zhì)養(yǎng)分。 19（2）生態(tài)系統(tǒng)多樣性 只要是在特定的范圍內(nèi)，有生命存在，它和周圍物理環(huán)境不可分隔地相互聯(lián)系、相互作用，滿足生態(tài)系統(tǒng)的四個(gè)組成部分，具有物質(zhì)循環(huán)與

6、能量傳遞功能，均可形成單獨(dú)的生態(tài)系統(tǒng)。所以生態(tài)系統(tǒng)可大可小，具有多樣性。20水生生態(tài)系統(tǒng)陸地生態(tài)系統(tǒng)21江源濕地 22肯尼亞的斑馬種群23（1）生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了食物鏈 生態(tài)系統(tǒng)中多種多樣的植物和動(dòng)物群落之間由食物關(guān)系聯(lián)系起來(lái)，一種生物以另一生物為食物，而另一種生物又作為其它生物的食物，這種食物的鏈系稱為食物鏈，實(shí)際上就是高級(jí)消費(fèi)者以低級(jí)消費(fèi)者為食物，就是物質(zhì)和能量的傳遞途徑。 “大魚(yú)吃小魚(yú)，小魚(yú)吃蝦米，蝦米吃泥巴” 食物鏈的長(zhǎng)度決定了能量積累的多少，食物鏈愈短，則可用的能量就越大。 食物鏈一般不是單線形式食物網(wǎng)。24食物鏈25按照各種生物在食物鏈中的關(guān)系，食物鏈分為捕食性食物鏈碎食性食物鏈腐生性

7、食物鏈寄生性生物鏈26二 生態(tài)平衡1 生態(tài)平衡概念 在生態(tài)系統(tǒng)中，能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)是長(zhǎng)期不斷地在進(jìn)行，在環(huán)境沒(méi)有發(fā)生重大改變時(shí)，系統(tǒng)中的生產(chǎn)、消費(fèi)和分解者總是保待某種動(dòng)態(tài)平衡，能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)也就保持相對(duì)穩(wěn)定和通暢，這種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)就叫做生態(tài)平衡。生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)、恢復(fù)平衡的能力272 生態(tài)系統(tǒng)中能量的單向傳遞太陽(yáng)能化學(xué)能 植物有機(jī)物 動(dòng)物有機(jī)物1 動(dòng)物有機(jī)物2 10%10%光能利用率呼吸消耗,殘?bào)w分解呼吸消耗,殘?bào)w分解呼吸消耗,殘?bào)w分解28太陽(yáng)輻射能量來(lái)源42%反射和散射15%大氣吸收0.0031.5%光能利用率光能利用率29人類消費(fèi)的肉和谷物以谷物為食比以吃谷物的動(dòng)物肉為食能維持更

8、多人的生存，世界上大約有40%的谷物被牲畜消耗。轉(zhuǎn)化效率是這樣的：5kg適于人類食用的植物蛋白，喂食牲畜后，只能變成1kg適于人類食用的動(dòng)物蛋白。此外，大量魚(yú)蛋白用來(lái)喂養(yǎng)牲口，更是對(duì)資源的極低效利用。30光能利用率 是指單位面積上植物光合作用所累積的有機(jī)物，其所含能量與照射在同一面積上的日光能量的比值。 有機(jī)物所含的能量，一般通過(guò)其干物質(zhì)在燃燒過(guò)程中測(cè)定其釋放的熱量，取其平均值，然后折合為單位重量所含的能量以千卡/千克計(jì)算。一般有機(jī)物每克含能量為4.25千卡/克。31提高光能利用率的途徑 光能利用率 植物有機(jī)物生物量調(diào)整種植結(jié)構(gòu)北方單季提高復(fù)種指數(shù)，間、混、套調(diào)整作物組成3233能量流動(dòng)是單向

9、的 能量在生態(tài)系統(tǒng)中沿著營(yíng)養(yǎng)級(jí)由一種生物轉(zhuǎn)移至另一種生物，在能量轉(zhuǎn)移過(guò)程中，由于生物的呼吸而不斷消耗，轉(zhuǎn)栘次數(shù)愈多則能量消耗也愈多，最后雖然有若干能量以煤、石油、木材、存糧等形式儲(chǔ)存起來(lái)，但在人類開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，仍以CO2及H2O的形式回到大自然界中，完全消失在空間。343 生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)地質(zhì)大循環(huán)：在海陸變遷中，先前沉積于海底的泥沙又變成了巖石，當(dāng)其抬升地面以后，又接受風(fēng)化與遷移等作用而運(yùn)積海底。如此周而復(fù)始的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，就是地殼物質(zhì)的地質(zhì)大循環(huán).生物小循環(huán)：受生物力的作用，物質(zhì)被生物選擇吸收，并在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)沿著生產(chǎn)者消費(fèi)者還原者的方向流動(dòng)，周而復(fù)始，所以生物小循環(huán)的實(shí)質(zhì)也就是有機(jī)質(zhì)

10、的合成與分解。水土流失35有機(jī)體（97%）： 碳、氫、氧、氮、磷、鉀與環(huán)境污染密切相關(guān)的物質(zhì)循環(huán)主要是水、碳、氮（1）水循環(huán)不僅是氫和氧的循環(huán)，也是其他循環(huán)的介質(zhì)36（2）碳循環(huán) 是碳元素在生態(tài)系統(tǒng)和貯存庫(kù)之間運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)化和往復(fù)循環(huán)的過(guò)程。生物碳蛋白質(zhì)，脂肪，糖類，有機(jī)酸（堿）， 占植物干物質(zhì)的45%無(wú)機(jī)碳CO2，碳酸鹽（巖石），化石燃料3738（3）氮循環(huán) 是氮元素在生態(tài)系統(tǒng)和貯存庫(kù)之間運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)化和往復(fù)循環(huán)的過(guò)程。大氣層（78%），生物體，硝石礦物39溫室效應(yīng)？氮循環(huán)破壞光化學(xué)煙霧，酸雨，水體富營(yíng)養(yǎng)化40（4）磷循環(huán) 是磷元素在生態(tài)系統(tǒng)和貯存庫(kù)之間運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)化和往復(fù)循環(huán)的過(guò)程。 自然界中磷主要貯

11、存于巖石和磷酸鹽沉積物 長(zhǎng)期以來(lái)磷元素向海洋的流失量大于返回陸地的量，這已引起生態(tài)專家的極大關(guān)注。解決的途徑應(yīng)是加強(qiáng)與繁榮陸地生態(tài)系，減少磷的流失，以及合理開(kāi)發(fā)利用海洋磷資源。4142（5）硫循環(huán) 是硫元素在生態(tài)系統(tǒng)和貯存庫(kù)之間運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)化和往復(fù)循環(huán)的過(guò)程。 硫在土壤、大氣和水體中的含量均較小，主要來(lái)源為有機(jī)物分解釋放的H2S或形成的可溶性硫酸鹽，火山噴發(fā)產(chǎn)生的H2S、SO2等氣體。434 生態(tài)平衡生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力 環(huán)境微污染生態(tài)系統(tǒng)的組成成分愈多，能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的途徑愈多，則自我調(diào)節(jié)的能力愈強(qiáng)，反之則愈弱。如混交林就比單一林具有較強(qiáng)的抗蟲(chóng)害能力，間、混、套種也比單一作物的抗病蟲(chóng)害能力

12、強(qiáng)。系統(tǒng)內(nèi)的調(diào)節(jié)能力是有一定限度的，稱之為生態(tài)學(xué)“閥限”，超過(guò)了這個(gè)限度，系統(tǒng)內(nèi)部就失去自動(dòng)調(diào)節(jié)能力，結(jié)果是有機(jī)體的生產(chǎn)量下降，生產(chǎn)力衰退，功能失調(diào)，導(dǎo)致生態(tài)平衡的破壞。44生態(tài)平衡平衡破壞的主要因素自然因素主要是自然界發(fā)生的異常變化，這種異常變化可能給生態(tài)平衡帶來(lái)嚴(yán)重的影響，而且這種因素是難于控制的，如火山爆發(fā)、地震、水早災(zāi)害、泥石流、臺(tái)風(fēng)等。印度洋海嘯人為因素環(huán)境污染氯氣泄露事件自然資源的不合理開(kāi)發(fā)森林，草原，農(nóng)田45農(nóng)業(yè)機(jī)械化46三 生態(tài)學(xué)與環(huán)境保護(hù)污染生態(tài)學(xué)環(huán)境與生態(tài)的交叉研究生物與環(huán)境污染之間的相互作用及調(diào)控機(jī)制；研究環(huán)境污染對(duì)生物生存繁衍、生物的特征性狀的影響和生物本身的適應(yīng)、凈化

13、機(jī)理；研究污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的遷移、積累、轉(zhuǎn)化與歸宿；研究防治的理論與技術(shù)47生態(tài)學(xué)知識(shí)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用1 生物監(jiān)測(cè)和環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià) 環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)方法：化學(xué)、物理和生物的方法 生物監(jiān)測(cè)是利用生物在各種污染環(huán)境中所反應(yīng)出的信息以判斷環(huán)境污染的狀況；簡(jiǎn)便易行，經(jīng)濟(jì)合理，監(jiān)測(cè)范圍廣，不受地理?xiàng)l件限制，可進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。48（1） 大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià) SO2大麥、棉花、蘿卜、甘薯、喬麥、紫花苜蓿、灰 菜、向日葵、芝麻、地衣、苔鮮等 濃度0.3-0.5ppm時(shí)葉片就可以在葉緣和脈間出現(xiàn)白色煙斑和壞死。抗性指數(shù):在SO2濃度為1.25ppm時(shí),植物在1小時(shí)后出現(xiàn)癥妝，定為該植物的抗性指數(shù)。臭氧貼梗府棠、矮牽牛，早熟禾、煙草等HF唐菖蒲、郁金香、雪松等Cl白菜、百日草、波斯菊重金屬Cd、Cr、Cu、Fe、Pb、Zn苔蘚49（2） 對(duì)水體環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià) 根據(jù)水生生物在污水中的生理、毒理指數(shù)將水體的污染劃為不同等級(jí)。由于各種水生生物對(duì)污染的忍耐力的不同，在不同污染程度的水體中就會(huì)出現(xiàn)不同的生物種群，稱為生物體系。當(dāng)出現(xiàn)不同生物體系時(shí)，即可判斷水體污染的程度，從而作為水體質(zhì)量評(píng)價(jià)的依據(jù)。50生態(tài)學(xué)知識(shí)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用2 污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的遷移和轉(zhuǎn)化 污染物在復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)中通過(guò)生產(chǎn)者-消費(fèi)者-分解者不斷地遷栘、轉(zhuǎn)化和富集，因此通過(guò)生物檢測(cè)可以了解污染