環(huán)境學(xué)概論多媒體講義1

1、第二章 生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 生態(tài)學(xué)研究的基本內(nèi)容一、生態(tài)學(xué)的含義及其發(fā)展1、含義 生態(tài)學(xué)是一門(mén)研究生物與其生活環(huán)境相互關(guān)系的科學(xué)，是生物學(xué)的主要分支之一。 如果把生物看成是一個(gè)生命系統(tǒng)，環(huán)境看成是一個(gè)環(huán)境系統(tǒng)，又可以說(shuō)，生態(tài)學(xué)就是研究生命系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)之間相互作用的規(guī)律和機(jī)理的一門(mén)學(xué)科。2、生態(tài)學(xué)的發(fā)展（1）研究對(duì)象：（2）與基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)相結(jié)合，發(fā)展了生態(tài)學(xué)，擴(kuò)大了生態(tài)學(xué)的領(lǐng)域。如：數(shù)學(xué)生態(tài)學(xué)、系統(tǒng)生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)生態(tài)學(xué)等。植物動(dòng)物生物（包括人）二、生態(tài)系統(tǒng)的概念與功能1、生態(tài)系統(tǒng)（1）生態(tài)系統(tǒng)的概念種群（Population）：一個(gè)生物物種在一定范圍內(nèi)所有個(gè)體的總和。 群落（Communit

2、y）：在一 定的自然區(qū)域中許多不同種的生物的總和 。生態(tài)系統(tǒng)（Ecosystem）任何一個(gè)生物群落 與其周圍非生物環(huán)境的綜合體 ：（2）生態(tài)系統(tǒng)的組成和作用生態(tài)系統(tǒng)的基本組成部分為：生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者和轉(zhuǎn)變者、無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)分。生態(tài)系統(tǒng)組成的結(jié)構(gòu)框圖（3）生態(tài)系統(tǒng)的類型按生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境性質(zhì)和形態(tài)特征分： （a）陸地生態(tài)系統(tǒng)：自然生態(tài)系統(tǒng)（森林生態(tài)系統(tǒng)、草原生態(tài)系統(tǒng)、荒漠生態(tài)系統(tǒng)等）和人工生態(tài)系統(tǒng)（農(nóng)田、城市、工礦區(qū)等）； （b）淡水生態(tài)系統(tǒng)：包括湖泊、河流、水庫(kù)等； （c）海洋生態(tài)系統(tǒng)：包括海岸、河口、淺海、大洋、海底等。一個(gè)簡(jiǎn)化了的陸地生態(tài)系統(tǒng)一個(gè)簡(jiǎn)化了的池塘生態(tài)系統(tǒng)（4）生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 構(gòu)成

3、生態(tài)系統(tǒng)的各組成部分，各種生物的種類、數(shù)量和空間配置，在一定時(shí)期內(nèi)均處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，使生態(tài)系統(tǒng)能夠各自保持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。主要有形態(tài)結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)。（a）形態(tài)結(jié)構(gòu)：生物的種類、種群數(shù)量、種的空間配置（水平分布、垂直分布）、種的時(shí)間變化。（b）營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)：生態(tài)系統(tǒng)各組成部分之間建立起來(lái)的營(yíng)養(yǎng)關(guān)系。是生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的基礎(chǔ)。生產(chǎn)者（綠色植物）還原（分解）者（細(xì)菌、真菌）消費(fèi)者（動(dòng)物）環(huán)境（土壤、空氣、水）生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)模式圖（5）食物鏈及營(yíng)養(yǎng)級(jí)（a）食物鏈和食物網(wǎng) 所謂食物鏈，就是一種生物以另一種生物為食，彼此形成一個(gè)以食物連接起來(lái)的鏈鎖關(guān)系。 在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，食物關(guān)系往往很復(fù)

4、雜，各種食物鏈互相交錯(cuò)，形成食物網(wǎng)。能量的流動(dòng)、物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化都是通過(guò)食物鏈和食物網(wǎng)進(jìn)行的。 一個(gè)簡(jiǎn)化了的陸地食物網(wǎng)水生生物的生態(tài)系統(tǒng)及其物質(zhì)和能量的流動(dòng)示意圖（b）營(yíng)養(yǎng)級(jí)營(yíng)養(yǎng)級(jí)：食物鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)。生產(chǎn)者為第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)，依次是第二、第三、第四營(yíng)養(yǎng)級(jí)，一般不超過(guò)七級(jí)。低位營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量?jī)H有10（水生系統(tǒng)）被上一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)利用。在數(shù)量上，第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)就必須大大超過(guò)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)，逐漸遞減，就造成了生物數(shù)目金字塔、生物量金字塔、生產(chǎn)率金字塔。注意：營(yíng)養(yǎng)級(jí) 之間的能量轉(zhuǎn)化效率約為110，只是針對(duì)湖泊等水域生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)性法則； 不同生態(tài)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化效率差別很大；森林約為5、草地是 25左右，浮游生物占優(yōu)勢(shì)的群

5、落可達(dá)50。（c）生物富集作用DDT在某水生食物鏈中的富集2、生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)（1）照射到地球上的太陽(yáng)能量（a）太陽(yáng)輻射的電磁波情況（b）太陽(yáng)輻射及地球吸收太陽(yáng)能的情況（2）生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)（a）通過(guò)各級(jí)食物鏈，組成了生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)，并且服從熱力學(xué)定律。（b）能量流動(dòng)的實(shí)現(xiàn)途徑：光合作用和有機(jī)成分的輸入；呼吸的熱消耗和有機(jī)物的輸出。（c）生態(tài)系統(tǒng)熱力學(xué)公式：PgPnR其中：Pg為食物鏈某營(yíng)養(yǎng)級(jí)的總產(chǎn)量或輸入的能量；Pn為凈產(chǎn)量；R為呼吸作用消耗的能量。（d）能量流動(dòng)的特點(diǎn)生產(chǎn)者即綠色植物對(duì)太陽(yáng)能的利用率很低，只有12；能量只朝單一方向流動(dòng)；流動(dòng)中能量逐漸減少，每經(jīng)過(guò)一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)都有能

6、量以熱的形式散失掉；各級(jí)消費(fèi)者之間能量的利用率也不高，在4517之間，平均起來(lái)約為10；只有當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)的能量與消耗的能量相平衡時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，才 能保持動(dòng)態(tài)的平衡。3、生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)（1）水循環(huán)（2）碳循環(huán)（3）氮循環(huán)（4）磷循環(huán)4、小結(jié)生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)主要的生態(tài)學(xué)單位，它包括生物與非生物成分；并且在土壤、水、 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、生產(chǎn)者、消費(fèi)者和還原者之間具有某種結(jié)構(gòu)上的相互關(guān)系，以適應(yīng)能量和營(yíng)養(yǎng) 物質(zhì)在生物和非生物成分之間進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)。 生態(tài)系統(tǒng)的功能與通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)成分的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)相關(guān)。這種功 能的單位是種群。 流經(jīng)一個(gè)白然生態(tài)系統(tǒng)的總能量，取決于植物或生產(chǎn)

7、者所固定的能量。當(dāng)能量在 營(yíng)養(yǎng)級(jí)間逐一傳遞時(shí)，有相當(dāng)大的一部分作為呼吸熱而損失掉。這種情況限制了每一營(yíng)養(yǎng) 級(jí)所能維持的有機(jī)體的數(shù)量和質(zhì)量。 生態(tài)系統(tǒng)有趨于成熟的傾向，在這過(guò)程中，生態(tài)系統(tǒng)由簡(jiǎn)單的狀態(tài)變?yōu)檩^復(fù)雜的 狀態(tài)，這種定向性的變化稱為演替。 在任何一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，環(huán)境和能量都是有限的，當(dāng)一個(gè)種群達(dá)到生態(tài)系統(tǒng)所給 于的限制時(shí)，種群數(shù)量趨于穩(wěn)定；或出于疾病、競(jìng)爭(zhēng)、饑餓、低繁殖率等等原因，引起種群數(shù) 量下降。 環(huán)境的改變和波動(dòng)(如環(huán)境的開(kāi)發(fā)和種間競(jìng)爭(zhēng))，表現(xiàn)為對(duì)種群的選擇壓力，有機(jī) 體必須調(diào)整以適應(yīng)這種選擇壓力，不能適應(yīng)的有機(jī)體便會(huì)消失，這可能在一定時(shí)間內(nèi)降低 生態(tài)系統(tǒng)的成熟性。 生態(tài)系統(tǒng)有其歷

8、史的狀況，現(xiàn)在與過(guò)去有關(guān)，而未來(lái)與現(xiàn)在也有關(guān)。三、生態(tài)平衡1、生態(tài)平衡的含義（1）概念任何一個(gè)正常的生態(tài)系統(tǒng)中，能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)總是不斷地進(jìn)行著，但在一定時(shí)期內(nèi)，生產(chǎn)者、消費(fèi)者和還原者之間都保持著一種動(dòng)態(tài)的平衡，這種平衡狀態(tài)就叫生態(tài)平衡。在自然生態(tài)系統(tǒng)中，平衡還表現(xiàn)為生物種類和數(shù)量的相對(duì)穩(wěn)定。（2）生態(tài)平衡的原因 生態(tài)平衡內(nèi)部具有自動(dòng)調(diào)節(jié)的能力。生態(tài)系統(tǒng) 的組成成分越多樣，能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的途徑越復(fù)雜，其調(diào)節(jié)能力也越強(qiáng)。但是，一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力有一定 限度的，超出了限度，調(diào)節(jié)就不再起作用，生態(tài)平衡就會(huì)遭到破壞。 2、破壞生態(tài)平衡的因素（1）自然原因主要是指自然界發(fā)生的異常變化或自然界本

9、來(lái)就存在的對(duì)人類和生物 的有害因素。如火山爆發(fā)、山崩海嘯、水旱災(zāi)害、地震、臺(tái)風(fēng)、流行病等自然災(zāi)害。（2）人為因素主要指人類對(duì)自然資源的不合理利用、工農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來(lái)的環(huán)境污染等 。主要有三種：物種變化引起平衡的破壞；環(huán)境因素改變引起平衡破壞；信息系統(tǒng)的破壞，引起平衡破壞。 四、生態(tài)學(xué)的一般規(guī)律1、相互依存與相互制約規(guī)律 反映了生物間的協(xié)調(diào)關(guān)系（1）普遍的依存和制約“物物相關(guān)”規(guī)律就是系統(tǒng)中各種生物間相互依存、相互制約關(guān)系是普遍存在的；（2）通過(guò)“食物”而相互聯(lián)系與制約“相生相克”規(guī)律就是每一種生物在食物鏈和食物網(wǎng)中，都占據(jù)一定的位置，并具有特定的作用。2、物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化與再生規(guī)律防止有毒物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境

10、、提高能源的利用效率3、 物質(zhì)輸入輸出的動(dòng)態(tài)平衡規(guī)律防止輸入不足（如施肥不足）、輸入過(guò)多（如富營(yíng)養(yǎng)化、重金屬）4、相互適應(yīng)與補(bǔ)償?shù)膮f(xié)同進(jìn)化規(guī)律生物與環(huán)境之間的作用與反作用5、環(huán)境資源的有效極限規(guī)律生物賴以生存的環(huán)境資源在質(zhì)量、數(shù)量、空間和時(shí)間等方面都有一定的限度（過(guò)度放牧、竭澤而漁、超標(biāo)排放污染物等）第二節(jié) 生態(tài)學(xué)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用一、利用生態(tài)系統(tǒng)的整體觀念，全面考察人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響即人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響要從時(shí)間和空間上全盤(pán)考慮，統(tǒng)籌兼顧，不僅要考慮現(xiàn)在，還要考慮將來(lái)；不僅要考慮本地區(qū)，還有考慮有關(guān)的其它地區(qū)。（建設(shè)項(xiàng)目必須進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)）二、充分利用生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力如大氣污染物的高煙囪排放、水體自凈、土地處理系統(tǒng)（污水灌溉）等。三、解決近代城市中的環(huán)境問(wèn)題1、編制生態(tài)規(guī)劃（環(huán)境規(guī)劃）是指在編制國(guó)家或地區(qū)的發(fā)展規(guī)劃時(shí)，不是單純考慮經(jīng)濟(jì)因素，還有考慮地球物理因素、生態(tài)因素和社會(huì)因素。（各類規(guī)劃必須進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)）2、進(jìn)行城市生態(tài)系統(tǒng)的研究利用生態(tài)學(xué)原則和系統(tǒng)論的方法來(lái)研究，即把城市作為特殊的人工環(huán)境系統(tǒng)來(lái)研究。四、綜合利用資源和能源1、生態(tài)工藝（無(wú)污染工藝）輸入的物質(zhì)和能量獲得最大限度的利用，資源和能源的浪費(fèi)最少，且廢棄物完全能被