環(huán)境學導論第二章生態(tài)學基礎

1、環(huán)境學導論第二章生態(tài)學基礎第1頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四第一節(jié) 生態(tài)學研究的基本內容一、生態(tài)學的含義及其發(fā)展1、含義 生態(tài)學是一門研究生物與其生活環(huán)境相互關系的科學，是生物學的主要分支之一。 如果把生物看成是一個生命系統(tǒng)，環(huán)境看成是一個環(huán)境系統(tǒng)，又可以說，生態(tài)學就是研究生命系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)之間相互作用的規(guī)律和機理的一門學科。第2頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四2、生態(tài)學的發(fā)展（1）研究對象：（2）與基礎科學和應用科學相結合，發(fā)展了生態(tài)學，擴大了生態(tài)學的領域。如：數學生態(tài)學、系統(tǒng)生態(tài)學、經濟生態(tài)學等。植物動物生物（包括人）第3頁，共38頁，

2、2022年，5月20日，15點46分，星期四二、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）：一個生物物種在一定范圍內所有個體的總和。 群落（Community）：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）任何一個生物群落 與其周圍非生物環(huán)境的綜合體 ：第4頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四（2）生態(tài)系統(tǒng)的組成和作用第5頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四生態(tài)系統(tǒng)的基本組成部分為：生產者、消費者、分解者和轉變者、無機營養(yǎng)分。生態(tài)系統(tǒng)組成的結構框圖第6頁，共38頁，2022年，5月

3、20日，15點46分，星期四（3）生態(tài)系統(tǒng)的類型按生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境性質和形態(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、水庫等； （c）海洋生態(tài)系統(tǒng)：包括海岸、河口、淺海、大洋、海底等。第7頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四一個簡化了的陸地生態(tài)系統(tǒng)第8頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四一個簡化了的池塘生態(tài)系統(tǒng)第9頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四（4）生態(tài)系統(tǒng)的結構 構成生態(tài)系統(tǒng)的各組成部分，各種生物的種

4、類、數量和空間配置，在一定時期內均處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，使生態(tài)系統(tǒng)能夠各自保持一個相對穩(wěn)定的結構。主要有形態(tài)結構和營養(yǎng)結構。（a）形態(tài)結構：生物的種類、種群數量、種的空間配置（水平分布、垂直分布）、種的時間變化。（b）營養(yǎng)結構：生態(tài)系統(tǒng)各組成部分之間建立起來的營養(yǎng)關系。是生態(tài)系統(tǒng)能量流動和物質循環(huán)的基礎。第10頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四生產者（綠色植物）還原（分解）者（細菌、真菌）消費者（動物）環(huán)境（土壤、空氣、水）生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結構模式圖第11頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四（5）食物鏈及營養(yǎng)級（a）食物鏈和食物網 所謂食物鏈，就是一種生

5、物以另一種生物為食，彼此形成一個以食物連接起來的鏈鎖關系。 在一個生態(tài)系統(tǒng)中，食物關系往往很復雜，各種食物鏈互相交錯，形成食物網。能量的流動、物質的遷移和轉化都是通過食物鏈和食物網進行的。 第12頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四一個簡化了的陸地食物網第13頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四水生生物的生態(tài)系統(tǒng)及其物質和能量的流動示意圖第14頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四（b）營養(yǎng)級營養(yǎng)級：食物鏈的各個環(huán)節(jié)。生產者為第一營養(yǎng)級，依次是第二、第三、第四營養(yǎng)級，一般不超過七級。低位營養(yǎng)級的能量僅有10（水生系統(tǒng)）被上一個營養(yǎng)

6、級利用。在數量上，第一營養(yǎng)級就必須大大超過第二營養(yǎng)級，逐漸遞減，就造成了生物數目金字塔、生物量金字塔、生產率金字塔。注意：營養(yǎng)級 之間的能量轉化效率約為110，只是針對湖泊等水域生態(tài)系統(tǒng)的經驗性法則； 不同生態(tài)系統(tǒng)的能量轉化效率差別很大；森林約為5、草地是 25左右，浮游生物占優(yōu)勢的群落可達50。第15頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四（c）生物富集作用DDT在某水生食物鏈中的富集第16頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四2、生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動（1）照射到地球上的太陽能量（a）太陽輻射的電磁波情況第17頁，共38頁，2022年，5月20日，15點

7、46分，星期四（b）太陽輻射及地球吸收太陽能的情況第18頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四（2）生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動（a）通過各級食物鏈，組成了生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，并且服從熱力學定律。（b）能量流動的實現途徑：光合作用和有機成分的輸入；呼吸的熱消耗和有機物的輸出。（c）生態(tài)系統(tǒng)熱力學公式：PgPnR其中：Pg為食物鏈某營養(yǎng)級的總產量或輸入的能量；Pn為凈產量；R為呼吸作用消耗的能量。第19頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四第20頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四（d）能量流動的特點生產者即綠色植物對太陽能的利用率很低，只有

8、12；能量只朝單一方向流動；流動中能量逐漸減少，每經過一個營養(yǎng)級都有能量以熱的形式散失掉；各級消費者之間能量的利用率也不高，在4517之間，平均起來約為10；只有當生態(tài)系統(tǒng)生產的能量與消耗的能量相平衡時，生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能，才 能保持動態(tài)的平衡。第21頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四3、生態(tài)系統(tǒng)中的物質循環(huán)（1）水循環(huán)第22頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四（2）碳循環(huán)第23頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四（3）氮循環(huán)第24頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四（4）磷循環(huán)第25頁，共38頁，20

9、22年，5月20日，15點46分，星期四4、小結生態(tài)系統(tǒng)是一個主要的生態(tài)學單位，它包括生物與非生物成分；并且在土壤、水、 營養(yǎng)物質、生產者、消費者和還原者之間具有某種結構上的相互關系，以適應能量和營養(yǎng) 物質在生物和非生物成分之間進行物質循環(huán)和能量流動。 生態(tài)系統(tǒng)的功能與通過生態(tài)系統(tǒng)各結構成分的物質循環(huán)和能量流動相關。這種功 能的單位是種群。 流經一個白然生態(tài)系統(tǒng)的總能量，取決于植物或生產者所固定的能量。當能量在 營養(yǎng)級間逐一傳遞時，有相當大的一部分作為呼吸熱而損失掉。這種情況限制了每一營養(yǎng) 級所能維持的有機體的數量和質量。 第26頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四生態(tài)系

10、統(tǒng)有趨于成熟的傾向，在這過程中，生態(tài)系統(tǒng)由簡單的狀態(tài)變?yōu)檩^復雜的 狀態(tài)，這種定向性的變化稱為演替。 在任何一個生態(tài)系統(tǒng)中，環(huán)境和能量都是有限的，當一個種群達到生態(tài)系統(tǒng)所給 于的限制時，種群數量趨于穩(wěn)定；或出于疾病、競爭、饑餓、低繁殖率等等原因，引起種群數 量下降。 環(huán)境的改變和波動(如環(huán)境的開發(fā)和種間競爭)，表現為對種群的選擇壓力，有機 體必須調整以適應這種選擇壓力，不能適應的有機體便會消失，這可能在一定時間內降低 生態(tài)系統(tǒng)的成熟性。 生態(tài)系統(tǒng)有其歷史的狀況，現在與過去有關，而未來與現在也有關。第27頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四三、生態(tài)平衡1、生態(tài)平衡的含義（1）

11、概念任何一個正常的生態(tài)系統(tǒng)中，能量流動和物質循環(huán)總是不斷地進行著，但在一定時期內，生產者、消費者和還原者之間都保持著一種動態(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，平衡還表現為生物種類和數量的相對穩(wěn)定。（2）生態(tài)平衡的原因 生態(tài)平衡內部具有自動調節(jié)的能力。生態(tài)系統(tǒng) 的組成成分越多樣，能量流動和物質循環(huán)的途徑越復雜，其調節(jié)能力也越強。但是，一個生態(tài)系統(tǒng)的調節(jié)能力有一定 限度的，超出了限度，調節(jié)就不再起作用，生態(tài)平衡就會遭到破壞。 第28頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四2、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來就存在的對人類和

12、生物 的有害因素。如火山爆發(fā)、山崩海嘯、水旱災害、地震、臺風、流行病等自然災害。（2）人為因素主要指人類對自然資源的不合理利用、工農業(yè)發(fā)展帶來的環(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。 第29頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四四、生態(tài)學的一般規(guī)律1、相互依存與相互制約規(guī)律 反映了生物間的協(xié)調關系（1）普遍的依存和制約“物物相關”規(guī)律就是系統(tǒng)中各種生物間相互依存、相互制約關系是普遍存在的；（2）通過“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中，都占據一定的位置，并具有特定的作用。

13、第30頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四2、物質循環(huán)轉化與再生規(guī)律防止有毒物質進入環(huán)境、提高能源的利用效率3、 物質輸入輸出的動態(tài)平衡規(guī)律防止輸入不足（如施肥不足）、輸入過多（如富營養(yǎng)化、重金屬）4、相互適應與補償的協(xié)同進化規(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)境資源在質量、數量、空間和時間等方面都有一定的限度（過度放牧、竭澤而漁、超標排放污染物等）第31頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四第二節(jié) 生態(tài)學在環(huán)境保護中的應用一、利用生態(tài)系統(tǒng)的整體觀念，全面考察人類活動對環(huán)境的影響即人類活動對環(huán)境的影響要從時間和空間

14、上全盤考慮，統(tǒng)籌兼顧，不僅要考慮現在，還要考慮將來；不僅要考慮本地區(qū)，還有考慮有關的其它地區(qū)。（建設項目必須進行環(huán)境影響評價）第32頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四二、充分利用生態(tài)系統(tǒng)的調節(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。第33頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四第34頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四三、解決近代城市中的環(huán)境問題1、編制生態(tài)規(guī)劃（環(huán)境規(guī)劃）是指在編制國家或地區(qū)的發(fā)展規(guī)劃時，不是單純考慮經濟因素，還有考慮地球物理因素、生態(tài)因素和社會因素。（各類規(guī)劃必須進行環(huán)境影響評價）2、進行城市生態(tài)系統(tǒng)的研究利用生態(tài)學原則和系統(tǒng)論的方法來研究，即把城市作為特殊的人工環(huán)境系統(tǒng)來研究。第35頁，共38頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四四、綜合利用資源和能源1、生態(tài)工藝（無污染工藝）輸入的物質和能量獲得最大限度的利用，資源和能源的浪費最少，且廢棄物完全能被自然界分解、吸收或利用。第36頁，共38頁，2022年，5月20日，1