生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)課件

第一章生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

第一節(jié)概述一、生態(tài)學(xué)及其發(fā)展（一）生態(tài)學(xué)的定義

A. 傳統(tǒng)定義：研究生物或生物群體與其環(huán)境的關(guān)系，或生活著的生物與其環(huán)境之間相互聯(lián)系的科學(xué)。(側(cè)重于植物、動(dòng)物)1)生命系統(tǒng)：自然界具有一定結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)功能的生命單元。2)環(huán)境系統(tǒng)：是自然界的光、熱、空氣、水分以及各種有機(jī)物和無機(jī)元素相互作用所共同構(gòu)成的空間B.現(xiàn)代生態(tài)學(xué)：研究生命系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)之間相互作用的規(guī)律及機(jī)理（三）生態(tài)學(xué)與環(huán)境學(xué)的異同

a.相同：研究范圍---生物圈研究問題--基本相同

b.不同點(diǎn)：二、生態(tài)系統(tǒng)（一）生態(tài)系統(tǒng)的概念生物種群（Population）:一個(gè)生物物種在一定的范圍內(nèi)所有個(gè)體的總和。生物群落（Community）：在一定自然區(qū)域的環(huán)境條件下，許多不同種的生物相互依存，構(gòu)成了有著密切關(guān)系的群體。生態(tài)系統(tǒng)（Ecosystem）：生物群落與其周圍非生物環(huán)境的綜合體。也即生命系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)在特定空間的組合。種群群落生態(tài)系統(tǒng)（二）生態(tài)系統(tǒng)的組成消費(fèi)者：主要是動(dòng)物，又分為一級(jí)消費(fèi)者（如草食性動(dòng)物）；二級(jí)消費(fèi)者（如肉食動(dòng)物）；……等等。無生命物質(zhì)：指生態(tài)系統(tǒng)中的各種無生命的無機(jī)物、有機(jī)物和各種自然因素（如土壤、空氣、水等）。（三）生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1、生態(tài)系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)：生態(tài)系統(tǒng)的生物種類，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（發(fā)育、季相）等構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)。生態(tài)系統(tǒng)中物種的類型、分布、空間配置生態(tài)系統(tǒng)中種的時(shí)間變化（發(fā)育、季相）2、生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，是通過營養(yǎng)這一紐帶，把生物和非生物之間緊密結(jié)合起來，構(gòu)成以生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者為中心的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)。即在太陽能的作用下，環(huán)境的營養(yǎng)物質(zhì)被生產(chǎn)者吸收，轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，供消費(fèi)者使用，而后消費(fèi)者被分解者分解為無機(jī)物返回環(huán)境，再供生產(chǎn)者使用，完成物質(zhì)循環(huán)。它是生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的基礎(chǔ)。

（1）食物鏈（網(wǎng)）和營養(yǎng)級(jí)

生態(tài)系統(tǒng)中各種生物之間由于食物關(guān)系而形成的一種聯(lián)系稱為食物鏈。一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中許多食物鏈彼此相互交錯(cuò)形成的復(fù)雜的營養(yǎng)關(guān)系叫食物網(wǎng)。食物鏈上的每一個(gè)環(huán)節(jié)稱為營養(yǎng)級(jí)。在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，食物關(guān)系往往復(fù)雜，各種食物鏈相互交錯(cuò)，形成所謂食物網(wǎng)。能量的流動(dòng)，物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化，就是通過食物鏈或食物網(wǎng)進(jìn)行的。見下圖：食物網(wǎng)（四）生態(tài)系統(tǒng)的功能能量流動(dòng)物質(zhì)循環(huán)信息聯(lián)系

1、生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)1)媒介：通過食物鏈（網(wǎng)）完成2)能量流動(dòng)特點(diǎn)：生產(chǎn)者(綠色植物)對太陽能的利用率低，只有1·2%為單向流動(dòng)；流動(dòng)中能量逐漸減少，每經(jīng)過一級(jí)均有能量以熱量形勢散失；各級(jí)能量流動(dòng)遵循1/10定律，即各級(jí)能量利用率低只有當(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)和功能才保持動(dòng)態(tài)平衡2、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)

生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)在不斷地進(jìn)行著。碳、氫、氧、氮、磷、硫是構(gòu)成有機(jī)體地主要元素，因而這些物質(zhì)的循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的基本物質(zhì)循環(huán)。另外，還有幾十種微量元素也是生命活動(dòng)必不可少的。在生態(tài)系統(tǒng)中也構(gòu)成了各自的循環(huán)，與環(huán)境污染密切相關(guān)的主要有水、碳和氮的循環(huán)。2、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)（1）水循環(huán)（3）氮循環(huán)氮循環(huán)生物固氮：每年約為54X106噸。工業(yè)固氮：每年大約30X106噸電離固氮：每年大約7.6X106噸巖漿固氮：每年大約0.2X106噸（4）硫循環(huán)（5）磷循環(huán)3、生態(tài)系統(tǒng)中的信息聯(lián)系信息在生態(tài)系統(tǒng)中表現(xiàn)為多種形式，主要有營養(yǎng)信息、化學(xué)信息、物理信息、遺傳信息和行為信息。3.信息聯(lián)系北極狐和北極兔

據(jù)科學(xué)家們觀察，生活在北極地區(qū)的北極狐是以北極兔為食的。北極狐一胎可以懷單胎，也可以懷雙胎。而這是取決于北極兔的多少。北極兔的數(shù)量多，懷雙胎；數(shù)量少則懷單胎。這對于維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡是至關(guān)重要的。難道是北極兔告訴北極狐自己的數(shù)量嗎？顯然不可能，這只能是生態(tài)系統(tǒng)中某些類似物理、化學(xué)等信息在起作用。第二節(jié)生態(tài)平衡及生態(tài)系統(tǒng)

的動(dòng)態(tài)變化

一、生態(tài)平衡的概念

生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展到一定的階段，它的生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者之間能夠較長時(shí)間地保持著一種動(dòng)態(tài)平衡；也就是說，它的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)能較長時(shí)間地保持著一種動(dòng)態(tài)平衡，這種平衡狀態(tài)就叫做生態(tài)平衡。生態(tài)平衡特點(diǎn)：1)為一暫時(shí)的、相對的動(dòng)態(tài)平衡：由生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的自動(dòng)調(diào)節(jié)能力所致。2)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，組成越多，物質(zhì)與能量的途徑越多，調(diào)節(jié)能力越強(qiáng)，平衡易保持。反之，調(diào)節(jié)能力越弱，平衡就不易保持。3)生態(tài)系統(tǒng)的變化與發(fā)展，是在不平衡平衡不平衡中的物質(zhì)與能量流動(dòng)中進(jìn)行的。二、生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化（一）生態(tài)系統(tǒng)的演替1、原生演替如果這個(gè)地域先前沒有生物占領(lǐng)，那么，一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)被另一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)所代替的過程就稱為原生演替。原生演替2、次生演替開始于次生裸地或原生蕪原（不存在植被，但在土壤或基質(zhì)中保留有植物繁殖體的裸露地段）上的演替。次生演替3、頂極生態(tài)系統(tǒng)這是演替到最后階段的一種生態(tài)系統(tǒng)。全部已有的物種繼續(xù)彼此按比例繁殖，并不再發(fā)生變化的平衡狀態(tài)稱為頂極。這個(gè)系統(tǒng)也就叫做頂極生態(tài)系統(tǒng)。頂極生態(tài)系統(tǒng)（二）影響生態(tài)系統(tǒng)演替變化的因素

1、自然因素主要是指自然界發(fā)生的異常變化或自然界本來就存在的對人類和生物的有害因素。2、人為因素主要指人類對自然資源的不合理利用、盲目發(fā)展生產(chǎn)帶來的環(huán)境污染等問題。自然因素人類對生態(tài)系統(tǒng)的影響達(dá)到極限1、過去一個(gè)世紀(jì)來，地球上有一半的濕地消失。

2、毀林造田使得地球森林覆蓋率下降了20－50％。

3、地球上有9％的樹種瀕臨滅絕。

4、地球上70％的海洋魚類面臨濫捕濫撈的威脅，有些已處于生存極限狀態(tài)。

5、近半個(gè)世紀(jì)來，全球有2／3的農(nóng)業(yè)用地發(fā)生水土流失現(xiàn)象。

6、由于攔河造壩或修建其它水利設(shè)施，使全球60％的大型河流系統(tǒng)遭到破壞、水流速度減緩，河流源頭與其入海口之間的落差增加了2倍。三、生態(tài)學(xué)的一般規(guī)律（一）相互依存與相互制約規(guī)律非洲的毛里求斯，曾有兩種特有的生物，一種是渡渡鳥，另一種是大顱欖樹。生態(tài)學(xué)的一般規(guī)律（二）物質(zhì)循環(huán)與再生規(guī)律（三）物質(zhì)輸入輸出的動(dòng)態(tài)平衡規(guī)律（四）相互適應(yīng)與補(bǔ)償?shù)膮f(xié)同進(jìn)化規(guī)律（五）環(huán)境資源的有效極限規(guī)律第三節(jié)生態(tài)學(xué)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用一、全面考察人類活動(dòng)對環(huán)境的影響二、充分利用生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力三、解決近代城市中的環(huán)境問題四、綜合利用資源和能源五、在環(huán)境保護(hù)其他方面的應(yīng)用一、全面考察人類活動(dòng)對環(huán)境的影響三峽工程南水北調(diào)三峽工程南水北調(diào)二、充分利用生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力1、應(yīng)用實(shí)例土地處理系統(tǒng)對污染環(huán)境的生物凈化

大氣污染物的生物凈化水體污染的生物凈化三、解決近代城市中的環(huán)境問題1、編制生態(tài)規(guī)劃2、進(jìn)行城市生態(tài)系統(tǒng)的研究北京的空氣流單位:萬砘輸入輸出產(chǎn)生消費(fèi)空氣283900283900氧65580.965542.73.3441.5二氧化碳130.59182.6457.065.01四、綜合利用資源和能源閉路循環(huán)工藝把兩個(gè)以上的流程組合成一個(gè)閉路體系，使一個(gè)過程中產(chǎn)生的廢料或副產(chǎn)品成為另一個(gè)過程的原料，從而使廢物減少到生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力限度以內(nèi)。1、生態(tài)工藝2、生態(tài)農(nóng)場1、生態(tài)工藝生態(tài)工藝要求在生產(chǎn)過程中輸入的物質(zhì)和能量獲得最大限度的利用，即資源和能源的浪費(fèi)最少，排出的廢物最少，而且是廢棄物完全能被自然界的動(dòng)植物所分解、吸收或利用。2、生態(tài)農(nóng)場是依據(jù)生態(tài)學(xué)原理建立起來的新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。例：菲律賓的馬雅農(nóng)場它由莊稼地、牛場、飼料加工廠、沼氣廠以及其他農(nóng)牧產(chǎn)品加工廠、污泥處理廠和養(yǎng)魚池等組成。1982年以前，每年可生產(chǎn)1200噸飼料原料和可供灌溉的肥料水以及66萬立方米沼氣。1983年則可滿足農(nóng)場各方面能源的需求。五、在環(huán)境保護(hù)其他方面的應(yīng)用1、闡明污物物在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律通過污染物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究，弄清污染物質(zhì)對環(huán)境危害的范圍、途徑和程度（或者后果）。2、對環(huán)境質(zhì)量的生物監(jiān)測與生物評(píng)價(jià)生物監(jiān)測:是指利用生物對環(huán)境中污染物質(zhì)的反應(yīng)，即利用生物在各種污染環(huán)境下所發(fā)出的各種信息，來判斷環(huán)境污染狀況的一種手段。案例介紹：以鷺鳥為指示生物監(jiān)測濕地環(huán)境污染該項(xiàng)目是用群棲的鷺科水鳥——小白鷺作為指示生物,來評(píng)估中國和巴基斯坦境內(nèi)濕地污染水平及其影響這項(xiàng)歐盟與發(fā)展中國家科技合作項(xiàng)目是由江西省科學(xué)院、意大利帕維亞大學(xué)、西班牙巴塞羅那大學(xué)、巴基斯坦農(nóng)業(yè)研究中心等單位共同完成的。其內(nèi)容包括:分別從受工業(yè)污染的濕地、農(nóng)業(yè)污染的濕地以及相對未受污染的濕地上,采用非侵害方式采集雛鳥羽毛、鳥卵和捕食物樣品進(jìn)行化學(xué)分析,以確定污染物和污染程度,通過觀測小白鷺的生態(tài)行為學(xué)變化,確立種群和生態(tài)系統(tǒng)受污染的程度。通過指示生物來監(jiān)測環(huán)境質(zhì)量能清晰準(zhǔn)確地揭示出污染對人類健康的潛在威脅,是傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測的一項(xiàng)突破。這一研究成果對指導(dǎo)控制污染的濕地保護(hù)政策的制定,為強(qiáng)化污染控制力度等提供重要依據(jù)。據(jù)了解,目前有關(guān)部門正在著手制定具體措施,將這一研究成果用于沿海和內(nèi)陸的濕地管理。生物評(píng)價(jià):是指用生物學(xué)方法按一定標(biāo)準(zhǔn)對一定范圍內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定和預(yù)測。通常采用的方法:指示生物法生物指數(shù)法種類多樣性指數(shù)法等目前，國內(nèi)外已廣泛利用生物對環(huán)境尤其是對大氣和水體進(jìn)行監(jiān)測和評(píng)價(jià)。（1）利用植物對大氣污染進(jìn)行監(jiān)測和評(píng)價(jià)研究證明：菠菜、胡蘿卜等可監(jiān)測二氧化硫；杏、桃、葡萄等可監(jiān)測氟化氫；蕃茄可監(jiān)測臭氧；棉花可監(jiān)測乙烯。（2）利用水生生物監(jiān)測和評(píng)價(jià)水體污染①污水體系法②指示物種法①污水體系法

表不同污水中的生物體系和指示生物污水類型在顯微鏡下觀察到的生物（個(gè)/升）指示生物新排出的城市生活污水和類似的工業(yè)廢水纖毛蟲10-50000鞭毛蟲1000-2000細(xì)菌大量，真菌大量腐生草履蟲，豆形蟲，閃瞬目蟲、小口鐘蟲，旋毛蟲等。含大量硫化氫的腐敗廢水纖毛蟲5000-300000鞭毛蟲0-5細(xì)菌大量長尾波豆蟲、大鞭毛蟲、多毛蟲、旋毛蟲等。剛排出的高濃度工業(yè)廢水、亞硫酸法造紙廠的廢水細(xì)菌少量（真菌少量）無生物蟲類生物大致不存在有毒廢水無生物，最多僅見少數(shù)的休眠孢子②指示物種法

例如：美國對伊利湖污染的調(diào)查，就是利用湖中指示生物顫蚓的數(shù)量作為指標(biāo)，進(jìn)行湖水質(zhì)量評(píng)價(jià)的。湖水顫蚓的數(shù)量與湖水受污染程度的關(guān)系如下：顫蚓數(shù)量（個(gè)/立方米水面）水域受污染的程度＜100不污染100-990輕污染1000-5000中度污染＞5000重污染3、為環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的制定提供依據(jù)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)主要包括以上三大總部分：（1）空氣標(biāo)準(zhǔn)（2）土壤標(biāo)準(zhǔn)（3）水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以上每一部分標(biāo)準(zhǔn)又可分為：環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、污染源排放標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、警報(bào)標(biāo)準(zhǔn)等。為了確定允許的污染物濃度，要求得綜合研究污染物濃度與人體健康和生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系的資料，并進(jìn)行定量的相關(guān)分析。它們的關(guān)系如下：污染物濃度與人體健康和生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系環(huán)境容量環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)安全概念：是指一個(gè)國家生存和發(fā)展所需的生態(tài)環(huán)境處于不受或少受破壞與威脅的狀態(tài)。

生態(tài)破壞將使人們喪失大量適于生存的空間，并由此產(chǎn)生大量生態(tài)災(zāi)民而沖擊周邊的社會(huì)穩(wěn)定。生態(tài)安全的意義反映了人類對由環(huán)境問題引起的安全問題以及安全問題所涉及的環(huán)境問題的深切關(guān)注，分別拓展了環(huán)境觀和安全觀的內(nèi)涵。生態(tài)安全是免于因環(huán)境惡化而造成的對人類生存的威脅，生態(tài)安全是免于因環(huán)境爭端或沖突而形成的對人類群際關(guān)系上的威脅。

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