全校任選課環(huán)境保護概論第二章

全校任選課環(huán)境保護概論第二章第一頁，共四十一頁，2022年，8月28日生態(tài)學的起源及發(fā)展生態(tài)學的起源和分類

1.起源:生物學Biology;2.分類：（1）按照生物學分類分支：普通生態(tài)學、動物生態(tài)學、植物生態(tài)學、微生物生態(tài)學、昆蟲生態(tài)學、魚類生態(tài)學、鳥類生態(tài)學及獸類生態(tài)學等。（2）按研究對象的生物棲息場所：陸地生態(tài)學：森林生態(tài)學、草原生態(tài)學、沙漠生態(tài)學、農田生態(tài)學、城市生態(tài)學；水域生態(tài)學:海洋生態(tài)學、淡水生態(tài)學等。第二頁，共四十一頁，2022年，8月28日(3)按研究的方法、交叉的學科：系統(tǒng)生態(tài)學：生態(tài)學和數(shù)學相結合，利用數(shù)理分析的方法研究種群生態(tài)系統(tǒng)能量生態(tài)學：生態(tài)學和物理學相結合

功能生態(tài)學：用熱力學第二定律解釋生態(tài)學化學生態(tài)學：生態(tài)學與化學相結合它對認識種群的信息調節(jié)機理，指示種群與環(huán)境關系的本質有重大的意義。宇宙太空生態(tài)學：它是探討太空生態(tài)因子對人類和其他生物產生影響的一門科學。（4）按應用領域：農業(yè)生態(tài)學、森林生態(tài)學、漁業(yè)生態(tài)學、自然資源保護生態(tài)學、污染生態(tài)學、環(huán)境生態(tài)學、放射生態(tài)學、人類生態(tài)學、社會生態(tài)學、人口生態(tài)學、城市生態(tài)學、經濟生態(tài)學及生態(tài)工程學等等。許多人甚至認為生態(tài)學已經不是生物學的分支學科，而是生物學與環(huán)境科學的交叉學科。第三頁，共四十一頁，2022年，8月28日第四頁，共四十一頁，2022年，8月28日（5）按研究對象的等級單元分i．個體生態(tài)學(autecology):

個體生態(tài)學以生物的個體為研究對象，研究它與自然環(huán)境之間的相互關系，探討環(huán)境因子對生物個體的影響以及生物個體對環(huán)境所產生的反應。其基本內容與生理生態(tài)相當。自然環(huán)境則包括非生物因子(光、溫度、氣候、土壤)和生物因子(包括同種和不同種的生物)。ii．種群生態(tài)學(Populadonecology):

種群是指一定時間、一定區(qū)域內同種個體的組合。在自然界中一般一個種總是以種群的形式存在，與環(huán)境之間的關系也必須從種群的特征及其增長的規(guī)律來探討和分析。種群生態(tài)學研究的主要內容是種群密度、出生率、死亡率、存在率和種群的增長規(guī)律及其調節(jié)等。iii．群落生態(tài)學（communityecology):

群落生態(tài)學以生物群落為研究對象。所謂群落是指多種植物、動物、微生物種群聚集在一個特定的區(qū)域內，相互聯(lián)系、相互依存而組成的一個統(tǒng)一的整體。群落生態(tài)學研究的主要內容是群落與環(huán)境間的相互關系，揭示群落中各個種群的關系，群落的自我調節(jié)和演替等。iv．生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(ecosystemecology):

生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學以生態(tài)系統(tǒng)為研究對象。生態(tài)系統(tǒng)是指生物群落與生活環(huán)境間由于相互作用而形成的一種穩(wěn)定的自然系統(tǒng)。生物群落從環(huán)境中取得能量和營養(yǎng)，形成自身的物質，這些物質由一個有機體按照食物鏈轉移到另一個有機體，最后又返回到環(huán)境中去，通過微生物的分解，又轉化成可以重新被植物利用的營養(yǎng)物質，這種能量流動和物質循環(huán)的各個環(huán)節(jié)都是生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學的研究內容。第五頁，共四十一頁，2022年，8月28日生態(tài)學的發(fā)展

分為四個階段第一階段：19世紀以前的生態(tài)學——

生態(tài)學的萌芽階段；第二階段：19世紀的生態(tài)學——生態(tài)學的初創(chuàng)階段；第三階段：20世紀前半葉的生態(tài)學——生態(tài)學的形成階段；第四階段：20世紀后葉以后的生態(tài)學——生態(tài)學的發(fā)展階段.第六頁，共四十一頁，2022年，8月28日生態(tài)學發(fā)展歷程體現(xiàn)的三個特點：從定性探索生物與環(huán)境的相互作用到定量研究;從個體生態(tài)系統(tǒng)到復合生態(tài)系統(tǒng)，由單一到綜合，由靜態(tài)到動態(tài)的認識自然界的物質循環(huán)與轉化規(guī)律;與基礎科學和應用科學相結合，發(fā)展和擴大了生態(tài)學的領域。第七頁，共四十一頁，2022年，8月28日“生態(tài)學”一詞是德國生物學家?？藸?866年提出的。?？藸栐谄鋭游飳W著作中定義生態(tài)學是：研究動物與其有機及無機環(huán)境之間相互關系的科學，特別是動物與其他生物之間的有益和有害關系。第一階段，萌芽期古人在長期的農牧漁獵生產中積累了樸素的生態(tài)學知識，諸如作物生長與季節(jié)氣候及土壤水分的關系、常見動物的物候習性等。如公元前4世紀希臘學者亞里士多德曾粗略描述動物的不同類型的棲居地，還按動物活動的環(huán)境類型將其分為陸棲和水棲兩類，按其食性分為肉食、草食、雜食和特殊食性等類。亞里士多德的學生、雅典學派首領賽奧夫拉斯圖斯(公元前372～前287)在其植物地理學著作中已提出類似今日植物群落的概念。公元前后出現(xiàn)的介紹農牧漁獵知識的專著，如古羅馬公元1世紀老普林尼的《博物志》

、6世紀中國農學家賈思勰的《齊民要術》等均記述了素樸的生態(tài)學觀點。

第八頁，共四十一頁，2022年，8月28日第二階段初創(chuàng)期大約從15世紀到20世紀40年代。15世紀以后，許多科學家通過科學考察積累了不少宏觀生態(tài)學資料。18世紀初葉，現(xiàn)代生態(tài)學的輪廓開始出現(xiàn)。如R.雷奧米爾的6卷昆蟲學著作中就有許多昆蟲生態(tài)學方面的記述。瑞典博物學家C.von林奈首先把物候學、生態(tài)學和地理學觀點結合起來，綜合描述外界環(huán)境條件對動物和植物的影響。法國博物學家布豐強調生物變異基于環(huán)境的影響。德國植物地理學家A.von洪堡(1769～1859)創(chuàng)造性地結合氣候與地理因子的影響來描述物種的分布規(guī)律。19世紀，生態(tài)學進一步發(fā)展。這一方面是由于農牧業(yè)的發(fā)展促使人們開展了環(huán)境因子對作物和家畜生理影響的實驗研究。例如，在這一時期中確定了5℃為一般植物的發(fā)育起點溫度,繪制了動物的溫度發(fā)育曲線，提出了用光照時間與平均溫度的乘積作為比較光化作用的“光時度”指標以及植物營養(yǎng)的最低量律和光譜結構對于動植物發(fā)育的效應等。另一方面，T.R.馬爾薩斯于1798年發(fā)表的《人口論》一書造成了廣泛的影響。P.-F.費爾許爾斯特1833年以其著名的邏輯斯諦曲線描述人口增長速度與人口密度的關系，把數(shù)學分析方法引入生態(tài)學。19世紀后期開展的對植物群落的定量描述也已經以統(tǒng)計學原理為基礎。1859年C.R.達爾文在《物種起源》一書中提出自然選擇學說，強調生物進化是生物與環(huán)境交互作用的產物，引起了人們對生物與環(huán)境的相互關系的重視，更促進了生態(tài)學的發(fā)展。19世紀中葉到20世紀初葉，人類所關心的農業(yè)、漁獵和直接與人類健康有關的環(huán)境衛(wèi)生等問題，推動了農業(yè)生態(tài)學（包括引進天敵防治害蟲）、野生動物種群生態(tài)學和媒介昆蟲傳病行為的研究。由于當時組織的遠洋考察中都重視了對生物資源的調查，從而也豐富了水生生物學和水域生態(tài)學的內容。第九頁，共四十一頁，2022年，8月28日第三階段：20世紀前半葉的生態(tài)學——生態(tài)學的形成階段；

是Warming，Schimper以后直至E．P．Odum(奧德姆)的《生態(tài)學基礎》問世時期的生態(tài)學。生態(tài)學的基礎理論和方法都已經形成，并在六個方面有了大的發(fā)展。

第一，地植物學或植物群落學的理論、方法和學術派別的產生、完善和發(fā)展已經到了極成熟階段，相繼出現(xiàn)了諸如西歐大陸學派、俄羅斯學派、英美學派，并且在區(qū)域植物群落研究中也有了很多重大的進展。

第二，動物生態(tài)學有了較大的發(fā)展。動物行為學(如Pearl，1910)、水生生物學(如Forel，1901；Welch，1935)、動物種群生態(tài)學(如Lotka-Volterra，1925，1926)等都有大的發(fā)展，Allee等(1949)的《動物生態(tài)學原理》標志著動物生態(tài)學已進入成熟階段。

第三，提出了生態(tài)系統(tǒng)概論，并在生態(tài)系統(tǒng)研究方面有了很大發(fā)展，生態(tài)學正在由植物群落研究向生態(tài)系統(tǒng)研究方向邁進。生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能的研究都有了最基本的發(fā)展，如Elton(1927)的能量金字塔、Lindeman(1942)的生物營養(yǎng)級及十分之一定律。生態(tài)系統(tǒng)的研究方法仍然以觀察為基本方法，但引用了綜合分析的手段。

第四，基本的生物生態(tài)學學科體系的建立。Odum(1953)在《生態(tài)學基礎》中，已經明確提出了個體生態(tài)學、種群生態(tài)學、群落生態(tài)學和生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學的學科體系。

第五，生態(tài)學分支學科的產生。如德國的C．Troll(1939)提出“景觀生態(tài)學”并發(fā)表了一系列景觀生態(tài)學的論文；在美國芝加哥大學已經發(fā)展形成了人類生態(tài)學；通過R．D．Mwkenzie和R．E．Park(1925)，JamesA．Quinn(1950)的發(fā)展，在Odum(1953)的《生態(tài)學基礎》中，把生態(tài)系統(tǒng)定義為包括人類在內的所有生物與其環(huán)境構成的整體，說明了人類生態(tài)學是生態(tài)學的一個重要組成部分。

第六，生態(tài)學專門研究機構和學術刊物的涌現(xiàn)。一些有重要影響的研究機構或團體早在20世紀50年代以前就已經建立，例如，英國生態(tài)學會(1913)、美國生態(tài)學會(1915)。30年代末期建立的“地中海與阿爾卑斯山地植物學國際站(即SIGMA)”在地植物學研究和人才培養(yǎng)方面起著巨大作用。一些有重要影響的生態(tài)學學術刊物也是在刃年代以前創(chuàng)辦的。例如，EcologicalMonographs(1931，美)，Ecology(1920，美)，TheJournalofEcology(1913，英)，EeologicalReviews(1935，日)，Vegetation(1948，荷蘭)，Bioscience(1951，美)，Oikos(1950，丹麥)等都是在50年代以前就創(chuàng)辦的。第十頁，共四十一頁，2022年，8月28日第四階段：20世紀后葉以后的生態(tài)學——生態(tài)學的發(fā)展階段第一，生態(tài)學從認識自然規(guī)律走向管理自然資源，第二，應用先進科學技術，生態(tài)學得到空前發(fā)展。（遙感技術、電子顯微技術、計算機）第三，生態(tài)學重點發(fā)展學科的替代。第四，國際協(xié)作加強：國際生物學計劃、人與生物圈計劃(ManandBiosphereProgrammne；MAB，1971~)等國際性合作項目。第五，學科大發(fā)展第十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日二、生物圈

生物圈（ecosphere），是指地球上有生命活動的領域及其居住環(huán)境的整體，由大氣圈（atmosphere）的下層、整個水圈（hydrosphere）、土壤巖石圈（lithosphere），以及活動于其中的生物組成。生物圈的存在需具備下列四個基本條件：（1）可以獲得來自太陽的充足光能。（2）有可被生物利用的大量液態(tài)水。（3）生物圈內有適宜生命活動的溫度條件。（4）生物圈內提供了生命物質所需要的營養(yǎng)物質。第二章

第一節(jié)第十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日三、生態(tài)系統(tǒng)

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)境的綜合體就是生態(tài)系統(tǒng)。

生態(tài)系統(tǒng)是自然界一定空間的生物與環(huán)境之間的相互作用、相互影響、不斷演變、不斷進行著物質和能量的交換，并在一定時間內達到動態(tài)平衡，形成相對穩(wěn)定的統(tǒng)一整體，是具有一定結構和功能的單位，即由生物群落及其生存環(huán)境共同組成的動態(tài)平衡系統(tǒng)。

生物圈（ecosphere）第二章

第一節(jié)第十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日

池塘生態(tài)系統(tǒng)第十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日有光食物鏈太陽能黑暗食物鏈地熱第十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日第二章

第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的組成成分四、生態(tài)系統(tǒng)的組成第十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日五、生態(tài)系統(tǒng)的類型和特征

1.按生態(tài)類型不同：陸地生態(tài)系統(tǒng)淡水生態(tài)系統(tǒng)海洋生態(tài)系統(tǒng)按原動力和影響力：自然生態(tài)系統(tǒng)半自然生態(tài)系統(tǒng)人工生態(tài)系統(tǒng)

2.基本特征（1）開放性（2）運動性（3）自我調節(jié)性（4）相關性與演化性第二章

第一節(jié)第十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日第十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日六、生態(tài)系統(tǒng)的結構

1.生物結構個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)

2.形態(tài)結構垂直、水平、時間

3.營養(yǎng)結構（功能結構）（1）食物鏈（foodchain）：浮游植物→浮游動物→小魚→大魚→魚鷹

生產者消費者一級二級三級頂級第二章

第一節(jié)第十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日簡化的溫帶落葉林中的食物網第二章

第一節(jié)（2）食物網（foodwebs）

：第二十頁，共四十一頁，2022年，8月28日第二章

第一節(jié)（3）營養(yǎng)級（trophiclevels）

：生態(tài)金字塔圖

生產率金字塔生物量金字塔生物數(shù)目金字塔10%率（4）食物鏈的特點及調節(jié)功能（研究作用）a.食物鏈會產生變化，恢復難。b.能使環(huán)境污染中不能被代謝的有毒物質濃縮。c.有助于指導農、林、牧、漁業(yè)的發(fā)展。d.確定污染物的生物放大作用。第二十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日第二十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日一、生物生產

1．生態(tài)系統(tǒng)的初級生產過程(植物性生產)

初級生產實質上是一個能量的轉化和物質的積累過程，是綠色植物的光合作用過程。（1）生產力（Productivity）初級生產的產量與時間有關，單位時間和單位面積（或體積）生產的產量，也稱為生產量（Production），常以kg/（m2·a）或（kJ/（m2·a）表示。

（2）現(xiàn)存量（standingcrop），指一特定觀測時刻，一定面積上（或一定空間范圍內）現(xiàn)有生物體的數(shù)量，常以kg/m2或kJ/m2或個/m2表示，它也稱為生物量（biomass）。

（3）總初級生產量（grossprimaryproductivity）總初級生產量是指在測定階段，包括生產者自身呼吸作用中被消耗掉的有機物在內的總積累量（有機物積累的速率），常用PG表示。（4）凈初級生產量（netprimaryproductivity）。凈初級生產量則指在測定階段，植物光合作用積累量中除去用于生產者自身呼吸所剩余的積累量，常用PN表示?？偝跫壣a量和凈初級生產量的關系可用下式表示：PG—Ra=PN

或PG=PN+Ra

式中，Ra為生產者自身用于呼吸的消耗量。第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的功能第二十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日

2．生態(tài)系統(tǒng)的次級生產過程(動物性生產)

生態(tài)系統(tǒng)的次級生產是指消費者和分解者利用初級生產物質進行同化作用建造自身和繁衍后代的過程。

（1）次級生產量：次級生產所形成的有機物(消費者體重增長和后代繁衍)的量。是異養(yǎng)生物對初級生產物質的利用和再生產過程。

（2）消耗量：真正被食草動物攝食利用的這一部分。

（3）同化量：消耗量中被消化吸收部分。

（4）糞尿量：未被消化利用的剩余部分，經消化道排出體外。第二十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日二、能量流動

1.能量在生態(tài)系統(tǒng)中的流動嚴格遵熱力學定律。

2.能量流動過程（1）光合作用和有機成分的輸入（2）呼吸的消耗和有機物的輸出

3.特點：兩個顯著的特點：（1）能量只朝著單一方向流動，是非循環(huán)、不可逆的。（2）能量在流動中沿著生產者和逐級消費者的順序逐級減少。其他特點：（3）生產者對太陽能的利用率很低，只有1.2%。（4）各級消費者之間能量的利用率不高。（5）只有當生態(tài)系統(tǒng)生產的能量與消耗相平衡時，其結構和功能才能保持動態(tài)平衡。熱力學第一定律熱力學第二定律

第二十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日第二章

第二節(jié)三、物質循環(huán)物質是能量的載體，又是生命活動生物化學過程的結構基礎。

自然界的100多種化學元素中，生物有機體維持生命所必須的約有40多種。

大量營養(yǎng)元素：基本元素：O、C、H、N、P（占全部原生質的97%以上）還有K、Na、Ca、Mg、S、Fe等

微量營養(yǎng)元素：Cl、Co、I、Mn、Mo、Zn等。

生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)（生物地球化學循環(huán)）：構成生命有機體的這些化學營養(yǎng)元素首先被植物從空氣、水、土壤中吸收利用，然后以有機物的形式從一個營養(yǎng)級傳遞到下一營養(yǎng)級。當動植物有機體死亡后被分解者分解時，它們又以無機形式的礦質元素歸還到環(huán)境中，再次被植物重新吸收利用。第二十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日

1．水循環(huán)第二章

第二節(jié)生物圈中的水、氧氣和二氧化碳的循環(huán)第二十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日2.氣體循環(huán)

（1）碳的循環(huán)第二章

第二節(jié)第二十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日第二章

第二節(jié)（2）氮的循環(huán)第二十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日大氣中的氮進入生物有機體內主要有四種途徑：①生物固氮②工業(yè)固氮③巖漿固氮④大氣固氮氮循環(huán)過程中的四個作用：

N2被還原成NH3和其他氮化物的過程稱為固氮作用；微生物分解有機氮化物產生氨的過程稱為氨化作用；微生物將NH3氧化成硝酸鹽的過程稱為硝化作用；氧化亞硝酸菌

NH+4+2O2→NO-3+H2O+2H++能量硝酸菌微生物還原硝酸鹽，釋放出N2和N2O的過程稱為反硝化作用或脫氮作用。兼性脫氮菌（反硝化菌）

2NO-2+6H+（氫供體）→N2↑+2H2O+2OH-2NO-3+10H+（氫供體）→N2↑+4H2O+2OH-第二章

第二節(jié)第三十頁，共四十一頁，2022年，8月28日

磷循環(huán)第二章

第二節(jié)3.沉積循環(huán)第三十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日三、信息傳遞

1.營養(yǎng)信息

2.化學信息

3.物理信息

4.行為信息第二章

第二節(jié)兔的食物增加兔數(shù)量減少兔因饑餓死亡兔吃少量植物植物增加兔數(shù)量增加兔吃大量植物植物減少第三十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日第三節(jié)生態(tài)平衡一、種群與生物群落

1.種群的概念

種群種群分布種群密度種群的年齡結構（可根據(jù)生育年齡和其他各年齡段個體的多少分為三種類型：增長型、穩(wěn)定型和衰退型）

2.種群增長

影響因素：種群繁殖和遷移。

3.生物群落（1）生態(tài)位生態(tài)環(huán)境生態(tài)位（可分為環(huán)境生態(tài)位、營養(yǎng)生態(tài)位、超體積生態(tài)位）

第三十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日

（2）多樣性與穩(wěn)定性

復雜的食物鏈網的形成，有賴于群落中較高的物種多樣性（speciesdiversity）。

穩(wěn)定性（stability）的概念有兩層含義：抵抗力（resistance）：系統(tǒng)抵御外界干擾使自身不致受到傷害的緩沖能力,抵抗力越強則系統(tǒng)越不容易出現(xiàn)傷害或崩潰現(xiàn)象?；謴土Γ╮esilience）：當系統(tǒng)遭到外界干擾致使系統(tǒng)受損后迅速修復還原自己的能力,恢復力越強則系統(tǒng)恢復到正常的時間越短。兩者難以兼得,恢復力強則抵抗力弱,反之亦然。相對穩(wěn)定可以是具有高的抗外界干擾的能力，也可以是在外界干擾后迅速恢復到原狀的能力。多樣性有助于增強群落的抵抗力，卻不利于提高群落的恢復力。第二章

第三節(jié)第三十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日生態(tài)系統(tǒng)總穩(wěn)定性(抵抗力與恢復力)關系示意圖生態(tài)系統(tǒng)功能時間干擾抵抗力的量度：當一次干擾的強度和作用時間一定時，此區(qū)域的面積越大(軌跡偏離正常范圍越晚和幅度越小)，生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力越強功能軌跡曲線正常作用范圍第二章

第