環(huán)境工程學(xué)第2章

第2章環(huán)境生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)本章主要內(nèi)容一、生態(tài)學(xué)研究的基本內(nèi)容二、生態(tài)平衡的基本概念三、生態(tài)學(xué)的一般規(guī)律四、生態(tài)學(xué)基本原理應(yīng)用的思路五、生態(tài)學(xué)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用六、“生物圈二號(hào)”的啟示七、生物多樣性的保護(hù)生態(tài)學(xué)研究的基本內(nèi)容1、生態(tài)學(xué)

生態(tài)學(xué)是研究生物與其生存環(huán)境之間相互關(guān)系的一門(mén)學(xué)科。所謂的生物，包括動(dòng)物、植物和微生物。2、生態(tài)系統(tǒng)的基本概念

生態(tài)系統(tǒng)是生物與環(huán)境的綜合體，是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的、具有一定結(jié)構(gòu)和功能的單位。生態(tài)系統(tǒng)通常由生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者、無(wú)生命物質(zhì)四部分組成。生態(tài)學(xué)的層次從個(gè)體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)到整個(gè)生物圈逐級(jí)放大，其涉及到的環(huán)境范圍也越來(lái)越廣。環(huán)境的范圍與生態(tài)學(xué)的層次在一定環(huán)境中的一群同種生物個(gè)體稱(chēng)為種群。

在一個(gè)特定的環(huán)境區(qū)域內(nèi)生存的多種不同的種群便組成為群落。熱帶雨林分布在亞洲東南部、非洲中部和西部以及南美洲和大洋洲以北赤道附近。

地球上的主要群落類(lèi)型

常綠闊葉林大致分布在南、北緯度22°～34°(40°)之間。以中國(guó)長(zhǎng)江流域南部的常綠闊葉林最為典型，面積也最大。地球上的主要群落類(lèi)型

溫帶落葉林主要分布在北美、西歐、中歐的溫帶濕潤(rùn)海洋性氣候地區(qū)，中國(guó)的華北和東北沿海地區(qū)也有分布。

地球上的主要群落類(lèi)型

針葉林主要由常綠的針葉樹(shù)如松、杉、柏等樹(shù)種所組成，大部分分布在北半球高緯度的溫帶到亞寒帶地區(qū)。

地球上的主要群落類(lèi)型

灌木林主要發(fā)生在中緯度靠近海岸的地區(qū)，氣候特征為冬季多雨，夏季干熱。致密常綠的矮生灌木為優(yōu)勢(shì)種群。地球上的主要群落類(lèi)型

稀樹(shù)草原主要分布在非洲、南美洲和大洋洲的熱帶季節(jié)性干旱地區(qū)。

地球上的主要群落類(lèi)型

溫帶草原主要分布在歐亞大陸、南美洲、北美，中國(guó)黃河中游、內(nèi)蒙古和東北大興安嶺以西，屬于溫帶大陸性氣候地區(qū)旱生草本植物群落。地球上的主要群落類(lèi)型

荒漠：非洲的撒哈拉沙漠、中東的阿拉伯沙漠和中國(guó)的戈壁沙漠呈不連續(xù)的條狀分布橫貫非洲和亞洲大陸。

地球上的主要群落類(lèi)型

極地冰原主要位于北極地區(qū)，那里終年冰雪覆蓋，動(dòng)物僅有北極熊、企鵝等少數(shù)以海洋動(dòng)物為食物的極端耐寒性種類(lèi)。

地球上的主要群落類(lèi)型

凍原又稱(chēng)為苔原，分布于北極圈以南環(huán)繞北冰洋的嚴(yán)寒地帶），大約占地球陸地面積的20%。

地球上的主要群落類(lèi)型

淡水生物群落包括溪流、河流、池塘、湖泊和沼澤等類(lèi)型。

地球上的主要群落類(lèi)型

海洋生物群落根據(jù)位置和海水的深度分為海岸帶、淺海帶、遠(yuǎn)洋帶和海底帶等類(lèi)型。地球上的主要群落類(lèi)型

生態(tài)平衡1、生態(tài)平衡的概念

生態(tài)平衡指的是在一定的時(shí)期內(nèi)，生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者之間保持一種相對(duì)的平衡狀態(tài)。生態(tài)平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡，具有暫時(shí)性、相對(duì)性。生態(tài)能保持相對(duì)平衡的主要原因是由于其內(nèi)部具有自動(dòng)調(diào)節(jié)的能力，超出其調(diào)節(jié)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)平衡的因素自然因素：如火山爆發(fā)、地震、洪水、干旱等。人為因素：工業(yè)廢物、農(nóng)藥化肥、森林砍伐、礦物開(kāi)采等。生態(tài)學(xué)基本原理應(yīng)用的思路

生態(tài)學(xué)的基本原理，通常包括四方面的內(nèi)容：個(gè)體生態(tài)、種群生態(tài)、群落生態(tài)和生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)。一個(gè)健康的生態(tài)系統(tǒng)是穩(wěn)定的和可持續(xù)的：在時(shí)間上能夠維持它的組織結(jié)構(gòu)和自治，也能夠維持對(duì)脅迫的恢復(fù)力。健康的生態(tài)系統(tǒng)能夠維持它們的復(fù)雜性同時(shí)能滿(mǎn)足人類(lèi)的需求。生態(tài)學(xué)的基本原理的應(yīng)用思路是模仿自然生態(tài)系統(tǒng)的生物生產(chǎn)、能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞而建立起人類(lèi)社會(huì)組織，以自然能流為主，盡量減少人工附加能源，尋求以盡量小的消耗產(chǎn)生最大的綜合效益，解決目前人類(lèi)面臨的各種環(huán)境危機(jī)。較為流行的幾種思路如下：

生態(tài)學(xué)基本原理的應(yīng)用思路1)、實(shí)施可持續(xù)發(fā)展

1987年世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)提出“滿(mǎn)足當(dāng)代人的需要，又不對(duì)后代滿(mǎn)足其發(fā)展需要的能力構(gòu)成威脅的發(fā)展”?？沙掷m(xù)發(fā)展觀念協(xié)調(diào)社會(huì)與人的發(fā)展之間的關(guān)系，包括生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，但最根本的是生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。生態(tài)學(xué)基本原理的應(yīng)用思路2)、注重人與自然和諧發(fā)展

事實(shí)上造成當(dāng)代世界面臨的空前嚴(yán)重的生態(tài)危機(jī)的重要原因就是以往人類(lèi)對(duì)自然的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。工業(yè)文明以來(lái)，人類(lèi)憑借自認(rèn)為先進(jìn)的“高科技”試圖主宰、征服自然，這種嚴(yán)重錯(cuò)誤的觀念和行為雖然帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)的飛躍，但造成的環(huán)境問(wèn)題卻是不可彌補(bǔ)的。人類(lèi)是生物界中的一分子，因此必須與自然界和諧共生，共同發(fā)展。

生態(tài)學(xué)基本原理的應(yīng)用思路3)、生態(tài)倫理道德觀

大量而隨意地破壞環(huán)境、消耗資源的發(fā)展道路是一種對(duì)后代和其他生物不負(fù)責(zé)任和不道德的發(fā)展模式。新型的生態(tài)倫理道德觀應(yīng)該是發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)還要考慮這些人類(lèi)行為不僅有利于當(dāng)代人類(lèi)生存發(fā)展，還要為后代留下足夠的發(fā)展空間。

生態(tài)學(xué)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用1)、環(huán)境質(zhì)量的生物監(jiān)測(cè)與生物評(píng)價(jià)

目前環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測(cè)手段主要有化學(xué)監(jiān)測(cè)和儀器監(jiān)測(cè)，它們都存在著單一性和不連續(xù)性，很難反映出污染的綜合和真實(shí)狀況，而生物監(jiān)測(cè)可以反映環(huán)境中各污染物質(zhì)的綜合影響，還能反映環(huán)境污染的歷史狀況，因此在國(guó)內(nèi)外已得到廣泛應(yīng)用。2)、闡明污染物質(zhì)在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律

污染物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境后，隨著生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，在復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)中不斷地遷移、轉(zhuǎn)化、積累富集，通過(guò)對(duì)污染物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究，可以了解污染物對(duì)環(huán)境的危害及其后果，并可能利用生態(tài)系統(tǒng)的自?xún)裟芰οh(huán)境污染。生態(tài)學(xué)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用3)、為環(huán)境容量和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的制定提供依據(jù)

環(huán)境容量是指環(huán)境對(duì)污染物的最大允許量，也就是環(huán)境在生態(tài)和人體健康極限值以下所能容納的污染物問(wèn)題。它是制定環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境法規(guī)的依據(jù)。4)、考慮生態(tài)學(xué)規(guī)律制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)計(jì)劃，從根本上解決環(huán)境問(wèn)題

在制定經(jīng)濟(jì)計(jì)劃的同時(shí)，必須考慮到自然資源的提供能力以及自然環(huán)境對(duì)產(chǎn)生廢物的容納能力，這樣才能使生產(chǎn)和環(huán)境都步入良性循環(huán)。

生物多樣性保護(hù)生物多樣性：biodiversity定義：

生物多樣性是大自然物種擁有程度的一種衡量。生物多樣性及其意義生物多樣性反映了地球上包括植物、動(dòng)物、微生物等在內(nèi)的一切生命都有各不相同的特征及生存環(huán)境，它們相互間存在著錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系。生物多樣性包括：物種多樣性、遺傳多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性。1992年6月，聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展大會(huì)，簽署了全球的《生物多樣性公約》。一個(gè)基因可能關(guān)系到一種生物的興衰，一個(gè)物種可能影響一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)命脈，一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)可能改變一個(gè)地區(qū)的面貌。保護(hù)生物多樣性就是保護(hù)人類(lèi)自己！

生物多樣性保護(hù)生物多樣性表現(xiàn)的是千千萬(wàn)萬(wàn)的生物種類(lèi)。在地球上熱帶雨林中生活著全世界半數(shù)以上的物種(約500萬(wàn)種)，因此，那里的生物多樣性最為豐富。生物多樣性具有很高的價(jià)值，它不僅可以為工業(yè)提供原料，如膠、油脂、芳香油、纖維等，還可以為人類(lèi)提供各種特殊的基因，如耐寒抗病基因，使培育動(dòng)植物新品種成為可能。許多野生動(dòng)植物還是珍貴的藥材，為治療疑難病癥提供了可能。隨著環(huán)境的污染與破壞，比如森林砍伐、植被破壞、濫捕亂獵等，目前世界上的生物物種正在以每天幾十種的速度消失。這是地球資源的巨大損失，因?yàn)槲锓N一旦消失，就永不再生。消失的物種不僅會(huì)使人類(lèi)失去一種自然資源，還會(huì)通過(guò)食物鏈引起其他物種的消失。視頻對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的模擬-“生物圈二號(hào)”

對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)的多樣性、復(fù)雜性和穩(wěn)定性的關(guān)系的研究，規(guī)模最大的是目前由美國(guó)哥倫比亞大學(xué)管理的人工模擬生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性試驗(yàn)裝置Biosphere2(生物圈二號(hào))，其命名的內(nèi)在含義指地球是生物圈一號(hào)。對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的模擬-“生物圈二號(hào)”

生物圈2號(hào)（Biosphere2）是美國(guó)建于亞利桑那州圖森市以北沙漠中的一座微型人工生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，它由美國(guó)前橄欖球運(yùn)動(dòng)員約翰?艾倫發(fā)起，并與幾家財(cái)團(tuán)聯(lián)手出資，委托空間生物圈風(fēng)險(xiǎn)投資公司承建，歷時(shí)8年，耗資1.5億美元。

生物圈2號(hào)計(jì)劃設(shè)計(jì)在密閉狀態(tài)下進(jìn)行生態(tài)與環(huán)境研究，幫助人類(lèi)了解地球是如何運(yùn)作，并研究在仿真地球生態(tài)環(huán)境的條件下，人類(lèi)是否適合生存的問(wèn)題。目的是：觀察空氣、水和廢物在一個(gè)封閉的環(huán)境中怎樣有效地進(jìn)行再循環(huán)，以及評(píng)價(jià)在這樣的實(shí)驗(yàn)條件下，是否能夠創(chuàng)造出一個(gè)穩(wěn)態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)，以尋找維持生存和凈化環(huán)境的有效途徑。為了盡量貼近自然環(huán)境，該圈中的土壤、草皮、海水、淡水均取自外界的不同地理區(qū)間，通過(guò)一定的人工處理再利用。例如，實(shí)驗(yàn)用的海水是將運(yùn)進(jìn)來(lái)的海水和淡水按照適當(dāng)比例配制而成的，利用了制造人工風(fēng)雨的裝置等。

該裝置設(shè)立的初衷是在一個(gè)密封的環(huán)境里引入3800多種生物，模擬構(gòu)成地球上的多種有代表性的生態(tài)系統(tǒng)，希望藉此實(shí)現(xiàn)內(nèi)部生態(tài)的自主循環(huán)。但是試驗(yàn)開(kāi)始后不久，裝置內(nèi)的大氣氧含量就急劇下降，以至于不得不多次與外界交換空氣，一年以后，所引入的物種死亡了1/4，原定實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)視頻實(shí)驗(yàn)得出的重