第五章 生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)

第五講生態(tài)系統(tǒng)主講：湯潔第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的基本概念生態(tài)學(xué)：研究生物生存與其環(huán)境關(guān)系的學(xué)科稱作生態(tài)學(xué)。從人類角度考察生物與人類的關(guān)系或考慮對生物進(jìn)行保護(hù)時，總是把生物與其生存的環(huán)境作為一個整體看待，因而研究環(huán)境問題要依賴生態(tài)學(xué)的知識和方法。生態(tài)學(xué)包括個體生態(tài)學(xué)、種群生態(tài)學(xué)、群落生態(tài)學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)。2.種群(population)：種群是指某一地區(qū)中同種個體的集合群體。是生物群落的基本組成單元，如松鼠、楊樹。種群具有數(shù)量、空間分布和遺傳三種主要特征。種群密度和生物量是描述種群動態(tài)的常用參數(shù)。種群中生物的遷入遷出、繁殖率和死亡率、棲息地條件和人類干擾等因素，都影響種群的動態(tài)。3.群落：群落是生活在某一地區(qū)中所有種群的集合體，可分為植物群落、動物群落和微生物群落三大類。群落不是物種的簡單加和，而是一個由各種關(guān)系聯(lián)系在一起的整體。群落的外部形態(tài)特征常被作為劃分類型的依據(jù)。群落的結(jié)構(gòu)特征亦被用作判別其完整性的指標(biāo)。陸地植物群落中起主導(dǎo)和控制作用的物種稱作優(yōu)勢種，可用重要值和優(yōu)勢度表征。群落的生物量和物種多樣性常作為評價其優(yōu)劣或重要性的指標(biāo)。4.群落演替：指在一定地段上，群落由一個類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪活愋偷挠许樞虻难葑冞^程。在群落演替過程中，隨著群落功能結(jié)構(gòu)的變化，其生物量逐漸增加，生態(tài)等級提高，生物多樣性增加，環(huán)境功能亦隨之提高。制約因素：植物繁殖體的遷移、散布和動物的活動性；群落內(nèi)部的環(huán)境變化；種內(nèi)和種間關(guān)系的改變；外界環(huán)境條件的變化。研究群落演替規(guī)律、條件，可使人類科學(xué)地干預(yù)演替過程，促使自然演替加速進(jìn)行，亦可控制演替過程，使之向人類希望的方向發(fā)展。5.生物多樣性生物中的多樣化和變異性，以及物種生境的復(fù)雜性。（環(huán)境生態(tài)學(xué)）生物多樣性是一個有關(guān)大自然物種擁有程度的籠統(tǒng)術(shù)語，包括在給定的空間內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)、物種和遺傳基因的數(shù)量和出現(xiàn)率。生物多樣性有遺傳多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性（景觀多樣性）三個層次。龍舌蘭

克羅地亞發(fā)現(xiàn)的極度瀕危的淡水魚多鱗瑞士鯉

88年經(jīng)國家確認(rèn)我國有258種野生動物瀕臨滅絕。聯(lián)合國<<國際瀕危物種貿(mào)易公約>>列出的640種世界性瀕危物種中，我國占156種，約為總數(shù)的1/4。生物多樣性銳減

-動物

瀕危動物:

大熊貓滇金絲猴華南虎白暨豚朱鹮

1000只1000-1500只10頭100頭136只本世紀(jì)滅絕動物：普氏野馬高鼻羚羊…….接近滅絕動物：蒙古野驢野駱駝普氏原羚……

生物多樣性的保護(hù)對策：生物多樣性保護(hù)對策應(yīng)包括全球的、國家的、地區(qū)的和地方的等一系列不同層次。建立自然保護(hù)區(qū)與國家公園。遷地保護(hù)是將野生生物遷移到人工環(huán)境中或易地實(shí)施保護(hù)。建立種子庫和基因資源庫退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)生物多樣性的監(jiān)測環(huán)境和野生動植物保護(hù)法律6.生態(tài)系統(tǒng)：生態(tài)系統(tǒng)是指生命系統(tǒng)與非生命系統(tǒng)在特定的空間組成的具有一定結(jié)構(gòu)與功能的系統(tǒng)。是一定空間內(nèi)由生物成分和非生物成分組成的一個生態(tài)學(xué)功能單位。

生態(tài)系統(tǒng)中，生物與生物、生物與環(huán)境，各個環(huán)境因子之間相互聯(lián)系、相互影響、相互制約，通過能量流動、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞結(jié)合成一個完整的綜合系統(tǒng)。

超過半數(shù)的生物群落區(qū)，其地表面積的20%-50%已經(jīng)轉(zhuǎn)為農(nóng)田。1950年以來，土地變化最快的是熱帶旱地闊葉林，其次是溫帶草原、洪泛草原和南非大草原。生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)具有能量流動、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞三大功能具有自我調(diào)節(jié)能力為一種動態(tài)系統(tǒng)

生態(tài)系統(tǒng)特點(diǎn)

生態(tài)系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是物質(zhì)的循環(huán)和能量的流動。此外，還有如下特點(diǎn)：生態(tài)系統(tǒng)整體性生態(tài)系統(tǒng)的開放性生態(tài)系統(tǒng)的區(qū)域分異性生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)性生態(tài)系統(tǒng)的組成

在地球生物圈，各種生物物質(zhì)結(jié)合在一起形成各種有機(jī)體，這些有機(jī)體就按照細(xì)胞→個體→種群→群落→生態(tài)系統(tǒng)的順序而趨于復(fù)雜化。

生產(chǎn)者（綠色植物、消化細(xì)菌）生物消費(fèi)者（動物）分解者（還原者）生態(tài)系統(tǒng)非生物環(huán)境（水、土、空氣、巖石）非生物物質(zhì)代謝原料（CO2、無機(jī)鹽等）消費(fèi)者初級消費(fèi)者次級消費(fèi)者三級消費(fèi)者

將有機(jī)物分解為無機(jī)物供生產(chǎn)者再次利用。包括細(xì)菌和真菌等腐生生物。分解者

生態(tài)系統(tǒng)的類型

自然生態(tài)系統(tǒng)：未受人為干擾或人工扶持，在一定空間和時間范圍內(nèi)依靠生物及其環(huán)境本身的自我調(diào)節(jié)來維持相對穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。例如森林、草原、荒漠和陸地水域、海洋及濕地生態(tài)系統(tǒng)。人工生態(tài)系統(tǒng)：按照人類需求建立起來的，或受人類活動強(qiáng)烈干擾的生態(tài)系統(tǒng)。如城市生態(tài)系統(tǒng)。半自然生態(tài)系統(tǒng)：介于人工和自然生態(tài)系統(tǒng)之間的生態(tài)系統(tǒng)。例如農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、天然放牧草原、人類經(jīng)營管理的天然林。分類功能分類：生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者地理?xiàng)l件分類：水生生態(tài)系統(tǒng)：海洋、淡水（湖泊和河流）陸地生態(tài)系統(tǒng)：森林、草原、荒漠、高山二、食物鏈與食物網(wǎng)食物鏈：各種生物之間存在取食與被取食的關(guān)系為食物鏈。捕食食物鏈（植物為起點(diǎn)）和碎屑食物鏈（腐屑為起點(diǎn)）。一個食物鏈的例子

“螳螂捕蟬，黃雀在后”植物蟬(初級消費(fèi)者)

螳螂(二級消費(fèi)者)黃雀(三級消費(fèi)者)鷹(四級消費(fèi)者)(頂極食肉動物)陸地生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈二級消費(fèi)者一級消費(fèi)者生產(chǎn)者分解者

食物鏈的類型捕食食物鏈：以活的動植物為起點(diǎn)的食物鏈，如草食動物、各級食肉動物。

牧草→羊、?！?/p>

以綠色植物為起點(diǎn)，是活的生物體。又可分為陸域型和水域型。碎食食物鏈：以碎食食物為基礎(chǔ)，碎食是指高等植物的枯枝落葉等被其他生物利用，分解成碎屑，然后再被多種動物吃掉。

碎食食物→碎食食物消費(fèi)者→小型肉食性動物→大型肉食動物

食物鏈的類型腐食食物鏈：以動、植物殘體為起點(diǎn)，從死亡的有機(jī)體或腐屑開始，被土壤和水體中的微生物分解。

動植物殘體→細(xì)菌和真菌微生物寄生型食物鏈：以活的生物為寄主，奪取寄主的物質(zhì)和能量來維持生存。體型越來越小，數(shù)量越來越多。

植物→動物→寄生物→更小的寄生物

食物鏈的特征食物鏈的長度通常不超過6個營養(yǎng)級，最常見的4—5個營養(yǎng)級，因?yàn)槟芰垦厥澄镦溋鲃訒r不斷流失；食物鏈越長，最后營養(yǎng)級位所獲得的能量也越少。因?yàn)閺钠瘘c(diǎn)到終點(diǎn)經(jīng)過的營養(yǎng)級越多，其能量損耗也就越大；食物鏈或食物網(wǎng)的復(fù)雜程度與生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接相關(guān)；生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈不是固定不變的，它不僅在進(jìn)化歷史上有改變，在短時間內(nèi)也會發(fā)生變化。食物網(wǎng)食物網(wǎng)(foodweb)：生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈很少是單條、孤立出現(xiàn)的，它往往是交叉鏈索，形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)－食物網(wǎng)，即：自然界中生物間的捕食關(guān)系稱為食物網(wǎng)反映了生態(tài)系統(tǒng)中各生物有機(jī)體之間的營養(yǎng)位置和相互關(guān)系。

一個生態(tài)系統(tǒng)中有許多條食物鏈，組成一個食物網(wǎng)。生態(tài)系統(tǒng)中生物的種類越多，數(shù)量越大，食性越雜，則食物鏈越多，食物網(wǎng)越復(fù)雜。食物網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)根據(jù)物種在食物網(wǎng)中所處的位置可分為三種基本類型：頂位種：沒有天敵的物種，又稱收點(diǎn)；中位種：既是捕食者，又是被食者；基位種：被食者，又稱源點(diǎn)。草原食物網(wǎng)示意圖三、營養(yǎng)級和生態(tài)金字塔某個營養(yǎng)級是食物鏈某個環(huán)節(jié)上一切生物的總和，是處在某一營養(yǎng)層次上一類生物和另一營養(yǎng)層次上另一類生物的關(guān)系。

營養(yǎng)結(jié)構(gòu)營養(yǎng)級（trophiclevel）

食物鏈上的每一個環(huán)節(jié)稱為營養(yǎng)階層或營養(yǎng)級，指處于食物鏈某一環(huán)節(jié)上的所有生物種的總和。食物鏈生產(chǎn)者初級消費(fèi)者次級消費(fèi)者三級消費(fèi)者第一營養(yǎng)級第二營養(yǎng)級第三營養(yǎng)級第四營養(yǎng)級四、生態(tài)系統(tǒng)的功能生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行 生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)行是由組成生態(tài)系統(tǒng)的生物群落或生物群落通過它們之間復(fù)雜的關(guān)系維系的，最重要的運(yùn)行過程如下：物質(zhì)循環(huán)能量流動信息傳遞調(diào)節(jié)反饋上述過程也稱作生態(tài)功能。（一）能量流動1、太陽能量能量輸入的來源————太陽能量太陽能量以電磁波形式輸入到地球－紫外線、可見光、近紅線。有47%到達(dá)地表，一部分返回大氣層，進(jìn)入地表生物圈中的能量作為生態(tài)系統(tǒng)中的基本能量。分布是不均一的：赤道多、北極少2、生態(tài)系統(tǒng)中能量的流動途徑：光合作用和有機(jī)成分的輸入呼吸的熱消耗和有機(jī)物的輸出規(guī)律：符合熱力學(xué)第一定律：能量守恒定律符合熱力學(xué)第二定律：在自然條件下熱量只能從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移。即：在生態(tài)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)化、作功、消耗的動態(tài)規(guī)律

能量在生態(tài)系統(tǒng)中流動的特點(diǎn)生產(chǎn)者即綠色植物對太陽能的利用率很低，只有1.2%；能量朝單一方向流動；在流動中不斷減少，而通過每一營養(yǎng)級以熱的形式散失；各消費(fèi)者之間的利用率為10%；能量的產(chǎn)生和消耗達(dá)到平衡，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能才能平衡。生態(tài)系統(tǒng)能流模型（Odum,1959)（二）物質(zhì)循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)主要指C、N、P、S的物質(zhì)循環(huán)氣體循環(huán)在生態(tài)系統(tǒng)中的氣體循環(huán)主要是氮和碳的循環(huán)，從氮的循環(huán)來看，其中一部分為礦質(zhì)養(yǎng)分的循環(huán)。碳的循環(huán)則是在光合作用過程中，綠色植物直接從大氣中吸收二氧化碳，結(jié)合成碳水化合物分子，然后經(jīng)過消費(fèi)者和分解者，在呼吸和殘體腐爛分解時再進(jìn)入大氣。水循環(huán)在生態(tài)系統(tǒng)中，一切生命有機(jī)體大部分是由水組成，水又是生態(tài)系統(tǒng)中能量流支與物質(zhì)循環(huán)的介質(zhì)，對調(diào)節(jié)氣候和凈化環(huán)境也起到重要的作用。水分通過水面、陸面的蒸發(fā)和植物葉面的蒸騰進(jìn)入大氣中，大氣中的水分遇冷凝結(jié)成雨、雪等降落到地面，其中一部分流經(jīng)河川重返大海，一部分滲入地下或被植物所吸收，這就是自然界的水循環(huán)。

生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)及能流和物流間的關(guān)系生產(chǎn)者(綠色植物)消費(fèi)者(動物)還原者(細(xì)菌、真菌)放牧系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)分解系統(tǒng)死有機(jī)物太陽輻射能呼吸散失呼吸散失生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)(能量流動)能流物流環(huán)境(土壤、空氣、水)生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)(物質(zhì)循環(huán))（三）信息傳遞物理信息化學(xué)信息營養(yǎng)信息行為信息信息傳遞（1）營養(yǎng)信息

營養(yǎng)交換把信息從一個種群傳遞到另一個種群。如富營養(yǎng)化的過程就是一個例子，污水排入池塘后，促使水體中植物營養(yǎng)物含量增加，將導(dǎo)致各種藻類大量繁殖，隨著有機(jī)物質(zhì)的分解和藻類等水生生物大量耗氧，致使水體嚴(yán)重缺氧，影響魚類死亡。（２）物理化學(xué)信息

信息可以通過聲、色和外激素等物理和化學(xué)現(xiàn)象傳導(dǎo)。生物界的許多動物具有靠超聲波傳達(dá)和接受信息的導(dǎo)航、通信器官，這些特點(diǎn)在仿生學(xué)中得到了應(yīng)用?；瘜W(xué)信息-昆蟲的信息激素，又稱外激素，如雄蛾很容易通過性外激素找到雌蛾，科學(xué)家應(yīng)用這種性外激素誘殺害蟲收到了很好的效果。

（四）生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境功能

生態(tài)系統(tǒng)是支持人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，生態(tài)系統(tǒng)作為人類的環(huán)境而對人類的服務(wù)價值稱作