环境学概论第二章生态学基础.ppt

第二章第二章 生态学基础生态学基础 生态学研究对象 v 传统的生态学要在有机体（Organism） 、种群（Population）、群落（Community） 和生态系统（Ecosystem）水平上探索生命系 统的奥秘。因此，生态学是以生物个体、种 群、群落和生态系统甚至是生物圈（ Biosphere）作为它的研究对象。 生态学是一门研究生物与其生活环境相互关系的科 学，是生物学的主要分支之一。 生态学的层次 分 细 组 器 个 种 群 生 生 子 胞 织 官 体 群 落 态 物 系 圈 统 生态学的分支 v按生命层次：分子（基因）、细胞、器官、个体 、种群、群落、生态系统、景观、生物圈和全球生 态学。 v生物分类：动物、植物、微生物、昆虫、鱼类等 ； v按栖所：淡水、海洋、河口、陆地、森林、草地 、荒漠等； v边缘科学：数学生态学、化学生态学、进化生态 学、生理生态学、经济生态学、生态经济学、环境 生态学； v应用生态学：农业、渔业、污染生态学等。 第一节 生态系统的基本概念及类型 v一、生态系统 v1 生态系统的概念 种群（Population）：同一物种在一定空间和一定时 间的个体的集合体. 是具有潜在互配能力的个体 群落（Community）：在一 定的自然区域中许多不同 种的生物的总和 。 生态系统（Ecosystem）任何一个生物群落 与其周围 非生物环境的综合体 ：指在一定的空间内，生物成分和 非生物成分通过物质循环和能量流动互相作用、互相依 存而构成的一个生态学功能单位，这个生态学功能单位 称生态系统 一、生态系统 v2 生态系统的特性 在生态系统中，各种生物彼此间以及生物和 非生物间相互作用，不断进行着物质循环、能量 流动和信息传递。 具有自我调节能力。系统内物种数目越多， 结构越复杂，自我调节能力越强。 是一种动态系统，任何生态系统都有其发生 和发展的过程，经历着由简单到复杂，从幼年到 成熟的进化阶段。 3 生态系统的组成和作用 v无机物 v有机化合物 v气候因素 v生产者 (producer) v消费者 (consumer) v分解者 (还原者) (decomposer) 六大组成成分 l生产者：自养生物，主 要是各种绿色植物，也包 括蓝绿藻和一些能进行光 合作用的细菌。 l消费者：异养生物，主 要指以其他生物为食的各 种动物。 l分解者：异养生物，把 复杂的有机物分解成简单 无机物，包括细菌、真菌 、放线菌和动物等。 非生物成分 生物成分 (生物群落) 三大功能群 4 生态系统的类型 v按生态系统的环境性质和形态特征分： （a）陆地生态系统：自然生态系统（森林生 态系统、草原生态系统、荒漠生态系统等）和人 工生态系统（农田、城市、工矿区等）； （b）淡水生态系统：包括湖泊、河流、水库 等； （c）海洋生态系统：包括海岸、河口、浅海 、大洋、海底等。 一个简化了的陆地生态系统 一个简化了的池塘生态系统 5 生态系统的结构 构成生态系统的各组成部分，各种 生物的种类、数量和空间配置，在一定时期内 均处于相对稳定的状态，使生态系统能够各自 保持一个相对稳定的结构。主要有形态结构和 营养结构。 （a）形态结构：生物的种类、种群数量、种 的空间配置（水平分布、垂直分布）、种的时 间变化。 （b）营养结构：生态系统各组成部分之间建 立起来的营养关系。是生态系统能量流动和物 质循环的基础。 生产者 （绿色植物 ） 还原（分解）者 （细菌、真菌） 消费者 （动物） 环境 （土壤、空气、水） 生态系统营养结构模式图 6 营养结构-食物链及营养级trophic level （a）食物链food chain和食物网 所谓食物链，就是一种生物以另一 种生物为食，彼此形成一个以食物连接起来的 链锁关系。 在一个生态系统中，食物关系往往很 复杂，各种食物链互相交错，形成食物网。能 量的流动、物质的迁移和转化都是通过食物链 和食物网进行的。 一个食物链的例子 “螳螂捕蝉，黄雀在后” （ （ 据周立志） 植物 蝉 (初级消费者) 螳螂 (二级消费者) 黄雀 (三级消费者) 鹰 (四级消费者) (顶极食肉动物) （b）营养级 营养级：食物链的各个环节。 生产者为第一营养级，依次是第二、第 三、第四营养级，一般不超过七级。低位 营养级的能量仅有10（水生系统）被上 一个营养级利用。 在数量上，第一营养级就必须大大超过 第二营养级，逐渐递减，就造成了生物数 目金字塔、生物量金字塔、生产率金字塔 。 食物链的特征 食物链的长度通常不超过6个营养级，最常 见的45个营养级，因为能量沿食物链流动时 不断流失； 食物链越长，最后营养级位所获得的能量也 越少。因为从起点到终点经过的营养级越多， 其能量损耗也就越大； 注意： 营养级 之间的能量转化效率约为110，只是针对湖泊等水域生态系统的经 验性法则； 不同生态系统的能量转化效率差别很大； 森林约为5、草地是 25左右，浮游生物占优势的群落可达50。 食物链的特征 食物链或食物网的复杂程度与生态系统的稳 定性直接相关； 生态系统中的食物链不是固定不变的，它不 仅在进化历史上有改变，在短时间内也会发生 变化。 食物网 v食物网 (food web)：生态系统中的 食物链很少是单条、孤立出现的，它 往往是交叉链索，形成复杂的网络结 构食物网。 食物链和食物网的意义 v食物链是生态系统营养结构的形象体现； v生态系统中能量流动和物质循环正是沿着食物链 和食物网进行的； v食物链和食物网还揭示了环境中有毒污染物转移 、积累的原理和规律。 （c）生物放大作用 DDT在某水生食物链中的富集 生物积累（生长期积累 ） 生物富集（吸收浓缩） 生物放大（食物链放大） 第二节 生态系统的功能 能量流动：生产者消费者分解者 物质循环：生物 环境 信息传递：包括营养信息、化学信息 、 物理信息和行为信息等，构成信息网 。 生态系统的营养结构及能流和物流间的关系 （据周立志） 生产者 (绿色植物) 消费者 (动物) 还原者 (细菌、真菌) 放牧系统 净初级 生产 分解系统 死有机物 太 阳 辐 射 能 呼吸散失 呼吸散失 生态系 统的营 养结构 (能量 流动) 能 流 物 流 环境 (土壤、空气、水 ) 生态系 统的营 养结构 (物质 循环) 式 生态系统中的反馈（据周立志） 狼 狼 兔 兔 植物 植物 狼 饿 死 狼 吃 饱 吃了 较多 兔子 吃了 较少 兔子 兔 吃 饱 兔 饿 死 吃了 较少 的草 吃了 大量 的草 污染 鱼死亡 污染 鱼死亡 鱼死亡 污染 正反馈 负反馈 负反馈主要是指在受到外界影响或干扰后, 生态系统通过一系列的自我调节功能, 来减轻这种干扰或影响的程度,并力图 恢复到平衡或稳定状态的过程 一. 生态系统的物质循环 1 生物地化循环的概念 2 水循环 3 气体型循环 4 沉积型循环 5 有毒物质的迁移和转化 6 放射性核素循环 7 生物地化循环与人体健康 生物地化循环(biogeochemical cycle) 矿物元素在生态系统之间的输入和输出，它们 在大气圈、水圈、岩圈之间以及生物间的流动 和交换称生物地(球)化(学)循环，即物质循环 (cycling of material) 。 生物地化循环的类型 水循环 气体型循环 沉积型循环 2 水循环(aquatic cycle) 水循环的意义： 水是所有营养物质的介质； 水对物质是很好的溶剂； 水是地质变化的动因之一。 水循环的途径 人类活动对水循环的影响： 空气污染和降水； 改变地面，增加径流； 过度利用地下水； 水的再分布。 水循环示意图 西德地区的水循环示意图 （Clodius and Keller,1951） 3 气体型循环(gaseous cycle) 氧循环 碳循环 氮循环 氧循环(oxygen cycle) H2O+CO2 H2CO3 HCO3- +H+ CO2 HCO3- CO32 - Ca2+ CaCO3 O2 水体 臭氧层 沉积物 火 山 作 用 4FeO+O22FeO3 CO2 CO O2+2CO CO2 O2 O3 O2 O O2H OH H2O H2O O CO2 高能紫外辐射 碳循环(carbon cycle) 化 泥碳 煤 大气中CO2 CO2碳化作用 石油 水生植物 光合作用 腐烂 燃料 呼吸 作用 光合 作用 腐烂 扩散 氮循环(nitrogen cycle) 陆地陆地 其它 动植物 蓝藻 浅层死有机物 溶解死 有机物 土壤 中无 机氮 库 丢失于深 层沉积中 动植物 活体共生或 自由生活 的固氮 微生物 死有机体 陆地河流带走 生物固氮 大气库 N2 大气库 HN3,NO,NO2, N2O ， 工业固氮 （汽车,化肥,电厂） 脱氮 闪电 化学反应 海洋 火 山 作 用 降 水 大气 第三节 生态平衡 1、生态平衡的含义 （1）概念 任何一个正常的生态系统中，能量流动 和物质循环总是不断地进行着，但在一定 时期内，生产者、消费者和还原者之间都 保持着一种动态的平衡，这种平衡状态就 叫生态平衡。 1）生物种类类的组组成和数量比例相对稳 定； 2）非生物环境条件（如：空气、阳光、水 、土壤等）相对稳定。 1、生态平衡的含义 （2）生态平衡的原因 生态平衡内部具有自动调节的能力。 生态系统 的组成成分越多样，能量流动和物质循 环的途径越复杂，功能的完整性强，其调节能力也越 强。但是，一个生态系统的调节能力有一定 限度的， 超出了限度，调节就不再起作用，生态平衡就会遭到 破坏。 2、破坏生态平衡的因素 （1）自然原因 主要是指自然界发生的异常变化或自然界本 来就存在的对人类和生物 的有害因素。如火山 爆发、山崩海啸、水旱灾害、地震、台风、流 行病等自然灾害。 （2）人为因素 主要指人类对自然资源的不合理利用、工农 业发展带来的环境污染等 。主要有三种：物种 变化引起平衡的破坏；环境因素改变引起平衡 破坏；信息系统的破坏，引起平衡破坏。 生态破坏 水 土 流 失 沙 漠 化 、 荒 漠 化 土 壤 次 生 盐 碱 化 森 林 锐 减 草 场 退 化 、 土 地 退 化 生 物 多 样 性 的 减 少 湖 泊 的 富 营 养 化 第四节、生态学的一般规律 一、生态学的一般规律 1.相互依存与相互制约规律 反映了生物间的协调关系 （1）普遍的依存和制约“物物相关”规律 就是系统中各种生物间相互依存、相互制约关系是普遍存在的 ； （2）通过“食物”而相互联系与制约“