自然资源学第五章

1、第五章第五章 自然资源生态过程自然资源生态过程l了解资源过程所涉及的生态学及人类生态学的一些基了解资源过程所涉及的生态学及人类生态学的一些基 本概念和理论本概念和理论认识生态系统中能量和物质的来源，循环及其与人类认识生态系统中能量和物质的来源，循环及其与人类 活动的关系。活动的关系。理解生物生产力对于资源过程的意义、生物多样性的理解生物生产力对于资源过程的意义、生物多样性的 作用以及种群增长和控制等。作用以及种群增长和控制等。同时对理解自然资源利用与生态系统中熵的关系。同时对理解自然资源利用与生态系统中熵的关系。 重点：重点：n生态学，生态系统中的能量转换与网络关系。生态学，生态系统中的能量转

2、换与网络关系。n认识自然资源利用与生态系统中熵的关系及人认识自然资源利用与生态系统中熵的关系及人类在其中所起的调控作用。类在其中所起的调控作用。 n人的命脉在于田；人的命脉在于田；n田的命脉在于水；田的命脉在于水；n水的命脉在于山；水的命脉在于山；n水的命脉在于土；水的命脉在于土；n土的命脉在于树。土的命脉在于树。2012年河南公务员考试行测真题第一节第一节 生态学基本概念生态学基本概念一一、生态系统、生态系统1 1、生态学与生态系统、生态学与生态系统 生态学是研究生物（包括人类）之间、生物生态学是研究生物（包括人类）之间、生物与无机环境之间相互作用的科学。与无机环境之间相互作用的科学。 人类

3、生态学：研究人类与其环境关系。人类生态学：研究人类与其环境关系。 人类生态学的一个基本原理：人类生态学的一个基本原理：任何生态系统任何生态系统对其所能支持的生命物质总量都有一个自然极限；对其所能支持的生命物质总量都有一个自然极限；在这个自然极限范围内，人类文化的调整起着极在这个自然极限范围内，人类文化的调整起着极大的作用。大的作用。 生态系统？生态系统？生产者生产者环境环境分解者分解者消费者消费者自然界的任何范围，只要有活生命有自然界的任何范围，只要有活生命有机体与非生命物质相互作用，机体与非生命物质相互作用，并在其间产生能量转化物质交换并在其间产生能量转化物质交换（odum,1959）。）。

4、2 2、生态系统组成、生态系统组成v自然资源过程研究必然要自然资源过程研究必然要涉及到各种自然要素之间涉及到各种自然要素之间的联系，尤其是活生命物的联系，尤其是活生命物质与其非生物环境之间的质与其非生物环境之间的相互作用，还包括人对自相互作用，还包括人对自然系统的影响。然系统的影响。v生态系统的概念要注意两生态系统的概念要注意两点：即这一概念可用于任点：即这一概念可用于任何尺度上；二是生态系统何尺度上；二是生态系统内成分的复杂作用。内成分的复杂作用。青藏高原的高寒草甸长江黄河每年从青海省带走的泥沙量10几亿人的救命稻草野生水稻二、人类生态系统二、人类生态系统v1 1、生物圈、智能圈与人类生、生

5、物圈、智能圈与人类生态系统态系统 生态圈：地球及其所有生态圈：地球及其所有生态系统的总称，是人类赖以生态系统的总称，是人类赖以生存的环境。生存的环境。 生物圈：地球表层由生生物圈：地球表层由生命控制的完整动态系统，其范命控制的完整动态系统，其范围包括岩石圈、水圈和气圈相围包括岩石圈、水圈和气圈相互交汇的整个地球表层。互交汇的整个地球表层。 自然自然-生生态系统态系统经济经济-技技术系术系统统社 会社 会 - 政政治治 系统系统人类生人类生态系统态系统人类生态系统人类生态系统智能圈：指超越生物圈的生灵圈，又被称智能圈：指超越生物圈的生灵圈，又被称为理智圈，即受人类控制和影响的生物圈，为理智圈，即

6、受人类控制和影响的生物圈，包括农业圈（农业生态系统）和技术圈（工包括农业圈（农业生态系统）和技术圈（工业生态系统）。业生态系统）。 人类圈：是现代生物圈的一部分，或人类圈：是现代生物圈的一部分，或生物圈发展的现阶段。生物圈发展的现阶段。2 2、生态系统服务功能与人类福利、生态系统服务功能与人类福利 供给功能供给功能：指人类从生态系统中获得的各种产品：指人类从生态系统中获得的各种产品 调节功能调节功能：指人类从生态系统过程的调节作用获得的：指人类从生态系统过程的调节作用获得的收益收益 文化功能文化功能：指通过丰富精神生活、发展认知、大脑思：指通过丰富精神生活、发展认知、大脑思考、消遣娱乐、以及美

7、学欣赏等方式，从而使人类从生态系考、消遣娱乐、以及美学欣赏等方式，从而使人类从生态系统获得的非物质效益统获得的非物质效益 支持功能支持功能：指生态系统生产和支撑其他服务功能的基：指生态系统生产和支撑其他服务功能的基础功能础功能 人类福利：具有多重成分，包括维持高质量的生活所人类福利：具有多重成分，包括维持高质量的生活所需的基本物质条件、自由权与选择权、健康、良好的社会关需的基本物质条件、自由权与选择权、健康、良好的社会关系，以及安全等。通过与生态系统之间可持续的相互作用，系，以及安全等。通过与生态系统之间可持续的相互作用，人类可以提高自己的福利水平。人类可以提高自己的福利水平。第二节第二节 生

8、态系统中的能量和物质生态系统中的能量和物质v能量是生态系统的驱动力能量是生态系统的驱动力v掌握能量的输入和输出途掌握能量的输入和输出途径及其限制因素，以达到径及其限制因素，以达到高产目的，设法调整生态高产目的，设法调整生态系统的能量分配关系，使系统的能量分配关系，使能量流向对人类最有益的能量流向对人类最有益的部分。部分。一、一、 生态系统中的能量流动生态系统中的能量流动3.0肉食类动物肉食类动物3.0植食类植食类动物动物15.015.00.5分解者分解者3.0 微量微量呼吸作用呼吸作用 23.0 4.5 1.8生产者生产者111.0cal/(cm2 2.a)未固定未固定118761cal/(c

9、m2 2.a)太阳能太阳能118872cal/(cm2.a) 71.2未利用未利用70.0总计总计:29.3总计总计:3.5总计总计:78.2由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为由第二营养级传递给第三营养级效率为由第二营养级传递给第三营养级效率为流经生态系统的总能量：流经生态系统的总能量：13.5%20%111 cal/(cm2.a)生产者通过光合作用固定太阳能生产者通过光合作用固定太阳能生产者固定的太阳能的总量生产者固定的太阳能的总量1.11.1能量流动的起点能量流动的起点1.21.2流经生态系统的总能量流经生态系统的总能量1.31.3能量流动的途

10、径能量流动的途径( (渠道渠道) )1.41.4能量的散失能量的散失食物链和食物网食物链和食物网主要是通过呼吸作用主要是通过呼吸作用1.51.5能量流动的特点及传递效率能量流动的特点及传递效率1 1、生态系统的能量流动、生态系统的能量流动过程及特点过程及特点单向流动，逐级递减；传递效率一般为单向流动，逐级递减；传递效率一般为10%10%研究能量传递规律的热力学定律研究能量传递规律的热力学定律热力学第一定律，又称为能量守恒与转化原理热力学第一定律，又称为能量守恒与转化原理. . （ Energy Conservation Law Energy Conservation Law ） 能量可从一种形

11、式转换成另一种形式，但能量即不能增能量可从一种形式转换成另一种形式，但能量即不能增加也不会减少。加也不会减少。 如太阳辐射能，通过绿色植物的光合作用转变为存在于如太阳辐射能，通过绿色植物的光合作用转变为存在于有机物质化学键中的化学潜能；动物通过消耗自身体内贮有机物质化学键中的化学潜能；动物通过消耗自身体内贮存的化学潜能变成爬、跳、飞、游的机械能。存的化学潜能变成爬、跳、飞、游的机械能。研究能量传递规律的热力学定律研究能量传递规律的热力学定律热力学第二定律热力学第二定律 表达有关能量传递方向和转换效率的规律。表达有关能量传递方向和转换效率的规律。 自然界中任何形式的能最终归宿是热能，且不可逆。自

12、然界中任何形式的能最终归宿是热能，且不可逆。任何一种能量的转换，总有一些能量损失掉，一种形式的任何一种能量的转换，总有一些能量损失掉，一种形式的能绝不会全部转换成另一种形式的能。能绝不会全部转换成另一种形式的能。能量流动特点能量流动特点v生态系统能量的流动是单一方向的（生态系统能量的流动是单一方向的（one way flow one way flow of energyof energy）。能量以光能的状态进入生态系统后，）。能量以光能的状态进入生态系统后，就不能再以光的形式存在，而是以热的形式不断地就不能再以光的形式存在，而是以热的形式不断地逸散于环境中。逸散于环境中。v能量是逐级递减的过程

13、：（能量是逐级递减的过程：（1 1）各营养级消费者不）各营养级消费者不可能百分之百地利用前一营养级的生物量；（可能百分之百地利用前一营养级的生物量；（2 2）各营养级的同化作用也不是百分之百的，总有一部各营养级的同化作用也不是百分之百的，总有一部分不被同化；（分不被同化；（3 3）生物在维持生命过程中进行新）生物在维持生命过程中进行新陈代谢，总要消耗一部分能量。陈代谢，总要消耗一部分能量。食物链中的能量过程食物链中的能量过程v可以用金字塔现可以用金字塔现象表示生态系统象表示生态系统中的各营养级个中的各营养级个体数量，生物量体数量，生物量和能量关系。和能量关系。3 3、生态系统中的能量转换及其网

14、络关系、生态系统中的能量转换及其网络关系v各营养级上都有复杂的营各营养级上都有复杂的营养关系，所以这些关系连养关系，所以这些关系连接起来，就形成所谓食物接起来，就形成所谓食物网。若再考虑其他一些关网。若再考虑其他一些关系，如对空间的竞争关系系，如对空间的竞争关系和其他竞争形式，那么实和其他竞争形式，那么实际生态系统中的关系就扩际生态系统中的关系就扩展为图中网络。展为图中网络。二、生态系统中的无机物二、生态系统中的无机物生态系统中氮的循环生态系统中氮的循环生态系统中氮循环主要途径生态系统中氮循环主要途径nitrificationdenitrificationNitrogen fixcation总

15、结总结v陆地生态系统存储碳陆地生态系统存储碳2.282.28亿吨，森林生态系亿吨，森林生态系统存储统存储1.141.14亿吨。亿吨。v意义？意义？生态系统中磷的循环生态系统中磷的循环几种重要无机物几种重要无机物v了解生态系统中氮、氧、碳和一些主要的矿物元素来源。了解生态系统中氮、氧、碳和一些主要的矿物元素来源。v无机物循环及其重要环节无机物循环及其重要环节 与能量流不同，在天然状态下，营养物质流大部分保存在与能量流不同，在天然状态下，营养物质流大部分保存在生态系统内，少部分由径流带出系统外。生态系统内，少部分由径流带出系统外。v人类活动对生态系统物质循环的作用人类活动对生态系统物质循环的作用

16、加速自然界的物质循环；加速自然界的物质循环； 地壳元素加速向海洋迁移；地壳元素加速向海洋迁移； 因此，在资源过程中设法扭转这种趋势，使营养物质因此，在资源过程中设法扭转这种趋势，使营养物质向海洋中的迁移向海洋中的迁移“短路短路”。第三节第三节 生物的资源意义生物的资源意义一一 、生物生产力及其资源意义、生物生产力及其资源意义1 1、净第一性生产、净第一性生产 第一性生产力是绿色植物呼吸后所剩下的单位第一性生产力是绿色植物呼吸后所剩下的单位面积单位时间内所固定的能量或所生产的有机物面积单位时间内所固定的能量或所生产的有机物质，即是总第一性生产量减去植物呼吸作用所剩质，即是总第一性生产量减去植物呼

17、吸作用所剩下的能量或有机物质下的能量或有机物质表表6-16-1）。）。净第一性生产虽然不净第一性生产虽然不能全部直接获取，代表了一个地区或国家在一个长时期能全部直接获取，代表了一个地区或国家在一个长时期里的可更新生物资源，也显示了一个国家对生物产品的里的可更新生物资源，也显示了一个国家对生物产品的自给程度自给程度。1.11.1初级生产的基本概念：初级生产的基本概念：v生产过程：生产过程：生产者通过光合作用合成复杂的有机物生产者通过光合作用合成复杂的有机物质，使植物的生物量（包括个体数量和生长）增加；质，使植物的生物量（包括个体数量和生长）增加；消费者摄食植物已经制造好的有机物质（包括直接消费者

18、摄食植物已经制造好的有机物质（包括直接的取食植物和间接的取食食草动物和食肉动物），的取食植物和间接的取食食草动物和食肉动物），通过消化、吸收在合成为自身所需的有机物质，增通过消化、吸收在合成为自身所需的有机物质，增加动物的生产量。加动物的生产量。v初级生产（初级生产（primary productionprimary production）：）：自养生物的生自养生物的生产过程。产过程。1.21.2初级生产的生产效率初级生产的生产效率 达到最大光合效率时，固定的能量约占总辐射达到最大光合效率时，固定的能量约占总辐射能的能的9%9%。 在自然条件下，总初级生产效率很难超过在自然条件下，总初级生产效

19、率很难超过3%3%。全球平均为全球平均为0.2%-0.5%0.2%-0.5%。1.3 1.3 初级生产量的限制因素初级生产量的限制因素（一）陆地生态系统（一）陆地生态系统光照条件、温度、水分条件、光照条件、温度、水分条件、COCO2 2、营养物质、捕食、营养物质、捕食（二）水域生态系统（二）水域生态系统光照条件、营养物质、捕食光照条件、营养物质、捕食1.4 1.4 初级生产量的测定方法初级生产量的测定方法（一）收获量测定法（一）收获量测定法（二）氧气测定法（二）氧气测定法（三）（三）COCO2 2测定法测定法（四）放射性标记物质测定法（四）放射性标记物质测定法（五）叶绿素测定法（五）叶绿素测定

20、法2 2、第二性生产、第二性生产v第二性生产的测算法是用净生长效率：第二性生产的测算法是用净生长效率：净生长效净生长效率用于生长的能量率用于生长的能量消耗掉的能量消耗掉的能量。v可见第二性生产不仅受到第一性生产的限制，还可见第二性生产不仅受到第一性生产的限制，还受第一性产物被食草动物利用的程度以及它们转受第一性产物被食草动物利用的程度以及它们转化为动物组织的效果限制。化为动物组织的效果限制。v生物生产力的全部讨论对于资源过程的意义概括生物生产力的全部讨论对于资源过程的意义概括起来就是极限。起来就是极限。3、生态系统中的分解、生态系统中的分解3.13.1分解过程的性质分解过程的性质死的机物质的逐

21、步降解过程。还原为无机物，释放能量。死的机物质的逐步降解过程。还原为无机物，释放能量。意义：在建立和维持全球生态系统的动态平衡中，资源分解的意义：在建立和维持全球生态系统的动态平衡中，资源分解的主要作用是，通过死亡物质的分解，使营养物质再循环，给主要作用是，通过死亡物质的分解，使营养物质再循环，给生产者提供营养物质；维持大气中生产者提供营养物质；维持大气中COCO2 2浓度；稳定和提高土浓度；稳定和提高土壤有机质的含量，为碎屑食物链以后各级生物生产食物；改壤有机质的含量，为碎屑食物链以后各级生物生产食物；改善土壤物理性状善土壤物理性状3.2 分解过程的性质分解过程的性质分解过程：分解过程：（1

22、 1）碎化：把有机物质分解为颗粒状的碎屑。）碎化：把有机物质分解为颗粒状的碎屑。（2 2）异化：有机物在酶的作用下，进行生物化学的分解，从）异化：有机物在酶的作用下，进行生物化学的分解，从聚合体变成单体（如纤维素降解为葡萄糖）进而成为矿物聚合体变成单体（如纤维素降解为葡萄糖）进而成为矿物成分（如葡萄糖降为成分（如葡萄糖降为COCO2 2和和H H2 2O O）。）。（3 3）淋溶：可溶性物质被水淋洗出，完全是物理过程）淋溶：可溶性物质被水淋洗出，完全是物理过程。 3.3 分解者分解者v微生物：微生物中细菌和真菌是主要的分解者。动微生物：微生物中细菌和真菌是主要的分解者。动植物尸体的分解过程，一

23、般从细菌和真菌的入侵开植物尸体的分解过程，一般从细菌和真菌的入侵开始，在细菌体内和真菌菌丝体内酶系统作用下，利始，在细菌体内和真菌菌丝体内酶系统作用下，利用可溶性物质，主要是氨基酸和糖类的分解产物作用可溶性物质，主要是氨基酸和糖类的分解产物作为细菌和真菌的食物而被吸收，另一些继续保留在为细菌和真菌的食物而被吸收，另一些继续保留在环境中。环境中。动物类群动物类群v小型土壤动物小型土壤动物: :一般体宽在一般体宽在100m100m以下，包括线虫、轮虫、以下，包括线虫、轮虫、螨。不能碎裂枯枝落叶，属粘附类型。螨。不能碎裂枯枝落叶，属粘附类型。v中型土壤动物：一般体宽中型土壤动物：一般体宽100m2m

24、m 100m2mm ，包括蝉尾目昆虫、，包括蝉尾目昆虫、原尾虫、螨类、线蚓类、双翅目幼虫和一些小型鞘翅目昆虫，原尾虫、螨类、线蚓类、双翅目幼虫和一些小型鞘翅目昆虫，主要作用是调节微生物种群的大小和对大型动物粪便进行处主要作用是调节微生物种群的大小和对大型动物粪便进行处理和加工；理和加工；v大型和巨型土壤动物：主要包括各种取食枯枝落叶的节肢动大型和巨型土壤动物：主要包括各种取食枯枝落叶的节肢动物，如千足类、等足类、端足类的蜗牛、蚯蚓等，是碎裂植物，如千足类、等足类、端足类的蜗牛、蚯蚓等，是碎裂植物残叶和翻动土壤的主力。对有机物分解和土壤结构有明显物残叶和翻动土壤的主力。对有机物分解和土壤结构有明

25、显影响。影响。4 4、资源质量与分解作用的关系、资源质量与分解作用的关系v资源的物理、化学性质影响分解速率。资源的物理资源的物理、化学性质影响分解速率。资源的物理性质包括表面特性和机械结构，资源的化学性质则性质包括表面特性和机械结构，资源的化学性质则随其化学组成而不同。随其化学组成而不同。v化学成分影响分解速率：单糖化学成分影响分解速率：单糖 半纤维半纤维 纤维素纤维素 木木质素。质素。vC/NC/N比比5 5、理化环境对分解作用的影响、理化环境对分解作用的影响v温度高、湿度大的地带，有机质分解速率高，低温温度高、湿度大的地带，有机质分解速率高，低温干燥地带，分解速率低。分解速度随纬度增高而降

26、干燥地带，分解速率低。分解速度随纬度增高而降低（热带雨林低（热带雨林温带森林温带森林寒冷的冻原）；寒冷的冻原）；v分解生物的相对作用：无脊动物在地球上的分布随分解生物的相对作用：无脊动物在地球上的分布随纬度的变化呈现地带性的变化规律。低纬度热带地纬度的变化呈现地带性的变化规律。低纬度热带地区起作用的主要是大型土壤动物，其分解作用明显区起作用的主要是大型土壤动物，其分解作用明显高于温带和寒带；高纬度寒温带和冻原地区多为中、高于温带和寒带；高纬度寒温带和冻原地区多为中、小型动物，它们对物质分解起的作用很小。小型动物，它们对物质分解起的作用很小。二、生物多样性及其资源意义二、生物多样性及其资源意义生

27、物多样性的含义包括：生物多样性的含义包括：v 遗传多样性，包括一个物种内个体之间和种群之间的差别；遗传多样性，包括一个物种内个体之间和种群之间的差别；v 物种多样性，指一个区域内动植物和其他生物的不同类型；物种多样性，指一个区域内动植物和其他生物的不同类型；v 生物群落和生态系统多样性，指一个地区内各种各样的生生物群落和生态系统多样性，指一个地区内各种各样的生境；境；v 功能多样性，指在一个生态系统内生物的不同作用。功能多样性，指在一个生态系统内生物的不同作用。v每个水平的生物多样都具有实用价值；为我每个水平的生物多样都具有实用价值；为我们提供大量野生的和家养的植物、鱼类和动们提供大量野生的和

28、家养的植物、鱼类和动物产品用作药品、化妆品、工业品、燃料与物产品用作药品、化妆品、工业品、燃料与建筑材料、食物及其他物品；它们可以为人建筑材料、食物及其他物品；它们可以为人类提供多种服务类提供多种服务水、气体、营养物和其水、气体、营养物和其他物质的循环。他物质的循环。三、种群增长和控制三、种群增长和控制v对于生殖性种群（对于生殖性种群（breeding populationbreeding population）而言，）而言，种群增长可用下式表达：种群增长可用下式表达：N Nt t=N=N0 0e ertrt 。但是由于有环。但是由于有环境阻抗指数曲线总是在生境的承载能力值（境阻抗指数曲线总是

29、在生境的承载能力值（K K）上）上平展，这可用下式表达：平展，这可用下式表达：N Nt t=K/(1+e=K/(1+e-rt-rt) ) （逻辑增（逻辑增长曲线）长曲线）该方程应用该方程应用v罗基斯蒂增长方程（罗基斯蒂增长方程（logistic growth equationlogistic growth equation）和曲线对）和曲线对这种种群的自我调节进行了定量的描述。种群密度在这种种群的自我调节进行了定量的描述。种群密度在1/21/2环环境容纳量（境容纳量（K K）时的生产量是最高的。因为生产量是其现存）时的生产量是最高的。因为生产量是其现存量与增长率的乘积，在低于量与增长率的乘积，

30、在低于1/2K1/2K时虽然其增长率高，但其本时虽然其增长率高，但其本底，即生物现存量却很低，故其生产量现存量与增长率的乘底，即生物现存量却很低，故其生产量现存量与增长率的乘积并不高。只有当现存量及增长率均处于中值时，其生产才积并不高。只有当现存量及增长率均处于中值时，其生产才是最高的。是最高的。v培养凤眼莲净化和利用污水时，应用这一原则，采培养凤眼莲净化和利用污水时，应用这一原则，采取分区分批轮收办法，人为调控种群密度，根据凤取分区分批轮收办法，人为调控种群密度，根据凤眼莲的周转期（眼莲的周转期（turnover timeturnover time）为）为7 7天，将凤眼莲天，将凤眼莲种植区

31、分为种植区分为7 7块，每日轮收一块，每块收取一半，块，每日轮收一块，每块收取一半，使其种群密度保持在使其种群密度保持在1/2K1/2K的状态，的状态，7 7天后，当它增天后，当它增长到环境容纳量时，正好又轮收该块，又使之恢复长到环境容纳量时，正好又轮收该块，又使之恢复到到1/2k1/2k的状态，这样促使其亩产量高达的状态，这样促使其亩产量高达60T60T，比不，比不轮收者高两倍。轮收者高两倍。 2 2、限制因素、限制因素v环境阻抗又称限制因素，一切妨碍物种实环境阻抗又称限制因素，一切妨碍物种实现其全部种群增长潜力的环境要素在生态现其全部种群增长潜力的环境要素在生态学上称为限制因素。查理达尔文将限制因学上称为限制因素。查理达尔文将限制因素分为：素分为：食物供应、气候、疾病、异种捕食物供应、气候、疾病、异种捕食食。3 3、人口控制、人口控制对于人类种群的控制必须研究三个基本问题对于人类种群的控制必须研究三个基本问题v研究和了解人类种群的增长型研究和了解人类种群的增长型v定量测定人类种群的最适大小和结构定量测定人类种群的最适大小和结构v研究如何采取研究如何采取“文化调节文化调节”措施，尤其是在自然措施，尤其是在