《环境科学概论》课件生态环境-last

1、生态环境生态学生态系统（组成、功能）生态平衡生态环境生态系统生态系统的组成生态系统的功能生态系统的能量流动与物质循环森林生态系统生态学的理解生态学原是一门研究生物与其生活环境相互关系的科学，是生物学的主要分科之一。初期偏重于植物，后来逐渐涉及动物，而有植物生态学和动物生态学之分。 由于人类对环境的影响，生态学扩展到人类生活和社会形态（如城市生态），把人作为物种参与生态系统的讨论。综上形成了各种各样的学科（图）各学科之间有自己的特点，又相互联系现代生态学是一门多学科的自然科学生命系统自然界具有一定结构和调节功能的生命单元（动、植物等）环境系统自然界的光、热、空气和水有机物和无机元素构造的空间生态

2、学的发展进程主要特点：从定性探索生物与环境的相互作用到定量研究。从个体生态系统到复合生态系统，由单一到综合，由静态到动态地认识自然界的物质循环与转化规律。基础科学和应用科学相结合，发展了生态学，扩大了生态学领域。 生态学与环境学的区别研究对象：（环境）人、（生态）一般生物内容及范围：（生态）自然环境与生物的相互关系，属自然科学；（环境）环境与人类活动相互影响作为一个整体研究，和社会科学有十分密切的关系。联系：原理互用、相互联系。生物属于环境研究的一部分。生态系统有关的概念基本概念 种群（population)：一个生物种在一定的范围内所有个体的总和 群落(community)：在一定的自然区域

3、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。生物圈(ecosphere)：是生态系统和环境系统在特定空间的组合食物链(food chain)：就是一种生物以另一种生物为食，彼此形成一个以食物联接起来的链锁关系 生态系统的组成 必要部分：生物（自养者，分解者、转变者）和非生物（阳光，营养分）组成 非必要部分：非必要的部分主要是各级消费者（他养生物） 归纳起来，生产者、消费者、还原者（分解者和转变者）以及无机营养分是生态系统的四个基本组成 生产者又称自养者(Autotrophs)，以绿色植物为主，还有一些能借光合作用营生的菌类。分解者(De

4、composers)包括一部分细菌和真菌，能使生物体分解成为无机物质。转变者也是细菌，其作用是将分解后的无机物转变为可供植物利用的营养分细菌的分解和转变作用在生态系统中非常重要，没有它，生产者缺乏养分，无法自养，不能生存。分解者和转变者又统称为还原者。非必要的部分主要是各级消费者，它是靠生产者的有机物质为生的，又为他养者或异养者(Heterotrophs)。按其食性，消费者可分为草食动物(Herbivores)，肉食动物(Carnivores)、寄生生物(Parasites)和腐食动植物(Scavengers)等。它们在生态系统中只能消费不能生产。所以是非必要的成分。 人类参与的生物圈构成生态

5、系统的分类及组成陆地生态系统：又可分为自然生态系统和人工生态系统。前者如森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统等；后者如农田、城市、工矿区等；（图）淡水生态系统，包括湖泊、河流、水库。海洋生态系统，包括海岸、河口、浅海、大洋、海底等 陆地生态系统淡水生态系统食物链（网）的意义生物在食物链中的富集作用:在一个生物系统中，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，就是通过食物链和食物网进行的。任何一个生物都有存在的价值，为保护生物提供理论依据(为什么要保护每一个生物?人人平等,相互尊敬)对一个生物链的组成和结构、生物量可进行调节，以使健康发展（外来物种的引

6、入意义及危害）生物体通过食物链具有富集作用举例说明（森林生态系统、河流生态系统）生态系统内相互作用和相互关系互为依存的关系相互作用的关系相互依存的关系相互作用的关系生态系统的功能生态系统中能量和物质的流动都是通过四个部分来实现的。 在生态系统中，各种生物彼此间以及生物与非生物的环境因素之间互相作用，关系密切，而且不断地进行着物质和能量的流动 。功能：能量的流动和物质的循环生态系统中的能量流动（1） 照射到地球上的太阳能量生物圈中所有各种形式的有机体，其生存所需的能量都由太阳供应的，唯一例外的是少数种化学合成细菌(Chemosyntheic bacteria)，它们能借无机物质的氧化获得能量。太

7、阳能对地球表面上能量的传递特点（1） A.射到地球上的太阳辐射的波长与反射到空间去的能量的波长，二者的光谱发生了位移。入射的太阳能量约有99%波长是在0.2-40微米的光谱范围内（由紫外到可见到红外）。被大气和地面所吸收的太阳能转变为热（红外）后再辐射到空间去，其波长就长得多了。如地面平均温度保持不变，则到达地面的能量必须与从来地面反射到空间去的相等。由于大气中二氧化碳浓度增加而发生的“温室效应”将反射出去的红外线吸收，以致使上述平衡受到破坏和地球的温度上升。 太阳能对地球表面上能量的传递特点（2）B 太阳辐射中的紫外线大部分没有到达地表。这部分光谱有足够的能量能使化光键断裂，因此各种生命系统

8、都必须防护免于过分受其照射。 C达到地球表面的太阳能量中有小部分由地面即反射回空间去，还有一小部分转变为量后再辐射回空中。 D地球表面各处的太阳能辐射量是不同的。 生态系统中的能量流动（2）（2） 生态系统中的能量流动植物通过光合作用吸收太阳能转变成化学能，而将其固定在植物体内；动物吃植物后，能量也随之流入动物体内。就这样，通过生态系统各级食物链，组成了生态系统的能量流动。 （3）生态系统的能量流动途径： 光合作用和有机成分的输入； 呼吸的热消耗和有机物的输出。能量流动过程中人的能量来源作用生态系统的能量流动特点：生产者即绿色植物对太阳能的利用率很低，只有1.2%。能量只朝单一方向流动流动中能

9、量逐渐减少，每经过一个营养级都有能量以热的形式散失掉。而且各营养层次自身呼吸所耗用的能量都在其总产量的一半以上，即56%-83%范围内；也就是说，各级净产量只有总产量的16%-44%各级消耗者之间能量的利用也不高，在4.5%-17%之间，平均起来约为10%即食物链风吹草动后一营养级的能量总小于前一营养级的能量，或者说能量的生态效率(Ecological efficency)不可能100%；因此，营养层次变大或食物链的营养层次增加时，净产量就急剧下降。其比值如果说植物的净产量为100，则草食动物的净产量只有10，而肉食动物只有1。这说明为什么一般食物链的层次不超过四级或至多五级。这也说明为什么人

10、类以植物为食要比以动物为食经济有利得多。生态学中有一种表示食物链各层次能量递减的方法，称为能塔图只有当生态系统生产的能量与消耗的能量相平衡时，生态系统的结构和功能，才能保持动态平衡单一方向能量逐渐减少10%的能量传递例 题 用环境科学基本原理解释并计算下题一块地一年的作物产量可供M个农民食用；如果将作物的一半饲养牲畜后再一并供农民食用，问此时养活的人口数是第一种情况下养活人口数的多少倍？ 解 答设每一个农民需用的能量为E则这一块地的总生产作物含有能量ME。根据生态学原理和能量流动规律，在生态系统中，能量流动在向下一级传递时，传递的有效能量只有10%左右，则一半用来饲养牲畜时，则传递到牲畜体的能

11、量仅有1/2ME*10%。这些能量可供养的农民数量为：1/2ME*10%/E=1/20M人，另一半可供养的农民数量为1/2M，则此时总共供养的农民数量为1/2M+1/20M=11/20M（人）。由上右知，一半用于饲养牲畜后，可供供养的农民数量是原来的11/20倍。 生态系统中的物质循环各种生物维持生命所必需的化学元素虽然为数众多，但生物体全部原生质(Protoplasm)中约有97%以上是由氧、碳、氢、氮和磷五种元素组成，此外还有硫、钙、镁、钾等等。这些主要的化学元素在生物圈中的物质循环过程，包含有生物的、地质的和化学的系统，因而称为生物地质化学循环 森林生态系统概念组成研究意义概念及组成由乔

12、木或灌木树种为主体组成的绿色植物群体，就是森林。组成：森林生态系统主要由森林与森林中的动物、微生物等生物因子和它所处空间的土壤、水分、大气、日光、温度等非生物因子相互联系、相互依存、相互作用而构成。森林生态系统中可有许多微型的生态系统组成。（如动物、植物）森林生态系统中各微型生态系统的关系：相互交错、相互影响。能量流动和物质循环的特点：多渠道、多环节它占有巨大的生态空间，地上林冠可高达数十米甚至上百米，地下根系可入土数米。这个巨大的生态空间为各种生物提供了广阔的生长、栖息环境。森林生态系统的生物产量森林植物的枝叶繁茂，太阳光利用率极高，再加之根系发达，能充分利用气候和土壤条件，生产巨大的生物量

13、，它约占陆地总生物量的72%，为系统中的动植物区系提供丰富的食物资源。 海洋与陆地、森林生态系统净产量的比较森林生态系统在生物圈中的作用 森林是地球之肺 森林是物种基因库 森林是自然界物质和能量交换的重要枢纽 森林是人类食物和木材来源的重要基地 森林在环境保护中的作用 涵养水源和保持水土 防风固沙 美化环境和保护野生动物 吸收有毒气体、阻滞粉尘飞扬、驱菌杀菌、净化 空气和水源以及减弱噪声等方面， 森林对保护工业发达和人口集中的城市环境森林是地球之肺 氧与二氧化碳的循环变化是地球生物圈存在的基础。二氧化碳的吸收者（生物的呼吸作用，特别是人类进行的各种燃烧过程，消耗大量的氧，同时释放出相应数量的二

14、氧化碳。如果没有绿色植物的造氧作用，不难设想，总有一天生物就会从地球上消失掉。森林是造氧能力最强的绿地。据资料报道，一公顷阔叶林每天吸收1吨二氧化碳，放出0.73吨氧气。全球的森林每年大约能使550亿吨二氧化碳转变成木材，同时400多亿吨氧气。 森林是物种基因库森林拥有众多的生物物种，特别是珍稀的动、植物。它们不但在维持生态平衡方面是不可缺少的，而且其中许多还是活的“化石”，对于了解生物的进化和生态系统的演替，都具有极大的科学价值。 自然界物质和能量交换的重要枢纽能量储蓄库：森林生态系统通过光合作用而固定的太阳能量，占整个生物圈总量的一半左右物质循环的主要场地： （1）森林是二氧化碳的第二大储

15、库。 （2）水、氮等无机物质通过森林的交换量也是巨大的。森林每年吸收约250亿吨水与相应数量的二氧化碳化合成有机物质。 （3）通过森林蒸腾的水量则更大。如果地球上的森林都可看成是生长旺盛的林带，则每年约向空中蒸腾48万亿吨水，并需要消耗1023焦耳热量。森林是人类食物和木材来源的重要基地 食物、药物的主要来源：森林不仅有机物的生产量大，有大量可食用的植物，更有许多药用植物。肉食及皮业的来源：森林又是野生动物的主要栖息地，那里有最大的草食动物，也有最凶猛的肉食动物，为人类提供相当数量的食肉和毛皮。木材及燃料的来源：全世界的森林，每年提供木材23亿立方米以上，是人类生产和生活的重要资源。 森林在环

16、境保护中的作用涵养水源和保持水土 防风固沙美化环境和保护野生动物吸收有毒气体、阻滞粉尘飞扬、驱菌杀菌、净化 空气和水源以及减弱噪声等方面森林对保护工业发达和人口集中的城市环境 生态平衡含义表现方式影响因素生态平衡的含义任何一个生态系统中，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。表现方式及原因在自然生态系统中，平衡还表现为生物种类和数量的相对稳定。生态系统之所以能保持动态平衡，主要是由于内部具有自动调节能力 破坏生态平衡的因素自然因素 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

17、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，都会使生态平衡遭到破坏 人为因素 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问题。有三种情况： 物种改变引起平衡的破坏 （外来物种侵入） 环境因素改变，引起平衡破坏 信息系统的破坏环境因素改变，引起平衡破坏工农业的迅速发展，有意或无意地使大量污染物质进入环境，从而改变生态系统的环境因素，影响整个生态系统，甚至破坏生态平衡。由于空气污染、热污染、除草剂和杀虫刹的使用、施肥的流失、土壤侵蚀或未处理的污水进入环境而引起富养化等等原因，改变生产者、消费者和分解者的种类与数量并破坏生态平衡而引起的环境问题。在后

18、面各章中较详细在论述。 外来物种(入侵)概念: 从自然分布地区（可以是其他国家和中国的其他地区）,通过有意或无意的人类活动和自然因素而被引入在当地的自然或人造生态系统中形成了自我再生能力,给当地的生态系统或景观造成了明显的损害或影响的生物. 外来这个概念不仅仅是以国界定义的”。生态系统是经过长期进化形成的，系统中的物种经过上百年、上千年的竞争、排斥、适应和互利互助，才形成了现在相互依赖又互相制约的密切关系。一个外来物种引入后，有可能因不能适应新环境而被排斥在系统之外，必须要有人的帮助才能勉强生存；也有可能因新的环境中没有相抗衡或制约它的生物，这个引进种可能成为真正的入侵者，打破平衡，改变或破坏

19、当地的生态环境。为什么外来物种引起入侵？外来物种引入的主要渠道第一种是有意引进。比如为了巩固堤岸而引进的大米草，为了做饲料引进的凤眼莲。第二是无意引进。外来物种随包装箱、海轮、入境旅客携带进入我国。比如松材线虫，是进口设备时随着木材制的包装箱带进来的。第三种是自然飘落。比如植物的种子顺风或河流移落到别的地方，或是被鸟吃掉后带到了另一个地方。如飞机草和薇甘菊。外来物种入侵的危害直接减少物种数量间接减少依赖于当地物种生存的物种的数量改变当地生态系统和景观对火灾和虫害的控制和抵抗能力降低土壤保持和营养改善能力降低水分保持和水质提高能力降低生物多样性保护能力降低重视外来物种入侵，保护国家安全辽阔的地域

20、使中国容易遭受入侵物种的侵害，来自世界各地的大多数外来物种都可能在中国找到合适的栖息地。专家指出，目前中国几乎所有的生态系统，森林、农业区、水域、湿地、草地、城市居民区等，都可见到外来物种入侵的现象，其中以水生生态系统的情况最为严重。随着中国经济的高速发展，贸易和交通系统的发展和入境人员的增加，促进了外来物种的引入。多种因素的相互作用加速了外来物种在中国的扩散。有关专家提醒：许多入侵物种在全面入侵以前需要一定的时间来适应新环境，因此新到达中国的入侵种的全面影响可能过一段时间才能感觉到防治措施一、充分认识外来入侵物种危害的严重性。一些单位和个人的环境意识淡薄，在引进外来物种时只注重经济效益，不考

21、虑和评估其对我国生物多样性和生态环境的影响，结果引进了外来入侵物种。二、坚持“预防为主，防治结合”的方针。首先逐步建立起引进外来物种的环境影响评价制度；其次要对引进外来物种采取隔离或缓冲区等相应的防范措施，并进行环境监测和建立监测档案；第三，严禁在自然保护区、风景名胜区和生态功能保护区以及生态环境特殊和脆弱的区域从事外来物种引进和应用。对于已建立稳定种群的外来入侵物种，应当制定切实可行的除治方案，采取生物防治、低污染化学防治、物理防治、生态替代、合理利用等综合防除措施予以清除；对于暂时无法清除的外来入侵物种，应当采取措施，将其控制在一定的范围内，防止其传播和蔓延。三、确定重点外来入侵物种和重点

22、防治区。四、加强科学研究，提高科学管理水平。特别要重视外来入侵物种入侵和危害机制、外来物种控制技术，如生态系统、生境恢复技术、生态替代、早期预警、遥感监测等综合防治方法的研究，为外来入侵物种的防治和管理提供技术支持，使防治工作更加科学有效。五、尽快出台专门针对外来物种的防止外来入侵法和入侵物种管理法。信息系统的破坏许多生物在生存的过程中，都能释放出某种信息素（一种特殊的化学物质），以驱赶天敌、排斥异种或取得直接或间接的联系以繁殖后代。例如某些动物在生殖时期，雌性个体会排出一种信息素，靠这种信息素引诱雄性个体来繁殖后代。但是，如果人们排放到环境中的某些污染物质与某种动物排放的性信息素作用，使其丧

23、失引诱雄性个体作用时，就会破坏这种动物的繁殖，改变生物种群的组成结构，使生态平衡受到影响。 生态学的一般规律 (1) 相互依存与相互制约规律(2) 物质循环转化与再生规律(3) 物质输入输出的动态平衡规律(4) 互适应与补偿的协同进化规律(5 ) 环境资源的有效极限规律 相互依存与相互制约规律（1）含义：普遍的依存与制约，亦称“物物相关”规律。有相同生理、生态特性的生物，占据与之相适宜的小生境，构成生物群落或生态系统。系统中不仅同种生物相互依存、相互制约，异种生物（系统内各部分）间也存在相互依存与制约的关系；不同群落或系统之间，也同样存在依存与制约关系，亦可以彼此影响。这种影响有些是直接的，有

24、些是间接的，有些是立即表现出来的，有些需滞后一段时间才显现出来。生物间的相互依存与制约关系，无论在动物、植物和微生物中，或在它们之间，都是普遍存在的。（应用意义）：相互联系的原理应用（全面考虑）在生产建设中，特别是在需要排放废弃物、施用农药化肥、采伐森林、开垦荒地、猎捕动物、修建大型水利工程及其他重要建设项目时，务必注意调查研究，即查清自然界诸事物之间的相互关系，统筹兼顾，即要对与某事物有关的其他事物加以认真的、通盘的考虑，包括考虑此种生产活动可能会产生的影响（短期的和长期的、明显的和潜在的），从而作出全面安排。相互依存与相互制约规律（2）通过“食物”而相互联系与制约的协调关系，亦称“相生相克

25、”规律。具体形式就是食物链与食物网。即每一种生物在食物链或食物网中，都占据一定的位置，并具有特定的作用。各种物种之间相互依赖、彼此制约、协同进化。被食者为捕食得提供生存条件，同时又为捕食者控制；反过来，捕食者又受制于被食者，彼此相生相克，使整个体系（或群落）成为协调的整体。或者说，体系中各种生物个体都建立在一定数量的基础上，即它们大小和数量都存在一定的比例关系。生物体间的这种相生相克作用，使生物保持数量上的相对稳定，这是生态平衡的一个重要方面。当向一个生物群落（或生态体系）引进其它群落的生物种时，往往会由于该群落缺乏能控制它的物种（天敌）存在，使该物种种群暴发起来，从而造成灾害。（外来物种）物

26、质循环转化与再生规律生态系统中，植物、动物、微生物和非生物成分，借助能量的不停流动，一方面不断地从自然界摄取物质并合成新的物质，另一方面又随时分解为原来的简单物质，即所谓的“再生”，重新被植物所吸收，进行着不停顿的物质循环。因此要严格防止有毒物质进入生态系统，以免有毒物质经过多次循环后富集到危及人类的程度。流经自然生态系统中的能量，通常只能通过系统一次，它沿食物链转移时，每经过一个营养级，就有大部分能量转化为热量散失掉，无法加以回收利用；为了充分利用能量，必需设计出能量利用率高的系统。如在农业生产中，应防止食物链过早截断，过早转入细菌分解；不让农业废弃物如树叶、杂草、秸秆、农产品加工下脚料以及

27、牲畜粪便等直接作为肥料，被细菌分解，使能量以热的形式散失掉；而是应该经过适当处理，例如先作为饲料，便能更有效地利用能量。（生态农业）物质输入输出的动态平衡规律 物质输入输出的平衡规律，又称协调稳定规律，它涉及生物、环境和生态系统三个方面。当一个自然生态系统不受人类活动干扰时，生物与环境之间的输入与输出，是相互对立的关系，生物进行输入时，环境必然进行输出，反之亦然。生物体一方面从周围环境摄取物质；另一方面又向环境排放物质，以补偿环境的损失（这里的物质输入与输出，包含着量和质两个指标）。对于一个稳定的生态系统，无论对生物、对环境，还是对整个生态系统，物质的输入与输出总是相对平衡的。当生物体的输入不足时，例如农田肥料不足，或虽然肥料（营养分）足够，但未能分解而不可利用，或施肥的时间不当而不能很好的利用，结果作物必然生长不好，产量下降。在质的方面，也存在输入大于输出的情况。例如人工合成的难降解的农药和塑料或重金属元素，生物体吸收的量虽然很少，也会产生中毒的现象。即使数量极微，暂时看不出影响，但它也会积累并逐渐造成危害。另外，对环境系统而言，如果营养物质输入过多，环境自身吸收不了，打破了原有的输入输出平衡，就会出现富营养化现象，如果这种情况继续下去，势必毁掉原来的生态系统。互适应与补偿的协同进化规律生物与环境之间，存在着作用与反作用的过程。或者说，生物