应用生态学基础生态学课件(ppt)

1、应用生态学基础生态学课件(ppt)优选应用生态学基础生态学课件ppt第五部分 应用生态学应用生态学(applied ecology)将生态学原理应用于人类社会实践，以指导解决人类生产和生活活动中遇到的有关问题的生态学分支，其目的是获取良好的经济、社会和生态效益 所谓有关问题，指(涉及生态学领域的)生态环境恶化、自然资源耗竭、自然灾害频仍、人口过量增长、环境污染加剧、粮食供应不足等基本国策(basic national policy, state policy) (为实现国家较长期既定路线和较长远目标而制定的行动准则) 我国目前已制定的基本国策有两项(一说三项)：环境保护和计划生育(及耕地保护)

2、，三者均与生态学在人类社会实践中的应用有关第五部分 应用生态学20世纪50-80年代地球大气层CO2浓度的增加变化趋势近250百万年以来地球生物圈物种灭绝率变化情况树上地衣植物覆盖率沿Belfast市中心向郊区随距离增加变化情况人均(粮食作物)耕地面积与化肥施用量随时间变化趋势(见有报导的)部分已产生抗药性的害虫增长变化趋势世界人口增长情况及发展趋势示意图15.1全球变暖与环境污染15.2人口与资源问题15.3农业生态学15.4生物多样性与保育15.5生态系统服务（略）15.6生态系统管理（略）15.7收获理论15.8有害生物防治第五部分 应用生态学应用生态学15.1全球变暖与环境污染大气中二

3、氧化碳的浓度二氧化碳（carbon dioxide）是大气、海洋和生物区系中碳循环的主要载体。存在于岩石圈的化石燃料（煤、石油和天温室气体和全球变暖然气）直到最近几个世纪才被挖掘出来。大气中二氧化碳的浓度从1750年的280ppm上升到1990年约350ppm，而且仍在增长。增长的主要原因是化石燃料的燃烧。虽然对于未来二氧化碳的释放量和大气中二氧化碳的估计浓度尚有不同，但是到2050年，二氧化碳浓度很可能上升到平均大约为550ppm。温室效应 “温室效应”（greenhouse effect）是这样一种理论，它假设二氧化碳和甲烷这样的普通人为污染物造成的污染会导致全球气温的上升。在过去的一个世

4、纪中，二氧化碳浓度升高，而全球气温也上升了0.40.7。这个事实支持了上述理论。因为大气中的温室气体（包括水蒸气、二氧化碳和其他人为污染物）能够吸收热量，所以围绕地球的大气层防止了地球热量的全部丧失。如果将大气中的二氧化碳浓度在已有水平上翻倍，预计气温将上升3.5 左右短波的阳光能透过花房周围的玻璃，室内的长波辐射却逃不出去。 大气也具有这种特性，我们称之为温室效应 全球气候变暖的危害 a、今后大气中二氧化碳增加一倍，全球平均气温将上升1.54.5。而地面温度的上升随着纬度的增加而增加，在纬度40度的地区接近全球的平均值，在赤道地区只升高平均值的一半左右。两极地区却比平均值高3倍左右。 b、因

5、此气温升高不可避免地使南极冰层部分融解，引起海平面上升。如果今后一个世纪海平面上升1米，直接受影响的土地约500万平方公里，人口约10亿，耕地约占世界的1/3。 c、由于全球气温升高，气候带北移，湿润区和干旱区将重新配制. d、气候变暖，海平面上升，一部分沿海城市可能要内迁。 e、对江河中下游地带也将造成灾害，造成江水水位抬高，泥沙淤积加速，江河下游的环境恶化。 f. 对动物的分布模式将发生改变鸟疟疾传染媒介Culex mosquitoes图。预防措施一是改进能源结构，二是提高能源效率。除了化石燃料以外，非化石能源方面以水能资源和核能资源开发最为广泛。提高效能，不仅能减少二氧化碳的排放量，也是

6、生产发展的重要措施之一。 提倡植树种草，保护和发展森林资源，提高森林覆盖面积，增强对二氧化碳的吸收能力。臭氧层的破坏 什么是臭氧: 臭氧（O3）是含有3个氧原子的高活性氧分子，在高空（平流层）有自然形成的一层臭氧。 臭氧层对生命非常重要，因为它吸收有巨大危害作用的紫外线辐射。低空（对流层）的臭氧是有毒的，可由化石燃料释放的光化学烟雾生成。平流层臭氧缺损 氯氟烃（CFCs）能降解同温层中的臭氧。当英国南极考察团证实南极臭氧屏出现严重缺损后，这个问题引起了重视。 据估计，单个氯原子能破坏100000个臭氧分子。如果按臭氧损失的现行趋势发展下去，预计到2050年，臭氧屏将再缺损10%，这会增加3亿皮

7、肤癌患者。2001年和2002年的臭氧空洞蒙特利尔议定书是1987年国际社会签署的保护臭氧层公约 空气、水和土壤污染空气污染: 由人类活动引起的天然与合成的有害物质向大气中的排放。污染物可直接进入大气（初级污染物），或在太阳辐射的影响下于大气中产生（次级污染物）。 给环境和健康带来威胁的主要空气污染物包括氧化氮类、二氧化硫、臭氧和固体颗粒。空气污染也能改变气候以及土壤、湖泊和河流的化学性质。 酸雨: PH值小于5.6的降水 ，包括雨、雪、霜、雾、雹、霰等 正式定为“ 酸雨”。 欧洲和北美的北温带地区的水体已经遭受到酸雨带来的酸化。酸雨是化石燃烧的结果。化石燃料的燃烧会产生氧化硫类物质（SOx）

8、和一氧化氮（NO），它们能分别和大气中的水分结合而形成硫酸和硝酸。 这种现象称为“酸降”更恰当，因为酸也会以雪、雨和雾的形式从空气中沉降下来。酸雨形成危害：森林退化；湖泊酸化；鱼类死亡； 腐损建筑物和金属材料。因酸雨致死的树木酸雨对不同生态系统的危害世界三大酸雨区欧洲长江以南北美水污染 水污染分为四类：（i）生物试剂，（ii）溶解的化学物质，（iii）不溶的化学物质和（iv）热。水生态富营养化是无机营养物过剩造成的。水中的有机物质被微生物分解，降低了溶氧水平。 溶氧水平可以由“生化需氧量”（biochemical oxygen demand, BOD）来定量。有机水体污染物中非常重要的一类是多

9、氯联苯族化合物PCBs，这是一组稳定的含氯化合物，对脊椎动物有剧毒。水污染 土壤污染 在导致土壤污染问题的一系列化学物质中，卤素（主要是溶剂和杀虫剂）构成了最大的一类。这些化学物质是人工制造的。污染土壤的最复杂的一类化合物包括多聚物，如尼龙、塑料和橡胶。生物除污是利用微生物净化污染土壤的一项技术。造成土壤污染的原因第六章 应用生态学人口问题及人口控制 人口问题是一个复杂的社会问题，也是生态学关注的基本问题之一 人类的生存依赖于地球，而地球自然环境有限 尽管经济发展和科技水平提高能够使人类摆脱对自然的某些依赖，但这种摆脱不是没有限度第六章 应用生态学 因此，人类的社会发展应与其生存环境中资源的增

10、殖、环境的改善相协调 中国和世界上的几个人口大国，尤其有责任在人口控制方面做出努力人类人口增长世界人口增长情况 在最近1000年中，前半段时间内人口增长缓慢，年平均增长率0.1%以下，总人口增加不到两倍 最近300年内，增长率急剧上升，人口大幅增长1800年前后，人口接近10亿1930年，人口翻了一番，达20亿1975年，人口再翻一番，超40亿2000年，62亿，预计到2025年达到82.1亿应用生态学15.2人口与资源问题世界人口增长概况 (1750-1979)世界人口(亿)公元(年)哥伦布发现新大陆一千年来的世界人口增长趋势年增长率(%)公元(年)五百年来世界人口增长率的变化人口问题 19

11、70年世界人口增长率达到历史时期最高值，为年均1.97%。同时倍增期越来越短，由原来的150年缩短到35年！这一数字在世界上不同国家和地区有很大差别：发达国家发展中国家 5060年 1.2% 2.1% 6570年 1.0% 2.5% 8085年 0.6% 2.0% 8590年 0.6% 1.9% 2025年 0.3% 1.0%1949年以来中国人口增长概况1949年：541.67106人1972年：871.77106人，年均增长率为2.09% 70年代后我国推广实行计划生育政策19721990年：人口年均自然增长率为1.56%，已低于发展中国家平均水平1992年：11.88106人，年均增长率

12、为1.50%人口问题地球到底能养活多少人 =地球人口环境容量究竟有多大? 从生态学角度分析，地球植物物质总产量按能量计算为2.771021J/a，人类维持正常生存需能107J/d，或3.68109J/a，由此得出地球可养活753.4109人，但由于两个原因：1) 以植物为食的不仅仅是人类2) 许多动/植物体部分人类不能食用人口问题 因此，真正能被人食用的植物总产量仅为总产量的1%，也就是7.5109人(适度人口) 通常人口容量不是生物学意义上的最高人口数，而是指一定生活水平下能供养的最高人口数，它随生活水平标准而异生物学最高人口：(仅维持生物式生存，温饱型)经济适度人口：(小康中等发达生活水平

13、型)人口问题最乐观估计人口：100.0109人，其中2/3的人口住在海上，食品来源为食用微生物，住房为铝镁轻型合金，雨水和海水淡化作水源，截取尽可能多的太阳能作能源多数科学家估计最适人口：10.0109人左右，全世界均可维持一个体面的生活人口问题与人口增长相关联的几个问题1) 经济发展: 粮食生产与人口分布密度不相一致(如美国和加拿大与非洲和印度对比明显)发达地区人口占30%，享用粮食产量的一半；不发达地区人口占70%，享用了另一半 粮食生产只是人口承载能力的一部分，其他方面的经济发展也可提高人口承载力，例如日本、台湾、香港等地，以及大陆的江浙一带，地少人多，但因经济发达而能容纳高度密集的人口

14、发展经济有助于解决人口问题人口问题2) 人口老龄化: 世界性问题 人口年龄构成可分为三种基本类型：年轻型、成年型和老年型，其国际通用标准是人口问题人口老龄化也称人口高龄化，世界通例是65岁以上人口超过本国人口的7%即称老年型人口。英国和瑞典的老龄人口已达15.3%16%，被称为老人国；法、德、日皆有此问题我国已步入老龄化国家行列(7.3%，1998) 老龄化问题两面性：经济负担(社会养老保险)增加是其不利的一面；然而老龄人口有利于智力的聚集，延长智力产出期，能提高整个人口群知识水平，促进社会生产力发展人口问题中国的人口控制问题 1) 意义: 减轻负担，增加积累：人口多消费大，从出生到16岁以及

15、65岁以后均是社会负担，除家庭本身需支出外，国家还要花钱有利于提高科学文化水平，改善人民生活水平和解决就业问题有利于保护现有自然资源，防止生态环境进一步恶化人口问题 2) 决策原则: 计划生育始终作为一项基本国策： 号称天下第一难题，工作重点在农村农村的老人赡养主要靠子女，劳动主要靠男子，因此想生男孩的愿望较强烈在大多数人还是应用简单工具从事体力劳动进行生产的条件下，要推行一对夫妇只生一个孩子是十分困难的可见只能疏导，不可堵截；合乎国情，顺乎民意人口问题 3) 提高人口素质: 人口素质在一定的社会制度和社会生产力发展水平上，人们的身体健康状况、文化水平、劳动技能和思想道德修养。包括两个方面：身

16、体素质和文化素质身体素质综合概念，主要包括婴幼儿死亡率、营养和发育状况、平均期望寿命和残疾人口比例等文化素质人口受教育的状况、科学及技能水平等人口问题 4) 发展优生事业：提高人口素质的先决条件 优生学包括两个方面，防止、减少严重遗传病和先天性疾病的个体出生，称为消极优生学；促进体力上、智力上优秀个体出生，谓之积极优生学 提倡优生教育和婚前检查；适龄生育；遗传咨询；产前检查；孕期保健等 控制人口数量与提高人口素质是一个问题的两个方面，必须同等重视、同时并举人口问题引 言农业是人类最古老的物质生产部门：人类的祖先早在原始农业时代就开始采集、狩猎自然产物来满足生活的需求农业生产随着时代发展，不断向

17、前推进农业是社会安定、经济发展、民族昌盛、国家富强的最主要的基础应用生态学15.3农业生态学农业生态学 然而，当今世界，人口在不断增长，粮食需求在不断增长，与此同时耕地却在减少，农业生态环境在恶化，农业问题已成为人类面临的必须优先解决的重大难题之一农业的地位农业是国民经济的基础：国以民为本，民以食为天，农业提高和发展以后，才会有工业、商业和其他类产业农业的发展特别是粮食的生产受耕地的制约：世界耕地虽在缓慢增长，但人口增长更快，因此人均耕地在减少，据称中国目前人均耕地已不足0.08hm2农业生产是公益性部门：劳动生产率低、占用固定资产多而利用率低、生产周期长、资金周转慢、产品价格低等，短期内此状

18、况难以改变农业生态学我国农业生产现状及存在的基本问题我国以占世界7%的耕地养活占世界22%的人口，为世界农业和粮食生产作出了巨大贡献，然而这是以广大人民群众长期将生活仅维持在温饱水平换来的农产品供应短缺将可能一直伴随中国的现代化进程人口在增长，生活在改善，需求在增长农业生态学农业基础脆弱，后劲不足城市化加速，耕地被蚕食，生态环境在恶化 因此，农业仍需花大气力(增加投资、改善条件、保护环境、推广科技、扶持鼓励)，才能促进社会的稳定和进步农业生态学农业的发展历程生态农业 石油农业传统农业 农业生态学传统农业(traditional agriculture)(也称有机农业，在我国中原大地已有数千年的

19、历史)根据农作物、牲畜和环境间的生态适应关系，采用如休闲轮耕、间作套种、精耕细作、有机施肥等相应对策的农业系统优点：保持较长时间耕作而地力不衰；投入少，无需辅助能源；利于维持自然平衡缺点：生产力低下；易受灾害影响；若长期耕作则土壤肥力渐次递减农业生态学自然系统供系统自维持人类利用传统农业供系统自维持人类利用输出 系统可以持续,生产力低,不能满足人类增长的需求。 出大于入,系统难以为继!自然生态系统与传统农业生态系统比较输出自然能自然能石油农业(oil agriculture)以消耗大量化石能源为基础的现代集约式农业(intensive farming)特点：能量投入大(石油、机械、化肥、农药等

20、)，生产效率高，抗灾能力强，减轻劳动强度作用大问题：转化边际值(增产值/能耗量)逐渐下降(参见下页图)，如化肥施用增产率递减， 14.8t/t(50)8.3t/t(70)5.8t/t(80)；农业生态学谷物产量与其种植所需化肥、杀虫剂和机械动力投入量之间的关系问题(continued)：土壤微生物受抑制，天敌遭灭绝，环境被污染，生态平衡失调；加剧能源紧张，使粮食成本大幅度上升未处理好生产与生态、资源开发与保护的关系农业生态学 系统逐渐退化！系统可持续！石油农业与生态农业比较生态农业增加供系统自维持人类利用输出石油农业供系统自维持人类利用输出人工辅能合理人工辅能加大科技投入生态农业(eco-ag

21、riculture)根据生态学物种共生和物质循环再生原理，运用生态工程和现代科学技术，因地制宜、合理适当地安排农、林、牧、渔各业生产的优化农业模式主要手段：提高太阳能的利用率和固定率，使物质在系统内部得到多次重复利用和循环利用，以高效和无废料来发展大农业主要目的：提高农产品的质和量；改善生态环境条件；增加农民收入农业生态学生态农业可概括为四个方面： 1) 统一规划和协调大农业生产：使每种农产品的“废物”均能作为另一种农业生产环节的原料，沿食物链多重利用，变废为宝，无污染生产 2) 立体式结构：山、水、田连成统一整体，提高光合利用率 3) 开发农村能源：如发展沼气、太阳灶，利用风能、水能、地热等

22、；同时降低能耗 4) 扩大肥源：多施有机肥，实行秸杆还田，改革耕作制度，提高土壤肥力农业生态学生态农业或可持续农业系统(高新技术措施与科学管理)非 持 续 的 农 业 系 统 (低水平传统农业、石油农业)熵减少生态-资源-环境NPP+ABS农 牧 林 产 业NSP熵增加合理轮牧、防治荒漠化、合理农林草景观格局人工饲草地、等高耕作、轮间作、少耕、水分平衡、舍饲优良品种、基因库、精准农业、名牌产品种植养殖品种单一、连作滥垦、乱伐、盲目开荒、采掘、过牧化肥、杀虫剂、除草剂可持续发展的生态经济链生态农业系统的结构： 重点发展饲养业和以农副产品加工为主的乡镇工副业，改变以种植业单一结构为主的状况，加长并

23、增加系统内的食物链，增加物质的多层次利用和反馈初级生产：粮、青贮饲料、棉、蔬、油料、果次级生产：奶、肉牛、鸡、鸭、蛋、猪、鱼、蘑分 解：沼气池、蘑农业生态学京郊大兴县留民营生态农业系统模式结构简图生态农业的类型举例：1)陆生生物共生型:充分发掘陆地各层次自然资源潜力，形成高效利用空间的立体结构系统；提高太阳光能利用率，通过轮作、间作和套种，增加物质生产林粮间作型：树木可挡风，减少作物蒸腾，抵御冻害等绿肥粮食作物轮作型：经济收益较高，改良土壤作用明显农业生态学生态农业类型：林粮间作模式生态农业类型：绿肥粮食作物轮作模式2) 物质循环再生型：除种子、果实、肉类外，根系、枯枝落叶、秸秆等被再生或循环

24、利用种养结合型：种植加养殖及食用菌生产(灵芝、凤尾菇、猴头等)，食用菌既是秸秆、棉子壳、畜禽粪便、人粪尿等有机物的分解者，又是鲜嫩可口的食品，菌糠还可喂家畜、养鱼和制肥种、养、加和沼结合型：养鸡、猪；粪发酵沼气农业生态学生态农业类型：种养结合的物质循环再生型模式生态农业类型：种、养、加工和沼气四结合的物质循环再生型模式3)水域生物互利共生型: 莲鱼共生；水域分层立体养殖4) 生物物质多层次、多途径利用型：工、农、副多途径利用：城郊农村依靠城市，以向城市提供农副产品为主要任务沼气为基础的多途径利用：能源供应充足，林网建立，生态环境改善5) 多功能农工商联合生产型：经济、生态双丰收，如以林、特产为

25、主，或以养鸭为主农业生态学生态农业类型：工、农、副生物物质多途径利用模式6) 水陆交互作用物质循环型：桑基鱼塘植桑养蚕蚕沙+蚕蛹鱼塘塘泥桑田陆 地陆 地水 域陆 地 生产者消费者消费者分解者河口三角洲地区，地势低洼，产量不稳开挖鱼塘，塘边栽桑；水陆互作，相得益彰农业生态学生态农业类型：水陆交互作用一珠江三角洲的桑基鱼塘生物多样性与自然生态保育 (Biodiversity and Ecological Conservation)Nature ReservePreserving the habitats is more important than protecting organisms the

26、mselves only应用生态学15.4生物多样性与保育生物多样性：维管植物种类密度及世界植物区系分区图人类起源谱系图：与地球气候冷干化形成的生境多样化相关人类进化、迁移与化石地点分布示意图全球家畜驯养与谷物栽培之起源中心北美大陆野牛的栖息地缩小及局部种群灭绝过程示意图物种地理分布范围边缘化的几个实例熊貓赤狼物种濒危等级评估的六项指标全球各大陆濒危物种数量估计全球生物多样性保护热点地区：特有物种集中地区及人类活动影响较大区熊猫种群保护努力与可能效果示意图解GIS手段在生物多样性保育中的应用图解可更新资源(可再生)的持续利用自然资源(natural resources)指能被人类社会利用于生产

27、和生活过程中的物质和能量的总称，是为人类提供生存、发展、享受的自然物质与自然条件的总称 然而某种物质能否被称做或认为是自然资源，还有一个(至少在某处某时它)是否稀缺的问题 自然资源按其可被循环利用与否分为两大类：应用生态学15.7 收获理论收获理论可更新资源(renewable resources) 经人类开发利用后，可以依靠自然(或简单人工)过程使资源本身得以恢复和再生，从而使人们能够永续利用的一部分自然资源，如土地 、地区性的生物 、水 及水、风能 等不可更新资源(non-renewable resources) 经开发利用后会逐渐减少以至枯竭的 ，典型的如各类金属或非金属矿产 、化石燃料

28、收获理论生物资源(biotic resources)属可更新资源，其中的许多类别，如森林、草地、海洋生物(鱼类)等，已经为人类社会的生存与发展作出过或正在作出着巨大的贡献 然而对这些可更新资源的利用，如果不能够做到科学管理和合理开发，也会使其遭受灭顶之灾，造成资源枯竭，从而严重影响到人类的生存收获理论 因而，有必要讨论和研究这类可更新资源的科学管理和合理利用，不仅要从经济学的角度，更要从生态学的角度出发去 本节将从种群水平上，讨论这类可更新资源的科学管理和合理利用，具体说就是介绍有关生物资源的最大持续产量原理及其在生产实践中的应用收获理论生物资源利用的最大持续产量原理 当某生物种群的大小低于其

29、环境容量K时,就有一个可以永远收获而不改变其种群性质和水平的剩余产量(surplus production，实际为该种群的每年增长量) 另一方面，如果不把此剩余产量收获，种群就会一直增长到最终达到环境容量，届时其剩余产量将减少到趋于零收获理论 换句话说，如果做到使种群在其增长量极大时被收获，就可以实现每年均取得一个生物产量，而且是最大的、永远的和可持续的生物产量 可见所谓最大持续产量(MSY, maximum sustainable yield)，是指既能保持永远收益，又能做到相对极大的(单位时间单位面积上)收获生物资源的产量收获理论最大持续产量原理的基本表述可更新资源管理理论中一个重要概念:

30、 使种群的增长量最大，并稳定在这个水平上，从而获得最大持续收获量(剩余收获量 u=rK/4)追求双重目标，即增长量最大而且能保持种群的相对稳定，这将使生物资源得到保护，从而有利于长远的生态经济效益 (见后分析表述)生物种群增长水平与剩余产量关系示意图种群水平剩余产量KK/2K/2剩余产量等于持续产量收获理论 假定我们考虑的是某片森林中的某一树种种群，(或是某捕捞区域内的某一鱼类种群，)其种群大小可以用N=N(t)表示。在自然环境诸因素的制约下，种群将以Logistic方程描述的曲线增长： 该曲线是一倒S型，拐点位于N=K/2处，达到饱和水平(N=K)时具有零增长率，N=K是其稳定平衡点(见下页图)种群 Logistic 增长曲线示意图KK/2N0tN收获理论 如果用U表示对该森林资源的收获量(采伐量)，则该森林资源的增长动态是: 根据以上最大持续产量的含义，我们的目标是要确定一个适当的收获量U，使种群的增长量最大，而且稳定在这个水平上，从而获得最大持续收获量收获理论对上式求导数得: 令F(N)=0得N=K/2，由极值判别准则知，在种群水平N=K/2时，具有最大增长率F(K/2)=rK/4 因此只要取U=F(K/2)=rK/4，则这时有dN/dt=0，