全校任选课环境保护概论第二章课件

哈尔滨工业大学公共课环境保护概论哈尔滨工业大学公共课第二章生态学基础

第一节

生态系统一、生态学

生态学：生态学是研究生物之间及生物与非生物环境之间相互关系的学科。以一般生物为研究对象，属自然科学范畴。

环境科学：环境科学是以人类与环境这对矛盾为对象，研究其对立统一关系的发生与发展，调节与控制以及利用与改造环境的科学。以人类为主要研究对象，把环境与人类生活的相互影响作为一个整体来研究，和社会科学有十分密切的联系。

城市生态学：是以城市空间范围内生态系统和环境系统之间联系为研究对象的学科。研究城市居民与城市环境之间相互关系的科学。第二章生态学基础

第一节生态系统一、生态学生态学的起源及发展生态学的起源和分类

1.起源:生物学Biology;2.分类：（1）按照生物学分类分支：普通生态学、动物生态学、植物生态学、微生物生态学、昆虫生态学、鱼类生态学、鸟类生态学及兽类生态学等。（2）按研究对象的生物栖息场所：陆地生态学：森林生态学、草原生态学、沙漠生态学、农田生态学、城市生态学；水域生态学:海洋生态学、淡水生态学等。生态学的起源及发展生态学的起源和分类(3)按研究的方法、交叉的学科：系统生态学：生态学和数学相结合，利用数理分析的方法研究种群生态系统能量生态学：生态学和物理学相结合

功能生态学：用热力学第二定律解释生态学化学生态学：生态学与化学相结合它对认识种群的信息调节机理，指示种群与环境关系的本质有重大的意义。宇宙太空生态学：它是探讨太空生态因子对人类和其他生物产生影响的一门科学。（4）按应用领域：农业生态学、森林生态学、渔业生态学、自然资源保护生态学、污染生态学、环境生态学、放射生态学、人类生态学、社会生态学、人口生态学、城市生态学、经济生态学及生态工程学等等。许多人甚至认为生态学已经不是生物学的分支学科，而是生物学与环境科学的交叉学科。(3)按研究的方法、交叉的学科：全校任选课环境保护概论第二章课件（5）按研究对象的等级单元分i．个体生态学(autecology):

个体生态学以生物的个体为研究对象，研究它与自然环境之间的相互关系，探讨环境因子对生物个体的影响以及生物个体对环境所产生的反应。其基本内容与生理生态相当。自然环境则包括非生物因子(光、温度、气候、土壤)和生物因子(包括同种和不同种的生物)。ii．种群生态学(Populadonecology):

种群是指一定时间、一定区域内同种个体的组合。在自然界中一般一个种总是以种群的形式存在，与环境之间的关系也必须从种群的特征及其增长的规律来探讨和分析。种群生态学研究的主要内容是种群密度、出生率、死亡率、存在率和种群的增长规律及其调节等。iii．群落生态学（communityecology):

群落生态学以生物群落为研究对象。所谓群落是指多种植物、动物、微生物种群聚集在一个特定的区域内，相互联系、相互依存而组成的一个统一的整体。群落生态学研究的主要内容是群落与环境间的相互关系，揭示群落中各个种群的关系，群落的自我调节和演替等。iv．生态系统生态学(ecosystemecology):

生态系统生态学以生态系统为研究对象。生态系统是指生物群落与生活环境间由于相互作用而形成的一种稳定的自然系统。生物群落从环境中取得能量和营养，形成自身的物质，这些物质由一个有机体按照食物链转移到另一个有机体，最后又返回到环境中去，通过微生物的分解，又转化成可以重新被植物利用的营养物质，这种能量流动和物质循环的各个环节都是生态系统生态学的研究内容。（5）按研究对象的等级单元分生态学的发展

分为四个阶段第一阶段：19世纪以前的生态学——

生态学的萌芽阶段；第二阶段：19世纪的生态学——生态学的初创阶段；第三阶段：20世纪前半叶的生态学——生态学的形成阶段；第四阶段：20世纪后叶以后的生态学——生态学的发展阶段.生态学的发展生态学发展历程体现的三个特点：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，由静态到动态的认识自然界的物质循环与转化规律;与基础科学和应用科学相结合，发展和扩大了生态学的领域。生态学发展历程体现的三个特点：“生态学”一词是德国生物学家海克尔1866年提出的。海克尔在其动物学著作中定义生态学是：研究动物与其有机及无机环境之间相互关系的科学，特别是动物与其他生物之间的有益和有害关系。第一阶段，萌芽期古人在长期的农牧渔猎生产中积累了朴素的生态学知识，诸如作物生长与季节气候及土壤水分的关系、常见动物的物候习性等。如公元前4世纪希腊学者亚里士多德曾粗略描述动物的不同类型的栖居地，还按动物活动的环境类型将其分为陆栖和水栖两类，按其食性分为肉食、草食、杂食和特殊食性等类。亚里士多德的学生、雅典学派首领赛奥夫拉斯图斯(公元前372～前287)在其植物地理学著作中已提出类似今日植物群落的概念。公元前后出现的介绍农牧渔猎知识的专著，如古罗马公元1世纪老普林尼的《博物志》

、6世纪中国农学家贾思勰的《齐民要术》等均记述了素朴的生态学观点。

“生态学”一词是德国生物学家海克尔1866年提出的。海克尔在第二阶段初创期大约从15世纪到20世纪40年代。15世纪以后，许多科学家通过科学考察积累了不少宏观生态学资料。18世纪初叶，现代生态学的轮廓开始出现。如R.雷奥米尔的6卷昆虫学著作中就有许多昆虫生态学方面的记述。瑞典博物学家C.von林奈首先把物候学、生态学和地理学观点结合起来，综合描述外界环境条件对动物和植物的影响。法国博物学家G.-L.de布丰强调生物变异基于环境的影响。德国植物地理学家A.von洪堡(1769～1859)创造性地结合气候与地理因子的影响来描述物种的分布规律。19世纪，生态学进一步发展。这一方面是由于农牧业的发展促使人们开展了环境因子对作物和家畜生理影响的实验研究。例如，在这一时期中确定了5℃为一般植物的发育起点温度,绘制了动物的温度发育曲线，提出了用光照时间与平均温度的乘积作为比较光化作用的“光时度”指标以及植物营养的最低量律和光谱结构对于动植物发育的效应等。另一方面，T.R.马尔萨斯于1798年发表的《人口论》一书造成了广泛的影响。P.-F.费尔许尔斯特1833年以其著名的逻辑斯谛曲线描述人口增长速度与人口密度的关系，把数学分析方法引入生态学。19世纪后期开展的对植物群落的定量描述也已经以统计学原理为基础。1859年C.R.达尔文在《物种起源》一书中提出自然选择学说，强调生物进化是生物与环境交互作用的产物，引起了人们对生物与环境的相互关系的重视，更促进了生态学的发展。19世纪中叶到20世纪初叶，人类所关心的农业、渔猎和直接与人类健康有关的环境卫生等问题，推动了农业生态学（包括引进天敌防治害虫）、野生动物种群生态学和媒介昆虫传病行为的研究。由于当时组织的远洋考察中都重视了对生物资源的调查，从而也丰富了水生生物学和水域生态学的内容。第二阶段初创期大约从15世纪到20世纪40年代。15世纪第三阶段：20世纪前半叶的生态学——生态学的形成阶段；

是Warming，Schimper以后直至E．P．Odum(奥德姆)的《生态学基础》问世时期的生态学。生态学的基础理论和方法都已经形成，并在六个方面有了大的发展。

第一，地植物学或植物群落学的理论、方法和学术派别的产生、完善和发展已经到了极成熟阶段，相继出现了诸如西欧大陆学派、俄罗斯学派、英美学派，并且在区域植物群落研究中也有了很多重大的进展。

第二，动物生态学有了较大的发展。动物行为学(如Pearl，1910)、水生生物学(如Forel，1901；Welch，1935)、动物种群生态学(如Lotka-Volterra，1925，1926)等都有大的发展，Allee等(1949)的《动物生态学原理》标志着动物生态学已进入成熟阶段。

第三，提出了生态系统概论，并在生态系统研究方面有了很大发展，生态学正在由植物群落研究向生态系统研究方向迈进。生态系统的结构和功能的研究都有了最基本的发展，如Elton(1927)的能量金字塔、Lindeman(1942)的生物营养级及十分之一定律。生态系统的研究方法仍然以观察为基本方法，但引用了综合分析的手段。

第四，基本的生物生态学学科体系的建立。Odum(1953)在《生态学基础》中，已经明确提出了个体生态学、种群生态学、群落生态学和生态系统生态学的学科体系。

第五，生态学分支学科的产生。如德国的C．Troll(1939)提出“景观生态学”并发表了一系列景观生态学的论文；在美国芝加哥大学已经发展形成了人类生态学；通过R．D．Mwkenzie和R．E．Park(1925)，JamesA．Quinn(1950)的发展，在Odum(1953)的《生态学基础》中，把生态系统定义为包括人类在内的所有生物与其环境构成的整体，说明了人类生态学是生态学的一个重要组成部分。

第六，生态学专门研究机构和学术刊物的涌现。一些有重要影响的研究机构或团体早在20世纪50年代以前就已经建立，例如，英国生态学会(1913)、美国生态学会(1915)。30年代末期建立的“地中海与阿尔卑斯山地植物学国际站(即SIGMA)”在地植物学研究和人才培养方面起着巨大作用。一些有重要影响的生态学学术刊物也是在刃年代以前创办的。例如，EcologicalMonographs(1931，美)，Ecology(1920，美)，TheJournalofEcology(1913，英)，EeologicalReviews(1935，日)，Vegetation(1948，荷兰)，Bioscience(1951，美)，Oikos(1950，丹麦)等都是在50年代以前就创办的。第三阶段：20世纪前半叶的生态学——生态学的形成阶段；第四阶段：20世纪后叶以后的生态学——生态学的发展阶段第一，生态学从认识自然规律走向管理自然资源，第二，应用先进科学技术，生态学得到空前发展。（遥感技术、电子显微技术、计算机）第三，生态学重点发展学科的替代。第四，国际协作加强：国际生物学计划、人与生物圈计划(ManandBiosphereProgrammne；MAB，1971~)等国际性合作项目。第五，学科大发展第四阶段：20世纪后叶以后的生态学——生态学的发展阶段二、生物圈

生物圈（ecosphere），是指地球上有生命活动的领域及其居住环境的整体，由大气圈（atmosphere）的下层、整个水圈（hydrosphere）、土壤岩石圈（lithosphere），以及活动于其中的生物组成。生物圈的存在需具备下列四个基本条件：（1）可以获得来自太阳的充足光能。（2）有可被生物利用的大量液态水。（3）生物圈内有适宜生命活动的温度条件。（4）生物圈内提供了生命物质所需要的营养物质。第二章

第一节二、生物圈第二章

第一节三、生态系统

种群（population）：一个生物物种在一定范围内所有个体的总和。

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就是生态系统。

生态系统是自然界一定空间的生物与环境之间的相互作用、相互影响、不断演变、不断进行着物质和能量的交换，并在一定时间内达到动态平衡，形成相对稳定的统一整体，是具有一定结构和功能的单位，即由生物群落及其生存环境共同组成的动态平衡系统。

生物圈（ecosphere）第二章

第一节三、生态系统

种群（population）：一个生物物

池塘生态系统池塘生态系统有光食物链太阳能黑暗食物链地热有光食物链太阳能黑暗食物链地热第二章

第一节生态系统的组成成分四、生态系统的组成第二章

第一节生态系统的组成成分四、生态系统的组成五、生态系统的类型和特征

1.按生态类型不同：陆地生态系统淡水生态系统海洋生态系统按原动力和影响力：自然生态系统半自然生态系统人工生态系统

2.基本特征（1）开放性（2）运动性（3）自我调节性（4）相关性与演化性第二章

第一节五、生态系统的类型和特征第二章

第一节全校任选课环境保护概论第二章课件六、生态系统的结构

1.生物结构个体、种群、群落、生态系统

2.形态结构垂直、水平、时间

3.营养结构（功能结构）（1）食物链（foodchain）：浮游植物→浮游动物→小鱼→大鱼→鱼鹰

生产者消费者一级二级三级顶级第二章

第一节六、生态系统的结构第二章

第一节简化的温带落叶林中的食物网第二章

第一节（2）食物网（foodwebs）

：简化的温带落叶林中的食物网第二章

第一节（2）食物网（foo第二章

第一节（3）营养级（trophiclevels）

：生态金字塔图

生产率金字塔生物量金字塔生物数目金字塔10%率（4）食物链的特点及调节功能（研究作用）a.食物链会产生变化，恢复难。b.能使环境污染中不能被代谢的有毒物质浓缩。c.有助于指导农、林、牧、渔业的发展。d.确定污染物的生物放大作用。第二章

第一节（3）营养级（trophiclevels）全校任选课环境保护概论第二章课件一、生物生产

1．生态系统的初级生产过程(植物性生产)

初级生产实质上是一个能量的转化和物质的积累过程，是绿色植物的光合作用过程。（1）生产力（Productivity）初级生产的产量与时间有关，单位时间和单位面积（或体积）生产的产量，也称为生产量（Production），常以kg/（m2·a）或（kJ/（m2·a）表示。

（2）现存量（standingcrop），指一特定观测时刻，一定面积上（或一定空间范围内）现有生物体的数量，常以kg/m2或kJ/m2或个/m2表示，它也称为生物量（biomass）。

（3）总初级生产量（grossprimaryproductivity）总初级生产量是指在测定阶段，包括生产者自身呼吸作用中被消耗掉的有机物在内的总积累量（有机物积累的速率），常用PG表示。（4）净初级生产量（netprimaryproductivity）。净初级生产量则指在测定阶段，植物光合作用积累量中除去用于生产者自身呼吸所剩余的积累量，常用PN表示。总初级生产量和净初级生产量的关系可用下式表示：PG—Ra=PN

或PG=PN+Ra

式中，Ra为生产者自身用于呼吸的消耗量。第二节生态系统的功能一、生物生产第二节生态系统的功能

2．生态系统的次级生产过程(动物性生产)

生态系统的次级生产是指消费者和分解者利用初级生产物质进行同化作用建造自身和繁衍后代的过程。

（1）次级生产量：次级生产所形成的有机物(消费者体重增长和后代繁衍)的量。是异养生物对初级生产物质的利用和再生产过程。

（2）消耗量：真正被食草动物摄食利用的这一部分。

（3）同化量：消耗量中被消化吸收部分。

（4）粪尿量：未被消化利用的剩余部分，经消化道排出体外。2．生态系统的次级生产过程(动物性生产)二、能量流动

1.能量在生态系统中的流动严格遵热力学定律。

2.能量流动过程（1）光合作用和有机成分的输入（2）呼吸的消耗和有机物的输出

3.特点：两个显著的特点：（1）能量只朝着单一方向流动，是非循环、不可逆的。（2）能量在流动中沿着生产者和逐级消费者的顺序逐级减少。其他特点：（3）生产者对太阳能的利用率很低，只有1.2%。（4）各级消费者之间能量的利用率不高。（5）只有当生态系统生产的能量与消耗相平衡时，其结构和功能才能保持动态平衡。热力学第一定律热力学第二定律

二、能量流动热力学第一定律第二章

第二节三、物质循环物质是能量的载体，又是生命活动生物化学过程的结构基础。

自然界的100多种化学元素中，生物有机体维持生命所必须的约有40多种。

大量营养元素：基本元素：O、C、H、N、P（占全部原生质的97%以上）还有K、Na、Ca、Mg、S、Fe等

微量营养元素：Cl、Co、I、Mn、Mo、Zn等。

生态系统的物质循环（生物地球化学循环）：构成生命有机体的这些化学营养元素首先被植物从空气、水、土壤中吸收利用，然后以有机物的形式从一个营养级传递到下一营养级。当动植物有机体死亡后被分解者分解时，它们又以无机形式的矿质元素归还到环境中，再次被植物重新吸收利用。第二章

第二节三、物质循环

1．水循环第二章

第二节生物圈中的水、氧气和二氧化碳的循环1．水循环第二章

第二节生物圈中的水、氧气和二氧化碳2.气体循环

（1）碳的循环第二章

第二节2.气体循环（1）碳的循环第二章

第二节第二章

第二节（2）氮的循环第二章

第二节（2）氮的循环大气中的氮进入生物有机体内主要有四种途径：①生物固氮②工业固氮③岩浆固氮④大气固氮氮循环过程中的四个作用：

N2被还原成NH3和其他氮化物的过程称为固氮作用；微生物分解有机氮化物产生氨的过程称为氨化作用；微生物将NH3氧化成硝酸盐的过程称为硝化作用；氧化亚硝酸菌

NH+4+2O2→NO-3+H2O+2H++能量硝酸菌微生物还原硝酸盐，释放出N2和N2O的过程称为反硝化作用或脱氮作用。兼性脱氮菌（反硝化菌）

2NO-2+6H+（氢供体）→N2↑+2H2O+2OH-2NO-3+10H+（氢供体）→N2↑+4H2O+2OH-第二章

第二节大气中的氮进入生物有机体内主要有四种途径：第二章

第二节

磷循环第二章

第二节3.沉积循环磷循环第二章

第二节3.沉积循环三、信息传递

1.营养信息

2.化学信息

3.物理信息

4.行为信息第二章

第二节兔的食物增加兔数量减少兔因饥饿死亡兔吃少量植物植物增加兔数量增加兔吃大量植物植物减少三、信息传递第二章

第二节兔的食兔数量减少兔因饥兔吃少植物增第三节生态平衡一、种群与生物群落

1.种群的概念

种群种群分布种群密度种群的年龄结构（可根据生育年龄和其他各年龄段个体的多少分为三种类型：增长型、稳定型和衰退型）

2.种群增长

影响因素：种群繁殖和迁移。

3.生物群落（1）生态位生态环境生态位（可分为环境生态位、营养生态位、超体积生态位）

第三节生态平衡一、种群与生物群落

（2）多样性与稳定性

复杂的食物链网的形成，有赖于群落中较高的物种多样性（speciesdiversity）。

稳定性（stability）的概念有两层含义：抵抗力（resistance）：系统抵御外界干扰使自身不致受到伤害的缓冲能力,抵抗力越强则系统越不容易出现伤害或崩溃现象。恢复力（resilience）：当系统遭到外界干扰致使系统受损后迅速修复还原自己的能力,恢复力越强则系统恢复到正常的时间越短。两者难以兼得,恢复力强则抵抗力弱,反之亦然。相对稳定可以是具有高的抗外界干扰的能力，也可以是在外界干扰后迅速恢复到原状的能力。多样性有助于增强群落的抵抗力，却不利于提高群落的恢复力。第二章

第三节（2）多样性与稳定性复杂的食物链网的形成，生态系统总稳定性(抵抗力与恢复力)关系示意图生态系统功能时间干扰抵抗力的量度：当一次干扰的强度和作用时间一定时，此区域的面积越大(轨迹偏离正常范围越晚和幅度越小)，生态系统的抵抗力越强功能轨迹曲线正常作用范围第二章

第三节生态系统总稳定性(抵抗力与恢复力)关系示意图生态系统功能时生态系统总稳定性(抵抗力与恢复力)关系示意图生态系统功能时间干扰恢复力的量度：当一次干扰的强度和作用时间一定时，此区域的面积越大(轨迹回复到正常范围越早)，生态系统的恢复力越强功能轨迹曲线正常作用范围第二章

第三节生态系统总稳定性(抵抗力与恢复力)关系示意图生态系统功能时（3）种间相互关系a.竞争(competition)：是物种内或物种间为争夺生存资源和空间而相互抑制的现象。紫茎泽兰b.共生(symbiosis)：是两种不同的生物在生活中密切结合在一起，互相依赖，彼此获利的一种物种间相互作用方式。固氮根瘤菌与豆科植物

c.寄生(parasitism)：对寄主有害，但一般不伤及其生命。虱子、绦虫d.共栖(commensalism)：指两种生物生活在一起，其中一方受益，另一方并不受害也无利。小鱼e.捕食(predation)：是一种生物攻击或捕杀另一种生物并以其为食的现象。一方获益、一方死亡。草→羚羊→狮子第二章

第三节（3）种间相互关系a.竞争(competition)：是物4.生态演替按照开始时环境条件的状况可分为

（1）原生演替（2）次生演替按照演替发展的方向可分为

（3）顺行演替（4）逆行演替总结：第二章

第三节生命有机体在受到环境影响、控制的同时，也反过来对环境施加一定的影响。当有机体侵入到一处原来没有生命的领域内，便在与环境的相互作用下逐步发展。随着有机体的发展，对环境施加的影响力也逐渐加大，甚至大到使环境改变得不利于原有机体的生存，而有利于另一些有机体生存，从而原来的群落组成与结构被新的群落组成与结构所替代，这一现象称之为生态演替。①生态系统的演替是有方向、有次序的发展过程，并且是可以预测的。②演替是生态系统内外因素共同作用的结果，因而是可控制的。③演替的自然趋势是增加系统的稳定性，因此，要充分认识和尊重生态系统的自我调节能力。④在追求生态系统的稳定性时，应充分考虑系统的内在调节能力，而不必追求系统的复杂性。4.生态演替第二章

第三节生命有机体在受到环境影响、控制全校任选课环境保护概论第二章课件全校任选课环境保护概论第二章课件全校任选课环境保护概论第二章课件二、生态平衡(ecologicalbalance)1.生态系统的平衡自我调节能力，生态阈限

2.影响生态平衡的因素（1）自然因素（2）人为因素

a.生物种类的改变（外来物种入侵）

b.环境因素的改变，引起平衡破坏

c.信息系统的破坏第二章

第三节

在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。在一定的时期内，在生产者、消费者和分解者之间都保持着一种相对的平衡状态，也就是系统的能量流动和物质循环在较长的时间内保持稳定状态，这种平衡状态就叫做生态平衡。

外来入侵物种：紫茎泽兰、薇甘菊、空心莲子草、豚草、毒麦、互花米草、、飞机草、凤眼莲（水葫芦）、假高粱、蔗扁蛾、湿地松粉蚧、强大小蠧、美国白蛾、非洲大蜗牛、福寿螺、牛蛙。二、生态平衡(ecologicalbalance)第二章

3.生态学的一般规律

(1)相互依存与相互制约规律①普遍的依存与制约，亦称“物物相关”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”规律

(2)物质循环与再生规律

(3)物质输入输出的动态平衡规律

(4)相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第二章

第三节3.生态学的一般规律第二章

第三节第二章完第二章完演讲完毕，谢谢观看！演讲完毕，谢谢观看！哈尔滨工业大学公共课环境保护概论哈尔滨工业大学公共课第二章生态学基础

第一节

生态系统一、生态学

生态学：生态学是研究生物之间及生物与非生物环境之间相互关系的学科。以一般生物为研究对象，属自然科学范畴。

环境科学：环境科学是以人类与环境这对矛盾为对象，研究其对立统一关系的发生与发展，调节与控制以及利用与改造环境的科学。以人类为主要研究对象，把环境与人类生活的相互影响作为一个整体来研究，和社会科学有十分密切的联系。

城市生态学：是以城市空间范围内生态系统和环境系统之间联系为研究对象的学科。研究城市居民与城市环境之间相互关系的科学。第二章生态学基础

第一节生态系统一、生态学生态学的起源及发展生态学的起源和分类

1.起源:生物学Biology;2.分类：（1）按照生物学分类分支：普通生态学、动物生态学、植物生态学、微生物生态学、昆虫生态学、鱼类生态学、鸟类生态学及兽类生态学等。（2）按研究对象的生物栖息场所：陆地生态学：森林生态学、草原生态学、沙漠生态学、农田生态学、城市生态学；水域生态学:海洋生态学、淡水生态学等。生态学的起源及发展生态学的起源和分类(3)按研究的方法、交叉的学科：系统生态学：生态学和数学相结合，利用数理分析的方法研究种群生态系统能量生态学：生态学和物理学相结合

功能生态学：用热力学第二定律解释生态学化学生态学：生态学与化学相结合它对认识种群的信息调节机理，指示种群与环境关系的本质有重大的意义。宇宙太空生态学：它是探讨太空生态因子对人类和其他生物产生影响的一门科学。（4）按应用领域：农业生态学、森林生态学、渔业生态学、自然资源保护生态学、污染生态学、环境生态学、放射生态学、人类生态学、社会生态学、人口生态学、城市生态学、经济生态学及生态工程学等等。许多人甚至认为生态学已经不是生物学的分支学科，而是生物学与环境科学的交叉学科。(3)按研究的方法、交叉的学科：全校任选课环境保护概论第二章课件（5）按研究对象的等级单元分i．个体生态学(autecology):

个体生态学以生物的个体为研究对象，研究它与自然环境之间的相互关系，探讨环境因子对生物个体的影响以及生物个体对环境所产生的反应。其基本内容与生理生态相当。自然环境则包括非生物因子(光、温度、气候、土壤)和生物因子(包括同种和不同种的生物)。ii．种群生态学(Populadonecology):

种群是指一定时间、一定区域内同种个体的组合。在自然界中一般一个种总是以种群的形式存在，与环境之间的关系也必须从种群的特征及其增长的规律来探讨和分析。种群生态学研究的主要内容是种群密度、出生率、死亡率、存在率和种群的增长规律及其调节等。iii．群落生态学（communityecology):

群落生态学以生物群落为研究对象。所谓群落是指多种植物、动物、微生物种群聚集在一个特定的区域内，相互联系、相互依存而组成的一个统一的整体。群落生态学研究的主要内容是群落与环境间的相互关系，揭示群落中各个种群的关系，群落的自我调节和演替等。iv．生态系统生态学(ecosystemecology):

生态系统生态学以生态系统为研究对象。生态系统是指生物群落与生活环境间由于相互作用而形成的一种稳定的自然系统。生物群落从环境中取得能量和营养，形成自身的物质，这些物质由一个有机体按照食物链转移到另一个有机体，最后又返回到环境中去，通过微生物的分解，又转化成可以重新被植物利用的营养物质，这种能量流动和物质循环的各个环节都是生态系统生态学的研究内容。（5）按研究对象的等级单元分生态学的发展

分为四个阶段第一阶段：19世纪以前的生态学——

生态学的萌芽阶段；第二阶段：19世纪的生态学——生态学的初创阶段；第三阶段：20世纪前半叶的生态学——生态学的形成阶段；第四阶段：20世纪后叶以后的生态学——生态学的发展阶段.生态学的发展生态学发展历程体现的三个特点：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，由静态到动态的认识自然界的物质循环与转化规律;与基础科学和应用科学相结合，发展和扩大了生态学的领域。生态学发展历程体现的三个特点：“生态学”一词是德国生物学家海克尔1866年提出的。海克尔在其动物学著作中定义生态学是：研究动物与其有机及无机环境之间相互关系的科学，特别是动物与其他生物之间的有益和有害关系。第一阶段，萌芽期古人在长期的农牧渔猎生产中积累了朴素的生态学知识，诸如作物生长与季节气候及土壤水分的关系、常见动物的物候习性等。如公元前4世纪希腊学者亚里士多德曾粗略描述动物的不同类型的栖居地，还按动物活动的环境类型将其分为陆栖和水栖两类，按其食性分为肉食、草食、杂食和特殊食性等类。亚里士多德的学生、雅典学派首领赛奥夫拉斯图斯(公元前372～前287)在其植物地理学著作中已提出类似今日植物群落的概念。公元前后出现的介绍农牧渔猎知识的专著，如古罗马公元1世纪老普林尼的《博物志》

、6世纪中国农学家贾思勰的《齐民要术》等均记述了素朴的生态学观点。

“生态学”一词是德国生物学家海克尔1866年提出的。海克尔在第二阶段初创期大约从15世纪到20世纪40年代。15世纪以后，许多科学家通过科学考察积累了不少宏观生态学资料。18世纪初叶，现代生态学的轮廓开始出现。如R.雷奥米尔的6卷昆虫学著作中就有许多昆虫生态学方面的记述。瑞典博物学家C.von林奈首先把物候学、生态学和地理学观点结合起来，综合描述外界环境条件对动物和植物的影响。法国博物学家G.-L.de布丰强调生物变异基于环境的影响。德国植物地理学家A.von洪堡(1769～1859)创造性地结合气候与地理因子的影响来描述物种的分布规律。19世纪，生态学进一步发展。这一方面是由于农牧业的发展促使人们开展了环境因子对作物和家畜生理影响的实验研究。例如，在这一时期中确定了5℃为一般植物的发育起点温度,绘制了动物的温度发育曲线，提出了用光照时间与平均温度的乘积作为比较光化作用的“光时度”指标以及植物营养的最低量律和光谱结构对于动植物发育的效应等。另一方面，T.R.马尔萨斯于1798年发表的《人口论》一书造成了广泛的影响。P.-F.费尔许尔斯特1833年以其著名的逻辑斯谛曲线描述人口增长速度与人口密度的关系，把数学分析方法引入生态学。19世纪后期开展的对植物群落的定量描述也已经以统计学原理为基础。1859年C.R.达尔文在《物种起源》一书中提出自然选择学说，强调生物进化是生物与环境交互作用的产物，引起了人们对生物与环境的相互关系的重视，更促进了生态学的发展。19世纪中叶到20世纪初叶，人类所关心的农业、渔猎和直接与人类健康有关的环境卫生等问题，推动了农业生态学（包括引进天敌防治害虫）、野生动物种群生态学和媒介昆虫传病行为的研究。由于当时组织的远洋考察中都重视了对生物资源的调查，从而也丰富了水生生物学和水域生态学的内容。第二阶段初创期大约从15世纪到20世纪40年代。15世纪第三阶段：20世纪前半叶的生态学——生态学的形成阶段；

是Warming，Schimper以后直至E．P．Odum(奥德姆)的《生态学基础》问世时期的生态学。生态学的基础理论和方法都已经形成，并在六个方面有了大的发展。

第一，地植物学或植物群落学的理论、方法和学术派别的产生、完善和发展已经到了极成熟阶段，相继出现了诸如西欧大陆学派、俄罗斯学派、英美学派，并且在区域植物群落研究中也有了很多重大的进展。

第二，动物生态学有了较大的发展。动物行为学(如Pearl，1910)、水生生物学(如Forel，1901；Welch，1935)、动物种群生态学(如Lotka-Volterra，1925，1926)等都有大的发展，Allee等(1949)的《动物生态学原理》标志着动物生态学已进入成熟阶段。

第三，提出了生态系统概论，并在生态系统研究方面有了很大发展，生态学正在由植物群落研究向生态系统研究方向迈进。生态系统的结构和功能的研究都有了最基本的发展，如Elton(1927)的能量金字塔、Lindeman(1942)的生物营养级及十分之一定律。生态系统的研究方法仍然以观察为基本方法，但引用了综合分析的手段。

第四，基本的生物生态学学科体系的建立。Odum(1953)在《生态学基础》中，已经明确提出了个体生态学、种群生态学、群落生态学和生态系统生态学的学科体系。

第五，生态学分支学科的产生。如德国的C．Troll(1939)提出“景观生态学”并发表了一系列景观生态学的论文；在美国芝加哥大学已经发展形成了人类生态学；通过R．D．Mwkenzie和R．E．Park(1925)，JamesA．Quinn(1950)的发展，在Odum(1953)的《生态学基础》中，把生态系统定义为包括人类在内的所有生物与其环境构成的整体，说明了人类生态学是生态学的一个重要组成部分。

第六，生态学专门研究机构和学术刊物的涌现。一些有重要影响的研究机构或团体早在20世纪50年代以前就已经建立，例如，英国生态学会(1913)、美国生态学会(1915)。30年代末期建立的“地中海与阿尔卑斯山地植物学国际站(即SIGMA)”在地植物学研究和人才培养方面起着巨大作用。一些有重要影响的生态学学术刊物也是在刃年代以前创办的。例如，EcologicalMonographs(1931，美)，Ecology(1920，美)，TheJournalofEcology(1913，英)，EeologicalReviews(1935，日)，Vegetation(1948，荷兰)，Bioscience(1951，美)，Oikos(1950，丹麦)等都是在50年代以前就创办的。第三阶段：20世纪前半叶的生态学——生态学的形成阶段；第四阶段：20世纪后叶以后的生态学——生态学的发展阶段第一，生态学从认识自然规律走向管理自然资源，第二，应用先进科学技术，生态学得到空前发展。（遥感技术、电子显微技术、计算机）第三，生态学重点发展学科的替代。第四，国际协作加强：国际生物学计划、人与生物圈计划(ManandBiosphereProgrammne；MAB，1971~)等国际性合作项目。第五，学科大发展第四阶段：20世纪后叶以后的生态学——生态学的发展阶段二、生物圈

生物圈（ecosphere），是指地球上有生命活动的领域及其居住环境的整体，由大气圈（atmosphere）的下层、整个水圈（hydrosphere）、土壤岩石圈（lithosphere），以及活动于其中的生物组成。生物圈的存在需具备下列四个基本条件：（1）可以获得来自太阳的充足光能。（2）有可被生物利用的大量液态水。（3）生物圈内有适宜生命活动的温度条件。（4）生物圈内提供了生命物质所需要的营养物质。第二章

第一节二、生物圈第二章

第一节三、生态系统

种群（population）：一个生物物种在一定范围内所有个体的总和。

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就是生态系统。

生态系统是自然界一定空间的生物与环境之间的相互作用、相互影响、不断演变、不断进行着物质和能量的交换，并在一定时间内达到动态平衡，形成相对稳定的统一整体，是具有一定结构和功能的单位，即由生物群落及其生存环境共同组成的动态平衡系统。

生物圈（ecosphere）第二章

第一节三、生态系统

种群（population）：一个生物物

池塘生态系统池塘生态系统有光食物链太阳能黑暗食物链地热有光食物链太阳能黑暗食物链地热第二章

第一节生态系统的组成成分四、生态系统的组成第二章

第一节生态系统的组成成分四、生态系统的组成五、生态系统的类型和特征

1.按生态类型不同：陆地生态系统淡水生态系统海洋生态系统按原动力和影响力：自然生态系统半自然生态系统人工生态系统

2.基本特征（1）开放性（2）运动性（3）自我调节性（4）相关性与演化性第二章

第一节五、生态系统的类型和特征第二章

第一节全校任选课环境保护概论第二章课件六、生态系统的结构

1.生物结构个体、种群、群落、生态系统

2.形态结构垂直、水平、时间

3.营养结构（功能结构）（1）食物链（foodchain）：浮游植物→浮游动物→小鱼→大鱼→鱼鹰

生产者消费者一级二级三级顶级第二章

第一节六、生态系统的结构第二章

第一节简化的温带落叶林中的食物网第二章

第一节（2）食物网（foodwebs）

：简化的温带落叶林中的食物网第二章

第一节（2）食物网（foo第二章

第一节（3）营养级（trophiclevels）

：生态金字塔图

生产率金字塔生物量金字塔生物数目金字塔10%率（4）食物链的特点及调节功能（研究作用）a.食物链会产生变化，恢复难。b.能使环境污染中不能被代谢的有毒物质浓缩。c.有助于指导农、林、牧、渔业的发展。d.确定污染物的生物放大作用。第二章

第一节（3）营养级（trophiclevels）全校任选课环境保护概论第二章课件一、生物生产

1．生态系统的初级生产过程(植物性生产)

初级生产实质上是一个能量的转化和物质的积累过程，是绿色植物的光合作用过程。（1）生产力（Productivity）初级生产的产量与时间有关，单位时间和单位面积（或体积）生产的产量，也称为生产量（Production），常以kg/（m2·a）或（kJ/（m2·a）表示。

（2）现存量（standingcrop），指一特定观测时刻，一定面积上（或一定空间范围内）现有生物体的数量，常以kg/m2或kJ/m2或个/m2表示，它也称为生物量（biomass）。

（3）总初级生产量（grossprimaryproductivity）总初级生产量是指在测定阶段，包括生产者自身呼吸作用中被消耗掉的有机物在内的总积累量（有机物积累的速率），常用PG表示。（4）净初级生产量（netprimaryproductivity）。净初级生产量则指在测定阶段，植物光合作用积累量中除去用于生产者自身呼吸所剩余的积累量，常用PN表示。总初级生产量和净初级生产量的关系可用下式表示：PG—Ra=PN

或PG=PN+Ra

式中，Ra为生产者自身用于呼吸的消耗量。第二节生态系统的功能一、生物生产第二节生态系统的功能

2．生态系统的次级生产过程(动物性生产)

生态系统的次级生产是指消费者和分解者利用初级生产物质进行同化作用建造自身和繁衍后代的过程。

（1）次级生产量：次级生产所形成的有机物(消费者体重增长和后代繁衍)的量。是异养生物对初级生产物质的利用和再生产过程。

（2）消耗量：真正被食草动物摄食利用的这一部分。

（3）同化量：消耗量中被消化吸收部分。

（4）粪尿量：未被消化利用的剩余部分，经消化道排出体外。2．生态系统的次级生产过程(动物性生产)二、能量流动

1.能量在生态系统中的流动严格遵热力学定律。

2.能量流动过程（1）光合作用和有机成分的输入（2）呼吸的消耗和有机物的输出

3.特点：两个显著的特点：（1）能量只朝着单一方向流动，是非循环、不可逆的。（2）能量在流动中沿着生产者和逐级消费者的顺序逐级减少。其他特点：（3）生产者对太阳能的利用率很低，只有1.2%。（4）各级消费者之间能量的利用率不高。（5）只有当生态系统生产的能量与消耗相平衡时，其结构和功能才能保持动态平衡。热力学第一定律热力学第二定律

二、能量流动热力学第一定律第二章

第二节三、物质循环物质是能量的载体，又是生命活动生物化学过程的结构基础。

自然界的100多种化学元素中，生物有机体维持生命所必须的约有40多种。

大量营养元素：基本元素：O、C、H、N、P（占全部原生质的97%以上）还有K、Na、Ca、Mg、S、Fe等

微量营养元素：Cl、Co、I、Mn、Mo、Zn等。

生态系统的物质循环（生物地球化学循环）：构成生命有机体的这些化学营养元素首先被植物从空气、水、土壤中吸收利用，然后以有机物的形式从一个营养级传递到下一营养级。当动植物有机体死亡后被分解者分解时，它们又以无机形式的矿质元素归还到环境中，再次被植物重新吸收利用。第二章

第二节三、物质循环

1．水循环第二章

第二节生物圈中的水、氧气和二氧化碳的循环1．水循环第二章

第二节生物圈中的水、氧气和二氧化碳2.气体循环

（1）碳的循环第二章

第二节2.气体循环（1）碳的循环第二章

第二节第二章

第二节（2）氮的循环第二章

第二节（2）氮的循环大气中的氮进入生物有机体内主要有四种途径：①生物固氮②工业固氮③岩浆固氮④大气固氮氮循环过程中的四个作用：

N2被还原成NH3和其他氮化物的过程称为固氮作用；微生物分解有机氮化物产生氨的过程称为氨化作用；微生物将NH3氧化成硝酸盐的过程称为硝化作用；氧化亚硝酸菌

NH+4+2O2→NO-3+H2O+2H++能量硝酸菌微生物还原硝酸盐，释放出N2和N2O的过程称为反硝化作用或脱氮作用。兼性脱氮菌（反硝化菌）

2NO-2+6H+（氢供体）→N2↑+2H2O+2OH-2NO-3+10H+（氢供体）→N2↑+4H2O+2OH-第二章

第二节大气中的氮进入生物有机体内主要有四种途径：第二章

第二节

磷循环第二章

第二节3.沉积循环磷循环第二章

第二节3.沉积循环三、信息传递

1.营养信息

2.化学信息

3.物理信息

4.行为信息第二章

第二节兔的食物增加兔数量减少兔因饥饿死亡兔吃少量植物植物增加兔数量增加兔吃大量植物植物减少三、信息传递第二章

第二节兔的食兔数量减少兔因饥兔吃少植物增第三节生态平衡一、种群与生物群落

1.种群的概念

种群种群分布种群密度种群的年龄结构（可根据生育年龄和其他各年龄段个体的多少分为三种类型：增长型、稳定型和衰退型）

2.种群增长

影响因素：种群繁殖和迁移。

3.生物群落（1）生态位生态环境生态位（可分为环境生态位、营养生态位、超体积生态位）

第三节生态平衡一、种群与生物群落

（2）多样性与稳定性