第三章-生态学基础

第三章生态学基础第三章生态学基础

课时目标：掌握生态学、、生态平衡的概念，理解食物链的特征，生态系统能量流动的特点。教学重点：生态系统教学难点：生态系统能量流动。第三章生态学基础第一节生态学的含义及其发展第二节生态系统的概念和功能第三节森林生态系统（自学）第四节生态平衡第五节生态学的一般规律第一节生态学的含义及其发展

梭罗（Thoreau）美国作家和他的《瓦尔登湖》Lake

WaldenH.

D.

Thoreau“ecology”

的提出1866年，海克尔正式提出“ecology”

一词。Ernst

Haeckel三好学“生态学”的由来1895年，日本学者三好学把“ecology”翻译成日文“生態学”。三好学以“eco”开头的词汇：economics

ecosystemecoturismeco-techeco-passportecotecture

eco-designeco-cityecotone第一节生态学的含义及其发展

一、生态学的含义及其发展1、含义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。如果把生物看成是一个生命系统，环境看成是一个环境系统，又可以说，生态学就是研究生命系统和环境系统之间相互作用的规律和机理的一门学科。2、生态学的发展（1）研究对象：（2）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物质循环与转化规律。与基础科学和应用科学相结合，发展了生态学，扩大了生态学的领域。如：数学生态学、系统生态学、经济生态学等。植物动物生物（包括人）3.生态学与环境科学的异同

(1)相同点：研究范围：生物圈

研究问题：基本相同(2)不同点：

比较的项目生态学

环境科学定义研究生命系统与环境系统之间相互作用的规律及机理。研究人类活动与环境质量关系的科学研究对象

以一般生物为对象以人为主要对象。研究内容

环境因素与生物之间的相互关系。将环境与人类生活的相互影响作为整体来研究。所属范畴

自然科学

交叉性学科，涉及自然科学、社会科学等。第二节生态系统的概念和功能1、生态系统（1）生态系统的概念种群（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。（2）生态系统的组成和作用生产者

主要指绿色植物，其次是指光能合成细菌和化能合成细菌。生产者又称为自养生物。（2）生态系统的组成和作用分解者是具有分解有机物能力的细菌、真菌等微生物和一些小型动物，把复杂的有机物分解为简单的无机物归还环境。分解者多为异养生物。（2）生态系统的组成和作用转变者也是细菌，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。（2）生态系统的组成和作用消费者是指直接或间接利用生产者所制造的有机物质为食物和能量来源的异养生物。•消费者按食物链关系可以分成以下几级：一级消费者：以绿色食物为食的动物。二级消费者：以草食动物为食的动物。三级消费者：以二级消费者为食的动物。生态系统淡水生态系统流水生态系统（如河流）静水生态系统（如湖泊）

海岸生态系统海洋生态系统

浅海生态系统

远洋生态系统(3)生态系统的分类按照生态系统的环境性质和形态特征：湿地生态系统

森林生态系统

草原生态系统陆地生态系统

荒漠生态系统

极地生态系统按照人类对生态系统的影响划分森林生态系统

草原生态系统自然生态系统

荒漠生态系统极地生态系统城市生态系统人工生态系统

农田生态系统模拟人工生态系统森林生态系统湿地生态系统草原生态系统湖泊生态系统请同学们指出该生态系统的组成（4）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（5）食物链及营养级（a）食物链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”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)食物网：各种食物链互相交错形成食物网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4—5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：1.营养级之间的能量转化效率约为1／10，只是针对湖泊等水域生态系统的经验性法则；2.不同生态系统的能量转化效率差别很大；3.森林约为5％、草地是25％左右，浮游生物占优势的群落可达50％。环境卡片—

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能量流动的１／１０规律？

在生态系统中，能量从植物体内转移至草食动物体内时大约为总能量的１／１０，而再转移到肉食动物体内时，为草食动物能量的１／１０左右。一般说来，能量沿着绿色植物→草食动物→一级肉食动物→二级肉食动物逐级流动，而后者所获得的能量大体等于前者所含能量的１／１０，这就是说，在能量流动过程中，约有９／１０的损失掉了。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。兵临城下——步步进逼的入侵生物澳大利亚原本没有兔子，1859年以前，好事者引进了24只兔子，在没有天敌的国度里，它们竟然繁衍了6亿只后代。亚洲鲤鱼入侵美国亚洲鲤鱼于20世纪70年代从中国进口，被美国南方的养殖场用来控制鱼塘里过多的浮游植物和微生物，现已泛滥。这些亚洲鲤鱼能长到一米多长，每条雌性亚洲鲤鱼能产卵300万枚，其繁殖力相当惊人。现在，美国计划投资180亿美元打一场针对亚洲鲤鱼的生态保卫战。生态入侵与新疆大头鱼的消失河鲈被引入新疆博斯腾湖后，由于缺少捕食者，大量繁殖，

捕食其他鱼类，导致另一种具有重要经济价值的土著鱼——新疆大头鱼和其他几种土著鱼类的绝迹。河鲈新疆大头鱼（6）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）2、生态系统中的能量流动（1）照射到地球上的太阳能量（a）太阳辐射的电磁波情况（b）太阳辐射及地球吸收太阳能的情况（2）生态系统中的能量流动（a）能量流动的实现途径：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。（b）生态系统热力学公式：Pg＝Pn＋R其中：Pg为食物链某营养级的总产量或输入的能量；Pn为净产量；R为呼吸作用消耗的能量。（2）生态系统中的能量流动（d）能量流动的特点①生产者即绿色植物对太阳能的利用率很低，只有1．2％；(baxi过去五十年少了一半）eg美国②能量只朝单一方向流动；③流动中能量逐渐减少，每经过一个营养级都有能量以热的形式散失掉；（呼吸50%以上）④各级消费者之间能量的利用率也不高，在4．5％～17％之间，平均起来约为10％；⑤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，才能保持动态的平衡。讨论：1.为什么肉类食品的价格比小白菜价格高？根据林德曼能量流动的“

十分之一定律”

２．为什么说“

一山不

容二虎”

？

３．食物链一般不超过

五个营养级？3、生态系统中的物质循环（1）水循环（2）碳循环与温室效应碳酸盐岩石氮循环示意图（3）氮循环氮循环的环境问题水体富营养化；硝酸盐污染；若蔬菜吸收过多的硝酸盐，而未能充分同化，造成体内积累，则影响蔬菜品质。硝酸盐是强致癌物质亚硝胺的前体物，蔬菜是一种易于富集硝酸盐的植物性食品，这种富集作用虽然无害于蔬菜本身，但严重危害人体健康。联合国卫生组织和联合国粮农组织(WHO/FAO,1973)规定了硝酸盐的ADI值(日允许量)为3.6mg/kg(体重)。在我国，体重按60kg计，则日硝酸盐允许量应为216mg。现在我国城乡居民食用的有些蔬菜已大大超标，而温室蔬菜超标更严重。（4）磷循环为什么用了多年的含磷洗涤用品会给环境造成破坏呢？含磷洗衣粉以磷酸盐作为主要助剂，磷酸盐是一种高效助洗剂，同时也是藻类的助长剂，水中的磷含量升高，水质趋向富营养化。据有关部问统计，目前我国洗涤用品仅洗衣粉一项的年消费量就在350万吨左右。若将洗衣粉中磷酸盐的平均含量接15%计算，每年就有超过50万吨含磷化合物排放到地表水中，而1克磷就可使藻类生长100克、环保科研部问调查资料显示，因含磷过多，我国湖泊及城市水系几乎都处于富营养化状态，水质严重恶化，许多地方根本不能饮用。更为严重的是，由干磷含量增加，导致红色浮游生物爆发性繁殖而引发的近海海水出现的“赤潮”和城市水系中出现水生植物“疯长”的“水华”现象。磷循环现状：人类大规模地开采磷酸盐矿，加速了陆地磷流入海洋的速度。虽然海洋中的磷酸盐可以以海鸟粪便排泄物和人类捕获鱼类的形式返回陆地，但这种返回的磷，远远不足以补偿流入海洋的损失。据估计，每年以海鸟粪和鱼这种方式返回陆地的磷大约只有60000t，而人类每年开采的磷酸盐矿石为100--200万t。且大部分被淋溶而流失。陆地上的磷矿是有限的，如果今后每年磷酸盐矿的消耗量按1970年的量计算，全世界的储量大约还可使用100年。因此，人类如果想要避免因磷循环的不完全而造成的“饥荒”的话，对这种稀少的资源应给予更多的注意。第四节生态平衡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。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。（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，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。(3)生态平衡特点

①是动态的，不是静止的。能量在不断运动，物质在不断循环，可持续发展下如何保持生态平衡。

②是相对的，不是绝对的。平衡是相对的，不平衡是绝对的。(4)生态平衡的主要标志

a能量和物质的输入、输出必须相对平衡

b结构多样完整。

C生物种类和数目保持相对稳定。

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。

第五节生态学的一般规律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——“相生相克”规律就是每一种生物在食物链和食物网中，都占据一定的位置，并具有特定的作用。2、物质循环转化与再生规律——防止有毒物质进入环境、提高能源的利用效率3、物质输入输出的动态平衡规律——防止输入不足（如施肥不足）、输入过多（如富营养化、重金属）4、相互适应与补偿的协同进化规律——生物与环境之间的作用与反作用5、环境资源的有效极限规律——生物赖以生存的环境资源在质量、数量、空间和时间等方面都有一定的限度（过度放牧、超标排放污染物等）小结一节、生态学的概念、研究对象以及和环境科学的区别二节、生态系统的概念（种群、群落）、组成2、食物链的特征3生态系统功能(照射到地球上的太阳能量（生物生产）、能量流动、物质循环、信息传递）三节、生态平衡四节、生态学的一般规律（d）能量流动的特点①生产者即绿色植物对太阳能的利用率很低，只有1．2％；(ep巴西ep美国）②能量只朝单一方向流动；③流动中能量逐渐减少，每经过一个营养级都有能量以热的形式散失掉；（呼吸50%以上ep牛奶豆浆）④各级消费者之间能量的利用率也不高，在4．5％～17％之间，平均起来约为10％；⑤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，才能保持动态的平衡。小结一节、生态学的概念、研究内容以及和环境的区别二节、生态系统的概念（种群、群落）、组成2、食物链的特征3生态系统功能(照射到地球上的太阳能量（生物生产）、能量流动、物质循环、信息传递）。三节、生态平衡四节、生态学的一般规律氧循环(oxygencycle)H2O+CO2→H2CO3→

HCO3-+H+↑CO2HCO3-→CO32

-Ca2+→CaCO3O2水体臭氧层沉积物火山作用4FeO+O2→2FeO3CO2CO↑O2+2COCO2O2O3O2OO2HOHH2OH2OOCO2高能紫外辐射碳循环(carboncycle)化泥碳煤大气中CO2CO2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(nitrogencycle)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