环境学概论多媒体讲义

第二章生态学基础第一节生态学研究的基本内容一、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）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）二、生态系统的概念与功能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态系统的基本组成部分为：生产者、消费者、分解者和转变者、无机营养分。生态系统组成的结构框图（3）生态系统的类型按生态系统的环境性质和形态特征分：（a）陆地生态系统：自然生态系统（森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统等）和人工生态系统（农田、城市、工矿区等）；（b）淡水生态系统：包括湖泊、河流、水库等；（c）海洋生态系统：包括海岸、河口、浅海、大洋、海底等。一个简化了的陆地生态系统一个简化了的池塘生态系统（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（绿色植植物）还原（分分解）者者（细菌、、真菌））消费者（动物））环境（土壤、、空气、、水）生态系统统营养结结构模式式图（5）食食物链及及营养级级（a）食食物链和和食物网网所谓食物物链，就就是一种种生物以以另一种种生物为为食，彼彼此形成成一个以以食物连连接起来来的链锁锁关系。。在一个生生态系统统中，食食物关系系往往很很复杂，，各种食食物链互互相交错错，形成成食物网网。能量量的流动动、物质质的迁移移和转化化都是通通过食物物链和食食物网进进行的。。一个简化化了的陆陆地食物物网水生生物物的生态态系统及及其物质质和能量量的流动动示意图图（b）营营养级营养级：：食物链链的各个个环节。。生产者为为第一营营养级，，依次是是第二、、第三、、第四营营养级，，一般不不超过七七级。低低位营养养级的能能量仅有有10％（（水生系系统）被上一个个营养级级利用。。在数量上上，第一一营养级级就必须须大大超超过第二二营养级级，逐渐渐递减，，就造成成了生物物数目金金字塔、、生物量量金字塔塔、生产产率金字字塔。注意：营养级之之间的的能量转转化效率率约为1／10，只是是针对湖湖泊等水水域生态态系统的的经验性性法则；；不同生态态系统的的能量转转化效率率差别很很大；森林约为为5％、、草地是是25％左右右，浮游游生物占占优势的的群落可可达50％。（c）生生物富集集作用DDT在在某水生生食物链链中的富富集2、生态态系统中中的能量量流动（1）照照射到地地球上的的太阳能能量（a）太太阳辐射射的电磁磁波情况况（b）太太阳辐射射及地球球吸收太太阳能的的情况（2）生生态系统统中的能能量流动动（a）通通过各级级食物链链，组成成了生态态系统的的能量流流动，并并且服从从热力学学定律。。（b）能能量流动动的实现现途径：：光合作作用和有有机成分分的输入入；呼吸吸的热消消耗和有有机物的的输出。。（c）生生态系统统热力学学公式：：Pg＝Pn＋R其中：Pg为食物链链某营养养级的总总产量或或输入的的能量；；Pn为净产量量；R为为呼吸作作用消耗耗的能量量。（d）能能量流动动的特点点①生产者者即绿色色植物对对太阳能能的利用用率很低低，只有有1．2％；②能量只只朝单一一方向流流动；③流动中能能量逐渐渐减少，，每经过过一个营营养级都都有能量量以热的的形式散散失掉；；④各级消消费者之之间能量量的利用用率也不不高，在在4．5％～17％之之间，平平均起来来约为10％；；⑤只有当当生态系系统生产产的能量量与消耗耗的能量量相平衡衡时，生生态系统统的结构构和功能能，才能能保持持动态的的平衡。。3、生态态系统中中的物质质循环（1）水水循环（2）碳碳循环（3）氮氮循环（4）磷磷循环4、小结结①生态系系统是一一个主要要的生态态学单位位，它包包括生物物与非生生物成分分；并且且在土壤壤、水、、营养养物质、、生产者者、消费费者和还还原者之之间具有有某种结结构上的的相互关关系，以以适应能能量和营营养物物质在生生物和非非生物成成分之间间进行物物质循环环和能量量流动。。②生态系系统的功功能与通通过生态态系统各各结构成成分的物物质循环环和能量量流动相相关。这这种功能能的单单位是种种群。③流经一个个白然生生态系统统的总能能量，取取决于植植物或生生产者所所固定的的能量。。当能量量在营营养级间间逐一传传递时，，有相当当大的一一部分作作为呼吸吸热而损损失掉。。这种情情况限制制了每一一营养级级所能能维持的的有机体体的数量量和质量量。④生态系系统有趋趋于成熟熟的倾向向，在这这过程中中，生态态系统由由简单的的状态变变为较复复杂的状状态，，这种定定向性的的变化称称为演替替。⑤在任何何一个生生态系统统中，环环境和能能量都是是有限的的，当一一个种群群达到生生态系统统所给于于的限限制时，，种群数数量趋于于稳定；；或出于于疾病、、竞争、、饥饿、、低繁殖殖率等等等原因，，引起种种群数量量下降降。⑥环境的改改变和波波动(如如环境的的开发和和种间竞竞争)，，表现为为对种群群的选择择压力，，有机体体必须须调整以以适应这这种选择择压力，，不能适适应的有有机体便便会消失失，这可可能在一一定时间间内降低低生态态系统的的成熟性性。⑦生态系系统有其其历史的的状况，，现在与与过去有有关，而而未来与与现在也也有关。。三、生态态平衡1、生态态平衡的的含义（1）概概念任何一个个正常的的生态系系统中，，能量流流动和物物质循环环总是不不断地进进行着，，但在一一定时期期内，生生产者、、消费者者和还原原者之间间都保持持着一种种动态的的平衡，，这种平平衡状态态就叫生生态平衡衡。在自自然生态态系统中中，平衡衡还表现现为生物物种类和和数量的的相对稳稳定。（2）生生态平衡衡的原因因生态平衡衡内部具具有自动动调节的的能力。。生态系统统的组组成成分分越多样样，能量量流动和和物质循循环的途途径越复复杂，其其调节能能力也越越强。但但是，一一个生态态系统的的调节能能力有一一定限限度的，，超出了了限度，，调节就就不再起起作用，，生态平平衡就会会遭到破破坏。2、破坏坏生态平平衡的因因素（1）自自然原因因主要是指指自然界界发生的的异常变变化或自自然界本本来就存存在的对对人类和和生物的的有害害因素。。如火山山爆发、、山崩海海啸、水水旱灾害害、地震震、台风风、流行行病等自自然灾害害。（2）人人为因素素主要指人人类对自自然资源源的不合合理利用用、工农农业发展展带来的的环境污污染等。。主要要有三种种：物种种变化引引起平衡衡的破坏坏；环境境因素改改变引起起平衡破破坏；信信息系统统的破坏坏，引起起平衡破破坏。四、生态态学的一一般规律律1、相互互依存与与相互制制约规律律——反映映了生物物间的协协调关系系（1）普普遍的依依存和制制约———“物物物相关””规律就是系统统中各种种生物间间相互依依存、相相互制约约关系是是普遍存存在的；；（2）通通过“食食物”而而相互联联系与制制约———“相生生相克””规律就是每一一种生物物在食物物链和食食物网中中，都占占据一定定的位置置，并具具有特定定的作用用。2、物质质循环转转化与再再生规律律——防止有毒毒物质进进入环境境、提高高能源的的利用效效率3、物物质输入入输出的的动态平平衡规律律——防止输入入不足（（如施肥肥不足））、输入入过多（（如富营营养化、、重金属属）4、相互互适应与与补偿的的协同进进化规律律——生物与环环境之间间的作用用与反作作用5、环境境资源的的有效极极限规律律——生物赖以以生存的的环境资资源在质质量、数数量、空空间和时时间等方方面都有有一定的的限度（（过度放放牧、竭竭泽而渔渔、超标标排放污污染物等等）第二节生生态态学在环环境保护护中的应应用一、利用用生态系系统的整整体观念念，全面面考察人人类活动动对环境境的影响响——即人类活活动对环环境的影影响要从从时间和和空间上上全盘考考虑，统统筹兼顾顾，不仅仅要考虑虑现在，，还要考考虑将来来；不仅仅要考虑虑本地区区，还有有考虑有有关的其其它地区区。（建建设项目目必须进进行环境境影响评评价）二、充分分利用生生态系统统的调节节能力——如大气污污染物的的高烟囱囱排放、、水体自自净、土土地处理理系统（（污水灌灌溉）等等。三、解决决近代城城市中的的环境问问题1、编制制生态规规划（环环境规划划）——是指在编编制国家家或地区区的发展展规划时时，不是是单纯考考虑经济济因素，，还有考考虑地球球物理因因素、生生态因素