环境生态学导论

关于环境生态学导论第一页，共七十三页，编辑于2023年，星期二第一章绪论第二章生态因子第三章种群及群落 第四章生态系统 第五章生态工程 第六章生物圈与生物多样保护 第七章环境污染与控制 第八章资源与环境 第九章人类与环境 第十章环境监测与评价第十一章人类、环境与发展 第十二章可持续发展概论第二页，共七十三页，编辑于2023年，星期二第三页，共七十三页，编辑于2023年，星期二环境是指生物有机体周围一切环境因素的总和，可分为自然环境和人工环境两类。

第一节环境第四页，共七十三页，编辑于2023年，星期二⒈大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈、生物圈1)

大气圈

地球表面的大气圈，大约有一千多公里厚，但直接构成植物气体环境的部分，只是下部对流层，厚度约16km。大气中含有生命所必须的物质，如CO2、O2等。大气圈中的O3层对整个地球上的生物有保护作用，它的破坏会以多种方式深刻地影响着全球的生态环境。首先，波长280～320(UV-B)辐射量的增加会对农业生产造成不利影响。一、自然环境第五页，共七十三页，编辑于2023年，星期二2)水圈指地球上所有的水体总和。地球上的水域面积约为71%，淡水资源不足，且分布不均匀。此外，还有地下水、气态水和固态水。水是生物所需营养物质的载体，水中溶解了各种化学物质、各种溶盐、矿质营养和有机营养物质等，为植物生长提供丰富的营养物质。第六页，共七十三页，编辑于2023年，星期二3)岩石圈指地球表层30～40km厚的地壳。岩石圈中贮藏着丰富的化学物质，成为植物生长所需要的矿质营养的宝库。溶解于地下水的矿质营养，到达土壤中，再经植物的根部吸收到植物体内。第七页，共七十三页，编辑于2023年，星期二4)土壤圈覆盖在陆地表面及水层下，是地球表面一层很薄的土壤圈层。是植物、动物和微生物生存的重要基础。土壤的理化性质与母岩、母质有很大的关系。此外，地形地势以及生物成分对土壤的形成过程和土壤理化性质也至关重要。第八页，共七十三页，编辑于2023年，星期二5)生物圈有关生物圈的定义很多，常用的定义是指地球上有生命的圈层。第九页，共七十三页，编辑于2023年，星期二⒉环境的级别1)

区域环境在地球表面不同地区，由于5个自然圈层互相配合的情况有较大差异。因此，不同地区的环境特点不同，如江河湖海，陆地、平原、高原、高山和丘陵，热带、亚热带、温带、寒带等的植被类型不同，如森林、草原、稀树草原、荒漠、沼泽、水生植物等。第十页，共七十三页，编辑于2023年，星期二2)生境植物的分布与生境（生态环境的简称）的关系十分密切，在分布区中心，数量最多，生长最旺盛。分布规律如图1－1所示。第十一页，共七十三页，编辑于2023年，星期二最大限度适应性最佳分布幅度最小限度适应性全部消失逐渐减退逐渐减退全部消失N第十二页，共七十三页，编辑于2023年，星期二3)小环境和体内环境小环境指接触植物个体表面或个体表面不同部位的环境，如植物根系周围的土壤环境，叶片表面的大气环境，树冠周围的局部环境等。第十三页，共七十三页，编辑于2023年，星期二二、人工环境人工环境可分为广义的人工环境（即有人为因素在内的自然环境）和狭义的人工环境（在人工控制下的环境）。第十四页，共七十三页，编辑于2023年，星期二一、温室效应存在于大气中的某些痕量物质和存在于对流层中的臭氧具有吸收太阳能在近地表面产生长波辐射从而使大气增温的作用，称之为温室效应。

第二节环境问题第十五页，共七十三页，编辑于2023年，星期二这种温室效应，实际上在人为干扰之前，温室效应和温室气体就存在。如大气中的CO2气体和水蒸汽等，对太阳辐射有强烈的吸收作用，使地球升温，这属“自然温室”效应。但现代文明导致了大气中的CO2和水汽等的增加，破坏了地球上这种自然温室效应所形成的热平衡，引起气候变暖。第十六页，共七十三页，编辑于2023年，星期二二、臭氧层破坏大气中臭氧浓度的变化是一个复杂的光化学过程。大气层中如果没有其他干扰性化学物质存在，臭氧的形成与破坏速度几乎大致相同。因此，在大气污染以前，臭氧水平分布状况变化很小，只是随太阳辐射的周期性循环而呈现出一定范围内的波动。第十七页，共七十三页，编辑于2023年，星期二近几十年来，由于环境污染，臭氧层的动态平衡遭到破坏，同温层中臭氧浓度呈减少趋势，地球上空出现臭氧空洞，且臭氧空洞还在逐年扩大。第十八页，共七十三页，编辑于2023年，星期二三、生物多样性锐减生物多样性包括： ⑴生态系统多样性。 ⑵物种多样性。 ⑶遗传多样性。其中生态系统多样性最重要，它是物种和遗传多样性的保证。第十九页，共七十三页，编辑于2023年，星期二目前，生物多样性的锐减已经危及人类生存和发展。由于森林破坏，草原垦耕和过度放牧等，不仅导致土地沙漠化、盐碱化和贫瘠化等，而且还导致生态系统简化和退化，破坏了物种生存、进化和发展的生境，使物种和遗传资源失去了保障。第二十页，共七十三页，编辑于2023年，星期二例如，据国际自然与自然资源保护联盟（IUCN）等组织对鸟类的调查表明：在3500～100万年前，平均每300年有一种鸟类灭绝，从100万年前到近代，平均每50年有一种灭绝，可是最近300年间，平均每两年灭绝一种，而进入20世纪后，每年就灭绝一种。同时，物种内许多分类单位的消失，使物种呈现单一化和濒临危趋势。据估计，目前全球濒危的动物有1000多种，濒危开花植物20000-30000种，占全部开花植物的10%。第二十一页，共七十三页，编辑于2023年，星期二四、水土流失目前，水土流失已成为当今世界重大的环境问题之一，对经济的持续发展构成了严重威胁。据统计，全世界目前水土流失面积达25亿公顷，占全球耕地、林地和草地总面积的29%。第二十二页，共七十三页，编辑于2023年，星期二我国是世界上水土流失最严重的国家之一，不仅世界上各种水土流失的形式和类型在我国都有分布和踪迹，而且我国的水土流失面积大，强度也大。从1949年以来，我国的水土流失面积从1.16亿ha扩大到目前的1.48亿ha。第二十三页，共七十三页，编辑于2023年，星期二水土流失包括“三大损失”和“六大危害”：⑴水分损失、洪涝灾害和旱灾交织。⑵土壤损失导致土壤薄层化和泥砂淤积，生态灾难加剧。据联合国环境署（UNEP）的统计，全球每年因水土流失而损失的土壤量达600亿吨，如果以土层平均厚度1米计算，只需809年，全球耕地土壤将侵蚀殆尽。第二十四页，共七十三页，编辑于2023年，星期二同时，在全世界土壤总侵蚀量600亿吨中，除了入海的240亿吨泥沙外，剩下300多亿吨全部沉积于内陆的江河湖库，引起一系列的生态灾难。根据中国水利部门的资料，长江流域每年土壤侵蚀量达22.4亿吨，其中17.12亿吨沉积于江河湖库。⑶土壤养分损失导致土壤贫瘠化和河流盐碱化、湖泊富营养化。第二十五页，共七十三页，编辑于2023年，星期二美国的有关研究部门指出，密西西比河每年因水土流失而带走磷6.1万吨，钾162.6万吨，钙244.6万吨，镁517.9万吨。我国每年因水土流失而损失的氮、磷、钾总量为4000万吨（大致相当于全国每年的化肥施用量），其中仅长江流域因水土流失而损失的氮磷钾就达2500万吨。第二十六页，共七十三页，编辑于2023年，星期二同时，土壤养分流失后，进入江河湖海，引起水体盐分含量增加，湖泊富营养化。据统计，世界上100%的湖泊都不同程度地面临着富营养化的威胁。据1978～1980年的调查结果，富营养化湖泊占中国湖泊总数的23.5%（占面积的40%），其中江苏的太湖、安徽的巢湖，杭州的西湖、武汉的东湖、南京的玄武湖等富养化现象较为严重。第二十七页，共七十三页，编辑于2023年，星期二五、土地沙漠化土地的沙漠化是人类面临的最严重威胁之一。据联合国环境署（UNEP）1988年的统计，目前世界上受到沙漠化威胁的土地面积达45亿公顷，占全球陆地面积的1／3，依赖这些土地为生的人占世界总人口的1／5，这些土地中有3／4已受到中等程度的退化，1／3已经丧失了25%的生产力。第二十八页，共七十三页，编辑于2023年，星期二据统计，沙漠化主要发生在发展中国家。在非洲，撒哈拉沙漠的南缘在最近50年中，已有6500万ha的土地不再适合于农牧业，变成了荒漠。苏丹在最近19年中，沙漠南移了约100km，印度和巴基斯坦的塔尔沙漠在最近5年中，每年以8km的速度移动，每年失去13000ha肥沃的土地。第二十九页，共七十三页，编辑于2023年，星期二南美的阿塔卡马沙漠每年向前推进1.6～3.2km。人造地球卫星照片表明，利比亚沙漠每年以13km的速度向尼罗河三角洲移动。我国的沙漠化面积也在不断增加，目前已达127.68万平方公里，占国土面积的13.3%，仅内蒙、新疆、青海三省区就有14.3万平方公里的沙漠是1949年以后形成的。第三十页，共七十三页，编辑于2023年，星期二六、土壤退化土壤退化的根本原因是土壤侵蚀，常见的土壤侵蚀除上述的水土流失、土壤沙漠化外，还有地力衰退、土壤盐碱化和沼泽化等。第三十一页，共七十三页，编辑于2023年，星期二目前，全球范围内的土壤退化已威胁到生物圈的未来，对人类的生存构成威胁。据统计，全世界土地养分亏缺的面积为29.9亿ha，占陆地总面积的23%。中国的地力衰退地很严重，有2／3的耕地属于中低产水平。据联合国估计，世界每年约有12亿ha的灌溉土地因盐碱化而损失生产力，目前盐碱地广泛分布于干旱与半干旱地区，约占该地区总面积的39%。第三十二页，共七十三页，编辑于2023年，星期二在我国，从1958年至1987年的30年间，约有1亿亩耕地演变为次生盐碱地。此外，世界土地遭受沼泽化的面积为13亿ha，占全球陆地总面积的10%，中国的沼泽地分布很广，面积约有1000万ha，以东北和西北高原较为集中，两地共有沼泽化土地840万ha。第三十三页，共七十三页，编辑于2023年，星期二七、干旱缺水早在1977年，联合国即向全世界发出警告：“水不久将成为严重的社会危机，石油危机之后的下一个危机就是水”。目前，全世界已有100多个国家缺水，严重缺水的国家已达40多个，全球60%的陆地面积淡水资源不足，20多亿人饮用水紧缺。非洲的许多国家早已水贵如油，有的国家不得不进口水。科威特、沙特等国家花费巨资开发海水淡化装置。第三十四页，共七十三页，编辑于2023年，星期二八、大气污染和酸沉降目前，空气污染和酸沉降危害难以控制。一是大气污染愈演愈烈。据统计，全球二氧化硫的排放量1.5亿吨，其中发达国家排放量有所下降，但氮氧化物和碳氢化合物的排放量有所增加。二是酸沉降加剧。废气、烟尘和粉尘污染了清洁的大气，形成酸沉降。第三十五页，共七十三页，编辑于2023年，星期二酸沉降主要有两种方式：湿沉降（酸雨、酸雪、酸雾等）和干沉降（气溶胶、悬浮微粒）。目前，世界上已出现三大酸沉降区，即北美、欧洲和我国西南部，并常出现超过了植物耐受极限(pH3.0～3.2)的酸沉降。第三十六页，共七十三页，编辑于2023年，星期二大气污染和酸沉降的后果是可怕的。酸沉降导致河流和湖泊严重酸化，成为无鱼之水。例如，“千湖之国”的瑞典酸沉降现象严重，1800个湖泊酸化。加拿大几乎所有的湖泊都受到了酸沉降的危害，其中14000严重酸化。20世纪80年代中期人们对酸沉降潜在破坏力的担心从湖泊、河流转向森林。据1988年的调查，欧共体40%的森林发生不同程度的衰亡。第三十七页，共七十三页，编辑于2023年，星期二最近，我国国家环保总局和中国科学院有关单位就四川、贵州、广东和广西四省调查表明：1500多公顷森林衰亡，400多公顷森林受害，造成四省区年经济损失达30多亿元。第三十八页，共七十三页，编辑于2023年，星期二九、水污染水本身具有自净能力，当进入水体的污染物质超过了水体的自净能力时，水体会丧失其使用价值，称为水污染。第三十九页，共七十三页，编辑于2023年，星期二水环境会受到多方面的污染，其中主要污染源有以下几种：⑴向自然水体排放的各类废水。⑵向自然水体直接倾倒的固体废弃物，以及垃圾堆放场所的渗出液和淋洗雨水。⑶大气污染地区的酸雨及其他淋洗降水。⑷大气中有害的沉降物及水溶性气体。⑸淋洗植被后溶入了化肥和农药的（降水）径流。⑹航道中船舶的渗漏油、废水及固体废弃物。第四十页，共七十三页，编辑于2023年，星期二十、热带天然林消退1980年世界热带林面积为19.35亿ha，占世界森林总面积的44.8%，其中郁闭的林分为12.01亿ha，疏林为7.34亿ha，森林覆盖率为40.2%。世界热带林地区可划分为三大类：美洲热带林、非洲热带林和亚洲热带林，其面积分别为12.12亿ha、13.12亿ha和4.45亿ha。第四十一页，共七十三页，编辑于2023年，星期二目前，占世界森林面积45%的热带林遭到了严重破坏。据联合国粮农组织（FAO）统计，1981～1985年间，热带林的破坏速度为每年1130万ha，毁林率为0.58%。1990年FAO的调查表明，热带林目前以每年1678万ha的速度消失，毁林率高达1.2%，比10年前增长了1倍，对全球生态环境和生物多样将产生极大的影响。第四十二页，共七十三页，编辑于2023年，星期二一、生态学和环境生态学⒈生态学的产生、发展及趋势

第三节环境生态学的内容和任务第四十三页，共七十三页，编辑于2023年，星期二生态学的萌芽是在公元前370～285年古希腊时期，亚里斯多德(Aristotle)的学生提奥夫拉斯塔(Theophrastus)在随亚力山大东征时，从欧洲东部往东到印度的途中就注意到各地植物种类分布与气候和土壤的关系。这是西方最早的生态学思想。1）生态学的产生第四十四页，共七十三页，编辑于2023年，星期二据史料记载，《周礼·地管篇》载有“以土会之法，辨五地之物生”，即是什么土壤种什么作物。北魏贾思勰的《齐民要术》载有“凡栽一切树木，欲记其阴阳，不令转易”，晋朝嵇含的《南方草木状》载有“柘宜山石、柞宜山阜、楮宜洞谷、柳宜下田、竹宜高平之地”，即柘树宜多石砾山地，栎树宜山地丘陵，杨树宜山涧谷地，柳树宜低洼湿地，竹类宜高燥平地。这些是我国有关生态学最早的描述。第四十五页，共七十三页，编辑于2023年，星期二到了明代，我国的生产力有了很大发展，文化科学知识也相应有了更大的进步，李时珍编纂的《本草纲目》（公元1578年），描述了不同药草的不同生境特点。该著作不仅是一本药本，而且还是一本植物生态专著的萌芽。第四十六页，共七十三页，编辑于2023年，星期二生态学一词最早由德国的海克尔(E.Haeckel,1866)在他所著《有机体普通形态学原理》一书中提出，他认为生态学是研究生物与环境相互关系的科学，这是对生态学一词最早的一个定义。第四十七页，共七十三页，编辑于2023年，星期二1895年丹麦哥本哈根大学的瓦尔明(E.Warming1845～1923)的《以植物生态地理为基础的植物分布学》（德文版，1909年译成英文版，改名为“植物生态学”）和1898年德国的辛柏尔(Schimper1856～1901)的《以生理学为基础的植物地理分布》两本专著的问世，标志着生态学这门学科正式诞生。第四十八页，共七十三页，编辑于2023年，星期二之后，英国的坦斯利(Tansley,1935)提出了生态系统，美国的克列门茨(Clements,1909)提出了演替和顶极，美国的林德曼(Lindeman,1942)提出了食物链和金字塔，原苏联的苏卡切夫(B.H.CykaчeB,1942)提出了生物地理群落等概念，进一步推动了生态学的发展，特别是林德曼(Lindeman,1942)关于美国明尼苏达州(Minesotu)泥碳湖的生物量、生物群落的营养关系，食物链能流过程的研究，把生态学从定性研究推向了定量研究，取得了生态学的划时代进步。第四十九页，共七十三页，编辑于2023年，星期二继德国的海克尔之后，美国的奥德母(E.P.Odum1953,1959,1971,1983)把生态学重新定义为“研究生态系统结构和功能的科学”。第五十页，共七十三页，编辑于2023年，星期二2）生态学的发展生态学的发展大致可分为3个阶段。①发展初期

1900年以前，是发展初期。有关生态学的研究散见于自然本体论述。第五十一页，共七十三页，编辑于2023年，星期二②发展时期

1900～1950年是发展时期，在此时期内，生态学的定性研究进一步得到完善和系统化。第五十二页，共七十三页，编辑于2023年，星期二③发展盛期

1950年以后，是发展盛期。表现为生态学方法论，从强调经验的归纳转向系统方法(Egerton,1977,Kendeigh,1974)。通过生态系统的研究，特别是表现在进化生态和系统分析的成绩上(Emlen,1973)。第五十三页，共七十三页，编辑于2023年，星期二3）生态学的发展趋势简单地讲，生态学的发展趋势是三个方向，即向微观、宏观和综合三个方向发展。微观方向，向着个体生态学、器官生态学、细胞生态学、分子生态学、基因生态学方向发展；第五十四页，共七十三页，编辑于2023年，星期二宏观方向，向着种群生态学、群落生态学、生态系统、地球生态学、宇宙生态学方向发展；综合方向，向着多学科、交叉学科方向发展，如城市生态学、人口生态学、经济生态学、化学生态学、污染生态学、环境生态学等。第五十五页，共七十三页，编辑于2023年，星期二⒉环境生态学环境生态学就是研究在人为干扰下生态系统内在的变化机理、规律等，寻求受损生态系统恢复、重建和保护对策的科学。即运用生态学理论，阐明人与环境间的相互作用及解决环境问题的生态途径。第五十六页，共七十三页，编辑于2023年，星期二所以，环境生态学不同于以研究生物与其生存环境之间相互关系为主的经典生态学；也不同于只研究污染物在生态系统的行为规律和危害的污染生态学或以研究社会生态系统结构、功能、演化机制以及人的个体和组织与周围自然、社会环境和相互作用的社会生态学。第五十七页，共七十三页，编辑于2023年，星期二二、环境生态学的研究内容和任务⒈人为干扰下生态系统内在变化机理和规律自然生态系统受到人为的外界干扰后，将会产生一系列的反应和变化。在这一过程中，有哪些内在规律；干扰效应在系统内不同组分间是如何相互作用的；出现了哪些生态效应以及如何影响到人类，包括各种污染物在各类生态系统中的行为变化规律和危害方式。第五十八页，共七十三页，编辑于2023年，星期二⒉生态系统受损程度的判断物理学、化学和生态学方法是环境质量评价和预测常用的三个最基本的手段，科学的评价应该是三者的结合，而生态学判断所需的大量信息就是来自生态监测。实际上，生态监测就是利用生态系统生物群落各组分对干扰效应的应答来分析环境变化的效应程度和范围，包括人为干扰下的种群动态和群落演替过程。第五十九页，共七十三页，编辑于2023年，星期二

各类生态系统在生物圈中执行着不同的功能，被破坏后产生的生态效应亦不同。环境生态学要研究各类生态系统受损后的危害效应及方式，各类生态系统的保护对策。包括生物资源的保护和科学管理，受损生态系统的恢复和重建的措施。⒊各类生态系统的功能和保护措施的研究第六十页，共七十三页，编辑于2023年，星期二

采用生态学方法治理环境污染和解决生态破坏问题，尤其在区域环境的综合整治上已初见成效，前景令人鼓舞。依据环境问题的特点采取适当的生态学对策，并辅之以其他方法来改善和恢复恶化的环境质量，是环境生态学的研究内容之一。包括各种废物的处理处置和资源化的技术等。⒋解决环境问题的生态对策第六十一页，共七十三页，编辑于2023年，星期二综上所术，可以看出维护生物圈的正常功能，改善人类生存环境，并使两者得到协调发展，这是环境生态学的根本目的。运用生态学理论，保护和合理利用自然资源，治理污染和被破坏的生态环境，恢复和重建生态系统，以满足人类生存发展需要，是环境生态学的主要任务。第六十二页，共七十三页，编辑于2023年，星期二一、环境生态学的产生环境生态学的产生，始于生态环境的破坏。美国的卡逊(Carson,1962)的《寂静的春天》一书问世，是环境生态学诞生的标志。

第四节环境生态学的产生和发展趋势第六十三页，共七十三页，编辑于2023年，星期二卡逊在书中详尽地论述了生机勃勃的春天“寂静”的主要原因；以大量的事实指出了环境问题产生的原因；揭示了人类生产活动与春天“寂静”的关系；阐述了人与自然环境的正确关系。她指出问题的症结：“不是敌人的活动使这个受害的世界的生命无法复生，而是人们自己使自己受害”。福尔德曼(B.Freedman,1987)的《环境生态学》一书问世，把《环境生态学》从科学普及推向了高的研究水准。第六十四页，共七十三页，编辑于2023年，星期二从20世纪60年代以来，有关环境生态学方面的书刊大量问世，如怀特(L.White)的《我们生态危机的历史概源》；哈廷(C.Harden)的《公众的悲剧》；艾利奇(P.Ehrlich)的《人口炸弹》；鲍尔廷(K.K.Baulding,1966)的《未来宇宙飞船的经济》；巴巴拉·沃德（1972）的《只有一个地球》；Carins等（1980）的《受害生态系统的恢复过程