第二章生态环境基础

第二章生态环境基础第一页，共四十五页，2022年，8月28日生态系统的概念，最早由英国著名生态学家坦斯利（A.G.Tansley）于1935年比较完整地提出。坦斯利认为生物与其生存环境是一个不可分割的有机整体。生物包括多种生物的个体、种群和群落，其生存环境包括光、热、水、空气及生物等因子。生物与其生存环境各组成部分之间并不是孤立存在的，也不是静止不动或偶然聚集在一起的，它们息息相关，相互联系，相互制约，有规律地组合在一起，并处于不断的运动变化之中。各个生态因子不仅本身起作用，而且相互发生作用，既受周围其它因子的影响，反过来又影响其它因子。其中一个因子发生了变化，其它因子也会产生一系列的连锁反应。因此，生物因子之间、非生物因子之间以及生物与非生物因子之间的关系是错综复杂的，它们通过能量的流动、物质的运转和信息的交换，在自然界中构成一个相对稳定的自然综合体。生态系统是自然界的基本单位，是由生物与其生存环境组成的，是生态学中功能上的单位，而不是生物学中分类上的单位。第二页，共四十五页，2022年，8月28日生态系统生态系统：是指一定空间范围内，生物群落与其所处的环境所形成的相互作用的统一体，是生态学的基本功能单位。第三页，共四十五页，2022年，8月28日生态系统的组成第四页，共四十五页，2022年，8月28日生态系统组成的结构框图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。第五页，共四十五页，2022年，8月28日生态系统的结构生态系统中生物种类及各种生物的种群数量均具有一定的时间分布和空间配置，在一定时期内处于相对稳定的状态，从而使生态系统能保持一个相对稳定的形态结构。

第六页，共四十五页，2022年，8月28日在生态系统中，各种动物、植物和微生物的种类和数量在空间上的分布构成垂直结构和水平结构。在各种类型的生态系统中，森林生态系统的垂直结构最为典型，具有明显的成层现象。在地上部分，自上而下有乔木层、灌木层、草木植物层和苔藓地衣层。水平分布构成生态系统的水平结构。由于光照、土壤、水分、地形等生态因子的不均匀及生物间生物学特性的差异，各种生物在水平方向上呈镶嵌分布。如森林生态系统中，森林边缘与森林内部分布着明显不同的动植物种类。空间配置第七页，共四十五页，2022年，8月28日时间配置同一个生态系统，在不同时期或不同季节，表现出一定的周期性时间变化。如长白山森林生态系统。冬季满山白雪皑皑，到处是一片林海雪原；春季冰雪消融，绿草如茵；夏季鲜花遍野，争芳斗艳；秋季硕果累累，一片金色。这一年四季有规律的变化，就构成了长白山森林生态系统的“季相”。生态系统的时间配置，除表现在季节周期性变化外，还表现为月相变化和昼夜周期变化，如蝶类和蛾类在昼夜间的交替出现，鱼类在昼夜间的垂直迁移等。第八页，共四十五页，2022年，8月28日营养结构生态系统的营养结构是生态系统的各组成成分以营养为纽带，通过营养联系构成的，生产者向消费者和分解者分别提供营养，消费者也可向分解者提供营养，分解者分解生物残体把营养物质输送给环境，由环境再供给生产者吸收利用。不同生态系统组成成分不同，其营养结构的具体表现形式也不尽相同。第九页，共四十五页，2022年，8月28日生态系统的类型生物圈陆地生态系统自然生态系统人工生态系统森林生态系统草原生态系统荒漠生态系统冻原极地生态系统城市生态系统农田生态系统淡水生态系统流水生态系统静水生态系统海洋生态系统海岸生态系统浅海生态系统远洋生态系统生物圈陆地生态系统生物圈陆地生态系统生物圈自然生态系统陆地生态系统生物圈自然生态系统陆地生态系统生物圈森林生态系统自然生态系统陆地生态系统生物圈荒漠生态系统森林生态系统自然生态系统陆地生态系统生物圈草原生态系统荒漠生态系统森林生态系统自然生态系统陆地生态系统生物圈冻原极地生态系统草原生态系统荒漠生态系统森林生态系统自然生态系统陆地生态系统生物圈人工生态系统冻原极地生态系统草原生态系统荒漠生态系统森林生态系统自然生态系统陆地生态系统生物圈城市生态系统人工生态系统冻原极地生态系统草原生态系统荒漠生态系统森林生态系统自然生态系统陆地生态系统生物圈农田生态系统城市生态系统人工生态系统冻原极地生态系统草原生态系统荒漠生态系统森林生态系统自然生态系统陆地生态系统生物圈农田生态系统城市生态系统人工生态系统冻原极地生态系统草原生态系统荒漠生态系统森林生态系统自然生态系统陆地生态系统生物圈淡水生态系统农田生态系统城市生态系统人工生态系统冻原极地生态系统草原生态系统荒漠生态系统森林生态系统自然生态系统陆地生态系统生物圈淡水生态系统农田生态系统城市生态系统人工生态系统冻原极地生态系统草原生态系统荒漠生态系统森林生态系统自然生态系统陆地生态系统生物圈流水生态系统淡水生态系统农田生态系统城市生态系统人工生态系统冻原极地生态系统草原生态系统荒漠生态系统森林生态系统自然生态系统陆地生态系统生物圈静水生态系统流水生态系统淡水生态系统农田生态系统城市生态系统人工生态系统冻原极地生态系统草原生态系统荒漠生态系统森林生态系统自然生态系统陆地生态系统生物圈海岸生态系统静水生态系统流水生态系统淡水生态系统农田生态系统城市生态系统人工生态系统冻原极地生态系统草原生态系统荒漠生态系统森林生态系统自然生态系统陆地生态系统生物圈浅海生态系统海岸生态系统静水生态系统流水生态系统淡水生态系统农田生态系统城市生态系统人工生态系统冻原极地生态系统草原生态系统荒漠生态系统森林生态系统自然生态系统陆地生态系统生物圈远洋生态系统浅海生态系统海岸生态系统静水生态系统流水生态系统淡水生态系统农田生态系统城市生态系统人工生态系统冻原极地生态系统草原生态系统荒漠生态系统森林生态系统自然生态系统陆地生态系统生物圈远洋生态系统浅海生态系统远洋生态系统海岸生态系统浅海生态系统远洋生态系统静水生态系统海岸生态系统浅海生态系统远洋生态系统静水生态系统海岸生态系统浅海生态系统远洋生态系统流水生态系统静水生态系统海岸生态系统浅海生态系统远洋生态系统流水生态系统静水生态系统海岸生态系统浅海生态系统远洋生态系统农田生态系统流水生态系统静水生态系统海岸生态系统浅海生态系统远洋生态系统城市生态系统农田生态系统流水生态系统静水生态系统海岸生态系统浅海生态系统远洋生态系统人工生态系统城市生态系统农田生态系统流水生态系统静水生态系统海岸生态系统浅海生态系统远洋生态系统人工生态系统城市生态系统农田生态系统流水生态系统静水生态系统海岸生态系统浅海生态系统远洋生态系统自然生态系统人工生态系统城市生态系统农田生态系统流水生态系统静水生态系统海岸生态系统浅海生态系统远洋生态系统自然生态系统人工生态系统城市生态系统农田生态系统流水生态系统静水生态系统海岸生态系统浅海生态系统远洋生态系统森林生态系统自然生态系统人工生态系统城市生态系统农田生态系统流水生态系统静水生态系统海岸生态系统浅海生态系统远洋生态系统荒漠生态系统森林生态系统自然生态系统人工生态系统城市生态系统农田生态系统流水生态系统静水生态系统海岸生态系统浅海生态系统远洋生态系统草原生态系统荒漠生态系统森林生态系统自然生态系统人工生态系统城市生态系统农田生态系统流水生态系统静水生态系统海岸生态系统浅海生态系统远洋生态系统冻原极地生态系统草原生态系统荒漠生态系统森林生态系统自然生态系统人工生态系统城市生态系统农田生态系统流水生态系统静水生态系统海岸生态系统浅海生态系统远洋生态系统陆地生态系统冻原极地生态系统草原生态系统荒漠生态系统森林生态系统自然生态系统人工生态系统城市生态系统农田生态系统流水生态系统静水生态系统海岸生态系统浅海生态系统远洋生态系统淡水生态系统陆地生态系统冻原极地生态系统草原生态系统荒漠生态系统森林生态系统自然生态系统人工生态系统城市生态系统农田生态系统流水生态系统静水生态系统海岸生态系统浅海生态系统远洋生态系统海洋生态系统淡水生态系统陆地生态系统冻原极地生态系统草原生态系统荒漠生态系统森林生态系统自然生态系统人工生态系统城市生态系统农田生态系统流水生态系统静水生态系统海岸生态系统浅海生态系统远洋生态系统海洋生态系统淡水生态系统陆地生态系统冻原极地生态系统草原生态系统荒漠生态系统森林生态系统自然生态系统人工生态系统城市生态系统农田生态系统流水生态系统静水生态系统海岸生态系统浅海生态系统远洋生态系统生物圈海洋生态系统淡水生态系统陆地生态系统冻原极地生态系统草原生态系统荒漠生态系统森林生态系统自然生态系统人工生态系统城市生态系统农田生态系统流水生态系统静水生态系统海岸生态系统浅海生态系统远洋生态系统第十页，共四十五页，2022年，8月28日生态环境的内涵环境是指自然环境和人为环境生态环境通常指除人类种群以外的的不同层次生物所组成的生命系统为主体的外部条件。包括特定空间中可以直接或间接影响有机体生活和发展的各个因素，有生物和非生物因素。生态是指生物的状态、动态和势态。环境单方面强调客体生态强调客体与主体的关系。第十一页，共四十五页，2022年，8月28日生物层次结构及其特征细胞个体种群群落种群—个体之和群落—不同生物总和生态系统—群落＋周围环境第十二页，共四十五页，2022年，8月28日种群一个生物物种在一定范围内同种个体的总和称为种群。

种群是物种具体的存在单位、繁殖单位和进化单位。

种群的基本特征1.种群的大小、密度与生物量Size:种群的个体数目的多少Density：单位时间或空间内的个体数称为种群密度。生物量：单位面积或空间内所有个体的鲜物质或干物质的总重量。第十三页，共四十五页，2022年，8月28日年龄结构生育前期生育期生育后期ABC年龄结构的三种基本类型A增长种群B稳定种群C衰退种群第十四页，共四十五页，2022年，8月28日3.性别比例种群中雄性和雌性个体数目的比例称为性别比例。

无论何种比例关系，种群在正常环境中总保持相对稳定的性别比例关系，它对保持种群的繁殖力有着重要意义。4.出生率和死亡率

出生率是指单位时间内生物所产后代个体的平均数；死亡率则是单位时间内生物死亡的平均数。第十五页，共四十五页，2022年，8月28日种群的增长形式第十六页，共四十五页，2022年，8月28日

如果种群的增长不受到妨害或制止，则种群（N）将呈几何级数按下式增长

dN/dt=rN在这种情况下，个体的数目将迅速向无穷大发展。把这种最适条件下种群内部潜在的增长能力称为内禀增长能力。内禀增长能力是具有稳定年龄结构的种群在某一特定的温度，湿度、光照和食物性质的环境组配下，种群的最大瞬时增长率第十七页，共四十五页，2022年，8月28日1.J形曲线又称爆发—灭绝曲线：在开始时增长较慢，随后在较短时间内急剧上升，直至环境条件不再支持该种群继续增长时，急剧恶劣环境导致大量个体死亡时，种群趋于消亡，增长曲线急剧下降，呈“J”形。第十八页，共四十五页，2022年，8月28日2.S形曲线开始时环境的阻力不关重要，但是种群的增长时缓慢的，随后则增长加快，但当环境阻力增加时，增长又逐渐下降，并将一直下降到一个平衡的水平上为止，而后则保持在此水平上。dN/dt=rN(K-N)/K第十九页，共四十五页，2022年，8月28日S形曲线也叫逻辑斯谛增长曲线。在四个假设上得出的。即：假设（1）环境条件允许种群有一个最大值，此值称为环境容纳量或负荷量，用K表示（2）种群增长率降低的影响因素是最简单的，即其影响随着密度的上升而按比例逐渐降低。如种群中每增加一个个体，就产生1/K的影响。或者说每个个体利用了1/K的空间，若种群有N个个体，就利用了N/K的空间，而可供利用的剩余空间就只有（1-N/K)了；（3）种群密度的增加对其增长率的降低作用是立即发生的，无时滞的第二十页，共四十五页，2022年，8月28日（4）种群无年龄结构，也没有迁入和迁出。那么dN/dt=rn(K-N/K)积分式为Nt=K/(1+e(a-rt))N----种群数量t-----时间r-----种群的瞬时增长率K-----环境容纳量第二十一页，共四十五页，2022年，8月28日修正项（1-N/K)的生物学意义在于代表是剩余空间。N趋于零，修正项趋于1.表示几乎全部空间没有被利用，种群的最大增长能力能够充分实现。N趋于K，则修正项趋于零，表示几乎全部空间被利用，种群增长的最大能力不能实现。当N由零逐渐增加到K值，（1-N/K)由1逐渐降为零，表示种群最大增长的可实现程度逐渐降低。并且种群数量每增加一个个体这种抑制效应就增加1/K.因此这种抑制效应又称为拥挤效应，因其影响定量之大小与拥挤程度成正比，拥挤效应（N/K)故也叫环境阻力。参数a是表示曲线对原点的相对位置，它取决于初始种群数量N0第二十二页，共四十五页，2022年，8月28日群落

生物群落是指一定地理区域内，生活在同一环境条件下的所有生物的集合体，是所有该区域内生物种群的总和，它们彼此相互作用，有规律得组成具有独特组成和功能的结构单元。第二十三页，共四十五页，2022年，8月28日

群落的基本特征1群落的外貌2物种多样性3优势现象4物种的种间关联和群落系数5群落结构第二十四页，共四十五页，2022年，8月28日群落的演替

群落是随着时间的变化而变化的动态系统。在群落中一些物种可能消失，而为另一些物种所取代，从而导致群落内微环境的变化，这种变化反过来有对各种群产生影响，直到群落达到某一新的相对稳定阶段。这种群落随时间变化而变化，一种群落被另一种群落代替的过程就称之为群落的演替，演替最后终止在一个稳定状态的群落称为顶级群落。第二十五页，共四十五页，2022年，8月28日

群落演替的分类

群落演替按裸地的性质可分为：原生演替和次生演替。

原生演替：是指在原生裸地上开始进行的群落演替，即从没有任何生命的地方开始的入侵、定居、竞争，一直演替到顶级群落。

次生演替：是指在由于火灾、干旱、水灾等自然灾害以及人类不合理的经济活动导致原有群落毁坏后的次生裸地上进行的演替。第二十六页，共四十五页，2022年，8月28日第三节生态因子及其生态作用环境因子（生态因子）：组成环境的具体因素。它包括自然环境要素和社会环境要素。

生物和环境之间的关系是相互的和辨证的。一般把非生物环境因子对生命有机体的影响叫做作用。

（1）温度（2）光和辐射（3）水（4）空气（5）土壤第二十七页，共四十五页，2022年，8月28日

生态因子作用的一般特征1.综合作用2.主导因子作用3.直接作用和间接作用4.阶段性5.不可代替性和补偿性第二十八页，共四十五页，2022年，8月28日生态因子的作用方式1拮抗作用各因子联合作用时，一种因子能抑制或影响另一种因子的作用。2协同、增强和叠加作用两种或多种化合物共同作用时，总毒性等于或超过化合物单独作用时的毒性总和叫协同作用。总毒性为各化合物单独作用时的总和叫叠加。一种本无毒性的化合物与另一种化合物共同作用时，使后者毒性增强，称为增强作用。3净化作用利用物理、化学和生物的方法消除水、气和土壤中有害物质的作用第二十九页，共四十五页，2022年，8月28日生态因子作用的规律1.最小因子定律李比希发现“植物生长取决于处在最小量状况下的营养物质的量”2.耐受性定律

美国生态学家谢尔福德：因子在最低量时可以成为限制因子，但如果因子过量超过生物体的耐受程度时，也可以成为限制因子。每一种环境因子都有一个生态上得适应范围大小，称之为生态幅。即有一个最低和最高点，两者之间的幅度称为耐性限度。第三十页，共四十五页，2022年，8月28日第四节生态系统的功能

生态系统的主要功能包括：生物生产、能量流动、物质循环及信息传递。生物生产生态系统中的生物，不断地把环境中的物质能量吸收，转化成新的物质能量形式，从而实现物质和能量的积累，保证生命的延续和增长，这个过程称为生物生产。

生物生产包括初级生产和次级生产第三十一页，共四十五页，2022年，8月28日初级生产

初级生产实质上是一个能量转化和物质的积累过程，是绿色植物的光合作用过程。单位时间和单位面积（或体积）内生产者积累的能量或生产的物质量称为生产量或生产力或生产率。

PG-Ra=PN或PG=Ra+PN

PG：总初级生产量

Ra：自身呼吸消耗量

PN：净初级生产量

第三十二页，共四十五页，2022年，8月28日次级生产

次级生产：是指消费者或分解者对初级生产者生产的有机物以及贮存在其中的能量进行再生产和再利用的过程。

消费者和分解者都称为次级消费者。第三十三页，共四十五页，2022年，8月28日生态系统的能量流动第三十四页，共四十五页，2022年，8月28日生态系统的物质循环

生态系统中各种有机物质经过分解者分解成可被生产者利用的形式归还到环境中重复利用，周而复始地循环的过程叫物质循环。分类：根据物质参与循环时的形式分为气相循环、液相循环和固相循环。第三十五页，共四十五页，2022年，8月28日信息传递1.营养信息2.化学信息3.物理信息4.行为信息第三十六页，共四十五页，2022年，8月28日生态平衡生态系统是生态学中的一个基本功能单位。系统内各个组成部分相互作用，相互联系，相互制约，形成一个具有高度组织性的动态平衡的复杂整体，动态平衡是生态系统的一个基本特征.生态破坏主要表现为：水土流失；沙漠化、荒漠化；森林锐减；草场退化、土地退化；湖泊的富营养化；生物多样性的减少。生态平衡的破坏往往出自人类的贪欲与无知，过分地向自然索取，或对生态系统的复杂机理知之甚少而贸然采取行动第三十七页，共四十五页，2022年，8月28日当生态系统各组成成分之间彼此保持一定的比例关系，能量、物质的输入与输出在较长时间内趋于相等，结构和功能处于相对稳定的状态，在受到外来干扰时能通过自我调节恢复到初始的稳定状态，生态系统的这种状态称为生态系统的平衡，简称生态平衡。生态平衡是相对的平衡。任何生态系统都不是孤立的，都会与外界发生直接或间接的联系，会经常遭到外界的干扰。尤其是近代人口大量增加，科学技术水平不断提高，人类对自然界的干预程度和范围越来越大，生态系统都在不断地受到人类的干扰和破坏。因此，生态系统的平衡是相对的，不平衡是绝对的。生态平衡是动态平衡，而不是静态平衡。生态系统的各组成成分都在按一定的规律运动着、变化着，系统中能量在不断的流动，物质在不断的运转，整个系统时刻处于动态之中。第三十八页，共四十五页，2022年，8月28日生态平衡的基础1相互依存与相互制约规律2物质循环转化与再生规律3物质输入输出的动态平衡规律4生物与环境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三十九页，共四十五页，2022年，8月28日生态平衡失调的特征生态系统的平衡是相对的，不平衡是绝对的。掌握生态平衡失调的标志，对于防止生态平衡的严重失调，恢复和再建新的生态平衡，都具有重要的意义。生态平衡失调的标志主要有以下两方面：1.结构上的标志生态平衡失调首先表现在结构上，一方面是结构缺损，即生态系统的某一个组成成分消失；另一方面是结构变化，即生态系统的组成成分内部发生了变化。2.功能上的标志也包括两个方面：一方面能量流动受阻；另一方面是物质循环的中断。第四十页，共四十五页，2022年，8月28日引起生态平衡失调的因素破坏生态平衡的因素有自然因素和人为因素。