第五部分应用生态学

第五部分应用生态学第一页，共六十五页，编辑于2023年，星期一第五部分应用生态学

Appliedecology第二页，共六十五页，编辑于2023年，星期一15.1应用生态学简述（1）应用生态学的定义理论生态学：研究生命系统、环境系统和社会系统相互作用的基本规律，建立关系模型、预测系统的发展变化应用生态学：将理论生态学的基本规律和关系应用与生态保护、生态管理和生态建设中，使社会实践符合自然生态规律、使人和自然和谐相处、协调发展第三页，共六十五页，编辑于2023年，星期一（2）应用生态学研究内容产业生态学：农业生态学、森林生态学、草地(草原)生态学、工业生态学与清洁生产、旅游生态学管理生态学：城市生态学、环境生态学、有害动物管理生态学、恢复生态学与生态工程、资源生态学、灾害生态学、自然保护生态学、全球变化生态学、景观生态设计效益生态学：生态经济学、可持续发展生态学、人类生态学第四页，共六十五页，编辑于2023年，星期一（3）应用生态学理论框架个体生态学：生态因子相互作用原理、生物生长定律、最小因子定律和耐受性定律种群生态学：种群密度和种群空间分布理论、种群增长与动态理论、种群竞争理论、生态位理论群落生态学：群落组成和结构、群落稳定性、多样性与边缘效应、群落演替理论第五页，共六十五页，编辑于2023年，星期一（3）应用生态学理论框架生态系统生态学：生态系统结构与功能理论、食物链(网)理论、能量流动与物质循环理论、系统功能最优理论、系统(环境)承载力理论、生态平衡理论、生产力理论、生态经济效益理论景观生态学：景观斑块格局理论、景观异质性理论、景观配置理论第六页，共六十五页，编辑于2023年，星期一（4）应用生态学的研究方法科学实验方法调查统计分析方法系统分析方法资料分析方法第七页，共六十五页，编辑于2023年，星期一

应用生态学主要属于与生物资源的开发、利用和管理有关的个体生态学、种群生态学水平的发展。栽培学、养殖学、病虫害防治学的发展都得宜于研究物种繁殖、生长发育与环境条件关系的生态学研究成果。近20年来，应用生态学的发展有两个趋势：一个是经典的农、林、牧、渔等各业的应用生态学由个体和种群的水平向群落和生态系统水平的深度发展；另一个趋势是由于全球变化（如环境污染加剧、全球气候变暖和臭氧空洞出现、大片土地沙漠化、大量生物多样性丧失及生态平衡失调，以及由以上原因导致的自然灾害频繁，癌症死亡增加等问题）和人对自然界的控制管理的宏观发展（如人类所面临的人口、食物保障、物种和生态系统多样性、能源、工业和城市问题6个方面的挑战），应用生态学研究的焦点已集中在全球可持续发展的战略、战术发面。第八页，共六十五页，编辑于2023年，星期一《可持续的生物圈建议书》（SBI）指出：应用生态学面临的重大问题有：应付全球环境变化的挑战；系统变化的生态模型、模拟及趋势预测；自然科学与社会科学结合，以解决自然—社会—经济复合系统的协调发展；自然保护与开发的结合等等。第九页，共六十五页，编辑于2023年，星期一“全球气候变暖”、“臭氧空洞”、“厄而尼诺现象”、“水旱灾害与沙漠化”这些由于人类活动直接或间接造成的全球生态环境的恶性变化倍受当今科学界、各国政府及公众关注，简称全球变化。迄今为止的全球变化研究是以气候变化为核心展开的。全球变暖最早引起人们对气候变化的广泛关注。15.2全球变暖与环境污染第十页，共六十五页，编辑于2023年，星期一

全球变暖是指地球表层大气、土壤、水体及植被温度年际间缓慢上升的现象。人为因素主要是指人类活动如化石燃料的燃烧、植被破坏和农田扩展使大气中温室气体特别是二氧化碳的体积分数增加。按照地球和太阳的距离计算，全球温度应比现在低33℃，也就是平均—18℃。由大气层的气体引起的全球变暖就定义为温室效应。温室气体是指水蒸气、二氧化碳等对长波辐射有强烈吸收作用的气体。

温室气体的隔热性质将大气平均温度从-18℃提升到15℃。全球变暖与温室效应第十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期一第十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期一人们近几年所关注的厄尔尼诺与拉尼娜现象就是由于海水温度变化导致的气候变化。厄尔尼诺现象是指东太平洋洋面在赤道处的海水偶尔变暖的现象，它与北太平洋和北美洲的天气特点密切相关。拉尼娜现象是指东太平洋洋面在赤道处的海水偶尔变冷的现象。拉尼娜现象也会显著影响全球气候。全球变暖对生物圈中动植物分布的模式及生物多样性也将产生明显的影响。气候变暖可能会影响到一些脊椎动物的繁殖能力，还会影响到爬行动物的性比，因为很多爬行动物的性别是由卵孵化过程中的巢温决定的。全球变暖的影响第十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期一

厄尔尼诺和拉尼娜的名字都来自西班牙语，是“圣婴”和“小女孩”的意思，用于表示赤道太平洋东部和中部海域海水温度异常的现象。当这些区域海水大范围持续异常变暖时，称为尼尔尼诺现象；变冷则称为拉尼娜现象。厄尔尼诺给一些地方带来暴雨（中、东太平洋及南美太平洋沿岸国家），而使另一些地区干旱（印度尼西亚、澳大利亚等地）

第十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期一孵化的温度将决定鳄鱼的性别第十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期一

全球气温升高可能会导致气候带北移，使湿润区和干旱区重新配置。

第十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期一

海平面上升会使沿海陆地面积缩小，加剧海岸侵蚀，咸水入侵导致土地盐渍化，洪水、风暴潮等灾害发生的危险增加。在许多国家，沿海都是经济发达、人口密集的地区，海平面上升会给国家经济和居民生存环境造成极大威胁。海平面上升还将威胁滨海湿地、沼泽和珊瑚礁。湿地是许多鱼类、鸟类和稀有动物的主要生活环境，珊瑚礁则是海中的热带雨林，它们被破坏将给生物多样性带来极大损失。

在一些海拔较低的地区，海边城镇会被淹没，某些小型岛国甚至面临灭顶之灾。太平洋岛国图瓦卢为此已于2001年宣布举国移民。马尔代夫、基里巴斯、库克群岛、瑙鲁和西萨摩亚等岛国也面临着类似的问题。

气候变暖导致的海平面上升将影响到地势比较低的沿海城市，部分城市可能要内迁，同时大部分沿海平原将发生盐碱化或沼泽化，不适于生产。第十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期一减缓全球变暖的关键在于控制温室气体的排放和大气中颗粒物的增加。减少温室气体的排放主要有两条途径：一是改进能源结构。另一条是提高能源效率。我国近年来在一些大城市禁止烧煤过冬取暖，并控制汽车尾气的排放量，大大提高了城市空气的质量和透明度。改进能源结构就是要大力开发非化石能源，如水能、核能、太阳能和地热能等。减少温室气体排放的途径第十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期一臭氧（O3）是含3个氧原子的分子，这3个原子由于电子吸引结合在构型中。在地面空气中的臭氧是一种污染物，因为臭氧活性很大，所以会引起活体生物的细胞损伤，因此，臭氧是一种有毒物质。臭氧的反应需吸收紫外辐射。所以紫外辐射常与皮肤癌和白内障有关。臭氧层损缺来源于人类活动。含氯氟烃作为超制冷剂、烟雾剂、杀虫剂而被广泛应用。为保护好臭氧层，必须制止氯氟烃类物质的生产量和消耗量，研制氯氟烃类物质的替代品。臭氧层的破坏第十九页，共六十五页，编辑于2023年，星期一污染问题第二十页，共六十五页，编辑于2023年，星期一空气污染：是由人类活动直接或间接引起的天然与合成的有害物质向大气的排放。空气污染对人类和自然界的其他部分有许多不同的影响。空气污染能造成心理影响；它们使环境不舒适，腐蚀雕塑，破坏公共财物。空气污染还会妨碍人类和其他生物的健康，同时改变气候以及土壤、湖泊和河流的化学性质。空气污染第二十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期一这种现象称为“酸降”因为形成酸的物质不仅会以降雨的形式，也会以雪、雨夹雪和雾的形式从空气中沉降下来。出现酸雨主要原因是大气的二氧化硫

污染。酸降对降雨量较大的地区、易感的水体和土壤中的植物和动物造成明显的损害。我国降水酸度由北向南逐渐加重，华东、西南地区已普遍发生酸雨，形成了世界第三大酸雨区。酸雨可随大气转移到1000km以外甚至更远的地区，是一种超越国境的污染物。2、酸雨第二十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期一

酸雨因腐蚀性很强，会大大加速建筑物、金属、纺织品、皮革、纸张、油漆、橡胶等物质的腐蚀速度。它还可能成为摧残文物古迹的元凶。第二十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期一香港科技大学的学者于去年量度雾水酸碱值时，发现约为4至5度(0为最酸，酸雨为5.6以下)，酸的程度有如一杯番茄汁。有眼科医生指出，在酸雾弥漫下的眼疾个案比平常倍增，担心污染物“如同镪水腐蚀眼睛”，提醒戴隐形眼镜的市民要特别留神。

第二十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期一所有水体污染物可分为3类：生化试剂、可溶的化学物质、不溶的化学物质导致富营养化的主要营养物是磷酸盐和硝酸盐。生化需氧量（BOD）：是这种溶氧消耗效应的量化指标，它表达了微生物氧化有机物时需要多少氧气。有机物同时也经历化学氧化，因此也存在化学需氧量（COD）。最终存活下来的唯一物种将是能在缺氧条件下生存的细菌，即厌氧菌。有机水污染物中非常重要的一族是多氯联苯（PCBs），已经引起了相当多的讨论。水污染第二十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期一海洋污染主要海洋污染物包括生物性污染物，如传染性病菌和病毒；有毒污染物，如金属和烃类；放射性污染物；塑料以及其他固体废物。海洋污染的严重后果之一是赤潮

。赤潮：是由于海洋中某些微小的浮游藻类、原生动物和细菌，在一定条件下爆发性繁殖或聚集而引起水体变色的一种有害的生态环境异常现象。赤潮主要是人类活动造成海水富营养化的结果。海洋污染使海洋生物死亡、生物多样性减少，使水产品体内残留毒物增加，最直接的后果是减少了人类赖以生存的动物蛋白质的重要来源，并危害人类健康。第二十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期一江河污染我国的淮河、长江污染严重。为防止江河污染，建立污水处理厂，从根本上消除生活污水、工业污水对水体的危害也许是根本出路。污水处理的流程一般为：污水经沉沙池，除去较重的沙粒杂质，然后进入沉淀池，除去悬浮性污染物，再经曝气池进行生物处理，分解其中有机物，经二次沉淀池分离活性污泥后，最后消毒、排放。第二十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期一湖泊污染

湖泊污染的突出表现为湖泊的富营养化，大部分湖泊已达富营养化状态，特别是一些靠近城市的湖泊，达到极富营养状态，水变黑、发臭。控制湖泊富营养化需多方努力，如控制流入湖泊的氮、磷总量，在湖泊周围地区禁止使用含磷的合成洗涤剂，加强农业生产中化肥、牲畜粪便的管理及生活污水的处理等。第二十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期一第二十九页，共六十五页，编辑于2023年，星期一地下水污染有害的工业废水、生活污水的排放、农业灌溉等，都可能通过地面渗透到地下造成地下水污染。我国饮用水污染也非常严重，据统计，我国人口中约60%的人饮用水不合卫生标准，有两亿人饮用水中大肠杆菌超标。保护地下水资源最有效的方法就是切断工业、生活污水和海水等进入地下水系的途径，改善水源区周围环境，保护植被，建设合理的下水道，防止地面污水向下渗透。第三十页，共六十五页，编辑于2023年，星期一随着工业化和城市化的迅速发展，我国土壤环境污染问题日趋严重。工业“三废”、污灌、污泥、城市垃圾、劣质化肥等都可导致土壤污染。我国大多数城市近郊土壤都已受到不同程度的污染，农田中的镉、铬、砷、铅、锌等重金属含量严重超标。目前我国受污染的耕地面积约为耕地总面积的1/5.要控制土壤污染，除综合治理工业三废、控制劣质农药、化肥等的使用外，应用微生物分解土壤中有机物质污染也是好办法。土壤微生物很久以来一直是地球垃圾的控制剂。运用微生物去除污染物的方法称为生物除污。土壤污染第三十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期一15.3人口与资源环境第三十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期一由于人口的快速增长和人类活动干扰对环境与资源造成的极大压力，人类迫切需要掌握生态学理论来调整人与自然、资源以及环境的关系，协调社会经济发展和生态环境的关系，促进可持续发展。第三十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期一一般60岁以上人口占总人口比例达10%或65岁及以上人口占总人口比例达7%,即为老年型人口。我国正迅速步入老年型人口国家。人口老龄化对一个国家的经济、社会发展会产生深刻的影响。首先劳动力机构老化使劳动力质量降低，劳动生产率难以提高。再者，因老年人的特殊需要，需要赡养的人口增加，国家必须对社会的福利、救济、保障、医疗服务等方面建立各种设施和制度，以保护老年人的利益。人口老龄化问题第三十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期一非枯竭资源：自然资源中供给稳定、数量丰富，几乎不受人类活动影响的资源为非枯竭资源，如太阳能、风能、潮汐能、大气等。可枯竭资源：自然资源中数量有限，受人类活动影响可能会枯竭的资源为可枯竭资源，如石油、煤炭等化石燃料。可更新自然资源：主要包括土地资源、地区性水资源和生物资源等，其特点是可借助于自然循环和生物自身的生长繁殖而不断更新，保持一定的储量。非更新自然资源：基本上没有更新能力，这些资源是经历了亿万年的生物地化循环过程而缓慢形成的，更新能力极弱。资源问题第三十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期一化石燃料储量虽然可观，但属于非更新资源，在世界人口急剧增长的情况下，化石燃料有可能枯竭，即所谓出现“能源危机”。新能源的主要领域为：太阳能、风能、海洋能、生物质能、地热能和氢能。针对现状，我国能源发展对策首先应该重视节约能源，提高能源效率；其次应该调整能源结构，如提高煤炭用于发电的比例，增加终端用电比例，发展煤气、液燃料和煤化工，发展核电站、水电站等。能源第三十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期一土壤是地球表面具有一定肥力且能生长植物的疏松层，是经过漫长的演化过程，在岩石的风化作用和生物分解等成土作用的综合作用下形成的。耕地是土地资源的精华。人类食品消费的大部分和95%以上的蛋白质取自土地。土地资源属于可更新资源。造成耕地减少的主要原因有：非农业建设占用耕地增多；农业内部结构调整如将耕地改种果树、养鱼、退耕还草；以及严重的耕地自然毁损等。土地资源第三十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期一水是决定生物和人类生存的重要自然资源，也是世界上分布最广，数量最大的资源。全世界用水量每年达3万亿t。我国水资源虽然总量占世界第六位，但人均占有水资源量仅有世界人均水平的1/4，属水资源“贫穷国家”。我国缺水城市有300多个。要对水资源进行保护和合理利用，首先应建立节水型经济，提高用水效率。开发和利用天空水资源也是解决水资源紧缺的一个有效途径。水资源第三十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期一生物资源是自然环境的有机组成部分，能够根据自身的遗传特点不断繁殖后代，属于可更新资源。生物资源第三十九页，共六十五页，编辑于2023年，星期一第四十页，共六十五页，编辑于2023年，星期一

农业的发展经历了早期和传统农业阶段，发展到现代农业阶段。工业革命使农业发展进入现代农业或称石油农业阶段。大量燃烧石油和无节制地施用化肥和农药带来了严重的环境和生态问题：⑴石油燃烧和农药、化肥造成的空气、土壤与水污染问题。⑵农药的施用破坏了天敌与有害生物之间的平衡。⑶土壤结构破坏，农产品质量下降。⑷农业生产活动对自然生态系统的物质循环过程产生重要影响。15.4农业生态学第四十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期一土壤侵蚀是指在风或水的作用下，土壤物质被破坏、带走的作用过程。以风为动力使土粒飞散，造成的土壤侵蚀叫风蚀。纯粹由自然因素导致的地表侵蚀过程速度非常缓慢，常与土壤形成过程处于相对平衡状态。土壤侵蚀已成为全世界一大公害。水土流失也是我国土地资源破坏的重要原因。我国表土流失量每年约50亿t。政府提出退田还湖、退耕还林、退耕还草等措施，决心重点解决长江地区的水土保持问题。土壤侵蚀和沙漠化第四十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期一我国也是受沙漠化危害较深的国家之一。治理沙漠化，应该以生态学和经济学原理为指导进行综合治理，在体制上把治理沙漠化与加强国土整治和保护自然环境统一起来，采取治理与预防相结合，以预防为主的方针。我国采取了沙障和植物固沙相结合，乔、灌、草防沙林与农田相结合，人工造林与丰育相结合，调整土地利用结构和合理放牧相结合等等一系列措施。经过努力使大约10%的地区的沙漠化得到控制，12%的沙漠化土地恶化情况得到改善。第四十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期一生态农业系统以生态学、系统工程理论及定量优化方法为指导，因地制宜，实现农、林、牧、渔、加工等生产行业的有机结合，变单纯从自然界索取为保护、改善、增值和合理利用自然资源，使高效的农业生产同优良的生态环境建设同步发展，以取得良好的经济效益、生态效益和社会效益。生态农业第四十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期一生态农业应该具备以下几方面的基本特点：⑴整体性与可调控性；⑵稳定、高效与持久性；⑶地域性。生态农业要达到系统功能结构最优化，保持稳定、高效和可持续发展的潜力，就必须以生态学、生态经济学原理为理论基础来建设生态农业系统。其主要理论依据如下：⑴生物与环境的相互作用与协同进化；⑵食物链与食物网理论；⑶能量多级利用与物质循环再生；⑷结构稳定与功能协调。生态农业的特点与理论基础第四十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期一我国生态农业典型类型如下：1、立体种养殖类型：如稻—萍—鱼模式、稻—鸭—鱼模式、林—畜—蚯蚓模式、苇—禽—鱼模式等。2、物质循环利用类型；3、生物相克避害类型；4、生态环境综合整治类型；5、资源开发利用类型；6、区域整体规划类型。

我国生态农业的主要特点与类型第四十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期一第四十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期一生态工程：是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理，结构与功能协调原则，结合系统分析的最优化方法，设计的促进分层多级利用物质的生产工艺系统。1、生态工程设计生态工程要按照整体、协调、自生、循环、因地制宜的原理，以生态系统自我组织、自我调节功能为基础，在少量人类辅助能的帮助下，充分利用自然生态系统功能，紧紧围绕当地的自然、社会和经济条件进行生态工程的设计、组装和运行管理。2、加环根据加环的性质和功能，大致可归为5类：①生产环；②增益环；③减耗环；④复合环；⑤加工环。3、我国农林牧副渔一体化生态工程生态工程技术第四十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期一生物多样性是生物进化的结果，是人类赖以持续生存的基础。一般认为生物多样性包括：物种多样性、遗传多样性、景观多样性、生态系统多样性。15.5生物多样性与保育第四十九页，共六十五页，编辑于2023年，星期一生物多样性价值包括直接使用价值、间接使用价值和伦理价值。每种生物都有自己的生存权利，但这在伦理价值观上还是有争议的。生物多样性价值第五十页，共六十五页，编辑于2023年，星期一一般区分3类灭绝类型，即背景灭绝、大量灭绝和人为灭绝。大量灭绝是指由于自然灾害而发生的大规模物种死亡。人为灭绝是指由人类引起的灭绝。近代物种多样性丧失加剧的原因有：①过度利用、过度采伐和乱捕乱猎；②生境丧失和片段化；③环境污染；④外来物种的引入导致当地物种的灭绝；⑤农业、牧业和林业品种的单一化。

生物多样性的丧失第五十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期一⑴保护需要对物种进行划分优先等级。⑵种群生存力分析（PVA）和最小可存活种群（MVP）。⑶灭绝率大小与生境片断化的关系。集合种群在片断化的生境中形成。⑷岛屿生物地理学理论。⑸自然保护区设计中，保护区大小和形状的重要性。生物多样性研究第五十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期一核心研究计划是：①生物多样性对生态系统功能的影响；②生物多样性的起源、维持和变化；③系统学研究；生物多样性编目和分类；④生物多样性的监察；⑤多样性保护、恢复和可持续利用。其特殊研究领域是：①土壤的沉淀物中的生物多样性；②海洋生物多样性；③微生物多样性；④淡水的生物多样性；⑤与生物多样性有关的人文因素。核心研究计划是：①生物多样性对生态系统功能的影响；②生物多样性的起源、维持和变化；③系统学研究；生物多样性编目和分类；④生物多样性的监察；⑤多样性保护、恢复和可持续利用。其特殊研究领域是：①土壤的沉淀物中的生物多样性；②海洋生物多样性；③微生物多样性；④淡水的生物多样性；⑤与生物多样性有关的人文因素。第五十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期一⑴一定要协调好人与自然的相互关系；⑵一定要坚持持续发展的原则；⑶要做好生态系统管理；⑷要深入开展生物多样性及其保育研究。生物多样性保育对策：⑴保育对策应该包括全球的、国家的、地区的和地方的等一系列不同层次。⑵建立自然保护区和国家公园。⑶迁地保护是将野生生物迁移到人工环境中或易地实施保护。⑷种子库和基因资源库。⑸退化生态系统的恢复。恢复包括改造、修复、再植和重建；即通过各种方法改良和重建已经退化和破坏了的生态系统。⑹生物多样性的监测。⑺环境和野生动植物保护法律。

生物多样性的保育对策第五十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期一15.6生态系统服务

生态系统服务（ecosystemservices）是指对人类生存和生活质量有贡献的生态系统产品（goods）和服务(services)。

第五十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期一山青才能水秀第五十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期一林茂→水富→粮丰第五十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期一

生态系统服务的提出

Costanza等，1997.《世界生态系统服务和自然资本的价值》（Nature）

Daily，2001.《生态系统服务：人类社会对自然生态系统的依赖性》

人们惊醒地开始注意到生态系统的服务，各国领导、科学家和公众对保护生物多样性的重要性认识和支持的积极性都显著提高。第五十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期一自然生态系统的生物地球化学循环是人类赖以生存和发展的基础人类需求的所有食物来自生态系统的物质生产人类需求的一切能量直接或间接来自自然生态系统人类社会生存所需求的环境依赖自然生态系统良性运转第五十九页，共六十五页，编辑于2023年，星期一生态系统服务的类型有机质的合成与生产；生物多样性的产生与维持；调节气候；营养物质贮存与循环；土壤肥力的更新与维持；环境净化与有害有毒物质的降解；植物花粉的传播与种子的扩散；有害生物的控制；减轻自然灾害

Costanza（1997）等把它们归纳为17类，Daily（2001）将其归纳为15类第六十页，共六十五页，编辑于2023年，星期一

（1）直接利用价值：生态系统产品所产生的价值,它包括食品,医药及其它工农业生产原料,景观娱乐