第五章-自然资源生态过程-资源科学导论

第五章自然资源生态过程第一节与自然资源有关的生态学基本概念第二节自然资源生态过程中的能量与物质第三节自然资源生态过程中的生物与种群限制稀缺立论基础生态学经济学第一节与自然资源有关的生态学

基本概念生态系统与生态学自然资源从形成、演化到被利用的整个过程，都发生在地球生态系统中，经历着一系列生态过程自然资源学的“三E”基础Eco-logyEco-nomicsEquity生态学与人类生态学生态学？研究生物及其环境关系的学科人类生态学？研究人类及其环境关系的学科

自然资源是人与环境、经济与生态关系的中介环节，那么自然生态过程主要是人与环境相互作用的过程，既涉及人类生态学原理，也涉及普通生态学原理。人类生态学基本原理：任何生态系统对其所能支持的生命物质总量都有一个自然极限；在这个自然极限范围内，人类文化的调整起着极大的作用自然资源生态过程研究必然要涉及各种成分之间的联系，尤其是生命物质与非生命物质、人与自然系统之间的相互作用。生态系统的概念为分析人类与环境之间的联系，并据此进而采取适当的行动提供了一个框架。生态系统？生产者环境分解者消费者自然界任何范围，只要有生命有机体与非生命物质相互作用，并在其间产生能量转换与物质循环，就是生态系统

生态系统的空间尺度变化很大，其间可以划分出无数的生态系统等级生态系统的组成生态系统由各种生态因子组成，包括生物因子和非生物因子生态系统

生态因子及其联系当把一个生态系统中的某一生态因子当作资源来开发利用时，会使其他因子也发生变化生态因子之间不可替代，只有各因子之间恰当的配合，才能对生物发挥有益作用利导因子与限制因子：在一定限度内，可以通过调节限制因子来有效地管理生态系统。

生态系统的机理极为复杂，研究的基本途径是：从生态系统的结构和功能入手，着力于已限定生态系统中的营养联系、能量流和物质流生态系统的营养结构和物质、能量联系生产者、消费者、分解者与营养级食物链与食物网——植食食物链：以植食动物吃活植物为起点——分解者食物链：以死有机体为起点

在营养结构中按生物在食物链上的位置将其分为不同的营养级，凡处于同一链环的生物都属于同一营养级。

■生产者、消费者和分解者与其周围环境之间相互作用，不断地进行着能量和物质交换

■能量在生态系统中的传递服从于热力学第一、第二定律，即能量守恒和部分能量变为热能而散失

■营养级间能量转化的效率大致服从“十分之一定律”生态系统的物质循环■生物地球化学循环：范围大，速度慢，周期长■生物化学循环：生态系统内土壤与动、植物之间营养元素的周期性循环，范围小，速度快，周期短■生态系统中的生物与环境之间，生物各个种群之间，通过能量流动、物质循环和信息传递，达到适应、协调和统一的动态平衡■生态系统的动态平衡依赖于系统的自我调节能力，但这种自我调节的能力是有一定限度的人类生态系统生物圈：地球及其所有生态系统的总称，人类赖以生存的环境智能圈：受人类控制和影响的生物圈人类生态系统：自然资源生态过程发生于其中的生态系统自然－生态系统经济－技术系统社会－政治系统人类生态系统自然资源生态过程不仅是自然-生态过程，还包括经济-技术过程和社会-政治过程生态系统服务功能与人类福利在必要制度、组织、技术和手段支持下，通过与生态系统之间可持续的相互作用，人类可以提高自己的福利水平知识或人力资本的替代作用可以减缓由生态系统服务功能耗损和退化而产生的不利影响但是不可能无止境地对其进行替代，尤其是它的调节功能、文化功能和支持功能对某些服务功能（如控制侵蚀和调节气候）的替代，在经济上是不切实际的替代的机会差异很大：富裕人口与贫困人口社会系统的变化不仅给生态系统施加了压力，而且也提供了应对这些压力的机遇

导致生态系统退化的原因很多，如何保证生态系统服务功能得到有效保护？

——市场机制？

——制度激励？

——管理变革？

——产权变革？第二节自然资源生态过程中的能量与物质

自然资源生态过程中的能量太阳能与光合作用在自然资源生态过程中的意义食物链中的能量过程净第一性生产：食物链的第一环食物链的每一环都有能量损失：热力学第二定律第二性生产：食草动物所食植物转变生成的有机物数量食物链能量转换对资源利用的含义：离第一性生产越远，单位面积上所能获得的能量就越少结论1：净第一性生产是食物链的第一环结论2：食物链上每一环都有能量损失部分能量在新陈代谢过程中转换成热能而消耗每一营养级的生物组织并非全部为上一级所消耗食物链上每一环能量转换效率很低的资源意义？离第一性生产越远，单位面积上所能获得的能量就越少；人类对食物的利用若想达到最高效力，就必须作为食草动物，降低其营养水平结论3：

在生态系统中的每一营养级上都有能量损失，这使通过物种网络的潜能数量减少。因此，第二性和第三性生产中的生物个体数量和活物质数量递减。这就形成生态系统中的“金字塔”现象。两个生态系统中的个体数金字塔（不包括微生物和土壤动物）（Odum,1971）(a)为夏季草原生态系统；(b)为夏季温带森林生态系统，其中第一性生产者是大树，个体数量较少佛罗里达银泉村生态系统能量金字塔（Odum,1971）生态系统中的能量转换及其网络关系食物网与物种网络

杂食性食物网各营养级上都有复杂的营养关系，所有这些关系连接起来，就形成食物网物种网络若考虑其他一些关系（空间的和其他的竞争关系），那么食物网就扩展为物种网络营养级关系自然资源生态过程中的无机物几种重要无机物来源大气圈岩石水的作用无机物循环及其中的重要环节在天然状态下，营养物质流大部分保存在生态系统内，少部分由径流带出系统外。生命物质对保存基本营养元素的重要作用真菌动物林火先锋演替物种基本元素在陆地生态系统中的流动和储存（Simmons,1982）生态系统中自然资源的整体性与动态性

生态系统中自然资源的整体性自然资源生态过程的高度动态性人类已成为最活跃、重要动因自然资源与熵热力学第二定律：在一个封闭系统中，熵总是增加的，而且是一种单方向的不可逆过程熵是表示物质系统状态的一种度量，用它来刻划系统的无序程度可以把熵看作“有效能”的测度，即熵越大，有效能越小；熵越小，有效能越大自然资源：具有结构、非均匀、有序分布的物质与能量，负熵的集聚资源利用：负熵的消耗生态系统中的耗散结构1、熵变在一个开放系统中

ds=dis＋des

其中：ds为系统总熵变,dis为系统内部熵变

des为系统与外界进行交换而产生的熵开放系统inputinput

(1)当dis=des，则ds=0

意味着开放系统可通过外界输入的负熵抵销系统内部正熵的产生，使系统维持稳定。（2）当dis≤－des，则ds＜0

意味着系统将进一步向有序化方向演化。自然资源与熵的关系耗散结构开放系统不断与外界交换能量与物质，形成足够的负熵流，使系统的总熵不增长，甚至减少。这样的开放系统就能够远离均衡态而产生有序稳定的结构，即耗散结构。自然资源开发利用是消“耗”，开发利用后果随之扩“散”；系统只有不断地与外界交换物质和能量才能维持生态系统是耗散结构的典型例子，它有一定的功能、结构与自我调节能力。生态系统的生产者——绿色植物固定太阳能，为整个系统输入负熵流，负熵流经过消费者复杂的食物链和分解者的渠道流通转化、消耗散失，最终输出到环境中去耗散结构“耗”开发利用“散”开发利用后果耗散结构产生维持发展的根源物质和能量的耗散第三节自然资源生态过程中的生物与种群生物生产力净第一性生产与第二性生产第二性生产不仅受第一性生产限制，还受第一性产物被食草动物利用的程度以及它们转化为动物组织的效率限制极限生物多样性遗传多样性：包括在栖居于地球上的植物、动物和微生物个体的基因，包括一个物种内个体之间和种群之间的差别物种多样性：地球上生命有机体种类的多样性生物群落或生态系统多样性：一个地区内各种各样的生境、生物群落和生态