环境生态学复习知识点总结

第一章绪论1.定义(掌握)2.形成与发展1.研究内容(掌握)2.学科任务三、环境生态学与相关学科(了解)资源问题：资源的短缺(森林、土地、淡水)《增长的极限》(20世纪70年代),是环境生态学发展初期阶段b.退化生态系统的特征判定f.生态系统管理g.生态规划和生态效应预测b.退化生态系统的恢复和重建b.野外调查、实验室和长期定位试验结合e.新技术的应用(卫星遥感、地理信息系统等)三、环境生态学与相关学科1、生态学三、环境生态学的相关学科生态学的定义a.海克尔(Haeckel)(德国动物学家，1866年给出的定义)b.Odum(著名的美国生态学家，1956年)c.马世骏(我国著名生态学家)生物个体(个体生态学)生物种群(种群生态学)生物群落(群落生态学)生态系统(生态系统生态学)生物圈(生物圈生态学)a.生态学的萌芽时期(公元16世纪前);b.生态学的建立时期(公元17世纪至19世纪末);c.生态学的巩固时期(20世纪初至20世纪50年代);d.现代生态学时期(20世纪60年代后)。a.生态学的萌芽时期(公元16世纪前)b.生态学的建立时期(公元17世纪至19世纪末)c.生态学的巩固时期(20世纪初至20世纪50年代)煌时期。形成几个著名的生态学派(四大学派):c.生态学的巩固时期(20世纪初至20世纪50年代)d.现代生态学时期(20世纪60年代后)①环境学②基础环境学本章专题：环境问题灾害)1930年12月1～5日比利时马斯河谷工业区工业区处于狭窄的盆地中，12月1～5日发生气温逆转，工厂排出的有害气体发生在1948年10月26～31日美国宾夕法尼亚洲多诺拉镇。20世纪40年代初期发生在美国洛杉矶市。40年代初期美国洛杉矶市全市250多万辆汽车每天消耗汽油约1600万升，1952年12月5～8日英国伦敦市45岁以上的死亡最多，约为平时3倍；1岁以下死亡的，约1961年日本四日市1972年市共确认哮喘病患者达817人，死亡10多人。1968年3月日本北九洲市、爱知县一带油，食用后中毒，患病者超过1400人，至七八月份患病者超过5000人，其中16人死亡，实际受害者约13000人。1953～1956年日本熊本县水俣市1955～1972年日本富山县神通川流域田，使稻米和饮用水含镉而中毒，1963年至1979年3月共有患者130人，其中死亡81人。印度博帕尔农药泄漏事件(1984年12月)前苏联切尔诺贝利核电站泄漏事故(1986年4月)前苏联切尔诺贝利核电站泄漏事故(1986年4月)瑞士莱因河污染事故(1986年，硫、磷、汞),英国威尔士饮用水污染事件(1985年，酚)美国三里岛核电站泄漏事故(1979年，放射性物质)法国阿摩柯卡的斯油轮泄油(1978年，原油)墨西哥油库爆炸事件(1984年，原油)美国内河(莫农格希拉河)出现的特大原油泄漏事故(1988年，原油)美国埃克森瓦尔迪兹油轮原油泄漏事故(1989年，原油)(1)全球气候变暖(2)臭氧层破坏(3)生物多样性减少(4)酸雨蔓延(5)森林锐减(6)土地荒漠化(7)大气污染(8)水体污染(9)海洋污染(10)固体污染200年以来冰川面积减少约25%(1)全球气候变暖过去100年海平面平均上升10～20cm(2)臭氧层破坏(3)生物多样性减少近代物种丧失速度比自然灭绝速度加快了1000倍，比灭绝速度由1天灭绝1种加快到1小时灭绝1种。(4)酸雨蔓延(5)森林锐减IV、V类水；28%劣V类水。“有河皆枯，有水皆污”20XX年的雾霾天气人类环境：以人类为主体的环境(环境科学中)生物环境：以生物为主体的环境(生态学中)(2)按有无生命特征：生物因子(biOticfactors)和非生物因子(abioticfactors)两(3)按生态因子对种群数量变动的作用：密度制约因子和非密度制约因子。2.2生态因子作用的特征及规律综合作用主导因子作用阶段性作用不可代替性和补偿作用2.2生态因子作用的特征及规律(1)综合作用2.2生态因子作用的特征及规律一、生态因子作用的一般特征(2)主导因子作用2.2生态因子作用的特征及规律(3)直接作用与间接作用(4)阶段性作用鱼的洄游2.2生态因子作用的特征及规律一、生态因子作用的一般特征(5)总体上的不可代替性和局部上的补偿作用二、生态因子作用的规律限制因子规律(Limitingfactors)利比希(Liebig)最小因子定律(1)限制因子规律(Limitingfactors)(2)利比希(Liebig)最小因子定律Liebig最小因子定律(Liebig'slawof素.(3)谢尔福特(Shelford)耐受定律Shelford耐受性定律(Shelford’slawoftolerance)(3)谢尔福特(Shelford)耐受定律(4)生态幅(4)生态幅二、生态因子作用的规律(5)生物内稳态及耐性限度的调整耐受限度的调整二、生态因子作用的规律(5)生物内稳态及耐性限度的调整(6)指示生物指示节气指示天气燕子低飞预示雨将来临，蜻蜓高飞预示天晴指示水质美国威斯康星地区湖泊中的软水指示植物为Gratiola,硬水指示植物为Ranunculusaquatili指示资源安徽的海州香薷只在安徽指示铜矿，在北方则无此作用.二、形态适应如风大可以使某些树木形成“旗型树冠”;高山上由于风大、低温等使得许多植物形猛禽件下，形成了不同的适应方式和途径.2.4生态因子的生态作用及生物的适应性一、光因子的生态作用及生物的适应光强的生态作用与生物的适应光周期的影响(1)光强的生态作用与生物的适应性①光照强度对生物的生长和形态结构的建成有重要作用④光照强度增加，有利于果实的成熟与品质的提高(1)光强的生态作用与生物的适应性2、植物对光照强度的适应②阴性植物：在较弱的光照条件下比在强光下生长良好的植③耐阴植物：介于上述两类植物之间。一、光因子的生态作用及生物的适应 (2)光质的生态作用与生物的适应(2)光质的生态作用与生物的适应③短波的紫外线有杀菌作用，可引起人类皮肤产生红疹及皮肤癌，但促进体内维生素D的④长波红外线是地表热量的基本来源，对外温动物的体温调节和能量代谢起了决定性的作(2)光质的生态作用与生物的适应(2)光质的生态作用与生物的适应(1)植物的光周期现象(2)光质的生态作用与生物的适应(2)动物的光周期现象(1)温度因子的生态作用(2)生物对极端温度的适应性(2)生物对极端温度的适应性(3)温度与生物的地理分布两栖类动物：广西51种，福建41,浙江40,江苏20,山东、河北各9种，内蒙古8种；爬行动物：广东121,广西110,海南104,福建101,浙江78,江苏47,山东、河北小于20,内蒙古6种；植物：我国高等植物3万多种，巴西4万多种，苏联面积最大，但只有1万多种。三、水因子的生态作用及生物的适应(1)水因子的生态作用水对动植物分布的影响雨量充沛的热带雨林中植物达52种/hm2,我国大兴安岭则只有10种/hm2。(2)生物对水因子的适应植物主要有两大类水生植物陆生植物(2)生物对水因子的适应②动物的适应水生动物陆生动物四、土壤因子的生态作用及生物的适应性(1)土壤因子的生态作用土壤提供了植物生活的空间、水分和必须的矿质元素。土壤也是许多生物栖居的场所(如：四、土壤因子的生态作用及生物的适应性(2)植物的适应性①盐类对植物的不利影响四、土壤因子的生态作用及生物的适应性(2)植物的适应性②碱土对植物的不利影响强碱性毒害植物的根系土壤物理性能恶化四、土壤因子的生态作用及生物的适应性(2)植物的适应性③植物对土壤因子的适应性植物的适应性类型对钙盐的反应：钙质土植物，嫌钙植物对含盐量的适应：盐土植物，碱土植物四、土壤因子的生态作用及生物的适应性(2)植物的适应性③植物对盐类的适应性盐碱土植物本章思考题思考题什么是环境因子和生态因子?生态因子和环境因子之间具有怎样的关系?生态因子的作用特征和规律是什么?什么是生态幅?如何理解指示生物?(1)有多少?(数量和密度);(2)哪里多，哪里少?(分布);(3)怎样变动?(数量变动和扩散迁移);(4)为什么这样变动?(种群调节)。单位面积(或空间)的数量将随时间改变。(1)种群结构与性比年龄锥体图有三种形式(图3-1):(1)种群结构与性比1982年河北省人口的年龄结构及性比(图3-2)1974年墨西哥和美国人口的年龄结构及性比(图3-3)图3-21982年河北省人口的年龄结构图3-31974年墨西哥和美国人口的年龄结构(1)种群结构与性比(1)种群结构与性比线则接近Ⅲ型。(1)种群增长率(1)种群增长率降低R,即降低增殖率(繁殖能力)。(2)种群增长模型即种群的增长不受限制(无限环境中),有两种情况：种群的各个世代不相重叠(如昆虫),称为离散增长；种群的各个世代互相重叠(如人类),称为连续增长。(Ⅱ)与密度有关的种群增长模型即种群的增长受环境限制(有限环境中),也有离散和连续两从微分式看，在前有的指数曲线方程上增加了一个新项(1-N/K),即剩余空间，其中K为引入时间约在1800年，1850年后在70万头上下作不规律波动，可以看出：logistic曲线可(Ⅱ)与密度有关的种群增长模型(2)种群增长模型增长一、自然种群的数量变动(1)增长澳大利亚的昆虫学家Andrewartha曾对蓟马种群进行了14年的研究，绘制了蓟马种群的数一、自然种群的数量变动(2)季节消长一、自然种群的数量变动(2)季节消长北京地梅8年间的种群变动一、自然种群的数量变动(3)不规则波动不规则波动种群数量的年间变动，有的是规则的(周期性波动),有的是不规则的(非周一、自然种群的数量变动(4)周期性波动一、自然种群的数量变动(4)周期性波动一、自然种群的数量变动(5)种群暴发一、自然种群的数量变动(6)种群平衡一、自然种群的数量变动(7)种群的衰落和灭亡一、自然种群的数量变动(7)种群的衰落和灭亡一、自然种群的数量变动(7)种群的衰落和灭亡一、自然种群的数量变动(7)种群的衰落和灭亡(8)生态入侵(ecologicalinvation)认为依据依据三、生态对策三、生态对策r选择选择物种三、生态对策K选择物种3.3种群的数量变动和调节三、生态对策★两种类型对策者的优缺点K-对策者竞争性强，数量较稳定，一般稳定在K附近，大量死亡或导致生境退化的可能性较小。但一旦受危害造成种群数量下降，由于其低r值种群恢复比较困难。r-对策者死亡率高，但高r值使其种群能迅速恢复，而且高扩展能力还可使其迅速离开恶化生境，在其它地方建立新的种群。r-对策者的高死亡率、高运动性和连续地面临新局面，3.4种内与种间相互作用(一)种内关系2、性比性比通常以种群中雄体对雌体的相对数来表示。大多数生物种群的性比倾向于1:1。3.4种内与种间相互作用(一)种内关系3、领域性和社会等级4、他感作用3.4种内与种间相互作用(二)种间关系分正相互关系和负相互关系(1)高斯(Gause)假说(竞争排斥原理)捕食(predation)为一种生物摄取其他生物种个体的全部或部分为食，前者称为捕食者4、共生(a)一维的生态位，覆盖温度耐受度(b)两维生态位，包括温度和猎物大小；(c)三维生态位，包括温度、猎物大小和觅食的高度(1)群落的组成与结构；(2)群落的性质与功能；(3)群落的发展与演变。错区(ecotone),并导致明显的边缘效应。对群落的结构和群落环境的形成有明显控制作用的物种称为优势种(dominant优势度与综合优势比(物种的综合数量指标)求平均值。如：SDR2=(密度比+盖度比)/2×100%Gleason指数Margalef指数4.3群落的结构(群落的格局)一、群落的外貌(生活型和生长型)4.3群落的结构(群落的格局)一、群落的外貌(生活型)群(丹麦植物学家C.Raunkiaer)4.3群落的结构(群落的格局)一、群落的外貌(生长型)4.3群落的结构(群落的空间结构)1.植物的成层现象——林相(地上)和根系分布(地下)4.3群落的结构(群落的空间结构)植物群落水平结构的主要持征就是它的镶嵌性(mosaic)。镶嵌性是植物个体在水平方向上的动物活动(种间相互作用)以及人类的影响等等。4.3群落的结构(群落的格局)温带阔叶林的时间层片表现最为明显：春季类的短命植物层片和夏季长营养期植物层片(时间上明显层化的结构)六、影响群落结构的因素4、岛屿与群落结构(1)海岛的物种数一面积关系六、影响群落结构的因素4、岛屿与群落结构(2)MacArthur的平衡说4、岛屿与群落结构(3)岛屿生态与自然保护4.4群落的演替一、群落演替的概念群落演替(communitysuccession)又称生态演替(Ecologicalsuccession):是指在群落发4.4群落的演替侵移(迁移):繁殖体传播到新定居的地方的过程；4.4群落的演替三、群落演替基本类型4.4群落的演替三、群落演替基本类型①原生演替的基本系列河口冲积扇等裸露矿质土阶段→草本植物阶段→木本植物阶段(从灌木群落变为乔木群落)内因性生态演替(或内因动态演替)外因性生态演替(或外因动态演替)3、多元演替顶极(Poly-climaxtheory)学说英国生态学家坦斯利(1954)提出的；美国Whittaker(1953年)生产者(producer)分解者(decomposer)2非生物环境池塘生态系统示意图无机物质有机物质气候因素5.2生态系统的结构时间结构5.2生态系统的结构一、食物链和食物网2、食物网(foodweb):食物链彼此交错连结，形成一个网状结构.二、食物链的类型2、碎屑食物链3、寄生食物链2、碎屑食物链物链.3、寄生食物链后者与前者是寄生关系.一个简单的食物链一个食物链的例子“螳螂捕蝉，黄雀在后”5.2生态系统的结构三、食物网5.2生态系统的结构5.2生态系统的结构5.2生态系统的结构生态系统中的反馈(正反馈(左)和负反馈(右))营养级(trophiclev例一、生物圈2号工程生物圈2号工程(Biosphere2)例一、生物圈2号工程设计寿命100年。1991年9月26日投入运行，并进行实验。例一、生物圈2号工程号”系统严重失去平衡：氧气浓度从21%降至14%,不足以维持研究者的生命，输入氧气再次以失败告终。例一、生物圈2号工程例一、生物圈2号工程2个人，2只羊“迷你地球”实验从20XX年9月6日开始，实验的目的之一是，调查食物等所含的碳是如何在生态系统中循环的。“迷你地球”是日本财团法人环境科学技术研究所2000年建造的，总面积5000平方米，其中10%的空间全部密封，在密封空间里除了植物栽20XX年9月13日，日本在封闭空间“迷你地球”进行的为期一周自给自足的实验13日有独钟，今后会更珍爱植物。”筱原正典准备2009年在“迷你地球”居住4个月，向封production),也可称为初级生产力。收获量测定法(产量收割法)氧气测定法(水域生态系统)二氧化碳测定法(陆地生态系统)放射性标记物测定法(海洋生态系统)地下的部分可以占有40%至85%的总生产量，因此不能省略；1927年T.Garder,H.H.Gran植物定期取样；按已知同化量A和呼吸量R,估计生产量PP=C-Fu-R,C-摄入的能量；Fu-尿粪量(植物的GE大于动物)6.2生态系统的能量流动6.3生态系统中的物质循环6.3生态系统中的物质循环地表总水量：1.4×109km3,海洋约占97%;含硫化石燃料(煤和石油)的燃烧；炼油、冶金工业和其它工业过程。信息(觅食、求偶、警告等),形式主要有四1)物理信息2)化学信息3)营养信息4)行为信息(蜜蜂的8字舞)总结危害?(作业)特点纬度经度海拔高度每升高180m,气温下降1℃;3、森林生态系统的功能4、我国的森林资源现状2、森林生态系统的主要特征3、森林生态系统的功能4、我国的森林资源现状4、我国的森林资源现状六种主要的树形模式(1)热带雨林高温多雨高湿：年均气温26℃以上，月均气温20℃以上；年降水2500-4500mm;热带雨林外貌(1)热带雨林除乔木外，还有藤本植物和附生植物；世界上50%(有说90%)以上的物种只能以热带(1)热带雨林板状根(1)热带雨林(1)热带雨林地上生物量可达300t/hm2,年总初级生产力可达124.4t/hm2,净初级生产力为29.8太阳能固定量为3.43×107J/m2·a,光能利用率1.5%,为农田的2倍；(1)热带雨林乌叶猴(2)常绿阔叶林特点(2)常绿阔叶林分布现状(2)常绿阔叶林(2)常绿阔叶林特点现状(4)北方针叶林(4)北方针叶林特点现状猞猁降水减少降水增加辐射量增加辐射量减少气候(温度)对草原植物有明显的影响。20世纪60年代以来，草原生态系统普遍出现草原退化现象。20世纪70年代中期，全国退化草原面积占草原总面积的15%,20世纪70年代中期，增加到30%以上。全国草原退化荒漠化(desertification):化土地占国土面积的8%。据1996年6月17日联合国防治荒漠化公约秘书处发表的公告全球：约10多亿人(1/5)受荒漠化的直接威胁。其中荒漠化损失表土240亿吨，涉及全球1/3的陆地面积，亚州为14亿公顷。因荒漠化每年损失420多亿美元，亚州210亿。荒漠化速度：每年以5-7万km2的速度扩大。雷鸟水域生态系统的功能特点一、湿地生态系统湿地生态系统(wetlandecosys一、湿地生态系统天然的基因库(生物多样性保护);潜在资源(提供天然产品：水稻、各种水产品等);净化功能(地球之肾);3、湿地及其保护郑东新区人工湿地湿地保护1971年全球政府间的湿地保护公约《关于特别作为水禽栖息地的国际重要湿地公约到1999年已有96个国家加入《湿地公约》。我国于1992年正式加入。我国目前已建立各类保护区152处，有7个自然保护区被列为国际重要湿地。4、中国湿地及分类近海及海岸湿地河流湿地湖泊湿地沼泽和沼泽化草甸湿地库塘二、淡水生态系统根据水的运动分为流水(江河)与静水(湖泊)两类淡水生态系统。生境特征淡水湖泊湿地的资源、结构与功能(生态特征)淡水湖泊湿地的破坏(水体富营养化)2、淡水沼泽生态系统沼泽生态系统的结构与功能(顶级肉食动物)三、海洋生态系统椎动物几乎所有的动物门类，约达25万种之多，它们构成了错综复杂的食物网，形成独特1、海洋生态系统概述海洋是辽阔的：总面积363×106km2,占地球总面积的约70%;海洋都是含盐的，各种无机盐含量达3.5;1、海洋生态系统概述海洋生态系统的生产力海洋的初级生产力：15×109t碳或30×109t有机物；远低于陆地(102×109t有机物);海洋的次级生产力：以鱼类计算，为240×106t;虽然海洋具有巨大的初级生产力，但迄今海洋为人类提供的食物仅为1%,或约为蛋白质的海洋的主要分带2、河口生态系统定义生境特征盐度：具有周期性和季节性变化温带：冬、春季低盐(冰雪融化)浮游生物：有鱼类，大型甲壳类(龟、鳖),哺育类(鲸、海豹)和海鸟类；我国近海主要鱼类有：大、小黄鱼，带鱼、墨鱼(四大家鱼)和鲱鱼，马面鲀(河豚),鲳(1)生境特征：压力：影响最大，每隔10m增加1个大气压；——(2)深海生物的适应——(3)生物群落组成——(4)海洋赤潮——(4)海洋赤潮(一)城市化的正面效应(二)城市化的负面效应(1)城市居民(2)自然环境系统(3)社会环境系统(1)自然系统态系统的形态和结构。城市在生产活动中把许多自然界中深藏地下甚至不存在的(如许多人工合成的化合物)物质三、城市生态系统的主要特点5.城市生态系统是自我调节和自我维持能力很薄弱的生态系统城市生态系统三、城市生态系统的主要特点6.城市生态系统是受社会经济多种因素制约的生态系统因此城市生态系统的存在和发展更多受社会和经济多种因素制约，只有城市社会经济发展(一)城市生态系统生产功能城市生态系统的生产功能是指城市生态系统能够利用城市内外系统提供的物质和能量长、发育和繁殖过程。(一)城市生态系统生产功能(1)生物的初级生产(一)城市生态系统生产功能(2)生物的次级生产生物初级生产的物质与能量的贮备是不能满足城市生态系统的生物(主要是人)次级生产的(一)城市生态系统生产功能(2)生物的次级生产(一)城市生态系统生产功能(2)种类(一)城市生态系统生产功能(3)物质生产内容(一)城市生态系统生产功能(4)非物质的生产内容湿地1、急性中毒(在大气污染事件中常见)b、抗癫痫药：胎儿畸形，新生儿凝血功能有些学者估计人类癌症80~90%与环境因素有关，其中病毒因素引起的占5%,放射性因素引起的占5%,化学性因素引起的占90%。而人类所接触到的化学性物质和放射性(1)机械迁移(2)物理-化学迁移(3)生物迁移(1)物理转化(2)化学转化(3)生物转化(1)生物浓缩(bioconcentration)生物浓缩用生物浓缩系数(富集因子)表示，即：(2)生物积累(bioaccumulation)(3)生物放大(biomagnification)8.4污染物生态效应研究方法环境污染对群落与生态系统结构和功能的影响是污染物在个体和种群及以下水平产生影响①绝对致死剂量或浓度(LD100,LC100)8.4污染物生态效应研究方法一、污染物的毒性试验LDO,LC0是指一群动物虽然发生严重中毒，但不致引起实验动物死亡的污染物的最大剂量8.4污染物生态效应研究方法一、污染物的毒性试验⑤最大无作用剂量⑥最小有作用剂量8.4污染物生态效应研究方法⑦半数效应浓度(EC50)能引起50%受试生物的某种效应变化的浓度。⑧半数抑制浓度(IC50)能引起受试生物的某种效应50%抑制的浓度。8.4污染物生态效应研究方法一、污染物的毒性试验⑨毒性最大容许浓度(MATC)8.4污染物生态效应研究方法一、污染物的毒性试验急性毒性试验(acutetoxicitytest)指测定高浓度污染物一次大剂量或24小时内多次亚慢性毒性试验(subacutetoxicitytest)数IB值=0,表示水体受有机物严重污染；IB值1～10,表示水体受有机物中度污染；IB值>10,表示水体为清洁水体。(2)硅藻生物指数：Margalef丰富度指数Gleason指数Margalef指数均匀度指数8.4污染物生态效应研究方法三、模拟生态系统法8.4污染物生态效应研究方法三、模拟生态系统法①标准水生模拟微系统(4L的玻璃广口瓶);②混合烧杯模拟微系统(IL的烧杯);③聚氨酯泡沫塑料块法(PFU法):PFU法是用聚氨酯泡沫塑料块采集水域中微生物和测定8.4污染物生态效应研究方法聚氨酯泡沫塑料块法是1969年由美国弗吉尼亚工程学院和弗吉尼亚州立大学环境研究中心的Cairns等人1969年创立的。国内自80年代起将这种方法用于污染水体的监测和评价。PFU法的原理是岛屿生物学原理，即原生动物集群过程实际上是集群速度随着种类上升而PFU法的优点：使监测水平提高到了群落层次，使监测更符合客观事实和真实环境；简便8.4污染物生态效应研究方法三、模拟生态系统法优点是能在真实气候条件下研究潜在污染物对生态系统的影响，但同时又不会产生环境污8.4污染物生态效应研究方法三、模拟生态系统法一、生物监测1、生物监测的定义(biologicalmonitoring)以评价环境的变化，并把它的信息应用于环境质量控制的程序中去。从生物学组建水平生态学研究范畴。从这种意义上说，凡是利用生命系统(无论哪一层次)为主进行环境监测三、生物监测与生态监测的应用指示生物：指对环境中某些物质(包括污染物)能产生各种反应或信息而被用来监测和评三、生物监测与生态监测的应用指示水质美国威斯康星地区湖泊中的软水指示植物为Gratiola,硬水指示植物为2、大气污染的生物监测2、大气污染的生物监测