可持续生态系统教学教程

第三章可持续生态系统

生物和生态系统这颗星球上最突出的标志。生物世界是一个绚丽多彩，奥妙无穷的世界。生物之间既存在着为生存而进行的竞争和搏斗，又存在着互相依存、互惠互利的共一关系。正是这些错综复杂的相互关系，才形成千姿百态的生命形式。第一节生态系统的基本原理

生态系统是生态学的一个基本功能单位，它就像一部有许多零件组成的机器，这些零件之间靠能量的传递而互相联系并完成一定的功能。人类所生活的生物圈内，就有无数大大小小的生态系统。1.1生态系统的概念

所谓生态系统就是指生物（包括植物、动物、微生物和人类）与它们赖以生存的环境之间通过物质循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一个有机整体。

生态系统＝生物群落＋环境条件1.2生态系统的组成

任何一个生态系统，不论是简单还是复杂，都是由四个基本组分构成，即：生产者、消费者、分解者和非生物成分。这些组成成分在物质循环和能量流动中各自发挥着特定的作用，并形成整体功能，缺一不可，使整个生态系统正常运行。1.2生态系统的组成1.2生态系统的组成

生产者主要包括全部绿色植物和某些能进行光合作用的细菌，它们利用太阳能并从周围环境中摄取得无机物合成有机物，以供自身和其他生物营养，为生态系统中的其他生物提供赖以生存的食物，是有机物的最初制造者，是生态系统中的最积极因素。1.2生态系统的组成

消费者是指只能依赖生产者生产有机物为营养来获得能量，维持自身的生命活动。它们是异养生物。按它们的食性不同，可分为草食动物和肉食动物。1.2生态系统的组成

分解者主要是指细菌、真菌等微生物和某些原生动物，如鞭毛虫等，它们是生态系统的“清洁工”。它们依靠分解动物和植物的排泄物和尸体取得营养物质和能量，同时又将组成动植物残体的复杂有机物分解为简单的无机物，归还给无机环境，以供植物再次利用，所以又称它们为还原者。1.2生态系统的组成

生态系统的各组成成分既有分工，也有协作。生产者为消费者和分解者直接或间接地提供食物；消费者把生产者的数量控制在非生物环境所能承受的范围内；生产者和消费者的残体、排泄物最终被分解者分解为无机物，供植物重新利用。正是生产者、消费者、分解者和非生物环境之间的协调统一，使生态系统这部“大机器”能够正常运转。1.3食物链与食物网

在自然界中，植物所固定的能量通过一系列的取食和被取食有关系在生态系统中传递，我们把生物之间存在的这种传递关系称为食物链。1.3食物链与食物网

在任何生态系统中都存在着两种最主要的食物链，即捕食食物链和碎屑食物链.

前者是以活的动植物为起点的食物链，如：草地草→蝗虫→蛙→蛇→鹰；森林树叶→松毛虫→鸟→蛇→野猪都属于这种类型。1.3食物链与食物网

后者是以死生物或腐屑为起点的食物链。例如，森林中的动植物尸体被微生物分解早用，而微生物又被小动物利用，小动物又被大动物利用，就属于这种类型。如：植物残体→蚯蚓→线虫类→节肢动物。

1.2生态系统的组成1.4生态系统的功能

生态系统在自然界中民以能够存在下去，是因为经常不断从外界获得能量。在生态系统中能流和物质流的行为是由信息决定的，而信息又寓于物质和能量的流动之中，物质流和能量流是信息流的载体。因此，能量流动、物质循环和信息传递是生态三大基本功能。1.4生态系统的功能1、生态系统中的能量流动生物之所以成为生物，就在于他有生命，而生命来自于运动－生态系统中不断进行着能量流动和物质循环。1.4生态系统的功能1.4生态系统的功能2、生态系统中的物质循环在生态系统中仅随时地进行着能量的转换和流动，而且无时无刻不在进行着物质的循环。生态系统中的一切生物，无论是植物、动物、还是微生物，都是由运动着的物质构成的。这所有的生物都是地球长期演化的产物。1.4生态系统的功能（1）水循环地球上的生命最初是在水中产生的。就总体而言，地球上的水是丰富的。水面积要占地球总面积的71%，其中97%在海洋，3%分布在陆上的河水、胡水、地上水、土壤水，以及存在于极地冰雪和冰川中的固态水和存在于大气中的气态水。1.4生态系统的功能1.4生态系统的功能（2）碳循环碳也是构成生物体的主要元素之一，它主要以二氧化碳的形式储存于大气之中。绿色植物通过光合作用，吸收空气中的二氧化碳，与水形成碳水化合物；在经植食动物、肉食动物和人的以食过程中，这些碳水化合物沿着食物链逐级移动，并为其他含页面碳化合物；植物、动物和人的残体或尸体及排泄物经过微生物的分解，释放出二氧化碳，重新返回大气之中。此外，人、动物和大部分植物的呼吸，木材、煤炭、石油的燃烧等等，也使二氧化碳返回大气中。这些返回大气的二氧化碳，又重新被植物所吸收，开始新的循环。1.4生态系统的功能1.4生态系统的功能（3）氮循环氮是构成生命物质－蛋白质的主要元素之一。大气中有大量的氮，约占大气的79%。但是，这些游离于大气中的氮，除了一部分在雷电时形成氮的氧化物，被雨水带到土壤中变成硝酸盐外，大部分在雷电时形成氮的氧化物，被雨水带到土壤中变成硝酸盐外，大部分却不能被植物所直接吸收。生态系统中氮的循环，主要依赖于具有固氮能力的生物固氮作用。如：根瘤菌首先将空气中的游离氮转变民氮的氧化物，再经过硝化细菌的硝化作用，转化为亚硝酸盐或硝酸盐，才能被植物所吸收。植物吸收亚硝酸盐或硝酸盐后，合成了生命物质蛋白质。于是，氮就以蛋白质的形式，沿着食物链在生物之间转移。1.4生态系统的功能1.4生态系统的功能3、信息传递生态系统中能量、物质流动的过程，其实总是同时伴随着信息的流动。例如，麦苗在农地里生长、蝗虫吃麦苗、蛙吃蝗虫、蛇吃蛙、鹰吃蛇，在这样一条食物链上，进行着的是能量和物质在各个营养级之间转移的过程，但显然也是有关的信息在不同营养级之间输出和输入的过程。因为能量和物质的转移有赖于各中动物的捕食行为，这种行为发生的时间、地点、程度，却是由动物年获得的信息决定的。1.4生态系统的功能

生态系统中生产者之间发生着复杂的信息联系。常为人知的是植物的他感作用。这是指植物产生的次生代谢物质在植物生长过程中，通过信息抑制其他植物的生长、发育并加以排队的现象，常称为异株克生现象。1.4生态系统的功能

生态系统的各组成成分之间都伴随着信息的流动。整个生态系统中能流和物流的行为由信息决定，而信息又寓于物质和能量的流动之中，物质流和能量流是信息流的载体。生态系统中生物与生物之间，生物与无机环境之间之所以能组成一个相互协调的整体系统，除了依靠能量交换和物质循环以外，也同各种物理因子、化学物质所携带的信息的传递和反馈作用是分不开的。1.5生态系统的稳态

现代生态学告诉我们，一个正常运行的生态系统应当是结构相对稳定，能量和物质的输入、输出接近相等，生产过程和消费、分解过程大体平衡的系统。生态系统的这种状态常被称为生态系统的稳态。1.5生态系统的稳态

生态系统的稳定状态并不是静止的，而是处于不断变化发展之中的相对稳定，它取决于生态系统的自我维持和自我调节功能。在一个自然系统内，有许多对立的因素在起控制作用。1.5生态系统的稳态

影响生态系统稳态的因素很多，包括自然因素和人为因素。火崇山峻岭喷发，地震等可在瞬间使生态系统遭到破坏，甚至毁灭。然而，在自然条件下，即使生态系统受到了较严重的干扰，也总是会自发地通过群落演替，恢复原先的稳定状态，重建失去了的生态平衡，只是所需的时间，比受轻微干扰的长。1.5生态系统的稳态

自然界中，一切生物都是与周围的环境同处于一个生态系统里，它们既相互储存，又相互制约，都随着自然生态系统的发展而发展。只有调节好生态系统中各组成成分的关系，遵循大自然的规律，才能使生态系统保持稳定的状态，使自然界最大可能地维持人类的发展，造福于子孙后代。第二节生态系统的退化

随着科学技术的进步，生产力的发展，人类开始向自然挑战，用科学改造自然，用自然促进生产，达到人与自然的共同进步。然而，好景不长，人类为拥有先进的科学技术而骄傲，为发现大自然这座宝库而欣喜，于是不顾一切地开采资源，以“人定胜天”的信心与决心将我们美丽的大自然变得面目全非，大自然愤怒了，转过身来，向人类发起进攻。一桩桩令人惊骇的“报复”事件为“水能覆舟“提供了论据。2.1生态系统退化的概念

生态系统退化是旨自然灾害或人类对自然资源过度减少、生物生产力下降以及系统生产潜力衰退、资源丧失等一系列生态恶化现象。由于自然资源的不合理利用、污染物的乱排乱放、盲目的毁林开荒、必草为田等等原因，全国乃至世界医学界内生态系统退化的例子不胜枚举。2.1生态系统退化的概念1、生态系统退化的特点（1）结构性失衡生态系统是由生产者、消费者、分解者和非生命成分四大要素构成的，通过食物链和食物网进行着物质的循环、能量的流动和信息的传递，维持着生态系统的稳态。如果四者之中的某一成分的数量发生剧烈变化或种类增失，都会给生态系统的稳态造成重大损坏，继而生态系统走向退化与衰亡。2.1生态系统退化的概念（2）功能性失衡生态系统有四大功能，即：生物生产、能量流动、物质循环和信息传递。在系统正常运行时，这四种功能均能正常发挥，而当人类干扰超过一定限度时，生物生产量降低，能量流动受阻，物质循环不畅通，传递不准确、迅捷，从而生态系统失去稳态，走向崩溃与瓦解。2.1生态系统退化的概念2、生态系统退化的特征（1）生物多样性降低（2）生产力下降（3）食物链、食物网简单化（4）生物利用和改造环境能力弱化、功能衰退（5）物质循环、能量流动出现危机和障碍2.2生态系统退化的原因1、自然因素2、人为干扰2.3人类对生态系统的破坏

1、生物入侵2、乱捕滥猎，过度采挖珍稀动植物3、乱砍滥伐，过度放牧4、毁林、毁草造田，垦荒，围湖造田5、城乡建设占用大量耕地，矿山开发使林地、草原、耕地受损6、农林牧配置不合理，内部生物品种单一化，耕作技术不合理7、环境污染对生态系统的破坏8、人为火灾与战争2.4生态系统的退化的危害

1、物种灭绝、生物资源锐减，地球难以支撑人类2、土壤侵蚀3、土地沙漠化4、土地盐渍化第三节受损生态系统的恢复与重建

生态系统的相对稳定是人类赖以生存与发展的必要条件。维护与保持生态平衡，促进生态系统的良性循环和健康发展，是关系到人类前途和命运的重大课题。自然生态系统是在长期的历史发展中形成的。组成一个生态系统的生命系统和非生命系统的各种因素之间是相互协调的，从而形成一个完整的生态单元。3.1生态系统恢复与重建

重建已损害或退化的生态系统，恢复生态系统的良性循环和功能的过程。因此生态恢复过程可能使生态系统恢复到原先的状态，但由于自然条件的复杂性及人类社会对自然资源利用的取向影响，生态恢复并不意味着在所有场合下都能够或必须使被恢复的生态系统都恢复到原先的状态。3.1生态系统恢复与重建受损生态系统因管理对策的不同，可能有以下4种结果：（1）恢复到它原来的状态；（2）重新获得一个既包括原有特性，又包括对人类有益的新特性；（3）由于管理技术的使用，形成一种改进的和原来不同的状态；（4）因适宜条件不断损失的结果，保持受害状态甚至不断恶化。第四节可持续生态系统全球环境问题的应对、缓解和最终解决必须通过全球各国家，各种族人民的共同努力。人类依然以破坏自己的生存环境为代价。片面追求经济发展的时代虽然还未过去，但越来越多的人们已开始具有认识和保护人类生存环境，追求持续发的意识，越来越多的国家正在采取行动。4.1可持续发展理论

可持续发展理论是指“既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展。”这是20世纪70年代由生态环境学家基于全球生态危机日益加深而提出的一个关于发展的全新概念，主张经济、社会、资源、环境、人口之间相互协调地发展。4.1可持续发展理论“只有当人类向自然的索取，能够同人类向自然的反馈相平衡时；只有当人类为当代的努力，能够同人类为后代的努力相平衡时；只有当人类为本地区发展的努力，能够同为其他地区共建共享的努力相平衡时”，全球的可持续发展才能够真正实现。4.2可持续生态系统的内涵

可持续的生态系统是