環(huán)境生態(tài)學(xué)緒論.ppt

環(huán)境生態(tài)學(xué) 主講 曹裕松TelQ 504905934E mail caoyusongrc 環(huán)境生態(tài)學(xué) 教學(xué)內(nèi)容 第一章緒論第二章生物與環(huán)境第三章種群生態(tài)學(xué)第四章群落生態(tài)學(xué)第五章生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)平衡 第六章生態(tài)系統(tǒng)退化與恢復(fù)第七章自然資源與生態(tài)保護第八章環(huán)境污染的生態(tài)防治第九章生態(tài)評價與生態(tài)管理第十章生態(tài)監(jiān)測與生態(tài)管理 第一章緒論 1 環(huán)境問題的產(chǎn)生與發(fā)展 2 環(huán)境生態(tài)學(xué)的現(xiàn)狀及發(fā)展 3 環(huán)境生態(tài)學(xué)的研究內(nèi)容和任務(wù) 一 生態(tài)學(xué)基礎(chǔ) 1 何謂生態(tài)學(xué) Thetotalrelationsoftheanimaltobothitsorganicanditsinorganicenvironment Haeckel 1869 Thescientificstudyofthedistributionandabundanceoforganisms Andrewartha 1961 Thestudyofthestructureandfunctionofnature Odum 1963 Thescientificstudyoftheinteractionsthatdeterminethedistributionandabundanceoforganisms Krebs 1994 Ecology 來自希臘文 Oikos 住所 棲息地 和 Logos 學(xué)問 研究 生態(tài)學(xué)在創(chuàng)建之初被表達(dá)為研究生物有機體與其棲息場所之間相互關(guān)系的科學(xué) 生態(tài)學(xué) Ecology 是研究生物與其環(huán)境之間相互關(guān)系的科學(xué) 動物 植物 微生物 非生物環(huán)境 生物環(huán)境 當(dāng)前人類面臨三大難題 環(huán)境污染 人口爆炸 資源短缺 對生態(tài)學(xué)提出了更高的要求 1 環(huán)境污染 從登上月球后拍攝的照片看 地球上已無處不被污染 工業(yè)三廢 廢氣 廢水 廢渣 農(nóng)藥和放射形物質(zhì)污染 核污染主要指核物質(zhì)泄露后的遺留物對環(huán)境的破壞 包括核輻射 原子塵埃等本身引起的污染 還有這些物質(zhì)對環(huán)境的污染后帶來的次生污染 比如被核物質(zhì)污染的水源對人畜的傷害 1979年3月28日三英里島核電站發(fā)生的放射性物質(zhì)外泄事故是美國歷史上最為嚴(yán)重的核電站事故 1986年4月26日切爾諾貝利核電站發(fā)生爆炸 并引發(fā)大火 致使放射性塵降物進入空氣中 此次事故產(chǎn)生的放射性塵降物數(shù)量是在廣島投擲的原子彈所釋放的400倍 被稱為歷史上最嚴(yán)重的核電站災(zāi)難 溫室效應(yīng)使氣溫升高 海平面升高 大氣中CO2濃度1850年為290ppm 1970年為320ppm 1978年 330ppm 1984年 343ppm 1986年 345ppm 圖中記錄了自1860年以來的全球溫度 近年來 氣溫在持續(xù)地激烈上升 圖中所記錄的21個最熱的年份當(dāng)中 有20個都屬于最近的25年 世界上幾乎所有的冰川都在融化 其中很多融化得特別快 喜馬拉雅冰川群 坐落于青藏高原上 是受全球變暖影響最大的地區(qū)之一 該冰川群為世界上40 的人口提供了一半以上的飲用水 而今半個世紀(jì)以內(nèi) 世界上40 的人口將可能面臨非常嚴(yán)重的飲用水短缺危機 1970年 2000年 2005年的非洲乞力馬扎羅山 2 人口爆炸 馬爾薩斯的 人口論 1 人口增長有超過食物供應(yīng)增長的趨勢 人口有幾何增長的趨勢 即按指數(shù)增長的趨勢 而食物供應(yīng)只有算術(shù)增長的趨勢 人口會有無限增長的趨勢 直至到食物供應(yīng)的極限為止 2 可以用某種其它方法來抑制人口的增長 即把實行晚婚 婚前守潔和自愿限制同房的頻率等方法結(jié)合起來 馬爾薩斯的思想對查理 達(dá)爾文的 進化論 和卡爾 馬克思 資本論 都有著強烈的影響 節(jié)育運動是馬爾薩斯所倡導(dǎo)的運動的繼續(xù) 3 資源短缺 土地資源 農(nóng)用耕地日減 如中國人口增加1400萬 a 耕地減少500萬畝 水資源尤其是淡水資源日趨緊張 污染和浪費嚴(yán)重 本世紀(jì)以來 隨著人口膨脹與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的迅速擴大 全球淡水用量飛快增長 從1900 1975年 世界農(nóng)業(yè)量增加了7倍 工業(yè)用水量增加了20倍 并且近幾十年來 用水量正以每年4 8 的速度持續(xù)增加 淡水供需矛盾日益突出 水資源短缺 已不是神話 1977年 聯(lián)合國警告全世界 水不久將成為一項嚴(yán)重的社會危機 石油危機之后的下一個危機是水 全球能源危機 電荒 煤荒 油價上漲 目前 全球性的能源危機已經(jīng)成為世界各國不得不面對的現(xiàn)實 各國都開始為尋找新的能源解決方案而努力 我國近年來面臨著嚴(yán)重的 電荒 全國24個省區(qū)出現(xiàn)了 拉閘限電 尋找能源解決方案成了迫在眉睫的問題 地球可再生能源瀕臨枯竭 石油等化石燃料都是不可再生的有限資源 BP世界能源統(tǒng)計2005 的數(shù)據(jù)表明 以目前的開采速度計算 全球石油儲量可供生產(chǎn)40多年 天然氣和煤炭則分別可供應(yīng)67年和164年 生物資源 森林被毀 生物種類日減 生物多樣性銳減 因此 生態(tài)學(xué)的任務(wù)不僅僅是研究生物有機體與其棲息場所之間相互關(guān)系 更加關(guān)注生物包括人類生存環(huán)境以及環(huán)境問題的解決方案的探討 例如太陽能 核能的開發(fā)利用 纖維素類能源草本植物是目前最有發(fā)展前途的生物質(zhì)資源之一 歐洲和美國把它作為首選的生物質(zhì)能源植物 2 生態(tài)學(xué)的研究對象 傳統(tǒng)的生態(tài)學(xué)要在有機體 種群 群落和生態(tài)系統(tǒng)水平上探索生命系統(tǒng)的奧秘 因此 生態(tài)學(xué)是以生物個體 種群 群落和生態(tài)系統(tǒng) 甚至是生物圈作為它的研究對象 因此 生態(tài)學(xué)按其研究的生命體的水平可分為 a 個體生態(tài)學(xué) 主要研究生物的個體發(fā)育與環(huán)境的相互關(guān)系b 種群生物學(xué) 主要研究同種個體組成的種群與環(huán)境的相互關(guān)系 c 群落生態(tài)學(xué) 主要研究群落的結(jié)構(gòu)與功能 形成和發(fā)展方面與環(huán)境間的相互關(guān)系 d 生態(tài)系統(tǒng)學(xué) 主要研究由群落與其周圍理化環(huán)境構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能 系統(tǒng)的平衡與調(diào)控機制 3 生態(tài)學(xué)的分支 按生命層次 分子 基因 細(xì)胞 器官 個體 種群 群落 生態(tài)系統(tǒng) 景觀 生物圈和全球生態(tài)學(xué) 生物分類 動物 植物 微生物 昆蟲 魚類等 按棲所 淡水 海洋 河口 陸地 森林 草地 荒漠等 邊緣科學(xué) 數(shù)學(xué)生態(tài)學(xué) 化學(xué)生態(tài)學(xué) 進化生態(tài)學(xué) 生理生態(tài)學(xué) 經(jīng)濟生態(tài)學(xué) 生態(tài)經(jīng)濟學(xué) 應(yīng)用生態(tài)學(xué) 農(nóng)業(yè) 漁業(yè) 污染生態(tài)學(xué)等 二 生態(tài)學(xué)的發(fā)展史 對生態(tài)學(xué)的不同定義代表了生態(tài)學(xué)的不同發(fā)展階段 強調(diào)了不同的基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)分支和領(lǐng)域 迄今為止 從研究范圍和發(fā)展階段來看 生態(tài)學(xué)發(fā)展經(jīng)歷了五次飛躍和四個階段 具體描述如下 1 五次飛躍 生物科學(xué)生態(tài)化 環(huán)境科學(xué)生態(tài)化 生產(chǎn)科學(xué)生態(tài)化 如 產(chǎn)業(yè)生態(tài)化是指產(chǎn)業(yè)自然生態(tài)有機循環(huán)機理 在自然系統(tǒng)承載能力內(nèi) 對特定地域空間內(nèi)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng) 自然系統(tǒng)與社會系統(tǒng)之間進行耦合優(yōu)化 達(dá)到充分利用資源 消除環(huán)境破壞 協(xié)調(diào)自然 社會與經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展 自然科學(xué)生態(tài)化 社會科學(xué)生態(tài)化 如生態(tài)倫理學(xué) 所謂生態(tài)化是指把生態(tài)學(xué)的原則滲透到人類的全部活動范圍中 用生態(tài)學(xué)的理論和觀點去思考問題 分析問題 最優(yōu)地處理人和自然 人與人的關(guān)系 2 生態(tài)學(xué)發(fā)展的四個階段 1 生態(tài)學(xué)的萌芽時期 公元16世紀(jì)以前 以古代思想家 農(nóng)學(xué)家對生物環(huán)境相互關(guān)系的樸素的整體觀為特點 如秦漢時期的二十四節(jié)氣的應(yīng)用就反映了農(nóng)作物 昆蟲與氣候的關(guān)系 2 生態(tài)學(xué)的建立時期 公元17世紀(jì)至19世紀(jì) 歐洲文藝復(fù)興時期開始 歐洲科學(xué)探索活動再度興起 崇尚科學(xué)調(diào)查與科學(xué)實驗 1866年Heackel提出Ecology一詞 并首次明確生態(tài)學(xué)的定義 一些生態(tài)學(xué)的理論開始形成 3 生態(tài)學(xué)的鞏固時期 20世紀(jì)初至20世紀(jì)50年代 這一時期是生態(tài)學(xué)理論形成 生物種群和群落由定性描述向定量描述 生態(tài)學(xué)實驗方法發(fā)展的輝煌時期 形成幾個著名的生態(tài)學(xué)派 四大學(xué)派 北歐學(xué)派 以注重群落分析為特點 法瑞學(xué)派 把植物群落生態(tài)學(xué)稱為 植物社會學(xué) 用特征種和區(qū)別種劃分群落類型 建立嚴(yán)密的植被等級分類系統(tǒng) 常被稱為植被區(qū)系學(xué)派 1953年后 與北歐學(xué)派合流 被稱為西歐學(xué)派或大陸學(xué)派 英美學(xué)派 以研究植物群落演替和創(chuàng)建頂極群落著名 前蘇聯(lián)學(xué)派 注重建群種和優(yōu)勢種 重視植被生態(tài) 植被地理與植被制圖工作 4 現(xiàn)代生態(tài)學(xué)時期 20世紀(jì)60年代至今 1935年英國生物學(xué)家坦斯勒 A G Tansley 提出了 生態(tài)系統(tǒng) 的概念 將生物與環(huán)境視作一個動態(tài)的整體 對生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能的研究日趨深入 標(biāo)志著生態(tài)學(xué)的發(fā)展進入了現(xiàn)代生態(tài)學(xué)階段 現(xiàn)代生態(tài)學(xué)的主要特征 研究層次上向宏觀和微觀兩極發(fā)展 生態(tài)學(xué)的研究層次已囊括了分子 基因 個體直到整個生物圈 研究手段的更新 自計電子儀 同位素示蹤 穩(wěn)定性同位素 3S 全球定位系統(tǒng) GPS 遙感 RS 與地理信息系統(tǒng) GIS 生態(tài)建模 系統(tǒng)論等技術(shù)與理論被引入到生態(tài)學(xué) 研究范圍的拓展 結(jié)合人類活動對生態(tài)過程的影響 從純自然現(xiàn)象研究擴展到自然 經(jīng)濟 社會復(fù)合系統(tǒng)的研究 三 環(huán)境生態(tài)學(xué) 環(huán)境生態(tài)學(xué) 是指以生態(tài)學(xué)的基本原理為理論基礎(chǔ) 結(jié)合系統(tǒng)科學(xué) 物理學(xué) 化學(xué) 儀器分析 環(huán)境科學(xué)等學(xué)科的研究成果 研究生物與受人干預(yù)的環(huán)境相互之間的關(guān)系及其規(guī)律性的一門科學(xué) 環(huán)境生態(tài)學(xué)是環(huán)境科學(xué)的組成部分 是個新興的 綜合性很強的學(xué)科 是一門運用生態(tài)學(xué)理論 研究人為干擾下 生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)在的變化機制 規(guī)律和對人類的反效應(yīng) 尋求受損生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù) 重建和保護對策的科學(xué) 從學(xué)科發(fā)展上看 環(huán)境生態(tài)學(xué)的理論基礎(chǔ)是生態(tài)學(xué) 它由生態(tài)學(xué)分支而來 但同時又不同于生態(tài)學(xué) 環(huán)境生態(tài)學(xué)與生態(tài)學(xué)的區(qū)別在于它是 以人為中心來探討其生活環(huán)境的科學(xué) 研究人類與環(huán)境相互關(guān)系的科學(xué) 研究人為干擾下 生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)在的變化原理 規(guī)律及尋求受損生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù) 重建和保護對策的科學(xué) 環(huán)境生態(tài)學(xué)發(fā)展趨勢 從靜態(tài)的結(jié)構(gòu)研究到動態(tài)的功能研究 從描述現(xiàn)狀的定性研究到預(yù)報未來的定量研究 野外調(diào)查和室內(nèi)實驗相結(jié)合 宏觀研究和微觀研究相結(jié)合 生物學(xué)與地理 化學(xué) 物理和數(shù)學(xué)互相滲透 運用自動化測試 計算機和遙感技術(shù)等現(xiàn)代化實驗手段 開展國際協(xié)作 環(huán)境生態(tài)學(xué)主要研究領(lǐng)域 人為干擾下生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)在變化原理與規(guī)律生態(tài)系統(tǒng)受損程度的判斷各類生態(tài)系統(tǒng)的功能與保護措施的研究 環(huán)境生態(tài)學(xué)的研究對象 環(huán)境生態(tài)學(xué)研究重點是環(huán)境污染的生態(tài)學(xué)原理和規(guī)律 環(huán)境污染的綜合治理 自然資源的保護和利用 廢棄物的能源化和資源化技術(shù) 研究目的是改善不斷惡化的生態(tài)環(huán)境 達(dá)到資源的永續(xù)利用 促進經(jīng)濟 環(huán)境和人類社會的可持續(xù)發(fā)展 生命系統(tǒng)與人為干預(yù)的環(huán)境系統(tǒng)兩者之間的相互作用 可以表現(xiàn)為各級水平 所以 環(huán)境生態(tài)學(xué)的研究對象既包括從宏觀上研究環(huán)境中污染物和人為干預(yù)的環(huán)境對生物的個體 種群 群落和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響的基本規(guī)律 也包括從微觀上研究污染物和人為干預(yù)的環(huán)境對生物的分子 細(xì)胞和組織器官產(chǎn)生的毒害作用及其機理 環(huán)境生態(tài)學(xué)的研究對象是污染的環(huán)境對整個生態(tài)系統(tǒng) 以生物為主 的影響 它是研究生態(tài)系統(tǒng)中的生物與污染的環(huán)境兩者之間作用與反作用 對立與統(tǒng)一 相互依賴與相互制約 物質(zhì)的循環(huán)與代謝等一系列相互作用的規(guī)律 以及支配這些規(guī)律的內(nèi)在機理 環(huán)境生態(tài)學(xué)的研究內(nèi)容 環(huán)境生態(tài)學(xué)是一門新興的邊緣學(xué)科 其內(nèi)容和體系尚在不斷地發(fā)展之中 研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面 自然資源的合理利用與保護 環(huán)境污染的生物效1 2 環(huán)境污染的綜合治理 環(huán)境污染的監(jiān)測與評價 環(huán)境污染對生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能的影響 環(huán)境生物效應(yīng)是指各種環(huán)境因素變化而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)變異的效果 環(huán)境生物效應(yīng)種類繁多 數(shù)量巨大 成因多樣 現(xiàn)代大型水利工程的建設(shè) 切斷了魚 蝦 蟹等的回游途徑 致使這些水生生物的生長繁殖受到影響 并導(dǎo)致其生活習(xí)性發(fā)生變化 工業(yè)廢水 生活污水及農(nóng)業(yè)污水大量排入江河湖海 改變了水體的物理 化學(xué)和生物條件 致使魚類受害 數(shù)量減少 甚至滅絕 森林的大量砍伐 植被的大規(guī)模破壞 既能引起水土流失 降低土壤肥力 引發(fā)干旱 風(fēng)沙等自然災(zāi)害 造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn) 又能造成鳥類棲息場所縮減 鳥類減少 蟲害加劇 而致畸 致癌 致突變物質(zhì)的污染則可引起染色體突變 機體畸變和癌癥發(fā)病率上升 環(huán)境生物效應(yīng)事件 日本水俁病事件 日本熊本縣水俁灣外圍的 不知火海 海產(chǎn)豐富 是漁民們賴以生存的主要漁場 1925年 日本氮肥公司在這里建廠 后又開設(shè)了合成醋酸廠 1949年開始生產(chǎn)氯乙烯 沒有經(jīng)過任何處理的廢水被排放到水俁灣中 水俁病 的罪魁禍?zhǔn)资羌谆?氯乙烯和醋酸乙烯在制造過程中要使用含汞 Hg 的催化劑 這使排放的廢水含有大量的汞 當(dāng)汞被水生生物食用后 轉(zhuǎn)化成甲基