環(huán)境學(xué)概論第二章生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)

環(huán)境學(xué)概論第二章生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)第一頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日生態(tài)學(xué)研究對(duì)象

傳統(tǒng)的生態(tài)學(xué)要在有機(jī)體（Organism）、種群（Population）、群落（Community）和生態(tài)系統(tǒng)（Ecosystem）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(gè)體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)甚至是生物圈（Biosphere）作為它的研究對(duì)象。

生態(tài)學(xué)是一門(mén)研究生物與其生活環(huán)境相互關(guān)系的科學(xué)，是生物學(xué)的主要分支之一。第二頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日

生態(tài)學(xué)的層次

分細(xì)組器個(gè)種群生生

子胞織官體群落態(tài)物

系

圈

統(tǒng)第三頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日生態(tài)學(xué)的分支

按生命層次：分子（基因）、細(xì)胞、器官、個(gè)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(dòng)物、植物、微生物、昆蟲(chóng)、魚(yú)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(jìn)化生態(tài)學(xué)、生理生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)生態(tài)學(xué)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境生態(tài)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。第四頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的基本概念及類型一、生態(tài)系統(tǒng)1生態(tài)系統(tǒng)的概念種群（Population）：同一物種在一定空間和一定時(shí)間的個(gè)體的集合體.是具有潛在互配能力的個(gè)體群落（Community）：在一定的自然區(qū)域中許多不同種的生物的總和。生態(tài)系統(tǒng)（Ecosystem）任何一個(gè)生物群落與其周圍非生物環(huán)境的綜合體：指在一定的空間內(nèi)，生物成分和非生物成分通過(guò)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)互相作用、互相依存而構(gòu)成的一個(gè)生態(tài)學(xué)功能單位，這個(gè)生態(tài)學(xué)功能單位稱生態(tài)系統(tǒng)第五頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日一、生態(tài)系統(tǒng)2生態(tài)系統(tǒng)的特性在生態(tài)系統(tǒng)中，各種生物彼此間以及生物和非生物間相互作用，不斷進(jìn)行著物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和信息傳遞。具有自我調(diào)節(jié)能力。系統(tǒng)內(nèi)物種數(shù)目越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，自我調(diào)節(jié)能力越強(qiáng)。是一種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，任何生態(tài)系統(tǒng)都有其發(fā)生和發(fā)展的過(guò)程，經(jīng)歷著由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從幼年到成熟的進(jìn)化階段。第六頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日3生態(tài)系統(tǒng)的組成和作用無(wú)機(jī)物有機(jī)化合物氣候因素生產(chǎn)者(producer)消費(fèi)者(consumer)分解者(還原者)(decomposer)六大組成成分①生產(chǎn)者：自養(yǎng)生物，主要是各種綠色植物，也包括藍(lán)綠藻和一些能進(jìn)行光合作用的細(xì)菌。②消費(fèi)者：異養(yǎng)生物，主要指以其他生物為食的各種動(dòng)物。③分解者：異養(yǎng)生物，把復(fù)雜的有機(jī)物分解成簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物，包括細(xì)菌、真菌、放線菌和動(dòng)物等。非生物成分生物成分(生物群落)三大功能群第七頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日4生態(tài)系統(tǒng)的類型按生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境性質(zhì)和形態(tài)特征分：（a）陸地生態(tài)系統(tǒng)：自然生態(tài)系統(tǒng)（森林生態(tài)系統(tǒng)、草原生態(tài)系統(tǒng)、荒漠生態(tài)系統(tǒng)等）和人工生態(tài)系統(tǒng)（農(nóng)田、城市、工礦區(qū)等）；（b）淡水生態(tài)系統(tǒng)：包括湖泊、河流、水庫(kù)等；（c）海洋生態(tài)系統(tǒng)：包括海岸、河口、淺海、大洋、海底等。第八頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日一個(gè)簡(jiǎn)化了的陸地生態(tài)系統(tǒng)第九頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日一個(gè)簡(jiǎn)化了的池塘生態(tài)系統(tǒng)第十頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日5生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的各組成部分，各種生物的種類、數(shù)量和空間配置，在一定時(shí)期內(nèi)均處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，使生態(tài)系統(tǒng)能夠各自保持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。主要有形態(tài)結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)。（a）形態(tài)結(jié)構(gòu)：生物的種類、種群數(shù)量、種的空間配置（水平分布、垂直分布）、種的時(shí)間變化。（b）營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)：生態(tài)系統(tǒng)各組成部分之間建立起來(lái)的營(yíng)養(yǎng)關(guān)系。是生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的基礎(chǔ)。第十一頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日生產(chǎn)者（綠色植物）還原（分解）者（細(xì)菌、真菌）消費(fèi)者（動(dòng)物）環(huán)境（土壤、空氣、水）生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)模式圖第十二頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日6營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)---食物鏈及營(yíng)養(yǎng)級(jí)trophiclevel（a）食物鏈foodchain和食物網(wǎng)所謂食物鏈，就是一種生物以另一種生物為食，彼此形成一個(gè)以食物連接起來(lái)的鏈鎖關(guān)系。在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，食物關(guān)系往往很復(fù)雜，各種食物鏈互相交錯(cuò)，形成食物網(wǎng)。能量的流動(dòng)、物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化都是通過(guò)食物鏈和食物網(wǎng)進(jìn)行的。

第十三頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日一個(gè)食物鏈的例子“螳螂捕蟬，黃雀在后”（

（據(jù)周立志）植物蟬(初級(jí)消費(fèi)者)螳螂(二級(jí)消費(fèi)者)黃雀(三級(jí)消費(fèi)者)鷹(四級(jí)消費(fèi)者)(頂極食肉動(dòng)物)第十四頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日（b）營(yíng)養(yǎng)級(jí)營(yíng)養(yǎng)級(jí)：食物鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)。生產(chǎn)者為第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)，依次是第二、第三、第四營(yíng)養(yǎng)級(jí)，一般不超過(guò)七級(jí)。低位營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量?jī)H有10％（水生系統(tǒng)）被上一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)利用。在數(shù)量上，第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)就必須大大超過(guò)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)，逐漸遞減，就造成了生物數(shù)目金字塔、生物量金字塔、生產(chǎn)率金字塔。第十五頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日食物鏈的特征食物鏈的長(zhǎng)度通常不超過(guò)6個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)，最常見(jiàn)的4—5個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)，因?yàn)槟芰垦厥澄镦溋鲃?dòng)時(shí)不斷流失；食物鏈越長(zhǎng)，最后營(yíng)養(yǎng)級(jí)位所獲得的能量也越少。因?yàn)閺钠瘘c(diǎn)到終點(diǎn)經(jīng)過(guò)的營(yíng)養(yǎng)級(jí)越多，其能量損耗也就越大；注意：營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的能量轉(zhuǎn)化效率約為1／10，只是針對(duì)湖泊等水域生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)性法則；不同生態(tài)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化效率差別很大；森林約為5％、草地是25％左右，浮游生物占優(yōu)勢(shì)的群落可達(dá)50％。第十六頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日食物鏈的特征食物鏈或食物網(wǎng)的復(fù)雜程度與生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接相關(guān)；生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈不是固定不變的，它不僅在進(jìn)化歷史上有改變，在短時(shí)間內(nèi)也會(huì)發(fā)生變化。第十七頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日食物網(wǎng)食物網(wǎng)(foodweb)：生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈很少是單條、孤立出現(xiàn)的，它往往是交叉鏈索，形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)－食物網(wǎng)。第十八頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第十九頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日食物鏈和食物網(wǎng)的意義食物鏈?zhǔn)巧鷳B(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)的形象體現(xiàn)；生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)正是沿著食物鏈和食物網(wǎng)進(jìn)行的；食物鏈和食物網(wǎng)還揭示了環(huán)境中有毒污染物轉(zhuǎn)移、積累的原理和規(guī)律。第二十頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日（c）生物放大作用DDT在某水生食物鏈中的富集生物積累（生長(zhǎng)期積累）生物富集（吸收濃縮）生物放大（食物鏈放大）第二十一頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的功能能量流動(dòng)：生產(chǎn)者→消費(fèi)者→分解者物質(zhì)循環(huán)：生物←→環(huán)境信息傳遞：包括營(yíng)養(yǎng)信息、化學(xué)信息、物理信息和行為信息等，構(gòu)成信息網(wǎng)。第二十二頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)及能流和物流間的關(guān)系

（據(jù)周立志）生產(chǎn)者(綠色植物)消費(fèi)者(動(dòng)物)還原者(細(xì)菌、真菌)放牧系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)分解系統(tǒng)死有機(jī)物太陽(yáng)輻射能呼吸散失呼吸散失生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)(能量流動(dòng))能流物流環(huán)境(土壤、空氣、水)生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)(物質(zhì)循環(huán))第二十三頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日式第二十四頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日生態(tài)系統(tǒng)中的反饋（據(jù)周立志）狼↑狼↓兔↓兔↑植物↓植物↑狼餓死狼吃飽吃了較多兔子吃了較少兔子兔吃飽兔餓死吃了較少的草吃了大量的草污染↑

↑

魚(yú)死亡↑污染↑

魚(yú)死亡↑

↑↑魚(yú)死亡↑↑污染↑

↑

↑

正反饋負(fù)反饋負(fù)反饋主要是指在受到外界影響或干擾后,生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)一系列的自我調(diào)節(jié)功能,來(lái)減輕這種干擾或影響的程度,并力圖恢復(fù)到平衡或穩(wěn)定狀態(tài)的過(guò)程第二十五頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日一.生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)1生物地化循環(huán)的概念2水循環(huán)3氣體型循環(huán)4沉積型循環(huán)5有毒物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化6放射性核素循環(huán)7生物地化循環(huán)與人體健康第二十六頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日生物地化循環(huán)(biogeochemicalcycle)礦物元素在生態(tài)系統(tǒng)之間的輸入和輸出，它們?cè)诖髿馊?、水圈、巖圈之間以及生物間的流動(dòng)和交換稱生物地(球)化(學(xué))循環(huán)，即物質(zhì)循環(huán)(cyclingofmaterial)。第二十七頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日生物地化循環(huán)的類型水循環(huán)氣體型循環(huán)沉積型循環(huán)第二十八頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日2水循環(huán)(aquaticcycle)水循環(huán)的意義：水是所有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的介質(zhì)；水對(duì)物質(zhì)是很好的溶劑；水是地質(zhì)變化的動(dòng)因之一。水循環(huán)的途徑人類活動(dòng)對(duì)水循環(huán)的影響：空氣污染和降水；改變地面，增加徑流；過(guò)度利用地下水；水的再分布。第二十九頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日水循環(huán)示意圖西德地區(qū)的水循環(huán)示意圖（ClodiusandKeller,1951）第三十頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日3氣體型循環(huán)(gaseouscycle)氧循環(huán)碳循環(huán)氮循環(huán)第三十一頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日氧循環(huán)(oxygencycle)H2O+CO2→H2CO3→

HCO3-+H+↑CO2HCO3-→CO32

-Ca2+→CaCO3O2水體臭氧層沉積物火山作用4FeO+O2→2FeO3CO2CO↑O2+2COCO2O2O3O2OO2HOHH2OH2OOCO2高能紫外輻射第三十二頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日碳循環(huán)(carboncycle)化泥碳煤大氣中CO2CO2碳化作用石油水生植物光合作用腐爛燃料呼吸作用光合作用腐爛擴(kuò)散第三十三頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日氮循環(huán)(nitrogencycle)陸地陸地其它動(dòng)植物藍(lán)藻淺層死有機(jī)物溶解死有機(jī)物土壤中無(wú)機(jī)氮庫(kù)丟失于深層沉積中動(dòng)植物活體共生或自由生活的固氮微生物死有機(jī)體陸地河流帶走生物固氮大氣庫(kù)N2大氣庫(kù)HN3,NO,NO2,N2O，工業(yè)固氮（汽車,化肥,電廠）脫氮閃電化學(xué)反應(yīng)海洋火山作用降水大氣第三十四頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)生態(tài)平衡1、生態(tài)平衡的含義（1）概念任何一個(gè)正常的生態(tài)系統(tǒng)中，能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)總是不斷地進(jìn)行著，但在一定時(shí)期內(nèi)，生產(chǎn)者、消費(fèi)者和還原者之間都保持著一種動(dòng)態(tài)的平衡，這種平衡狀態(tài)就叫生態(tài)平衡。1）生物種類的組成和數(shù)量比例相對(duì)穩(wěn)定；

2）非生物環(huán)境條件（如：空氣、陽(yáng)光、水、土壤等）相對(duì)穩(wěn)定。第三十五頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日1、生態(tài)平衡的含義（2）生態(tài)平衡的原因生態(tài)平衡內(nèi)部具有自動(dòng)調(diào)節(jié)的能力。生態(tài)系統(tǒng)的組成成分越多樣，能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的途徑越復(fù)雜，功能的完整性強(qiáng)，其調(diào)節(jié)能力也越強(qiáng)。但是，一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力有一定限度的，超出了限度，調(diào)節(jié)就不再起作用，生態(tài)平衡就會(huì)遭到破壞。

第三十六頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日2、破壞生態(tài)平衡的因素（1）自然原因主要是指自然界發(fā)生的異常變化或自然界本來(lái)就存在的對(duì)人類和生物的有害因素。如火山爆發(fā)、山崩海嘯、水旱災(zāi)害、地震、臺(tái)風(fēng)、流行病等自然災(zāi)害。（2）人為因素主要指人類對(duì)自然資源的不合理利用、工農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來(lái)的