環(huán)境學(xué)概論之生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)

第二章生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)當(dāng)前第1頁\共有40頁\編于星期五\6點生態(tài)學(xué)研究對象

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）作為它的研究對象。

生態(tài)學(xué)是一門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。當(dāng)前第2頁\共有40頁\編于星期五\6點

生態(tài)學(xué)的層次

分細(xì)組器個種群生生

子胞織官體群落態(tài)物

系

圈

統(tǒng)當(dāng)前第3頁\共有40頁\編于星期五\6點生態(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(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。當(dāng)前第4頁\共有40頁\編于星期五\6點第一節(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間的個體的集合體.是具有潛在互配能力的個體群落（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物質(zhì)循環(huán)和能量流動互相作用、互相依存而構(gòu)成的一個生態(tài)學(xué)功能單位，這個生態(tài)學(xué)功能單位稱生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)前第5頁\共有40頁\編于星期五\6點一、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)展的過程，經(jīng)歷著由簡單到復(fù)雜，從幼年到成熟的進(jìn)化階段。當(dāng)前第6頁\共有40頁\編于星期五\6點3生態(tài)系統(tǒng)的組成和作用無機(jī)物有機(jī)化合物氣候因素生產(chǎn)者(producer)消費者(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消費者：異養(yǎng)生物，主要指以其他生物為食的各種動物。③分解者：異養(yǎng)生物，把復(fù)雜的有機(jī)物分解成簡單無機(jī)物，包括細(xì)菌、真菌、放線菌和動物等。非生物成分生物成分(生物群落)三大功能群當(dāng)前第7頁\共有40頁\編于星期五\6點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、水庫等；（c）海洋生態(tài)系統(tǒng)：包括海岸、河口、淺海、大洋、海底等。當(dāng)前第8頁\共有40頁\編于星期五\6點一個簡化了的陸地生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)前第9頁\共有40頁\編于星期五\6點一個簡化了的池塘生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)前第10頁\共有40頁\編于星期五\6點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，在一定時期內(nèi)均處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，使生態(tài)系統(tǒng)能夠各自保持一個相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。主要有形態(tài)結(jié)構(gòu)和營養(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）、種的時間變化。（b）營養(yǎng)結(jié)構(gòu)：生態(tài)系統(tǒng)各組成部分之間建立起來的營養(yǎng)關(guān)系。是生態(tài)系統(tǒng)能量流動和物質(zhì)循環(huán)的基礎(chǔ)。當(dāng)前第11頁\共有40頁\編于星期五\6點生產(chǎn)者（綠色植物）還原（分解）者（細(xì)菌、真菌）消費者（動物）環(huán)境（土壤、空氣、水）生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)模式圖當(dāng)前第12頁\共有40頁\編于星期五\6點6營養(yǎng)結(jié)構(gòu)---食物鏈及營養(yǎng)級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，彼此形成一個以食物連接起來的鏈鎖關(guān)系。在一個生態(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，形成食物網(wǎng)。能量的流動、物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化都是通過食物鏈和食物網(wǎng)進(jìn)行的。

當(dāng)前第13頁\共有40頁\編于星期五\6點一個食物鏈的例子“螳螂捕蟬，黃雀在后”（

（據(jù)周立志）植物蟬(初級消費者)螳螂(二級消費者)黃雀(三級消費者)鷹(四級消費者)(頂極食肉動物)當(dāng)前第14頁\共有40頁\編于星期五\6點（b）營養(yǎng)級營養(yǎng)級：食物鏈的各個環(huán)節(jié)。生產(chǎn)者為第一營養(yǎng)級，依次是第二、第三、第四營養(yǎng)級，一般不超過七級。低位營養(yǎng)級的能量僅有10％（水生系統(tǒng)）被上一個營養(yǎng)級利用。在數(shù)量上，第一營養(yǎng)級就必須大大超過第二營養(yǎng)級，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。當(dāng)前第15頁\共有40頁\編于星期五\6點食物鏈的特征食物鏈的長度通常不超過6個營養(yǎng)級，最常見的4—5個營養(yǎng)級，因為能量沿食物鏈流動時不斷流失；食物鏈越長，最后營養(yǎng)級位所獲得的能量也越少。因為從起點到終點經(jīng)過的營養(yǎng)級越多，其能量損耗也就越大；注意：營養(yǎng)級之間的能量轉(zhuǎn)化效率約為1／10，只是針對湖泊等水域生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)驗性法則；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)勢的群落可達(dá)50％。當(dāng)前第16頁\共有40頁\編于星期五\6點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，在短時間內(nèi)也會發(fā)生變化。當(dāng)前第17頁\共有40頁\編于星期五\6點食物網(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)。當(dāng)前第18頁\共有40頁\編于星期五\6點當(dāng)前第19頁\共有40頁\編于星期五\6點食物鏈和食物網(wǎng)的意義食物鏈?zhǔn)巧鷳B(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的形象體現(xiàn)；生態(tài)系統(tǒng)中能量流動和物質(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。當(dāng)前第20頁\共有40頁\編于星期五\6點（c）生物放大作用DDT在某水生食物鏈中的富集生物積累（生長期積累）生物富集（吸收濃縮）生物放大（食物鏈放大）當(dāng)前第21頁\共有40頁\編于星期五\6點第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的功能能量流動：生產(chǎn)者→消費者→分解者物質(zhì)循環(huán)：生物←→環(huán)境信息傳遞：包括營養(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)。當(dāng)前第22頁\共有40頁\編于星期五\6點生態(tài)系統(tǒng)的營養(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)消費者(動物)還原者(細(xì)菌、真菌)放牧系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)分解系統(tǒng)死有機(jī)物太陽輻射能呼吸散失呼吸散失生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)(能量流動)能流物流環(huán)境(土壤、空氣、水)生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)(物質(zhì)循環(huán))當(dāng)前第23頁\共有40頁\編于星期五\6點式當(dāng)前第24頁\共有40頁\編于星期五\6點生態(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↑

↑

魚死亡↑污染↑

魚死亡↑

↑↑魚死亡↑↑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)通過一系列的自我調(diào)節(jié)功能,來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)的過程當(dāng)前第25頁\共有40頁\編于星期五\6點一.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)與人體健康當(dāng)前第26頁\共有40頁\編于星期五\6點生物地化循環(huán)(biogeochemicalcycle)礦物元素在生態(tài)系統(tǒng)之間的輸入和輸出，它們在大氣圈、水圈、巖圈之間以及生物間的流動和交換稱生物地(球)化(學(xué))循環(huán)，即物質(zhì)循環(huán)(cyclingofmaterial)。當(dāng)前第27頁\共有40頁\編于星期五\6點生物地化循環(huán)的類型水循環(huán)氣體型循環(huán)沉積型循環(huán)當(dāng)前第28頁\共有40頁\編于星期五\6點2水循環(huán)(aquaticcycle)水循環(huán)的意義：水是所有營養(yǎng)物質(zhì)的介質(zhì)；水對物質(zhì)是很好的溶劑；水是地質(zhì)變化的動因之一。水循環(huán)的途徑人類活動對水循環(huán)的影響：空氣污染和降水；改變地面，增加徑流；過度利用地下水；水的再分布。當(dāng)前第29頁\共有40頁\編于星期五\6點水循環(huán)示意圖西德地區(qū)的水循環(huán)示意圖（ClodiusandKeller,1951）當(dāng)前第30頁\共有40頁\編于星期五\6點3氣體型循環(huán)(gaseouscycle)氧循環(huán)碳循環(huán)氮循環(huán)當(dāng)前第31頁\共有40頁\編于星期五\6點氧循環(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高能紫外輻射當(dāng)前第32頁\共有40頁\編于星期五\6點碳循環(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)散當(dāng)前第33頁\共有40頁\編于星期五\6點氮循環(huán)(nitrogencycle)陸地陸地其它動植物藍(lán)藻淺層死有機(jī)物溶解死有機(jī)物土壤中無機(jī)氮庫丟失于深層沉積中動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N2大氣庫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當(dāng)前第34頁\共有40頁\編于星期五\6點第三節(jié)生態(tài)平衡1、生態(tài)平衡的含義（1）概念任何一個正常的生態(tài)系統(tǒng)中，能量流動和物質(zhì)循環(huán)總是不斷地進(jìn)行著，但在一定時期內(nèi)，生產(chǎn)者、消費者和還原者之間都保持著一種動態(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)量比例相對穩(wěn)定；

2）非生物環(huán)境條件（如：空氣、陽光、水、土壤等）相對穩(wěn)定。當(dāng)前第35頁\共有40頁\編于星期五\6點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)平衡就會遭到破壞。

當(dāng)前第36頁\共有40頁\編于星期五\6點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就存在的對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、臺風(fēng)、流行病等自然災(zāi)害。（2）人為因素主要指人類對自然資源的不合理利用、工農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來的環(huán)境污染等。主要有三種：物種變化引起平衡的破壞；環(huán)境因素改變引起平衡破壞；信息系統(tǒng)的破壞，引起平衡破壞。

當(dāng)前第37頁\共有40頁\編于星期五\6點◆生態(tài)破壞水土流失沙漠化、荒漠化土壤次生鹽堿化森林銳減草場退化、土地退化生物多樣性的減少湖泊的富營養(yǎng)化當(dāng)前第38頁\共有40頁\編于星期五\6點第四節(jié)、生態(tài)學(xué)的一般規(guī)律一、生態(tài)學(xué)的一般規(guī)律1.相互依存與相互制約規(guī)律——反映了生物間的協(xié)調(diào)關(guān)系（1）普遍的依存和制約——“物物相關(guān)”規(guī)律就是系統(tǒng)中各種生物間相互依存、相互制約關(guān)系是普遍存在的；（2）通過“食物