可持續(xù)生態(tài)系統(tǒng)教學(xué)教程

第三章可持續(xù)生態(tài)系統(tǒng)

生物和生態(tài)系統(tǒng)這顆星球上最突出的標(biāo)志。生物世界是一個(gè)絢麗多彩，奧妙無(wú)窮的世界。生物之間既存在著為生存而進(jìn)行的競(jìng)爭(zhēng)和搏斗，又存在著互相依存、互惠互利的共一關(guān)系。正是這些錯(cuò)綜復(fù)雜的相互關(guān)系，才形成千姿百態(tài)的生命形式。第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的基本原理

生態(tài)系統(tǒng)是生態(tài)學(xué)的一個(gè)基本功能單位，它就像一部有許多零件組成的機(jī)器，這些零件之間靠能量的傳遞而互相聯(lián)系并完成一定的功能。人類所生活的生物圈內(nèi)，就有無(wú)數(shù)大大小小的生態(tài)系統(tǒng)。1.1生態(tài)系統(tǒng)的概念

所謂生態(tài)系統(tǒng)就是指生物（包括植物、動(dòng)物、微生物和人類）與它們賴以生存的環(huán)境之間通過(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)有機(jī)整體。

生態(tài)系統(tǒng)＝生物群落＋環(huán)境條件1.2生態(tài)系統(tǒng)的組成

任何一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，不論是簡(jiǎn)單還是復(fù)雜，都是由四個(gè)基本組分構(gòu)成，即：生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者和非生物成分。這些組成成分在物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)中各自發(fā)揮著特定的作用，并形成整體功能，缺一不可，使整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)行。1.2生態(tài)系統(tǒng)的組成1.2生態(tài)系統(tǒng)的組成

生產(chǎn)者主要包括全部綠色植物和某些能進(jìn)行光合作用的細(xì)菌，它們利用太陽(yáng)能并從周圍環(huán)境中攝取得無(wú)機(jī)物合成有機(jī)物，以供自身和其他生物營(yíng)養(yǎng)，為生態(tài)系統(tǒng)中的其他生物提供賴以生存的食物，是有機(jī)物的最初制造者，是生態(tài)系統(tǒng)中的最積極因素。1.2生態(tài)系統(tǒng)的組成

消費(fèi)者是指只能依賴生產(chǎn)者生產(chǎn)有機(jī)物為營(yíng)養(yǎng)來(lái)獲得能量，維持自身的生命活動(dòng)。它們是異養(yǎng)生物。按它們的食性不同，可分為草食動(dòng)物和肉食動(dòng)物。1.2生態(tài)系統(tǒng)的組成

分解者主要是指細(xì)菌、真菌等微生物和某些原生動(dòng)物，如鞭毛蟲(chóng)等，它們是生態(tài)系統(tǒng)的“清潔工”。它們依靠分解動(dòng)物和植物的排泄物和尸體取得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量，同時(shí)又將組成動(dòng)植物殘?bào)w的復(fù)雜有機(jī)物分解為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，歸還給無(wú)機(jī)環(huán)境，以供植物再次利用，所以又稱它們?yōu)檫€原者。1.2生態(tài)系統(tǒng)的組成

生態(tài)系統(tǒng)的各組成成分既有分工，也有協(xié)作。生產(chǎn)者為消費(fèi)者和分解者直接或間接地提供食物；消費(fèi)者把生產(chǎn)者的數(shù)量控制在非生物環(huán)境所能承受的范圍內(nèi)；生產(chǎn)者和消費(fèi)者的殘?bào)w、排泄物最終被分解者分解為無(wú)機(jī)物，供植物重新利用。正是生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者和非生物環(huán)境之間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，使生態(tài)系統(tǒng)這部“大機(jī)器”能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。1.3食物鏈與食物網(wǎng)

在自然界中，植物所固定的能量通過(guò)一系列的取食和被取食有關(guān)系在生態(tài)系統(tǒng)中傳遞，我們把生物之間存在的這種傳遞關(guān)系稱為食物鏈。1.3食物鏈與食物網(wǎng)

在任何生態(tài)系統(tǒng)中都存在著兩種最主要的食物鏈，即捕食食物鏈和碎屑食物鏈.

前者是以活的動(dòng)植物為起點(diǎn)的食物鏈，如：草地草→蝗蟲(chóng)→蛙→蛇→鷹；森林樹(shù)葉→松毛蟲(chóng)→鳥(niǎo)→蛇→野豬都屬于這種類型。1.3食物鏈與食物網(wǎng)

后者是以死生物或腐屑為起點(diǎn)的食物鏈。例如，森林中的動(dòng)植物尸體被微生物分解早用，而微生物又被小動(dòng)物利用，小動(dòng)物又被大動(dòng)物利用，就屬于這種類型。如：植物殘?bào)w→蚯蚓→線蟲(chóng)類→節(jié)肢動(dòng)物。

1.2生態(tài)系統(tǒng)的組成1.4生態(tài)系統(tǒng)的功能

生態(tài)系統(tǒng)在自然界中民以能夠存在下去，是因?yàn)榻?jīng)常不斷從外界獲得能量。在生態(tài)系統(tǒng)中能流和物質(zhì)流的行為是由信息決定的，而信息又寓于物質(zhì)和能量的流動(dòng)之中，物質(zhì)流和能量流是信息流的載體。因此，能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞是生態(tài)三大基本功能。1.4生態(tài)系統(tǒng)的功能1、生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)生物之所以成為生物，就在于他有生命，而生命來(lái)自于運(yùn)動(dòng)－生態(tài)系統(tǒng)中不斷進(jìn)行著能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)。1.4生態(tài)系統(tǒng)的功能1.4生態(tài)系統(tǒng)的功能2、生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)在生態(tài)系統(tǒng)中僅隨時(shí)地進(jìn)行著能量的轉(zhuǎn)換和流動(dòng)，而且無(wú)時(shí)無(wú)刻不在進(jìn)行著物質(zhì)的循環(huán)。生態(tài)系統(tǒng)中的一切生物，無(wú)論是植物、動(dòng)物、還是微生物，都是由運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)構(gòu)成的。這所有的生物都是地球長(zhǎng)期演化的產(chǎn)物。1.4生態(tài)系統(tǒng)的功能（1）水循環(huán)地球上的生命最初是在水中產(chǎn)生的。就總體而言，地球上的水是豐富的。水面積要占地球總面積的71%，其中97%在海洋，3%分布在陸上的河水、胡水、地上水、土壤水，以及存在于極地冰雪和冰川中的固態(tài)水和存在于大氣中的氣態(tài)水。1.4生態(tài)系統(tǒng)的功能1.4生態(tài)系統(tǒng)的功能（2）碳循環(huán)碳也是構(gòu)成生物體的主要元素之一，它主要以二氧化碳的形式儲(chǔ)存于大氣之中。綠色植物通過(guò)光合作用，吸收空氣中的二氧化碳，與水形成碳水化合物；在經(jīng)植食動(dòng)物、肉食動(dòng)物和人的以食過(guò)程中，這些碳水化合物沿著食物鏈逐級(jí)移動(dòng)，并為其他含頁(yè)面碳化合物；植物、動(dòng)物和人的殘?bào)w或尸體及排泄物經(jīng)過(guò)微生物的分解，釋放出二氧化碳，重新返回大氣之中。此外，人、動(dòng)物和大部分植物的呼吸，木材、煤炭、石油的燃燒等等，也使二氧化碳返回大氣中。這些返回大氣的二氧化碳，又重新被植物所吸收，開(kāi)始新的循環(huán)。1.4生態(tài)系統(tǒng)的功能1.4生態(tài)系統(tǒng)的功能（3）氮循環(huán)氮是構(gòu)成生命物質(zhì)－蛋白質(zhì)的主要元素之一。大氣中有大量的氮，約占大氣的79%。但是，這些游離于大氣中的氮，除了一部分在雷電時(shí)形成氮的氧化物，被雨水帶到土壤中變成硝酸鹽外，大部分在雷電時(shí)形成氮的氧化物，被雨水帶到土壤中變成硝酸鹽外，大部分卻不能被植物所直接吸收。生態(tài)系統(tǒng)中氮的循環(huán)，主要依賴于具有固氮能力的生物固氮作用。如：根瘤菌首先將空氣中的游離氮轉(zhuǎn)變民氮的氧化物，再經(jīng)過(guò)硝化細(xì)菌的硝化作用，轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽或硝酸鹽，才能被植物所吸收。植物吸收亞硝酸鹽或硝酸鹽后，合成了生命物質(zhì)蛋白質(zhì)。于是，氮就以蛋白質(zhì)的形式，沿著食物鏈在生物之間轉(zhuǎn)移。1.4生態(tài)系統(tǒng)的功能1.4生態(tài)系統(tǒng)的功能3、信息傳遞生態(tài)系統(tǒng)中能量、物質(zhì)流動(dòng)的過(guò)程，其實(shí)總是同時(shí)伴隨著信息的流動(dòng)。例如，麥苗在農(nóng)地里生長(zhǎng)、蝗蟲(chóng)吃麥苗、蛙吃蝗蟲(chóng)、蛇吃蛙、鷹吃蛇，在這樣一條食物鏈上，進(jìn)行著的是能量和物質(zhì)在各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間轉(zhuǎn)移的過(guò)程，但顯然也是有關(guān)的信息在不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間輸出和輸入的過(guò)程。因?yàn)槟芰亢臀镔|(zhì)的轉(zhuǎn)移有賴于各中動(dòng)物的捕食行為，這種行為發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、程度，卻是由動(dòng)物年獲得的信息決定的。1.4生態(tài)系統(tǒng)的功能

生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者之間發(fā)生著復(fù)雜的信息聯(lián)系。常為人知的是植物的他感作用。這是指植物產(chǎn)生的次生代謝物質(zhì)在植物生長(zhǎng)過(guò)程中，通過(guò)信息抑制其他植物的生長(zhǎng)、發(fā)育并加以排隊(duì)的現(xiàn)象，常稱為異株克生現(xiàn)象。1.4生態(tài)系統(tǒng)的功能

生態(tài)系統(tǒng)的各組成成分之間都伴隨著信息的流動(dòng)。整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中能流和物流的行為由信息決定，而信息又寓于物質(zhì)和能量的流動(dòng)之中，物質(zhì)流和能量流是信息流的載體。生態(tài)系統(tǒng)中生物與生物之間，生物與無(wú)機(jī)環(huán)境之間之所以能組成一個(gè)相互協(xié)調(diào)的整體系統(tǒng)，除了依靠能量交換和物質(zhì)循環(huán)以外，也同各種物理因子、化學(xué)物質(zhì)所攜帶的信息的傳遞和反饋?zhàn)饔檬欠植婚_(kāi)的。1.5生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)

現(xiàn)代生態(tài)學(xué)告訴我們，一個(gè)正常運(yùn)行的生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，能量和物質(zhì)的輸入、輸出接近相等，生產(chǎn)過(guò)程和消費(fèi)、分解過(guò)程大體平衡的系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)的這種狀態(tài)常被稱為生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)。1.5生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)

生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)并不是靜止的，而是處于不斷變化發(fā)展之中的相對(duì)穩(wěn)定，它取決于生態(tài)系統(tǒng)的自我維持和自我調(diào)節(jié)功能。在一個(gè)自然系統(tǒng)內(nèi)，有許多對(duì)立的因素在起控制作用。1.5生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)

影響生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的因素很多，包括自然因素和人為因素?；鸪缟骄X噴發(fā)，地震等可在瞬間使生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，甚至毀滅。然而，在自然條件下，即使生態(tài)系統(tǒng)受到了較嚴(yán)重的干擾，也總是會(huì)自發(fā)地通過(guò)群落演替，恢復(fù)原先的穩(wěn)定狀態(tài)，重建失去了的生態(tài)平衡，只是所需的時(shí)間，比受輕微干擾的長(zhǎng)。1.5生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)

自然界中，一切生物都是與周圍的環(huán)境同處于一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)里，它們既相互儲(chǔ)存，又相互制約，都隨著自然生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展。只有調(diào)節(jié)好生態(tài)系統(tǒng)中各組成成分的關(guān)系，遵循大自然的規(guī)律，才能使生態(tài)系統(tǒng)保持穩(wěn)定的狀態(tài)，使自然界最大可能地維持人類的發(fā)展，造福于子孫后代。第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的退化

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，生產(chǎn)力的發(fā)展，人類開(kāi)始向自然挑戰(zhàn)，用科學(xué)改造自然，用自然促進(jìn)生產(chǎn)，達(dá)到人與自然的共同進(jìn)步。然而，好景不長(zhǎng)，人類為擁有先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)而驕傲，為發(fā)現(xiàn)大自然這座寶庫(kù)而欣喜，于是不顧一切地開(kāi)采資源，以“人定勝天”的信心與決心將我們美麗的大自然變得面目全非，大自然憤怒了，轉(zhuǎn)過(guò)身來(lái)，向人類發(fā)起進(jìn)攻。一樁樁令人驚駭?shù)摹皥?bào)復(fù)”事件為“水能覆舟“提供了論據(jù)。2.1生態(tài)系統(tǒng)退化的概念

生態(tài)系統(tǒng)退化是旨自然災(zāi)害或人類對(duì)自然資源過(guò)度減少、生物生產(chǎn)力下降以及系統(tǒng)生產(chǎn)潛力衰退、資源喪失等一系列生態(tài)惡化現(xiàn)象。由于自然資源的不合理利用、污染物的亂排亂放、盲目的毀林開(kāi)荒、必草為田等等原因，全國(guó)乃至世界醫(yī)學(xué)界內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)退化的例子不勝枚舉。2.1生態(tài)系統(tǒng)退化的概念1、生態(tài)系統(tǒng)退化的特點(diǎn)（1）結(jié)構(gòu)性失衡生態(tài)系統(tǒng)是由生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者和非生命成分四大要素構(gòu)成的，通過(guò)食物鏈和食物網(wǎng)進(jìn)行著物質(zhì)的循環(huán)、能量的流動(dòng)和信息的傳遞，維持著生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)。如果四者之中的某一成分的數(shù)量發(fā)生劇烈變化或種類增失，都會(huì)給生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)造成重大損壞，繼而生態(tài)系統(tǒng)走向退化與衰亡。2.1生態(tài)系統(tǒng)退化的概念（2）功能性失衡生態(tài)系統(tǒng)有四大功能，即：生物生產(chǎn)、能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，這四種功能均能正常發(fā)揮，而當(dāng)人類干擾超過(guò)一定限度時(shí)，生物生產(chǎn)量降低，能量流動(dòng)受阻，物質(zhì)循環(huán)不暢通，傳遞不準(zhǔn)確、迅捷，從而生態(tài)系統(tǒng)失去穩(wěn)態(tài)，走向崩潰與瓦解。2.1生態(tài)系統(tǒng)退化的概念2、生態(tài)系統(tǒng)退化的特征（1）生物多樣性降低（2）生產(chǎn)力下降（3）食物鏈、食物網(wǎng)簡(jiǎn)單化（4）生物利用和改造環(huán)境能力弱化、功能衰退（5）物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)出現(xiàn)危機(jī)和障礙2.2生態(tài)系統(tǒng)退化的原因1、自然因素2、人為干擾2.3人類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的破壞

1、生物入侵2、亂捕濫獵，過(guò)度采挖珍稀動(dòng)植物3、亂砍濫伐，過(guò)度放牧4、毀林、毀草造田，墾荒，圍湖造田5、城鄉(xiāng)建設(shè)占用大量耕地，礦山開(kāi)發(fā)使林地、草原、耕地受損6、農(nóng)林牧配置不合理，內(nèi)部生物品種單一化，耕作技術(shù)不合理7、環(huán)境污染對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的破壞8、人為火災(zāi)與戰(zhàn)爭(zhēng)2.4生態(tài)系統(tǒng)的退化的危害

1、物種滅絕、生物資源銳減，地球難以支撐人類2、土壤侵蝕3、土地沙漠化4、土地鹽漬化第三節(jié)受損生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建

生態(tài)系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定是人類賴以生存與發(fā)展的必要條件。維護(hù)與保持生態(tài)平衡，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)和健康發(fā)展，是關(guān)系到人類前途和命運(yùn)的重大課題。自然生態(tài)系統(tǒng)是在長(zhǎng)期的歷史發(fā)展中形成的。組成一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的生命系統(tǒng)和非生命系統(tǒng)的各種因素之間是相互協(xié)調(diào)的，從而形成一個(gè)完整的生態(tài)單元。3.1生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建

重建已損害或退化的生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)和功能的過(guò)程。因此生態(tài)恢復(fù)過(guò)程可能使生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到原先的狀態(tài)，但由于自然條件的復(fù)雜性及人類社會(huì)對(duì)自然資源利用的取向影響，生態(tài)恢復(fù)并不意味著在所有場(chǎng)合下都能夠或必須使被恢復(fù)的生態(tài)系統(tǒng)都恢復(fù)到原先的狀態(tài)。3.1生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建受損生態(tài)系統(tǒng)因管理對(duì)策的不同，可能有以下4種結(jié)果：（1）恢復(fù)到它原來(lái)的狀態(tài)；（2）重新獲得一個(gè)既包括原有特性，又包括對(duì)人類有益的新特性；（3）由于管理技術(shù)的使用，形成一種改進(jìn)的和原來(lái)不同的狀態(tài)；（4）因適宜條件不斷損失的結(jié)果，保持受害狀態(tài)甚至不斷惡化。第四節(jié)可持續(xù)生態(tài)系統(tǒng)全球環(huán)境問(wèn)題的應(yīng)對(duì)、緩解和最終解決必須通過(guò)全球各國(guó)家，各種族人民的共同努力。人類依然以破壞自己的生存環(huán)境為代價(jià)。片面追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的時(shí)代雖然還未過(guò)去，但越來(lái)越多的人們已開(kāi)始具有認(rèn)識(shí)和保護(hù)人類生存環(huán)境，追求持續(xù)發(fā)的意識(shí)，越來(lái)越多的國(guó)家正在采取行動(dòng)。4.1可持續(xù)發(fā)展理論

可持續(xù)發(fā)展理論是指“既滿足當(dāng)代人的需要，又不對(duì)后代人滿足其需要的能力構(gòu)成危害的發(fā)展。”這是20世紀(jì)70年代由生態(tài)環(huán)境學(xué)家基于全球生態(tài)危機(jī)日益加深而提出的一個(gè)關(guān)于發(fā)展的全新概念，主張經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源、環(huán)境、人口之間相互協(xié)調(diào)地發(fā)展。4.1可持續(xù)發(fā)展理論“只有當(dāng)人類向自然的索取，能夠同人類向自然的反饋相平衡時(shí)；只有當(dāng)人類為當(dāng)代的努力，能夠同人類為后代的努力相平衡時(shí)；只有當(dāng)人類為本地區(qū)發(fā)展的努力，能夠同為其他地區(qū)共建共享的努力相平衡時(shí)”，全球的可持續(xù)發(fā)展才能夠真正實(shí)現(xiàn)。4.2可持續(xù)生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)涵

可持續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)是