环境学概论第二章生态学基础.ppt

第二章 生态学基础生态学研究对象 v传统的生态学要在有机体（Organism）、种群（Population）、群落（Community）和生态系统（Ecosystem）水平上探索生命系统的奥秘。因此，生态学是以生物个体、种群、群落和生态系统甚至是生物圈（Biosphere）作为它的研究对象。生态学是一门研究生物与其生活环境相互关系的科学生态学是一门研究生物与其生活环境相互关系的科学，是生物学的主要分支之一。，是生物学的主要分支之一。生态学的层次 分 细 组 器 个 种 群 生 生 子 胞 织 官 体 群 落 态 物 系 圈统生态学的分支v按生命层次：分子（基因）、细胞、器官、个体、种群、群落、生态系统、景观、生物圈和全球生态学。v生物分类：动物、植物、微生物、昆虫、鱼类等；v按栖所：淡水、海洋、河口、陆地、森林、草地、荒漠等；v边缘科学：数学生态学、化学生态学、进化生态学、生理生态学、经济生态学、生态经济学、环境生态学；v应用生态学：农业、渔业、污染生态学等。第一节 生态系统的基本概念及类型v一、生态系统v1 生态系统的概念种群（Population）：同一物种在一定空间和一定时间的个体的集合体.是具有潜在互配能力的个体群落（Community）：在一 定的自然区域中许多不同种的生物的总和。生态系统（Ecosystem）任何一个生物群落 与其周围非生物环境的综合体：指在一定的空间内，生物成分和非生物成分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生态学功能单位，这个生态学功能单位称生态系统一、生态系统v2 生态系统的特性在生态系统中，各种生物彼此间以及生物和非生物间相互作用，不断进行着物质循环、能量流动和信息传递。具有自我调节能力。系统内物种数目越多，结构越复杂，自我调节能力越强。是一种动态系统，任何生态系统都有其发生和发展的过程，经历着由简单到复杂，从幼年到成熟的进化阶段。3生态系统的组成和作用v无机物v有机化合物v气候因素v生产者(producer)v消费者(consumer)v分解者(还原者)(decomposer)六大组成成分六大组成成分l生产者生产者：自养生物，主自养生物，主要是各种绿色植物，也包要是各种绿色植物，也包括蓝绿藻和一些能进行光括蓝绿藻和一些能进行光合作用的细菌。合作用的细菌。l消费者消费者：异养生物，主异养生物，主要指以其他生物为食的各要指以其他生物为食的各种动物。种动物。l分解者分解者：异养生物，把：异养生物，把复杂的有机物分解成简单复杂的有机物分解成简单无机物，包括细菌、真菌、无机物，包括细菌、真菌、放线菌和动物等。放线菌和动物等。非生物成分非生物成分生物成分生物成分(生物群落生物群落)三大功能群三大功能群4生态系统的类型v按生态系统的环境性质和形态特征分：（a）陆地生态系统：自然生态系统（森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统等）和人工生态系统（农田、城市、工矿区等）；（b）淡水生态系统：包括湖泊、河流、水库等；（c）海洋生态系统：包括海岸、河口、浅海、大洋、海底等。一个简化了的陆地生态系统一个简化了的陆地生态系统一个简化了的池塘生态系统一个简化了的池塘生态系统5 生态系统的结构生态系统的结构 构成生态系统的各组成部分，各种生物的种类、数量和空间配置，在一定时期内均处于相对稳定的状态，使生态系统能够各自保持一个相对稳定的结构。主要有形态结构和营养结构。（a）形态结构：生物的种类、种群数量、种的空间配置（水平分布、垂直分布）、种的时间变化。（b）营养结构：生态系统各组成部分之间建立起来的营养关系。是生态系统能量流动和物质循环的基础。生产者生产者（绿色植物）（绿色植物）还原（分解）者还原（分解）者（细菌、真菌）（细菌、真菌）消费者消费者（动物）（动物）环境环境（土壤、空气、水）（土壤、空气、水）生态系统营养结构模式图生态系统营养结构模式图6营养结构-食物链及营养级trophiclevel（a）食物链foodchain和食物网 所谓食物链，就是一种生物以另一种生物为食，彼此形成一个以食物连接起来的链锁关系。在一个生态系统中，食物关系往往很复杂，各种食物链互相交错，形成食物网。能量的流动、物质的迁移和转化都是通过食物链和食物网进行的。一个食物链的例子 “螳螂捕蝉，黄雀在后螳螂捕蝉，黄雀在后”（据周立志）植物植物蝉蝉(初级消费者初级消费者)螳螂螳螂(二级消费者二级消费者)黄雀黄雀(三级消费者三级消费者)鹰鹰(四级消费者四级消费者)(顶极食肉动物顶极食肉动物)（b）营养级营养级：食物链的各个环节。生产者为第一营养级，依次是第二、第三、第四营养级，一般不超过七级。低位营养级的能量仅有10（水生系统）被上一个营养级利用。在数量上，第一营养级就必须大大超过第二营养级，逐渐递减，就造成了生物数目金字塔、生物量金字塔、生产率金字塔。食物链的特征食物链的长度通常不超过6个营养级，最常见的45个营养级，因为能量沿食物链流动时不断流失；食物链越长，最后营养级位所获得的能量也越少。因为从起点到终点经过的营养级越多，其能量损耗也就越大；注意：营养级之间的能量转化效率约为110，只是针对湖泊等水域生态系统的经验性法则；不同生态系统的能量转化效率差别很大；森林约为5、草地是25左右，浮游生物占优势的群落可达50。食物链的特征食物链或食物网的复杂程度与生态系统的稳定性直接相关；生态系统中的食物链不是固定不变的，它不仅在进化历史上有改变，在短时间内也会发生变化。食物网v食物网(foodweb)：生态系统中的食物链很少是单条、孤立出现的，它往往是交叉链索，形成复杂的网络结构食物网。食物链和食物网的意义v食物链是生态系统营养结构的形象体现；v生态系统中能量流动和物质循环正是沿着食物链和食物网进行的；v食物链和食物网还揭示了环境中有毒污染物转移、积累的原理和规律。（c）生物放大作用DDT在某水生食物链中的富集在某水生食物链中的富集生物积累生物积累（生长期积累）（生长期积累）生物富集生物富集（吸收浓缩）（吸收浓缩）生物放大生物放大（食物链放大）（食物链放大）第二节 生态系统的功能能量流动：生产者消费者分解者物质循环：生物 环境信息传递：包括营养信息、化学信息、物理信息和行为信息等，构成信息网。生态系统的营养结构及能流和物流间的关系 （据周立志）生产者生产者(绿色植物绿色植物)消费者消费者(动物动物)还原者还原者(细菌、真菌细菌、真菌)放牧系统放牧系统净初级净初级生产生产分解系统分解系统死有机物死有机物太太阳阳辐辐射射能能呼吸散失呼吸散失呼吸散失呼吸散失生态系生态系统的营统的营养结构养结构(能量能量流动流动)能流物流环境环境(土壤、空气、土壤、空气、水水)生态系生态系统的营统的营养结构养结构(物质物质循环循环)式 生态系统中的反馈（据周立志）狼狼狼狼兔兔兔兔植物植物植物植物狼狼饿饿死死狼狼吃吃饱饱吃了吃了较多较多兔子兔子吃了吃了较少较少兔子兔子兔兔吃吃饱饱兔兔饿饿死死吃了吃了较少较少的草的草吃了吃了大量大量的草的草污染污染 鱼死亡鱼死亡污染污染 鱼死亡鱼死亡 鱼死亡鱼死亡 污染污染 正反馈正反馈负反馈负反馈负反馈主要是指在受到外界影响或干扰后,生态系统通过一系列的自我调节功能,来减轻这种干扰或影响的程度,并力图恢复到平衡或稳定状态的过程一.生态系统的物质循环1 生物地化循环的概念2 水循环3 气体型循环4 沉积型循环5 有毒物质的迁移和转化6 放射性核素循环7 生物地化循环与人体健康生物地化循环(biogeochemical cycle)矿物元素在生态系统之间的输入和输出，它们在大气圈、水圈、岩圈之间以及生物间的流动和交换称生物地(球)化(学)循环，即物质循环(cycling of material)。生物地化循环的类型水循环气体型循环沉积型循环2 水循环(aquatic cycle)水循环的意义：水是所有营养物质的介质；水对物质是很好的溶剂；水是地质变化的动因之一。水循环的途径 人类活动对水循环的影响：空气污染和降水；改变地面，增加径流；过度利用地下水；水的再分布。水循环示意图西德地区的水循环示意图西德地区的水循环示意图（Clodius and Keller,1951）3 气体型循环气体型循环(gaseous cycle)氧循环碳循环氮循环氧循环氧循环(oxygen cycle)H2O+CO2 H2CO3 HCO3-+H+CO2HCO3-CO32-Ca2+CaCO3O2水体水体臭氧层臭氧层沉积物沉积物火火山山作作用用4FeO+O22FeO3CO2COO2+2CO CO2O2O3O2OO2HOHH2OH2OOCO2高能紫外辐射高能紫外辐射碳循环碳循环(carbon cycle)化化泥碳泥碳煤煤大气中大气中CO2CO2碳化作用碳化作用石油石油水生植物水生植物光合作用光合作用腐烂腐烂燃料燃料呼吸呼吸作用作用光合光合作用作用腐烂腐烂扩散扩散氮循环氮循环(nitrogen cycle)陆地陆地陆地陆地其它其它动植物动植物蓝藻蓝藻浅层死有机物浅层死有机物溶解死溶解死有机物有机物土壤土壤中无中无机氮机氮库库丢失于深丢失于深层沉积中层沉积中动植物动植物活体活体共生或共生或自由生活自由生活的固氮的固氮微生物微生物死有机体死有机体陆地陆地河流带走河流带走生物固氮生物固氮大气库大气库N2大气库大气库HN3,NO,NO2,N2O，工业固氮工业固氮（汽车（汽车,化肥化肥,电厂）电厂）脱氮脱氮闪电闪电化学反应化学反应海洋海洋火火山山作作用用降降水水大气大气第三节生态平衡1、生态平衡的含义（1）概念任何一个正常的生态系统中，能量流动和物质循环总是不断地进行着，但在一定时期内，生产者、消费者和还原者之间都保持着一种动态的平衡，这种平衡状态就叫生态平衡。1）生物种种类类的组组成成和数量数量比例相对稳定；2）非生物环境条件（如：空气、阳光、水、土壤等）相对稳定。1、生态平衡的含义（2）生态平衡的原因 生态平衡内部具有自动调节的能力。生态系统 的组成成分越多样，能量流动和物质循环的途径越复杂，功能的完整性强，其调节能力也越强。但是，一个生态系统的调节能力有一定 限度的，超出了限度，调节就不再起作用，生态平衡就会遭到破坏。2、破坏生态平衡的因素（1）自然原因主要是指自然界发生的异常变化或自然界本来就存在的对人类和生物 的有害因素。如火山爆发、山崩海啸、水旱灾害、地震、台风、流行病等自然灾害。（2）人为因素主要指人类对自然资源的不合理利用、工农业发展带来的环境污染等。主要有三种：物种变化引起平衡的破坏；环境因素改变引起平衡破坏；信息系统的破坏，引起平衡破坏。生态破坏水水土土流流失失沙沙漠漠化化、荒荒漠漠化化土土壤壤次次生生盐盐碱碱化化森森林林锐锐减减草草场场退退化化、土土地地退退化化生生物物多多样样性性的的减减少少湖湖泊泊的的富富营营养养化化第四节、生态学的一般规律一、生态学的一般规律1.相互依存与相互制约规律反映了生物间的协调关系（1）普遍的依存和制约“物物相关”规律就是系统中各种生物间相互依存、相互制约关系是普遍存在的；（2）通过“食物”而相互联系与制约“相生相克”规律就是每一种生物在食物链和食物网中，都占据一定的位置，并具有特定的作用。2、物质循环转化与再生规律防止有毒物质进入环境、提高能源的利用效率3、物质输入输出的动态平衡规律防止输入不足（如施肥不足）、输入过多（如富营养化、重金属）4、相互适应与补偿的协同进化规律生物与环境之间的作用与反作用5、环境资源的有效极限规律生物赖以生存的环境资源在质量、数量、空间和时间等方面都有一定的限度（过度放牧、竭泽而渔、超标排放污染物等）