5 生态学

null第五章 生态学基础 第五章 生态学基础 第一节 生态学的基本概念 第二节 生态系统的基本概念 第三节 生态系统的功能 第四节 生态平衡与生态破坏 第一节 生态学的基本概念第一节 生态学的基本概念一、生态学及其发展 1. 生态学定义 1869年 德国生物学家赫克尔（Haeckel）认为是“自然界的经济学” 一般：研究生物与环境之间相互关系及其作用机理的科学。 我国马世骏：研究生物与环境之间相互关系及其作用机理的科学。 第一节 生态学的基本概念第一节 生态学的基本概念2. 生态学的发展 （1）萌芽时期（20世纪以前） （2）发展时期（20世纪50年代以前） 与相邻学科交融提出一些概念：数学生态学、化学生态学等 （3）现代生态学发展时期（人类生态学） 人类与各种人工环境相互作用的机理，包括了社会生态学、文化生态学、教育生态学、城市生态学、工业生态学等生态学的多学科及其相互关系生态学的多学科及其相互关系null生态学的发展进程中的特点: ①从定性探索生物与环境的相互作用到定量研究。 ②从个体生态系统到复合生态系统，由单一到综合。 ③与基础科学和应用科学相结合，发展了生态学，扩大了生态学的领域。第一节 生态学的基本概念第一节 生态学的基本概念二、生态学的一般规律 1. 相互依存、相互制约规律 相互依存与相互制约，反映了生物间的协调关系，是构成生物群落的基础。生物间的这种协调关系，主要分两类： ①普遍的依存与制约、亦称“物物相关”规律。 ②通过“食物”而相互联系与制约的协调关系，亦称“相生相克”规律。null2. 食物循环、转化、再生规律 生态系统中，植物、动物、微生物和非生物成分，借助能量的不停流动，一方面不断地从自然界摄取物质并合成新的物质，另一方面又随时分解为原来的简单物质，即所谓“再生”，重新被植物所吸收，进行着不停顿的物质循环。null3. 物质输入输出动态平衡规律 这里所指的物质输入输出的平衡规律，又称协调稳定规律，它涉及生物、环境和生态系统三个方面。当一个自然生态系统不受人类活动干扰时，生物与环境之间的输入与输出，是相互对立的关系，生物体进行输入时，环境必然进行输出，反之亦然。 null4. 相互适应与补偿协同进化规律 生物与环境之间，存在着作用与反作用的过程。或者说，生物给环境以影响，反过来环境也会影响生物。 null5. 环境资源有限规律 任何生态系统中作为生物赖以生存的各种环境资源，在质量、数量、空间和时间等等方面，都有其一定的限度，不能无限制地供给，因而其生物生产力通常都有一个大致的上限。第二节 生态系统基本概念第二节 生态系统基本概念一、生态系统概念 1、种群(Population) 一个生物物种在一定范围内所有个体的总和。 2、群落(Community) 在一定的自然区域中许多不同种的生物的总和。 3、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 指自然界一定空间内，生物与环境构成的统一整体，在其中生物与环境之间相互影响，相互制约，不断演变，并在一定时期内处于相对稳定的平衡状态。 第二节 生态系统基本概念第二节 生态系统基本概念2. 特征 （1）具有能量流动、物质循环、信息传递的功能 （2）具有自我调节功能 （3）是一种动态系统 第二节 生态系统基本概念第二节 生态系统基本概念二、生态系统的组成 1. 生产者：主要是绿色植物 2. 消费者：主要是动物 3. 分解者：各种具有分解能力的细菌、　　　　　　　　　　　　　　　　真菌、微生物和一些微型动物 4. 非生物环境：生态系统中各种无生命的物质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null第二节 生态系统基本概念第二节 生态系统基本概念三、生态系统的结构 1. 形态结构 生态系统的生物种类、种群数量、种的空间配制和时间变化构成了生态系统的形态结构。 2. 营养结构 生态系统各组成之间，通过营养进行联系。 第二节 生态系统基本概念第二节 生态系统基本概念四、生态系统的类型 1. 按地理条件不同分： 第二节 生态系统基本概念第二节 生态系统基本概念2. 按人为干预的程度不同分类 自然生态系统 半自然生态系统 人工生态系统 3. 按生态系统大小分类 根据人们的研究需要来定 第三节 生态系统的功能第三节 生态系统的功能一、食物链和营养级 1. 食物链： 各种生物以食物为联系建立起来的链索。 （1）捕食性食物链 （2）腐食性食物链 （3）寄生性食物链null食物网： 　　　各食物链相互交错形成。物种越丰富，食物网越复杂，生态系统越稳定。 null第三节 生态系统的功能第三节 生态系统的功能2. 营养级 （1）定义：食物链上每一个环节称为一个营养级。 （2）生态金字塔 下层营养级所储存的能量大约只有10%被上层营养级所利用，在生态学上称1/10定律。第三节 生态系统的功能第三节 生态系统的功能二、生态系统中的能量流动 1. 生态系统中的能量来源——太阳 太阳的能量来自其中的热核聚变过程：太阳上的氢原子经过一系列反应，聚变为氦并释出大量的能。这种能量以电磁波的形式通过宇宙空间输送到地球上。 null太阳辐射通过大气层到达和离开地球的情况太阳辐射通过大气层到达和离开地球的情况null①射到地球上的太阳辐射的波长与反射到空间去的能量的波长，二者的光谱发生了位移。 ②太阳辐射中的紫外线大部分没有到达地表。 ③达到地球表面的太阳能量中有小部分由地面立即反射回空间去，还有一小部分转变为热量后再辐射回空中。 ④地球表面各处的太阳能辐射量是不同的。null 2. 能量流动是单向的，不可逆的 3. 能量在流动中逐渐减少 4. 能量流动中质量逐渐提高 null生态系统的能量流动的实现途径： ①光合作用和有机成分的输入； ②呼吸的热消耗和有机物的输出。 换句话说，生态系统中的能量流动与食物链各营养级的数量紧密相关。null只有当生态系统生产的能量与消耗的能量相平衡时，生态系统的结构与功能，才能保持动态的平衡。 第三节 生态系统的功能第三节 生态系统的功能三、生态系统中的物质循环 1. 水循环 （1）水的属性 H2O （2）水循环特点 水平运动 垂直运动 （3）太阳能驱动全球的水循环null第三节 生态系统的功能第三节 生态系统的功能2. 碳循环 （1）碳的属性C 非金属元素；构成生物体的主要元素 （2）碳循环的特点 ①大气中 ②动植物残体——被微生物分解成CO2+H2O——植物吸收利用 ③化石燃料燃烧生成CO2排入大气进行循环null第三节 生态系统的功能第三节 生态系统的功能3. 氮循环 （1）氮的属性 N 生命的基本元素；N2占大气体积的78% （2）氮循环的特点 ①固氮作用 生物固氮、工业固氮、岩浆固氮、大气固氮 ②通过动植物残体进入大气进行循环null第三节 生态系统的功能第三节 生态系统的功能4. 磷循环 P 来自岩石的风化，易与N一起形成水污染，造成水体富营养化。 第三节 生态系统的功能第三节 生态系统的功能四、生态系统中的信息联系 1. 营养信息： 由食物和营养构成，如食物链 2. 化学信息： 由生物代谢作用组成化学物质 分泌物 3. 物理信息：由声、光、颜色等组成 4. 行为信息： 动物可通过自己的行为发出威吓、求偶、挑战等信息第四节 生态平衡与生态破坏第四节 生态平衡与生态破坏一、生态平衡的基本特征 生态平衡概念 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，在一定时期内，生产者、消费者和分解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。 第四节 生态平衡与生态破坏第四节 生态平衡与生态破坏1. 结构平衡：生物物种的组成，各种的种群数量和比例 2. 功能平衡：能量流动、物质循环、信息联系的平衡 3. 物质与能量输入输出动态平衡：若输入＞输出，总生物量增加；反之亦然。第四节 生态平衡与生态破坏第四节 生态平衡与生态破坏二、破坏生态平衡的因素 1. 自然因素： 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。null2. 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问题。 （1）环境污染：水、气、声、光、渣等 （2）物种的改变：捕杀麻雀；引进新物种 （3）信息系统的破坏 第四节 生态平衡与生态破坏第四节 生态平衡与生态破坏三、生态平衡的恢复与再建 多级氧化塘 土地处理系统 植物——土地处理系统等第四节 生态平衡与生态破坏第四节 生态平衡与生态破坏土地处理系统 一般土壤及其中微生物和植物根系对污染物的综合净化能力，可以利用来处理城市污水和一些工业废水； 同时，普通污水或废水中的水分和肥分也可以利用来促进农作物、牧草或林木的生长并使其增加产量。凡能达到上述目的的 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 设施，即称为土地处理系统。第四节 生态平衡与生态破坏第四节 生态平衡与生态破坏 土地处理系统由污水或废水的预处理设施、贮水湖、灌溉系统、地下排水系统等组成 第四节 生态平衡与生态破坏第四节 生态平衡与生态破坏土地处理系统的净化机制 ①植物根系的吸收、转化、降解与合成等作用； ②土地中真菌、细菌等微生物的还原降解、转化及生物固定化等作用； ③土壤中有机和无机胶体的物理化学吸附、络合和沉淀等作用； ④土壤的离子交换作用； ⑤土壤的机械截留过滤作用； ⑥土壤的气体扩散或蒸发作用。第四节 生态平衡与生态破坏第四节 生态平衡与生态破坏土地处理系统的净化效果 设计和运行良好的土地处理系统，就不同的处理方式，对污染物的去除效率估计值见下表。 第四节 生态平衡与生态破坏第四节 生态平衡与生态破坏四、生态学在环境保护中的应用 1. 环境质量的生物监测与评价 （1）利用植物对大气污染进行监测与评价 如：菠菜、胡萝卜—S02;杏、桃、葡萄—HF; 番茄——O3;棉花——乙烯 定性分析——症状； 定量分析——受害轻重、面积大小等。 null（2）利用水生生物对水体污染进行监测和评价 采用的方法很多，主要用下述两种： 1)污水生物体系法：不同类型的污水中生活的生物类型和种类都用很大差异。 2）指示种法：即利用某种生物在水中数量的多少和生理反应等生物学持性，来判断该水域受到污染的程度第四节 生态平衡与生态破坏第四节 生态平衡与生态破坏2. 利用生态系统自净能力来消除环境污染 （1）利用森林生态系统净化空气 （2）利用微生物将水中有机物降解，处理污水。如活性污泥法第四节 生态平衡与生态破坏第四节 生态平衡与生态破坏3. 阐明污染物在环境中的迁移规律 污染物在环境中不断迁移、转化和积聚，据此可以研究污染物在环境中的迁移转化规律。 第四节 生态平衡与生态破坏第四节 生态平衡与生态破坏4. 制定生态规划方案 按生态学原理对某一地区社会、经济、技术和环境制定综合规划，其目的是科学地利用资源；保持生态系统的良性循环；促进经济持续发展。第四节 生态平衡与生态破坏第四节 生态平衡与生态破坏5. 发展生态农业 在农村生产结构上的变化（农、林、牧、副、渔），按食物链营养级规划。生产者沿食物链各个营养级进行多层次利用。 思考：思考：1.什么是生态学？生态学一般规律有 哪些？ 2. 生态学是如何应用在环境保护中的？ 3.什么是生态系统？生态系统有什么功能？