第3章-生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)2015

1、1,第三章 生態(tài)學(xué)基礎(chǔ),由于生態(tài)學(xué)的許多基本原理可以應(yīng)用于環(huán)境科學(xué)中，用來研究和解決人類生活與環(huán)境問題，因而有必要學(xué)習(xí)生態(tài)學(xué)的基本理論。,2,本章學(xué)習(xí)重主要內(nèi)容,第一節(jié) 生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié) 生態(tài)學(xué)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用,3,第一節(jié) 生態(tài)學(xué)基礎(chǔ),一、生態(tài)學(xué)及其發(fā)展二、生態(tài)系統(tǒng)的概念、組成與作用三、生態(tài)平衡四、生物多樣性五、生態(tài)學(xué)的一般規(guī)律,4,一、生態(tài)學(xué)及其發(fā)展1、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

2、學(xué)的主要分支之一。,即生命體，包括植物、動物和人，如果把生物看成是一個生命系統(tǒng)；,把生活環(huán)境看成是一個環(huán)境系統(tǒng)；,第一節(jié) 生態(tài)學(xué)基礎(chǔ),5,1、生態(tài)學(xué),生態(tài)學(xué)就是研究生命系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)之間相互作用規(guī)律和機(jī)理的一門學(xué)科。,包括植物、動物和人類,6,2、生態(tài)學(xué)的發(fā)展（1）研究對象的變化：,形成了人類生態(tài)學(xué),（2）生態(tài)學(xué)與基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)相結(jié)合，發(fā)展了生態(tài)學(xué)，擴(kuò)大了生態(tài)學(xué)的領(lǐng)域。如：經(jīng)濟(jì)生態(tài)學(xué)、物理生態(tài)學(xué)、化學(xué)生態(tài)學(xué)等。,,,植物,,

3、動物,植物,,,動物,植物,,人類,人類,7,二、生態(tài)系統(tǒng)的概念、組成與作用,1、生態(tài)系統(tǒng)的概念（1）有關(guān)概念,種群（Population）：一個生物物種在一定范圍內(nèi)所有個體的總和。 群落（Community）：在一 定自然區(qū)域中許多不同種生物的總和 。,8,二、生態(tài)系統(tǒng)的概念、組成與作用,1、生態(tài)系統(tǒng)的概念（1）有關(guān)概念,9,生物圈是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)，它包括地球上的全部生物及其無機(jī)環(huán)境（非生物環(huán)境）。生物圈還可以分出

4、很多個生態(tài)系統(tǒng)，例如一片森林、一塊草地、一個池塘、一塊農(nóng)田、一座城市等，都可以個自成為一個生態(tài)系統(tǒng)。,10,生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem）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)、能量流動和信息交換而相互作用、相互依存所構(gòu)成的一個生態(tài)學(xué)功能單位。它把生物及其非生物環(huán)境看成是互相影響、彼此依存的統(tǒng)一整體。,生態(tài)系統(tǒng)是英國生態(tài)學(xué)家Tansley于1935年首先提出來的。1971年，奧德姆完善。,11,例如：為了生存和繁衍，每一種

5、生物都要從周圍的環(huán)境中吸取空氣、水分、陽光、熱量和營養(yǎng)物質(zhì)；生物生長、繁育和活動過程中又不斷向周圍的環(huán)境釋放和排泄各種物質(zhì)，死亡后的殘體也復(fù)歸環(huán)境。,對生態(tài)系統(tǒng)這一概念的理解,12,（1）生態(tài)系統(tǒng)的組成,,信息交換,能量流動,,生態(tài)系統(tǒng),生物,非生物,2、生態(tài)系統(tǒng)的組成和作用,物質(zhì)循環(huán),13,綠色植物藍(lán)綠藻和一些光合細(xì)菌等自養(yǎng)生物初級消費(fèi)者：草食動物次級消費(fèi)者：肉食動物三級消費(fèi)者：中型肉食動物四級消費(fèi)者：大型肉食動物微生物

6、、小型無脊椎動物(蚯蚓、白蟻)、禿鷲等大型腐食性動物。,,,生產(chǎn)者消費(fèi)者分解者：溫度、陽光土壤,水、二氧化碳、氧有機(jī)物等,,,生物成分（生物群落）非生物環(huán)境（自然環(huán)境）,,生態(tài)系統(tǒng),生態(tài)系統(tǒng)的組成,14,生產(chǎn)者（綠色植物）,15,一級消費(fèi)者（草食動物）,16,二級消費(fèi)者（肉食動物）,17,生產(chǎn)者消費(fèi)者分解者溫度、光土壤,水、二氧化碳、氧有機(jī)物等,,,生物成分（生物群落）非生物成分（自

7、然環(huán)境）,,生態(tài)系統(tǒng),（2）生態(tài)系統(tǒng)的作用,它們分解動植物的殘體、糞便和各種復(fù)雜的有機(jī)化合物；吸收某些分解產(chǎn)物；最終能將有機(jī)物分解為簡單的無機(jī)物，而這些無機(jī)物參與物質(zhì)循環(huán)后可被自養(yǎng)生物重新利用,使物質(zhì)流動在大自然中形成循環(huán)。,18,鞭毛蟲,19,微生物（真菌）橙蓋傘　（分解者）,20,非生物成分,指生態(tài)系統(tǒng)中的各種無生命的無機(jī)物、有機(jī)物和各種自然因素（如土壤、空氣、水等）。,土壤,巖石,礦物,21,非生物成分,指生態(tài)系統(tǒng)中的各種無生

8、命的無機(jī)物、有機(jī)物和各種自然因素（如土壤、空氣、水等）。,空氣,水體,22,在這四大角色的作用下，整個生態(tài)系統(tǒng)始終發(fā)生著物質(zhì)和能量的循環(huán)與交流。,23,按生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境性質(zhì)和形態(tài)特征,（3）生態(tài)系統(tǒng)的類型,24,森林系統(tǒng) 包括喬木、灌木、草本植物、地被植物及多種多樣動物和微生物等與它周圍環(huán)境（包括土壤、大氣、氣候、水分、巖石、陽光、溫度等各種非生物 環(huán)境條件）------相互作用形成的統(tǒng)一體。,森林系統(tǒng),25,據(jù)資料報導(dǎo)，1hm2

9、 森林每天可吸收 1tCO2，放出 0.73tO2。全球森林每年能使約（550×108）tCO2 轉(zhuǎn)變成木材，同時大約可放出（400×108） tO2。全世界森林吸收 CO2 并放出的 O2 超過世界人口呼吸所需 O2 的近 10 倍。,森林的作用,吸收CO2釋放O2 ，減緩溫室效應(yīng)。,26,森林能分泌一些殺菌素、負(fù)離子和芳香化合物， 對大氣進(jìn)行消毒，使空氣清新，從而改善人類的大氣生活環(huán)境質(zhì)量。,森林的作用,過濾

10、和凈化作用。,27,森林可減低風(fēng)速，防止風(fēng)害和干旱風(fēng)的形成，預(yù)防冷害及霜凍，減少雹災(zāi)形成，阻擋沙塵暴等。,森林的作用,能減輕來自大氣圈的災(zāi)害。,28,大量水文資料證明：森林能減低洪峰流量，增加枯水期流量，并調(diào)節(jié)河川流量，起到既能防止洪澇災(zāi)害，又可減輕旱災(zāi)的雙重作用。森林之所以能起涵養(yǎng)水源的作用， 主要是因為林地具有大量枯枝落葉和腐殖質(zhì)，以及林地土壤疏松、吸水和保水能力強(qiáng)。,森林的作用,具有涵養(yǎng)水源的功能。,29,主要表現(xiàn)在森林具有

11、改良土壤、固土、防治荒漠化，保護(hù)耕地，防止水蝕和風(fēng)蝕等方面的作用。森林和植被以其地上多層次結(jié)構(gòu)和地下發(fā)達(dá)的根系，可以大大減少降雨勢能對土壤的沖刷，并起固土作用，防止風(fēng)蝕和水蝕。,森林的作用,對土壤巖石圈有較大影響。,30,森林還能 在一定程度上起改良土壤的作用。這是因為森林能使土壤理化性質(zhì)改善。如增加土壤有機(jī)質(zhì)，形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增加土壤孔隙度，提高土壤滲透能力和吸附能力，提高土壤中氮（N）、磷（P）、鉀（K）含量及各種微量元素含量。

12、,森林的作用,對土壤巖石圈有較大影響。,31,森林具有吸塵作用，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，樹葉表面不平，多絨毛，有的能分 泌粘性油脂及汁液，森林能吸附大量飄塵。 森林能減低噪聲，一般 40m 寬的林帶，可減低噪聲 10～15dB。建造林帶可以隔音，抗噪聲污染。森林還具有抗輻射、阻礙污染 光的傳播的作用。,森林的作用,對生物圈有較大影響。,32,按生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境性質(zhì)和形態(tài)特征,（3）生態(tài)系統(tǒng)的類型,33,按生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境性質(zhì)和形態(tài)特征,（3

13、）生態(tài)系統(tǒng)的類型,34,構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的各種生物的種類、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)。,（5）生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),35,①形態(tài)結(jié)構(gòu),生物種類種群數(shù)量種的空間配置（水平分布、垂直分布）種的時間變化（發(fā)育、季相）等構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu),36,（5）生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),如：在森林生態(tài)系統(tǒng)中，有各種喬木、灌木和草本植物，有各種動物和復(fù)雜的微生物種群。

14、它們各自的數(shù)量、空間的分布和種的時間的變化就構(gòu)成了森林生態(tài)系統(tǒng)特有的形態(tài)結(jié)構(gòu)。,37,生態(tài)系統(tǒng)中物種的類型、分布、空間配置,38,生態(tài)系統(tǒng)中種的時間變化（發(fā)育、季相）,39,②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，構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。它是生態(tài)系統(tǒng)中能量流動和物質(zhì)循環(huán)的基礎(chǔ)。,40,營養(yǎng)結(jié)構(gòu)是以營養(yǎng)為紐帶，把生物和非生物緊密結(jié)合起來的功能單位，構(gòu)成以生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者為中心的三大功能類群，它們與環(huán)境之間發(fā)生密切的

15、物質(zhì)循環(huán)和能量流動。,②營養(yǎng)結(jié)構(gòu),41,生產(chǎn)者（綠色植物）,還原（分解）者（細(xì)菌、真菌）,消費(fèi)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,42,（6）食物鏈及食物網(wǎng),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。比如：老鼠以農(nóng)作物為食，而鼬（you）鼠又以老鼠為食，這就構(gòu)成了一個最簡單的食物鏈。再如：碎屑-蘑菇-昆蟲-蛙-蛇-鷹就構(gòu)一個較為復(fù)雜的食物鏈。,生物圈中的各

16、種生物基于生產(chǎn)者和各級消費(fèi)者之間的營養(yǎng)關(guān)系，構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈。,43,自然界中，一種植物可被不同種動物食用，家畜采食牧草，野鼠、野兔也吃牧草； 同一種動物可食不同種食物，如棕熊既吃動物也吃植物。,（6）食物鏈及食物網(wǎng),44,所以在生態(tài)系統(tǒng)中，各種生物取食關(guān)系錯綜復(fù)雜，使生態(tài)系統(tǒng)中各種食物鏈相互交叉、相互聯(lián)接，形成網(wǎng)絡(luò)，稱為“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。,（6）食物鏈及食物網(wǎng),45,,1

17、 檜樹；2 草本植物；3 節(jié)肢動物；4 兔；5 嚙齒動物；6 肉食動物,食物網(wǎng),一個簡化了的陸地食物網(wǎng),47,48,能量流動物質(zhì)循環(huán)信息傳遞,2、生態(tài)系統(tǒng)的功能,能量流動、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)的基本功能。,49,（1）能量流動,（a）太陽輻射的電磁波情況,P33,入射的太陽能99%為紫外、可見光和紅外。,50,（b）太陽輻射及地球吸收太陽能的情況,P33,來自太陽的能量只有近一半（47%）左右能夠到

18、達(dá)地表，其余的34%反射、散射到空間，19%被大氣所吸收。,51,生態(tài)系統(tǒng)中全部生命活動所需要的能量均來自太陽。太陽能在生態(tài)系統(tǒng)中的流動是按熱力學(xué)定律進(jìn)行的。,能量流動的實現(xiàn)途徑： 光合作用和有機(jī)成分的輸入； 呼吸的熱消耗和有機(jī)物的輸出。,52,能量流動方向：沿著綠色植物→草食動物→一級肉食動物→二級肉食動物逐級流動；而后者所獲得的能量大體等于前者所含能量的1/10，即在能量流動過程中，約有9/10的損失掉了-----

19、-能量流動的1/10規(guī)律。,53,水循環(huán),,（2）物質(zhì)循環(huán),包括水循環(huán)、碳循環(huán)、氮循環(huán)、磷循環(huán)等,54,水循環(huán),,（2）物質(zhì)循環(huán),包括水循環(huán)、碳循環(huán)、氮循環(huán)、磷循環(huán)等,水面、陸地表層蒸發(fā)；植物葉的蒸騰作用；大氣中水的冷凝、降水；地表水徑流、滲透；地下水徑流；,55,,碳循環(huán),56,,碳循環(huán),植物的光合作用；動物的呼吸作用；微生物的分解作用；礦物（化石燃料） 燃料的燃燒；海水吸收成為碳酸鹽 而沉淀；碳酸

20、鹽吸收二氧化碳成 為碳酸氫鹽而分解；火山爆發(fā)、森林火災(zāi)；,57,氮循環(huán),,氮循環(huán),58,,氮循環(huán),固氮菌、藍(lán)綠藻的固氮；植物從土壤中的吸收；動物食用植物的攝??；動植物尸體的分解；土壤中硝酸鹽的反硝化；化肥的生產(chǎn)和使用；火山爆發(fā)；,59,磷循環(huán),P38,天然來源,通過天然侵蝕和人工開采進(jìn)入水體或食物鏈,經(jīng)短期循環(huán)后進(jìn)入深海沉積層中,60,（3）信息傳遞,信息在生態(tài)系統(tǒng)中表現(xiàn)為多種形式，主要有營養(yǎng)信息、化學(xué)信息、

21、物理信息、遺傳信息和行為信息。,生態(tài)系統(tǒng)的另一個功能就是信息傳遞功能,61,北極狐是以北極兔為食的；北極狐可以懷單胎，也可以懷雙胎，而這是取決于北極兔的多少；北極兔的數(shù)量多，懷雙胎；數(shù)量少則懷單胎。,北極狐和北極兔,62,難道是北極兔告訴北極狐自己的數(shù)量嗎？顯然不可能，這只能是生態(tài)系統(tǒng)中某些物理信息、化學(xué)信息等在起作用。,北極狐和北極兔,63,北極狐,北極兔,64,三、生態(tài)平衡,1、生態(tài)平衡的概念,如果某生態(tài)系統(tǒng)各組成成分在較長

22、時間內(nèi)保持相對協(xié)調(diào)，物質(zhì)和能量的輸出接近相等，結(jié)構(gòu)與功能長期處于穩(wěn)定狀態(tài)，在外來干擾下，能通過自我調(diào)節(jié)恢復(fù)到最初的穩(wěn)定狀態(tài)，則這種狀態(tài)可稱為生態(tài)平衡。,65,三、生態(tài)平衡,1、生態(tài)平衡的概念,,生態(tài)平衡包括三個方面： 結(jié)構(gòu)上的平衡; 功能上的平衡; 輸入和輸出物質(zhì)數(shù)量上的平衡。,66,三、生態(tài)平衡,2、生態(tài)平衡的特點,,生態(tài)平衡是相對的、動態(tài)的平衡。在系統(tǒng)各組分之間、生物與環(huán)境之間不斷的物質(zhì)、能量與信息的流動，使得生態(tài)系

23、統(tǒng)中舊的平衡不斷打破，新的平衡不斷建立。只有這樣，地球才會由一片死寂變得生機(jī)盎然。,67,三、生態(tài)平衡,2、生態(tài)平衡的特點,,絕對的平衡則意味著沒有發(fā)展和變化。但這種變化如果太快，則系統(tǒng)各組分之間處于一個相對不穩(wěn)定的狀態(tài)，會產(chǎn)生一系列嚴(yán)重的問題，生物不能適應(yīng)這種變化則導(dǎo)致物種的大量滅絕。,68,三、生態(tài)平衡,3、生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)變化,生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定取決于植物、食草動物、食肉動物、分解者之間平衡的相互關(guān)系,植被,分解者,食草動物,食肉動物

24、,69,三、生態(tài)平衡,,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，其調(diào)節(jié)能力也越強(qiáng)。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。,生物多樣性,4、生態(tài)平衡的原因,70,破壞生態(tài)平衡的因素,5、破壞生態(tài)平衡的因素,71,破壞生態(tài)平衡的因素,5、破壞生態(tài)平衡的因素,72,人類對生態(tài)系統(tǒng)的影響,1、過去一個世紀(jì)來，地球上有一半的濕地消失。

25、 2、毀林造田使得地球森林覆蓋率下降了20％－50％。 3、地球上有9％的樹種瀕臨滅絕。 4、地球上70％的海洋魚類面臨濫捕濫撈的威脅，有些已處于生存極限狀態(tài)。,73,人類對生態(tài)系統(tǒng)的影響,5、近半個世紀(jì)來，全球有2／3的農(nóng)業(yè)用地發(fā)生水土流失現(xiàn)象。 6、由于攔河造壩或修建其它水利設(shè)施，使全球60％的大型河流系統(tǒng)遭到破壞、水流速度減緩，河流源頭與其入?？谥g的落差增加了2倍。,74,1、生物多樣性定義 指的是地球

26、上生物圈中所有的動物、植物和微生物，以及它們所擁有的基因和生存環(huán)境。,變幻萬千的植物世界圖片資料來源：世界自然基金會（WWF）,四、生物多樣性,75,變幻萬千的動物世界圖片資料來源：世界自然基金會（WWF）,,變幻萬千的動物世界,76,2、生物多樣性的內(nèi)容（1）基因多樣性（也叫遺傳多樣性）；（2）物種多樣性；（3）生態(tài)環(huán)境多樣性。,77,2、生物多樣性的意義（1） 是大自然造就的基因資源庫。,,生物多樣性具有很高的價值，

27、最為寶貴的是：它是大自然造就的基因資源庫。每一個物種都有一套自己獨特的基因，這是物種在漫長的進(jìn)化過程中既順應(yīng)了自然，又保留下了自己物種特性的基因組合，極為珍貴，而且不可再生。在這方面，人類的知識幾乎為零。,78,2、生物多樣性的意義（2）是一座巨大的、可再生的資源寶庫。,,對于人類的使用價值來說，許多植物成分是人類治療疾病所離不開的藥物成分。人類在日常生活中使用的各類纖維、油脂、芳香油、去污劑、膠和建筑材料等，就能來自大自然中

28、多種不同的生物資源。所以說，充滿了生物多樣性的地方是一座巨大的、可再生的資源寶庫。,79,在地球的陸地生態(tài)系統(tǒng)中，生物多樣性最為豐富的區(qū)域是熱帶雨林。那里生活著世界上50%的物種。但由于森林砍伐、濫捕亂獵和環(huán)境污染，全世界的物種在以每天幾十種的速度消失。這是地球資源的巨大損失。,可憐的熱帶雨林,80,因為一個物種滅絕之后，永不再生，而消失的物種還會通過生物鏈引起其它物種的消失。所以，保護(hù)生物多樣性是當(dāng)今保護(hù)地球環(huán)境的重大課題之一。,

29、81,1、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。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；,五、生態(tài)學(xué)的一般規(guī)律,82,1、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,,（2）通過“食物”而相互聯(lián)系與制約 -------“相生相克”規(guī)律；就是每一種生物在食物鏈和食物網(wǎng)中，都占

30、據(jù)一定的位置，并具有特定的作用。,五、生態(tài)學(xué)的一般規(guī)律,83,2、物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化與再生規(guī)律,,要防止有毒物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)，以免有毒物質(zhì)經(jīng)多次循環(huán)后富集到危害人類的程度。,五、生態(tài)學(xué)的一般規(guī)律,注意,84,3、物質(zhì)輸入輸出的動態(tài)平衡規(guī)律,,防止輸入不足（如施肥不足）；防止輸入過多（如富營養(yǎng)化、重金屬）。,五、生態(tài)學(xué)的一般規(guī)律,85,4、相互適應(yīng)與補(bǔ)償?shù)膮f(xié)同進(jìn)化規(guī)律,,生物與環(huán)境之間存在著作用與反作用的 過程，即生物給環(huán)境以影

31、響，反過來環(huán)境也會影響生物，如地衣的生長。,五、生態(tài)學(xué)的一般規(guī)律,86,5、環(huán)境資源的有效極限規(guī)律,,生物賴以生存的環(huán)境資源在質(zhì)量、數(shù)量、空間和時間等方面都有一定的限度，因而不能過度放牧、捕魚、狩獵、超標(biāo)排放污染物等。,五、生態(tài)學(xué)的一般規(guī)律,第三章 生態(tài)學(xué)基礎(chǔ),1.種群： 2.群落：3.生態(tài)系統(tǒng)：4.食物鏈：5.食物網(wǎng)：6、生物多樣性：7.生態(tài)平衡：8.生態(tài)系統(tǒng)的分類：9.生態(tài)系統(tǒng)的功能：11. 生態(tài)系統(tǒng)的組成12、