環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展生態(tài)學基礎知識(1)ppt課件

1、第一章生態(tài)學根底知識第一節(jié)概述一、生態(tài)學及其開展 一生態(tài)學的定義 生態(tài)學Ecology一詞最早是由德國生物學家黑格爾于1869年提出的。他把生態(tài)學定義為“自然界的經(jīng)濟學。其英文詞首和經(jīng)濟學Economics是一樣的，均來自于希臘文，表示家庭居處或環(huán)境的意思，可見，生態(tài)學與經(jīng)濟學、家庭、環(huán)境等有著親密的關系。后來有的學者把生態(tài)學定義為“研討生物或生物群體與其環(huán)境的關系，或生活著的生物與其環(huán)境之間相互聯(lián)絡的科學。 我國著名生態(tài)學家馬世駿把生態(tài)學定義為“研討生物與環(huán)境之間相互關系及其作用機理的科學。生態(tài)學中所說的生物包含植物、動物和微生物。最近，由于人類環(huán)境問題和環(huán)境科學的開展，生態(tài)學也擴展到人類生

2、活和社會形狀等方面，把人類這終身物種也列入生態(tài)系統(tǒng)中，來研討并闡明整個生物圈內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的相互關系問題。 二生態(tài)學的開展 生態(tài)學原是一門研討生物與其生活環(huán)境相互關系的科學，是生物學的重要分科之一。初期主要研討植物，后來逐漸涉及動物和人類。目前，隨著現(xiàn)代科學技術的開展并向生態(tài)學的不斷浸透，賦予它新的內(nèi)容和動力，使其成為多學科、較活潑的科學領域之一。 二、生態(tài)系統(tǒng) 一生態(tài)系統(tǒng)的概念 生物自從在地球上出現(xiàn)以來就與自然環(huán)境有著密不可分的關系，長期以來構成了相互依存、相互制約的關系。地球上的生物非常龐雜，其中包括動物2000萬種以上，植物30多萬種，微生物10多萬種。這些生物經(jīng)過新陳代謝不斷與環(huán)境進展著物

3、質的交換、能量的傳送和信息的交流，從而引起環(huán)境與生物本身的變化。生物在長期的進化中對環(huán)境具有依靠性和順應性，但生物也不是被動的順應環(huán)境，生物也具有其本身獨特的遺傳特性。生物遭到環(huán)境的影響，反過來又作用于環(huán)境。 一個生物物種在一定的范圍內(nèi)一切個體的總和稱為生物種群Population；在一定自然區(qū)域的環(huán)境條件下，許多不同種的生物相互依存，構成了有著親密關系的群體，稱為生物群落Community。隨著環(huán)境條件的千差萬別，地球上出現(xiàn)了各種各樣的生物群落森林、草原、荒漠等等。而特定的生物群落又維持了相應的環(huán)境條件。一旦生物群落發(fā)生變化，也會影響到環(huán)境條件的變化。因此，人們把生物群落與其周圍非生物環(huán)境的

4、綜合體，稱為生態(tài)系統(tǒng)Ecosystem，也即生命系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)在特定空間的組合。 在生態(tài)系統(tǒng)中，各種生物彼此間以及生物與非生物的環(huán)境要素之間相互作用，關系親密，而且不斷進展著物質的交換、能量的傳送和信息的交流。目前，人類所生活的生物圈內(nèi)有無數(shù)大小不等的生態(tài)系統(tǒng)。 二生態(tài)系統(tǒng)的組成生態(tài)系統(tǒng)是由四個部分組成的見以下圖消費者消費者分解者無生命物質能量物質熱量消費者：主要是綠色植物，凡能進展光協(xié)作用制造有機物的植物種類，包括單細胞藻類，均屬于消費者。還有一些能利用化學能把無機物轉化為有機物的化能自養(yǎng)型微生物，也應列入消費者之列。 消費者：主要是動物，又分為一級消費者如草食性動物；二級消費者如肉食動物；

5、等等。 分解者：指各種具有分解才干的微生物，也包括一些微型動物，如鞭毛蟲，土壤線蟲等。 微生物真菌橙蓋傘分解者無生命物質：指生態(tài)系統(tǒng)中的各種無生命的無機物、有機物和各種自然要素如土壤、空氣、水等。 太陽消費者一級消費者二級消費者簡化的陸地生態(tài)系統(tǒng)簡化的池塘生態(tài)系統(tǒng)一級消費者浮游生物二級消費者三級消費者 消費者浮游植物分解者微生物分解者圖2-2三生態(tài)系統(tǒng)的構造 1、生態(tài)系統(tǒng)的形狀構造：生態(tài)系統(tǒng)的生物種類，種群數(shù)量、種的空間配置程度分布、垂直分布、種的時間變化發(fā)育、季相等構成了生態(tài)系統(tǒng)的形狀構造。如：在森林生態(tài)系統(tǒng)中，有各種喬木、灌木和草本植物，有各種動物和復雜的微生物種群。它們各自的數(shù)量、空間的

6、分布和種的時間的變化就構成了森林生態(tài)系統(tǒng)特有的形狀構造。 生態(tài)系統(tǒng)中物種的類型、分布、空間配置2、生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)構造：生態(tài)系統(tǒng)各組成部分之間建立起來的營養(yǎng)關系，構成了生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)構造。它是生態(tài)系統(tǒng)中能量流動和物質循環(huán)的根底。 生態(tài)系統(tǒng)中，由食物關系把多種生物聯(lián)接起來，一種生物以另一種生物為食，另一種生物再以第三種生物為食，彼此構成一個以食物聯(lián)接起來的鏈鎖關系，稱為食物鏈。比如：老鼠以農(nóng)作物為食，而鼬鼠又以老鼠為食，這就構成了一個最簡單的食物鏈。再如：碎屑-蘑菇-昆蟲-蛙-蛇-鷹就構一個較為復雜的食物鏈。 按照生物間的相互關系，普通可把食物鏈分為： 捕食性食物鏈，即由一些以其他動物為食的動物構

7、成的食物鏈。例如由狐貍和野兔構成的食物鏈。 碎食性食物鏈，是由一些食碎屑生物構成的。諸如禿鷲、蚯蚓、千足蟲、白蟻、蟻和甲蟲等。 寄生性食物鏈，是由一些寄生性生物構成的。它們是與其“捕獲物建立起一種嚴密地聯(lián)絡，長期地以“捕獲物為生。比如：動物腸內(nèi)的絳蟲、寄生在動物體外的蜱、虱或七鰓鰻以及一些植物如菟絲子、槲寄生等。 腐生性食物鏈，是由腐生性生物構成的。如水晶蘭、真菌等。 在一個生態(tài)系統(tǒng)中，食物關系往往復雜，各種食物鏈相互交錯，構成所謂食物網(wǎng)。能量的流動，物質的遷移和轉化，就是經(jīng)過食物鏈或食物網(wǎng)進展的。見以下圖 1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)四生態(tài)系統(tǒng)的功能 生

8、態(tài)系統(tǒng)中能量流動、物質循環(huán)和信息聯(lián)絡構成了生態(tài)系統(tǒng)的根本功能。 1、生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動 生態(tài)系統(tǒng)中全部生命活動所需求的能量均來自太陽。太陽能在生態(tài)系統(tǒng)中的流動是按熱力學定律進展的。熱力學第一定律通知我們：“在一個封鎖系統(tǒng)中我們通常把以地球為中心包括太陽在內(nèi)的宇宙環(huán)境看成是一個封鎖系統(tǒng)，能量和物質是不能產(chǎn)生或消滅的。即能量和物質不能憑空產(chǎn)生也不能憑空消亡。 熱力學第二定律通知我們：“熵在添加。根據(jù)這一定律，從一種能向另一種能的任何轉換都不是完全有效的，能的消費是不可逆的過程。在能量的轉換過程中，總有一些能量失掉了。因此，假設沒有新的能量從外部投入，一個封鎖系統(tǒng)最終會耗盡其能量。由于生命需求能量

9、，能量耗盡了，生命也就停頓了。當然，地球并不是封鎖系統(tǒng)，地球從太陽得到能量。 環(huán)境卡片能量流動的1/10規(guī)律 在生態(tài)系統(tǒng)中，能量從植物體內(nèi)轉移至草食動物體內(nèi)時大約為總能量的1/10，而再轉移到肉食動物體內(nèi)時，為草食動物能量的1/10左右。普通說來，能量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，這就是說，在能量流動過程中，約有9/10的損失掉了。 2、生態(tài)系統(tǒng)中的物質循環(huán) 生態(tài)系統(tǒng)中的一切生物動物、植物、微生物和非生物的環(huán)境，都是由運動著的物質構成的。并在地球長期的演化過程中建立起來了各種循環(huán)體系。其中碳、氫、氧、氮、硫、磷等的循環(huán)是

10、生態(tài)系統(tǒng)根本的物質循環(huán)。錳、鋅、銅、鉬、鈷、鈣、鎂、鉀等微量元素，也在生態(tài)系統(tǒng)中的構成了各自的循環(huán)。而與人類環(huán)境關系比較親密的主要有水、碳、氮、三大循環(huán)。 水循環(huán) 碳循環(huán) 氮循環(huán) 3、生態(tài)系統(tǒng)中的信息聯(lián)絡 在生態(tài)系統(tǒng)的各組成部分之間及各組分內(nèi)部，伴隨著能量和物質的傳送與流動還同時存在著各種信息的聯(lián)絡，而這些信息把生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)成一個一致的整體，起著推進物質流動、能量傳送的作用。信息在生態(tài)系統(tǒng)中表現(xiàn)為多種方式，主要有營養(yǎng)信息、化學信息、物理信息、遺傳信息和行為信息。 環(huán)境專欄北極狐和北極兔 據(jù)科學家們察看，生活在北極地域的北極狐是以北極兔為食的。北極狐一胎可以懷單胎，也可以懷雙胎。而這是取決于北極兔

11、的多少。北極兔的數(shù)量多，懷雙胎；數(shù)量少那么懷單胎。這對于維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡是至關重要的。難道是北極兔通知北極狐本人的數(shù)量嗎？顯然不能夠，這只能是生態(tài)系統(tǒng)中某些類似物理、化學等信息在起作用。 北極狐北極兔三、系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定 在任何一個正常的生態(tài)系統(tǒng)中，能量流動和物質循環(huán)總是不斷地進展著，但在一定的時期內(nèi)，消費者、消費者和分解者之間都堅持著一種相對的平衡形狀，這種平衡是動態(tài)的平衡，不是靜止的平衡。系統(tǒng)內(nèi)部的要素和外界要素的變化，尤其是人為的要素，都能夠對系統(tǒng)產(chǎn)生影響，并引起系統(tǒng)的改動，甚至破壞系統(tǒng)的平衡。 第二節(jié)生態(tài)平衡及生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)變化一、生態(tài)平衡的概念 假設某生態(tài)系統(tǒng)各組成成分在較長時間內(nèi)

12、堅持相對協(xié)調(diào)，物質和能量的輸出接近相等，構造與功能長期處于穩(wěn)定形狀，在外來干擾下，能經(jīng)過自我調(diào)理恢復到最初的穩(wěn)定形狀，那么這種形狀可稱為生態(tài)平衡。生態(tài)平衡包括三個方面：即構造上的平衡、功能上的平衡以及輸入和輸出物質數(shù)量上的平衡。 生態(tài)平衡是相對的平衡、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、能量與信息的流動，使得生態(tài)系統(tǒng)中舊的平衡不斷突破，新的平衡不斷建立。只需這樣，地球才會由一片死寂變得活力盎然。絕對的平衡那么意味著沒有開展和變化。但這種變化假設太快，那么系統(tǒng)各組分之間不能夠有一個相對穩(wěn)定的相互關系，會產(chǎn)生一系列嚴重的問題，生物不能順應這種變化那么導致物種的大量滅絕。 環(huán)境專

13、欄生態(tài)系統(tǒng)相互依存非洲的毛里求斯，曾有兩種特有的生物，一種是渡渡鳥，另一種是大顱欖樹。渡渡鳥是一種不會飛的鳥，它身體大，行動緩慢，樣子有點丑陋。由于沒有天敵，它們在樹林里建窩孵蛋，繁衍后代。大顱欖樹是一種珍貴的樹木，樹干挺拔，木質鞏固，樹冠秀美。渡渡鳥在其間生活。十六七世紀，帶著來福槍和獵犬的歐洲人來到毛里求斯。不會飛、跑不快的渡渡鳥被槍打狗咬，鳥飛蛋打，沒有多少年越來越少。1681年，最后一只渡渡鳥也被人類殺死了！ 奇異的事情發(fā)生了，自從渡渡鳥滅絕以后，大顱欖樹也日漸稀少，似乎患上了不育癥。到20世紀80年代，毛里求斯只剩下13株大顱欖樹了，眼看這種樹木就要從地球上消逝了 1981年，美國生

14、態(tài)學家坦普爾來到毛里求斯，他細心地測定了大顱欖樹的年輪，發(fā)現(xiàn)樹齡正好是300年，也就是說，渡渡鳥滅絕之日，也正是大顱欖樹絕育之時。他終于在找到的一個渡渡鳥遺骸中發(fā)現(xiàn)了：在渡渡鳥的遺骸中發(fā)現(xiàn)了幾顆大顱欖樹的種子，原來渡渡鳥喜歡吃這種樹木的果實。 他把大顱欖樹的種子給與渡渡鳥比較類似的吐綬鳥吃下后，從糞便中排出種子的外殼被消化了一層，種在苗圃后，終于發(fā)出了新芽。 二、生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)變化 生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定取決于平衡的相互關系 一生態(tài)系統(tǒng)的演替 一些生態(tài)系統(tǒng)，依托本身的開展和活動的本性，一方面消滅某些物種，另一方面又允許別的物種侵入，以此來改動它們的環(huán)境。因此，在占領這個地域的各種生物中，存在著一種漸近

15、的變化。最后，一個生態(tài)系統(tǒng)能夠被另一個生態(tài)系統(tǒng)全部替代。生態(tài)系統(tǒng)中的這種變化過程就叫做演替。 1、原生演替 假設這個地域先前沒有生物占領，那么，一個生態(tài)系統(tǒng)被另一個生態(tài)系統(tǒng)所替代的過程就稱為原生演替。 裸露的巖石外表被生物逐漸侵入，最后變成了森林生態(tài)系統(tǒng)就是一個典型的范例。 2、次生演替 開場于次生裸地或原生蕪原不存在植被，但在土壤或基質中保管有植物繁衍體的裸露地段上的演替。比如，當一個地域被開墾，后又被廢棄時，這個地域在開墾前的優(yōu)勢生態(tài)系統(tǒng)，將經(jīng)過一系列明顯的階段而得到恢復。由于這是重建原來就曾經(jīng)有的生態(tài)系統(tǒng)，所以把這個過程叫做次生演替。 3、頂極生態(tài)系統(tǒng) 這是演替到最后階段的一種生態(tài)系統(tǒng)。

16、全部已有的物種繼續(xù)彼此按比例繁衍，并不再發(fā)生變化的平衡形狀稱為頂極。這個系統(tǒng)也就叫做頂極生態(tài)系統(tǒng)。頂極生態(tài)系統(tǒng)的類型依這個地域占優(yōu)勢的非生物要素的不同而異。在炎熱的干旱地域，頂極是熱帶荒漠生態(tài)系統(tǒng)；在炎熱的潮濕地域，頂極是熱帶雨林。 二影響生態(tài)系統(tǒng)演替變化的要素 當生態(tài)系統(tǒng)的演替進展到頂極時，那么可以了解為到達了動態(tài)的平衡。這種平衡也不是一成不變的，特別是當自然要素和人為要素的劇烈干擾和變動，往往破壞了生態(tài)平衡。 1、自然要素 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要素。如火山迸發(fā)、山崩海嘯、水旱災禍、地震、臺風、流行病等自然災禍，都會使生態(tài)平衡遭到破壞。 2、人為

17、要素 主要指人類對自然資源的不合理利用、盲目開展消費帶來的環(huán)境污染等問題。 環(huán)境專欄人類對生態(tài)系統(tǒng)的影響到達極限 1、過去一個世紀來，地球上有一半的濕地消逝。 2、毀林造田使得地球森林覆蓋率下降了2050。 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要挾，有些已處于生存極限形狀。 5、近半個世紀來，全球有23的農(nóng)業(yè)用地發(fā)生水土流失景象。 6、由于攔河造壩或建筑其它水利設備，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的落差添加了2倍。 三、生態(tài)學的普通規(guī)律 一相互依存與相互制約規(guī)律 相互依存與相互制約，反映了生物間的協(xié)調(diào)關系，是構成生物群落

18、的根底。生物間的這種協(xié)調(diào)關系主要分為兩類： 1、普遍的依存與制約，亦稱“物物相關規(guī)律。有一樣生理、生態(tài)特性的生物，占據(jù)與之相適宜的小生境，構成生物群落或生態(tài)系統(tǒng)。系統(tǒng)中不僅同種生物相互依存、相互制約，異種生物系統(tǒng)內(nèi)各部分間也存在依存與制約的關系；不同群落或系統(tǒng)之間，也同樣存在依存與制約關系，亦可說彼此影響。 2、經(jīng)過“食物而相互聯(lián)絡與制約的協(xié)調(diào)關系，亦稱為“相生相克規(guī)律。詳細方式就是食物鏈和食物網(wǎng)。即每一種生物在食物鏈或食物網(wǎng)中，都占據(jù)一定的位置，并具有特定的作用。各生物物種之間相互依賴、彼此制約、協(xié)同進化。被食者為捕食者提供生存條件，同時又為捕食者控制；反過來，捕食者又受制于被食者，彼此相生相克，使整個體系或群落成為協(xié)調(diào)的整體。 二物質循環(huán)與再生規(guī)律 生態(tài)系統(tǒng)中，植物、動物、微生物和非生物成分，借助能量的不停流動，一方面不斷地從自然界攝取物質并合成新的物質，另一方面又隨時分解為原來的簡單物質，即所謂“再生，重新被植物所吸收，進展著不停頓的物質循環(huán)。 三物質輸入輸出的動態(tài)平衡規(guī)律 物質的輸入輸出規(guī)律又稱為協(xié)調(diào)穩(wěn)定規(guī)律，它涉及生物、環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)三個方面。當一個生態(tài)系統(tǒng)不受人類活動干擾時，生物與環(huán)境之間的輸入與輸出，是相互對立的關系，生物體進展輸入時，環(huán)境必然進展輸出，反之亦然。生物體一方面從環(huán)境攝取物質