生態(tài)學(xué)基本原理與生態(tài)保護課件

第四章

生態(tài)學(xué)基本原理與生態(tài)保護生態(tài)學(xué)的定義

生態(tài)系統(tǒng)的組成和類型

生態(tài)系統(tǒng)的功能

生態(tài)平衡的理念

生態(tài)環(huán)境的保護第一節(jié)第三節(jié)第二節(jié)第四章

生態(tài)學(xué)基本原理與生態(tài)保護生態(tài)學(xué)的定義

生態(tài)系統(tǒng)的組成1第一節(jié)概述

隨著糧食、人口、能源和環(huán)境等一系列世界性問題的出現(xiàn)，推動了生態(tài)學(xué)的發(fā)展，生態(tài)學(xué)的基本原則不僅被看作是環(huán)境科學(xué)重要的理論基礎(chǔ)，也被看成是社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的理論基礎(chǔ)。第一節(jié)概述隨著糧食、人口、能源和環(huán)境2生態(tài)學(xué)的定義生態(tài)學(xué)（Ecology）是研究生物與環(huán)境之間相互關(guān)系及其作用機理的科學(xué)。

德國生物學(xué)家恩斯特??？藸柹铮褐参?、動物和微生物；環(huán)境：各種生物特定的生存環(huán)境，包括非生物環(huán)境和生物環(huán)境。非生物環(huán)境——由光、熱、空氣、水分和各種無機元素組成；生物環(huán)境——由作為主體生物以外的一切生物組成。

生態(tài)學(xué)的定義生態(tài)學(xué)（Ecology）是研究生物與環(huán)境之間相互3生態(tài)學(xué)的分支—結(jié)構(gòu)層次個體生態(tài)學(xué)研究一個生物個體或一種生物多個個體與環(huán)境之間的關(guān)系；族群生態(tài)學(xué)研究一種或親緣關(guān)系較近的幾種生物種群與環(huán)境之間的關(guān)系；群落生態(tài)學(xué)研究生活在同一環(huán)境中的所有生物與環(huán)境之間的關(guān)系………….生態(tài)學(xué)的分支—結(jié)構(gòu)層次個體生態(tài)學(xué)研究一個生物個體或一種生物多4陸地生態(tài)學(xué)水域生態(tài)學(xué)森林生態(tài)學(xué)生態(tài)學(xué)的分支—棲居環(huán)境草原生態(tài)學(xué)荒漠生態(tài)學(xué)土壤生態(tài)學(xué)海洋生態(tài)學(xué)湖泊生態(tài)學(xué)流域生態(tài)學(xué)陸地生態(tài)學(xué)水域生態(tài)學(xué)森林生態(tài)學(xué)生態(tài)學(xué)的分支—棲居環(huán)境草原生態(tài)5與非生命科學(xué)結(jié)合數(shù)學(xué)生態(tài)學(xué)生態(tài)學(xué)的分支—與其他科學(xué)結(jié)合物理生態(tài)學(xué)化學(xué)生態(tài)學(xué)經(jīng)濟生態(tài)學(xué)生理生態(tài)學(xué)行為生態(tài)學(xué)遺傳生態(tài)學(xué)………與生命科學(xué)其他分支結(jié)合進化生態(tài)學(xué)與非生命科學(xué)結(jié)合數(shù)學(xué)生態(tài)學(xué)生態(tài)學(xué)的分支—與其他科學(xué)結(jié)合物理生6農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)醫(yī)學(xué)生態(tài)學(xué)工業(yè)資源生態(tài)學(xué)環(huán)境保護生態(tài)學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)生態(tài)信息學(xué)城市生態(tài)學(xué)景觀生態(tài)學(xué)………….生態(tài)學(xué)的分支—分支學(xué)科農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)生態(tài)學(xué)的分支—分支學(xué)科7個體生態(tài)學(xué)研究一個生物個體或一種生物多個個體與環(huán)境之間的關(guān)系；族群生態(tài)學(xué)研究一種或親緣關(guān)系較近的幾種生物種群與環(huán)境之間的關(guān)系；群落生態(tài)學(xué)研究生活在同一環(huán)境中的所有生物與環(huán)境之間的關(guān)系文化生態(tài)學(xué)研究文化的集群和競爭的環(huán)境對于文化進程的影響與推動作用………….生態(tài)學(xué)的分支—棲居環(huán)境個體生態(tài)學(xué)研究一個生物個體或一種生物多個個體與環(huán)境之間的關(guān)系8生態(tài)系統(tǒng)的定義生態(tài)系統(tǒng)（Ecosystem）是自然界一定空間的生物與環(huán)境之間相互作用、相互制約，不斷演變，達(dá)到動態(tài)平衡、相對穩(wěn)定的統(tǒng)一整體，是具有一定結(jié)構(gòu)和功能的單位。

英國生態(tài)學(xué)家阿瑟?喬治?斯坦利（原文）Ecosystemisthewholesystem,…includingnotonlytheorganism-complex,butalsothewholecomplexofphysicalfactorsformingwhatwecalltheenvironment…

生態(tài)系統(tǒng)的定義生態(tài)系統(tǒng)（Ecosystem）是自然界一定空間9生態(tài)系統(tǒng)的組成生態(tài)系統(tǒng)無生命物質(zhì)生產(chǎn)者消費者分解者生態(tài)系統(tǒng)的組成生態(tài)系統(tǒng)無生命物質(zhì)生產(chǎn)者消費者分解者10生態(tài)系統(tǒng)的組成1）生產(chǎn)者：指能進行光合作用的各種綠色植物、藍(lán)綠藻和某些化能合成細(xì)菌。又稱為自養(yǎng)生物。2）消費者：指以其他生物為食的各種動物（植食動物、肉食動物、雜食動物和寄生動物等）3）分解者：指分解動植物殘體、糞便和各種有機物的細(xì)菌、真菌、原生動物、蚯蚓和禿鷲等食腐動物。消費者和分解者又稱為異養(yǎng)生物。4）無生命物質(zhì)：包括無機物、有機物和自然因素；無機物：包括氮、氧、二氧化碳和各種無機鹽等。

有機物：包括蛋白質(zhì)、糖類、脂類和土壤腐殖質(zhì)等。

自然因素：包括太陽輻射、溫度、濕度、風(fēng)和降水等生態(tài)系統(tǒng)的組成1）生產(chǎn)者：指能進行光合作用的各種綠色植物、藍(lán)11生態(tài)系統(tǒng)的類型

根據(jù)生態(tài)條件：水生生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)水生生態(tài)系統(tǒng)：海洋生態(tài)系統(tǒng)和淡水生態(tài)系統(tǒng)；淡水生態(tài)系統(tǒng)：流水生態(tài)系統(tǒng)和靜水生態(tài)系統(tǒng)。陸地生態(tài)系統(tǒng)：森林、草原、荒漠、高山等。森林生態(tài)系統(tǒng)：熱帶、亞熱帶、溫帶和寒溫帶森林等。過渡生態(tài)系統(tǒng)：濕地生態(tài)系統(tǒng)。濕地生態(tài)系統(tǒng)：不問其為天然或人工、常久或暫時之沼澤地、濕原、泥炭地或水域地帶,帶有靜止或流動、或為淡水、半咸水或咸水水體者,包括低潮時水深不超過6m的水域。（1971年，拉姆薩爾，《關(guān)于特別是作為水禽棲息地的國際重要濕地公約》）生態(tài)系統(tǒng)的類型根據(jù)生態(tài)條件：水生生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)12生態(tài)系統(tǒng)的類型

根據(jù)人為的影響或干預(yù)程度自然生態(tài)系統(tǒng)：沒有或者沒有明顯地被人類改造的生態(tài)系統(tǒng)熱帶雨林、海洋、江河湖泊、高山；人工生態(tài)系統(tǒng)：以人類活動為生態(tài)環(huán)境中心，按照人類的理想要求建立的生態(tài)系統(tǒng)。城市、農(nóng)田、人工造林、人工濕地、草坪等。半自然生態(tài)系統(tǒng)：一個經(jīng)過人類改造，但仍保留著本身重要元素的生態(tài)系統(tǒng)。自然保護區(qū)、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)等。生態(tài)系統(tǒng)的類型根據(jù)人為的影響或干預(yù)程度13生物圈2號工程生物圈2號工程（Biosphere2）美國為了探索生態(tài)系統(tǒng)奧秘，試驗人類離開地球能否生存，在亞利桑那州圖森市以北沙漠中建造的幾乎完全與外部世界隔絕的、內(nèi)部有著類似地球的各種生態(tài)系統(tǒng)的科學(xué)實驗基地。生物圈2號實驗失敗最主要的啟示是：目前最好的辦法還是保護和利用好地球，進行環(huán)境保護和生態(tài)恢復(fù)是實現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展的必由之路。生物圈2號工程生物圈2號工程（Biosphere2）14生物圈2號工程由美國前橄欖球運動員約翰·艾倫發(fā)起,并與幾家財團聯(lián)手出資,委托空間生物圈風(fēng)險投資公司承建,歷時8年,耗資1.5億美元，占地1.3萬m2，采用了全封閉的鋼筋與玻璃結(jié)構(gòu)，僅有陽光、電和信息與外界相通。引入了3800多種生物(植物、動物、微生物)布置成森林生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)、水和沼澤生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)和海洋生態(tài)系統(tǒng)，還有供研究人員生活用的樓房和人造風(fēng)雨設(shè)施。設(shè)計壽命100年。1991年9月26日投入運行，并進行實驗。1996年9月，由數(shù)百名科學(xué)家組成的委員會對實驗進行了總結(jié)。到后期，“生物圈2號”中的植物幾乎滅絕，必須注入氧氣才能維持人員生存。他們認(rèn)為，在現(xiàn)在技術(shù)條件下，人類無法模擬一個類似地球、可供人類生存的生態(tài)環(huán)境。生物圈2號實驗失敗的原因：氧氣未能順利循環(huán)。生物圈2號工程由美國前橄欖球運動員約翰·艾倫發(fā)起,并與幾家15迷你地球迷你地球迷你地球”位于日本北部沿海的青森縣六所村，面積只有4700平方米，是3個由不銹鋼走廊連接的體育館式建筑。整套設(shè)施耗資6500萬美元，于2000年建成，眼下研究人員已經(jīng)開始進行前期試驗。模擬封閉空間內(nèi)氧氣和二氧化碳在植物、人類和動物之間的循環(huán)2個人，2只羊迷你地球迷你地球16新華網(wǎng)東京９月１３日電（記者何德功）日本在封閉空間“迷你地球”進行的為期一周自給自足的實驗１３日順利結(jié)束，“迷你地球”送走了第一批“迷你地球人”。參加實驗的研究員筱原正典在當(dāng)天的記者招待會上說：“兩名‘迷你地球人’靠自己培育的植物釋放出的氧氣度過一周時光，我感到實在了不起。通過這次實驗自己對植物更加情有獨鐘，今后會更珍愛植物。”筱原正典準(zhǔn)備２００９年在“迷你地球”居?。磦€月，向封閉空間發(fā)起新的挑戰(zhàn)。迷你地球新華網(wǎng)東京９月１３日電（記者何德功）日本在封閉空間“迷你地球17“迷你地球”實驗從本月６日開始，實驗的目的之一是，調(diào)查食物等所含的碳是如何在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)的?！懊阅愕厍颉笔侨毡矩攬F法人環(huán)境科學(xué)技術(shù)研究所２０００年建造的，總面積５０００平方米，其中１０％的空間全部密封，在密封空間里除了植物栽培區(qū)外，還有羊圈和供兩名研究人員居住的一室一廳。兩名研究人員和兩只山羊靠吃在植物栽培室收獲的大米和蔬菜生活了一周?？茖W(xué)家預(yù)計，人類到２０５０年可以到月球旅行，２０１０年登上火星會夢想成真，“迷你地球”作為一種宇宙空間生存技術(shù)將來不可缺少。http:///GB/25892/3694131.html迷你地球“迷你地球”實驗從本月６日開始，實驗的目的之一是，調(diào)查18日本環(huán)境科學(xué)研究所負(fù)責(zé)“迷你地球”的主要研究工作。這里的高級執(zhí)行主任、火箭科學(xué)家新田敬二信心十足，他說：“與生物圈2號最大的區(qū)別之一是，我們花費了大量的金錢和時間來設(shè)計和建立支持生命的系統(tǒng)?！薄懊阅愕厍颉睕]有使用土壤和依賴微生物，而是使用機器來人工分解和處理廢料。這個人工支持部分占據(jù)了整個場地的1/4。支持系統(tǒng)的中心部分是復(fù)原氧氣的處理機，使用高溫和電解水的辦法從二氧化碳中重新獲得氧氣。新田認(rèn)為，“迷你地球”所使用的機械甚至比美國航空航天局為國際空間站研發(fā)的同類設(shè)備效率更高?！拔蚁嘈旁谶@里開發(fā)的技術(shù)將來可以用于航天項目”。

迷你地球日本環(huán)境科學(xué)研究所負(fù)責(zé)“迷你地球”的主要研究工作。這里的高級19兩位科學(xué)家的生活區(qū)域也占據(jù)了“迷你地球”的1/4面積，有兩張床、電腦和固定的腳踏健身車。房間的角落安置著攝像頭，以監(jiān)控他們的安全狀況。相鄰的房間是用來飼養(yǎng)動物的。目前已有兩頭山羊接受了3周的血壓、體溫和心臟情況監(jiān)視，以確定它們是否能夠適應(yīng)封閉的環(huán)境。研究人員還嘗試在可以調(diào)控溫度、濕度和光線的房間里種植水稻和大約30種蔬菜。居住在“迷你地球”內(nèi)部的人只能從外部得到電力供應(yīng)和信息。內(nèi)外聯(lián)系是通過電話、電子郵件和因特網(wǎng)來實現(xiàn)的。/newsf/2002-12/L20021226123853.htm迷你地球兩位科學(xué)家的生活區(qū)域也占據(jù)了“迷你地球”的1/4面積20第二節(jié)

生態(tài)系統(tǒng)的功能

能量流動功能物質(zhì)循環(huán)功能信息傳遞功能

食物鏈和食物網(wǎng)是實現(xiàn)這些功能的保證第二節(jié)

生態(tài)系統(tǒng)的功能能量流動功能食物鏈和食物網(wǎng)是實現(xiàn)這21食物鏈和食物網(wǎng)

食物鏈：各種生物之間存在著的取食和被取食關(guān)系，物質(zhì)和能量通過這種關(guān)系在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)傳遞。

英國動物學(xué)家埃爾頓（C.S.Eiton），1927年，首次提出，“大魚吃小魚，小魚吃蝦米”食物鏈類型：捕食性、寄生性、腐生性、碎食性等食物鏈和食物網(wǎng)食物鏈：各種生物之間存在著的取食和被取食關(guān)系22食物鏈和食物網(wǎng)

食物網(wǎng)：實際上許多食物鏈經(jīng)常相互交叉，形成復(fù)雜的捕食關(guān)系，這種關(guān)系又稱為食物網(wǎng)。一般情況下，食物網(wǎng)越復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)就越穩(wěn)定。因為食物網(wǎng)中某個環(huán)節(jié)（物種）缺失時，其他相應(yīng)環(huán)節(jié)能起補償作用。相反食物網(wǎng)越簡單，則生態(tài)系統(tǒng)越不穩(wěn)定。物種之間的關(guān)系：競爭關(guān)系、共生關(guān)系食物鏈和食物網(wǎng)食物網(wǎng)：實際上許多食物鏈經(jīng)常相互交叉，形成復(fù)23營養(yǎng)級和生態(tài)金字塔

食物鏈上的各個環(huán)節(jié)稱為營養(yǎng)級。生產(chǎn)者為第一營養(yǎng)級，一級消費者為第二營養(yǎng)級，依此類推。營養(yǎng)級一般只有4－5級。凡在同一層次上的生物都屬于同一營養(yǎng)級，同一生物也可能隸屬于不同的營養(yǎng)級。低位營養(yǎng)級是高位營養(yǎng)級營養(yǎng)和能量的供應(yīng)者。但是，能量在食物網(wǎng)中流動時，轉(zhuǎn)移效率很低。低位營養(yǎng)級儲存的能量只有10％左右被高位營養(yǎng)級利用，這在生態(tài)學(xué)上稱為10％定律。為了保證生態(tài)系統(tǒng)中能量的流通，自然界就形成了生物量金字塔和能量金字塔。營養(yǎng)級和生態(tài)金字塔食物鏈上的各個環(huán)節(jié)稱為營養(yǎng)級。生產(chǎn)者為第24生態(tài)系統(tǒng)的能量流動

生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞和散失的過程。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入25（1）能量流動的起點：從生產(chǎn)者固定的全部太陽能開始。太陽能是生態(tài)系統(tǒng)能量的根源，通過光合作用實現(xiàn)。（2）生態(tài)系統(tǒng)能量流動的數(shù)量：

流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量，是生產(chǎn)者所固定的全部太陽光能。

化石燃料：煤、石油（1）能量流動的起點：從生產(chǎn)者固定的全部太陽能開始。（2）26生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動

地球是一個開放系統(tǒng)存在著能量的輸入和輸出；能量輸入的根本來源是太陽能；光合作用是植物固定太陽能的唯一有效途徑；化石燃料則在過去地質(zhì)年代固定和儲存了太陽能；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，在轉(zhuǎn)化的過程中，能量既不會消失，也不會增加，這就是能量守恒原理；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，能量的流動總是從集中到分散，從能量高向能量低的方向傳遞。

生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動地球是一個開放系統(tǒng)存在著能量的輸入和輸27（3）生態(tài)系統(tǒng)能量流動的特點：第一、能量流動不是循環(huán)的而是單向的：從生產(chǎn)者→初級消費者→次級消費者→三級消費者→……。第二、能量流動是逐級遞減的：傳遞率為10％～20％（3）生態(tài)系統(tǒng)能量流動的特點：第一、能量流動不是循環(huán)的而是單28十分之一定律

1941年美國耶魯大學(xué)生態(tài)學(xué)家林德曼發(fā)表了《一個老年湖泊內(nèi)的食物鏈動態(tài)》的研究報告。他對５０萬平方米的湖泊作了野外調(diào)查和研究后用確切的數(shù)據(jù)說明，生物量從綠色植物向食草動物、食肉動物等按食物鏈的順序在不同營養(yǎng)級上轉(zhuǎn)移時，有穩(wěn)定的數(shù)量級比例關(guān)系，通常后一級生物量只等于或者小于生物量的１／１０。林德曼把生態(tài)系統(tǒng)中能量的不同利用者之間存在的這種必然的定量關(guān)系，叫做“十分之一定律”。

林德曼的理論為生態(tài)科學(xué)打下了理論基礎(chǔ)。十分之一定律1941年美國耶魯大學(xué)生態(tài)學(xué)家林德29小結(jié)

能量流動是單向流動，逐級遞減。小結(jié)能量流動是單向流動，逐級遞減。30生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)

在生態(tài)系統(tǒng)的各個組成部分之間，不斷進行著物質(zhì)循環(huán)。氫、氧、二氧化碳、碳、氮、硫、磷是構(gòu)成生命有機體的主要物質(zhì)，也是自然界中的主要元素。生物圈中這些元素的循環(huán)在生命活動中起著重要作用。

生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)在生態(tài)系統(tǒng)的各個組成部分之31水、氧和二氧化碳的循環(huán)水、氧和二氧化碳的循環(huán)32碳循環(huán)碳是構(gòu)成生物體的基本元素，占生物總質(zhì)量約25%。在無機環(huán)境中，大多以二氧化碳和碳酸鹽的形式存在。

碳循環(huán)以（通過植物呼吸或發(fā)酵；通過動物呼吸；通過化石、礦物質(zhì)、天然氣等燃燒）三種方式實現(xiàn)。碳循環(huán)碳是構(gòu)成生物體的基本元素，占生物總質(zhì)量約25%。在無機33氮循環(huán)氮是形成蛋白質(zhì)、氨基酸和核酸的主要成份，是生命的基本元素。大氣中含量豐富的氮絕大部分不能被生物直接利用。大氣氮進入生物有機體的主要途徑有：①生物固氮；②工業(yè)固氮；③巖漿固氮；④大氣固氮(閃電固氮、宇宙線作用等）氮循環(huán)氮是形成蛋白質(zhì)、氨基酸和核酸的主要成份，是生命的基本元34硫循環(huán)

地球上的硫大部分存在于巖石、礦物和海底沉積物中。大氣圈中硫主要來源于火山爆發(fā)和化石燃料的燃燒。含硫化石燃料（煤和石油）的燃燒；煉油、冶金工業(yè)和其它工業(yè)過程。

硫循環(huán)地球上的硫大部分存在于巖石、礦物和海底沉積物中。35磷循環(huán)磷是生物的重要營養(yǎng)成份，主要以磷酸鹽的形式存在。磷是攜帶遺傳信息DNA的組成元素，是動物骨骼、牙齒和貝殼的重要組成。

磷循環(huán)磷是生物的重要營養(yǎng)成份，主要以磷酸鹽的形式存在。36小結(jié)物質(zhì)循環(huán)具有全球范圍性、反復(fù)性。小結(jié)物質(zhì)循環(huán)具有全球范圍性、反復(fù)性。37生態(tài)系統(tǒng)中的信息傳遞

信息傳遞是生態(tài)系統(tǒng)的重要功能之一。生物之間交流的信息是生態(tài)系統(tǒng)中的重要內(nèi)容,通過它可以把同一物種之間,以及不同物種之間的“意愿”表達(dá)給對方,從而在客觀上達(dá)到自己的目的。信息（覓食、求偶、警告）形式主要有四種:1）物理信息2）化學(xué)信息3）營養(yǎng)信息4）行為信息生態(tài)系統(tǒng)中的信息傳遞信息傳遞是生態(tài)系統(tǒng)的重要功能之一。38生態(tài)系統(tǒng)中的信息傳遞

1）物理信息——由聲、光和顏色等構(gòu)成；

（貓頭鷹、螢火蟲、毒蛇）2）化學(xué)信息——生物代謝作用產(chǎn)物產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)；（酶、生長素、性誘激素）動物的氣味；豬籠草生態(tài)系統(tǒng)中的信息傳遞1）物理信息——由聲、光和顏色等構(gòu)成；39生態(tài)系統(tǒng)中的信息傳遞

3）營養(yǎng)信息——由食物和養(yǎng)分構(gòu)成（食物鏈）；4）行為信息——（無論是否同一種群）用不同的行為動作傳遞不同的信息。（蜜蜂的8字舞、）生態(tài)系統(tǒng)中的信息傳遞3）營養(yǎng)信息——由食物和養(yǎng)分構(gòu)成（食物40總結(jié)

能量流動是單向流動,逐級遞減;物質(zhì)循環(huán)具有全球性，反復(fù)運動；物質(zhì)是能量流動的載體；能量是物質(zhì)循環(huán)的動力；信息傳遞能調(diào)節(jié)生物的種間關(guān)系，維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定?？偨Y(jié)能量流動是單向流動,逐級遞減;41第三節(jié)

生態(tài)平衡及其生態(tài)環(huán)境的保護

一、生態(tài)平衡的概念

在一定時期內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)的生產(chǎn)者、消費者和分解者之間保持著一種動態(tài)平衡，系統(tǒng)內(nèi)的能量流動和物質(zhì)平衡在較長時間內(nèi)保持穩(wěn)定。當(dāng)遇到外來干擾時，能通過自我調(diào)節(jié)恢復(fù)到最初的穩(wěn)定狀態(tài)，這種生態(tài)狀況稱為生態(tài)平衡。第三節(jié)

生態(tài)平衡及其生態(tài)環(huán)境的保護一、生態(tài)平衡的概念42生態(tài)平衡的特點

一、動態(tài)平衡自我調(diào)節(jié)能力

二、相對平衡易受外界干擾生態(tài)平衡的特點一、動態(tài)平衡43生態(tài)平衡的含義

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。

生態(tài)平衡的含義結(jié)構(gòu)上的平衡；44破壞生態(tài)平衡的因素

1.自然因素——第一環(huán)境問題

自然因素指自然界發(fā)生的異常變化所引起的生態(tài)平衡的破壞。

2.人為因素——第二環(huán)境問題

（1）使環(huán)境因素發(fā)生改變（2）使生物物種發(fā)生改變（3）信息系統(tǒng)的破壞破壞生態(tài)平衡的因素1.自然因素——第一環(huán)境問題45生態(tài)保護的目標(biāo)生態(tài)保護的最終目標(biāo)：維持健康生態(tài)系統(tǒng)，達(dá)到資源與環(huán)境的可持續(xù)利用?？梢愿鶕?jù)具體項目有具體目標(biāo)。實現(xiàn)社會效益、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益的統(tǒng)一是共同的目標(biāo)。生態(tài)保護的目標(biāo)生態(tài)保護的最終目標(biāo)：維持健康生態(tài)系統(tǒng)，達(dá)到資源46生態(tài)保護的對策工程治理（目的：減少不利因素、進行無害化處理、加速生態(tài)恢復(fù)進程）生物治理（包括：植被恢復(fù)、恢復(fù)和保持生物的多樣性）生態(tài)系統(tǒng)的整合（主要：物質(zhì)的良性循環(huán)、能量的合理高效流動）生態(tài)保護的對策工程治理47生態(tài)學(xué)在環(huán)境保護中有哪些方面的應(yīng)用？思考題生態(tài)學(xué)在環(huán)境保護中有哪些方面的應(yīng)用？思考題48第四章

生態(tài)學(xué)基本原理與生態(tài)保護生態(tài)學(xué)的定義

生態(tài)系統(tǒng)的組成和類型

生態(tài)系統(tǒng)的功能

生態(tài)平衡的理念

生態(tài)環(huán)境的保護第一節(jié)第三節(jié)第二節(jié)第四章

生態(tài)學(xué)基本原理與生態(tài)保護生態(tài)學(xué)的定義

生態(tài)系統(tǒng)的組成49第一節(jié)概述

隨著糧食、人口、能源和環(huán)境等一系列世界性問題的出現(xiàn)，推動了生態(tài)學(xué)的發(fā)展，生態(tài)學(xué)的基本原則不僅被看作是環(huán)境科學(xué)重要的理論基礎(chǔ)，也被看成是社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的理論基礎(chǔ)。第一節(jié)概述隨著糧食、人口、能源和環(huán)境50生態(tài)學(xué)的定義生態(tài)學(xué)（Ecology）是研究生物與環(huán)境之間相互關(guān)系及其作用機理的科學(xué)。

德國生物學(xué)家恩斯特??？藸柹铮褐参铩游锖臀⑸?；環(huán)境：各種生物特定的生存環(huán)境，包括非生物環(huán)境和生物環(huán)境。非生物環(huán)境——由光、熱、空氣、水分和各種無機元素組成；生物環(huán)境——由作為主體生物以外的一切生物組成。

生態(tài)學(xué)的定義生態(tài)學(xué)（Ecology）是研究生物與環(huán)境之間相互51生態(tài)學(xué)的分支—結(jié)構(gòu)層次個體生態(tài)學(xué)研究一個生物個體或一種生物多個個體與環(huán)境之間的關(guān)系；族群生態(tài)學(xué)研究一種或親緣關(guān)系較近的幾種生物種群與環(huán)境之間的關(guān)系；群落生態(tài)學(xué)研究生活在同一環(huán)境中的所有生物與環(huán)境之間的關(guān)系………….生態(tài)學(xué)的分支—結(jié)構(gòu)層次個體生態(tài)學(xué)研究一個生物個體或一種生物多52陸地生態(tài)學(xué)水域生態(tài)學(xué)森林生態(tài)學(xué)生態(tài)學(xué)的分支—棲居環(huán)境草原生態(tài)學(xué)荒漠生態(tài)學(xué)土壤生態(tài)學(xué)海洋生態(tài)學(xué)湖泊生態(tài)學(xué)流域生態(tài)學(xué)陸地生態(tài)學(xué)水域生態(tài)學(xué)森林生態(tài)學(xué)生態(tài)學(xué)的分支—棲居環(huán)境草原生態(tài)53與非生命科學(xué)結(jié)合數(shù)學(xué)生態(tài)學(xué)生態(tài)學(xué)的分支—與其他科學(xué)結(jié)合物理生態(tài)學(xué)化學(xué)生態(tài)學(xué)經(jīng)濟生態(tài)學(xué)生理生態(tài)學(xué)行為生態(tài)學(xué)遺傳生態(tài)學(xué)………與生命科學(xué)其他分支結(jié)合進化生態(tài)學(xué)與非生命科學(xué)結(jié)合數(shù)學(xué)生態(tài)學(xué)生態(tài)學(xué)的分支—與其他科學(xué)結(jié)合物理生54農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)醫(yī)學(xué)生態(tài)學(xué)工業(yè)資源生態(tài)學(xué)環(huán)境保護生態(tài)學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)生態(tài)信息學(xué)城市生態(tài)學(xué)景觀生態(tài)學(xué)………….生態(tài)學(xué)的分支—分支學(xué)科農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)生態(tài)學(xué)的分支—分支學(xué)科55個體生態(tài)學(xué)研究一個生物個體或一種生物多個個體與環(huán)境之間的關(guān)系；族群生態(tài)學(xué)研究一種或親緣關(guān)系較近的幾種生物種群與環(huán)境之間的關(guān)系；群落生態(tài)學(xué)研究生活在同一環(huán)境中的所有生物與環(huán)境之間的關(guān)系文化生態(tài)學(xué)研究文化的集群和競爭的環(huán)境對于文化進程的影響與推動作用………….生態(tài)學(xué)的分支—棲居環(huán)境個體生態(tài)學(xué)研究一個生物個體或一種生物多個個體與環(huán)境之間的關(guān)系56生態(tài)系統(tǒng)的定義生態(tài)系統(tǒng)（Ecosystem）是自然界一定空間的生物與環(huán)境之間相互作用、相互制約，不斷演變，達(dá)到動態(tài)平衡、相對穩(wěn)定的統(tǒng)一整體，是具有一定結(jié)構(gòu)和功能的單位。

英國生態(tài)學(xué)家阿瑟?喬治?斯坦利（原文）Ecosystemisthewholesystem,…includingnotonlytheorganism-complex,butalsothewholecomplexofphysicalfactorsformingwhatwecalltheenvironment…

生態(tài)系統(tǒng)的定義生態(tài)系統(tǒng)（Ecosystem）是自然界一定空間57生態(tài)系統(tǒng)的組成生態(tài)系統(tǒng)無生命物質(zhì)生產(chǎn)者消費者分解者生態(tài)系統(tǒng)的組成生態(tài)系統(tǒng)無生命物質(zhì)生產(chǎn)者消費者分解者58生態(tài)系統(tǒng)的組成1）生產(chǎn)者：指能進行光合作用的各種綠色植物、藍(lán)綠藻和某些化能合成細(xì)菌。又稱為自養(yǎng)生物。2）消費者：指以其他生物為食的各種動物（植食動物、肉食動物、雜食動物和寄生動物等）3）分解者：指分解動植物殘體、糞便和各種有機物的細(xì)菌、真菌、原生動物、蚯蚓和禿鷲等食腐動物。消費者和分解者又稱為異養(yǎng)生物。4）無生命物質(zhì)：包括無機物、有機物和自然因素；無機物：包括氮、氧、二氧化碳和各種無機鹽等。

有機物：包括蛋白質(zhì)、糖類、脂類和土壤腐殖質(zhì)等。

自然因素：包括太陽輻射、溫度、濕度、風(fēng)和降水等生態(tài)系統(tǒng)的組成1）生產(chǎn)者：指能進行光合作用的各種綠色植物、藍(lán)59生態(tài)系統(tǒng)的類型

根據(jù)生態(tài)條件：水生生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)水生生態(tài)系統(tǒng)：海洋生態(tài)系統(tǒng)和淡水生態(tài)系統(tǒng)；淡水生態(tài)系統(tǒng)：流水生態(tài)系統(tǒng)和靜水生態(tài)系統(tǒng)。陸地生態(tài)系統(tǒng)：森林、草原、荒漠、高山等。森林生態(tài)系統(tǒng)：熱帶、亞熱帶、溫帶和寒溫帶森林等。過渡生態(tài)系統(tǒng)：濕地生態(tài)系統(tǒng)。濕地生態(tài)系統(tǒng)：不問其為天然或人工、常久或暫時之沼澤地、濕原、泥炭地或水域地帶,帶有靜止或流動、或為淡水、半咸水或咸水水體者,包括低潮時水深不超過6m的水域。（1971年，拉姆薩爾，《關(guān)于特別是作為水禽棲息地的國際重要濕地公約》）生態(tài)系統(tǒng)的類型根據(jù)生態(tài)條件：水生生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)60生態(tài)系統(tǒng)的類型

根據(jù)人為的影響或干預(yù)程度自然生態(tài)系統(tǒng)：沒有或者沒有明顯地被人類改造的生態(tài)系統(tǒng)熱帶雨林、海洋、江河湖泊、高山；人工生態(tài)系統(tǒng)：以人類活動為生態(tài)環(huán)境中心，按照人類的理想要求建立的生態(tài)系統(tǒng)。城市、農(nóng)田、人工造林、人工濕地、草坪等。半自然生態(tài)系統(tǒng)：一個經(jīng)過人類改造，但仍保留著本身重要元素的生態(tài)系統(tǒng)。自然保護區(qū)、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)等。生態(tài)系統(tǒng)的類型根據(jù)人為的影響或干預(yù)程度61生物圈2號工程生物圈2號工程（Biosphere2）美國為了探索生態(tài)系統(tǒng)奧秘，試驗人類離開地球能否生存，在亞利桑那州圖森市以北沙漠中建造的幾乎完全與外部世界隔絕的、內(nèi)部有著類似地球的各種生態(tài)系統(tǒng)的科學(xué)實驗基地。生物圈2號實驗失敗最主要的啟示是：目前最好的辦法還是保護和利用好地球，進行環(huán)境保護和生態(tài)恢復(fù)是實現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展的必由之路。生物圈2號工程生物圈2號工程（Biosphere2）62生物圈2號工程由美國前橄欖球運動員約翰·艾倫發(fā)起,并與幾家財團聯(lián)手出資,委托空間生物圈風(fēng)險投資公司承建,歷時8年,耗資1.5億美元，占地1.3萬m2，采用了全封閉的鋼筋與玻璃結(jié)構(gòu)，僅有陽光、電和信息與外界相通。引入了3800多種生物(植物、動物、微生物)布置成森林生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)、水和沼澤生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)和海洋生態(tài)系統(tǒng)，還有供研究人員生活用的樓房和人造風(fēng)雨設(shè)施。設(shè)計壽命100年。1991年9月26日投入運行，并進行實驗。1996年9月，由數(shù)百名科學(xué)家組成的委員會對實驗進行了總結(jié)。到后期，“生物圈2號”中的植物幾乎滅絕，必須注入氧氣才能維持人員生存。他們認(rèn)為，在現(xiàn)在技術(shù)條件下，人類無法模擬一個類似地球、可供人類生存的生態(tài)環(huán)境。生物圈2號實驗失敗的原因：氧氣未能順利循環(huán)。生物圈2號工程由美國前橄欖球運動員約翰·艾倫發(fā)起,并與幾家63迷你地球迷你地球迷你地球”位于日本北部沿海的青森縣六所村，面積只有4700平方米，是3個由不銹鋼走廊連接的體育館式建筑。整套設(shè)施耗資6500萬美元，于2000年建成，眼下研究人員已經(jīng)開始進行前期試驗。模擬封閉空間內(nèi)氧氣和二氧化碳在植物、人類和動物之間的循環(huán)2個人，2只羊迷你地球迷你地球64新華網(wǎng)東京９月１３日電（記者何德功）日本在封閉空間“迷你地球”進行的為期一周自給自足的實驗１３日順利結(jié)束，“迷你地球”送走了第一批“迷你地球人”。參加實驗的研究員筱原正典在當(dāng)天的記者招待會上說：“兩名‘迷你地球人’靠自己培育的植物釋放出的氧氣度過一周時光，我感到實在了不起。通過這次實驗自己對植物更加情有獨鐘，今后會更珍愛植物?！斌阍錅?zhǔn)備２００９年在“迷你地球”居?。磦€月，向封閉空間發(fā)起新的挑戰(zhàn)。迷你地球新華網(wǎng)東京９月１３日電（記者何德功）日本在封閉空間“迷你地球65“迷你地球”實驗從本月６日開始，實驗的目的之一是，調(diào)查食物等所含的碳是如何在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)的?！懊阅愕厍颉笔侨毡矩攬F法人環(huán)境科學(xué)技術(shù)研究所２０００年建造的，總面積５０００平方米，其中１０％的空間全部密封，在密封空間里除了植物栽培區(qū)外，還有羊圈和供兩名研究人員居住的一室一廳。兩名研究人員和兩只山羊靠吃在植物栽培室收獲的大米和蔬菜生活了一周?？茖W(xué)家預(yù)計，人類到２０５０年可以到月球旅行，２０１０年登上火星會夢想成真，“迷你地球”作為一種宇宙空間生存技術(shù)將來不可缺少。http:///GB/25892/3694131.html迷你地球“迷你地球”實驗從本月６日開始，實驗的目的之一是，調(diào)查66日本環(huán)境科學(xué)研究所負(fù)責(zé)“迷你地球”的主要研究工作。這里的高級執(zhí)行主任、火箭科學(xué)家新田敬二信心十足，他說：“與生物圈2號最大的區(qū)別之一是，我們花費了大量的金錢和時間來設(shè)計和建立支持生命的系統(tǒng)。”“迷你地球”沒有使用土壤和依賴微生物，而是使用機器來人工分解和處理廢料。這個人工支持部分占據(jù)了整個場地的1/4。支持系統(tǒng)的中心部分是復(fù)原氧氣的處理機，使用高溫和電解水的辦法從二氧化碳中重新獲得氧氣。新田認(rèn)為，“迷你地球”所使用的機械甚至比美國航空航天局為國際空間站研發(fā)的同類設(shè)備效率更高。“我相信在這里開發(fā)的技術(shù)將來可以用于航天項目”。

迷你地球日本環(huán)境科學(xué)研究所負(fù)責(zé)“迷你地球”的主要研究工作。這里的高級67兩位科學(xué)家的生活區(qū)域也占據(jù)了“迷你地球”的1/4面積，有兩張床、電腦和固定的腳踏健身車。房間的角落安置著攝像頭，以監(jiān)控他們的安全狀況。相鄰的房間是用來飼養(yǎng)動物的。目前已有兩頭山羊接受了3周的血壓、體溫和心臟情況監(jiān)視，以確定它們是否能夠適應(yīng)封閉的環(huán)境。研究人員還嘗試在可以調(diào)控溫度、濕度和光線的房間里種植水稻和大約30種蔬菜。居住在“迷你地球”內(nèi)部的人只能從外部得到電力供應(yīng)和信息。內(nèi)外聯(lián)系是通過電話、電子郵件和因特網(wǎng)來實現(xiàn)的。/newsf/2002-12/L20021226123853.htm迷你地球兩位科學(xué)家的生活區(qū)域也占據(jù)了“迷你地球”的1/4面積68第二節(jié)

生態(tài)系統(tǒng)的功能

能量流動功能物質(zhì)循環(huán)功能信息傳遞功能

食物鏈和食物網(wǎng)是實現(xiàn)這些功能的保證第二節(jié)

生態(tài)系統(tǒng)的功能能量流動功能食物鏈和食物網(wǎng)是實現(xiàn)這69食物鏈和食物網(wǎng)

食物鏈：各種生物之間存在著的取食和被取食關(guān)系，物質(zhì)和能量通過這種關(guān)系在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)傳遞。

英國動物學(xué)家埃爾頓（C.S.Eiton），1927年，首次提出，“大魚吃小魚，小魚吃蝦米”食物鏈類型：捕食性、寄生性、腐生性、碎食性等食物鏈和食物網(wǎng)食物鏈：各種生物之間存在著的取食和被取食關(guān)系70食物鏈和食物網(wǎng)

食物網(wǎng)：實際上許多食物鏈經(jīng)常相互交叉，形成復(fù)雜的捕食關(guān)系，這種關(guān)系又稱為食物網(wǎng)。一般情況下，食物網(wǎng)越復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)就越穩(wěn)定。因為食物網(wǎng)中某個環(huán)節(jié)（物種）缺失時，其他相應(yīng)環(huán)節(jié)能起補償作用。相反食物網(wǎng)越簡單，則生態(tài)系統(tǒng)越不穩(wěn)定。物種之間的關(guān)系：競爭關(guān)系、共生關(guān)系食物鏈和食物網(wǎng)食物網(wǎng)：實際上許多食物鏈經(jīng)常相互交叉，形成復(fù)71營養(yǎng)級和生態(tài)金字塔

食物鏈上的各個環(huán)節(jié)稱為營養(yǎng)級。生產(chǎn)者為第一營養(yǎng)級，一級消費者為第二營養(yǎng)級，依此類推。營養(yǎng)級一般只有4－5級。凡在同一層次上的生物都屬于同一營養(yǎng)級，同一生物也可能隸屬于不同的營養(yǎng)級。低位營養(yǎng)級是高位營養(yǎng)級營養(yǎng)和能量的供應(yīng)者。但是，能量在食物網(wǎng)中流動時，轉(zhuǎn)移效率很低。低位營養(yǎng)級儲存的能量只有10％左右被高位營養(yǎng)級利用，這在生態(tài)學(xué)上稱為10％定律。為了保證生態(tài)系統(tǒng)中能量的流通，自然界就形成了生物量金字塔和能量金字塔。營養(yǎng)級和生態(tài)金字塔食物鏈上的各個環(huán)節(jié)稱為營養(yǎng)級。生產(chǎn)者為第72生態(tài)系統(tǒng)的能量流動

生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞和散失的過程。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入73（1）能量流動的起點：從生產(chǎn)者固定的全部太陽能開始。太陽能是生態(tài)系統(tǒng)能量的根源，通過光合作用實現(xiàn)。（2）生態(tài)系統(tǒng)能量流動的數(shù)量：

流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量，是生產(chǎn)者所固定的全部太陽光能。

化石燃料：煤、石油（1）能量流動的起點：從生產(chǎn)者固定的全部太陽能開始。（2）74生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動

地球是一個開放系統(tǒng)存在著能量的輸入和輸出；能量輸入的根本來源是太陽能；光合作用是植物固定太陽能的唯一有效途徑；化石燃料則在過去地質(zhì)年代固定和儲存了太陽能；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，在轉(zhuǎn)化的過程中，能量既不會消失，也不會增加，這就是能量守恒原理；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，能量的流動總是從集中到分散，從能量高向能量低的方向傳遞。

生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動地球是一個開放系統(tǒng)存在著能量的輸入和輸75（3）生態(tài)系統(tǒng)能量流動的特點：第一、能量流動不是循環(huán)的而是單向的：從生產(chǎn)者→初級消費者→次級消費者→三級消費者→……。第二、能量流動是逐級遞減的：傳遞率為10％～20％（3）生態(tài)系統(tǒng)能量流動的特點：第一、能量流動不是循環(huán)的而是單76十分之一定律

1941年美國耶魯大學(xué)生態(tài)學(xué)家林德曼發(fā)表了《一個老年湖泊內(nèi)的食物鏈動態(tài)》的研究報告。他對５０萬平方米的湖泊作了野外調(diào)查和研究后用確切的數(shù)據(jù)說明，生物量從綠色植物向食草動物、食肉動物等按食物鏈的順序在不同營養(yǎng)級上轉(zhuǎn)移時，有穩(wěn)定的數(shù)量級比例關(guān)系，通常后一級生物量只等于或者小于生物量的１／１０。林德曼把生態(tài)系統(tǒng)中能量的不同利用者之間存在的這種必然的定量關(guān)系，叫做“十分之一定律”。

林德曼的理論為生態(tài)科學(xué)打下了理論基礎(chǔ)。十分之一定律1941年美國耶魯大學(xué)生態(tài)學(xué)家林德77小結(jié)

能量流動是單向流動，逐級遞減。小結(jié)能量流動是單向流動，逐級遞減。78生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)

在生態(tài)系統(tǒng)的各個組成部分之間，不斷進行著物質(zhì)循環(huán)。氫、氧、二氧化碳、碳、氮、硫、磷是構(gòu)成生命有機體的主要物質(zhì)，也是自然界中的主要元素。生物圈中這些元素的循環(huán)在生命活動中起著重要作用。

生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)在生態(tài)系統(tǒng)的各個組成部分之79水、氧和二氧化碳的循環(huán)水、氧和二氧化碳的循環(huán)80碳循環(huán)碳是構(gòu)成生物體的基本元素，占生物總質(zhì)量約25%。在無機環(huán)境中，大多以二氧化碳和碳酸鹽的形式存在。

碳循環(huán)以（通過植物呼吸或發(fā)酵；通過動物呼吸；通過化石、礦物質(zhì)、天然氣等燃燒）三種方式實現(xiàn)。碳循環(huán)碳是構(gòu)成生物體的基本元素，占生物總質(zhì)量約25%。在無機81氮循環(huán)氮是形成蛋白質(zhì)、氨基酸和核酸的主要成份，是生命的基本元素。大氣中含量豐富的氮絕大部分不能被生物直接利用。大氣氮進入生物有機體的主要途徑有：①生物固氮；②工業(yè)固氮；③巖漿固氮；④大氣固氮(閃電固氮、宇宙線作用等）氮循環(huán)氮是形成蛋白質(zhì)、氨基酸和核酸的主要成份，是生命的基本元82硫循環(huán)

地球上的硫大部分存在于巖石、礦物和