第三章-生態(tài)學基礎

第三章生態(tài)學基礎第三章生態(tài)學基礎

課時目標：掌握生態(tài)學、、生態(tài)平衡的概念，理解食物鏈的特征，生態(tài)系統(tǒng)能量流動的特點。教學重點：生態(tài)系統(tǒng)教學難點：生態(tài)系統(tǒng)能量流動。第三章生態(tài)學基礎第一節(jié)生態(tài)學的含義及其發(fā)展第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的概念和功能第三節(jié)森林生態(tài)系統(tǒng)（自學）第四節(jié)生態(tài)平衡第五節(jié)生態(tài)學的一般規(guī)律第一節(jié)生態(tài)學的含義及其發(fā)展

梭羅（Thoreau）美國作家和他的《瓦爾登湖》Lake

WaldenH.

D.

Thoreau“ecology”

的提出1866年，?？藸栒教岢觥癳cology”

一詞。Ernst

Haeckel三好學“生態(tài)學”的由來1895年，日本學者三好學把“ecology”翻譯成日文“生態(tài)學”。三好學以“eco”開頭的詞匯：economics

ecosystemecoturismeco-techeco-passportecotecture

eco-designeco-cityecotone第一節(jié)生態(tài)學的含義及其發(fā)展

一、生態(tài)學的含義及其發(fā)展1、含義生態(tài)學是一門研究生物與其生活環(huán)境相互關系的科學，是生物學的主要分支之一。如果把生物看成是一個生命系統(tǒng)，環(huán)境看成是一個環(huán)境系統(tǒng)，又可以說，生態(tài)學就是研究生命系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)之間相互作用的規(guī)律和機理的一門學科。2、生態(tài)學的發(fā)展（1）研究對象：（2）從定性探索生物與環(huán)境的相互作用到定量研究。從個體生態(tài)系統(tǒng)到復合生態(tài)系統(tǒng)，由單一到綜合，由靜態(tài)到動態(tài)地認識自然界物質循環(huán)與轉化規(guī)律。與基礎科學和應用科學相結合，發(fā)展了生態(tài)學，擴大了生態(tài)學的領域。如：數學生態(tài)學、系統(tǒng)生態(tài)學、經濟生態(tài)學等。植物動物生物（包括人）3.生態(tài)學與環(huán)境科學的異同

(1)相同點：研究范圍：生物圈

研究問題：基本相同(2)不同點：

比較的項目生態(tài)學

環(huán)境科學定義研究生命系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)之間相互作用的規(guī)律及機理。研究人類活動與環(huán)境質量關系的科學研究對象

以一般生物為對象以人為主要對象。研究內容

環(huán)境因素與生物之間的相互關系。將環(huán)境與人類生活的相互影響作為整體來研究。所屬范疇

自然科學

交叉性學科，涉及自然科學、社會科學等。第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的概念和功能1、生態(tài)系統(tǒng)（1）生態(tài)系統(tǒng)的概念種群（Population）：一個生物物種在一定范圍內所有個體的總和。群落（Community）：在一定的自然區(qū)域中許多不同種的生物的總和。生態(tài)系統(tǒng)（Ecosystem）：任何一個生物群落與其周圍非生物環(huán)境的綜合體。（2）生態(tài)系統(tǒng)的組成和作用生產者

主要指綠色植物，其次是指光能合成細菌和化能合成細菌。生產者又稱為自養(yǎng)生物。（2）生態(tài)系統(tǒng)的組成和作用分解者是具有分解有機物能力的細菌、真菌等微生物和一些小型動物，把復雜的有機物分解為簡單的無機物歸還環(huán)境。分解者多為異養(yǎng)生物。（2）生態(tài)系統(tǒng)的組成和作用轉變者也是細菌，其作用是將分解后的無機物轉變?yōu)榭晒┲参锢玫臓I養(yǎng)分。（2）生態(tài)系統(tǒng)的組成和作用消費者是指直接或間接利用生產者所制造的有機物質為食物和能量來源的異養(yǎng)生物。?消費者按食物鏈關系可以分成以下幾級：一級消費者：以綠色食物為食的動物。二級消費者：以草食動物為食的動物。三級消費者：以二級消費者為食的動物。生態(tài)系統(tǒng)淡水生態(tài)系統(tǒng)流水生態(tài)系統(tǒng)（如河流）靜水生態(tài)系統(tǒng)（如湖泊）

海岸生態(tài)系統(tǒng)海洋生態(tài)系統(tǒng)

淺海生態(tài)系統(tǒng)

遠洋生態(tài)系統(tǒng)(3)生態(tài)系統(tǒng)的分類按照生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境性質和形態(tài)特征：濕地生態(tài)系統(tǒng)

森林生態(tài)系統(tǒng)

草原生態(tài)系統(tǒng)陸地生態(tài)系統(tǒng)

荒漠生態(tài)系統(tǒng)

極地生態(tài)系統(tǒng)按照人類對生態(tài)系統(tǒng)的影響劃分森林生態(tài)系統(tǒng)

草原生態(tài)系統(tǒng)自然生態(tài)系統(tǒng)

荒漠生態(tài)系統(tǒng)極地生態(tài)系統(tǒng)城市生態(tài)系統(tǒng)人工生態(tài)系統(tǒng)

農田生態(tài)系統(tǒng)模擬人工生態(tài)系統(tǒng)森林生態(tài)系統(tǒng)濕地生態(tài)系統(tǒng)草原生態(tài)系統(tǒng)湖泊生態(tài)系統(tǒng)請同學們指出該生態(tài)系統(tǒng)的組成（4）生態(tài)系統(tǒng)的結構

構成生態(tài)系統(tǒng)的各組成部分，各種生物的種類、數量和空間配置，在一定時期內均處于相對穩(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)定的結構。主要有形態(tài)結構和營養(yǎng)結構。（a）形態(tài)結構：生物的種類、種群數量、種的空間配置（水平分布、垂直分布）、種的時間變化。（b）營養(yǎng)結構：生態(tài)系統(tǒng)各組成部分之間建立起來的營養(yǎng)關系。是生態(tài)系統(tǒng)能量流動和物質循環(huán)的基礎。生產者（綠色植物）還原（分解）者（細菌、真菌）消費者（動物）環(huán)境（土壤、空氣、水）生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結構模式圖（5）食物鏈及營養(yǎng)級（a）食物鏈和食物網所謂食物鏈，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系。在一個生態(tài)系統(tǒng)中，食物關系往往很復雜，各種食物鏈互相交錯，形成食物網。能量的流動、物質的遷移和轉化都是通過食物鏈和食物網進行的。

一個食物鏈的例子“螳螂捕蟬，黃雀在后”植物蟬(初級消費者)

螳螂(二級消費者)黃雀(三級消費者)鷹(四級消費者)(頂極食肉動物)食物網：各種食物鏈互相交錯形成食物網食物鏈的特征食物鏈的長度通常不超過6個營養(yǎng)級，最常見的4—5個營養(yǎng)級，因為能量沿食物鏈流動時不斷流失；食物鏈越長，最后營養(yǎng)級位所獲得的能量也越少。因為從起點到終點經過的營養(yǎng)級越多，其能量損耗也就越大；注意：1.營養(yǎng)級之間的能量轉化效率約為1／10，只是針對湖泊等水域生態(tài)系統(tǒng)的經驗性法則；2.不同生態(tài)系統(tǒng)的能量轉化效率差別很大；3.森林約為5％、草地是25％左右，浮游生物占優(yōu)勢的群落可達50％。環(huán)境卡片—

—

能量流動的１／１０規(guī)律？

在生態(tài)系統(tǒng)中，能量從植物體內轉移至草食動物體內時大約為總能量的１／１０，而再轉移到肉食動物體內時，為草食動物能量的１／１０左右。一般說來，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。食物鏈的特征食物鏈或食物網的復雜程度與生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接相關；生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈不是固定不變的，它不僅在進化歷史上有改變，在短時間內也會發(fā)生變化。兵臨城下——步步進逼的入侵生物澳大利亞原本沒有兔子，1859年以前，好事者引進了24只兔子，在沒有天敵的國度里，它們竟然繁衍了6億只后代。亞洲鯉魚入侵美國亞洲鯉魚于20世紀70年代從中國進口，被美國南方的養(yǎng)殖場用來控制魚塘里過多的浮游植物和微生物，現(xiàn)已泛濫。這些亞洲鯉魚能長到一米多長，每條雌性亞洲鯉魚能產卵300萬枚，其繁殖力相當驚人?，F(xiàn)在，美國計劃投資180億美元打一場針對亞洲鯉魚的生態(tài)保衛(wèi)戰(zhàn)。生態(tài)入侵與新疆大頭魚的消失河鱸被引入新疆博斯騰湖后，由于缺少捕食者，大量繁殖，

捕食其他魚類，導致另一種具有重要經濟價值的土著魚——新疆大頭魚和其他幾種土著魚類的絕跡。河鱸新疆大頭魚（6）生物放大作用DDT在某水生食物鏈中的富集生物積累（生長期積累）生物富集（吸收濃縮）生物放大（食物鏈放大）2、生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動（1）照射到地球上的太陽能量（a）太陽輻射的電磁波情況（b）太陽輻射及地球吸收太陽能的情況（2）生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動（a）能量流動的實現(xiàn)途徑：光合作用和有機成分的輸入；呼吸的熱消耗和有機物的輸出。（b）生態(tài)系統(tǒng)熱力學公式：Pg＝Pn＋R其中：Pg為食物鏈某營養(yǎng)級的總產量或輸入的能量；Pn為凈產量；R為呼吸作用消耗的能量。（2）生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動（d）能量流動的特點①生產者即綠色植物對太陽能的利用率很低，只有1．2％；(baxi過去五十年少了一半）eg美國②能量只朝單一方向流動；③流動中能量逐漸減少，每經過一個營養(yǎng)級都有能量以熱的形式散失掉；（呼吸50%以上）④各級消費者之間能量的利用率也不高，在4．5％～17％之間，平均起來約為10％；⑤只有當生態(tài)系統(tǒng)生產的能量與消耗的能量相平衡時，生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能，才能保持動態(tài)的平衡。討論：1.為什么肉類食品的價格比小白菜價格高？根據林德曼能量流動的“

十分之一定律”

２．為什么說“

一山不

容二虎”

？

３．食物鏈一般不超過

五個營養(yǎng)級？3、生態(tài)系統(tǒng)中的物質循環(huán)（1）水循環(huán)（2）碳循環(huán)與溫室效應碳酸鹽巖石氮循環(huán)示意圖（3）氮循環(huán)氮循環(huán)的環(huán)境問題水體富營養(yǎng)化；硝酸鹽污染；若蔬菜吸收過多的硝酸鹽，而未能充分同化，造成體內積累，則影響蔬菜品質。硝酸鹽是強致癌物質亞硝胺的前體物，蔬菜是一種易于富集硝酸鹽的植物性食品，這種富集作用雖然無害于蔬菜本身，但嚴重危害人體健康。聯(lián)合國衛(wèi)生組織和聯(lián)合國糧農組織(WHO/FAO,1973)規(guī)定了硝酸鹽的ADI值(日允許量)為3.6mg/kg(體重)。在我國，體重按60kg計，則日硝酸鹽允許量應為216mg?，F(xiàn)在我國城鄉(xiāng)居民食用的有些蔬菜已大大超標，而溫室蔬菜超標更嚴重。（4）磷循環(huán)為什么用了多年的含磷洗滌用品會給環(huán)境造成破壞呢？含磷洗衣粉以磷酸鹽作為主要助劑，磷酸鹽是一種高效助洗劑，同時也是藻類的助長劑，水中的磷含量升高，水質趨向富營養(yǎng)化。據有關部問統(tǒng)計，目前我國洗滌用品僅洗衣粉一項的年消費量就在350萬噸左右。若將洗衣粉中磷酸鹽的平均含量接15%計算，每年就有超過50萬噸含磷化合物排放到地表水中，而1克磷就可使藻類生長100克、環(huán)?？蒲胁繂栒{查資料顯示，因含磷過多，我國湖泊及城市水系幾乎都處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，水質嚴重惡化，許多地方根本不能飲用。更為嚴重的是，由干磷含量增加，導致紅色浮游生物爆發(fā)性繁殖而引發(fā)的近海海水出現(xiàn)的“赤潮”和城市水系中出現(xiàn)水生植物“瘋長”的“水華”現(xiàn)象。磷循環(huán)現(xiàn)狀：人類大規(guī)模地開采磷酸鹽礦，加速了陸地磷流入海洋的速度。雖然海洋中的磷酸鹽可以以海鳥糞便排泄物和人類捕獲魚類的形式返回陸地，但這種返回的磷，遠遠不足以補償流入海洋的損失。據估計，每年以海鳥糞和魚這種方式返回陸地的磷大約只有60000t，而人類每年開采的磷酸鹽礦石為100--200萬t。且大部分被淋溶而流失。陸地上的磷礦是有限的，如果今后每年磷酸鹽礦的消耗量按1970年的量計算，全世界的儲量大約還可使用100年。因此，人類如果想要避免因磷循環(huán)的不完全而造成的“饑荒”的話，對這種稀少的資源應給予更多的注意。第四節(jié)生態(tài)平衡1、生態(tài)平衡的含義（1）概念任何一個正常的生態(tài)系統(tǒng)中，能量流動和物質循環(huán)總是不斷地進行著，但在一定時期內，生產者、消費者和還原者之間都保持著一種動態(tài)的平衡，這種平衡狀態(tài)就叫生態(tài)平衡。在自然生態(tài)系統(tǒng)中，平衡還表現(xiàn)為生物種類和數量的相對穩(wěn)定。（2）生態(tài)平衡的原因生態(tài)平衡內部具有自動調節(jié)的能力。生態(tài)系統(tǒng)的組成成分越多樣，能量流動和物質循環(huán)的途徑越復雜，其調節(jié)能力也越強。但是，一個生態(tài)系統(tǒng)的調節(jié)能力有一定限度的，超出了限度，調節(jié)就不再起作用，生態(tài)平衡就會遭到破壞。(3)生態(tài)平衡特點

①是動態(tài)的，不是靜止的。能量在不斷運動，物質在不斷循環(huán)，可持續(xù)發(fā)展下如何保持生態(tài)平衡。

②是相對的，不是絕對的。平衡是相對的，不平衡是絕對的。(4)生態(tài)平衡的主要標志

a能量和物質的輸入、輸出必須相對平衡

b結構多樣完整。

C生物種類和數目保持相對穩(wěn)定。

2、破壞生態(tài)平衡的因素（1）自然原因主要是指自然界發(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因素。如火山爆發(fā)、山崩海嘯、水旱災害、地震、臺風、流行病等自然災害。（2）人為因素主要指人類對自然資源的不合理利用、工農業(yè)發(fā)展帶來的環(huán)境污染等。主要有三種：物種變化引起平衡的破壞；環(huán)境因素改變引起平衡破壞；信息系統(tǒng)的破壞，引起平衡破壞。

第五節(jié)生態(tài)學的一般規(guī)律1、相互依存與相互制約規(guī)律

——反映了生物間的協(xié)調關系（1）普遍的依存和制約——“物物相關”規(guī)律就是系統(tǒng)中各種生物間相互依存、相互制約關系是普遍存在的；（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中，都占據一定的位置，并具有特定的作用。2、物質循環(huán)轉化與再生規(guī)律——防止有毒物質進入環(huán)境、提高能源的利用效率3、物質輸入輸出的動態(tài)平衡規(guī)律——防止輸入不足（如施肥不足）、輸入過多（如富營養(yǎng)化、重金屬）4、相互適應與補償的協(xié)同進化規(guī)律——生物與環(huán)境之間的作用與反作用5、環(huán)境資源的有效極限規(guī)律——生物賴以生存的環(huán)境資源在質量、數量、空間和時間等方面都有一定的限度（過度放牧、超標排放污染物等）小結一節(jié)、生態(tài)學的概念、研究對象以及和環(huán)境科學的區(qū)別二節(jié)、生態(tài)系統(tǒng)的概念（種群、群落）、組成2、食物鏈的特征3生態(tài)系統(tǒng)功能(照射到地球上的太陽能量（生物生產）、能量流動、物質循環(huán)、信息傳遞）三節(jié)、生態(tài)平衡四節(jié)、生態(tài)學的一般規(guī)律（d）能量流動的特點①生產者即綠色植物對太陽能的利用率很低，只有1．2％；(ep巴西ep美國）②能量只朝單一方向流動；③流動中能量逐漸減少，每經過一個營養(yǎng)級都有能量以熱的形式散失掉；（呼吸50%以上ep牛奶豆?jié){）④各級消費者之間能量的利用率也不高，在4．5％～17％之間，平均起來約為10％；⑤只有當生態(tài)系統(tǒng)生產的能量與消耗的能量相平衡時，生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能，才能保持動態(tài)的平衡。小結一節(jié)、生態(tài)學的概念、研究內容以及和環(huán)境的區(qū)別二節(jié)、生態(tài)系統(tǒng)的概念（種群、群落）、組成2、食物鏈的特征3生態(tài)系統(tǒng)功能(照射到地球上的太陽能量（生物生產）、能量流動、物質循環(huán)、信息傳遞）。三節(jié)、生態(tài)平衡四節(jié)、生態(tài)學的一般規(guī)律氧循環(huán)(oxygencycle)H2O+CO2→H2CO3→

HCO3-+H+↑CO2HCO3-→CO32

-Ca2+→CaCO3O2水體臭氧層沉積物火山作用4FeO+O2→2FeO3CO2CO↑O2+2COCO2O2O3O2OO2HOHH2OH2OOCO2高能紫外輻射碳循環(huán)(carboncycle)化泥碳煤大氣中CO2CO2碳化作用石油水生植物光合作用腐爛燃料呼吸作用光合作用腐爛擴散氮循環(huán)(nitrogencycle)陸地陸地其它動植物藍藻淺層死有機物溶解死有機物土壤中無機氮