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1第三章生态学基础由于生态学的许多基本原理可以应用于环境科学中，用来研究和解决人类生活与环境问题，因而有必要学习生态学的基本理论。2本章学习重主要内容第一节生态学基础第二节生态学在环境保护中的应用3第一节生态学基础一、生态学及其发展二、生态系统的概念、组成与作用三、生态平衡四、生物多样性五、生态学的一般规律4一、生态学及其发展1、生态学是一门研究生物与其生活环境相互关系的科学，是生物学的主要分支之一。即生命体，包括植物、动物和人，如果把生物看成是一个生命系统；把生活环境看成是一个环境系统；第一节生态学基础51、生态学生态学就是研究生命系统和环境系统之间相互作用规律和机理的一门学科。包括植物、动物和人类62、生态学的发展（1）研究对象的变化：植物动物人类形成了人类生态学（2）生态学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。如：经济生态学、物理生态学、化学生态学等。植物动物植物动物植物人类动物植物动物植物人类动物植物7二、生态系统的概念、组成与作用1、生态系统的概念（1）有关概念种群（Population）：一个生物物种在一定范围内所有个体的总和。群落（Community）：在一定自然区域中许多不同种生物的总和。8二、生态系统的概念、组成与作用1、生态系统的概念（1）有关概念9生物圈是地球上最大的生态系统，它包括地球上的全部生物及其无机环境（非生物环境）。生物圈还可以分出很多个生态系统，例如一片森林、一块草地、一个池塘、一块农田、一座城市等，都可以个自成为一个生态系统。10生态系统（ecosystem）指在一定的空间内，生物成分和非生物成分通过物质循环、能量流动和信息交换而相互作用、相互依存所构成的一个生态学功能单位。它把生物及其非生物环境看成是互相影响、彼此依存的统一整体。生态系统是英国生态学家Tansley于1935年首先提出来的。1971年，奥德姆完善。11例如：为了生存和繁衍，每一种生物都要从周围的环境中吸取空气、水分、阳光、热量和营养物质；生物生长、繁育和活动过程中又不断向周围的环境释放和排泄各种物质，死亡后的残体也复归环境。对生态系统这一概念的理解12（1）生态系统的组成信息交换能量流动生态系统生物非生物2、生态系统的组成和作用物质循环13绿色植物蓝绿藻和一些光合细菌等自养生物初级消费者：草食动物次级消费者：肉食动物三级消费者：中型肉食动物四级消费者：大型肉食动物微生物、小型无脊椎动物(蚯蚓、白蚁)、秃鹫等大型腐食性动物。生产者消费者分解者：温度、阳光土壤水、二氧化碳、氧有机物等生物成分（生物群落）非生物环境（自然环境）生态系统生态系统的组成14生产者（绿色植物）15一级消费者（草食动物）16二级消费者（肉食动物）17生产者消费者分解者温度、光土壤水、二氧化碳、氧有机物等生物成分（生物群落）非生物成分（自然环境）生态系统（2）生态系统的作用它们分解动植物的残体、粪便和各种复杂的有机化合物；吸收某些分解产物；最终能将有机物分解为简单的无机物，而这些无机物参与物质循环后可被自养生物重新利用,使物质流动在大自然中形成循环。18鞭毛虫19微生物（真菌）橙盖伞（分解者）20非生物成分指生态系统中的各种无生命的无机物、有机物和各种自然因素（如土壤、空气、水等）。土壤岩石矿物21非生物成分指生态系统中的各种无生命的无机物、有机物和各种自然因素（如土壤、空气、水等）。空气水体22在这四大角色的作用下，整个生态系统始终发生着物质和能量的循环与交流。23按生态系统的环境性质和形态特征陆地生态系统海洋生态系统淡水生态系统包括自然生态系统（森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统等）和人工生态系统（农田、城市、工矿区等）；（3）生态系统的类型24森林系统包括乔木、灌木、草本植物、地被植物及多种多样动物和微生物等与它周围环境（包括土壤、大气、气候、水分、岩石、阳光、温度等各种非生物环境条件）------相互作用形成的统一体。25据资料报导，1hm2森林每天可吸收1tCO2，放出0.73tO2。全球森林每年能使约（550×108）tCO2转变成木材，同时大约可放出（400×108）tO2。全世界森林吸收CO2并放出的O2超过世界人口呼吸所需O2的近10倍。吸收CO2释放O2，减缓温室效应。26森林能分泌一些杀菌素、负离子和芳香化合物，对大气进行消毒，使空气清新，从而改善人类的大气生活环境质量。过滤和净化作用。27森林可减低风速，防止风害和干旱风的形成，预防冷害及霜冻，减少雹灾形成，阻挡沙尘暴等。能减轻来自大气圈的灾害。28大量水文资料证明：森林能减低洪峰流量，增加枯水期流量，并调节河川流量，起到既能防止洪涝灾害，又可减轻旱灾的双重作用。森林之所以能起涵养水源的作用，主要是因为林地具有大量枯枝落叶和腐殖质，以及林地土壤疏松、吸水和保水能力强。具有涵养水源的功能。29主要表现在森林具有改良土壤、固土、防治荒漠化，保护耕地，防止水蚀和风蚀等方面的作用。森林和植被以其地上多层次结构和地下发达的根系，可以大大减少降雨势能对土壤的冲刷，并起固土作用，防止风蚀和水蚀。对土壤岩石圈有较大影响。30森林还能在一定程度上起改良土壤的作用。这是因为森林能使土壤理化性质改善。如增加土壤有机质，形成团粒结构，增加土壤孔隙度，提高土壤渗透能力和吸附能力，提高土壤中氮（N）、磷（P）、钾（K）含量及各种微量元素含量。对土壤岩石圈有较大影响。31森林具有吸尘作用，由于结构复杂，树叶表面不平，多绒毛，有的能分泌粘性油脂及汁液，森林能吸附大量飘尘。森林能减低噪声，一般40m宽的林带，可减低噪声10～15dB。建造林带可以隔音，抗噪声污染。森林还具有抗辐射、阻碍污染光的传播的作用。对生物圈有较大影响。32按生态系统的环境性质和形态特征陆地生态系统海洋生态系统淡水生态系统包括湖泊、河流、水库等；（3）生态系统的类型33按生态系统的环境性质和形态特征陆地生态系统海洋生态系统淡水生态系统包括海岸、河口、浅海、大洋、海底等。（3）生态系统的类型34构成生态系统的各种生物的种类、数量和空间配置，在一定时期内均处于相对稳定的状态，使生态系统能够各自保持一个相对稳定的结构。主要有形态结构和营养结构。（5）生态系统的结构35①形态结构生物种类种群数量种的空间配置（水平分布、垂直分布）种的时间变化（发育、季相）等构成了生态系统的形态结构36（5）生态系统的结构如：在森林生态系统中，有各种乔木、灌木和草本植物，有各种动物和复杂的微生物种群。它们各自的数量、空间的分布和种的时间的变化就构成了森林生态系统特有的形态结构。37生态系统中物种的类型、分布、空间配置38生态系统中种的时间变化（发育、季相）39②营养结构生态系统各组成部分之间建立起来的营养关系，构成了生态系统的营养结构。它是生态系统中能量流动和物质循环的基础。40营养结构是以营养为纽带，把生物和非生物紧密结合起来的功能单位，构成以生产者、消费者和分解者为中心的三大功能类群，它们与环境之间发生密切的物质循环和能量流动。②营养结构41生产者（绿色植物）还原（分解）者（细菌、真菌）消费者（动物）环境（土壤、空气、水）生态系统营养结构模式图42（6）食物链及食物网食物链：就是一种生物以另一种生物为食，彼此形成一个以食物连接起来的链锁关系。•比如：老鼠以农作物为食，而鼬（you）鼠又以老鼠为食，这就构成了一个最简单的食物链。•再如：碎屑-蘑菇-昆虫-蛙-蛇-鹰就构一个较为复杂的食物链。生物圈中的各种生物基于生产者和各级消费者之间的营养关系，构成了生态系统中的食物链。43自然界中，一种植物可被不同种动物食用，家畜采食牧草，野鼠、野兔也吃牧草；同一种动物可食不同种食物，如棕熊既吃动物也吃植物。（6）食物链及食物网44所以在生态系统中，各种生物取食关系错综复杂，使生态系统中各种食物链相互交叉、相互联接，形成网络，称为“食物网”。能量的流动、物质的迁移和转化都是通过食物链和食物网进行的。（6）食物链及食物网451桧树；2草本植物；3节肢动物；4兔；5啮齿动物；6肉食动物食物网一个简化了的陆地食物网4748能量流动物质循环信息传递2、生态系统的功能能量流动、物质循环和信息传递构成了生态系统的基本功能。49（1）能量流动（a）太阳辐射的电磁波情况P33入射的太阳能99%为紫外、可见光和红外。50（b）太阳辐射及地球吸收太阳能的情况P33来自太阳的能量只有近一半（47%）左右能够到达地表，其余的34%反射、散射到空间，19%被大气所吸收。51生态系统中全部生命活动所需要的能量均来自太阳。太阳能在生态系统中的流动是按热力学定律进行的。能量流动的实现途径：光合作用和有机成分的输入；呼吸的热消耗和有机物的输出。52能量流动方向：沿着绿色植物→草食动物→一级肉食动物→二级肉食动物逐级流动；而后者所获得的能量大体等于前者所含能量的1/10，即在能量流动过程中，约有9/10的损失掉了------能量流动的1/10规律。53水循环（2）物质循环包括水循环、碳循环、氮循环、磷循环等54水循环（2）物质循环包括水循环、碳循环、氮循环、磷循环等水面、陆地表层蒸发；植物叶的蒸腾作用；大气中水的冷凝、降水；地表水径流、渗透；地下水径流；55碳循环56碳循环植物的光合作用；动物的呼吸作用；微生物的分解作用；矿物（化石燃料）燃料的燃烧；海水吸收成为碳酸盐而沉淀；碳酸盐吸收二氧化碳成为碳酸氢盐而分解；火山爆发、森林火灾；57氮循环氮循环58氮循环固氮菌、蓝绿藻的固氮；植物从土壤中的吸收；动物食用植物的摄取；动植物尸体的分解；土壤中硝酸盐的反硝化；化肥的生产和使用；火山爆发；59磷循环P38天然来源通过天然侵蚀和人工开采进入水体或食物链经短期循环后进入深海沉积层中60（3）信息传递信息在生态系统中表现为多种形式，主要有营养信息、化学信息、物理信息、遗传信息和行为信息。生态系统的另一个功能就是信息传递功能61北极狐是以北极兔为食的；北极狐可以怀单胎，也可以怀双胎，而这是取决于北极兔的多少；北极兔的数量多，怀双胎；数量少则怀单胎。62难道是北极兔告诉北极狐自己的数量吗？显然不可能，这只能是生态系统中某些物理信息、化学信息等在起作用。63北极狐北极兔64三、生态平衡1、生态平衡的概念如果某生态系统各组成成分在较长时间内保持相对协调，物质和能量的输出接近相等，结构与功能长期处于稳定状态，在外来干扰下，能通过自我调节恢复到最初的稳定状态，则这种状态可称为生态平衡。65三、生态平衡1、生态平衡的概念生态平衡包括三个方面：•结构上的平衡;•功能上的平衡;•输入和输出物质数量上的平衡。66三、生态平衡2、生态平衡的特点生态平衡是相对的、动态的平衡。在系统各组分之间、生物与环境之间不断的物质、能量与信息的流动，使得生态系统中旧的平衡不断打破，新的平衡不断建立。只有这样，地球才会由一片死寂变得生机盎然。67三、生态平衡2、生态平衡的特点绝对的平衡则意味着没有发展和变化。但这种变化如果太快，则系统各组分之间处于一个相对不稳定的状态，会产生一系列严重的问题，生物不能适应这种变化则导致物种的大量灭绝。68三、生态平衡3、生态系统的动态变化生态系统的稳定取决于植物、食草动物、食肉动物、分解者之间平衡的相互关系植被分解者食草动物食肉动物69三、生态平衡生态平衡内部具有自动调节的能力。生态系统的组成成分越多样，能量流动和物质循环的途径越复杂，其调节能力也越强。生态系统的调节能力有一定限度的。超出了限度，调节就不再起作用，生态平衡就会遭到破坏。生物多样性4、生态平衡的原因70破坏生态平衡的因素自然因素人为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。如火山爆发、山崩海啸、水旱灾害、地震、台风、流行病等自然灾害。5、破坏生态平衡的因素71破坏生态平衡的因素自然因素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。主要