2生态学基础.

第二章生态学基础第一节、生态学定义第二节、生态系统的基本概念及类型第三节、生态系统的功能第四节、生态平衡第五节、生态学在环境保护中的应用第一节、生态学一、生态学定义（由于是最新的科学定义尚未统一）二、生态学的发展1.定义：生态学(ecology)一词由德国学者E.H.Haeckel于1866年提出,他认为：“生态学是研究生物有机体与其无机环境之间相互关系的科学”。ecology一词源于希腊文，由词根oiko和logos演化而来，oikos表示住所，logos表示学问。因此，从原意上讲，生态学是研究生物住所的科学。不同学者对生态学有不同的定义。关于生态学的其它几个定义：英国生态学家Elton(1927)的定义是“科学的自然历史”；澳大利亚生态学家Andrewartha(1954)认为，生态学是研究有机体的分布与多度的科学，强调了对种群动态的研究；美国生态学家Odum(1959，1971，1983)的定义是研究生态系统的结构与功能的科学；我国著名生态学家马世骏认为，生态学是研究生命系统和环境系统相互的科学。二、生态学的发展1.生物学分支学科阶段：20世纪60年代以前,生态学基本上隶属于生物学的一个分支学科。2.综合性学科阶段：20世纪60年代以后，突破了生物科学的范畴,成为当代最为活跃的科学领域之一。3.发展展望：生态学将以生态系统为中心,以生态工程为手段,在协调人与自然的复杂关系,探求全球走可持续发展道路的战略,做出重要贡献。第二节、生态系统概述一、概念及类型二、生态系统的组成三、生态系统的结构四、生态系统的类型一、生态系统概念及类型1.概念：生态系统是指在自然界的一定空间内,生物与环境构成的统一整体,在这个统一整体中,生物与环境之间相互影响,相互制约,不断演变,并在一定时期内处于相对稳定的动平衡状态。2.生态系统分类：根据其形成的原动力和影响力，可分为自然生态系统、半自然生态系统和人工生态系统根据其环境性质，可将生态系统分为陆地生态系统和水生生态系统二、生态系统的组成生态系统的组成成分可分为两大类1.生物成分：生产者、消费者和分解者2.非生物成分：指各种环境要素,包括温度、光照、大气、水、土壤、气候、各种矿物质和非生物成分的有机质等。三、生态系统的结构1.形态结构：生态系统生物种类、种群数量、种的空间配置和时间变化等,构成了生态系统的形态结构2.营养结构：生态系统各组成部分之间,通过营养联系构成了生态系统的营养结构四、生态系统的类型为研究方便起见,人们从不同角度,把生态系统分成若干个类型。按环境中的水体状况,可把地球上的生态系统划分为:1.水生生态系统2.陆生态系统按人为干预的程度划分,又可以分为:1.自然生态系统2.半自然生态系统3.人工生态系统。生态系统的大小,也可以根据人们研究的需要而划定。(小到自然界中的一滴水,大到地球表面的生物圈)第三节生态系统的功能一、食物链(网)和营养级二、生态系统中的能量流动三、生态系统中的物质循环四、生态系统中的信息联系一、食物链(网)和营养级食物链：捕食性食物链、腐食性食物链、寄生性食物链营养级：食物链上的各个环节叫营养级生物数量金字塔、生物量金字塔和生产力金字塔(图23、图23、图24)怕可二、生态系统中的能量流动能量流动（太阳能化学能）三、生态系统中的物质循环物质循环（H2OCNS循环）物质循环碳循环：碳元素约占生物体干重的49％，碳是有机化合物的“骨架”，没有碳就没有生命。碳在无机环境与生物群落之间是以CO2的形式进行循环的。物质循环的主要特点：物质循环是带有全球性的，生物群落和无机环境之间的物质可以反复出现反复利用，周而复始进行循环，不会消失。碳的循环过程碳的作用：糖、脂肪、蛋白质、核酸都是构成生物体的基本物质，在它们的分子中都含有碳元素。碳元素大约占生物体干重的49％，是有机化合物的“骨架”，没有碳就没有生命。碳在无机自然环境中存在的形式即以CO2和碳酸盐（石灰岩、珊瑚礁）的形式存在。碳的循环形式：碳在无机环境与生物群落间是以CO2的形式进行循环的。大气中的CO2进入生物群落，主要依赖于绿色植物的光合作用，使CO2中的“C”变成为有机物中的“C”，再通过食物链进入动物和其他生物体中，因此从“C”的循环可见绿色植物是生态系统的基石。除此之外，还有化能合成作用的微生物也能把CO2合成为有机物。还有一部分生物遗体没有被分解者分解，转变成为地下的石油和煤，这部分“C”暂时脱离循环，一经开采运到地面燃烧，仍可产生CO2再返回碳循环。绿色植物的光合作用碳进入生物群落碳出入生物把CO2合成有机物群落的途径动植物的呼吸作用碳出生物群落微生物的分解作用燃烧四、生态系统中的信息联系信息传递（营养、化学、物理、行为信息）第四节生态平衡一、生态平衡的概念二、保持生态平衡的因素三、破坏生态平衡的因素四、生态平衡失调的标志五、生态平衡的恢复与再建一、生态平衡的概念1.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,物质和能量的输入输出接近相等,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。2.平衡方式：（生态平衡是动态平衡）相对平衡动态平衡二、保持生态平衡的因素1.保持生态平衡的原因生态系统之所以能保持相对地平衡状态,是因为生态系统本身具有自动调节的能力2.生态系统的自动调节能力的因素:结构的多样性功能的完整性三、破坏生态平衡的因素1.自然因素(第一环境问题)水灾、旱灾、地震、台风、山崩、海啸等2.人为因素(第二环境问题)使环境因素发生改变使生物种类发生改变信息系统的破坏寒旱所专家：非典爆发与生态系统破坏有关SARS疫情目前已初步得到控制，相关研究也已陆续展开。中国科学院寒旱所杨根生研究员认为，此次SARS疫情与生态系统破坏有关。杨根生指出，自然资源和良好的环境是人类赖以生存的物质基础，随着人类对自然资源和环境干涉能力的增强，人类在追求经济利益和社会财富的同时，也极大地破坏了人类自己赖以生存的生态系统。过度开发和不合理的资源利用造成土地大规模退化，河流、水资源严重污染，生物多样性严重下降。随着开发和生产的进行，工业污染也成了目前威胁人类生存的头等大事，人类每年释放到环境中的化学物质，已达到地球作用的10～100倍，这些人为物质的释放已改变了地球表层的物质循环及化学循环，使生物链被极大地破坏，生态系统失衡。目前地球上的生物种群因环境破坏，其灭绝的消失率已达5万种以上，洪水、疾病等灾难乘虚而入。消除12种POPS持久性有机污染物（ＰＯＰS）是指人类合成的能持久存在于环境中、通过生物食物链累积，并对人类健康及环境造成有害影响的化学物质。这些物质在环境中不易降解，存留时间较长，可以通过大气、水的输送而影响到区域和全球环境，并可通过食物链富集，最终严重影响人类健康。这些物质可能造成人体内分泌系统紊乱，生殖和免疫系统受到破坏，并诱发癌症和神经性疾病。《公约》决定禁止或限制使用１２种持久性有机污染物，其中８种是有机氯杀虫剂：艾氏剂（农业上用于防治农作物害虫，可引起人肝功能障碍、致癌）氯丹（又称氯化茚、１０６８，主要用于防治地下害虫、白蚁和卫生害虫，可使人致癌）;狄氏剂（用于防治蚊、蝇、白蚁、蝗虫以及地下害虫、棉花害虫、森林害虫，可引起人肝功能障碍、致癌），异狄氏剂（用于防治棉花害虫、水稻害虫、甘蔗害虫、鼠类，可妨碍人发育、致癌），七氯（又称七氯化茚，农业上用于防治地下害虫及卫生害虫，可影响人的生殖器官、致癌），灭蚁灵（用于防治棉象鼻虫和害虫、蝇、蟑螂，可使人致癌），毒杀芬（又称氯化茨烯、３９５６，用于防治棉花害虫、地下害虫、蝇、蟑螂，可使人致癌）;滴滴涕（又称二二三，农业、林业、粮食卫生等行业用来防治害虫，影响人的肝脏、致癌）。被这项公约禁用的还有两种工业化学品：六氯苯（又名灭黑穗药，用于防治麦类黑穗病等，可影响人的肝脏）;多氯联苯（主要用做电力变压器、电容器中的绝缘液，工业热载体、特种润滑油和添加剂，可使人致癌）。目前使用多氯联苯的电力变压器、电容器，只要不发生泄漏事故，可以用到２０２５年。公约禁用的最后两种是由燃烧和工业加工带来的副产品，都属于二恶英类物质：多氯二苯并二恶英和多氯二苯并呋喃。它们有多种异构体，其中四氯化物毒性最强，１９９９年沸沸扬扬的比利时污染鸡事件就是二恶英作的怪。二恶英不但是剧毒物质，而且致癌。四、生态平衡失调的标志1.结构上的标志一级结构：指生态系统各组成成分，即生产者、消费者、分解者和非生物成分组成的生态系统结构。二级结构：指生产者、消费者、分解者和非生物成分内部发生的变化。生态平衡的失调,首先表现在一级结构缺损和二级结构变化。2.功能上的标志生态平衡失调表现在功能上的标志,包括能量流动受阻和物质循环中断。（1）澳洲的生态系统澳洲拥有许多的黄金，因此引起很多人去澳洲淘金。在淘金时代，早期的欧洲移民为了挖黄金，乱挖滥伐，造成大量的水土流失，让植被无法修复。澳洲靠近南极岛，有许多的鲸鱼出现在澳洲，大肆的捕鲸，造成鲸鱼几近灭绝。早期的欧洲移民带了外来物种到澳洲。例如兔子，在无天敌的环境理泛滥成灾霸占当地“近亲”袋狸窟穴，吃光全澳洲草场，导致袋狸濒危，至今都需要定期猎杀兔子方可太平。早期英国曾一度引入了大批的绵羊。绵羊本身并没有问题，但是绵羊身上的苍蝇因为在澳洲没有天敌而大量繁殖，从而影响了澳洲的生态系统。还有从南美洲引入的仙人果，墨西哥引入霸王果的仙人果。到了1925年，至少有2500万公顷的土地被仙人果侵蚀。不过澳洲人从南美洲引进了仙人果的天敌——仙人掌蛾。仙人掌蛾大发神威，到了1934年，仙人果终于被制服了。（2）食物链中组分之间的关系食物链与食物网经典例子——达尔文在著名的《物种起源》一书中讲了一个饶有兴趣的“猫与牛”的故事。英国的牛主要靠优质的红三叶草为饲料，而红三叶草的兴衰与给它传粉的丸花蜂有很大关系。奇妙的是，丸花蜂的多少，又决定于田鼠的数量，因为田鼠吃蜂房和蜂幼虫，田鼠势旺丸花蜂便衰败。而猫吃田鼠，猫多了，田鼠就少了，丸花蜂就多了，红三叶草就兴盛了，牛就养壮了。有趣的是当时英国海军的主要食品是牛肉罐头，看起来，英国食物链与食物网经典例子1．达尔文在著名的《物种起源》一书中讲了一个饶有兴趣的“猫与牛”的故事。英国的牛主要靠优质的红三叶草为饲料，而红三叶草的兴衰与给它传粉的丸花蜂有很大关系。奇妙的是，丸花蜂的多少，又决定于田鼠的数量，因为田鼠吃蜂房和蜂幼虫，田鼠势旺丸花蜂便衰败。而猫吃田鼠，猫多了，田鼠就少了，丸花蜂就多了，红三叶草就兴盛了，牛就养壮了。有趣的是当时英国海军的主要食品是牛肉罐头，看起来，英国的强大，猫应立一功。（盛衰依存，祸福倚伏。）（3）生物进化论，环境适应（4）生态系统是一个物质循环系统五、生态平衡的恢复与再建人类利用自然与自然资源的能力会不断提高,对自然与自然资源的干预程度也会越来越大,生态系统永远保持平衡状态是不可能的在现有生态平衡的基础上,使生态系统向有利于人类的方向发展,或者有计划、有目的的去建立新的生态系统或新的生态平衡。对已被破坏的生态平衡,必须设法使其恢复或再建.多级氧化塘、土地处理系统、植物-土地处理系统等生态工程以及生态农场、生态村的建立等,为生态平衡的恢复与再建,展现了广阔的前景。第五节生态学在环境保护中的应用一、对环境质量的生物监测与生物评价二、对污染环境的生物净化三、制定生态规划方案四、发展生态农业一、对环境质量的生物监测与生物评价1.生物监测生物监测也称生物学监测,是指利用生物对环境中污染物质的反应,即利用生物在各种污染环境下所发出的各种信息,来判断环境污染状况的一种手段。2.生物评价生物评价也称生物学评价,是指用生物学方法按一定标准对一定范围内的环境质量进行评定和预测。通常采用的方法有指示生物法、生物指数法和种类多样性指数法等。3.生物监测与生物评价具有以下特点:综合性和真实性、长期性、灵敏性、简单易案例1-1：水污染的生物监测（一）生物指数监测法（贝克生物指数、贝克-津田生物指数、生物种类多样性指数、硅藻生物指数）（二）污水生物系统法（三）PFU微型生物群落