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DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity第五章人类与生物圈DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity一、生态学的含义§⒈生态学的含义及发展生态学是研究生物与其生活环境相互关系的科学。是生物学的主要分科之一，初期偏重于植物，后来逐渐涉及动物，而有植物生态学和动物生态学之分。二、生态学的学科特性：多学科性。生态学的多学科性及相互关系DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity三、生态学发展进程中的主要特点从定性探索生物与环境的相互作用到定量研究。从个体生态系统到复合生态系统，由单一到综合，由静态到动态地认识自然界的物质循环与转化规律。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。四、生态学与环境科学的关系生态学和环境科学所研究的问题相近，虽然研究的侧重点不同，但生态学的许多基本原理可以应用于环境科学中，来研究解决人类生活与环境问题。§⒈生态学的含义及发展DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity一、生态系统概念的形成及发展1935年英国生态学家坦斯利（A.G.Tansley）首先提出了生态系统（Ecosystem）这一科学概念，用来概括生物群落和环境共同组成的自然整体。1942年，生态学家林德曼发表了“食物链”、“金字塔营养基”和“十分之一”定律的报告，初步奠定了生态系统的理论基础。前苏联生态学家苏卡乔夫1944年，提出了“生物地理群落”的科学概念（与生态系统概念同义），它是指在一定地表范围内相似的自然现象即大气、岩石、植物、动物、微生物、土壤、水文等条件的总和。§⒉生态系统的结构与功能DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity进入50年代，特别是60年代以后，著名生态学家奥德姆、惠特克（R.H.Whittaker）和苏卡乔夫等人的研究工作，使生态系统学说的理论体系进一步完善。70年代以来，生态系统学说得到了空前发展。50年代以来，与生态系统理论有关的几个研究计划60年代“国际生物学计划”（IBP，InternationalBiologicalProgram），以自然生态系统的能量流动和物质循环为主要对象；70年代的“人与生物圈计划”（MAB，ManandBiosphere），强调了人类活动对自然生态系统及生物圈的影响；80年代的“国际地圈与生物圈计划”（IGBP，InternationalGeosphere-BiosphereProgram），主要研究生物圈和地球系统的相互作用。§⒉生态系统的结构与功能DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity二、生态系统的概念、组成及特征生态系统的概念在一定地区内，生物成分（生物群落）和非生物环境（物理环境）之间通过能量流动、物质循环和信息传递相互作用、相互依存形成的一个生态学功能单位。生物成分（物理环境）（生物群落）非生物成分能量流动物质循环信息传递§⒉生态系统的结构与功能DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity生态系统的组成图、生态系统的组成§⒉生态系统的结构与功能DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity生态系统的特征多层次性是开放系统，而非封闭系统控制系统或反馈系统动态系统：由简单到复杂、由不成熟到成熟任何一个能够维持其机能正常运转的生态系统必须依赖外界环境提供输入和接受输出。在一定限度内，逐渐修复与调整因外界干扰而受到的损伤，维持正常的结构与功能，保持其相对平衡状态§⒉生态系统的结构与功能DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity三、生态系统的结构空间结构：营养结构：食物链、食物网⒈食物链概念：生态系统中以生产者为起点，一些有机体以吃和被吃的关系，即通过食物关系彼此联结而形成的一个能量与物质流通系列。（示例）食物链类型：捕食食物链碎屑食物链水平结构、垂直结构、层片§⒉生态系统的结构与功能DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity⒉食物网图、一个简化的陆地生态系统食物网食物网：各个食物链彼此交织、错综连接形成复杂的能量与物质流通的网络。食物（链）网的复杂程度与生态系统的稳定性一般来说，食物链越长，食物网的结构越复杂，抵抗外界干扰的能力越强，稳定性就越大。反之，生态系统容易发生波动或毁灭。§⒉生态系统的结构与功能DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity⒊营养级在生态系统中，凡是以相同或相似的方式获取相同性质食物的植物类群或动物类群。（示例）⒋营养结构在生态系统中，不同营养级的组合就是营养结构。注：在生态系统中，食物链的环节和营养级的数目都是有限的（一般为3～5个环节）思考：该理论在生产活动中有何意义？§⒉生态系统的结构与功能DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity⒌生物放大作用污染物通过食物链产生逐级富集的现象。大气：0.000003ppm浮游生物0.04ppm（1.3万倍）小鱼0.5ppm（14.3万倍）大鱼2.0ppm（57.2万倍）水鸟25ppm（858万倍）人30ppm（1000万倍）举例：以DDT为例。思考：该概念对我们有什么警示意义？§⒉生态系统的结构与功能DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity四、生态系统的功能⒈能量流动（单向）图、能量流动示意图§⒉生态系统的结构与功能能量流动中能量损失的主要原因？DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity⒈能量流动（单向）生态系统能量转化效率“百分之十率”或“十分之一定律”图、能量传递的“十分之一定律”生态金字塔数量金字塔生物量金字塔能量（生产力）金字塔§⒉生态系统的结构与功能DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity图、生态金字塔（P生产者、C消费者、D分解者、S腐食者）§⒉生态系统的结构与功能为什么？水域生态系统大多数初级生产者是各种浮游藻类，其体积很小而表面积大，适于浮游。同时由于其寿命短，一部分个体被植食动物所虑食，另一部分个体也很快死亡并被生物分解，因此积累的现存生物量很少，而较高营养级的生物寿命长，故在水生生态系统中出现颠倒的生物量金字塔，这是陆地生态系统所没有的。DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity⒉物质循环生态系统中的物质大量元素：含量占生物体总重量万分之一以上的元素（C、H、0、N、P、S、K、Ca、Mg）微量元素：生物体含量很少的一些元素（如B、Cl、Co、Cu、I、Fe、Mn、Mo、Se、Si、Zn）物质循环的类型（根据范围、途径和周期不同）生态系统内的小循环生态系统间或全球性的生物地球化学大循环§⒉生态系统的结构与功能DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity生物地化循环类型（根据储存库和物质形态不同）储存库和交换库水循环气体型循环沉积型循环代表物质：碳、氮、氧等。代表物质：磷、硫、碘、钾、镁、铁等。§⒉生态系统的结构与功能DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity水循环思考：水循环的生态学意义？§⒉生态系统的结构与功能DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity气体型循环（以氮循环、碳循环为例）§⒉生态系统的结构与功能DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity碳循环思考：目前人类对碳循环有何影响？§⒉生态系统的结构与功能DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity沉积型循环（以磷循环为例）§⒉生态系统的结构与功能DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity⒊信息传递物理信息物理信息由声、光和颜色等构成。化学信息由生物代谢产物，尤其是分泌的各种激素组成的化学物质。营养信息行为信息§⒉生态系统的结构与功能DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity§⒊人类对生物圈的影响一、生态系统平衡及维持机制⒈生态系统平衡的概念在一定的时期内，生产者、消费者和分解者之间保持着一种动态平衡状态，系统内的能量流动和物质循环在较长时期内保持稳定，这种状态就是生态平衡。生物种类（动物、植物、微生物）的组成和数量比例相对稳定；非生物环境（包括空气、阳光、水、土壤等）保持相对稳定。DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity§⒊人类对生物圈的影响⒉生态系统平衡的维持机制（反馈调节）负反馈：生态系统受内部或外部某因素的干扰引起了一些变化，这些变化反过来抑制了该因素的干扰和所引起的变化，进而导致生态系统逐渐恢复平衡稳定状态。例：狼与兔子之间的数量关系正反馈：生态系统受内部或外部某因素的干扰引起了一些变化，这些变化反过来不是抑制而是加强了该因素的干扰和所引起那些变化，进而导致生态系统远离平衡稳定状态。举例：水体富营养化、黄土高原水土流失生态系统反馈调节的限度DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity§⒊人类对生物圈的影响图、两个负反馈之间的相互关系DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity§⒊人类对生物圈的影响二、生态学的基本规律—“五规律”（马世骏）相互制约和相互依赖的规律物质循环转化的再生规律物质输入与输出的动态平衡规律相互适应与补偿的协同进化规律环境资源的有效极限规律“物物相关”、“相生相克”DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity§⒊人类对生物圈的影响三、人类对生物圈的影响森林在缩小草场在退化猎捕与毒杀人与昆虫的战争意外的繁衍日益加速的物种灭绝（生物多样性丧失）DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniversity§⒊人类对生物圈的影响四、关于生物多样性⒈生物多样性的概念在一定时间和一定地区所有生物（动物、植物、微生物）物种及其遗传和生态系统复杂性的总称。遗传多样性(Geneticdiversity)广义：指地球上生物所携带的各种遗传信息的总和（存在于生物个体内、单个物种内以及物种之间的遗传变异的总和）。狭义：指生物种内基因的变化，包括种内显著不同的种群之间以及同一种群内的遗传变异（世界资源研究所，1992）。DepartmentofResourceManagement,TangShanNormalUniver