环境生态学 第一章 绪论.ppt

环境生态学 1.绪论 2.生物与环境 3.生物圈中的生态系统 4.生态系统生态学 5.生态系统服务 6.人类对自然生态系统的干扰与生态恢复 7.环境污染与生态环境影响评价 8.受损生态系统的修复 9. 生态系统管理 10.生态环境保护与可持续发展 环境生态学的课程设置环境生态学的课程设置 环境生态学导论环境生态学导论 第一节第一节 环境生态学的定义及环境生态学的定义及 其形成与发展其形成与发展 人类在地球的出现是改变地球自然演化人类在地球的出现是改变地球自然演化 过程的重大事件过程的重大事件。人类整个进化过程中。人类整个进化过程中四大事四大事 件件： 距今约距今约700700万年前人科本身起源；万年前人科本身起源； 两足行走的猿类物种的两足行走的猿类物种的“ “适应辐射适应辐射” ”； 大约大约250250万年人属的起源；万年人属的起源； 现代人的起源。现代人的起源。 一、人类社会的发展与环境问题的产生与演变一、人类社会的发展与环境问题的产生与演变 青铜器期 社会结构 活动范围 经济形式 能源结构 生产力水平 人地关系 环境问题 索取 消费 弃置 个体连续 个体/部落 孤 立 火、人力 矛、弓箭 依附自然 火烧植被 索取 加工 消费 弃置 自给型 乡村/民族 区 域 蓄 力 陶瓷印刷 靠天吃饭 生态破坏 索取 加工 分配 消费 弃置 商品型 城市/国家 洲际/大区 化石燃料 蒸汽机 改天换地 环境问题 人科起源700万 200万 制造石器 50万 3.4万 6000文字出现 公元 1万 2005 1700 采猎文明 进化活动 农业文明 工业文明 后工业文明 3000 生存方式 矛、弓箭 持续型 宇宙/全球 全 球 清洁能源 信息技术 天地人和 环境改善 索取 加工 分配 消费 废物 利用 人类文明特征与环境问题简图 环境问题产生根源 A.经济超速增长的结果； B.人口快速增长； C.科学技术发展结果； D.宗教鼓励人口增长和人对自然贪欲的结果。 以上原因具有一定的片面性，社会发展离不开这些 因素，相信生态破坏和环境污染在生态文明、可持 续发展理念指引下是可以得到解决的。 注释： 林恩怀特（lynn White），美国历史学家，代表作 我们生态危机的历史根源。 8 一、温室效应一、温室效应 大气中的CO2气体和水蒸汽等，对 太阳辐射有强烈的吸收作用，使地球温 度保持在15 左右，这属“ 自然温室”效 应。 环境问题环境问题 9 人类的活动引起空气中某些成分的变化， 打破原有的平衡状态 如：二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、氟氯 烃化合物、臭氧等气体 对于来自太阳的短波辐射几乎是透明的， 对于从地面射出的长波辐射强烈吸收，使地表 辐射的热量留在了大气层内，提高了地表的温 度，称为“温室效应”。 10 二、臭氧层破坏二、臭氧层破坏 在大气污染以前，臭氧水平分布状况 变化很小。 11 近几十年来，由于环境污染，臭氧 层的动态平衡遭到破坏，同温层中臭氧 浓度呈减少趋势，地球上空出现臭氧空 洞，且臭氧空洞还在逐年扩大。 12 三、生物多样性锐减三、生物多样性锐减 生物多样性包括： 生态态系统统多样样性。 物种多样样性。 遗传遗传 多样样性。 生态系统多样性最重要，它是物种和遗 传多样性的保证。 13 国际自然与自然资源保护联盟（IUCN）等组织的 调查表明： 3500100万年前，平均每300年有一种鸟类灭绝鸟类灭绝 从100万年前到近代，平均每50年有一种灭绝 最近300年间，平均每两年灭绝一种 进入20世纪后，每年就灭绝一种 14 四、水土流失四、水土流失 当今世界重大的环环境问题问题 之一， 对经济对经济 的持续发续发 展构成了严严重威胁胁。 据统计，全世界目前水土流失面积达25 亿公顷，占全球耕地、林地和草地总面积的 29%。 15 水土流失的土地 16 我国是世界上水土流失最严重的国家之一 水土流失面积大，强度大； 各种水土流失的形式和类型在我国都有分布。 17 五、土地沙漠化五、土地沙漠化 人类面临的最严重威胁之一。 1988年，世界上受到沙漠化威胁胁的土地 面积积达45亿亿公顷顷，占全球陆陆地面积积的13， 依赖这些土地为生的人占世界总人口的15 ，其中有34已中等程度的退化，13已经 丧失了25%的生产力。 18 沙漠化的土地 19 六、土壤退化六、土壤退化 根本原因：土壤侵蚀 常见的包括水土流失、土壤沙漠化外 、地力衰退、土壤盐碱化和沼泽化等。 20 全球范围内的土壤退化已威胁到生物圈的 未来，对人类的生存构成威胁。 据统计，全世界土地养分亏缺的面积为 29.9亿公顷，占陆地总面积的23%。 中国的地力衰退地很严重，有23的耕地 属于中低产水平。从1958年至1987年的30年间 ，约有1亿亩耕地演变为次生盐碱地。 21 七、干旱缺水七、干旱缺水 全世界已有100多个国家缺水，严重缺 水的国家已达40多个，全球60%的陆地面积 淡水资源不足，20多亿亿人饮饮用水紧紧缺。 22 缺水地区的人们在取水 23 八、大气污染和酸沉降八、大气污染和酸沉降 大气污染愈演愈烈 据统计，全球二氧化硫的排放量1.5亿吨 ，发达国家排放量有所下降，但氮氧化物和 碳氢化合物的排放量有所增加。 24 酸沉降 湿沉降（酸雨、酸雪、酸雾等） 干沉降（气溶胶、悬浮微粒） 25 酸沉降还会导致金属、建筑物等腐蚀 26 九、水污染九、水污染 水本身具有自净能力，当进入水体 的污染物质超过了水体的自净能力时，水 体会丧失其使用价值，称为水污染。 27 28 29 十、热带天然林消退十、热带天然林消退 热带天然林地球的肺（调节气候） 目前，占世界森林面积45%的热带林 遭到了严重破坏。1990年FAO的调查表明 ，热带林目前以每年1678万公顷的速度消 失，毁林率高达1.2%，比10年前增长了1 倍。 30 1.2 环境生态学定义 环境生态学(environmental ecology)是生态学的新 分支，属于应用生态学，伴随环境问题的出现而 产生和发展的综合性学科。研究解决干扰源引起 的“生态环境问题效应链”问题。 环境生态学是研究人为干扰下，生态系统内在的 变化机制、规律和对人类的反效应，寻求受损生 态系统恢复、重建和保护对策的科学。 运用生态学原理，阐明人类与环境间相互作用的 机制和效应以及解决环境的生态学途径的科学（ 金岚，盛连喜，1991）。 31 1.3 环境生态学的形成与发展 n环境生态学产生 n20世纪60年代初，美国海洋生物学家蕾切尔卡逊（ Rachel Carson,1962）发表了有关杀虫剂对环境影响的 读物寂静的春天，该书发表是对人类与环境关系 传统行为和理念的理性反应，是环境生态学的启蒙著 作和学科诞生标志。 32 n寂静的春天以大量使用杀虫剂使生机勃勃的春天变得 “寂静”为主线，以大量事实指出生态环境问题产生的根源 ；揭示人类生产活动与春天“寂静”的内在机制；批评了“ 控制自然”的妄自尊大的思想；指出后生物与环境的相互 关系在人类出现生命才具有改造自然的能力，她向人们呼 吁“我们长期以来行驶的道路，容易被人误认为是一条可 以高速前进的平坦、舒适的超级公路，但实际上，这天路 的终点却潜伏着灾难，而另外的道路则为我们提供了保护 地球的最后唯一的机会”。虽然作为环境保护的先行者R. 卡逊没有明确指出“另外的道路”，但给人们敲响了保护环 境的警钟。 33 n环境生态学发展的初期阶段 n20世纪70年代，增长极限阐述的资源与人类发展 相适应，考虑环境问题等限制性因素和人口增长压 力等思想，为环境生态学理论体系奠定了基础。 n增长极限报告阐述了环境的重要性及资源与人 口的基本联系，提出21世纪粮食与环境不可控制的 衰退，避免资源极限而导致地球崩溃的最好办法是 限制增长，即零增长（被称为“悲观论”的典型）。 34 地球上的最后 最后的家园 35 地球上的最后 最后的晚餐 36 地球上的最后 最后的生命 37 n环境生态学理论体系完善与发展 n1972年，联合国人类环境会议在斯德哥尔摩召开，有 113个国家和地区代表参加。是人类第一次将环境问 题纳入世界各国政府和国际政治的事务议程。1972年 巴巴拉.沃德的只有一个地球学术思想和观点丰 富了环境生态学的理论，促进了环境生态学理论体系 的完善与发展。 n大会通过人类环境宣言向全球呼吁“人类在决 定世界各地的行动时，必须更加审慎地考虑它们对环 境造成巨大的无法挽回的损失”。该会议意义在于， 唤起了各国政府对环境问题特别是对环境污染的反思 、觉醒和关注，正式吹响了人类共同向环境问题挑战 的进军号角。 38 n只有一个地球对一个小小星星的关怀和维 护是受联合国人类环境会议秘书长委托，为本 次大会提供的一份非正式报告。书中论述了环境 污染问题，并与人口、资源、工艺技术、发展部 平衡和世界范围的城市化困境等联系起来，作为 一个整体讨论。更重要的是作者用相当大大篇幅 论述了“地球是一个整体” 的学术思想，回顾了人 类社会发展历程与环境问题的关系，分析了现代 繁荣的代价 。 39 n20世纪80年代，全球环境问题的解决需要对理解 生态学原理方面取得进展，1987年B.福尔德曼发 表了第一部详细的综合教科书环境生态学副 标题为“污染和其他压力对生态系统结构和功能的 影响”。该书出版标志环境生态学框架基本形成， 对环境生态学的发展起了积极推动作用。 40 n环境生态学应用阶段 n1987年，世界环境与发展委员会(WCED)向联合国递 交题为我们共同的未来的研究报告。报告分“共 同的问题”、“共同的挑战”和“共同的努力”三大部分 ，系统地研究了人类面临重大的经济、社会和环境问 题，以“可持续发展”为纲领，从保护和发展环境资源 、满足当代人和后代人的需要出发，提出了一系列政 策目标和行动建议。 41 地球的美丽 桂林山水 42 地球的美丽 山野的宁静 43 20世纪纪60年代以来，有关环环境生态态学方面的书书刊 大量问问世 怀特，我们生态危机的历史概源； 哈廷，公众的悲剧； 艾利奇，人口炸弹； 鲍尔廷，未来宇宙飞船的经济； 巴巴拉沃德，只有一个地球； Carins等，受害生态态系统统的恢复过过程 44 n目前，国内外以环境生态学为名的专著和教科书 还不多，现能见到的中文书籍仅有蒋志学和温世生（ 1987）翻译的英国学者安德森 J M 所著，副标题为“生 物圈生态系统和人”的环境生态学以及鲁明中主 编，副标题为“中国人口、经济与生态环境关系初探” 的环境生态学。但是，“环境生态学”作为有明确 研究领域和学科任务的分支学科，其地位已得到越来 越多学者的认可。 n金岚等（1991）编著的环境生态学是我国第一本 系统的“环境生态学”教材，出版十余年来，多次印刷 ，为我国高等学校的环境生态学教育做出了贡献。 45 第二节第二节 环境生态学的研究内容和环境生态学的研究内容和 学科任务学科任务 46 2.1 环境生态学研究内容 n属于生态学与环境科学的交叉学科之一，综合性十分明显 的新兴学科。根据定义除涉及经典的生态学基本理论外， 研究内容包括以下几方面： n人为干扰下生态系统内在变化机制和规律的研究； n主要研究干扰的生态学意义，产生生态效应及对人类的影 响，污染物在生态系统的变化规律和危害方式等。 n生态系统受损程度及危害性的判断研究； n主要研究受损生态系统结构功能退化特征，退化的生态学 效应和性质、危害程度，如何在监测的基础上进行环境质 量评价等。 47 n生态系统的功能和保护措施的研究； n受损生态系统的危害效应和方式，该效应对区域生态效应 和社会发展的影响，生物资源的保护对策和科学管理，恢 复、重建等措施等。 n解决环境问题的生态学对策研究; n废物处理和资源化的生态工程技术和科学管理等。 p环境生态学的根本目的： n维护生物圈的正常功能，改善人类的生存环境，并使两者 协调发展。 p研究内容核心： n运用生态学理论，保护和合理利用自然资源，治理污染和 破坏的生态环境，恢复和重建受损生态系统，实现保护环 境与经济发展的协调，以满足人类发展的需要。 48 2.2 环境生态学的学科任务与发展趋势 p学科主要任务： p研究以人为主体的各种环境系统在人类活动的干扰下，生态 系统演变过程、生态系统变化的效应以及相互作用的规律和 机制，寻求受损生态系统恢复和重建的各种措施。所以，环 境生态学与经典生态学和污染生态学不同，注重道德伦理观 和科学素养等人文精神，但也与社会生态学不同。 p21世纪环境生态学研究进展与方向： n人为干扰的方式与强度； n退化生态系统的特征判断； n人为干扰下的生态演替规律； n受损生态系统恢复和重建技术； n生态系统服务功能评价； n生态系统管理； n生态规划和生态效应预测。 49 第三节第三节 环境生态学与相关学科环境生态学与相关学科 50 3.1 生态学 n生态学的定义 n生态学(ecology)一词源于希腊文oikos，其意为“住所”或“栖息地 ”。从字意讲，生态学是关于居住环境的科学。 n德国生物学家海克尔 (Haeckel.H ,1866 )，在普通生物形态学 一书中第一次正式提出生态学的概念，并将生态学定义为： “生态学是研究生命有机体与其环境关系的科学” 。 n美国生态学家奥德姆(Odum.E,1956)，定义为：“研究生态系统 结构和功能的学科” 。 n我国著名生态学家马世骏教授定义为：“研究生物与环境之间 相互关系及其作用机理的科学” 。 n目前，最为全面和大多数学者采用的定义为：“研究生物与生 物、生物与其环境之间的相互关系及其作用机理的科学” 。 51 生态学的研究对象 生态学研究对象 l生态学开始是研究以种群、群落和生态系统为中心的宏观生 物学。经典生态学研究的最低层次是有机个体，近来向宏观 和微观两极发展。如，全球生态学和分子生态学。 l从研究范围或尺度看，生态学研究对象包括单个分子到整个 地球生物圈，以研究个体，种群，生物群落和生态系统为主 。 基因细胞器官个体种群群落 基因系统 细胞系统 器官系统 有机体系统 种群系统 生态系统 生物成分 + 非生物环境 生物系统 生物学与生态学研究对象的组织层(仿 Odum,1971) 能量能量物质物质 生态学主要研究对象 52 鸟类学鸟类学 兽类学兽类学 寄生虫学寄生虫学 昆虫学昆虫学 微生物学微生物学 其他其他 分类课程分类课程 分子生物学分子生物学 生物化学生物化学 细胞学细胞学 生理学生理学 形态学形态学 进化论进化论 遗传学遗传学 生态学生态学 发育生物学发育生物学 其他其他 生命科学生命科学 基础科学基础科学 生物学与生态学研究对象的组织层次生物学与生态学研究对象的组织层次 53 n生态学的简史 n生态学发展历史与人类史一样古老，可分为四个阶段： n奠基阶段 n始于16 世纪文艺复兴之后，各学科的学者为生态学诞生做了 大量工作。如，现代化学家鲍尔(Boyle,1670)研究了低气压对 动物的影响，法国步丰，马尔萨斯、达尔文等。 n建立初期 n1900年，生态学被公认为生物学的一个独立分支学科。到20 世纪20年代处于定性描述阶段。 n发展及成熟初期 n20世纪30年代起，生态学有了迅速发展，研究重点从现象描 述深入到开始对生态现象的分析与解释。种群动态变化的研 究颇有进展。 n20世纪30年代后，生态学日趋成熟，其标志为大量专著出版 和生态系统概念的提出。 54 n生态科学体系的兴起 n20世纪50年代后半期以来，工业发展、人口膨胀、导致粮食 短缺、环境污染、资源紧张等一系列世界性问题的出现，推 动了生态学的发展。有人将其称为“现代生态学”。 n生态学正以前所未有的速度，在原有学科理论和方法的基础 上，与环境科学和其他相关学科相互渗透，向纵深发展并不 断拓宽自己的领域。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 发展的战略，作出重要贡献。 55 生态学各分支学科 n根据其研究对象组织水平、类群以及生境等划分： A.根据研究对象的组织水平划分 l个体生态学、种群生态学、群落生态学、生态系统生态学。 B.根据研究对象的类群划分 l植物生态学、动物生态学、微生物生态学、昆虫生态学、地 衣生态学以及各个主要物种的生态学。动物生态学可进一步 划分。 C.根据研究对象的生境类别划分 l陆地生态学、海洋生态学、淡水生态学、岛屿生态学、沙漠 生态学、景观生态学、全球生态学、太空生态学等。 D.根据应用领域不同划分 l农业生态学、环境生态学、恢复生态学、自然资源保护生态 学、污染生态学、城市生态学、经济生态学、放射性生态学 、热生态学、古生态学、人类生态学等。 56 生态学 理论生态学 应用生态学 新分支学科 种群生态学 群落生态学 个体生态学 生态系统生态学 草原生态学 森林生态学 沙漠生态学 景观生态学 河口生态学 陆地生态学 海洋生态学 淡水生态学 全球生态学 太空生态学 植物生态学 动物生态学 微生物生态学 哺乳动物生态学 鸟类生态学 鱼类生态学 昆虫生态学 污染生态学 农业生态学 恢复生态学 环境生态学 数学生态学 行为生态学 化学生态学 持续发展生态学 能量生态学 进化生态学 生态学各分支学科简图 热生态学 城市生态学 经济生态学 工业生态学 文化生态学 教育生态学 社会生态学 人类生态学 古生态学 野生动物管理学 自然资源生态学 57 3.2 环境科学 n环境科学(environmental science)是20世纪50年代后，由于 环境问题的出现而诞生和发展的新兴学科，经过10多年奠 性工作准备，到70年代初期便发展成为一门研究领域广泛 、内容基丰富的独立学科。环境科学发展的异常迅速，可 以说它的产生既是社会需求，也是20世纪70年代自然科学 、技术科学和社会科学相互渗透并向广度和深度发展的标 志。 n环境科学研究内容 n环境科学是研究和指导人类在认识、利用和改造自然中， 正确协调人与环境相互关系，寻求人类可持续发展途径与 方法的科学，是由众多分支学科组成的学科体系的总称。 可持续发展理论对环境科学产生深刻的影响，无论是对环 境问题的认识和研究内容、学科任务都有许多发展。集中 体现在学科提倡的资源观、价值观和道德观。 58 n具体研究内容： n人类与其生存环境的基本关系； n污染物在环境中迁移、转化、循环和积累的过程及规律； n环境污染的为危害； n环境质量的调查、评价和预测； n环境污染的控制与防治； n自然资源的保护与合理利用； n环境质量的监测、分析技术与预报； n环境规划； n环境管理。 59 n研究内容可概括为： n研究人类社会经济行为引起的环境污染和生态破 坏；环境系统在人类干扰下的变化规律；确定当 前环境恶化的程度与人类经济活动的关系；寻求 社会经济发展与环境协调持续发展的途径和方法 ，以争取人类社会与自然界的和谐。 n其整体性和综合性特征，决定了环境科学是融自 然科学、社会科学和技术科学于一体的交叉学科 ，与环境生态学有许多交叉。 60 n 环境科学的分支学科 环环 境境 科科 学学 环环 境境 学学 基基 础础 环环 境境 学学 应应 用用 环环 境境 学学 环环 境境 地地 质质 学学 环环 境境 毒毒 理理 学学 环环 境境 生生 态态 学学 环环 境境 化化 学学 环环 境境 数数 学学 环环 境境 社社 会会 学学 环环 境境 物物 理理 学学 辐辐 射射 污污 染染 及及 其其 控控 制制 环环 境境 声声 学学 热热 污污 染染 及及 其其 控控 制制 环环 境境 控控 制制 学学 环环 境境 法法 学学 环环 境境 经经 济济 学学 环环 境境 工工 效效 学学 环环 境境 医医 学学 环环 境境 工工 程程 学学 环环 境境 污污 染染 综综 合合 防防 治治 技技 术术 和和 环环 境境 规规 划划 环环 境境 水水 利利 工工 程程 环环 境境 系系 统统 工工 程程 环环 境境 污污 染染 防防 治工治工 程程 技术技术 及原及原 理理 大大 气气 污污 染染 防防 治治 工工 程程 水水 污污 染染 防防 治治 工工 程程 固固 体体 废废 物物 治治 理理 及及 利利 用用 工工 程程 核核 工工 业业 环环 境境 工工 程程 噪噪 声声 及及 热热 污污 染染 控控 制制 工工 程程 61 3.3 恢复生态学 n20世纪70年代建立学科，90年代中期恢复生态学开始迅速兴 起并得到宽速发展。 n恢复生态学(restoration ecology)是研究生态