环境生态学绪论.ppt

环境生态学 主讲 曹裕松TelQ 504905934E mail caoyusongrc 环境生态学 教学内容 第一章绪论第二章生物与环境第三章种群生态学第四章群落生态学第五章生态系统与生态平衡 第六章生态系统退化与恢复第七章自然资源与生态保护第八章环境污染的生态防治第九章生态评价与生态管理第十章生态监测与生态管理 第一章绪论 1 环境问题的产生与发展 2 环境生态学的现状及发展 3 环境生态学的研究内容和任务 一 生态学基础 1 何谓生态学 Thetotalrelationsoftheanimaltobothitsorganicanditsinorganicenvironment Haeckel 1869 Thescientificstudyofthedistributionandabundanceoforganisms Andrewartha 1961 Thestudyofthestructureandfunctionofnature Odum 1963 Thescientificstudyoftheinteractionsthatdeterminethedistributionandabundanceoforganisms Krebs 1994 Ecology 来自希腊文 Oikos 住所 栖息地 和 Logos 学问 研究 生态学在创建之初被表达为研究生物有机体与其栖息场所之间相互关系的科学 生态学 Ecology 是研究生物与其环境之间相互关系的科学 动物 植物 微生物 非生物环境 生物环境 当前人类面临三大难题 环境污染 人口爆炸 资源短缺 对生态学提出了更高的要求 1 环境污染 从登上月球后拍摄的照片看 地球上已无处不被污染 工业三废 废气 废水 废渣 农药和放射形物质污染 核污染主要指核物质泄露后的遗留物对环境的破坏 包括核辐射 原子尘埃等本身引起的污染 还有这些物质对环境的污染后带来的次生污染 比如被核物质污染的水源对人畜的伤害 1979年3月28日三英里岛核电站发生的放射性物质外泄事故是美国历史上最为严重的核电站事故 1986年4月26日切尔诺贝利核电站发生爆炸 并引发大火 致使放射性尘降物进入空气中 此次事故产生的放射性尘降物数量是在广岛投掷的原子弹所释放的400倍 被称为历史上最严重的核电站灾难 温室效应使气温升高 海平面升高 大气中CO2浓度1850年为290ppm 1970年为320ppm 1978年 330ppm 1984年 343ppm 1986年 345ppm 图中记录了自1860年以来的全球温度 近年来 气温在持续地激烈上升 图中所记录的21个最热的年份当中 有20个都属于最近的25年 世界上几乎所有的冰川都在融化 其中很多融化得特别快 喜马拉雅冰川群 坐落于青藏高原上 是受全球变暖影响最大的地区之一 该冰川群为世界上40 的人口提供了一半以上的饮用水 而今半个世纪以内 世界上40 的人口将可能面临非常严重的饮用水短缺危机 1970年 2000年 2005年的非洲乞力马扎罗山 2 人口爆炸 马尔萨斯的 人口论 1 人口增长有超过食物供应增长的趋势 人口有几何增长的趋势 即按指数增长的趋势 而食物供应只有算术增长的趋势 人口会有无限增长的趋势 直至到食物供应的极限为止 2 可以用某种其它方法来抑制人口的增长 即把实行晚婚 婚前守洁和自愿限制同房的频率等方法结合起来 马尔萨斯的思想对查理 达尔文的 进化论 和卡尔 马克思 资本论 都有着强烈的影响 节育运动是马尔萨斯所倡导的运动的继续 3 资源短缺 土地资源 农用耕地日减 如中国人口增加1400万 a 耕地减少500万亩 水资源尤其是淡水资源日趋紧张 污染和浪费严重 本世纪以来 随着人口膨胀与工农业生产规模的迅速扩大 全球淡水用量飞快增长 从1900 1975年 世界农业量增加了7倍 工业用水量增加了20倍 并且近几十年来 用水量正以每年4 8 的速度持续增加 淡水供需矛盾日益突出 水资源短缺 已不是神话 1977年 联合国警告全世界 水不久将成为一项严重的社会危机 石油危机之后的下一个危机是水 全球能源危机 电荒 煤荒 油价上涨 目前 全球性的能源危机已经成为世界各国不得不面对的现实 各国都开始为寻找新的能源解决方案而努力 我国近年来面临着严重的 电荒 全国24个省区出现了 拉闸限电 寻找能源解决方案成了迫在眉睫的问题 地球可再生能源濒临枯竭 石油等化石燃料都是不可再生的有限资源 BP世界能源统计2005 的数据表明 以目前的开采速度计算 全球石油储量可供生产40多年 天然气和煤炭则分别可供应67年和164年 生物资源 森林被毁 生物种类日减 生物多样性锐减 因此 生态学的任务不仅仅是研究生物有机体与其栖息场所之间相互关系 更加关注生物包括人类生存环境以及环境问题的解决方案的探讨 例如太阳能 核能的开发利用 纤维素类能源草本植物是目前最有发展前途的生物质资源之一 欧洲和美国把它作为首选的生物质能源植物 2 生态学的研究对象 传统的生态学要在有机体 种群 群落和生态系统水平上探索生命系统的奥秘 因此 生态学是以生物个体 种群 群落和生态系统 甚至是生物圈作为它的研究对象 因此 生态学按其研究的生命体的水平可分为 a 个体生态学 主要研究生物的个体发育与环境的相互关系b 种群生物学 主要研究同种个体组成的种群与环境的相互关系 c 群落生态学 主要研究群落的结构与功能 形成和发展方面与环境间的相互关系 d 生态系统学 主要研究由群落与其周围理化环境构成的生态系统的结构与功能 系统的平衡与调控机制 3 生态学的分支 按生命层次 分子 基因 细胞 器官 个体 种群 群落 生态系统 景观 生物圈和全球生态学 生物分类 动物 植物 微生物 昆虫 鱼类等 按栖所 淡水 海洋 河口 陆地 森林 草地 荒漠等 边缘科学 数学生态学 化学生态学 进化生态学 生理生态学 经济生态学 生态经济学 应用生态学 农业 渔业 污染生态学等 二 生态学的发展史 对生态学的不同定义代表了生态学的不同发展阶段 强调了不同的基础生态学分支和领域 迄今为止 从研究范围和发展阶段来看 生态学发展经历了五次飞跃和四个阶段 具体描述如下 1 五次飞跃 生物科学生态化 环境科学生态化 生产科学生态化 如 产业生态化是指产业自然生态有机循环机理 在自然系统承载能力内 对特定地域空间内产业系统 自然系统与社会系统之间进行耦合优化 达到充分利用资源 消除环境破坏 协调自然 社会与经济的持续发展 自然科学生态化 社会科学生态化 如生态伦理学 所谓生态化是指把生态学的原则渗透到人类的全部活动范围中 用生态学的理论和观点去思考问题 分析问题 最优地处理人和自然 人与人的关系 2 生态学发展的四个阶段 1 生态学的萌芽时期 公元16世纪以前 以古代思想家 农学家对生物环境相互关系的朴素的整体观为特点 如秦汉时期的二十四节气的应用就反映了农作物 昆虫与气候的关系 2 生态学的建立时期 公元17世纪至19世纪 欧洲文艺复兴时期开始 欧洲科学探索活动再度兴起 崇尚科学调查与科学实验 1866年Heackel提出Ecology一词 并首次明确生态学的定义 一些生态学的理论开始形成 3 生态学的巩固时期 20世纪初至20世纪50年代 这一时期是生态学理论形成 生物种群和群落由定性描述向定量描述 生态学实验方法发展的辉煌时期 形成几个著名的生态学派 四大学派 北欧学派 以注重群落分析为特点 法瑞学派 把植物群落生态学称为 植物社会学 用特征种和区别种划分群落类型 建立严密的植被等级分类系统 常被称为植被区系学派 1953年后 与北欧学派合流 被称为西欧学派或大陆学派 英美学派 以研究植物群落演替和创建顶极群落著名 前苏联学派 注重建群种和优势种 重视植被生态 植被地理与植被制图工作 4 现代生态学时期 20世纪60年代至今 1935年英国生物学家坦斯勒 A G Tansley 提出了 生态系统 的概念 将生物与环境视作一个动态的整体 对生态系统的结构与功能的研究日趋深入 标志着生态学的发展进入了现代生态学阶段 现代生态学的主要特征 研究层次上向宏观和微观两极发展 生态学的研究层次已囊括了分子 基因 个体直到整个生物圈 研究手段的更新 自计电子仪 同位素示踪 稳定性同位素 3S 全球定位系统 GPS 遥感 RS 与地理信息系统 GIS 生态建模 系统论等技术与理论被引入到生态学 研究范围的拓展 结合人类活动对生态过程的影响 从纯自然现象研究扩展到自然 经济 社会复合系统的研究 三 环境生态学 环境生态学 是指以生态学的基本原理为理论基础 结合系统科学 物理学 化学 仪器分析 环境科学等学科的研究成果 研究生物与受人干预的环境相互之间的关系及其规律性的一门科学 环境生态学是环境科学的组成部分 是个新兴的 综合性很强的学科 是一门运用生态学理论 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 从学科发展上看 环境生态学的理论基础是生态学 它由生态学分支而来 但同时又不同于生态学 环境生态学与生态学的区别在于它是 以人为中心来探讨其生活环境的科学 研究人类与环境相互关系的科学 研究人为干扰下 生态系统内在的变化原理 规律及寻求受损生态系统恢复 重建和保护对策的科学 环境生态学发展趋势 从静态的结构研究到动态的功能研究 从描述现状的定性研究到预报未来的定量研究 野外调查和室内实验相结合 宏观研究和微观研究相结合 生物学与地理 化学 物理和数学互相渗透 运用自动化测试 计算机和遥感技术等现代化实验手段 开展国际协作 环境生态学主要研究领域 人为干扰下生态系统内在变化原理与规律生态系统受损程度的判断各类生态系统的功能与保护措施的研究 环境生态学的研究对象 环境生态学研究重点是环境污染的生态学原理和规律 环境污染的综合治理 自然资源的保护和利用 废弃物的能源化和资源化技术 研究目的是改善不断恶化的生态环境 达到资源的永续利用 促进经济 环境和人类社会的可持续发展 生命系统与人为干预的环境系统两者之间的相互作用 可以表现为各级水平 所以 环境生态学的研究对象既包括从宏观上研究环境中污染物和人为干预的环境对生物的个体 种群 群落和生态系统产生影响的基本规律 也包括从微观上研究污染物和人为干预的环境对生物的分子 细胞和组织器官产生的毒害作用及其机理 环境生态学的研究对象是污染的环境对整个生态系统 以生物为主 的影响 它是研究生态系统中的生物与污染的环境两者之间作用与反作用 对立与统一 相互依赖与相互制约 物质的循环与代谢等一系列相互作用的规律 以及支配这些规律的内在机理 环境生态学的研究内容 环境生态学是一门新兴的边缘学科 其内容和体系尚在不断地发展之中 研究内容主要包括以下几个方面 自然资源的合理利用与保护 环境污染的生物效1 2 环境污染的综合治理 环境污染的监测与评价 环境污染对生态系统的结构与功能的影响 环境生物效应是指各种环境因素变化而导致生态系统变异的效果 环境生物效应种类繁多 数量巨大 成因多样 现代大型水利工程的建设 切断了鱼 虾 蟹等的回游途径 致使这些水生生物的生长繁殖受到影响 并导致其生活习性发生变化 工业废水 生活污水及农业污水大量排入江河湖海 改变了水体的物理 化学和生物条件 致使鱼类受害 数量减少 甚至灭绝 森林的大量砍伐 植被的大规模破坏 既能引起水土流失 降低土壤肥力 引发干旱 风沙等自然灾害 造成农业减产 又能造成鸟类栖息场所缩减 鸟类减少 虫害加剧 而致畸 致癌 致突变物质的污染则可引起染色体突变 机体畸变和癌症发病率上升 环境生物效应事件 日本水俣病事件 日本熊本县水俣湾外围的 不知火海 海产丰富 是渔民们赖以生存的主要渔场 1925年 日本氮肥公司在这里建厂 后又开设了合成醋酸厂 1949年开始生产氯乙烯 没有经过任何处理的废水被排放到水俣湾中 水俣病 的罪魁祸首是甲基汞 氯乙烯和醋酸乙烯在制造过程中要使用含汞 Hg 的催化剂 这使排放的废水含有大量的汞 当汞被水生生物食用后 转化成甲基