生态学基本原理及其在环境保护中的应用.ppt

第二章生态学基本原理及其在环境保护中的应用 第一节生态学的基本理论 主要内容 生态学的概念及发展趋势生态系统的概念及其组成 功能 基本特点生态平衡的概念生态学的基本规律 一 生态学 一 概念 德国动物学家海克尔 Haecke 1866 首次给生态学下定义 即生态学是研究生物与环境之间相互关系的科学 我国生态学家马世骏给生态学下的定义为 生态学是研究生命系统和环境系统相互关系的科学 生态学中的生物包括植物 动物 微生物三大类 环境主要是指光 温 水 气 土等诸因子 有人把生物种类之间相互为环境因子 以研究生物之间复杂关系作为生态学中的主要研究内容 因此生物与环境关系既包括生物与光 温 水 气 土等的关系 也包括生物之间的相互关系 生物之间存在极其复杂的生态关系 环境是一个相互作用 相互依赖 相互制约的整体 对生态学概念的认识 目前对生态学有狭义和广义两种理解 狭义的生态学是属生物学科范畴 仅限于研究生物和环境的关系规律 它的分支学科有植物生态学 动物生态学 微生物生态学 种群生态学 生态系统生态学 森林生态学 海洋生态学 湖沼生态学以及化学生态学等 广义的生态学的范围很广 无所不包 只要和环境发生关系的任何一个学科都可派生出生态学的分支学科 如城市生态学 经济生态学 工程生态学 艺术生态学 人类生态学等等 所有自然科学 社会科学 技术科学都可以派生出生态学的分支学科 生态学已泛化为一种常识 一种政治概念 二 生态学发展趋势 1 向宏观和微观两极发展2 与环境科学和社会科学交叉融合3 更强调理论与实践的结合目前世界上最最关注的生态问题是以美国科学家提出的全球气候变化 生物多样性和构建可持续生态系统这三个与人类关系最密切的问题 这三个问题将是今后生态学研究的重点和方向 二 生态系统 一 概念 生态系统就是在一定的时间和空间内由生物群体与其生存环境共同组成的动态平衡系统 生态系统由英国生态学家坦斯利 Tansley 于1935年首次提出 继他之后 美国青年生态学家R L 林德曼对美国湖沼生态系统的能量流和营养级进行了深入的观察 研究 终于在1942年创立了生态系统的能量在各营养级之间流动的定量关系 提出了生态金字塔能量转换的1 10定律 又称林德曼定律 生态系统定义的内涵 1 生态系统是客观存在的实体 有时间和空间的概念 在空间上生态系统的范围可大可小 最大的是生物圈 目前有人提出宇宙生态学 可称为全球生态学 小的如一块草地 一个水塘 一个养鱼缸甚至小到一滴有生物的水 2 由生物和非生物两个子系统组成 以生物为主体 各子系统内的各成分有机地组建在一起 彼此建立起相互依赖 不可分割的整体关系 二 生态系统的组成 生态系统结构的一般性模型 三 生态系统的功能 生态系统的功能包括生态系统的能量流动 物质循环和信息传递 生态金字塔 营养级从低级以高级 其个体数目 生物量与能量的分布 形成了底宽而顶尖的金字塔 称为生态金字塔 据美国生态学家林德曼研究 平均每个营养级的转化效率约为10 这就是著名的 金字塔定律 亦称 十分之一定律 金字塔有三种形式 1 数量金字塔 表示在一定时间和空间内 各营养级之间的生物数量关系 以生物个体数目来表示 常常会发生倒置 2 生物量金字塔 表示各营养级之间的生物重量关系 以 干重 单位面积 年 表示 陆地生态系统中不会发生倒置 但在热带海洋中会发生倒置 3 能量金字塔 表示各营养级之间能量配置关系 以 kj m2 年 表示 永远不会发生倒置 在生态系统中 能量流动的渠道主要是通过 食物链 和 食物网 来实现的 食物链 所谓食物链又称营养链 是由多种生物由于食物 营养 关系而形成的链条 食物链由许多营养级组成 食物网 许多条食物链彼此相互交叉 形成复杂的网状结构而形成食物网 食物链分类 1 捕食食物链 以植食动物吃植物的活体开始 2 碎屑食物链 以分解动物植物尸体或粪便中有机物颗粒开始 3 生态系统中 一般均有以上两类食物链 生态系统中的寄生物和食腐动物形成辅助食物链 捕食性食物链示意 植物 生产者 食草动物 牛 羊 兔等 一级消费者 食肉动物 狼 豹等 二级消费者 更高一级食肉动物 虎等 三级消费者 由于能流在通过各营养级时会急剧地减少 所以食物链就不可以能太长 生态系统中的营养级一般只有四 五级 很少有超过六级的 物质循环的基本类型 信息传递 种群的增长受环境及个体间信息传递的影响 并受其制约 在空间和物质 能量有限的条件下 种群个体数目的增加由于受到种内个体之间的竞争而呈现出Logistic 逻辑斯蒂克 增长模型 即个体数量增加到一定限度后 就受个体之间竞争所产生的环境阻力的限制而达到一种相对平衡状态 即维持与环境相适应的种的个体数 如下图所示 Logistic 逻辑斯蒂克 增长模型 四 生态系统的基本特点 1 在组成成分方面 它是由有生命的无生命的两种物质组成 这是与其它系统最本质的区别 2 通常与特定空间相联系 因而能反映一定地区的自然地理特点 3 生物具有生长 发育 繁殖与衰亡的特征 相应地生态系统也可分为幼年期 成长期和成熟期等阶段 即有自身发展的演替规律 4 生态系统是一个开放系统 需要不断从外界输入物质和能量 通过变换与转化以维持物质和能量的流动 5 具有复杂的动态平衡特征 系统内不仅存在生物种内 种间的协调 也存在生物与环境的功能协调 以维持其相对平衡 且这种平衡也处于不断变化之中 存在着正反馈与负反馈的不平衡 系统又具有自我调控的特点 使不平衡又趋于平衡状态 使整个系统不断向前发展 三 生态平衡 一 生态平衡的定义在大百科全书 环境篇 中 把生态平衡 定义为 生态平衡是生态系统发展到成熟阶段 它的结构和功能 包括生物种类的组成 各个种群的数量比例以及物质和能量的输入 输出等都处于相对稳定的状态 这种状态称之为生态平衡 马世骏给生态平衡下的定义是 生态平衡是指在生态系统中其结构和功能相对稳定 物质和能量输入 输出接近平衡 在外来干扰下通过自我调控能够恢复到原初的稳定状态 这种状态称之为生态平衡 在上述内容基础上 可以把它简化为 生态平衡是指在生态系统中生物与环境之间以及生物种类之间能够保持能量 物质和信息的平衡 这种平衡称为生态平衡 生态平衡应包括以下三个方面 1 功能上的平衡 构成系统的各要素之间关系协调 从而能保持其正常功能 2 结构上的平衡 系统结构不易发生不可逆变化 3 输入与输出物质数量上的平衡 能量和物质的输入与输出接近相等 其生产 消费和分解过程都处于相对平衡状态 生物的种类和数量保持相对的稳定 生态系统这时的结构 功能及物质流 能量流 都处于相对稳定状态 生态平衡的破坏 生态平衡的破坏主要是由人为活动不当引起的 如 生物种类成分的改变能导致局部地区生态平衡的破坏 生态平衡的保持 生态平衡的原则向人们展示了这样几个原则 第一 人类的经济活动只能在生态允许的限度内 生态系统的平衡是有条件的 这个条件一旦被打破 恢复是难以实现的 第二 人类的发展水平对生态平衡有一定的制约作用 社会制度 社会意识 社会心理都会对生态系统产生这样或那样的影响 第三 生态系统的平衡 稳定或健康发展是关系到整个生物界 同时也包括人类本身 是与每一个人息息相关的 尊重生态系统发展的规律 维护自然生态系统发展演化的规律就是人类应该做的 也是人类对于生态系统的最伟大的贡献 要做到人类与自然协调发展 人类应特别注意的是 第一 合理开发与利用自然资源 保持生态平衡 第二 兴建大的工程项目时 必须考虑生态效益 第三 大力开展综合利用 实现自然生态平衡 四 生态学的基本规律 一 相互依存与相互制约规律1 普遍的依存与制约关系 亦称 物物相关规律 2 通过食物而相互联系与制约的协调关系 亦称 相生相克规律 二 物质循环与再生规律 三 物质输入与输出动态平衡规律 四 相互适应与补偿的协同进行规律 五 环境资源的有效性规律以上的五条生态学规律 也是生态平衡的基础 生态系统的结构与功能以及生态平衡 与人类当今面临的人口 食物 能源 自然资源和环境保护五大环境问题紧紧相关 生态平衡与五大环境问题的关系 第二节生态学在环境保护中的应用 一 利用生态系统的自净能力 治理环境污染二 研究污染物在环境中的迁移转化规律三 利用生态学原理监测环境质量四 利用生态学原理搞生态农业 生态农业 生态农业是一个特殊类型的农业系统 它是在生态上能自我维持 低输入 在经济上有生命力的小型农业系