《生态环境与保护》PPT课件.ppt

咸宁学院刘成武 1 第二章生态环境与保护 第一节生态系统 第二节生态平衡 第三节生物多样性 第四节生物污染与生物安全 咸宁学院刘成武 2 1 生态系统 掌握生态系统的概念 组成 分类 结构及其基本功能 2 生态平衡 掌握生态平衡的定义 影响生态平衡的因素以及生态系统平衡调节的机理 3 生物多样性 掌握解生物多样性的内涵 影响多样性的因素 保护多样性的对策等 4 生物污染与生物安全 了解生物污染与生物安全相关知识 教学目标与要求 咸宁学院刘成武 3 第一节生态系统 在一定时间和空间范围内 由生物群落与其环境组成的一个整体 该整体具有一定的大小和结构 各成员借助能量流动 物质循环和信息传递而相互联系 相互影响 相互依存 并形成具有自身组织和自我调节功能的复合体 生态系统是生命系统与环境系统在特定空间的组合 1 生态系统的概念 咸宁学院刘成武 4 1 非生物成分 原料部分 温度 阳光 水 土壤 气候 各种矿物质 媒质部分 水 土壤 空气等 和基质 岩石 泥 沙等 2 生物成分 生产者 消费者和分解者 2 生态系统的组成 生态系统 非生物成分 生物成分 咸宁学院刘成武 5 1 非生物环境是生物生活的场所 是生物物质和能量的源泉 可谓生命的支持系统 思考 各个组成部分的作用与功能 2 生产者将光能转化为化学能并制造有机物质 是生态系统所需要一切物质和能量的基础 消费者对初级生产者起着加工与再生产的作用 而且许多消费者对其它生物种群数量起着调控作用 分解者在生态系统中可以把复杂的有机物分解为简单的无机物 归还到环境中供生产者重新利用 咸宁学院刘成武 6 1 按生物成分分类 3 生态系统分类 开放系统 地球上绝大多数系统封闭系统 如宇宙飞船隔离系统 如某些科学实验系统 植物生态系统 如森林与草地等动物生态系统 如鱼塘与畜牧场等微生物生态系统 如落叶层与活性污泥等人类生态系统 如城市与乡镇等 2 按系统结构和外界物质能量交换状况分类 咸宁学院刘成武 7 自然生态系统半自然生态系统人工复合生态系统社会 经济 自然复合生态系统 陆地生态系统水生生态系统 按人类活动及其影响强度分类 按生态系统大环境分类 咸宁学院刘成武 8 4 生态系统结构 生态系统有三种结构形式 1 空间结构 如生态系统的分层现象等 2 时间结构 生态系统结构与外貌随时间变化 3 营养结构 食物链与食物网 咸宁学院刘成武 9 5 生态系统的四大基本功能 物质生产 有机体在代谢过程中通过能量转化与物质重新组合 形成新的产物的过程称为生态系统的物质生产过程 可分初级生产与次级生产 能量流动 能量通过食物网在生态系统中流动 物质循环 有气相 液相与固相三种循环类型 信息传递 生态系统中传递的信息有营养信息 物理信息 化学信息与行为信息等 咸宁学院刘成武 10 生态平衡是生态系统在一定时间内 结构与功能的相对稳定状态 其物质与能量的输入与输出接近相等 在外来干扰下 通过自我调节恢复到原初稳定状态 则这种状态为生态平衡 1概念 第二节生态平衡 生态平衡包括三个方面的平衡 结构上的平衡 功能上的平衡 输入与输出物质数量上的平衡 咸宁学院刘成武 11 1 结构多样性 生态系统结构越复杂 系统的自然调节能力越强 反之 越简单 2 功能完整性 指生态系统能量流动与物质循环再生的合理的运转 运转越合理 生态系统的自我调节能力就越强 生态系统有很强的自我调节能力 但是任何一个生态系统的自我调节能力是有限的 外部干扰与内部变化超过了这个限度 生态系统就会遭到破坏 这个限度就是生态阈值 2影响生态系统自我调节能力的因素 咸宁学院刘成武 12 3破坏生态系统平衡的因素 1 自然因素 主要指自然界发生的异常变化 如火山爆发 地震 海啸 水旱灾害 台风等自然灾害等 自然因素对生态系统的破坏具有突发性 严重性与局部性等特征 2 人为因素 主要指不合理的人类生产与生活活动 人为因素是导致生态失衡的主要原因 主要表现在以下方面 一是物种改变引起的生态失衡 二是环境因素变化引起的生态失衡 三是信息系统破坏引起的生态失衡 咸宁学院刘成武 13 生态系统平衡调节主要是通过系统的反馈机制 抵抗力和恢复力实现的 4生态系统的平衡调节 咸宁学院刘成武 14 第三节生物多样性 生物多样性 Biodiversity 是指生物 生物与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程中的多样性和变异性总和 它包括数以万计的植物 动物 微生物和它们所拥有的基因以及它们与其生存环境形成的复杂的生态系统 1 生物多样性概念与内涵 一 什么是生物多样性 咸宁学院刘成武 15 1 遗传多样性 Geneticdiversity 指种内不同种群之间和同一种群内不同个体的遗传变异的总和 生物多样性的内涵十分广泛 2 物种多样性 Speciesdiversity 指一定区域内物种的多样性及其变化 包括一定区域内生物区系的状况 形成 演化 分布格局及其维持机制等 3 生态系统多样性 Ecosystemdiversity 是指生物圈内生境 生物群落和生态过程的多样化以及生态系统内生境 生物群落和生态过程变化的多样性 咸宁学院刘成武 16 4 景观多样性 Landscapediversity 是指由不同类型的景观要素或生态系统构成的景观在空间结构 功能机制和时间动态方面的多样化或变异性 生物多样性的内涵十分广泛 5 人类文化多样性 包括语言 宗教信仰 艺术 社会结构等人类社会特征的多样性 咸宁学院刘成武 17 遗传多样性 物种多样性 生态多样性 景观多样性 基因 细胞 组织 器官 种群 群落 生态系统 景观 咸宁学院刘成武 18 2 生物多样性的分布 极不均衡 原因 与地形 气候及局部环境的复杂性有关 1 全球12个生物多样性大国 中国 印度 印度尼西亚 肯尼亚 南非 巴西 秘鲁 厄瓜多尔 哥伦比亚 委内瑞拉 哥斯达黎加 墨西哥 拥有60 70 的生物多样性 2 两极最少 3 热带雨林 珊瑚礁 热带湖泊及深海区最丰富 咸宁学院刘成武 19 直接价值 食物 基本来自生物 仅小麦 水稻和玉米三个物种就提供70 以上的粮食 药物 发展中国家有80 发达国家有40 的药物直接或间接依赖生物资源 工业原料 皮革 木材 纤维 橡胶等 甚至煤 原油 天然气等能源也是生物质的 3 生物多样性的价值 四种价值 咸宁学院刘成武 20 间接价值 主要体现在生态价值上 1 通过光合作用使光能通过绿色植物进入食物链 为所有物种提供生命维持系统 2 对于维持生态系统平衡具有重要意义 3 促进土壤发育 保护水土资源 4 调节气候 5 可以吸收和分解污染物 6 提供良好的生活和娱乐环境 咸宁学院刘成武 21 1 间接价值通常没有进入宏观经济指标 如GDP和国民收入 2 据研究 中国生物多样性的直接价值每年有2000亿美元 而间接价值达4万亿美元 想一想 直接价值与间接价值哪个更大 咸宁学院刘成武 22 备择价值 许多物种的价值现在还不清楚 但是具有在未来某个时候为人类社会提供经济利益的潜能 为人类适应自然变化提供了选择的机会 对于大多数宗教 哲学和文化的价值体系都有对保护物种的认同 支持保护那些即使对人类没有明显经济价值的物种 存在价值 咸宁学院刘成武 23 二 人类活动对生物多样性的影响 1 生物多样性面临的威胁 面临多种威胁 物种及物种生存的生态环境 1600年以来 生物物种灭绝速度大为加快 1600 1700年间大约每十年灭绝一种 1850 1950年间大约每两年灭绝一种 目前地球每个小时有1个物种消失 物种灭绝速率是自然灭绝速度的1000倍 比形成速度快100万倍 咸宁学院刘成武 24 整个自然生态系统的消失速度比物种灭绝速度更快 全球热带森林在80年代初每年毁林1140万公顷 据卫星图象及实地调查 80年代未每年毁林上升到1700 2000万公顷 热带雨林比原有面积减少了一半 世界上温带森林1 3已被砍伐 温带雨林已成为濒危生态系统 咸宁学院刘成武 25 生境破坏和破碎外来物种入侵生物资源过度开发环境污染农林种植品种的单一化 2 威胁生物多样性的主要因素 生境 生物体或生物种群自然分布的地方或地点 破坏和破碎是生物多样性的主要威胁 咸宁学院刘成武 26 生境破碎 边缘效应 小种群 不利生物生存 阿利氏效应 当种群密度低于某一域值时 交配的成功率降低 咸宁学院刘成武 27 800米 道路 宽10米 内积 8 7公顷 4 34 8公顷 内积 64公顷 8 7公顷 8 7公顷 8 7公顷 8 7公顷 A 一个1km2的保护区 假定边缘效应发生在进入保护区100m的范围内 大约64公顷的面积适于筑巢性的鸟类生存 B 道路和铁路对生境进行了均分 虽然道路本身只占较少面积 约2公顷 占总面积的2 由于扩大边缘效应的影响一半的营巢生境被破坏 咸宁学院刘成武 28 生物资源过度开发 直接导致某种生物资源枯竭 破坏生物链导致其它生物灭绝 破坏生物生存的生态环境 外来物种引入 丰富当地生物多样性 中国引进小麦 玉米 花生 甘薯等 破坏本地生物多样性 中国引进水葫芦 大米草 澳大利亚引入野兔 咸宁学院刘成武 29 污染对物种的直接毒害作用 使生物丧失生存和繁衍能力 污染引起生物数量减少 导致小种群引起的遗传多样性的丧失 污染使得对特定污染物敏感的种群个体消失 耐污种数量上升 污染破坏生境 威胁生物生存 大面积推广种植 养殖单一的高产 优质品种 一般仅限于少数农作物和畜禽 且性状单一 遗传基础较狭窄 其大面积推广 直接削弱了遗传多样性 环境污染 农林业品种单一化 咸宁学院刘成武 30 三 生物多样性的保护 生物多样性的保护不仅是保护濒危物种 还要保护物种的基因 生境的多样性 怎么保护 五人一个小组讨论五分钟每个小组选一名代表发言发言交流时间3 5分钟 咸宁学院刘成武 31 生物多样性保护的意识培养和法律保障加强监测与规划就地保护 多以保护区的形式进行迁地保护 动物园 植物园等方式建立新种群 再引种计划与增强项目受损生态系统的恢复 复原 重建 生物多样性保护的参考对策 咸宁学院刘成武 32 加强对公众宣传 多层次 多种手段开展 完善国家立法和国际协议 生物多样性保护要特别加强国际间的合作 一 生物多样性保护的意识培养和法律保障 目前国际间协议有联合国 生物多样性公约 生物圈保护计划 世界文化和自然遗产保护公约 濒危野生动植物种国际贸易公约 野生动物迁徙物种保护公约 等 还有一些政府间的双边协议 咸宁学院刘成武 33 1 动态监测 对种群 群落和生态系统进行长期动态监测 了解物种与环境之间的生物学关系 生物多样性现状 变化 威胁现状原因 分辨种群长期的走向以及变动的原因 为管理者和决策者制定与生物多样性相关政策时提供必要的信息 二 生物多样性监测和保护规划 2 科学规划 科学规划是保护的前提 咸宁学院刘成武 34 中国1956年建立第一个自然保护区 广东鼎湖山自然保护区 截止到2002年底 中国已建立自然保护区926处 面积达7697 9 104hm2 占国土面积的7 64 三 就地保护 通过区域性生物区系调查和分析 确定不同区域的生物多样性中心 建立自然保护区 国家森林公园 禁猎区等 通过保护生境的办法来保护生物多样性 中国自然保护区类型和级别比较齐全 已形成了自然生态系统 野生生物 自然遗迹三大系列和九种类型 森林 草原和草甸 荒漠 内陆湿地和水域 海洋和海岸带 野生动物 野生植物 地质地貌 古生物遗迹 咸宁学院刘成武 35 就是把物种及其种群迁移到其栖息生境以外的适当地方 例如植物园 树木园 动物园 水族馆 野生生物繁殖或驯养中心等 主要保护物种资源 四 迁地保护 中国现有植物园60多个 动物园28个 公园动物展区近150个 珍稀濒危野生动物繁殖和驯养中心近200个 迁地保护在拯救和保护珍稀濒危野生动植物上取得了可喜的成绩 离体保存 是迁地保护的一种方式 但考虑到其保存的方法和要求不同 离体保存主要以有机体的一部分 如种子 花粉 胚胎 精液 各种繁殖体 组织培养和细胞培养材料等进行保存 咸宁学院刘成武 36 通过建立珍稀 濒危物种新的野外种群和半野外种群 以及增加现在种群的数量 拯救濒危物种 五 新种群的建立 目前主要有三种基本方法 1 再引种计划 在原先的环境中重建一个新的种群 如中国在野外已经灭绝的麋鹿 野马通过再引种数量已有一定程度的恢复 2 增强项目 释放野生或圈养繁殖的个体进入现有种群 扩大现有种群大小和基因库 咸宁学院刘成武 37 3 引入方法 当物种历史范围以内的环境恶化到一定程度 即该物种无法在此生存或者当导致种群衰落的因素仍然存在时 致使再引种已不可能 此时有必要将其迁到新的地点 新地点选择要考虑该物种的引入不会破坏新的生态系统和当地濒危物种 五 新种群的建立 咸宁学院刘成武 38 三种基本途径 1 复原 是指通过重新引入原有动植物的方法恢复受损地点原来的种类组成和群落结构 2 重建 是指受损生态系统部分功能和部分原有物种得到恢复 3 替换 是指用另一种有生产力的生态系统代替严重受损或退化的生态系统 六 受损生态系统的恢复 咸宁学院刘成武 39 第四节环境污染与生物安全 一 污染物对生物与生态系统的影响二 生物安全与食品安全 咸宁学院刘成武 40 一 污染物对生物与生态系统的影响 1 环境中的污染物及其迁移方式 什么是污染物 人类合成化学物质 开采的物质以及人类生活产生的废弃物 通过生产 消费 流通等环节进入环境 并在环境中扩散 迁移 转化 如果这些物质使得环境系统的结构和功能发生变化 对人类或其它生物的正常生存和发展产生不利影响 这些物质称为污染物 咸宁学院刘成武 41 1 机械迁移 通过大气 水的扩散和搬运作用 以及重力作用迁移 2 物理 化学迁移 对于无机物主要通过溶解 沉淀 氧化 还原 水解 络合等物化反应 有机物还有光化学分解 生化分解所实现的迁移 3 生物迁移 污染物通过生物吸收 代谢 生长 死亡实现的迁移 污染物在环境中的三种迁移形式 咸宁学院刘成武 42 污染物进入生物体内后 经过生物体内的代谢 一些污染物被代谢成无毒的物质排出体外 另一些污染物或一些污染物的代谢产物产生对生物的不利影响 污染物对生物产生损害总和称为毒性效应或毒性作用 2 污染物对生物的影响 咸宁学院刘成武 43 污染物对生物的影响从生物大分子开始 逐步在细胞 组织 器官 个体反映出来 污染物对机体的损害分为两阶段 第一阶段 毒物与机体的靶分子作用 造成靶分子结构和功能损害 第二阶段 由靶分子结构和功能改变 引起一系列生理生化变化 继而表现出各种组织器官效应 咸宁学院刘成武 44 1 污染导致群落物种组成和结构的变化 2 污染物达到一定水平 导致初级生产者急性或是慢性毒害 还可以通过减少重要营养元素的生物可利用性 减少光合作用等使生态系统的初级生产量下降 3 污染物对生态系统的影响 咸宁学院刘成武 45 3 污染物毒性作用使得食物链中抗性弱的物种种群减小甚至消失 导致原有食物链缩短或形成新的食物链 4 污染物通过影响分解者降低有机质分解和矿化速率 酸雨等污染增加植物和土壤中的营养物质的淋溶和土壤矿物的风化速率 此外污染物还可以抑制共生微生物从而降低对营养物质的吸收 3 污染物对生态系统的影响 咸宁学院刘成武 46 二 生物安全 1 生物入侵相关概念生物入侵 生物污染 生态入侵 是指当外来物种进入一个新的地区不仅能存活 繁殖 而且形成种群 其种群的进一步扩散已经造成或者即将造成明显的生态破坏或经济负面后果的事件 入侵物种必须具备两个条件 一是外来的 二是外来物种对本地生态系统造成了危害 一 生物入侵 咸宁学院刘成武 47 2 生物入侵的途径 1 人为有意引入 为保护环境 生物防治 经济效益 丰富生活或者战争等 2 无意识引入 旅游来往 商品贸易 交通移动等 3 自然入侵 通过自身扩散传播 通过自然媒介和动物媒介传播 咸宁学院刘成武 48 3 生物入侵的生态环境危害 1 入侵物种形成大面积的优势种群影响本地物种的生存 2 压迫 排斥本地物种 造成物种单一化 导致生态系统受到破坏 如豚草可分秘出酚酸类 聚乙炔等具有化感作用的化合物 对禾本草 菊科等一年生草本植物有强烈的抑制作用 3 与本地物种争夺食物或直接取食本地物种 如从英国引进的大米草对南方红树林以及近海生物栖息环境的影响 咸宁学院刘成武 49 3 生物入侵的生态环境危害 4 破坏景观的完整性和自然性 入侵物种改变环境要素 导致景观均一 单调 5 影响遗传多样性 有些入侵可与当地物种杂交 导致本地物种的遗传侵蚀 6 危害农林业和经济发展 如随美国棉种进入我国的棉枯萎 棉黄萎病至今仍是我最重要的病害之一 7 对人类健康的危害 如豚草花粉引起过敏 咸宁学院刘成武 50 二 转基因技术的生物安全 1 转基因技术的概念所谓转基因技术 就是以人为的方法改变物种的基因排列 将某种生物的某个功能基因 从一连串的基因中分离 再植入另一物种体内 使其具备或增强此功能的生物技术 已广泛应用于农产品生产开发 医药和环境治理产业等 创新之处 可以创造前所未有的新性状甚至新物种 打破了物种原有的生殖屏障 改变了自然界长期进化的规律 但这种变革是建立在人类对自然规律不完全了解的基础之上 可能对环境和人体健康造成不可预测的威胁 咸宁学院刘成武 51 二 转基因技术的生物安全 2 转基因带来的生物安全问题 1 对生态系统的影响 形成超级杂草 超级病毒 对生物多样性的威胁 对生物链的破坏 天然物种基因污染 基因水平或垂直漂移 基因污染 咸宁学院刘成武 52 二 转基因技术的生物安全 2 对人体健康的威胁和影响 1998年英国Rowett研究所Pro Pusztai提出质疑 现在成为人们争议的焦点 致病性 抗药性 营养结构失衡 基因武器 咸宁学院刘成武 53 广义生物安全不止针对现代生物技术的开发和应用 包括影响人体健康 生物多样性和环境安全的诸多领域的问题 涉及到预防医学 环境保护 植物保护 野生动物保护 生态 农药 林业等 广义 狭义 狭义生物安全是指对由现代生物技术从研究 开发 生产到实际应用整个过程中 可能产生的负面影响 进行科学评估 并采取有效的预防和控制措施 目的是保护生物多样性 生态环境和人体健康 三 生物安全的定义 咸宁学院刘成武 54 1 什么是食品安全 食品安全 foodsafety 指食品无毒 无害 符合应当有的营养要求 对人体健康不造成任何急性 亚急性或者慢性危害 根据世界卫生组织的定义 食品安全是 食物中有毒 有害物质对人体健康影响的公共卫生问题 食品安全也是一门专门探讨在食品加工 存储 销售等过程中确保食品卫生及食用安全 降低疾病隐患 防范食物中毒的一个跨学科领域 四 食品安全问题 咸宁学院刘成武 55 2 中国食品安全现状 1988年 食用带有甲肝病毒的不洁毛蚶 上海甲肝暴发流行 并波及浙 苏 鲁三省 感染人数达42万人 1999年5月比利时发生 二恶英污染食品 事件 是由于饲料中含有致癌物质二恶英所致 有1000万只受污染的鸡被屠宰销毁 造成直接损失3 55亿欧元 2001年11月 广东河源400多名市民食用含 瘦肉精 的猪肉中毒而被送往医院抢救 2001年2 9月英国爆发口蹄疫 400多万头牲畜被屠宰 损失50亿美元 新闻报道 咸宁学院刘成武 56 2008年三聚氰胺牛奶事件 9月11日 三鹿集团承认牛奶中混入三聚氰胺 此前数月 中国不少区域已经发现服用三鹿奶粉的婴儿患病 9月16日 伊利 蒙牛 光明等22家中国牛奶企业相继 沦陷 中国奶业遭遇诞生以来最大的信任危机 问责逐步展开 三鹿董事长田文华被捕 石家庄市委书记吴显国被免职 国家质检总局局长李长江辞职 大乱之后是大治 农业部等部委联合出台 乳品质量安全监督管理条例 取消 毒瘤 个人奶站 发改委等多部委出台 奶业整顿与振兴规划纲要 加大发展规模化养殖基地力度 咸宁学院刘成武 57 按食品污染的性质分 生物性污染 化学性污染 放射性污染 按食品污染的来源分 原料生产过程 加工过程 贮运和销售