【环境生态学】

欢迎学习 EnvironmentalEcology 主讲 李中宝 E mail lee 网络U盘 密码 123456 环境生态学 第一章绪论 环境问题什么是生态学 Ecology 生态学的研究对象及分支学科 生态学的发展简史 什么是环境生态学 环境生态学前沿 狭义的环境问题 环境科学所说的环境问题 一般不包括由自然因素如地震 火山爆发等引发的环境变化 一 环境问题及其产生根源 广义的环境问题 一切危害人类和其他生物生存和发展的环境结构或状态的变化 一 环境问题及其产生根源 不同时期 人类对环境影响不同 人类对环境问题认识不同 农业时代 科技进步 人口膨胀 大规模开发 全球环境恶化 工业时代 阅读材料 当今世界环境状况与政策反应 来自 全球环境展望 GEO GEO 3 全球环境展望 3 对1972 2002年间的全球环境发展状况进行了概括总结 由联合国环境规划署 UNEP 组织编写 土地 森林 生物多样性 淡水 海岸和海洋区 大气 城市面积 灾害 1 2 3 4 5 6 7 8 Land土地 EUROPE ASIA N AMERICA S AMERICA OCEANIA AFRICA 20世纪80年代 每年有1000万公顷水田遭破坏 2002年比1972年多出22亿人口 土地退化 世界人口增加 导致 不合理使用 森林砍伐 植被破坏 过度放牧 许多农业用地面临化学污染的威胁 特别是来自城市中心废弃物的威胁 如图 中国 化学原因导致的土壤退化占全球土壤退化的12 1992年 地球高峰会议里约热内卢地球峰会 奠定土地资源政策基础 1 政策反应 2 联合国千年首脑会议重申土地问题的重要性 并强调土地资源的问题会威胁到粮食安全 Forest森林 EUROPE ASIA N AMERICA S AMERICA OCEANIA AFRICA 热带雨林采伐率 每年1 21世纪90年代 全球林地面积净减少约9400万公顷 采伐1460万公顷 重造林520万公顷 森林减少 退还 农业用地增加 其他行业过度消耗 贫困 人口增长 自然因素 政策 90年代减少2 4 根本原因 直接原因 此外 定义森林是生态系统中最大 最复杂且能够永久自我更新的部分 1 政策反应 斯德哥尔摩人类环境大会 2 强调制定合理的土地与森林使用政策 监控世界上的森林状况 介绍森林资源管理计划 Biodiversity生物多样性 EUROPE ASIA N AMERICA S AMERICA OCEANIA AFRICA 物种减少与灭绝目前认为 12 鸟类 24 哺乳动物面临绝迹危险 开始出现 1 政策反应 2 国家会议1973年濒临灭绝动物的国家会议 1979年野生动物迁徙物种保护公约 90年代主要采纳 批准并实施生物多样性公约 非政府组织 政府组织 私营部门 伙伴关系 FreshWater淡水 对世界上许多贫困国家来说 威胁健康的环境因素主要是饮用未经处理的水 全世界约有1 3的人生活在中度和高度缺水地区 在这些地区的淡水消费量超过可更新水资源总量的10 EUROPE ASIA N AMERICA S AMERICA OCEANIA AFRICA 供应管理向需求管理的转变 突出强调利用综合的管理方法确保不同的部门都能得到充足的水源供应 1 2 强调水资源的集成管理在水计划制定和管理中充分考虑所有不同利益相关集团的利益 政策反应 CostalandMarineAreas海洋和海岸区 污水排放量急剧增加其中 N增多 导致富营养化 海岸人口增多1994年 约37 的世界人口居住在海岸60km以内地区 珊瑚礁大量死亡 仅少数发达国家对此问题保护 政策反应 1 2 多数地区海洋和海岸环境不仅不断退化 而且不断恶化 Atmosphere大气 三大酸雨区 主要CO2排放国 2000年9月南极臭氧洞已超过2800万km3 制定针对消除污染的机制 1 政策反应 2 其他温室气体 联合国环境变化框架公约 东京协议 臭氧层 维也纳大会 发达国家制定严格的环境法则 使企业采用清洁技术 并不断改善 哥本哈根 主要二氧化碳排放国所做出的承诺 UrbanAreas城市面积 2002年 世界有近一半的人口 47 生活在城市 而1972年只有1 3多一点 世界城市人口的70 生活在非洲 亚洲和拉丁美洲 2000 2015年 城市人口年增长率为2 到2050年将达到65 快速城市化意味着失业和贫困不断增加 城市服务不足 现有基础设施超载 获得土地 财政支持和居住地的机会减少以及环境退化 用可持续的方法管理城市环境成为将来的一项挑战 UrbanAreas城市面积 贫困是导致城市环境退化的主要原因 城市的贫困人口在稀缺资源面前没有竞争力 缺乏足够的能力保护自己免受有害环境的威胁 受城市化的负面影响最大 据估计 全球有1 4的城市人口生活在贫困线以下 城市垃圾收集和管理体系不完善是造成城市污染和健康灾害的主要原因 尤其是在发展中国家的城市里 发达国家的城市虽然也面临着同样的困难 但较完善的城市规划可以减少对土地保护的需求 同时还为能源保护提供了机会 使循环利用的效率更高 越南的小男孩在城外的垃圾堆中仔细的搜寻着来源 UNEP ThiyenNguyen 越南 静态图像 Disaster灾害 20世纪80年代 1 47亿人 年 20世纪90年代 2 11亿人 年 1991年后 有报道的自然灾害中 1 2发生在中度发展中国家 死亡人口2 3发生在低度发达国家 2 发生在高度发达国家 其他 化学事故 世界受灾人口 网络U盘 登陆密码 123456 二 环境问题产生的原因 1987年联合国世界环境与发展委员会 我们共同的未来 1972年罗马俱乐部 增长的极限 经济学 治理污染 阅读材料 人类文明发展的三个阶段 人类文明发展的三个阶段 叶文虎 毛志峰 人类社会 三阶段 演化学说 农业文明阶段 工业文明阶段 环境文明阶段 1 2 3 生存 发展 可持续发展 1 2 3 农业文明阶段 工业文明阶段 环境文明阶段 自然资源生产力 自然资源开发量 污染物消纳力 废弃物排放量 生存阶段 发展阶段 可持续发展阶段 人类社会演化三阶段 和双螺旋结构示意图 人类则因破坏和毁灭自然 导致了资源短缺 能量枯竭 环境污染 生态破坏等自己的生存危机 人类将自己异化于大自然 以自己为中心 按照自己的尺度和意志对自然界中的一切事物随意操纵 最终使自然界走向退化毁灭 可持续发展需要更好的了解生物与环境之间的相互关系及作用原理 从而为环境监测和保护农业生产 保护濒危物种 培育新物种 合理开发资源 实现可持续发展 学习生态学的目的 二 生态学 Ecology 定义 1 生态学的经典定义生态学EcologyOekologie Oikos logos 住所 学科 住所de学科 谁住 住哪里 怎么住 生物环境关系 研究生物 organism 及环境 environment 间相互关系的科学 生态学 Ecology 定义 生态学是研究生物 organisms 与环境 environment 间相互关系的科学 E Haeckel 1866 环境包括无机环境 光照 水分 温度 土壤等 和有机环境 动物 植物和微生物 生态学是研究生态系统结构和功能的科学 E P Odum1956 生态学是综合研究有机体 物理环境和人类社会的科学 提出生态学是科学与社会的桥梁 E P Odum 1997 生态学是研究生命系统与环境系统之间相互作用规律及其机理的科学 马世骏 1980 2 生态学的研究对象 生物圈 是指地球上的全部生物和一切适合于生物栖息的场所 它包括岩石圈的上层 全部水圈和大气圈的下层 尺度 是指某一现象或过程在空间和时间上所涉及到的范围和发生的频率 分3类 空间尺度 时间尺度 组织尺度 生态学的研究对象 经典 个体 individual 种群 population 群落 community 生态系统 ecosystem 生态系统 群落 种群 个体 生物圈 生态学研究的最高组织层次 生物圈 生物圈 景观 种群 群落 生态系统 个体 系统 组织 器官 分子 细胞 生态科学 生物科学 生命科学 经典生态学 分子水平及分子生态学 Molecularecology Moritz 1994 认为分子生态学是用线粒体DNA mitochondriaDNA mtDNA 的变化来帮助和指导种群动态的研究 HoelzelandDover 1991 则认为分子生态学是用DNA和蛋白质的特征来研究物种分化 演化及种群生物学等生态学问题 分子生态学 杂志 1992 则认为分子生态学是分子生物学 生态学和种群生物学之间形成的交叉领域 主要是利用分子生物学方法研究自然种群或人工种群与其环境间的相互关系以及转基因生物 或其产物释放 所带来的一系列潜在的生态学问题 我国学者 王小明 认为分子生态学是利用分子生物学技术与方法研究生物对其所处环境的适应以及产生这种适应反应的分子机制 经典的生态学 按组织层次 levelsoforganization 划分 个体生态学 Individualecology 研究重点是个体对生物和非生物环境的适应 adaptation 种群生态学 Populationecology 多度 abundance 和种群动态 populationdynamics 群落生态学 Communityecology 决定群落组成和结构的生态过程 ecologicalprocesses 生态系统生态学 Ecosystemecology 能流 energyflow 食物网 foodweb 和营养循环 nutrientcycling 经典的生态学 按生物类群划分 动物生态学植物生态学微生物生态学人类生态学昆虫生态学鱼类生态学鸟类生态学等等 按生物栖息环境划分 水生生态学淡水生态学河口生态学海洋生态学陆地生态学湿地生态学等等 经典的生态学 按交叉学科划分 数学生态学地理生态学生理生态学行为生态学进化生态学等等 按应用领域划分 农业生态学城市生态学资源生态学环境生态学保护生态学恢复生态学旅游生态学污染生态学等等 三 生态学的发展史 生态学的萌芽时期 公元16世纪以前 生态学的建立时期 公元16世纪至19世纪 生态学的巩固时期 20世纪初至20世纪50年代 现代生态学时期 20世纪60年代至今 生态学的发展史 1 生态学的萌芽时期以古代思想家 农学家对生物环境相互关系的朴素的整体观为特点 2 生态学的建立时期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 一些生态学的理论开始形成 生态学达到一呼即出的境地 1866年Heackel提出Ecology一词 并首次明确生态学的定义 3 生态学的巩固时期 这一时期是生态学理论形成 生物种群和群落由定性向定量描述 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 由瑞典乌普萨拉 Uppsala 大学的R Sernauder创建 以注重群落分析为特点 法瑞学派 代表人为J Braun Blanquet 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 代表人为F E Clements和A G Transley 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 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 系统论引入生态学 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 生态学研究的方法论 科学思维的逻辑结构方法的重要性生态学研究的基本方法 科学思维的逻辑结构 观察 预测 假设 检验模型 模型是对现实系统的结构与功能的物理或抽象的描述 生态模型 描述和预测生态系统行为 方法的重要性 变量观测 如何取样 样本大小 变量选择 精确水平实验设计 对比组 控制组统计分析 简单统计分析 多元统计分析 生态学研究的基本方法 野外研究 优点 直接观察 获得自然状态下的资料 缺点 不易重复 实验研究 优点 条件控制严格 对结果的分析比较可靠 重复性强 是分析因果关系的一种有用的补充手段 缺点 实验条件往往与野外自然状态下的条件有区别 数学模型研究 优点 高度抽象 可研究真实情况下不能解决的问题 缺点 与客观实际距离甚远 若应用不当 易产生错误 四 环境生态学的概念和发展 环境生态学 EnvironmentalEcology 是生态学的新分支 是伴随着环境问题的出现而产生和发展的综合性科学 与传统经典生态学不同 它侧重于研究人类干扰下环境破坏所产生的影响及生态系统自身的一系列变化 例如 森林砍伐后诱发的 生态和环境问题效应链 1 环境生态学的概念 环境生态学概念环境生态学是研究人为干扰下 生态系统内在的变化机理 规律和对人类的反作用 寻求受损生态系统恢复 重建和保护对策的科学 即运用生态学理论 阐明人与环境间的相互作用关系及解决环境问题的生态途径 以人为中心 环境生态学与生态学的区别 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 2 环境生态学的产生 环境生态学产生于20世纪60年代初 20世纪中叶 随着环境污染的日趋加重 特别是西方国家公害事件则不断发生 环境问题频频困扰着人类 1 寂静的春天 对传统行为和观念的反思美国海洋生物学家蕾切尔 卡逊 RachelKarson 1962 在潜心研究美国使用杀虫刑所产生的种种危害之后 发表了环境保护这一科普名著 寂静的春天 SilentSpring 该书的发表 是对人类与环境关系的传统行为和观念的理性反应 标志着环境生态学的诞生 环境生态学的产生 2 增长的极限 引起世界反响的 严肃忧虑 罗马俱乐部 1968 在提交研究报告 增长的极限 中深刻阐明了环境的重要性以及资源与人口之间的基本联系 报告认为 由于世界人口增长 粮食生产 工业发展 资源消耗和环境污染这五项基本因素的运行方式是指数增长而非线性增长 全球的增长将会原因为粮食短缺和环境破坏于21世纪某个时段内达到极限 就是说 地球的支撑力将会达到极限 经济增长将发生不可控制的衰退 目此 要避免因超越地球资源极限而导致世界崩馈的最好方法是限制增长 即 零增长 环境生态学的产生 3 联合国人类环境会议 人类对环境问题的挑战1972午 联合国人类环境会议在斯德哥尔摩召开 来自世界113个国家和地区的代表参加了这次会议 共同讨论环境对人类的影响问题 这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 大会通过的 人类环境宣言 宣布了37共同观点和26项共同原则 它向全球呼吁 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 联合国人类环境大会的意义在于 唤起了各国政府共同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 只有一个地球 对一个小小行星的关怀和维护 Only0neEarth 环境生态学的产生 4 福尔德曼的 环境生态学 一书问世1987年 福尔德曼 B Freedman 出版了第一本 环境生态学 的教科书 其主要内容包括空气污染 有毒元素 酸化 森林衰减 油污染 淡水富营养化和杀虫剂等 书名的副林题为 污染和其他压力对生态系统结构和功能的影响 这书的出版对环境生态学的发展起了积极的推动作用 3 环境生态学的研究内容 进入21世纪后 世界环境问题既有历史的延续 也有些新的变化和发展 因此 环境生态学的研究内容也不断丰富 依据目前国内外的研究进展 环境生态学研究内容除了涉及经典生态学的基本理论外 将更加关注以下几方面的问题 并努力取得突破性成果 人为干扰下生态系统内在变化机理和规律生态系统受损程度的判断各类生态系统功能和保护措施的研究解决环境问题的生态对策 环境生态学的研究内容 1 人为干扰下生态系统内在变化机理和规律自然生态系统受到人为的外界干扰后 将会产生一系列的反应和变化 在这一过程中 有哪些内在规律 干扰效应在系统内不同组分间是如何相互作用的 出现了哪些生态效应以及如何影响到人类 包括各种污染物在各类生态系统中的行为变化规律和危害方式 2 生态系统受损程度的判断物理学 化学和生态学方法是环境质量评价和预测常用的三个最基本的手段 科学的评价应该是三者的结合 而生态学判断所需的大量信息就是来自生态监测 实际上 生态监测就是利用生态系统生物群落各组分对干扰效应的应答来分析环境变化的效应程度和范围 包括人为干扰下的种群动态和群落演替过程 环境生态学的研究内容 3 各类生态系统功能和保护措施的研究各类生态系统在生物圈中执行着不同的功能 被破坏后产生的生态效应亦不同 环境生态学要研究各类生态系统受损后的危害效应及方式 各类生态系统的保护对策 包括生物资源的保护和科学管理 受损生态系统的恢复和重建的措施 4 解决环境问题的生态对策依据环境