《dz基础理论》PPT课件

第二章基础理论,第一节生态学理论,一、生物与环境,1.基本概念环境：生态学中的环境概念是指生态系统中生物有机体周围一切要素的总和，包括生物生存空间内的各种条件（含无机和有机）。,生物圈（Biosphere）：是地球表面全部生物及与之相互作用的自然环境的总称，是由岩石圈、土壤圈、水圈和大气圈的交接空间构成的。生物圈最显著的特点是有大量的生物存在，事实上，一切生物，包括动物、植物、微生物和人类都是在生物圈内生存和发展。,2.环境的功能（1）为生物提供生存的空间（2）为生物提供必不可少的资源光热；水资源；大气；土壤；矿物质（3）整体性功能调节气候；净化环境；减缓灾害；提供娱乐场所,水热条件对生物的影响,3.生物对环境的影响生物作为一个整体，不仅能够被动地适应环境，而且还能通过改变其生长和代谢（如光合作用吸收CO2释放O2，呼吸作用吸收O2释放CO2，以及排泄废物、分解等）主动地影响环境，改造环境。,热带雨林，有“地球的肺”之美誉，对于调节气候、维持空气O2和CO2的平衡、保持水土有着不可替代的作用。,4.生物与环境的关系生物有机体的存活需要不断地与其周围环境进行物质与能量的交换。一方面环境向生物有机体提供生长、发育和繁殖所必需的物质和能量，使生物有机体不断受到环境的作用；而另一方面，生物又通过各种途径不断地影响和改造环境。生物与环境的这种相互作用，使得生物不可能脱离环境而存在。,二、生态因子,生态因子是指环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布等有着直接或间接影响的环境要素，如光照、温度、水分、食物和其他相关物质等。,1.生态因子的对生物作用的特点1）综合性每一个生态因子都是在与其他因子的相互影响、相互制约中起作用的，任何因子的变化都会在不同程度上引起其他因子的变化。例如光照强度的变化必然会引起大气和土壤温度和湿度的改变，这就是生态因子的综合作用。,2）主导因子作用对生物起作用的诸多因子是非等价的，其中有12个是起主要作用的主导因子。主导因子的改变常会引起其他生态因子发生明显变化或使生物的生长发育发生明显变化。如光周期现象中的日照时间和植物春化阶段的低温因子就是主导因子。,3）不可替代性和可调剂性一个因子的缺失不能由另一个因子来代替。但某一因子的数量不足，有时可以由其他因子来补偿。例如光照不足所引起的光合作用的下降可由CO2浓度的增加得到补偿。,2.限制因子定律那些对生物的生长、发育、繁殖、数量和分布起限制作用的关键性因子叫限制因子。,1）李比希最小因子定律（Liebigslawofminimum）每一种植物生长都需要一定种类和数量的营养元素，其中供给量最少的元素决定植物的生长和产量。,2）谢尔福德耐受定理（Shelfordslawoftolerance）生物的生存需要依赖环境中的多种条件，而且生物有机体对环境因子的耐受性有一个上限和下限，任何因子不足或过多，接近或超过了某种生物的耐受限度，该种生物的生存就会受到影响，甚至灭绝。,三、群落的演替,种群（population）是在同一时期内占有一定空间的同种生物个体的集合。群落（生物群落，bioticcommunity）是指一定时间内居住在一定空间范围内的生物种群的集合。演替（succession）是一个群落为另一个群落所取代的过程，它是群落动态的一个最重要的特征。,原生演替,次生演替,在群落演替过程中，群落的结构会发生变化，功能也随之发生变化。,地衣植物阶段,苔藓植物阶段,草本植物阶段,灌木植物阶段,乔木植物阶段,顶极群落（climaxcommunity）：群落演替经过一系列中间阶段，最后会形成群落与环境相适应，两者处于动态平衡的稳定状态，这时的群落叫顶级群落。当生物群落达到顶级阶段时，生态系统中的生物体最多，结构最完善最复杂，生物量最高，稳定性最强。,小结：群落的演替是生态系统利用其获得的能量以发展结构和功能的自组织过程，其结构的变化加强了系统利用资源方面的适应性。演替的程序变成系统本身信息结构的一部分，为系统提供了对外界变化和变异的适应机制。只要有一定的外界能量输入，系统就会出现组织变化、新的自我设计，以适应新的环境。,第二节经济学理论,一、资源是稀缺性的,资源的稀缺性是经济学产生的根源。如果人类能无限量地生产出各种物品，人类的欲望能够完全得到满足，那么个人就不必为生计而担忧；企业就不必为成本和利润而犯愁；政府也不必税收和支出而斗争；也没有人会关心不同人或阶层之间的收入分配问题。,在这样的社会中，所有的物品都是免费的，就象沙漠中的沙、海洋中的水、大气层中的空气，价格和市场互不相关，这样，经济学就没有存在的必要。但是任何社会都不可能达到物品是无限的这种情况，因为地球上的资源是有限的，而人的需求是无限的。因此经济学发展成为一门重要的科学。,二、社会必须有效地利用资源,经济学就是研究社会如何利用稀缺的资源以生产有价值的商品，并将它们分配给不同的个人。微观经济学研究的核心是资源的有效配置；宏观经济学则研究经济的总体运行。,三、资源有效配置中的重要问题,1.生产什么？（机会成本问题）2.生产多少？（供求关系问题）3.如何生产？（生产方式问题）4.为谁生产？（产品分配问题）,第三节系统论和热力学定律,一、系统论,系统是指由相互作用、相互联系、相互依赖的若干组成部分结合起来的具有某种或几种特定功能的有机整体。宇宙万物，虽然本质上差别很大，但都以系统形式存在着。,1.系统的结构和功能1）系统的结构性原理系统中元素之间相对稳定的一切联系方式的总和，叫做系统的结构。结构对元素进行制约，使元素的性质和功能，不同于它们在孤立存在时的性质和功能。,稳定性：系统内部各元素的稳定联系，才能构成稳定有序的结构，才能保持系统的整体性。所以，结构的稳定性是系统存在的一个基本条件。无论是生物系统、生态系统，还是社会系统，大凡系统都存在各种各样的较为稳定的结构。,层次性：系统是由一定的元素组成的，而这些元素中大都是由低一级的元素组成的子系统，并且系统本身又是高一级系统的组成元素。这就是系统结构的层次性。,多样性：系统结构具有无限多样的形式，自然界如此丰富多彩，千姿百态，正是结构的多样性造成的。,2）系统的整体突现原理若干事物按某种方式相互联系而形成一个系统，就会产生出它的组分（组分：即系统的组成成分）和组分的总和所没有的新性质，叫做系统质或整体质。这种性质只能在系统整体中表现出来，一旦把系统分解为它的组成部分，便不复存在。这就是系统的整体突现性原理。所谓用系统的观点看问题，中心之点是考察系统的整体突现性，即不能还原为部分去认识，只能从整体上加以把握的性质。,3）系统结构与功能的关系原理系统的功能是指系统在特定环境下所能发挥的作用和能力，具体体现为系统对输入的响应能力（输出）。,结构与功能是相互依存的。结构是功能的基础，功能是结构的表现。一定的结构总是表现一定的功能，一定的功能总是由一定的系统结构产生的。,结构决定功能。同一群元素组成的系统，由于结构不同会表现出不同的功能。功能可反作用于结构。在环境的变化影响下，结构虽未变化，但功能首先不断地变化，终究会引起结构的变化。,2.信息和熵信息：是事物运动的状态以及关于这种状态的知识和情报。物质的属性之一；储存和传递以物质为载体；可以被复制；不守恒。I=U0-U,熵：是对不能再被转化做功的能量的度量（并不是某种物质的描述）。它是一个描述系统状态的量，可以用来描述系统的存在状态；可以表征系统演化的方向。系统熵值越大，其对应的就是系统渐渐趋向于无序状态。熵的数值具有相对性，是一个状态函数。dS（熵值变化）=diS（内部）+deS（外部）,经济过程的熵分析：,流通生产消费,低熵物质,高熵物质,资源,废物,生态经济系统,系统熵增环境污染生态恶化物种减少能源匮乏,太阳能,熵减,3.系统的演化系统的结构、状态、行为和功能随时间推移而发生的变化称为系统的演化。任何系统都处于或快或慢的演化之中。,演化的迹象：社会形态和社会制度的变更地球圈层的分化生物进化土壤和地貌的发育岩石的形成与风化动植物残体的分解燃料的燃烧污染物的扩散,1）系统的自组织性原理自组织性是指系统自发地从无序状态(或低级有序状态)组织成一种有序结构(或高级有序状态)的特性。自组织就是系统在演化过程中，在没有外部力量强行驱使的情况下，系统内部各成员协调动作，导致空间上、时间上或功能上的联合行动，出现有序的活的结构。这种通过自身的发展及进化而形成的具有一定时空结构和功能结构的系统，称为自组织系统。,自组织思想和自组织理论指明了系统的运动、发展是在于系统自身的能动性。这为认定运动和发展是自己运动、自己发展的辩证唯物主义自然观，提供了新的科学依据。,2）系统与环境的互塑共生原理环境对系统有两种相反的输入（或称作用）。给系统提供其生存发展所需要的空间、资源、激励或其他条件，是积极的作用、有利的输入，统称为资源。给系统施加约束、扰动、压力甚至危害系统的生存发展，是消极的作用、不利的输入，统称为压力。这两种作用都会在系统的形态、特性、行为等方面打上环境的烙印。不同环境造就不同的系统。,系统对环境也有两种相反的作用或输出。给环境提供功能服务，是积极的作用、有利的输出，统称为功能。系统自身的行为，有时有破环环境的作用，即不利的输出，称为对环境的污染。这是系统对环境的塑造。多种多样的环境组分，通过多种多样的相互作用，形成环境超系统的复杂生态网络，达成组分系统“一荣俱荣，一损俱损”的生态平衡。每个组分系统的变化都影响环境超系统，环境生态平衡的破坏将危及每个组分系统的生存。总之，环境塑造着环境中的每个系统，环境又是组成它的所有系统共同塑造的。,二、热力学定律,1）热力学第一定律能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只会从一种形式转化为另一种形式，能量是守恒的。物质和能量可以相互转化，物质和能量是守恒的。（忽略物质和能量的相互转化）物质是守恒的，也称物质平衡规则。,2）热力学第二定律