02环境保护与可持续发展－生态系统.ppt

第二章：生态系统,生态系统基本概念与功能生态平衡生态工程,第一节生态系统的基本概念,人们把生物群落与其周围非生物环境的综合体称为生态系统（Ecosystem），也即指一定空间内由生物成分和非生物成分组成的一个生态学功能单位。保持系统各组成成分稳定能量和物质的输入输出在较长时间内趋于相等结构和功能处于相对稳定,一、生态系统的共同特性,具有能量流动、物质循环和信息传递三大功能能量流动通常是单向的，不可逆转；物质的流动是循环式的；信息传递包括物理信息、化学信息、营养信息和行为信息，构成一个复杂的信息网。具有自我调节能力系统内物种数目越多，结构越复杂，自我调节能力越强。是一种动态系统任何生态系统都经历着由简单到复杂，从幼年到成熟的过程。,二、生态系统的组成,非生物组分：无机物、有机化合物、气候因素（环境部分）,生产者消费者分解者（还原者）,生态系统,生物组分,生态系统的环境部分,无机物：包括氮、氧、二氧化碳和各种无机盐等。有机化合物：包括蛋白质、糖类、脂类和土壤腐殖质等。气候因素：包括温度、湿度、风和降水等，来自宇宙的太阳辐射也可归入此类。,岩石,矿物,空气,水体,生态系统的生物部分,生产者：主要是绿色植物，凡能进行光合作用制造有机物的植物种类，包括单细胞藻类，均属于生产者。还有一些能利用化学能把无机物转化为有机物的化能自养型微生物，也应列入生产者之列。消费者：主要是动物，又分为一级消费者（如草食性动物）；二级消费者（如肉食动物）；等等。分解者：指各种具有分解能力的微生物，也包括一些微型动物，如鞭毛虫，土壤线虫等。,各组成部分的关系图,生态系统中的物质循环和能量流动,三、生态系统的结构,形态结构：生态系统的生物种类，种群数量、物种的空间配置（水平分布、垂直分布）、物种的时间变化（发育、季相）等构成了生态系统的形态结构。营养结构：生态系统各组成部分之间建立起来的营养关系，构成了生态系统的营养结构。它是生态系统中能量流动和物质循环的基础。,生态系统中物种的时间变化（发育、季相）,生态系统中物种的类型、分布、空间配置,四、食物链和食物网,各种生物之间存在着取食和被取食的关系，这就是食物链。许多食物链经常互相交叉，形成一张无形的网络，把许多生物包括在内，这种复杂的捕食关系就是食物网。,五、营养级和生态金字塔,某个营养级就是食物链某个环节上一切生物物种的总和，是处于某一营养层次上一类生物和另一营养层次上另一类生物的关系。例如，所有绿色植物和自养生物均处于食物链的第一环节，构成第一营养级；所有以生产者为食的动物属于第二营养级，又称植食动物营养级；所有以植食动物为食的肉食动物为第三营养级；以上还可能有第四（第二级肉食营养级）和第五营养级等。生态系统中的物质和能量就这样通过营养级向上传递。,1、营养级,2、能量传递的1/10律,生物量金字塔和能量金字塔,六、生态系统的功能,生态系统具有三大功能：生态系统的能量流动生态系统的物质循环生态系统的信息传递,能量流动,媒介：通过食物链（网）完成能量流动特点：生产者(绿色植物)对太阳能的利用率低，只有1%为单向流动；流动中能量逐渐减少，每经过一级均有能量以热量形势散失；各级能量流动遵循1/10定律，即各级能量利用率低只有当生态系统生产的能量与消耗的能量相平衡时，生态系统的结构和功能才保持动态平衡,地球生态系统中的能量流,物质循环,媒介：通过食物链（网）完成主要循环物质有：水（H、O）碳（C）氮（N）磷（P）,大气氮进入生物有机体的途径,生物固氮,工业固氮,岩浆固氮,大气固氮,磷循环,生态系统中磷的特点,全部来自于岩石风化,循环过程中和微生物的关系,磷不进行大气循环,人对自然磷循环的干扰,磷肥和洗涤剂,养殖厂排水和城市污水,信息传递,营养信息化学信息物理信息行为信息,第二节生态平衡,一、生态平衡的概念：1、定义：生态平衡是指系统内各要素之间相互关系，相互制约，在一定的条件下，保持自然的、暂时的、相对的平衡关系。,为暂时的、相对的动态平衡：由生态系统内部的自动调节能力所致。生态系统结构越复杂，组成越多，物质与能量传递的途径越多，调节能力越强，平衡易保持。反之，调节能力越弱，平衡就不易保持。生态系统的变化与发展，是在不平衡平衡不平衡的物质与能量流动中进行的。,2、生态平衡的特点：,二、生态系统的演替,原生演替,次生演替,原生态,生态破坏,生态恢复,三、生态退化,当外界的干扰强度过大，或干扰时间过长的时候，生态系统内部的生物种类及数量将发生明显下降，使得生态系统的演替处于退化状态，即称为生态退化。,地震,四、导致生态退化的因素,1)自然因素2)人为因素环境因素的改变生物种类发生变化信息系统的破坏,海啸,大型人类活动对环境的影响,三峡工程,三峡之电照耀大半个中国,由于环境发生改变，三峡库区已发现一些新的物种,湖北宜昌江边护岸石缝中长出的苏门白酒草十分旺盛。这种模样像艾蒿、种子像蒲公英的草见缝插针，生长迅速，有些地方甚至铺天盖地。日前，有关专家称三峡地区的生态安全正在遭受外来植物苏门白酒草的威胁，呼吁铲除恶草，避免引发生态危机。,人类活动对环境的影响,渡渡鸟与大颅榄树,五、生态学三定律,生态平衡的破坏往往出自于人类的贪婪与无知，过分地向自然索取，或对生态系统的复杂机理知之甚少而贸然采取行动。美国环境学家小米勒（Giller，Jr）提出了以下三定律:生态学第一定律：我们的任何行动都不是孤立的，对自然界的任何侵犯都具有无数效应，其中许多效应是不可逆的。该定律为哈定（G.Hardin）所提出，可称之为多效应原理。生态学第二定律：每一种事物无不与其他事物相互联系和相互交融。此定律可称为相互联系定律。生态学第三定律：我们生产的任何物质不应该对地球上自然的生物地球化学循环有任何干扰。此定律可称之为勿干扰原理。,第三节生态工程,“生态工程是利用生态系统中物种共生与物质循环再生原理及结构与功能协调原则，结合结构最优化方法设计的分层多级利用物质的生产工艺系统。生态工程的目标就是在促进自然界良性循环的前提下，充分发挥物质的生产潜力，防治环境污染，达到经济效益与生态效益同步发展。”-马世俊,一、生态工程案例,农业生态工程污水处理生态工程生态工业与生态工业园区,生态工业与生态工业园区,生态工业：指仿照自然界生态过程物质循环的方式来规划工业生产系统的一种工业模式在生态工业系统中各生产过程不是孤立的，而是通过物质流、能量流和信息流互相关联，一个生产过程的废物可以作为另一过程的原料加以利用。生态工业追求的是系统内各生产过程从原料、中间产物、废物到产品的物质循环，达到资源、能源、投资的最优利用。,生态工业园区介绍,我国：贵港国家生态工业（制糖）示范园区,美国：Chattanooga工业生态园Choctaw生态工业园区,生态工业园区介绍,美国：改造型的Chattanooga生态工业园区。,田纳西州小城Chattanooga曾经是一个以污染严重闻名全美的制造业中心。,在该园区，以杜邦公司的尼龙线头回收为核心推行企业零排放改革，不仅减少了污染，而且还带动了环保产业的发展，在老工业区发展了新的产业空间。其突出特征是通过重新利用老工业企业的工业废弃物，以减少污染和增进效益。而今，旧钢铁铸造车间已变成一个用太阳能处理废水的生态车间，而旁边是利用循环废水的肥皂厂，紧临的是急需肥皂厂副产物做原料的另一家工厂，这样有可能建立起一个完整的生态工业网络。这种革新方式对老工业区改造很有借鉴意义，并且更能适应老工业企业密集的城市。,美国：全新型的Choctaw生态工业园区,基于俄克拉何马州大量的废轮胎资源，采用高温分解技术可将这些废轮胎资源化而得到炭黑、塑化剂和废热等产品，进一步可衍生出不同的产品链。这些产品链与辅助的废水