第7章生态学基本知识

1、第七章,生态学基础知识,第一节,生物多样性,第二节,生态系统基本概念,第三节,生态平衡,第四节,生态学基础,第一节,生物多样性,1,生物多样性概念,指地球上的生物所有,形式、层次和联合体中,生命的多样化。简单地,说，生物多样性是生物,和它们组成的系统的总,体多样性和变异性,500,万,5000,万种,2,生物多样性的意义和价值,地球生命的基础：是人类赖以生存和持续发,展的物质基础。它提供人类所有的食物和木,材、纤维、油料、橡胶等重要的工业原料,直接价值和间接价值,第二节,生态系统基本概念,生态系统的概念是由,英国生态学家坦斯利,在,1935,年提出来的,生态系统的基本概,念,是物理学上使用的,

2、系统整体。这个,系统不仅包括有机复,合体，而且包括形成,环境的整个物理因子,复合体,20,世纪,40,年代，美国生态学家林德曼在研究湖泊生态系统时，提出了,食物链的概念,大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃泥巴,他又提出了生态金字塔的理论，使人们认识到生态系统的营养结构和,能量流动的特点,一山不能存二虎（我的地盘我做主,生态系统的概念是由英国生态学家坦斯利在,1935,年提出来的，他认为,生态系统的基本概念是,物理学上使用的系统整体。这个系统不仅包,括有机复合体，而且包括形成环境的整个物理因,子复合体,生态系统就是在一定地区内，生物和它们的非生,物环境（物理环境）之间进行着连续的能量和物,质交换所形

3、成的一个生态学功能单位,由各自独立又相互联系、相互作用的组分构成一,个整体,一、生态系统的组成和结构,组成,1,非生物环境,2,生产者,3,消费者,4,分解者,作为生物与环境组成的统一整体，生态系统,不仅具有一定的结构，而且具有一定的功能,生态系统的主要基本功能,一是能量流动,二是物质循环,三是信息传递,二,生,态,系,统,的,功,能,具有能量流动、物质循环和信息传,递三大基本功能,具有自我调节的能力,是一种动态系统,生态系统的功能,一,能量流动,能力流动定义,从太阳能被生产者,绿色植物,转变为,化学能开始,经过,食草动物、食肉动,物和微生物参与的,食物链而转化，从,某一营养级向下一,个营养级

4、过渡时部,分能量以热能形式,而失掉的单向流动,能量流动的数量及作用,生态系统的生产者,绿色植物通过光合作,用，把太阳光能转化为化学能，储存在它,们制造的有机物中,生产者所固定的全部太阳能，就是流经生,态系统的总能量,能量流经生态系统后，就是一切生物生命,活动的动力，也是生态系统存在和发展的,动力,生态系统的能量流动全过程,能量流动的起点：地球上所有的生态系统,所需的能量都是来自太阳，是从生产者通过光合,作用把太阳能固定在它们所制造的有机物中。生,产者固定的全部太阳能就是流经生态系统的总能,量。所以生态系统的能量流动是从生产者固定太,阳光能开始的,生态系统能量流动的数量，是生产者所固定,的全部太

5、阳光能，就是流经生态系统的总能量,这些能量能在生态系统各个营养级中进行流动,生态系统能量流动的途径,第一、生态系统的总能量，其中一部分能量用于生产者自身的新陈代谢等生,命活动，即呼吸作用消耗掉了；另一部分能量随着植物遗体和残枝败叶等被,分解者分解而释放出来；还有一部分能量被植食性动物摄入体内,第二，植物被草食动物吃了以后，一部分以粪便等排泄物被动物排出体外,其余大部分被动物所同化。这样能量由植物流入动物即能量从第一营养级,第二营养级,第三营养级,第四营养级，各营养级所同化的能量，一部分通,过呼吸作用消耗掉；另一部分用于各营养级生物的生长、发育、繁殖等生命,活动。消费者的尸体、粪便等与生产者的遗

6、体，残枝败叶一样，被分解者分,解利用，并通过分解者的呼吸作用将其能量释放到环境中去最终消失,生态系统能量流动的特点,美国生态学家林德曼，明确提出了“十分之一定律,从理论上讲，一个人靠吃鱼增长身体,1kg,就得吃掉,10kg,鱼,10kg,的鱼则要吃掉,100kg,的浮游动物,100kg,的浮游动,物要吃掉,1000kg,的浮游植物。也就是说,1000kg,的浮游植,物才能养活,10kg,的鱼，进而才能使人增长,1kg,体重,第一，能量流动不是循环的而是单向的：从生产者初,级消费者次级消费者三级消费者,食物链各,个营养级的顺序是不可逆的，而各个营养级能量总是以,呼吸散失热能。即必须源源不断地输入

7、，又不断地散失,第二，能量流动是逐级递减的：传递率为,10,20,一条食物链的营养级一般不会超过五个营养级，因营养,级上升一级，可利用的能量相应要减少,80,90,能,量到了第五个营养级时，可利用的能量往往少到不能维,持其生存的程度了。由于生态系统能量流量逐级递减,其传递率为,10,20,即构成了能量金字塔。所以,生产者固定的全部太阳能流经生态系统过程中逐级递减,单向不循环，最终在环境中消失,二）物质循环,物质循环的定义,地球表面物质在自然力和生物活,动作用下，在生态系统内部或其间进行储存、转化,迁移的往返流动,也就是组成生物体的,C,H,O,N,P,S,等基本元素,在生态系统的生物群落与无机

8、环境之间反复循环运,动,生态系统的物质循环可分为水循环、气体型循环和,沉积型循环等三大类型,气体型循环：氧、二氧化碳、氮、氯、溴、氟等,沉积型循环：磷、钙、钾、钠、镁、锰、铁、铜,硅等,1,水循环,水是组成生物体的重要成分，大约占生体物体重的,60,95,体内进行一切生化反应都离不开水,地球上水通过蒸发、降雨、植物的蒸腾、吸收等形,式反复循环,2,碳循环,碳是构成生物体的主要元素，占生物总质量,25,碳元素约占生,物体干重的,47,碳是有机化合物的“骨架”，没有碳就没有生,命。碳在无机环境与生物群落之间是以,CO,2,的形式进行循环的,碳循环基本形式：光合作用；生物死亡；矿物燃烧；海水吸收,3

9、,氮循环,氮是组成蛋白质和核酸的主要成分。氮占大气成分的,79,必须经过生物固氮作用、硝化作用、反硝化作用形式等才能,在生物群落与无机环境间反复循环,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,固氮,植物树根上的树结包,含细菌，细菌帮助将,土壤中的氮转变为植,物可以利用的形态,4,硫循环,硫是构成,氨基酸和蛋白,的主要成分,气态循环和沉,积型循环,SO,2,主要,来自含硫矿物,的冶炼、化石,燃料的燃烧和,动植物废物残,体的燃烧；气,体经遇水淋洗,进入土壤，动,植物残体细菌,分解都形成硫,酸盐,自然界的硫循环,火山爆发，使地

10、壳和岩浆中的硫以,H,2,S,硫酸盐和,SO2,的形式排入,大气海底火山爆发排出的硫，一部分溶于海水，一部分以气态,硫化物逸入大气。陆地和海洋中的一些有机物质由于微生物分,解作用，向大气释放,H,2,S,其排放量随季节而异,温热季节高于,寒冷季节。海洋波浪飞溅使硫以硫酸盐气溶胶形式进入大气,陆地植物可从大气中吸收,SO,2,陆地和海洋植物从土壤和水中吸,收硫。吸收的硫构成植物本身的机体。植物残体经微生物分解,硫成为,H,2,S,逸入大气,大气中的,SO,2,和,H,2,S,经氧化作用形成硫酸根,SO,4,随降水降落到,陆地和海洋,SO,2,和,SO,4,还可由于自然沉降或碰撞而被土壤和植,物或

11、海水所吸收。由陆地排入大气的,SO,2,和,SO,4,可迁移到海洋上,空，沉降入海洋。同样，海浪飞溅出来的,SO,4,也可迁移沉降到陆,地上陆地岩石风化释放出的硫可经河流输送入海洋。水体中硫,酸盐的还原是由各种硫酸盐还原菌进行反硫化过程完成的。在,缺氧条件下，硫酸盐作为受氢体而转化为,H,2,S,人类活动的干预,人类燃烧含硫矿物燃料和柴草，冶炼含硫矿石,释放,大量的,SO,2,石油炼制释放的,H,2,S,在大气中很快氧化为,SO,2,这些活动使城市和工矿区的局部地区大气中,SO,2,浓度大为升高，对人和动植物有伤害作用,SO,2,在大气中氧化成为,SO,4,是形成和降低能见度的主要,原因,5,

12、磷循环,磷是携带,DNA,组成的元素，是,动物骨骼、牙齿,和贝壳的重要组,成成分。生物在,新陈代谢中都需,要磷,磷循环,磷酸盐岩石,或矿床通过天然,侵蚀、人工开采,进入水体或食物,链中，被植物吸,收。生物死亡后,进入土壤和海洋,中。磷不进行大,气迁移,自然界的磷循环的基本过程,岩石和土壤中的磷酸盐由于风化和淋溶作用进入,河流，然后输入海洋并沉积于海底，直到地质活,动使它们暴露于水面，再次参加循环。这一循环,需若干万年才能完成,在这一循环中，存在两个局部的小循环，即陆地,生态系统中的磷循环和水生生态系统中的磷循环,人类开采磷矿石，制造和使用磷肥、农药和洗涤,剂，以及排放含磷的工业废水和生活污水，

13、都对,自然界的磷循环发生影响,陆地生态系统的磷循环：岩石的风化向土壤提供了磷。植物通过根系从土,壤中吸收磷酸盐。动物以植物为食物而得到磷。动、植物死亡后，残体分,解，磷又回到土壤中。在未受人为干扰的陆地生态系统中，土壤和有机体,之间几乎是一个封闭循环系统，磷的损失是很少的,水生生态系统的磷循环：陆地生态系统中的磷，有一小部分由于降雨冲洗,等作用而进入河流、湖泊中，然后归入海洋。在水生生态系统中，磷首先,被藻类和水生植物吸收，然后通过逐级传递。水生动、植物死亡后，残体,分散，磷又进入循环。进入水体中的磷，有一部分可能直接沉积于深水底,泥，从此不参加这一生态循环。另外，人类渔捞和鸟类捕食水生生物，

14、使,磷回到陆地生态系统的循环中,人类活动的干预：人类种植的农作物和牧草，吸收土壤中的磷。在自然经,济的农村中，一方面从土地上收获农作物，另一方面把废物和排泄物送回,土壤，维持着磷的平衡。但商品经济发展后，不断地把农作物和农牧产品,运入城市，城市垃圾和人畜排泄物往往不能返回农田，而是排入河道，输,往海洋。这样农田中的磷含量便逐渐减少。为补偿磷的损失，必须向农田,施加磷肥。在大量使用含磷洗涤剂后,城市生活污水含有较多的磷,某些工,业废水也含有丰富的磷，这些废水排入河流、湖泊或海湾，使水中含磷量,增高,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,三）信息传递,1,物

15、理信息,2,化学信息,3,营养信息,4,行为信息,第三节生态平衡,一、生态平衡的概念,生态平衡定义：在生态系统内部，生产者,消费者、分解者和非生物环境之间，在一定,时间内保持能量与物质输入、输出动态的相,对稳定状态,两个特点,1,动态平衡,2,相对平衡,动态平衡,生态平衡是一种动态的平衡而不是静态的平衡，这是因为变,化是宇宙间一切事物的最根本的属性，生态系统这个自然界,复杂的实体，当然也处在不断变化之中。例如生态系统中的,生物与生物、生物与环境以及环境各因子之间，不停地在进,行着能量的流动与物质的循环,生态系统在不断地发展和进化：生物量由少到多、食物链由,简单到复杂、群落由一种类型演替为另一种

16、类型等；环境也,处在不断的变化中,因此，生态平衡不是静止的，总会因系统中某一部分先发生,改变，引起不平衡，然后依靠生态系统的自我调节能力使其,又进入新的平衡状态,正是这种从平衡到不平衡到又建立新的平衡的反复过程，推,动了生态系统整体和各组成部分的发展与进化,相对平衡,生态平衡是一种相对平衡而不是绝对平衡，因为任何生态系,统都不是孤立的，都会与外界发生直接或间接的联系，会经,常遭到外界的干扰。生态系统对外界的干扰和压力具有一定,的弹性，其自我调节能力也是有限度的，如果外界干扰或压,力在其所能忍受的范围之内，当这种干扰或压力去除后，它,可以通过自我调节能力而恢复；如果外界干扰或压力超过了,它所能承

17、受的极限，其自我调节能力也就遭到了破坏，生态,系统就会衰退，甚至崩溃,例如，草原应有合理的载畜量，超过了最大适宜载畜量，草,原就会退化；森林应有合理的采伐量，采伐量超过生长量,必然引起森林的衰退；污染物的排放量不能超过环境的自净,能力，否则就会造成环境污染，危及生物的正常生活，甚至,死亡等,二,保持生态平衡的影响因素,生态系统本身具有自动调节能力,与下列影响因素有关,1,结构的多样性,结构越复杂，自动调节能力越强；结构,越简单，自动调节能力越弱,2,功能的完整性,生态系统的能量流动和物质循环在生,物生理机能的控制下能得到合理地运转,3,地域连续性,分布地域的连续性是生态系统存在和长久维持的,重

18、要条件。现代研究表明，岛屿生态系统是不稳,定或脆弱的。由于岛屿受到阻隔作用，与外界缺,乏物质和遗传信息的交流，因而对干扰的抗性低,受影响后恢复能力差。近代已灭绝的哺乳动物和,鸟类，大约,75,是生活在岛屿上的物种,三、生态平衡的重要性,一个群落中食物网越复杂，则稳定性越增加，此外，腐屑的,存在也可加强生态系的多样性和稳定性,生态平衡常常因各种因素遭到破坏，主要是人类的生产活动,和污染等,人类对自然资源不合理的开发利用，常常导致毁灭,水土流,失，水源枯竭、草原荒废，土地沙漠化、盐渍化野生动物种,类趋于绝灭等。如榆林三迁、黄河河床抬高，长江黄化、埃,及大坝,三峡,增加,25,可耕地，但使下游贫瘠化

19、盐碱度,增大，农作物减产，水瘦，鱼减产，血吸虫病猖獗,人类对生物圈的破坏性影响主要表现在三个方面,一是大规模地把自然生态系统转变为人工生态系统，严,重干扰和损害了生物圈的正常运转，农业开发和城市,化是这种影响的典型代表,二是大量取用生物圈中的各种资源，包括生物的和非生,物的，严重破坏了生态平衡，森林砍伐、水资源过度,利用是其典型例子,三是向生物圈中超量输入人类活动所产生的产品和废物,严重污染和毒害了生物圈的物理环境和生物组分，包,括人类自己，化肥、杀虫剂、除草剂、工业三废和城,市三废是其代表,破坏生态平衡的因素,自然灾害,不,和,谐,的,音,符,生态破坏,资源耗竭,环境污染,人口剧增,人类战争

20、,第四节,生态学基础,4.1,生态学研究的基本内容,一,生态学的发展,二、生态学的含义及研究对象,1,含义,生态学是一门研究生物与其生活环境相,互关系的科学，是生物学的主要分支之一,如果把生物看成是一个生命系统，环境,看成是一个环境系统，又可以说，生态学就,是研究生命系统和环境系统之间相互作用的,规律和机理的一门学科,2,生态学的对象,1,研究对象,植物,动物,生物（包括人,2,与基础科学和应用科学相结合，发展了,生态学，扩大了生态学的领域。如：数学生,态学、系统生态学、经济生态学等,4.2,生态学的一般规律,1,相互依存与相互制约规律,反映了生物间的协调关系,1,普遍的依存和制约,物物相关”规律,就是系统中各种生物间相互依存、相互制约关,系是普遍存在的,2,通过“食物”而相互联系与制约,相,生相克”规律,就是每一种生物在食物链和食物网中，都占据,一定的位置，并具有特定的作用,2,物质循环转化与再生规律,防止有毒物质进入环境、提高能源的利用效率,3,物质输入输出的动态平衡规律,防止输入不足（如施肥不足