第四章 生态学在环境保护中的应用

1、生态学在环境保护中的应生态学在环境保护中的应用用第四章第四章 第一节 全面考察人类活动对环境的影响第二节 充分利用生态系统的调节能力第三节 解决近代城市中的环境问题第四节 综合利用资源和能源第五节 生态学在环境保护其他方面的应用第四章第四章 生态学在环境保护中的应用生态学在环境保护中的应用第四章第四章 生态学在环境保护中的应用生态学在环境保护中的应用 课时目标：掌握人类活动对环境的影响，综合利用资源和能源的方法，生态系统的调节能力。教学重点：综合利用资源和能源的方法，生态系统的调节能力教学难点：综合利用资源和能源的方法，生态系统的调节能力第一节 全面考察人类活动对环境的影响 要解决世界上面临的

2、五大环境问题人口、粮食、资源、能源和环境保护，必须以生态学的理论为指导，并按生态学的规律来办事。 可惜的是，过去人类改造自然的活动往往只求获得某项成功，而不管是否违反生态学规律，以致造成了一系列不利于发展生产又影响到社会生活的恶果。Case 1：南水北调工程 东线南水北调工程 中线南水北调工程 西线南水北调工程 作为继三峡工程之后中国启动的又一项世界级工程，南水北调的主要目标是将长江水分东线、中线、西线调往严重缺水的华北和西北地区。 长江及其以南地区集中分布着长江及其以南地区集中分布着8181的的水资源，水资源，3636的耕地面积，的耕地面积，4141的矿产资的矿产资源；而淮河及其以北地区耕地

3、面积占全国源；而淮河及其以北地区耕地面积占全国的的6464，矿产资源占全国的，矿产资源占全国的5959，水资源，水资源却只占全国的却只占全国的1919。 南水北调南水北调-西线走向图雅砻江雅砻江通天河通天河大渡河大渡河南水北调-中线走向图南水北调-东线走向图 东线、中线工程已于2002年底开工；西线工程于2010年开工。工程全部实施后，平均每年将由长江向西北地区和华北地区合计调入水量380480亿m3,占长江水量的4%5%。 南水北调东线工程对环境的影响 1、主要有利影响 （1）解决北方地区水资源短缺问题 （2）增加了水环境容量 淮河以北地区河流在枯水季节基本维持断流或干枯的状态，特别是黄河以

4、北和山东半岛地区基本是有河皆干，有水皆污，水环境恶化严重，许多河流基本无水环境容量可言，南水北调东线工程实施后，可将长江优质水源源不断地经输水干线进入各用水区，大大地增加了水环境容量和水环境的承载能力。（3）缓解地下水超采问题 黄河以北以及胶东半岛地区地下水超采严重，漏斗面积不断增大，沿海地区地下水含水层受浅层咸水入侵面积不断扩大，不少地区出现地面沉陷、塌陷、裂缝等地质灾害。东线工程建成后，可替换城市供水水源，减少深层地下水的开采量，加之常年输水，对补充地下水源、地面沉降等环境地质问题的缓解起到积极作用。（4）促进节水治污 根本改善调水沿线地区水环境整体质量 为实现调水水质保护目标，又必须通过

5、污染源治理、城镇污水处理厂建设、截污导流工程等综合措施，加快了沿线的治污步伐。调水工程实施后，治线地区的水污染负荷将大幅度削减，输水沿线水质将全面达到类水标准。 （5）防止调蓄湖泊富营养化，有效保护湿地生态系统良性循环 调水后，输水干线调蓄湖泊水环境得到有效改善，调蓄湖泊换水频繁，换水率将明显提高，可有效防止湖泊富营养化的发生。同时由于调蓄湖泊的平均蓄水位抬高，水面扩大，水生浮游动植物和底栖动物的种类及数量将有上升，改善湿地鸟类的生存环境，同时对发展渔业生产十分有利，避免了湖泊干枯或死水位以下运行造成的生态灾难，有效保护湖泊生态系统的良性循环。 2 主要不利影响及采取的措施 （1）对长江口盐水

6、入侵产生一定影响 东线工程调水将会对长江口枯水期盐水入侵带来一定负面影响，特别是枯水年的枯水期。但若通过三峡工程的合理调度，则南水北调工程对长江口盐水入侵产生的负面影响将得到缓解甚至抵消。 为防止在枯水期加重长江口地区的盐水入侵，当长江大通站流量小于10000m3/s时，有必要采取“避让”措施，减少抽江流量或暂停调引江水措施，可基本消除调水对长江口盐水入侵的影响。当长江为枯水年或特枯水年时，宜将三峡水库蓄水期提前1个月，即从9月开始，延至10月、11月、12月，以维持枯水期天然下泄水量。 （2）对水环境影响 在满足所有假设条件的前提下，输水干线基本可以达到高锰酸盐指数和氨氮指标满足地表水III

7、类的要求。 南水北调东线调水水质风险因素较多，如面源污染及养殖、航运等内源污染得不到有效控制，在输水干线特别是湖库内可能出现水质问题，公路、航运交通干线发生事故而导致有毒有害物质倾入等都会影响到调水的顺利进行。 黄浦江水质污染的加重 （3）对生态环境影响 东线工程的施工对沿线的水生生态环境和陆生生态环境造成一定的破坏。造成一定的生物量损失，但其损失量在系统承受范围内。而且由于受影响的动植物在周边地区分布广泛，且无国家重点保护物种，因此对动植物的影响是轻微的。同时，工程弃土堆放会在河道和南四湖形成埝堤，对水陆生生境的能流、物流造成一定的阻隔。 （4）调水对钉螺北移扩散的影响 南水北调东线工程实施

8、运行后，调水量增加，输水时间延长，水源区钉螺有可能通过水泵抽吸进入输水河道，以及通过运输及人畜携带的方式传播，造成钉螺的北移扩散，即存在着钉螺通过输水河道在一定范围内扩散的可能性，因此在工程建设运行中，要注意配套血防工程措施，同时要加强这些地区螺情、血吸虫病疫情的监控，并根据其具体情况，采取有效措施，及时防、控血吸虫病流行。 Case2:埃及的阿斯旺水坝位于尼罗河下游第一瀑布区，1970年建成，坝高110米。长3600米，水库跨埃及、苏丹两国，有2/3在埃及，在埃及境内称纳赛尔湖，是世界最大的人工湖。建设原因：尼罗河发源于埃塞俄比亚，流经苏丹和埃及而入地中海，在入海口有宽100km的三角洲，埃

9、及3300万人口集中此地。历史状况：尼罗河定期泛滥，淹没河谷，冲洗盐分，为地中海输送养分。沙丁鱼产量大，使三角洲保持新生肥力。埃及阿斯旺大坝水坝之利：水坝之利：尼罗河不再泛滥、廉价电力、灌尼罗河不再泛滥、廉价电力、灌溉农田、控制旱涝溉农田、控制旱涝 水坝之弊：水坝之弊：尼罗河两岸的绿洲及下游失去肥尼罗河两岸的绿洲及下游失去肥源，土壤盐渍化；由于尼罗河河口供沙不足，源，土壤盐渍化；由于尼罗河河口供沙不足，河口三角洲平原向内陆收缩，使工厂、港口、河口三角洲平原向内陆收缩，使工厂、港口、国防工事有跌入地中海的危险；海水养分减国防工事有跌入地中海的危险；海水养分减少，少，沙丁鱼沙丁鱼19651965年

10、年1500015000吨吨19681968年年500500吨吨最后绝迹。下游变静止最后绝迹。下游变静止“湖泊湖泊”，血吸虫病血吸虫病发病率发病率80%80%以上。以上。 Case3:长江三峡工程有利影响：防洪：三峡水库可以有效地减轻长江洪水灾害给广大中下游平原地区所带来的生态与环境的严重破坏；避免灾区环境卫生恶化与疾病流行等。发电：水电清洁无污染，代替火电。航运：水库回水形成660公里的深水航道。不利影响：（1）淹没土地（气候）：三峡水库淹没涉及湖北、重庆两省市 20 个区市县的277个乡镇、1680个村、6301个组，有2 座城市、 11 座县城、 116 个集镇需要全部或部分重建。对大气候

11、的影响上将难以预测。 （2）移民问题（3）损失了许多无形和有形资产三峡工程也使我国损失了许多无形和有形资产，如许多珍惜物种的生存环境受影响，名胜古迹被淹没，旅游资源破坏严重，一大批文化积淀随着三峡大移民实施不复存在。（4）三峡工程已成为西方国家关注的主要对象。 生态学的一个中心思想是整体和全局的概念： 不仅要考虑现在，还要考虑将来；不仅考虑本地区，还要考虑有关的其他地区。也就是说，要时间和空间上全面考虑，统筹兼顾。按照生态学的原则，我们对生态系统采取任何一项措施时，该措施的性质和强度不应超过生态系统的忍耐极限或调节复原的弹性范围，否则就会招致生态平衡的破坏，引起不利的环境后果。 总结： 如果此

12、类的事件得不到改善，人类也不能幸免与这些灾难中。荒漠化和海平面上升威胁到人类的栖息地。当植物和动物都在气候变化中失去了适应性，那么人类的食物、燃料和收入都无从谈起。4.2充分利用生态系统的调节能力 （二）充分利用生态系统的调节能力（二）充分利用生态系统的调节能力（自净能力）（自净能力） 生态系统的调节能力 当系统内一部分出现了问题或发生机能异常时，能够通过其余部分的调节而得到解决或恢复正常。结构复杂的生态系统调节能力越强。 Case:土地处理系统 一般土壤及其中微生物和植物根系对污染物的综合净化能力，可以利用来处理城市污水和一些工业废水 。 主要由预处理设施、贮水湖、灌溉系统、地下排水系统等组

13、成 图示组成： 由废水的预处理设施、贮水湖、灌溉系统、地下排水系统等部分组成。 u氧化塘是各式处理氧化塘是各式处理塘的俗称，其作用机塘的俗称，其作用机理主要是理主要是通过各物种通过各物种间的相互作用形成食间的相互作用形成食物链生态系统，物链生态系统，对污对污水中的污染物进行有水中的污染物进行有效的处理和利用。效的处理和利用。 氧化塘氧化塘u适用于中、小城市和土地资源丰富的地区。适用于中、小城市和土地资源丰富的地区。u胜利油田外排污水处理均采用氧化塘处理技术，目前胜利油田外排污水处理均采用氧化塘处理技术，目前能基本达标排放。能基本达标排放。u优点：可以用于处理各种污水，投资少、运行费用低、优点：

14、可以用于处理各种污水，投资少、运行费用低、运行管理简单。运行管理简单。氧化塘法氧化塘法u缺点：需要较大的占地面积。缺点：需要较大的占地面积。土地处理系统的净化机制土地处理系统的净化机制 植物植物根系根系的吸收、转化、降解与合成等作用；的吸收、转化、降解与合成等作用； 土地中真菌、细菌等土地中真菌、细菌等微生物微生物还原的降解、转化还原的降解、转化及生物固定化等作用；及生物固定化等作用； 土壤中土壤中有机和无机胶体有机和无机胶体的物理化学吸附、络合的物理化学吸附、络合和沉淀等作用；和沉淀等作用； 土壤的土壤的离子交换离子交换作用；作用； 土壤的土壤的机械截留机械截留过滤作用过滤作用; ; 土壤的

15、土壤的气体扩散或蒸发气体扩散或蒸发作用作用 成份成份灌溉灌溉渗滤渗滤漫流漫流BOD9885-8995COD805080悬浮物悬浮物989892总氮总氮850-5070-90总磷总磷80-9060-6540-80金属金属9550-9550微生物微生物989898总溶解固体总溶解固体0-300-100-30土地处理系统的去除效率估计值土地处理系统的去除效率估计值%n土地处理系统的净化效果 慢速渗滤系统：慢速渗滤系统：适用于渗水性良好的土壤、砂质土壤及蒸发量小、气候润湿的地区。废水经喷灌或面灌后垂直向下缓慢渗滤，土地净化田上种作物，这些作物可吸收污水中的水分和营养成分，负荷一般较低，渗滤速度慢，故污

16、水净化效率高，出水水质优良。快速渗滤系统：快速渗滤系统：适用于渗透性非常良好的土壤，如砂土、砾石性砂土、砂质砂土等。污水灌至快速渗滤田表面后很快下渗进入地下，并最终进入地下水层。依靠土壤微生物将被土壤截留的溶解性和悬浮有机物进行分解，使污水得以净化。 地下渗滤处理系统 地下渗滤处理系统是将污水投配到距地面约0.5m深，有良好渗透性的地层中，藉毛管浸润和土壤渗透作用，使污水向四周扩散，通过过滤、沉淀、吸附和生物降解作用等过程使污水得到净化. 地下渗滤系统适用于无法接入城市排水管网的小水量污水处理，如分散的居民点住宅、度假村、疗养院等。 地表漫流系统 适用于渗透性低的黏土或亚黏土，地面最佳坡度为2

17、到 8。废水以喷灌法或漫灌(淹灌)法有控制地分布在地面上均匀的漫流，地面上种牧草或其他作物供微生物栖息并防止土壤流失。 我国现有污水处理能力无法适应城市数量与规模的迅速扩张。目前城市生活污水排放量以年均5的速度递增，已超过工业污水排放量。而全国仍有一半以上的城市没有污水处理厂；有的地方即便建起了污水厂，但排水管网没跟上，污水流不到污水厂。 全国共有400多个中小城市，每年排放废水量高达100亿立方米左右。答案不难找到，这100亿立方米污水有一多半是通过地下纵横交错的排污管道，流进了郊区或者农村。 城市的污水哪里去了？ 4.3解决近代城市中的环境问题 1编制生态规划概念： 在编制国家或地区的发展

18、规划时，不是单纯考虑经济因素，而是把它与地球物理因素，生态因素和社会因素等紧密结合在一起进行考虑，使国家和地区的发展能顺应环境条件，不致使当地的生态平街道受重大破坏。2进行城市生态系统的研究 充分利用生态学原则和系统论的方法，根据各 种自然因素和人为的社会因素所构成的社会生态系统复合体来研究城市。4.4综合利用资源和能源 问题：现代的问题：现代的工农业生产大多是单一的过程，片面工农业生产大多是单一的过程，片面强调单纯的产品最优化问题，导致环境的严重污染强调单纯的产品最优化问题，导致环境的严重污染与破坏。与破坏。 解决办法：解决办法：运用生态系统的物质循环原理，建立运用生态系统的物质循环原理，建

19、立闭闭路循环工艺路循环工艺以实现资源和能源的综合利用，杜绝以实现资源和能源的综合利用，杜绝浪费与无谓的损耗。浪费与无谓的损耗。 3R原则：原则： Reduse Reuse Recycle1.1.生态工艺生态工艺 生态工艺生态工艺资源和能源的浪费最少，排出的废资源和能源的浪费最少，排出的废弃物最少，而且是这些废弃物能被自然界的动弃物最少，而且是这些废弃物能被自然界的动植物所分解、吸收或利用植物所分解、吸收或利用 。 Case:造纸工业闭路循环工艺流程造纸工业闭路循环工艺流程造纸工业循环工艺流程示意图造纸工业循环工艺流程示意图 2.生态农业生态农业 石油农业石油农业 目前的农业生产实际上是能源消耗

20、和利用的目前的农业生产实际上是能源消耗和利用的过程，用高能量换取高产量，产量增加过程，用高能量换取高产量，产量增加1%，耗能增加耗能增加2.5%。 每个农村劳动力养活人数每个农村劳动力养活人数美国美国56人，德国人，德国49人，加拿大人，加拿大44人，法人，法国国26人，日本人，日本17人。人。 石油农业的后果石油农业的后果加重能源危机，美国每公顷玉米生产耗加重能源危机，美国每公顷玉米生产耗5656升石油；升石油；加剧自然生态破坏，机械操作，破坏速度快；加剧自然生态破坏，机械操作，破坏速度快；化肥、农药，严重污染。美国化肥、农药，严重污染。美国364364种害虫对种害虫对6060种农药种农药有

21、抗药性。有抗药性。 生态农业生态农业 生态农业：生态农业：有效地有效地利用生态学原理利用生态学原理，最大限度地，最大限度地把无机物转变为有机物。把无机物转变为有机物。 Case1:菲律宾的菲律宾的玛雅农场玛雅农场（Maya Farms） 我国古代珠江三角洲地区桑基鱼塘的我国古代珠江三角洲地区桑基鱼塘的 生产方式，也是生态农场的一个典型生产方式，也是生态农场的一个典型 例子。例子。 现在又发展为桑基（果园），现在又发展为桑基（果园）， 鱼塘和农舍三结合的新型农村生态系鱼塘和农舍三结合的新型农村生态系 统。统。 农民在桑园内建造两层楼房，楼农民在桑园内建造两层楼房，楼 上住人，楼下养蚕，旁边池塘。

22、池塘上住人，楼下养蚕，旁边池塘。池塘 上有水上厕所，粪便以及养蚕工厂的上有水上厕所，粪便以及养蚕工厂的 废料供作养鱼的饲料，塘泥是桑园废料供作养鱼的饲料，塘泥是桑园 肥料，构成了一个完整的生态系统肥料，构成了一个完整的生态系统 小循环。小循环。 Case2:珠江三角洲地区桑基鱼塘珠江三角洲地区桑基鱼塘生产方式：蚕沙（蚕粪）喂鱼，塘泥肥桑，栽桑、养蚕、养鱼三者有机结合，形成桑、蚕、鱼、泥互相依存、互相促进的良性循环.桑基鱼塘没有废物的农业生态工程池埂种桑、桑叶养蚕；蚕沙、蚕蛹、缫丝废水养鱼、鱼粪等泥肥肥桑。“桑茂、蚕壮、鱼肥大，塘肥、基好、蚕茧多”4.5生态学在环境保护其他方面的应用1.阐明污染

23、物质在环境中的迁移转化规律 随着生态系统的物质循环和食物链的复杂生态过程，污染物质不断迁移、转化、积累和富集。Ep:DDT在水中和脂肪中的溶解度相差5000万倍。1、不能连续测定，一年只能取几个、几十不能连续测定，一年只能取几个、几十个样品，用这些数据代表全年的环境质量个样品，用这些数据代表全年的环境质量状况，很难反映真实情况。状况，很难反映真实情况。2 2、化学监测和仪器监测只能测定某一污染化学监测和仪器监测只能测定某一污染物质的污染状况，用单因子污染的效果反物质的污染状况，用单因子污染的效果反映多因子综合污染的状况，也往往会产生映多因子综合污染的状况，也往往会产生差错。差错。弱弱 点点2环

24、境质量和生物监测和生物评价2环境质量和生物监测和生物评价生物监测生物监测: 是指利用生物对环境中污染物质的反应，即利用生物在各种污染环境下所发出的各种信息，来判断环境污染状况的一种手段。(1)利用植物对大气污染进行监测和评价(2)利用水生生物监测和评价水体污染 污水生物体系法 指示种法 目前我国已广泛利用生物对环境进行监测和评价目前我国已广泛利用生物对环境进行监测和评价 利用植物对大气污染进行监测和评价 二二氧化硫：氧化硫：紫花苜蓿、棉株、菠菜、胡萝卜等；紫花苜蓿、棉株、菠菜、胡萝卜等； 氟化物：氟化物：桃、葡萄、杏等；桃、葡萄、杏等； 臭氧：臭氧：烟草、番茄；烟草、番茄； 二氧化氮二氧化氮：

25、烟草、番茄等；：烟草、番茄等； 氯气氯气: :白菜、菠菜等。白菜、菠菜等。 乙烯乙烯：棉花：棉花 利用水生生物监测和评价水体污染 污水生物体系法 指示种法污水类型污水类型 在显微镜下观察到的生在显微镜下观察到的生物物 指示生物指示生物 新排出的城市生活污水新排出的城市生活污水和类似的工业污水和类似的工业污水 纤毛虫纤毛虫1050000鞭毛虫鞭毛虫10002000（变形虫类（变形虫类01000）细菌、真菌大量细菌、真菌大量 腐生草履虫，豆形虫，腐生草履虫，豆形虫，闪瞬目虫、布氏尾丝虫，闪瞬目虫、布氏尾丝虫，小口钟虫小口钟虫 含大量硫化氢的腐败污含大量硫化氢的腐败污水水 纤毛虫纤毛虫5000300

26、000鞭毛虫鞭毛虫10002000细菌大量细菌大量 长尾波豆虫、大鞭毛虫、长尾波豆虫、大鞭毛虫、多毛虫、旋毛虫等多毛虫、旋毛虫等 刚排出的高浓度工业废刚排出的高浓度工业废水、亚硫酸法造纸厂的水、亚硫酸法造纸厂的废水、制糖工业废水废水、制糖工业废水 细菌、真菌少量细菌、真菌少量无生物无生物 虫类生物大致不存在虫类生物大致不存在 有毒废水有毒废水 无生物，最多仅见少量无生物，最多仅见少量的休眠孢子的休眠孢子 不同污水中生物体系和指示生物不同污水中生物体系和指示生物 例如：美国对伊利湖污染的调查，就是利用湖中指示生物颤蚓的数量作为指标，进行湖水质量评价的。湖水颤蚓的数量与湖水受污染程度的关系如下： 颤蚓数量 水域受污染的程度 （个/立方米水面） 100 不污染 100-99