农学自然资源学基本原理第四章

1、农学自然资源学基本原理第四章第4章自然资源的生态过程生态系统的根本概念1、生态系统的定义生态系统是指在一定时间和一定范围内，由生物成分和非生物成分组成的一个有一定大小、执行一定功能、并能自我维持的自然实体。4.1系统生态学根本原理第4章自然资源的生态过程2、生态系统的特点第一，生态系统具有空间构造第二，生态系统具有时间变化第三，生态系统具有自动调控功能第四，生态系统是开放系统以生物为主体，呈网络状的多维空间构造生态系统和自然界其他事物一样具有发生、形成和开展的过程，具有发育、繁殖、生长和衰亡的特征一、同种生物的种群密度的调控二、异种生物种群之间的数量控制三、生物与环境之间的相互适应的调控系统不

2、断地从外界输入能量和物质，经过转换变为输出，从而维持系统的有序状态第4章自然资源的生态过程1、两大局部2、四种根本成分生态系统的组成 生态系统中，生物是核心，而绿色植物是核心中的核心，它的作用不仅表现为可提供能量和食物，还为其他生物提供了栖息场所。第4章自然资源的生态过程形态构造营养构造生态系统的根本构造生态系统的根本功能及过程1、生态系统的根本功能能量流动物质循环信息传递2、生产者与有机物的合成过程绿色植物的光合作用光合细菌和化能合成细菌生成有机物的过程3、消费者与有机物的转化过程消费者不能制造有机物质，而是直接或间接地依赖于生产者所制造的有机物。但是没有消费者会影响生态系统内物质循环和能量

3、流动，降低生态系统机能。4、分解者与有机物的分解过程分类：有氧呼吸和厌氧呼吸有机物质分解分为三个阶段有机物分解的生态效应生态系统的演化1、控制演替的主要因素1植物繁殖体的迁移、散布和动物的活动性先决条件2群落内部环境的变化3种内和种间关系的改变4外界环境条件的变化5人类的活动2、生物演替的顶级极论单顶极论气候顶极和当地气候条件保持协调和平衡的群落多元顶极论在某一种或几种环境因子的作用下在较长时间内保持稳定状态顶极-格局假说在群落连续变化的格局中，分布最广泛且通常位于格局中心的顶极群落成为优势顶极，它最能反映该地区气候特征的顶极祥落3、演替过程1原生演替开场于原生裸地和荒芜水域上的群落演替2次生

4、演替开场于废弃农田、森林迹地、被严重污染的水域、洪水冲毁地的群落演替生态系统的稳定性生态系统的稳定性：生态系统抵抗变化和保持平衡状态的倾向成为生态系统的稳定性或“稳态分类：抵抗力稳定性和恢复力稳定性生态系统的反响调控生物资源形成过程中的生态过程什么是生态因子？环境因子中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素是生态因子生态因子包括以下五局部：气候因子地形因子土壤因子生物因子认为因子1、生态因子作用的特点综合性主导因子作用直接作用和间接作用阶段性作用不可替代性和可补偿性2、限制性作用和耐性定律限制性因子：指在众多的生态因子中任何接近或超过某种生物的耐受性极限，而且阻止其生长、

5、繁殖或扩散，甚至生存的因素1最小因子定律2耐受性定律二者的关系：首先，最小因子定律只考虑了因子两的过少，而耐受性定律既考虑了因子量的过少，有考虑了因子量的过多其次，耐受性定律不仅估计了限制因子量的变化，而且估计了生物本身的耐受性问题3、生物对限制因子的调整和适应驯化休眠昼夜节律和周期性补偿变化适应组合生物生长规律1、种群增长的一个简单的模型模型的假设数学模型：Nt+1-Nt=B+I-D-E模型的生物学含义2、种群的几何级数增长模型的假设和概念构造数学模型：Nt+1=lNt模型的生物学含义3、种群的指数级数的增长模型的假设:种群以连续方式增长数学模型：dN/dt=rN生物学含义4、种群的逻辑斯蒂

6、增长种群在有限环境条件下连续增长的一种最简单的形式模型的假设数学模型：dN/dt=rN(K-N)/K)生物学含义5、人类种群的增长与资源承载力研究和了解人类种群的增长型定量测定人类种群的最适规模和构造研究如何采取“文化调节措施6、资源承载力动态与组合逻辑斯蒂曲线组合逻辑斯蒂曲线具有持续的开展能力，又具备一定的自我调节功能，能自动跟踪其不断演变着的生态环境，实现组合“S形增长，因而其过程稳定性较好。第4章自然资源的生态过程两大局部包括：生物因子非生物因子第4章自然资源的生态过程四种根本成分：非生物环境气候因子、无机物质、有机物质生产者生物中的自养生物，主要是植物消费者主要指动物，属于异样生物分解

7、者属于异养生物，是小型消费者，主要是细菌、真菌等微生物第4章自然资源的生态过程形态构造：是指生物成分在空间、时间上的配置和变化，即垂直、水平和时间格局实际上形态构造是组成生态群落的各个种群在生态位上分化的结果，不同种群的生态位不同，他们在群落中的时空位置就不同，因而形成了各种各样的形态构造第4章自然资源的生态过程营养构造食物链和食物网生态系统是通过食物链把生物与非生物、生产者和消费者连成一个整体的生态系统中的能量流动和物资循环沿着食物链渠道实现，它提醒了环境污染中有毒物质转移、积累的原理和规律。在食物链中，有毒物质的浓度随着营养级的升高而增大。第4章自然资源的生态过程1、食物链：由于营养关系在

8、生物之间形成的一种连锁关系，即能量和物质从植物开场，并一级又一级地转移到消费者动物2、营养级：食物链上每一个环节叫做营养级3、食物链类型：牧食食物链：绿色植物草食动物一级肉食动物二级肉食动物腐食食物链：死亡有机体腐食动物其他动物寄生食物链：植物/动物寄生物其他动物食物链穿插连锁形成一个很复杂的网络，叫做食物网。光合作用的反响： 原料 光 产物 水+二氧化碳 有机物主要是淀粉 + 氧气 光合叶绿体是条件有机物质的分解分为三个阶段：一、非生物和生物作用形成有机质颗粒腐屑二、微生物作用形成腐殖酸和产生可溶性有机物三、腐殖质的缓慢矿化有机质分解的生态效应：一、通过动、植物残体的分解，使营养物质得到再循

9、环，微生物种群得到恢复和繁衍二、为碎屑食物链的各级生物提供了十五和物质根底三、产生了有调控作用的“环境激素，可能对生态系统中其他生物的生长产生重大影响四、改造了地球外表的惰性物质陆地原生演替过程：地衣植物群落阶段；苔藓植物阶段；草本植物群落阶段；灌木群落阶段；乔木群落阶段水生原生演替过程：自由漂浮植物阶段；沉水植物阶段；浮叶根生植物阶段；直立水生阶段；湿生草本阶段；木本植物阶段抵抗力稳定性是指生态系统抵抗干预和保护自身构造与功能不受损伤的能力。恢复力稳定性是指生态系统被干扰、破坏后自我恢复能力。生态系统的反响：当生态系统中某一成分发生变化时，必然会引起其他成分出现一系列相应的变化，这种变化反过

10、来影响起初发生变化的那种成分，分为负反响和正反响负反响在自然生态系统中长期的 作用租金了生物的协同进化，长期反响调节对自然生态系统稳定有很大的作用。正反响对生态系统往往具有极大的破坏作用，而且常常是爆发性的，经历时间较短。驯化：自然环境条件下所诱发的生物生理补偿变化，是指一种生物从原产地迁移到新地区对环境的逐渐适应过程。休眠：动植物抵御暂时不良环境条件下的一种十分有效的生理机制，如环境条件超出生物的适宜范围，但不超出致死限度，生物能够维持生命，并常常以休眠状态适应这种环境。生物在不同季节和一天内的不同时刻可以表现不同的生理适宜状态和补偿能力，这种补偿性的变化往往是有节律的。生物适应性：生物的形

11、态构造和生理机能与它所生存的一定环境条件相适应的现象。生物对生态因子耐受范围的扩大或变动都涉及生物的形态适应、生理适应以及行为适应。该模型只与影响种群增长的内在因素有关，在这个模型中，种群数量将只会因出生和迁入而增加，因死亡和迁出而下降在迁入和迁出一定的情况下，如果出生率大于死亡率，种群数量便增加；如果出生率小于死亡率，种群数量便下降种群增长是无界的世代不相重叠种群没有迁入和迁出没有年龄构造式中l代表周限增长率，从理论上可分为四种情况：l1种群上升l=1种群稳定0l0种群上升r=0种群稳定r0种群下降r=-雌体无繁殖，种群灭亡假设环境条件允许种群有一个最大值，此值为环境容纳量或负荷量种群增长率

12、降低的影响是最简单的种群中密度的增加对其增长率的降低作用是理解发生的，无时滞的种群无年龄构造及无迁出和迁入现象其生物学意义在于它所代表的是剩余空间，即种群尚未利用的种群数量N趋于零，表示几乎全部空间尚未被利用，种群接近于指数增长；种群数量N趋于K，种群增长的最大潜在表示K空间几乎全部被利用，能力不能实现。1、净第一性生产量1第一性生产量？植物所固定的太阳能或所制造的有机物质成为第一性生产量2净第一性生产量除了被植物自己的呼吸消耗掉的能量外，可用于植物的生长和生殖的局部生产量 2、生态系统中的第二性生产量第二性生产量？被异养生物利用的净第一生产量净次级生产量公式：P=C-FU-R 即次级净生产量

13、等于动物吃进的能量减掉粪尿所含有的能量，再减掉呼吸代谢过程中的能量损耗 3、生态金字塔生态金字塔是指由于能量每经过一个营养级时被净同化的局部都要大大少于前一个营养级，当营养级由低到高，其个体数目、生物量或所含能量就呈现类似金字塔的分布形式金字塔数量关系可采用生物量单位、能量单位和个体数量单位表示，采用这些单位所构成的生态金字塔分别成为生物量金字塔、数量金字塔和能量金字塔。生态效率的定义？是指各种能流参数中任何一个参数在营养级之间或营养级内部的比值，常以百分数表示。营养级内的生态效率用以量度一个物种利用食物能的效率，即同化能量的有效程度营养级位之间的生态效率用来量度营养级位之间的转化效率和能流通

14、道的大小 1、常用的几个能量参数1摄取量：表示一个生物所摄取的能量 植物：日光能 动物：食物量2同化量：动物消化道内被吸收的能量3呼吸量：生物在呼吸等新陈代谢和各种活动中所消耗的全部能量4生产量：生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值 2、营养级位之内的生态效率1同化效率 同化效率=被植物固定的能量/吸收的日光能 同化效率=被动物吸收的能量/动物的摄食量 An=An/In(2)生长效率组织生长=营养级的净生产量/营养级的同化能量生态生长=应演技的净生产量/营养级的摄入量3、营养级位之间的生态效率消费效率=n+1营养级的摄入量/n营养级的净生产量利用效率=n+1营养级的同化量/n营养级的净生产量4、十

15、分之一定律相当于通话效率、生产效率和消费效率的乘积林德曼效率=n+1营养级摄取的食物/n营养级摄取的食物根据林德曼测量结果，这个比值大约为十分之一 生物多样性及其资源意义生物多样性的含义？遗传多样性：包括一个物种内个体之间和种群之间的差异物种多样性：一个区域内动植物和其他生物的不同类型生物群落多样性：一个地区内各种各样的生境功能多样性：一个生态系统内生物的不同作用 自然资源开发利用过程中的生态学原理自然资源开发与系统的熵变1、熵原理与耗散构造1熵增原理ds=dQ/TDs=deS+diS 熵越大，系统越无序，意味着系统机构和运动的不确定和无规那么；熵越小，系统越有序，意味着具有确定、整齐的构造和

16、有规那么的运动状态 2、耗散构造在远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观有序构造，它是一种“活的有序构造，它的含义正在于这种构造的产生、维持和开展的根源是物质和能量的耗散 地壳资源开发利用过程中的生态学原理地壳资源开发利用过程中的生态环境问题，是当今的热点话题，从资源的勘探、开采到加工、运输等一些列活动中都伴随着对生态的影响。追踪资源流动过程：进口物质投入物质产出出口追踪产品的生命周期原材料开采产品加工产品销售产品消费废弃物处理1、地壳资源开发利用对生态环境的负效应1地壳开采过程中生态负效应2地壳资源加工处理和利用过程中的生态负效应 2、地壳资源开发利用的能量物质流地壳资源开发利用的能量和物质

17、流，是指在资源开发过程中各类原材料资源、水、空气等物质在社会经济系统与自然环境之间发生的输入、转化、输出以及循环运动过程的总称1物质能量流的组成定义：由开采活动产生物质输入、物质留存和物质输出等过程资源开发的系统边界：地壳资源开发的社会经济系统与自然环境之间的边界；本区域与其他区域的行政边界分类：进入：固体非生物物质、水、空气排出：固体废弃物、废水、废气和其他气体 物质投入的分类：各类地壳资源的开采量和相关进口量非直接使用的区内开挖量与区外输入有关的非直接流物质排放的分类：污染物排放输出区内未被利用开挖物的处置 2物质能量流的动态平衡计算物质流平衡计算指标指标类型指标指标含义基础指标投入类指标

18、矿产资源开发的直接物质投入、物质总投入、物质总需求和国内物质总需求。消耗类指标矿产资源开发的国内物质消耗、物质总消耗。排出类指标矿产资源开发国内过程排出量、国内总排出量、物质直接排出量、物质总排出量。平衡类指标矿产资源开发的实物贸易平衡。衍生指标矿产资源生产力和使用强度矿产资源生产力是单位物质投入所产生的经济产出，而使用强度是单位经济产出所需的物质投入量。矿产资源开发物质消耗强度与产出率矿产资源开发资源物质消耗强度是单位经济产出所消耗矿产资源物质量，而消耗产出率是单位物质消耗所创造的经济产出。矿产资源开发物质排放强度与产出率矿产资源开发物质排放强度是单位经济产出所产生的废弃物排放量，排放产出率是单位物质排放所产生的经济产出。生物圈资源开发利用过程中的生态学原理1、生物圈资源开发利用对生态环境的负效应人类为了维持自身的生存与开展就必须从生态系统中获得产品，或改变生物圈主要生境的规模和构造来生产所需的产品。包括人类损害生态系统功能的一方面，和岁生态系统恢复和保育的一方面。2、生物圈资源开发利用过程中的能量和物质流生态系统是一个开放的系统，生态系统内部各局部之间，不断进展着物质和能量的变换，并在一定条件下，维持着相对的平衡、能量流动和物质循环严密联系形成一个整体，成为生态系统的动力，是生态系统根本功能1陆地生态系统能量和物质分析步骤首先，根据研究目确实定研究系统的边界其次，确定系统主要