1环境与环境科学

1、第一章环境与环境科学第一节 环境概述一、环境的概念环境是指与与某一体体系有关关的周围围客观事事物的总总和。根根据研究究问题的的需要和和某种研研究目的的，人为为地将研研究对象象从周围围物体中中分割出出来，这这种人为为划定的的一定范范围内的的研究对对象称为为体系，即即中心事事物。相相对于某某一中心心事物有有关的周周围事物物，就是是这个中中心事物物的环境境。因此此，不同同的中心心事物具具有不同同的环境境，即环环境随着着中心事事物的变变化而变变化。若中心事物物是人类类，环境境即是以以人为中中心事物物而存在在于周围围的一切切事物，除除人以外外的一切切其他生生命体与与非生命命体均被被视为环环境的对对象，这

2、这里不考考虑其对对人类的的生存与与发展是是否有影影响。对对于环境境科学来来说，中中心事物物仍然是是人类，但但环境主主要是指指与人类类密切相相关的生生存环境境。它的的涵义可可以概括括为： “作作用在人这一中中心客体体上的、一一切外界界事物和和力量的的总和”。人类类与环境境之间存存在着一一种对立立统一的的辨证关关系，是是矛盾的的两个方方面，他他们之间间的关系系既是相相互作用用、相互互依存、相相互促进进和相互互转化，又又处于相相互对立立和相互互制约。当前，世界界各国对对各自国国家的环环境保护护政策都都有明确确的规定定，但这这些规定定和各国国法律对对环境的的解释又又不尽相相同。我我国颁布布的中中华人民

3、民共和国国环境保保护法中中明确指指出：“本法所所称环境境，是指指影响人人类生存存和发展展的各种种天然的的和经过过人工改改造的自自然因素素的总体体，包括括大气、水水、海洋洋、土地地、矿藏藏、森林林、草原原、野生生生物、自自然遗迹迹、人文文遗迹、自自然保护护区、风风景名胜胜区、城城市和乡乡村等”。法律律明确规规定的环环境内涵涵就是指指人类的的生存和和发展环环境，并并不泛指指人类周周围的所所有自然然因素。这这里的“自然因因素的总总体”强调的的是“各种天天然的和和经过人人工改造造的”，即法法律所指指的“环境”，既包包括了自自然环境境，也包包括了社社会环境境。所以以人类的的生存环环境有别别于其他他生物的

4、的生存环环境，也也不同于于所谓的的自然环环境。自然环境是是指人类类发生，并并赖以生生存、生生活和生生产所必必需的物物质基础础，包括括各种天天然的和和经过人人工改造造的物质质条件，例例如空气气、土壤壤、水、岩岩石、矿矿物和生生物等；能量资资源，例例如阳光光、地热热、温度度、引力力和地磁磁力等；自然现现象，例例如地震震爆发、火火山活动动、海啸啸等地壳壳的稳定定性和太太阳的稳稳定性等等。这些些要素又又构成了了大气圈圈、水圈圈、土壤壤圈、生生物圈和和岩石圈圈等各种种圈层，因因此自然然环境又又可分为为大气环环境、水水环境、土土壤环境境、生物物环境和和地质环环境等。概概括来说说，自然然环境就就是直接接或间

5、接接影响到到人类生生存和发发展的一一切自然然形成的的物质、能能量和自自然现象象的总体体。从广义上讲讲，自然然环境包包括了地地球环境境和宇宙宙环境两两个部分分。地球球环境对对于人类类生存具具有特殊殊的重要要意义，它它为人类类提供了了主要的的活动场场所以及及必要的的物质基基础。到到目前为为止，在在千万亿亿个天体体中，能能适于人人类繁衍衍生存的的只有地地球这一一个星球球。宇宙宙环境是是指地球球以外的的宇宙空空间，理理论上它它的范围围无穷大大，某些些星体的的存在会会影响到到地球环环境，例例如月球球引力会会对海水水的潮汐汐产生影影响。在在现阶段段，人类类活动的的范围还还主要限限于地球球，月球球对人类类的

6、生存存和发展展影响非非常小，因因此没有有把月球球视为人人类的生生存环境境。但是是，随着着空间科科学和宇宇航事业业的发展展，当人人类能够够频繁往往来于月月球和地地球之间间，并在在月球上上建立一一定规模模和适合合人类生生存的空空间站，以以及规模模开发利利用月球球上的自自然资源源时，月月球就会会成为人人类生存存环境的的重要组组成部分分。社会环境是是指人类类活动而而形成的的各种事事物，包包括社会会制度等等上层建建筑条件件，构成成社会的的经济基基础，以以及与各各种社会会和经济济体制相相适应的的综合生生产力、政政治制度度、科学学技术、法法律制度度、宗教教信仰、文文化艺术术、哲学学观念、组组织机构构、社会会

7、活动、各各种人工工产品和和建筑物物等。社社会环境境是人类类在自然然环境的的基础上上，通过过有意识识的社会会劳动，经经过加工工和改造造了的自自然物质质，以及及所积累累的物质质、精神神、文化化等构成成的总和和，是人人类长期期生存发发展活动动的必然然产物。社社会环境境的发展展与变化化直接影影响到自自然环境境的发展展与变化化，它既既可以对对人类社社会进一一步发展展起促进进作用，又又可能成成为制约约因素，因因而在研研究中不不可把自自然环境境和社会会环境截截然分开开。二、环境的的组成与与分类 人人类活动动对整个个环境的的影响是是综合性性的，而而环境系系统也是是从各个个方面反反作用于于人类，其其效应也也是综

8、合合性的。人人类与其其他的生生物不同同，不仅仅仅以自自己的生生存为目目的来影影响环境境、使自自己的身身体适应应环境，而而是为了了提高生生存质量量，通过过自己的的劳动来来改造环环境，把把自然环环境转变变为新的的生存环环境。这这种新的的生存环环境有可可能更适适合人类类生存，但但也有可可能恶化化了人类类的生存存环境。在在这一反反复曲折折的过程程中，人人类的生生存环境境已形成成一个庞庞大的、结结构复杂杂的、多多层次、多多组元相相互交融融的动态态环境体体系 (Hieerarrchiicall Syysteem)。环境分类一一般按照照空间范范围的大大小、环环境要素素的差异异、环境境的性质质等为依依据。如如

9、从性质质来考虑虑，可分分为物理理环境、化化学环境境和生物物环境等等。如果果按照环环境要素素来分类类，可以以分为大大气环境境、水环环境、地地质环境境、土壤壤环境及及生物环环境。通通常，按按照人类类生存环环境的空空间范围围，可由由近及远远，由小小到大地地分为聚聚落环境境、地理理环境、地地质环境境和星际际环境等等层次结结构，而而每一层层次均包包含各种种不同的的环境性性质和要要素，并并由自然然环境和和社会环环境共同同组成。 11聚落落环境聚落是指人人类聚居居的中心心，活动动的场所所。聚落落环境是是人类有有目的、有有计划地地利用和和改造自自然环境境而创造造出来的的生存环环境，是是与人类类的生产产和生活活

10、关系最最密切、最最直接的的工作和和生活环环境。聚聚落环境境中的人人工环境境因素占占主导地地位，也也是社会会环境的的一种类类型。人人类的聚聚落环境境，从自自然界中中的穴居居和散居居，直到到形成密密集栖息息地乡村村和城市市。显然然，随着着聚居环环境的变变迁和发发展，为为人类提提供了安安全清洁洁和舒适适方便的的生存环环境。但但是，聚聚落环境境乃至周周围的生生态环境境由于人人口的过过度集中中、人类类缺乏节节制的频频繁活动动、以及及对自然然界的资资源和能能源超负负荷索取取同时受受到巨大大的压力力，造成成局部、区区域、以以至全球球性的环环境污染染。因此此，聚落落环境历历来都引引起人们们的重视视和关注注，也

11、是是环境科科学的重重要和优优先研究究领域。2. 地理理环境地理学上所所指的地地理环境境位于地地球表层层，处于于岩石圈圈、水圈圈、大气气圈、土土壤圈和和生物圈圈相互制制约、相相互渗透透、相互互转化的的交融带带上。它它下起岩岩石圈的的表层，上上至大气气圈下部部的对流流层顶，厚约1020 km，包括了全部的土壤圈，其范围大致与水圈和生物圈相当。概括地说，地理环境是由与人类生存与发展密切相关的，直接影响到人类衣、食、住、行的非生物和生物等因子构成的复杂的对立统一体，是具有一定结构的多级自然系统，水、土、气、生物圈都是它的子系统。每个子系统在整个系统中有着各自特定的地位和作用，非生物环境都是生物（植物、

12、动物和微生物）赖以生存的主要环境要素，它们与生物种群共同组成生物的生存环境。这里是来自地球内部的内能和来自太阳辐射的外能的交融地带，有着适合人类生存的物理条件、化学条件和生物条件，因而构成了人类活动的基础。3. 地质质环境地质环境主主要指地地表以下下的坚硬硬地壳层层，也就就是岩石石圈部分分。它是是由岩石石及其风风化产物物浮土两两个部分分组成。岩岩石是地地球表面面的固体体部分，平平均厚度度30KKm左右右；浮土土是包括括土壤和和岩石碎碎屑组成成的松散散覆盖层层，厚度度范围一一般为几几十米至至几公里里。实质质上，地地理环境境是在地地质环境境的基础础上，在在星际环环境的影影响下发发生和发发展起来来的

13、，在在地理环环境、地地质环境境和星际际环境之之间，经经常不断断地进行行着物质质和能量量的交换换和循环环。例如如，岩石石在太阳阳辐射的的作用下下，在风风化过程程中使固固结在岩岩石中的的物质释释放出来来，参加加到地理理环境中中去，再再经过复复杂的转转化过程程又回到到地质环环境或星星际环境境中。如如果说地地理环境境为人类类提供了了大量的的生活资资料，即即可再生生的资源源，那么么地质环环境则为为人类提提供了大大量的生生产资料料，特别别是丰富富的矿产产资源，即即难以再再生的资资源，它它对人类类社会发发展的影影响将与与日俱增增。4. 宇宙宙环境宇宙环境，又又称为星星际环境境，是指指地球大大气圈以以外的宇宇

14、宙空间间环境，由由广漠的的空间、各各种天体体、弥漫漫物质、以以及各类类飞行器器组成。它它是人类类活动进进入地球球邻近的的天体和和大气层层以外的的空间的的过程中中提出的的概念，是是人类生生存环境境的最外外层部分分。太阳阳辐射能能为地球球的人类类生存提提供主要要的能量量。太阳阳的辐射射能量变变化和对对地球的的引力作作用会影影响地球球的地理理环境，与与地球的的降水量量、潮汐汐现象、风风暴和海海啸等自自然灾害害有明显显的相关关性。随随着科学学技术的的发展，人类活动越来越多地延伸到大气层以外的空间，发射的人造卫星、运载火箭、空间探测工具等飞行器本身失效和遗弃的废物，将给宇宙环境以及相邻的地球环境带来了新

15、的环境问题。三、环境的的形成与与发展地球环境是是在几十十亿年漫漫长的过过程中逐逐渐演化化而成，它它与生命命体的产产生和发发展进化化密切相相关。根根据“星云假假说”理论，距距今600亿年以以前，地地球还是是一团没没有凝集集在一起起的云状状气尘物物质，经经漫长时时间的演演化，形形成了地地球胎。大大约466亿年前前，地球球是一个个炽热的的大火球球，外面面包围着着原始大大气，随随着放射射性元素素转化产产生的热热能聚集集，地球球内部温温度升高高，使地地球内部部物质具具有可塑塑性，为为重力的的分异产产生了条条件。较较重的金金属元素素如铁、镍镍等向地地球内部部集中，形形成了地地核；而而较轻的的物质如如硅酸盐

16、盐、碳酸酸盐类物物质逐渐渐上升成成地表，由由此形成成当今地地球的地地核、地地幔、地地壳等层层次，即即岩石圈圈。地球球内部的的气体则则上升到到地表，在在引力作作用下，气气体滞留留在地球球的周围围，其主主要成分分为还原原性气体体，如CCO2、CO、CH4、NH3和H2等，尚尚不存在在氧气，从从而形成成了原始始的大气气圈。同同时，由由于地球球内部具具有较高高的温度度，使得得以结晶晶水存在在于地球球内部的的水分不不断蒸发发，以水水蒸气的的形式逃逃逸出地地球内部部进入大大气圈，并并在温度度降低时时以雨水水形式降降落于起起伏不平平的地球球表面。水水分的蒸蒸发和降降雨，降降低了地地表的温温度，产产生了河河流

17、、湖湖泊和海海洋，形形成最初初的水圈圈。至此此，原始始的水圈圈、大气气圈、岩岩石圈的的形成和和它们之之间的相相互作用用，为地地球生命命的出现现创造了了最基本本的条件件。 大大约355亿年以以前，原原始海洋洋中的元元素和小小分子化化合物，如如CH4、CO、N2、NH3、H2O等，在在射线、射射线、雷雷电及热热能等各各种能量量的作用用下，逐逐步合成成了生命命的基本本要素如如氨基酸酸、核苷苷酸、蛋蛋白质等等简单有有机化合合物。继继而集聚聚演化成成具有单单细胞结结构，进进行无氧氧呼吸的的厌氧生生物，即即厌氧细细菌。它它们以异异养方式式通过吸吸收水中中有机物物和发酵酵作用获获得能量量，水中中有机物物质含

18、量量随之减减少。到到大约220亿年年前，出出现了生生命更为为进化的的自养原原核生物物细菌、燧燧石藻和和蓝藻等等生物，这这些含有有叶绿素素的原始始生物具具有光合合作用的的特征，是是生命的的第一次次飞跃。它它们生命命过程中中的新陈陈代谢作作用使大大气圈中中首次出出现了OO2，并减减少大气气中的CCO2，逐渐渐改变了了原始大大气的组组成，使使大气环环境从还还原型向向更适应应于生物物生存发发展的氧氧化型转转变。经过大约44亿年的的积累，终终于形成成了一个个含氧的的大气圈圈。6亿年前前，海洋洋中出现现动物。随随着大气气圈O2含量的的逐步增增加，具具有活泼泼化学性性质的大大气游离离氧在高高空积累累，约在在

19、4亿年前前形成了了保护地地球的臭臭氧层。臭臭氧层能能吸收强强烈的宇宇宙紫外外线，为为更高等等的海洋洋生物进进化和生生命登陆陆创造了了条件。水水生生物物的登陆陆表明了了生物从从水生到到陆生的的飞跃，生生物圈由由水圈扩扩展到陆陆地。地地表环境境也相继继发生变变化，由由水生生生态环境境逐步演演化到陆陆生生态态环境。在在几十亿亿年的地地壳运动动和地球球环境演演化过程程中，逐逐渐形成成现代地地表分布布，出现现了高山山峡谷、江江河湖海海、丘陵陵平原、绿绿色植物物、差异异明显的的气候带带等。 生物物的进化化过程随随着地球球环境的的演变而而加速。自自12亿年年前出现现最早的的真核生生物后，5亿年前出现海洋无脊

20、椎动物，约4亿年至2亿年前，首次出现了陆生蕨类植物，地球上形成微生物、植物、动物的水陆生态系统，生物圈初现雏形。陆生植物的繁茂昌盛，加速提高大气中的O2水平，需氧动物逐步在陆地上繁衍，动物界也由此实现了从水体到陆地、从无脊椎到脊椎动物的飞跃，约在2亿年前出现哺乳类动物。如今，大约有5005000万种生物与人一起构成了地球的生物圈。 生生物的生生命过程程中，将将大气圈圈中的CC O22转移到到岩石圈圈中，形形成了大大量的碳碳酸盐岩岩石，逐逐渐改变变了岩石石圈的组组成。同同时，生生物分解解物与岩岩石风化化物在地地表形成成了肥沃沃的土壤壤，为植植物的昌昌盛建立立了基础础，进而而促使哺哺乳动物物大量发

21、发展，也也为人类类的诞生生创造了了良好条条件。古人类出现现于在距距今大约约20003000万年前前。人类类是物质质运动，即即地球的的地表环环境发展展到一定定阶段的的产物，而而环境是是人类生生存与发发展的物物质基础础。人类类通过自自身的活活动来利利用和支支配自然然界，同同时也改改造着自自然界，把把自然环环境转变变为新的的生存环环境，而而新的生生存环境境又反作作用于人人类。因因此，人人们今天天赖以生生存的环环境，就就是在人人类的进进化过程程中，由由简单到到复杂、由由低级到到高级、经经过人工工改造加加工而发发展形成成的。四、环境要要素和环环境效应应1. 环境境要素环境要素是是指构成成人类环环境整体体

22、的、各各个独立立的、性性质不同同的而又又服从整整体演化化规律的的基本物物质组分分，又称称环境基基质。通通常，环环境要素素可以分分为自然然环境要要素与社社会环境境要素，习习惯上指指自然环环境要素素，包括括水、大大气、岩岩石、生生物、阳阳光与土土壤等。环境要素是是组成环环境的基基本结构构单元，结结构单元元又组成成环境整整体或环环境系统统。譬如如，水组组成各种种水体，全全部水体体总称为为水圈；大气组组成大气气层，全全部大气气层总称称为大气气圈；由由坚硬岩岩石构成成岩体，由由岩石分分化物和和生物作作用形成成土壤，这这样全部部岩石与与土壤构构成的固固体壳层层称为岩岩石圈；此外，由由动物、植植物、微微生物

23、等等生物体体组成生生物群落落，而全全部生物物群落的的总集称称为生物物圈。环环境要素素具有如如下非常常重要的的特点：（1）最小小限制律律。整个个环境的的质量受受到环境境诸要素素中那个个与最优优状态差差距最大大的要素素所制约约，即环环境诸要要素中处处于最劣劣状态的的那个环环境要素素控制环环境质量量的高低低，而不不是由环环境诸要要素的平平均状态态决定，也也不能采采用处于于优良状状态的环环境要素素去代替替和弥补补。所以以，人们们在改善善整个环环境质量量时，首首先应改改造最劣劣的要素素。（2）等值值性。等等值性说说明环境境要素对对环境质质量的作作用。各各个环境境要素无无论在规规模上或或数量上上存在什什么

24、差异异，只要要它们是是处于最最劣状态态，那么么对于环环境质量量的限制制作用没没有本质质的区别别，就具具有等值值性。等等值性与与最小限限制律有有着密切切联系，前前者主要要对各个个要素的的作用进进行比较较，而后后者强调调制约环环境质量量的主导导要素。（3）环境境整体性性大于环环境诸要要素的个个体之和和。环境境诸要素素之间产产生的整整体环境境效应不不是组成成该环境境各个要要素性质质的简单单叠加，而而是在个个体效应应基础上上有着质质的变化化。也就就是说，环环境整体体性质能能够体现现环境诸诸要素的的某些特特征，但但未必反反映出各各要素的的全部特特点，而而是各要要素综合合作用后后更为复复杂的性性质。（4）

25、环境境诸要素素相互依依赖、相相互作用用与相互互制约。环环境某些些要素孕孕育着其其它要素素，如岩岩石圈、大大气圈、水水圈和生生物圈随随地球环环境的发发展依次次形成。每每一新要要素的产产生，都都会给环环境整体体带来非非常大的的影响。这这些环境境诸要素素相互关关系的特特点是通通过能量量在各个个要素之之间的传传递，形形态转换换，以及及物质在在各个要要素之间间的流通通实现的的。 2. 环境境效应环境效应是是指在自自然过程程和人类类活动的的综合影影响下，物物质之间间通过物物理、化化学和生生物作用用所产生生的环境境效果，引引起环境境系统和和功能的的变化。（1）环境境化学效效应。物物质之间间在综合合环境条条件

26、影响响下进行行的化学学反应所所引起的的环境效效果。例例如，环环境的酸酸化、盐盐碱化、光光化学烟烟雾等。这这些环境境化学效效应不仅仅使农作作物与渔渔业减产产，还会会导致土土壤和地地下水的的质量下下降，以以及危害害人类的的身心健健康。（2）环境境物理效效应。环环境诸因因素在物物理作用用下引起起的环境境效果。例例如，热热岛效应应、噪声声和振动动、地面面变迁等等。（3）环境境生物效效应。环环境诸因因素变化化导致生生态系统统变异的的环境效效果。例例如，气气候变化化引起的的生物种种群的突突然消失失，如中中生代的的恐龙；现代大大型水电电工程的的建立，使使水生生生物的栖栖息和繁繁殖受到到影响；生活和和工业废废

27、水大量量排入江江河湖海海，使水水生生物物受到严严重危害害，甚至至灭绝。 第二节 生态学学基础一、生态学学概述1. 生态态学概念念生态学是研研究生物物与环境境之间相相互关系系及其作作用机理理的科学学。这里里所说的的生物包包括植物物、动物物和微生生物，而而环境是是指各种种生物一一定的生生存环境境，由非非生物环环境和生生物环境境两方面面组成。非非生物环环境包括括光照、热热能、空空气、水水分、土土壤和各各种无机机元素，生生物环境境包括主主体生物物以外的的其他一一切生物物所施加加的各种种影响，如如竞争、捕捕食、寄寄生和互互利合作作等。德国生物学学家海克克尔(EEHaaeckkel)于18869年年首先提

28、提出生态态学这一一名词，并并于18886年年创立生生态学这这门学科科。当时时，他把把生态学学定义为为“自然界界的经济济学”，是管管理自然然的科学学，研究究生物在在环境中中如何生生活。后后来，也也有学者者把生态态学定义义为“研究生生物或生生物群体体与其环环境的关关系，或或生活着着的生物物与其环环境之间间相互联联系的科科学。”定义表表明，生生态学是是把生物物或环境境看作一一个有着着相互关关系的整整体，具具体体现现在生物物与其生生存环境境之间作作用与反反作用、相相互依赖赖与制约约和物质质循环与与代谢等等几个方方面。传统的生态态学基本本上局限限于研究究生物与与环境之之间的相相互关系系，隶属属于生物物学

29、的一一个分支支学科。生生态学的的研究对对象从单单个分子子到整个个地球生生物圈，一一般可划划分为44个层次次：个体体、种群群、群落落和生态态系统。其其中，生生物的个个体水平平研究其其对环境境的反映映，单个个物种构构成的种种群水平平主要研研究影响响种群丰丰富度和和种群波波动的因因素，而而由不同同物种构构成的生生物群落落水平主主要确定定群落的的结构和和功能，各各个生物物群落和和非生物物环境所所构成的的生态系系统水平平主要研研究其中中的能量量流动、食食物网和和养分循循环。随着现代科科学技术术的不断断发展，生生态学突突破了原原来纯生生物科学学的范畴畴，向微微观与宏宏观两极极发展。例例如，微微观研究究已深

30、入入到细胞胞与基因因的水平平，而宏宏观研究究已从生生物群落落与环境境条件的的统一，发发展为生生物圈与与非生物物因素之之间相互互作用的的地球系系统，即即全球生生态学。生物与环境境的相互互作用生态系统是是生物和和非生物物因素的的综合统统一体，生生物与环环境之间间存在着着密切的的联系和和相互作作用，最最终达到到相互协协调，演演化成一一个优良良的生态态系统。（1）生物物依赖于于环境。生生物是多多层次组组织结构构构成的的有机体体，愈高高级的生生物，组组织结构构愈复杂杂。但不不管哪一一种生物物，细胞胞都是其其基本功功能单位位。细胞胞由不同同的生物物大分子子，如蛋蛋白质、核核酸、脂脂类、碳碳水化合合物等组组

31、成，并并通过生生物体的的基本结结构单元元细胞的的新陈代代谢构建建成生物物体。各各类生物物大分子子有着共共同的物物质基础础元素，而而这些元元素均来来自环境境，即生生物大分分子环境境中的各各类原子子所组成成。新陈陈代谢是是生物细细胞在生生长、繁繁殖、分分化的活活动中从从环境摄摄取养分分和能量量，并将将废物排排弃的过过程。新新陈代谢谢的实质质就是环环境中的的大分子子分解后后成为细细胞活动动所需能能量及细细胞基本本结构的的元素，细细胞靠细细胞膜的的吸收作作用从环环境中选选择性的的吸收营营养物质质及矿物物元素，然然后通过过酶的作作用，细细胞将营营养物质质进行生生物化学学反应，合合成机体体大分子子，同时时

32、将废物物排弃到到细胞外外。因此此，离开开了环境境，生物物因缺乏乏物质基基础及其其能量来来源而死死亡。（2）环境境因子对对生物的的影响。非非生物环环境因子子为生物物提供必必要的生生存条件件，但同同时又可可能出现现某些限限制因子子，尤其其是那些些量少但但必不可可缺的营营养因子子及变幻幻无穷的的气候因因子。因因此，生生物对环环境因子子有一定定的耐受受性与适适应性。限限制因子子的量或或质的不不足或过过多，超超过了生生物的耐耐受度，将将会影响响生物的的生存。适适应性体体现在当当环境因因子变化化时，生生物因子子也随时时通过核核酸分子子的突变变，产生生遗传变变异来重重新调整整，生物物便不断断进化发发展，而而

33、那些耐耐受性较较低的生生物则趋趋于死亡亡。（3）环境境污染对对生物的的影响。环环境污染染主要指指人们为为了提高高生存及及生活质质量，向向环境过过度索取取资源，各各行各业业所排出出的超出出环境自自净能力力的各种种有害废废弃物质质。环境境污染对对生物的的危害，主主要是一一些有毒毒有害物物质通过过呼吸、消消化、感感官等系系统进入入体内，与与生物细细胞大分分子物质质进行反反应，使使生物细细胞降低低或丧失失正常的的功能，最最终对生生物及人人体健康康产生危危害。环境污染对对生物及及人类的的影响将将在其他他章节中中进一步步阐述。人类与环境境的关系系历史上人们们对环境境的关心心主要是是考虑自自然环境境如何影影

34、响社会会活动及及其社会会发展。仅仅仅最近近几十年年来，公公众和环环境工作作者才越越来越多多地关注注人类活活动怎样样影响自自然环境境。关于于人与环环境的关关系，许许多学者者或环境境论者认认为：自然资资源的价价值在于于被人们们利用，但但利用过过程中要要保证高高效和无无污染废废物。环环境保护护主要关关注的是是避免自自然资源源的浪费费，确保保资源的的有效利利用。这这种造福福于人类类的环境境保护和和资源开开发必须须为多数数人的利利益服务务，而不不只是为为少数人人的利润润；要求对对影响环环境的人人类活动动有所限限制，认认为非人人类生物物和自然然物，如如植物、动动物、土土壤和水水体都有有存在的的权利；人类活

35、活动中的的不谨慎慎行为能能导致自自然系统统不可逆逆转的变变化，可可能产生生灾难性性的影响响，甚至至有可能能危及地地球保障障人类生生存的能能力。人人类、其其他生物物和环境境因素之之间是一一种互相相依存的的合作关关系，只只要他们们中间任任何一方方发生问问题，这这种关系系都会遭遭受破坏坏，即生生态系统统失去平平衡。随着人类征征服大自自然的能能力增强强，伴随随着的是是人类对对自然系系统的破破坏能力力也在增增强，从从而面临临着环境境日益恶恶化的挑挑战。为为此，公公众和科科学家们们要求对对人类活活动加以以约束，使使“生态意意识”逐渐成成为全民民道德观观。仅仅仅依靠科科学技术术不能完完全解决决环境和和生态系

36、系统问题题，只有有整个人人类意识识到人类类和自然然环境是是一个整整体，制制定道德德、经济济和法律律的制约约措施，才才会是有有效的。因因此，生生态学是是人类社社会与生生物圈稳稳定与持持续发展展的理论论基础。二、生态系系统的组组成（一）生态态系统概概念生态系统是是指自然然界的在在一定的的地域内内由全部部生物和和非生物物环境相相互作用用的统一一体。换换言之，生生态系统统是生命命系统与与环境系系统在特特定空间间的组合合。在这这个统一一整体中中，生物物与环境境之间相相互影响响，相互互制约，不不断演变变，并在在一定时时期内处处于相对对稳定的的动平衡衡状态。生生态系统统由各种种活动角角色组成成，具有有营养级

37、级别、生生物多样样性等系系统的结结构特征征，以及及生物生生产、物物质循环环、能量量流动和和信息传传递等系系统功能能。自然界由各各种各样样的生态态系统组组成。在在生态学学研究中中，通常常划出一一个特定定的生态态系统，如如一条河河流、一一块土地地、一片片森林。生生态系统统的边界界依具体体研究情情况而定定，因此此其范围围可大可可小，小小到一个个池塘、一一滴海水水、甚至至是动物物体内消消化道中中的微生生物系统统，大到到陆地、海海洋、以以及整个个地球生生物圈。生生态系统统一般可可划分自自然生态态系统和和社会生生态系统统为两类类，前者者中的生生命系统统是生物物群落，后后者中的的生命系系统就是是人类。下下面

38、主要要是介绍绍自然生生态系统统。（二）生态态系统的的组成生态系统由由生物和和非生物物环境两两大部分分组成，而而生物部部分又包包括生产产者、消消费者、分分解者三三类活动动角色。1. 生物物环境（1）生产产者。生生产者主主要是绿绿色植物物，也包包括进行行光合作作用和化化学能合合成的某某些微生生物。绿绿色植物物从太阳阳获得能能量，同同时从土土壤中吸吸取养分分，依靠靠体内含含有的光光合作用用色素，将将二氧化化碳、硫硫化物、水水和无机机盐类等等合成为为有机物物质，同同时放出出氧气，并并把太阳阳能转变变为化学学能贮存存在有机机物质的的分子结结构中。微微生物则则利用太太阳能或或化学能能将二氧氧化碳和和水把无

39、无机物转转化、合合成为有有机物质质。生产产者又称称自养生生物，其其生产的的有机物物及贮存存的化学学能，除除供自身身生长发发育需要要外，还还用以维维持其他他生物的的生命活活动。这这种供养养关系形形成生态态系统中中的食物物链，每每一环节节为一个个营养级级。生产产者称为为第一营营养级。（2）消费费者。消消费者是是指食用用植物或或相互食食用的生生物，以以动物为为主。由由于它们们不能直直接利用用太阳光光能和无无机化合合物中的的能量，只只能直接接或间接接地从生生产者摄摄取碳水水化合物物、脂肪肪和蛋白白质等有有机物质质获得生生命活动动的能量量，因此此消费者者又称为为异养生生物。在在食物链链中，它它们属于于不

40、同层层次的营营养级，其其中以植植物为食食的食草草动物为为第二营营养级；以食草草动物为为食的食食肉动物物为第三三营养级级；以为为第三营营养级的的动物为为食的食食肉动物物为第四四营养级级；依次次类推。消消费者在在生态系系统中的的主要作作用是实实现物质质与能量量的传递递与物质质的转换换，如食食草动物物从植物物中获取取能量，并并把植物物性蛋白白转换为为动物性性蛋白。（3）分解解者。分分解者主主要是指指具有分分解能力力的细菌菌和真菌菌等微生生物，也也包括某某些参与与分解活活动的原原生动物物、腐食食性动物物、软体体动物，如如咀嚼植植物和枯枯木的鼠鼠类、甲甲虫、白白蚁，以以及蚯蚓蚓、蜈蚣蚣等。它它们通过过物

41、理的的肢解，腐腐生生化化成可溶溶性有机机酸及将将腐植酸酸矿化的的三个作作用阶段段，把生生产者和和消费者者的残体体分解为为简单的的无机物物质，归归还到非非生物环环境中，供供生产者者再吸收收利用。分分解者也也是生态态系统中中的异养养生物，又又称为还还原者或或腐化性性生物。2. 非生生物环境境非生物环境境部分包包括各种种环境要要素的总总和：温温度、光光照、大大气、水水壤、土土壤、气气候、各各种非生生物成分分的无机机物质和和有机物物质，即即由所有有非生命命物质和和能量两两部分构构成。在在这个有有机的统统一整体体中，能能量与物物质在不不断地循循环和流流动，并并在一定定条件下下保持着着相对平平衡。非非生物

42、环环境为各各种生物物提供必必要的营营养元素素和生存存环境，是是生态系系统中各各种生物物赖以存存在的基基础。 （三）生态态系统的的结构生态系统的的结构是是指生态态系统中中各组成成成分之之间的相相互关系系。良好好的生态态结构配配置可以以使生态态系统在在一定时时期和地地域保持持相对稳稳定的状状态。生生态系统统的基本本结构可可划分为为时空结结构、生生物多样样性结构构以及营营养结构构。1. 时间间和空间间结构生态系统的的空间结结构是指指生物及及环境因因素在空空间的配配置，包包括生物物群落和和非生物物环境因因素在空空间上的的分布。例例如，在在高山森森林生态态系统中中的垂直直方向上上，通常常鸟类在在空中飞飞

43、翔，兽兽类在地地面活动动，许多多昆虫则则在土壤壤中；植植物中自自下而上上有苔藓藓地衣层层、草本本植物层层、灌木木层和乔乔木层。生态系统的的时间结结构是指指生态系系统的结结构随时时间变化化而产生生的变化化。由于于时间出出现一年年四季的的周期性性变化，从从而生物物群落结结构也随随之发生生变化，如如森林生生态系统统中生物物在春、夏夏、秋、冬冬有不同同的形态态，植物物忽而绿绿草如茵茵，忽而而枯枝残残叶；动动物出现现休眠，鸟鸟类迁移移等。另另一方面面，随着着时间的的流逝，生生物的物物种也将将发生明明显的演演化，则则生态系系统的结结构随之之变化。2. 生物物多样性性结构生物多样性性是指某某一区域域内遗传传

44、基因的的品系、物物种和生生态系统统多样化化总和。遗遗传多样样性指在在自然因因素或人人工手段段的处理理下，使使某个种种内的遗遗传物质质发生变变异，产产生了变变种、亚亚种等；物种多多样性指指生命有有机体的的多样性性，是不不同生命命形式的的具体体体现。多多样性的的生态系系统由各各种生物物群落与与其周围围的环境境组成，这这是所有有物种赖赖以生存存与发展展的基础础，决定定了物种种、种群群、群落落的发展展与消亡亡。当地地球上的的环境变变化时，会会导致依依赖于生生存环境境的物种种不断演演化，从从量变到到质变形形成新的的物种。另另一面也也会使已已形成的的物种，如如恐龙在在地球上上消亡。 3. 营养结结构生态系

45、统的的营养结结构是由由生物的的食物链链构成，实实质上是是各营养养级生物物的能量量转移和和转换过过程。其其表现为为生产者者可向消消费者和和分解者者分别提提供营养养，消费费者也可可向分解解者提供供营养，分分解者又又可把营营养物质质输送给给环境，由由环境再再供给生生产者。不不同的生生物属于于不同的的营养级级，如前前所述，绿绿色植物物和其他他自养生生物构成成第一营营养级，草草食动物物为第二二营养级级，一级级肉食动动物为第第三营养养级，二二级肉食食动物为为第四营营养级，依依此类推推。如果果将生态态系统中中每个营营养级生生物的个个体数量量、生物物量或者者能量，按按营养级级的顺序序由低到到高排列列起来绘绘成

46、结构构图，就就会成为为一个金金字塔形形，即生生态金字字塔。其其中，能能量金字字塔、一一般的生生物量金金字塔和和数量金金字塔，通通常从第第一营养养级到最最后营养养级逐渐渐减少，即即营养级级越高的的生物，其其生物种种类、数数量和该该营养级级所有生生物的能能量之和和越少。（四）生态态系统的的类型地球生物圈圈由大小小不一、各各种形式式多样的的生态系系统所组组成。人人们可从从不同研研究角度度，根据据各个生生态系统统的组成成成分和和结构特特征对生生态系统统进行分分类，如如从各种种环境因因素、生生物因子子和非生生物因子子的特点点来划分分不同的的生态系系统类型型。依据据生态系系统受人人类活动动影响程程度的大大

47、小，可可划分为为自然生生态系统统、半自自然生态态系统和和人工生生态系统统；而根根据环境境因素水水体把生生态系统统划分为为陆生态态系统、水水生生态态系统和和湿地生生态系统统。陆生生态系系统分为为森林、草草原、稀稀树干草草原、荒荒漠等各各类生态态系统。其其中，以以乔木和和灌木树树种等绿绿色植物物群体为为主组成成的森林林生态系系统，绿绿色植物物的生产产量约占占陆地总总生产量量的722%，对对物质循循环和能能量流动动的影响响最大，其其次是草草原生态态系统。水水生生态态系统又又可以划划分为海海洋和淡淡水两大大生态系系统，并并可根据据水体的的性质和和分别进进一步划划分为各各类子系系统。水水生生态态系统中中

48、最大的的是海洋洋生态系系统，地地球上生生物生产产力的225%来来自海洋洋，其次次是海滩滩生态系系统、湖湖泊生态态系统。自然生态系系统是指指那些存存在于自自然界，没没有直接接受到人人类活动动干扰的的生态系系统，如如原始森森林、远远洋深海海、未经经放牧的的草原、冻冻原地带带等人类类尚未到到达的地地方，能能通过自自我结构构的调整整来保持持系统的的相对稳稳定。人人工生态态系统是是指人类类与其生生存环境境相互作作用的网网络结构构，完全全有人类类活动所所创造和和控制的的生态系系统，如如农村、城城市、工工业区等等。半自自然生态态系统指指受到人人类活动动的影响响，但其其环境仍仍保持一一定自然然状态的的生态系系

49、统，如如天然放放牧的草草场、人人工森林林、耕作作的农田田、养殖殖湖泊等等。三、生态系系统的基基本功能能能量流动、物物质循环环和信息息传递是是维系生生态系统统稳定的的三项主主要功能能。食物物链(网网)和营营养级是是实现这这些功能能的保证证。（一） 生生态系统统中的能能量流动动生态系统中中除少数数能自养养的细菌菌以外，几几乎所有有的生物物体所获获取的能能量，都都是太阳阳能单向向传递的的结果。太太阳能以以阳光的的形式进进入生态态系统，并并通过绿绿色植物物体内的的光转换换系统光敏色色素，尤尤其是叶叶绿素的的光合作作用被固固定，把把光能转转换为化化学能贮贮存在有有机物中中，其中中一部分分供给异异养生物物

50、进行生生命活动动。这样样，太阳阳能通过过光合生生物进入入生态系系统，转转化为化化学键上上的高效效化合能能开始流流动，并并通过生生产者、消消费者、分分解者之之间的食食物链开开始传递递，最终终被分解解为无机机物，重重新进入入为植物物利用的的再循环环运动。这这种生物物与环境境、生物物与生物物之间的的能量传传递和转转换的过过程，称称为生态态系统的的能量流流动。能量传递与与转换遵遵循热力力学定律律，即说说明能量量守恒的的热力学学第一定定律和能能量贬值值的热力力学第二二定律。热热力学第第一定律律指出，能能量不能能被创造造，也不不能被消消灭，在在流动过过程中可可以从一一种形式式转换成成另一种种形式，数数量保

51、持持不变。热热力学第第二定律律指出，在在能量的的传递和和转化过过程中，只只有一部部分可以以继续传传递和做做功（有有效能），另另一部分分必然会会以热的的形式消消散，成成为无效效能，即即任何一一次能量量转换都都会使得得系统的的有效能能减少，无无效能增增加，能能量发生生贬值。生态系统中中的能量量流动也也服从热热力学定定律。这这种能量量流动的的特点是是能量流流动的单单向性和和通过各各营养级级的能量量逐渐减减少，即即以食物物形式存存在的能能量总是是从低的的营养级级流向高高的营养养级，传传递过程程中的有有效能不不断损失失。这是是因为：各营养养级生物物总有一一部分会会未被食食用而自自然死亡亡，最终终被分解解

52、者所利利用，不不可能全全部被下下一营养养级的生生物完全全利用；各营养养级的生生物要维维系自身身的生命命活动，必必须消耗耗一部分分能量，这这一部分分最后以以热能的的形式消消散到环环境中；各营养养级不能能完全吸吸收利用用上一营营养级的的能量，通通过排泄泄损失能能量。由此可见，生生态系统统食物链链中的能能量转换换效率很很低。绿绿色植物物通过光光和作用用从太阳阳得到的的能量很很少部分分被吸收收。全部部照射到到叶子表表面的阳阳光只有有约4%被有效效利用，除除了供植植物本身身生命活活动需要要外，光光合生物物能为上上一营养养级提供供的太阳阳能还不不到1.29%。其它它营养级级的动物物也是如如此，从从植物过过

53、其它动动物摄取取的能量量，能被被上一级级有效利利用的约约为100%。营营养级越越高，生生物量越越少，其其储存的的能量越越低，形形成前述述的生物物金字塔塔。因此此，食物物链不可可能太长长，生态态系统中中的营养养级最多多只有四四、五级级，很少少超过六六级。若若某一营营养级不不足以向向上一营营养级提提供足够够的能量量，食物物链中断断。（二）生态态系统中中的物质质循环自然界中的的物质由由各种化化学元素素组成。这这些物质质在生态态系统的的各个组组成部分分之间不不断进行行着循环环。其中中，碳、氢氢、氧、氮氮、磷、硫硫是自然然界中的的主要元元素，也也是构成成生命有有机体的的主要物物质。它它们在自自然界的的良

54、性循循环，保保证了生生态系统统的稳定定性。1. 碳循循环碳是构成生生物体和和贮藏光光能的主主要元素素，在自自然界中中以碳水水化合物物、脂肪肪、蛋白白质等有有机体和和CO22、碳酸酸盐等无无机体的的形式存存在，并并在大气气圈、水水圈、生生物圈、岩岩石圈和和化石燃燃料(石石油、煤煤等)等等环境因因素中进进行碳循循环，如如图11所示示。光合合生物通通过光合合作用吸吸收大气气中的CCO2和H20形成成碳水化化合物，同同时释放放氧气。碳碳水化合合物通过过食物链链逐级往往高的营营养级流流动，并并转换为为不同的的形式。同同时，动动物通过过呼吸作作用吸入入O2而放出出CO22，生物物残体被被微生物物分解，矿矿

55、化时也也释放出出CO22，这些些经过生生命系统统的COO2又重新新返回空空气中。此此外，化化石燃料料的燃烧烧，自然然界的火火山喷发发、地震震也会将将固定的的碳元素素以COO2的形式式释放到到大气中中。另外外，COO2通过扩扩散作用用在大气气和水体体之间循循环，进进入水体体中的CCO2会被吸吸收形成成新的碳碳酸盐岩岩石，也也可以通通过死亡亡动植物物的遗骸骸进入地地壳形成成化石燃燃料。碳循环对环环境的影影响主要要表现在在大气中中的COO2含量。大大气中CCO2的体积积分数虽虽然只有有0.0035%，但其其稳定性性，尤其其是化石石燃料燃燃烧排放放大量的的CO22对全球球气候变变化产生生了不可可忽视的

56、的影响。2. 氮循循环氮是构成生生命物质质蛋白质质和各种种氨基酸酸的主要要元素，也也是大气气的主要要组成成成分。虽虽然大气气中自由由氮含量量占799，却却不能直直接被生生物利用用，只有有将氮制制造成硝硝酸盐进进入土壤壤，才能能被植物物吸收，最最终通过过食物链链进入各各类生命命体。氮氮循环主主要是在在大气、水水体、生生物和土土壤之间间进行，如如图12所示示。大气中的氮氮进入土土壤和植植物有以以下几种种方法：人工固固氮。人人类通过过工业手手段，将将大气中中的氮合合成氨或或铵盐，即即合成氮氮肥，供供植物利利用；非生物物固氮。如如雷雨天天气的闪闪电现象象而产生生的电离离作用，能能将大气气中的氮氮氧化成

57、成硝酸盐盐，随降降雨过程程进入土土壤，以以及火山山喷发出出的岩浆浆所固定定的氮，植植物吸收收这些进进入土壤壤的氮；植物固固氮。寄寄生的豆豆科植物物和其他他少数高高等植物物根部的的根瘤固固氮菌具具有固定定大气中中的氮的的能力。土壤中被固固定的氨氨或铵盐盐，经硝硝化细菌菌将其转转化为亚亚硝酸盐盐或硝酸酸盐被植植物吸收收利用，并并与碳结结合形成成各种氨氨基酸，最最后合成成蛋白质质。动物物直接或或间接从从植物中中摄取植植物性蛋蛋白，作作为自身身的营养养来源。生生物圈中中动植物物的残体体，以及及动物新新陈代谢谢过程中中的含氮氮排泄物物被微生生物分解解后有又又形成氨氨或铵盐盐，回归归于土壤壤。土壤壤中的氨

58、氨形成硝硝酸盐后后，一部部分为植植物利用用，另一一部分则则由反硝硝化细菌菌把硝酸酸盐分解解为氮分分子，重重新进人人大气。氮循环在环环境问题题中有着着十分重重要的地地位，如如缺少蛋蛋白质会会造成营营养不良良，化石石燃料燃燃烧排放放的氮氧氧化物会会污染大大气，过过度使用用含氮化化肥会污污染水体体。3. 硫循循环硫是氨基酸酸和蛋白白的重要要组成成成分，它它以硫键键的形式式把蛋白白质分子子连接起起来。硫硫循环由由自然作作用和人人类活动动所推动动，主要要在大气气、海洋洋和陆地地之间进进行。自然作用的的循环过过程是：陆地上上，地壳壳中的硫硫通过火火山喷发发和岩石石内的硫硫在风化化作用下下，以HH2S、SS

59、O2或硫酸酸盐的形形式进入入大气；海底火火山爆发发时产生生的硫分分别逸入入大气和和溶入海海洋；大大气、水水分和土土壤中的的硫被植植物所吸吸收，并并进入动动物体内内，当生生物残骸骸被微生生物分解解时生成成H2S回到到大气；海洋中中的生物物遗骸腐腐败后，其其储存的的硫重新新释放到到海水中中，当海海浪飞溅溅时，硫硫又进入入大气。大大气中的的硫或硫硫酸根离离子，通通过降水水、沉降降、和地地表面吸吸收等过过程回到到陆地和和海洋，并并被植物物吸收；地表径径流的冲冲刷使土土壤中的的硫进入入河流、海海洋，最最终沉积积于海底底。人类作用的的循环过过程是：地壳中中含硫的的化石燃燃料和金金属矿物物在人类类使用的的过

60、程中中，通过过燃烧和和冶炼将将硫还原原成H22S和氧氧化成SSO2，排入入大气，或或者随着着酸性废废水排放放到土壤壤和水体体。硫的自然循循环过程程在没有有外界的的强烈干干预时，在在生态系系统中基基本处于于一种稳稳定和平平衡的状状态。当当人类无无制约使使用化石石燃料时时，会向向大气排排放出大大量的SSO2，从而而破坏了了硫的正正常循环环，形成成严重的的环境污污染。（三）生态态系统中中的信息息传递信息是指系系统传输输和处理理的对象象，通常常是指在在传播形形式中的的情报、信信号、消消息、指指令、数数据、图图像等知知识内容容。生态态系统中中的信息息是指各各种环境境因素。在在沟通生生物和环环境之间间，生