环境生态学基础

第二章环境生态学基础2.1生态系统和生态平衡2.2现代生态学的发展趋势与体系2.3生态环境问题2.1生态系统和生态平衡2.1.1生态系统传统生态学:德国动物学家黑格尔(ErnstHaeckel)1866年在《有机体普通形态学》一书中所提出的定义指出“生态学是研究生物有机体与无机环境之间相互关系的科学”。传统的生态学基本上局限于研究生物与环境之间的相互关系，隶属于生物学的一个分支学科。现代生态学是一门多学科性的自然科学，它研究生命系统与环境系统之间相互作用的规律及其机理。生态学突破了原来纯生物科学的范畴，向微观与宏观两极发展。例如，微观研究已深入到细胞与基因的水平，而宏观研究已从生物群落与环境条件的统一，发展为生物圈与非生物因素之间相互作用的地球系统，即全球生态学。根据生态系统的环境性质和形态特征，可分为陆地生态系统、淡水生态系统和海洋生态系统等类型。陆地生态系统又可以根据它们的组成成分和特性，再分为森林、草原、荒漠、山地等自然生态系统和农田、城市、工矿区等人工生态系统。淡水生态系统包括湖泊、河流、水库等。海洋生态系统则分为海岸、河口、浅海、大洋及海底等。按照它的结构和对外界进行物质与能量交换的关系，再分为闭环系统和开环系统。2.1.2生态平衡

在每个生态系统中，都具有由一定生物群体和生物栖居的介质所组成的结构，并进行着物质流动和能量交换。在一定的时间和相对稳定条件下，生态系统各部分的结构与功能处于相互适应与协调的动态平衡之中，即通常我们所说的生态平衡。在一个生态系统中，植物是初级生产者，它通过光合作用，把无机元素合成为有机化合物，维持着地球上的生命。动物是物质与能量转换者，也是物质的再生产者，它利用植物制造的有机物质进行能量转换和物质生产，所以被称为消费者或次级生产者。微生物在生态系统中，能把动、植物尸体复杂的有机分子还原为简单的化合物或元素，再由植物吸收，被称为分解者。这种生产、消费、分解的过程，构成了生态系统的平衡。基本代谢功能是生态系统动态平衡形成的基础。生态平衡实际上包括三个方面，这就是结构上的平衡，功能上的平衡，以及输出和输入物质在质量上的平衡。2.1.3生态系统与环境的关系组成一个生态系统的生命系统和环境系统中的各种因素，基本上是协调的。加进来一个新的因素，或者减少某个重要成分，使物质和能量的输出与输入发生变化，或超过一定的限度，就可能使生态系统的平衡遭到破坏。因而，改变生态系统结构，无论出于提高农林牧渔的生产力，或是在某种地理环境中建设工厂，都必须充分了解该地区的生态地理环境特点，根据当地生态地理所具有的特殊规律采取措施。自然资源的开发利用：按照自然资源的性质可分再生资源、自然恒定资源和非再生资源三大类。生物资源与土壤资源都是再生资源，矿物资源是非再生资源，来自太阳的光、热等动力资源，是属于不以人类意志为转移的自然恒定资源，又可称为区域性的生态地理资源。对生物资源的合理管理，可以取之不尽，用之不竭。因为生物资源依赖于环境源源不断供给生物所需要的营养物质及适宜的空间，生物得以持续地生长、发育和繁衍。因此，合理利用生物资源，必须保持生物的基本数量及一定的年龄和性别的比例，这已成为森林采伐、渔业捕捞、草场放牧和经济鸟兽狩猎等须遵循的基本生态学原则。违背了这个原则，就可能造成资源枯竭。生态系统理论，是保护环境最根本的依据。被污染了的生态系统的恢复和再建，以及环境质量的保持，都依赖于人们对生态系统结构与功能的了解。由于工业三废及噪声，环境系统中所增加的物质和能量因素超过了一定限量，或使生态系统的结构遭受破坏，而导致功能失调；或由于生态系统的功能失调，使结构趋于不合理，进而导致正常结构的瓦解，破坏了生态系统的稳定与平衡。生态系统与生态平衡是一个事物的两个侧面。人类对自然资源的合理开发利用，就是有意识地在打破平衡。但是如果我们只是盲目追求滥用资源，而又不设法维护它的生态规律，就会失去平衡造成灾难。这里的所谓规律，就是生态系统的关系，它们是一个环节连着一个环节，许多环节互相串联起来，不断在交换和转化，进行着往返循环。生态平衡实质上就是一个循环不已的关系。

2.2现代生态学的发展趋势与体系2.2.1现代生态学的发展趋势2.2.2生态学的一般规律

生态学的一般规律大致可从种群、群落、生态系统和人与环境的关系四个方面说明。

(1)在环境无明显变化的条件下，种群数量有保持稳定的趋势。一个种群所栖环境的空间和资源是有限的，只能承载一定数量的生物，承载量接近饱和时，如果种群数量（密度）再增加，增长率则会下降乃至出现负值，使种群数量减少；而当种群数量（密度）减少到一定限度时，增长率会再度上升，最终使种群数量达到该环境允许的稳定水平。对种群自然调节规律的研究可以指导生产实践。例如，制定合理的渔业捕捞量和林业采伐量，可保证在不伤及生物资源再生能力的前提下取得最佳产量。(2)一个生物群落中的任何物种都与其他物种存在着相互依赖和相互制约的关系

①食物链。居于相邻环节的两物种的数量比例有保持相对稳定的趋势，如捕食者的生存依赖于被捕食者，其数量也受被捕食者的制约；而被捕食者的生存和数量也同样受捕食者的制约，两者间的数量保持相对稳定。

②竞争。物种间常因利用同一资源而发生竞争，如植物间争光、争空间、争水、争土壤养分；动物间争食物、争栖居地等。在长期进化中、竞争促进了物种的生态特性的分化，结果使竞争关系得到缓和，并使生物群落产生出一定的结构。例如森林中既有高大喜阳的乔木，又有矮小耐阴的灌木，各得其所；林中动物或有昼出夜出之分，或有食性差异，互不相扰。

③互利共生。如地衣中菌藻相依为生，大型草食动物依赖胃肠道中寄生的微生物帮助消化，以及蚁和蚜虫的共生关系等，都表现了物种间的相互依赖的关系。(3)生态系统的代谢功能就是保持生命所需的物质不断地循环再生阳光提供的能量驱动着物质在生态系统中不停地循环流动，既包括环境中的物质循环、生物间的营养传递和生物与环境间的物质交换，也包括生命物质的合成与分解等物质形式的转换。(4)物质循环的正常运行，要求一定的生态系统结构随着生物的进化和扩散，环境中大量无机物质被合成为生命物质形成了广袤的森林、草原以及繁衍生息其中的飞禽走兽。一般说，发展中的生物群落的物质代谢是进多出少，而当群落成熟后代谢趋于平衡，进出大致相当。2.3生态环境问题2.3.1生物多样性锐减

生物多样性是指一定空间范围所有生物有规律地结合在一起的总称。一般从物种多样性、遗传多样性和生态系统多样性三个方面来研究和分析生物多样性的基本特点。生物多样性以及由此而形成的生物资源构成了人类赖以生存的生命支持系统，具有维持生态平衡的功能，是一种不可缺少的自然遗产和重要资源。生物多样性锐减主要原因有：①大面积森林采伐，过度放牧引起草场退化；②工业、旅游、城市的无控制发展，生物资源的过分利用；③大气、水体、土壤等环境污染；④各种干扰的累加效应。改善和恢复生态系统的环境以及建立各种生物保护区是保护生物多样性的主要途径。我国为保护生物的多样性建立了各类形式的保护区，截至2001年底，中国自然保护区达1551个，总面积为12989万km2，占全国国土面积的12.9%。2.3.2森林和草原植被减少历史上，地球森林广阔，但到1985年，全世界森林面积仅为41.47亿km2。目前，地球森林面积的覆盖率约为27%。

我国占世界森林面积的3%~4%。中国森林减少与破坏的现象曾经比较严重，森林覆盖率从1949年的13%曾一度下降到11.5%。20世纪的最后十几年，我国采取了天然林资源保护工程、防护林体系建设工程、退耕还林工程等措施。到2001年底，我国森林面积15900万km2，森林覆盖率为16.55%，仍比世界平均水平低10.45个百分点；人均占有森林面积为0.128km2，相当于世界人均森林面积的1/5。我国天然草原的面积每年减少约0.17%，90%存在不同程度的退化。其中“三化”（退化、沙化、碱化）草原面积已达34.4%，并且每年还以200万km2的速度增加。保护森林和草原植被的措施有：①强化植被管理，推行规范化、科学化、法制化管理机制；②改变植被经营思想，发挥植被的多种功能和多种效益，利用好现有植被资源；③实施生态建设规划，坚持不懈地植树造林，优化、调整林业生产布局，重视和发展草地产业，加快草地的恢复和建设；④加强林区保护，防治森林和草原植被的病虫鼠害。2.3.3土地退化

土地退化主要有水土流失和荒漠化两种现象。水土流失是土地资源的不合理利用，特别是毁林造田、过度放牧所带来的不良后果。据统计，全世界水土流失面积达25亿km2，占全球陆地面积的16.8%，以及占全球耕地和林草地总面积的29%。如果以土壤层平均厚1m计算，经过几百年全球耕地土壤将被侵蚀殆尽。

中国是世界上水土流失最严重的国家之一。目前全国水土流失总面积3.56亿km2，约占我国领土面积的37%。黄土高原地区的水土流失现象最为严重，流失面积占该区总面积的83%。水土流失的直接后果是导致土地退化、地力衰退，严重破坏了土地资源和农业生产，削弱人类赖以生存和发展的基础。我国每年损失表土约50亿t，相当于全国耕地每年剥去1cm的肥土层，流失的氮、磷、钾估计为4000万t左右，与一年化肥用量相当，折合经济损失达24亿元。此外，流失土壤还会造成水库、湖泊和河道淤积。例如，由于黄河上游水土流失严重，下游河床平均每年抬高达10cm。荒漠化是包括气候变异和人类活动在内的种种因素所造成的土地退化。目前世界上受荒漠化威胁的面积已达45亿km2，其中有21亿km2完全丧失生产能力。每年有500~700万km2的耕地被沙化，损失达100亿美元。荒漠化受害面涉及到全世界，全球陆地面积的1/3、超过60%的国家和地区、世界约20%的人口受到荒漠化的危害和直接影响。最为严重的是非洲大陆，其次是亚洲。

我国的沙漠化现象也比较严重。我国有1.68亿km2土地为荒漠地貌，约占国土面积的17.5%，比10个山东省的面积还要大。其中1.1亿km2目前尚无可以治理的有效方法，并且荒漠化的扩张速度达到每年24万km2。若考虑潜在的荒漠化面积，受荒漠化影响的土地面积约占国土总面积的1/3，近4亿人口受到荒漠化的威胁。

荒漠化扩大主要是由于森林面积减少、过度耕作和放牧、天然草场退化、水土流失、水体和土壤污染等人为过度的经济活动，破坏生态平衡所引起的一种土地退化过程。联合国对荒漠化地区的调查结果发现，由于自然变化引起的荒漠化占13%，其余87%均为人为因素所致。中国科学院的调查也表明，我国北方地区现代荒漠化土地中的94.5%为人为因素所致。2.3.4海洋生态问题随着人为活动的加剧，海洋已经遭受日益严重的人为污染，其中主要的是海洋石油污染和赤潮。造成海洋石油污染的主要原因是石油的海上运输事故，油轮将大量原油泄入海洋，以及其他正常输油船只的冲洗排放和近海采油平台及输油管的泄漏；其次是排入江河的来自陆地油田、机动车辆、船只或其他机器的散溢的石油和润滑油，这些废油最终流入近海。据估计，每年在海运过程中流失的原油估计达150万t，其他途径流入海洋的原油及石油产品的总量达200—2000万t。

危害：首先，海面被油膜覆盖后降低海洋植物光合作用的效率，阻止大气中氧气向海水中的扩散，而使海水中的溶解氧下降，导致海洋水生动物难以生存；其次，原油在海水中扩散、乳化、溶解产生剧毒，进入并破坏鱼类的循环系统，轻则使鱼类富集有毒物质失去食用价值，重则大批鱼类死亡；还有，油污阻止海洋浮游植物的细胞分裂而致其大量死亡，石油污染海兽和海鸟皮毛而破坏其隔热保护作用，石油通过鸟类用嘴整理羽毛时进入肠胃导致病亡等。近海赤潮是另一种常见的海洋污染现象，它主要是由氮和磷引起的污染，农田退水和洗涤废水中富含这两种元素。当海水中无机氮浓度超过0.3μg/g、无机磷浓度超过0.01μg/g时，藻类群落就会因环境的富营养化而“爆发”地增长，形成“藻花”，并因不同藻类的不同颜色而被称为“赤潮”、“褐潮”或“绿潮”。危害：茂密的藻花遮蔽了阳光，使下层水生植物不能生长；大量藻类死亡腐化消耗水中氧气，造成局部海域的厌氧环境，产生H2S等还原性有毒气体，给海洋渔业、水产业和旅游业带来巨大损失。海洋污染的特点是：①污染源广。人类活动产生的废物在各种因素的影响下，最后都进入海洋。②持续性强。未溶解的和不易分解的污染物质长期在海洋中蓄积着，并且随着时间的推移，越积越多。③扩散范围大。污染物质排入海洋后，通过海流把混入海水中的污染物质带到很远的海域去。④控制复杂。由于污染源和海洋系统的复杂多变性决定了海洋污染控制的复杂性。

返回目录1、切尔诺贝利核事故

4月14日，在乌克兰首都基辅以北130公里的切尔诺贝利核电站，20年前发生核泄漏事故的4号发电机组外部为防止核泄漏而修建的混凝土外壳--“石棺”的加固工程正在进行。加固工作于今年初开始，预计到今年底结束。新华社记者魏忠杰摄1986年4月26日，乌克兰切尔诺贝利核电厂发生严重泄漏及爆炸事故，造成有史以来最大的核灾难。当地时间1时24分，一个反应堆发生爆炸，引发大火和核泄漏，造成50人死亡。真正的灾难在后头。辐射物质污染空气、食物来源和地下水，事故发生数年后，当地上万人死于癌症，而这种影响将持续数十年之久。

2、印度博帕尔毒气事故

1984年，印度中央邦首府博帕尔的一间杀虫剂工厂储气罐阀门失灵，大

量有毒气体泄漏，造成1万人死亡。博帕尔灾难留下的伤口长久在人们心上

发痛，敲响工业灾害的警钟。

3、波斯湾原油泄漏

世界最大的原油泄漏发生在1991年的海湾战争。当时萨达姆故意向波斯湾倾倒多达100万加仑（约合3785.4立方米）的

石

油，造成当地鸟类和鱼类的大量死亡。

4、美国拉夫运河事件

拉夫运河位于美国加州，是一个世纪前为修建水电站挖成的一条运河，20世纪40年代干涸被废弃。1942年，美国一家电化学公司购买了这条大约1000米长的废弃运河，当作垃圾仓库来倾倒大量工业废弃物，持续了11年。1953年，这条充满各种有毒废弃物的运河被公司填埋覆盖好后转赠给当地的教育机构。此后，纽约市政府在这片土地上陆续开发了房地产，盖起了大量的住宅和一所学校。从1977年开始，这里的居民不断发生各种怪病，孕妇流产、儿童夭折、婴儿畸形、癫痫、直肠出血等病症也频频发生。1987年，这里的地面开始渗出含有多种有毒物质的黑色液体。这件事激起当地居民的愤慨，当时的美国总统卡特宣布封闭当地住宅，关闭学校，并将居民撤离。事出之后，当地居民纷纷起诉，但因当时尚无相应的法律规定，该公司又在多年前就已将运河转让，诉讼失败。直到20世纪80年代，环境对策补偿责任法在美国议院通过后，这一事件才被盖棺定论，以前的电化学公司和纽约政府被认定为加害方，共赔偿受害居民经济损失和健康损失费达3