第一章生态学内涵

1、以下问题需要我们思考,何为城乡？生态系统？环境问题？生态工程？生态规划？环境管理？,看到这张图的情况如何应对？,绪论（生态学基础）“人工湿地”城乡生态系统“禾本科分蘖”城乡生态学基本原理“大鱼吃小鱼”城乡污染生态防治“不能吃的鱼”城生态工程与生态规划“桑基鱼塘”城乡环境管理“生态工业园”,主要讲授内容：,参考书目,城市生态与城市环境，沈清基，上海：同济大学出版社城市生态可持续发展规划，杨志峰等，科学出版社城市生态环境学，杨士弘等，科学出版社生态城市发展之路，王富玉，北京：中国物资出版社环境规划与管理，张承中，北京：高教出版社生态环境影响评价概论，毛文永，中国环境科学出版社相关论文、网站,教学方

2、法,多媒体教学分组讨论反转课堂课后实践（安徽省新惟度规划设计创客工作室）,考核方法,考勤和讨论20%，笔记、反转课堂与作业完成40%，考试成绩40%，、考勤和计分规则总分100分，迟到或早退1次扣1分，请假1次扣1分，旷课1次扣5分。课堂踊跃讨论、思路清晰加5-10分。2、考试总分100分，考试内容参考上课课件、课后思考题3、笔记和作业完成，50分；反转课堂（分组完成），50分。,注册城市规划师考试点：,一、生态学及城市生态学基本知识二、城市生态系统三、环境影响评价四、城市环境保护,第一章生态学的内涵,第一节生态学的内涵第二节有机体与环境第三节种群第四节群落第五节生态系统,第一节生态学的的内涵

3、,1869德国生物学家赫克尔(Haeckel)首次提出Ecology来自希腊语：Oikos+Logos=住所/栖息地+学科研究生态学的定义（Haeckel）：“研究有机体及其周围外部环境之间关系的科学，外部世界是广义的生存条件”生态学研究的基本对象：生物之间的关系生物与环境之间的关系,一、生态学概念,第一节生态学的的内涵,二、生态学的起源和分类,起源于生物学：biology=生物学&生态学生态学的研究内容：生物学研究的“生物系统”+生物与环境之间关系包括：基础生态学应用生态学：生态学与地学、经济学等相互渗透出现的交叉学科：景观生态学、全球生态学、生态经济学,第一节生态学的内涵,第一节生态学的内

4、涵,个体生态学,生态因子：光水温度土壤等,叶片气孔,第一节生态学的内涵,第一节生态学的内涵,种群结构种群生态位种群动态种群进化,种群生态学,群落生态学,组成结构类型分布演替,第一节生态学的内涵,第一节生态学的内涵,生态系统,结构功能能量流动物质循环,第一节生态学的内涵,景观生态学,农业生态学森林生态学草地生态学污染生态学自然资源保护生态学生态工程学城市生态学经济生态学人口生态学,应用生态学,第一节生态学的内涵,按生物学分类为研究对象：动物，植物，微生物，昆虫，鱼类按研究对象的栖息场所：陆地生态学：如森林，农田，草原，城市水域生态学：海洋、淡水等生态学与数学结合：系统生态学与物理结合：能量生态学

5、与化学结合：化学生态学生态学目的：指导人与生物圈的协调发展,第一节生态学的概念、起源及发展,第二节有机体与环境,一、生态因子及其作用1、生态因子生态因子(ecologicalfactor)是指环境要素中对生物起作用的因子，如光照、温度、水分、氧气、二氧化碳、食物和其他生物等。主要有两方面因素组成：非生物因素和生物因素。所有生态因子构成生物的生态环境，特定生物体或群体的栖息地的生态环境称生境(habitat)。,第二节有机体与环境,一、生态因子及其作用2、生态因子作用的规律（a）限制因子规律：（b）利比希最小因子定律（c）耐受性定律耐受性定律(Lawoftolerance)任何一个生态因子在数量

6、上或质量上的不足或者过多，即当接近或达到某种生物的耐受限度时会使该物种生物衰退或不能生存。,第二节有机体与环境,生态幅每一种生物对每一种生态因子都有一个耐受范围，即有一个生态上的最低点和最高点。在最低点和最高点(或称耐受性的上限和下限)之间的范围，称为生态幅或生态价。,第二节有机体与环境,二、生物生存环境1、分类（1）物理环境（又称非生物环境），是生物栖息地周围与之相关的理化因素的总和。（2）生物环境：指包含有机体的环境，由影响动植物生产和繁衍的其他生物所组成。,第二节有机体与环境,（1）环境作用于生物：,生物与环境的相互作用：,荒漠植物-刺旋花,大漠魂胡杨,第二节有机体与环境,超载放牧草场退

7、化,长江源地区的草场正在退化,（2）生物又反作用于环境：,第二节有机体与环境,物理环境可分为能量环境和物质环境两部分。,1、能量环境：,光环境和温度环境组成了地球上的能量环境。能量环境的能量唯一来源来自太阳。,第二节有机体与环境,植物的开花结果、落叶及休眠，动物的繁殖、冬眠、迁徙和换毛换羽等，是对日照长短的规律性变化的反应，称为光周期现象。,光周期调控：人工光源与植物栽培,生物对光的适应,第二节有机体与环境,低纬度地区太阳高度角大，太阳辐射量也大。大约纬度每增加1，年平均气温降低0.5。因此，从赤道到极地形成了热带、亚热带、温带和寒带。通常海拔每升100m，年平均温度降低0.50.6摄氏度。,

8、温度的空间变化：纬度与海拔高度,第二节有机体与环境,2、物质环境,生物的物质环境由大气圈、水圈、岩石圈及土壤圈等组成，他们具有两个明显特征：空间性，即提供了生物栖息、生长、繁衍的空间场所。营养性，即提供生物发育繁殖所需的各种营养物质。,第二节有机体与环境,是由大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈这几个圈层的交接的界面所组成的，其中有生命在其中积极活动，所以称之为生物圈。,、生物圈（）,绿色植物将太阳能转化成化学能贮存于植物体内，这一过程是生物圈与太阳能发生联系的唯一环节，也是生物圈赖以生存的基础。,第三节种群,一、种群概念及基本特征1、概念种群（Population）是指在特定空间内能相互进行繁殖的、

9、具有一定结构、一定遗传特性的同种个体总和。种群是物种存在的基本单位，是生物进化的基本单位，也是生命系统更高组织层次生物群落的基本组成单位。,第三节种群,2、基本特征1）空间特征东北虎活动范围需300600km2浮游生物需要的空间较小2）数量特征种群密度：单位面积或单位空间内个体数目。生物量：单位面积或空间内所有个体的鲜物质或干物质的重量。3)遗传特征组成种群的个体：共性+差异种群内的变异进化更适应变化的环境,第三节种群,二、种群数量动态参数预测一个国家或地区未来人口数量动态变化的信息主要来于A人口密度B年龄组成C性别比例D出生率和死亡率分析一个国家或地区的人口构成一个种群，该种群的个体数量是经

10、常变动的。人口密度、年龄组成、性别比例，都会影响人口数量的变化。但是它们都是通过影响出生率而影响人口数量的变化的。例如，在人口种群内，老人口数量较多，分布均匀，处于生育期的人也比较多，男女比例接近11，此时的出生率可能较高。但由于人为或自然因素而使其死亡率增加，那么此时种群数量并不一定随出生率的增加而增大。所以种群数量的变动是出生率、死亡率综合作用的结果。因此应选D。,第三节种群,三、种群增长基本模式,A种群在无限环境下的指数增长（Malthus方程）B逻辑斯谛增长：种群在有限环境条件下增长的一种简单形式，又称为阻滞增长（s型增长）。,第三节种群,四、种间关系,第三节种群,四、种间关系,（1）

11、竞争例子：同一草地的牛和羊,（2）寄生,槲寄生,菟丝子,第三节种群,生于树干上的地衣,(3)共生、捕食,狮子捕食,第三节种群,(4)种间合作与互利共生例子：与根瘤菌共生的豆科植物人体肠道中的某些细菌与人,第三节种群,第四节群落,一、群落概念及基本特征1、概念生物群落(biocoenosis)简称群落（community),是指一定时间内居住在一定空间范围内的多种生物种群的集合体，包括动物、植物、微生物等各个物种的种群。,第四节群落,一、群落概念及基本特征2、基本特征1.具有一定的种类组成2.群落中各物种之间是相互联系的3.群落具有自己的内部环境4.具有一定的结构5.具有一定的动态特征6.具有一

12、定的分布范围7.具有边界特征-群落交错区8.群落中各物种不具有同等的群落学重要性,第四节群落,二、群落的种类组成1、种类组成的性质分析通常采用最小面积的方法来统计一个群落或一个地区的生物种类名录。最小面积，是指基本上能够表现出某群落类型植物种类的最小面积。,物种数,样方面积,最小面积,图：种-面积曲线示意图,第四节群落,二、群落的种类组成2、优势种和建群种对群落结构和群落环境的形成有明显控制作用的植物种称为优势种。它们通常是那些个体数量多、投影盖度大、生物量高、体积较大、生活能力较强的植物种类。优势层的优势种常称为建群种。,第四节群落,二、群落的种类组成3、种的多样性,生物多样性（biodiv

13、ersity）：指生物中的多样化和变异性以及物种生境的生态复杂性，它包括植物、动物和微生物的所有种及其组成的群落和生态系统。,生物多样性可以分为遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性3个层次。遗传多样性指地球上生物个体中所包含的遗传信息之总和；物种多样性是指地球上生物有机体的多样化；生态系统多样性涉及的是生物圈中生物群落、生境与生态过程的多样化。,第四节群落,三、群落的分类,分类系统,主要分类单位为：植被型（高级单位）、群系（中级单位）和群丛（基本单位）。每一级分类单位之上，各设一个辅助单位，即植被型组、群系组与群丛组。并根据需要，在每一级主要分类单位之下设亚级，如植被亚型、亚群系等作为补充。

14、,中国植被分为10个植被型组、29个植被型、560多个群系。,第四节群落,四、群落的演替,1、演替概念,植物群落的演替：是指在植物群落发展变化过程中，由低级到高级、由简单到复杂、一个阶段接着一个阶段，一个群落代替另一个群落的自然演变现象。,原生裸地原生演替次生裸地次生演替,第四节群落,四、群落的演替,2、演替类型,按照演替发生的时间进程可以分为3种：(1)快速演替(2)长期演替(3)世纪演替,按照基质的性质划分的演替类型(1)水生基质演替系列(2)旱生基质演替系列,植物群落的演替速度主要取决于组成群落的物种特性及其所处生境的严酷程度。,第五节生态系统,一、生态系统的概念1935年由英国生态学家

15、坦斯利Tansley提出。他认为“生态系统不仅包含生命有机体部分，而且包括了形成我们称之为环境的所有物理因素”。所有这些都反映了两个基本要点：第1，生态系统是由生命体和非生命体构成第2，生命体和非生命体之间有着密切的联系。这两点表明任何一个生态系统都有一定的结构，同时能发挥其相应的功能。,第五节生态系统,一、生态系统的概念,生态系统是指在一定的时间和空间范围内，由生物群落与其环境组成的一个整体，该整体具有一定的大小和结构,各成员借助能量流动、物质循环和信息传递而相互联系、相互依存，并形成具有自我组织、自我调节功能的复合体。生态系统生态学是研究生态系统的结构、功能和动态的科学。现代生态学的基本单

16、位是生态系统。,第五节生态系统,超小的生态系统,陆地生态系统,人工生态系统,第五节生态系统,二、生态系统的组成成分(1)初级生产者（自养有机体）：主要是绿色植物，将太阳能转化为化学能积累，成为整个系统的唯一能量来源。(2)消费者（异养生物）：主要是动物。(3)分解者（还原者）：主要由细菌，真菌等异养生物组成(4)物理环境（非生物环境），是生态系统的物质和能量来源，包括了环境的各种因素，如大气，土壤，水分，太阳能，以及各种元素。,第五节生态系统,三、生态系统的结构(1)空间结构：生态系统中各种生物的空间分布状况(2)物种结构：生态系统中各类物种在数量方面的分布特征(3)营养结构：食物网及其相互关

17、系,东京枫杨群落垂直结构,食物网,第五节生态系统,四、生态系统的基本特征和类型基本特征包括：1、结构特征：由生物（生产者消费者分解者）和非生物环境组成2、功能特征：能量开放系统3、动态特征：是发生、发展、发育、死亡的动态过程4、相互作用特征5、稳定平衡特征6、开放特征,第五节生态系统,四、生态系统的基本特征和类型类型：1、根据其所处的生境不同可分为两大类；(1)水生生态系统（占地球表面的2/3）a海洋生态系统b淡水生态系统(2)陆生生态系统：森林，草原，荒漠，高山，冻原等生态系统。2、按生态系统的起源或人类活动对生态系统的影响划分为：(1)自然生态系统(2)人工生态系统,第五节生态系统,五、生

18、态系统的基本功能1、生物生产2、能量流动3、物质循环4、信息传递,第五节生态系统,1、生物生产,GPP=NPP+RaRa呼吸消耗,初级生产：就是植物光合作用过程，植物光合作用是生命的最基本的光化学反应形式。总的初级生产（Grossprimaryproduction）GPP：是植物总光合作用中固定的总太阳能。净初级生产（Netprimaryproduction）NPP：是指总初级生产减去植物呼吸作用所遗留的有机物质贮存的能量。,第五节生态系统,2、能量流动,生态系统的能量流动是指能量通过食物网络在系统内的传递和耗散过程。,1）自养生物的能量流动（太阳能输入）,第五节生态系统,2）异养生物的能量流

19、动（上一个营养极的能量输入）均为一种输入、三种输出，自养与异养只是输入不同，输出相同。,第五节生态系统,美国南方某河流生态系统中食物链能量流动示意图(单位：千卡(米2年)(注；千卡42X103焦耳),3）生态系统的能量流动特点：,第五节生态系统,能量流动的不可逆转性能量的一种输入与三种输出通过食物链与食物网能量从上一营养级传向下一营养级，但只有10%的转换率系统的能量最终通过分解以热的形式散发能量流动同样遵守热力学第一定律和第二定律。,生态系统的能量流动特点：,第五节生态系统,3、物质循环,1）生物圈层次的物质循环（生物地球化学循环）：是营养物质在不同生态系统间的循环2）生态系统层次（生态系统

20、内部）的物质循环。3）生物个体层次的物质循环。,A生态系统物质循环的三个层次:,物质循环的概念:生态系统从大气、水体和土壤等环境中获得营养物质，通过绿色植物吸收，进入生态系统，被其它生物重复利用，最后再归还于环境。,第五节生态系统,(1)物质循环的库与流库：物质在运动过程中被暂时固定、贮存的场所。贮存库(storingsink)：容积较大，交换慢，一般为环境库。如土壤库、大气库、水体库等交换库(exchangesink)：容积小，交换快，一般为生物库。如植物库、动物库等。流：物质在库与库之间的转移运动状态。生态系统中的能流、物流、信息流使生态系统中各组分联系起来。,B生态系统物质循环的类型：水

21、循环、气体型循环和沉积型循环三种类型。,第五节生态系统,4、信息传递,信息传递又称信息流，是生物之间、生物与环境之间相互作用、相互影响的一种特殊形式。物质流是循环的，能量流是单向的、不可逆的，而信息流却是有来有往的、双向运行的。生态系统传递的信息流包括：物理信息化学信息营养信息行为信息,第五节生态系统,生态系统是一个主要的生态学单位，它包括生物和非生物成分；能量和营养物质在生物和非生物成分之间进行物质循环和能量流动。生态系统的功能与通过生态系统各结构成分的物质循环和能量流动相关。这种功能的单位是种群。流经一个自然生态系统的总能量，取决于植物或生产者所固定的能量。当能量在营养级间逐一传递时，有相当大的一部分作为呼吸热而损失掉。生态系统有趋于成熟的倾向，在这过程中，生态系统由简单的状态变为较复杂的状态演替。,小结：,第五节生态系统,在任何一个生态系统中，环境和能量都是有限的，当一个种群达到生态系统所给于的限制时，种群数量趋于稳定；或由于疾病、竞争、饥饿、低繁殖率等等原因，引起种群数量下降。环境的改变和波动(如环境的开发和种间竞争)，表现为对种群的选择压力，有机体必须调整以适应这种选择压力，不能适应的有机体便会消失，这