环境保护与管理第二节课.ppt

1、第一章生态学基础生态学基本原理生态系统的物理化学循环环境污染和生态平衡学习生态学基础是让学生认识人与环境的关系，用生态规律保护自然资源，防止环境污染。 第一节生态学基本原理1、生态学和生态系统1、种群和群落2 .生态系统的构成(1)生产者生物(2)消费者生物(3)分解者生物(还原者生物)3.生态系统的营养水平和食物链4 .生态系统的能量流动和物质循环2、生态平衡1 .生态系统的稳定性2 .生态平衡的破坏3 .生态系统的再建构，一， 生态学和生态系统是1866年由德意志生物学家海克尔(BHaeckel )提出生态学这个名词，定义为“生态学是研究生物和环境的相互关系”。 这个概念一直沿袭到现在。

2、也就是说，生态学是生物科学的一个领域，是研究生物与其生存环境相互关系的学科。 生态学大致可分为两个主要部分：一是基于生命组织的层次性化学基，即包括细胞球、个体、种群三个层次的种群生态学；二是围绕相互作用的基于异种集合体的群落生态学。 这种生物集合体与其生存地区的局部环境因素构成一个整体，通常被称为生态系统。 当然生态学本身可以分为植物生态学、动物生态学、微生物生态学。 生态学是广义的名词，生物圈等于随处可见的生态系统。 1、种群和群落种群是生长在一定群落中的种类个体的综合。 换句话说，个体群是指占据某个地区某种的个体群。 池塘芦苇丛就是一个例子。 生物群落是生活在某地区(或环境)的种群的集合。

3、 比如草原和橡树林就是一个群落。 2、生态系统的构成生态系统的大致划分主要由无生命成分和生命成分两大部分构成。 无生命成分：包含水、二氧化碳、氧、氮、矿物盐类、酸、碱以及在生物有机体之外随时出现的元素体或者化合物，构成生物有机体的大气、水、土壤环境。 生命成分：根据获得能量的方式，生态系统中的生命成分可以分为三组。 (l )生产者生物主要为绿色植物，自养型。 (2)消费者生物是从植物制造的有机物质中获得营养物质和能量的异养消费者。 草食动物：直接食用植物获得营养的动物，也被称为一级消费者。 食肉动物：直接吃草食动物，被称为二级消费者(或一级食肉动物、二级食肉动物)的二级消费者也可能是杂食动物。

4、 (3)分解者有机体(还原者有机体)这是分解有机化合物的细菌、真菌等异养生物。 生态系统的内部构成意象： 3生态系统的营养水平和食物链的美国生态家磷谣言研究了生物之间的关系，积累了丰富的资料，从“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾”、“一山不允许二虎”这句谚语中得到启发，关于食物链和金字塔的营养水平生态系统的生物部分，是从绿色植物开始的各个环节，通常被称为营养水平。 绿色植物为第一营养级，草食动物为第二营养级，第一级食肉动物为第三营养级，第二级食肉动物为第四营养级。 食物能量从绿色植物开始，通过各营养级生物移动，构成食物链。 如图ll、图l-2所示，在生态系统中，通过食物关系连接多个生物，一个生物以别的生物

5、为食物，另一个生物再以第三生物为食物，形成相互通过食物连接的连锁关系，被称为食物连锁。 已知食物链的长度还没有超过5级，这是由以下因素决定的。首先，消费者生物在获得食物上不完全有效，是因为经常有很多生物残留，适合食用，残留。 第二，消费者生物不能把吃的食物都变成自己的原生质体。 其中也有作为粪便排除的东西。消化吸收成为原生质的东西，在呼吸过程中大部分作为燃料变成热损失，一部分作为尿和其他废弃物被淘汰。 因此，生态系统中营养水平之间的能量转移效应一般不超过10，而是处于正营养水平，平均每一水平的生产性、有机体的个体数以及生质能源都急剧减少，形成萩名的所谓“塔式结构”。 例如生质能源金字塔(图l3

6、 )。 “生质能源金字塔”有两个含义。 一是生质能源(个体数)为塔式结构；二是生质能源量比呈金字塔结构。 应用食物链和营养水平理论在经济建设中具有重要的现实意义。 从环境保护的观点来看，特别重要的问题是污染物沿着食物链丰富，污染物沿着食物链进入人体。 (l )生态系统的能量流通过绿色植物的光合作用进入生态系统，沿着食物链从绿色植物向草食动物移动，从草食动物向食肉动物移动，最后从被腐植生物分解的有机化合物向环境分散。 在各营养水平上，由于呼吸的作用，云同步有能量的损失，一部分能量向外部释放。 这种能量流向单向式的现象被称为能流，是生态系统最普遍的特征之一。 生态系统的能量流动如图l4所示。 4

7、.生态系统的能量流和物质循环，从生态系统的能量流原理中提出：一个生态系统实际上是分布在空间中的能量系统。 沿着食物链上升，单位面积可利用的能量越来越少。 因此，最高营养水平的生物必然分布在广阔的地区。 如果想继续存在，就需要不断地进口物质。 因为生物和生态系统中的物质发挥着两个重要的作用。 首先，物质是储存化学形式能量的交通工具；其次，物质是为了维持生命而进行的生化活动的物质构造。 如果没有能量从一种形式变成另一种形式的物质分子，能量就会自由散逸，不能沿着食物链满足其他生物有机体的需要，不能维持生命。 生态系统的绿色植物通过根系从土壤中吸收生命物质元素体的矿物成分，通过叶的气孔从大气中吸收碳(

8、CO2 )，在光电能的作用下形成有机化合物。 然后有机物沿着食物链到达消费者。 随着这些个的生物死亡和分解，再次被释放到环境中。 释放到这些个环境中的物质都将被植物吸收利用，参与生态系统的资源再生。 因此，物质的流动与能量的流动不同。 对于生态系统来说，物质每次转化都有损失，但损失的部分最终回归环境，被植物再利用。 因此，生态系统中的物质趋势是利用、再利用，即循环。 该生态系统的物质循环给了我们启示：农业生产要注意株还田，不破坏生物小循环，降低土壤肥力，防止目前中国农村特别是直接以株根为燃料的无用做法(本来可以在中间进行甲烷发酵)。 注意护士水土流失，水土流失防治，我国每年水土流失的肥料是相当

9、于全国化学肥料工厂化学肥料总生产率的一条防止有毒物质进入人类生态系统的食物链。 二、生态平衡1 .生态系统的稳定性生态系统是复杂动态的系统。 在生态系统中，物质和能量的移动和交换不断发生，必须形成能量和物质的连续流动。 在不受干扰、不受干扰的正常生态系统中，物质和能量的输入是平衡的，这种平衡被称为生态系统的内稳定状态或生态平衡。生态系统具有内部自动调节能力或回种子文件现象，保持自身的稳定。 也就是说，在成分多样、能量和物质流动路径复杂的生态系统中，容易稳定。 由于系统的一部分有问题，可以用不同部分的调节来抵消。 相反，成分简单结构简单的生态系统，内部调节能力小，对激烈的生态变化通常比较敏感脆弱

10、。 例如，只有两种生物的简单食物链： a (被掠食者) b (掠食者)对于稍微复杂的食物链，可以看到补偿其中一个种群数量变化的方法： (a，b是被掠食者，c是掠食者。 2、生态平衡破坏理论上，一个生态系统有向稳定状态(动态平衡)发展的趋势，即其组成、结构和能量与物质循环有长时间基本一致的趋势。 但是，由于自身内部的不符点和外界的自然，特别是人类活动因素的影响，总是很难达到稳定状态。 去除一个因素，增加一个因素，改变一个因素的性质和强度，可能会诱发生态系统反应的长链，破坏系统的平衡。 一旦失去平衡，就会发生难以预测的一系列变化，往往会导致难以预测的结果。 人类活动对环境的影响可以分为4种。 以资

11、源的开发和利用为目的，人类将有计划地进行大规模的生产活动，使原始的自然景观变成人为的景观。 由于人口的增加和工矿交通事业的迅速发展，促进了人类进入自然，使自然环境发生了更广泛的根本性变化。 原本潜藏在岩石圈深处的一些资源和元素体，由于人类的开发而发动，上升到地表，释放出多种物质，进入人类环境，有的对人类有益，有的直接对人类和生物有害。 为了保护农业林业等的生产，过剩地使用残效长的剧毒化学物质和广域杀虫剂，防止病虫害和杀死对人类有益的害虫天敌，污染了环境。 3、生态系统再建构生态系统在长期的历史发展中形成，构成生态系统的各要素之间基本协调、稳定、平衡。 但是，即使从外部增加或减少这些个的一部分要

12、素，如果改变物质交换和能量转化，生态系统的微妙平衡就会崩溃，平衡也会崩溃。 在正常情况下，由于生态系统的复杂性和多样性，其自身具有自我修复和自动调整的能力，能够恢复平衡，保持系统。 但是，当这种破坏超过界限或超过环境容量时，整个系统可能会衰退、中断或被破坏。 生态系统的核心是生物群落，生态平衡由各种生物群落具有的自动调节和自我修复能力来维持。 因此，如果人类能够一盏茶地认识和掌握生物调节的反应历程，积极创造生物种群自身修复能力的恰当条件，那么原本失调和破坏的生态平衡往往能够重新取得生态平衡。 生态平衡的维持是通过生态系统自身的自动调节能力(或种子文件回归现象)来实现的。 一个生态系统内的各物种

13、，食物链到处都处于一个营养水平，各级多数生物，总是与其他水平的生物构成食物网(即各种食物链交错)的关系，该网状生态结构是生物调节最重要的反应历程之一。 一般来说，生态系统的成分越多，能量和物质的流路越复杂，内部调节能力越大，因此系统越稳定。 相反，生态系统成分越单调、结构简单，内部调节能力越小，对剧烈的生态变化通常比较敏感脆弱。 必须维持生态系统内的物质和能量的循环。 植物进行光合作用和呼吸作用的云同步，吸收水分和养分，不断蒸发水分。构成自我和储蓄养分的稳定生态系统需要维持这一循环过程，保持生态平衡。 生态系统的发展，必须与环境形成一定的稳定关系，与环境协调。 把人类放在生态系统内，生态系统必

14、须为人类提供物质、精神健康的生活环境，否则，这个系统也是不稳定的。 第二节生态系统的物理化学循环一、水循环1 .水圈2 .水的作用(1)没有水就没有生命(2)水是宝贵的资源3 .水在地球上的分布和水的循环二、碳循环三、氧循环四、氮循环五、磷循环，1 .水的作用(1)没有水就没有生命水构成任何生物的基本(2)水是宝贵的资源，任何工业、交通、建筑等部门都不开水，而且数量多，是符合一定质量要求的水。 3 .地球上水的分布和水循环(地球上水的分布参照表1-1 )，淡水湖和河川的水量仅占地球水量的0.0091，地下水中的浅层水也仅占0.3191。 人类的各种用水，基本上依靠这些个的淡水。 地球上的这些个

15、水不断循环，位于平衡态。 因此，河流不停，地下水位相对稳定，标高无明显变化。 在阳光下，河川湖泊和海洋等地面水蒸发，植物茎叶蒸发，形成水蒸气，进入人的大气，遇到冷凝，以雨、雪、冰雹等形式打扫地面。 洒在地面上的水，一部分侵入地下变成土壤水和地下水，植物蒸发，从地面直接蒸发。 一部分流经河流和湖泊，从这些个水面蒸发或植物蒸发。 由此，形成了不间断的往返循环过程，称为水循环。 水循环由蒸发(蒸发)、大气环流的水蒸气输送、降水和流出4部分构成。 我国大陆的水主要是从东和东南海面通过大气输送来的。 二、碳循环碳是构成生物的主要元素体。 二氧化碳通过植物的光合作用转换为氧和葡萄糖，葡萄糖构成植物体内的碳

16、水化合物。 动物吃这些个的碳水化合物，一部分通过酸化作用产生能量，呼出的二氧化碳还被植物利用，这是碳循环的一面。 被这些个生物的死亡和微生物分解，最后被二氧化碳和水等氧化，二氧化碳又被植物吸收利用，第二次参加生态资源再生。 生物有机体在地质史上形成的燃料化石，经过燃烧使大气中的二氧化碳增加，再次回到大气层，参加了生态系统的循环和再循环。 参照图l5。 三、氧循环氧的循环比较复杂。 氧不仅维持着生命，也来自生命。 现在大气中的氧气，虽然不是全部，但几乎都是主要来自植物，也就是植物光合作用产生氧气。 人类活动也会影响生物圈的氧循环和地球上的氧收支。 人类除了吸收氧气、吸收二氧化碳之外，还通过燃料的

17、燃烧等降低氧气水平，增加二氧化碳的比例。 二氧化碳、水、氧循环的简单模式如图1图6所示。 四、氮循环氮也是构成生物生物生物的重要元素体之一，是蛋白质的主要成分。 大气中的氮约为78，但植物不能直接利用，只有氮的固定细菌和部分蓝藻将空气中的氮转化为硝酸盐用于高等植物。 植物从土壤中吸收硝酸盐等，与复杂的含碳分子结合生成各种氨基酸，许多氨基酸结合形成蛋白质。 动物吃了这些个的蛋白质，构成了体内组织的一部分。 动物死亡后，蛋白质被微生物分解成硝酸盐等，生长在土壤中，被植物吸收利用。 土壤中的硝酸盐等的一部分通过反硝化菌变成分子氮，转移到大气中。 氮的循环过程如图l7所示。 五、磷循环磷是生物的另一重要元素体，参与了向所有生物提供能量的代谢过程。磷对研究水体污染具有重要意义，因为人们过量使用含磷洗衣粉和磷肥会引起水域植物的快速生长，从而危害环境。 磷循环如图l8所示，其主要来源是磷酸盐岩石、鸟粪和化石动物的沉积。 由于侵蚀和采矿，磷从岩石移动，进入水循环和食物链。 经过循环，一部分沉积在深海，浅海内的磷通过海鸟和鱼类登陆到陆地，直到地质活动再次被提起。 如上所述，地球上的物质通过各种循环不断运动。 物质循环在各种各样的生物之间，在生