何强环境学导论课件1-3章

环境科学导论第二章生态环境南京理工大学环境与工程系第一节概述1kg粮食2.5kg水13.6kg空气33吨粮食54吨水324吨空气人一生中消耗的能源地球每一秒钟发生的事2.4个新生命出生；生产出28.6吨金属，4台电视机，1.3辆汽车；交易总额US＄240，000；排放762吨CO2；减少0.6公顷森林；中国又增加了78平方米沙漠。生态系统对人类的支撑气体调节。气候调节干扰调节水调节水供给侵蚀控制和沉积物保持土壤形成养分循环废物处理授粉和传播种子生物控制庇护所食品生产原材料基因资源休闲娱乐文化自然界的空气、水、土壤与生物界的人、动物、植物、微生物之间存在着相互依赖又相互制约的关系,自然界与生物界的这种状态称为生态。什么是生态呢？一基本概念一个生物物种在一定范围内所有个体总和第二节生态系统Ecosystem生活在一定自然区域内，相互有直接或间接关系的各种生物的总体生物种群生物群落生态系统的概念生态系统是指一定空间范围内，生物与其所处的环境之间相互作用、相互制约、不断演变，达到动态平衡、相对稳定的统一整体，是具有一定结构和功能的单位。生物群落无机环境物质、能量、信息（连续）交换生态系统陆地生态系统淡水生态系统海洋生态系统流水生态系统（如河流）静水生态系统（如湖泊）海岸生态系统浅海生态系统远洋生态系统二、生态系统的分类（根据环境性质和形态特征）湿地生态系统森林生态系统草原生态系统荒漠生态系统极地生态系统按照人类对生态系统的影响划分自然生态系统人工生态系统森林生态系统草原生态系统荒漠生态系统极地生态系统城市生态系统农田生态系统模拟人工生态系统森林生态系统草原生态系统农田生态系统返回湖泊生态系统返回湿地生态系统返回生态系统生物群落（生命成分）无机环境（非生命成分）生产者:绿色植物消费者:草食动物、肉食动物分解者:有机异养型微生物能源:太阳辐射生存环境:水、空气、土壤、岩石代谢物质:CO2、H2O、O2、无机和有机营养物质三、生态系统的组成非生物成分生物成分阳光、温度、空气、土壤、水分各种有机和无机物质。生产者消费者分解者绿色植物（能生产有机物）初级消费者次级消费者三级消费者植食性动物，如鼠、兔等。以植食性动物为食的肉食性动物，如黄鼬、猫头鹰等。以小型肉食动物为食的大型肉食动物，如虎、狼等。细菌、真菌、腐食性动物，如霉菌、蘑菇、枯草杆菌、蚯蚓、粪金龟等。1、成分（一）生命成分1、生产者主要指绿色植物，其次是指光能合成细菌和化能合成细菌。生产者又称为自养生物。作用：光合作用化学能有机物太阳辐射供自身生长发育为其他生物提供能源2、消费者是指直接或间接利用生产者所制造的有机物质为食物和能量来源的异养生物。动物寄生菌类消费者按食物链关系可以分成以下几级：一级消费者：以绿色食物为食的动物。二级消费者：以草食动物为食的动物。三级消费者：以二级消费者为食的动物。3、分解者是具有分解有机物能力的细菌、真菌等微生物和一些小型动物。分解者多为异养生物。作用：以动植物残体和排泄物中的有机物质为食物和能量来源，把复杂的有机物分解为简单的无机物归还环境，供生产者重新利用。（二）无生命成分1.无生命成分包括能源一一太阳能；生物的生存环境-一一水、氧、岩石、土壤等；生物的代谢物质-----二氧化碳、无机盐、水。2.无生命成分在生态系统中的作用为各种生物提供必要的生存环境，为各种生物提供生长发育所必需的营养元素。生产者生产者次级消费者次级消费者初级消费者初级消费者三级消费者四级消费者生产者生产者（浮游植物）请同学们指出该生态系统的组成四、生态系统的结构与功能(一）生态系统的结构食物链（网）生物之间以食物为纽带建立起来的链锁关系，称为“食物链”。食物链彼此交叉联结所形成的网状食物关系称为“食物网”。食物链3、营养级第一营养级第二营养级第三营养级——各类绿色植物，也叫生产者。如浮游植物、小麦、杂草等。——各类植食性动物，也叫初级消者。如蝗虫、鼠、兔等。——以植食性动物为食的肉食性动物，也叫次级消费者。如蛙、食虫鸟、狐狸等。绿色植物蝗虫青蛙蛇老鹰第四营养级第五营养级注意:处在食物链同一环节上的所有生物的总和一条食物链中的营养级一般会有第六营养级吗？举例说明：绿色植物昆虫食虫鸟蛇老鹰青蛙兔第一营养级第二营养级第三营养级第四营养级生产者初级消费者次级消费者三级消费者注意：本食物网中蛇既是第三营养级，又是第四营养级，老鹰则有四、五两个营养级。(二）生态系统的功能1.生态系统中的能量流动2.生态系统中的物质循环3.生态系统中的信息传递1.生态系统中的能量流动：能量在生态系统中的流动是从绿色植物开始,通过食物链的营养级逐级向前传递的,最后以做功或散热的形式消散。呼吸作用消耗能量化学能的转移分解释能太阳生产者消费者分解者生态系统能量流动特点：（1）生产者即绿色植物对太阳能的利用率很低，一般为1％左右。（2）生态系统的能量流动是单向流动。（3）流动中能量急剧减少，从一个营养级到另一个营养级都有大量能量以热的形式散失掉。（4）各级消费者之间能量的利用率也不高，为10％左右。（5）生态系统中，当其生产的能量与消耗的能量保持一定的相对平衡时，该生态系统结构和功能才能保持动态平衡。环境卡片——能量流动的1/10规律在生态系统中，能量从植物体内转移至草食动物体内时大约为总能量的1/10，而再转移到肉食动物体内时，为草食动物能量的1/10左右。一般说来，能量沿着绿色植物→草食动物→一级肉食动物→二级肉食动物逐级流动，而后者所获得的能量大体等于前者所含能量的1/10，这就是说，在能量流动过程中，约有9/10的损失掉了。迁移创新：1.为什么肉类食品的价格比小白菜价格高？根据林德曼能量流动的“十分之一定律”如D鱼体重增加1kg，所需浮游植物约。1000kg2.为什么说“一山不容二虎”?3.食物链一般不超过五个营养级?2.生态系统中的物质循环：物质循环(物质流)是生态系统中构成生命体的各种物质以及一些非生命体构成的必要物质的传递和转化的动态过程。维持生命所需的物质：第一类：能量元素——构成蛋白质的主要元素，约占97％碳、氢、氮、氧第二类：营养元素——生命活动大量需要的元素磷、钙、镁、钾、钠等第三类：微量营养元素——生命活动必须但需要量很少的元素铝、碘、溴、氟、铜、锌、锰、铁、硒等五种物质的循环水循环碳循环氮循环磷循环硫循环(1)水循环冷凝H2O蒸发CO2降水蒸发吸收H2O为物质能量交换提供基础调节气候、清洗大气净化环境(2)碳循环大气中的CO2燃烧光合呼吸和残体的腐烂扩散水面水生物光合作用、矿物燃料碳酸盐岩石呼吸作用和腐烂(3)氮循环大气中的氮闪电固氮生物固氮火山喷化肥固氮出的氮蛋白质固氮菌反硝化细菌动植物尸体铵返回土壤沉淀层流失亚硝酸盐硝酸盐(4)磷循环化石磷矿床磷酸盐岩石海鸟和鱼鸟粪层散失在深海天然侵蚀沉积层中人工开采浅海沉积层食物链原生质合成磷酸盐化细菌溶解的磷酸盐（1）营养信息：通过营养交换的形式,把信息从一个种群传递到另一个种群,或从一个个体传递到另一个个体,食物链(网)即是一个营养信息系统。（2）化学信息：生物分解出某些特殊的化学物质，这些分泌物在生物的个体或种群之间起着各种信息的传递作用。（3）物理信息：鸟鸣、兽吼、颜色、光等构成了生态系统的物理信息。（4）行为信息：有些动物可以通过自己的各种行为方式向同伴发出识别、威吓、求偶和挑战等信息。3.生态系统中的信息传递：-北极狐和北极兔据科学家们观察，生活在北极地区的北极狐是以北极兔为食的。北极狐一胎可以怀单胎，也可以怀双胎。而这是取决于北极兔的多少。北极兔的数量多，怀双胎；数量少则怀单胎。这对于维持生态系统的平衡是至关重要的。难道是北极兔告诉北极狐自己的数量吗？显然不可能，这只能是生态系统中某些类似物理、化学等信息在起作用。营养信息一、生态系统中信息的种类案例[案例1]一、生态系统中信息的种类案例?下例信息属于哪种信息类型？物理信息莴苣种子萌发率与光的波长的关系在繁殖季节，公鸡具有“大红冠子花外衣”来引诱母鸡交配。一、生态系统中信息的种类昆虫学家就发现，一只雄飞蛾能够接近到几公里外雌飞蛾发出的某种信号，从而赶去相会。它们敏锐的触角能捕捉空气中不足1/3盎司（1盎司=28.350克）的信息素（一种无色无味的特殊化学物质）。[案例2]凤眼莲根部的分泌物可以明显地抑制由于水体富营养化而大量繁殖的藻类的生长。化学信息一、生态系统中信息的种类[案例3]行为信息1）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。2）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。3）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。4）生态系统有趋于成熟的倾向。由简单状态变为复杂状态，定向性的变化称为演替。5）在任何一生态系统中，环境和能量都是有限的。6）环境的改变和波动表现为对种群的选择压力。7）生态系统有其历史的状况，现在与过去有关，而未来与现在也有关。森林：由乔木或灌木树种为主体组成的绿色植物群体。森林生态系统的重要特征是具有明显的分层结构。生态系统类型生物量/104/kg干物质/亩北冻土带针叶林1南冻土带针叶林2温带阔叶林2.56亚热带阔叶林3热带雨林4.351）森林是地球之肺2）森林是物种基因库3）森林是自然界物质和能量交换的重要枢纽4）森林是人类食物和木材来源的重要基地5）森林在环境保护中起作用①涵养水源和保持水土②防风固沙③美化环境和保护野生动物每天每公顷阔叶林可吸收1吨二氧化碳，放出0.73吨氧气。每年每公顷松林能滞留粉尘34吨。5万公顷森林所含蓄的水量，相当于一座容量为100万立方米的小水库。夏季每天每公顷森林，可以从地下汲取70-100吨水，化为水蒸气。森林作用的数据森林的环境作用含蓄水源增加空气湿度净化空气调节大气成分1234五、生态平衡的概念1.定义：生态平衡指的是生态系统中，能量流动和物质循环能较长期地保持稳定，这种平衡的状态称为生态平衡。2.特点：生态平衡是相对的平衡。生态平衡是动态平衡。生物种类的组成和数量比例相对稳定非生物环境条件相对稳定生态平衡六、生态平衡的机制（一）环境具有自净能力污染物进入环境后，经过自然条件下的物理、化学和微生物的作用，使污染物质在空间扩散、稀释、降解，其浓度下降，使受污染的环境恢复。（二）自动调节作用当生态系统的某一部分出现了机能异常时，就可能被其它部分的调节所抵消。生态系统的组成与结构越复杂，自动调节能力就越强，组成与结构越简单，自动调节能力就越弱。(例如：草原生态系统）调节能力有一定限度。七、破坏生态平衡的因素第一环境问题（自然原因）第二环境问题（人为原因）（一）自然原因指自然界发生的异常变化或自然界本来就存在的对人类和生物的有害因素。（二）人为因素指人类对自然资源的不合理利用、工农业发展带来的环境污染等问题。生态平衡失调的主要原因1.物种改变某一种生物的消失或引进2.环境因素改变工农业的迅速发展使得大量污染物质进入环境3.信息系统的破坏排放到环境中的某些污染物质与某一种动物放出的性信息素发生作用我国的生态环境建设总体目标1999年1月国务院通过《全国生态环境建设规划》总体目标：用大约50年的时间，动员和组织全国人民，依靠科学技术，加强对现有天然林及野生动植物资源的保护，大力开展植树种草，治理水土流失，防治沙漠化，建设生态农业，改善生产和生活条件，加强综合治理力度，完成一批对改善全国生态环境有重要影响的工程，扭转生态环境恶化的势头。国家环保局从1999年起实施33211工程：三河（淮河、海河、辽河）——水污染三湖（太湖、巢湖、滇池）——水污染两区（二氧化硫和酸雨污染控制区）——大气污染一市（北京）——环境保护工程一海（渤海）——环境保护工程加强以京津风沙源和水源为重点的治理和保护，建设环京津生态圈。继续建设“三北”、沿海、珠江等防护林体系，力争到21世纪中叶，森林覆盖率达26%以上。在2007年APEC会议上，中国对世界承诺，到2010年森林覆盖率达20%。如今，这一承诺提前实现。据国务院最近公布的第七次全国森林资源清查结果显示：全国森林面积达19545.22万公