第三章生物与环境

环境科学概论第三章生物与环境主讲：章玲环境科学概论一、生态系统的概念生态系统就是在一定的空间内，生物群落与其环境之间通过不断地物质循环和能量流动而相互作用，相互制约，不断演化，达到动态平衡，形成相对稳定的统一整体，是具有一定结构和功能的单位。种群：一个生物物种在一定范围内所有个体的总和。群落：在一定的自然区域中许多不同种的生物的总和称为群落。环境科学概论返回宇航员分解罐藻类太阳养分水粪便食物、水O2CO2环境科学概论1.生产者主要是绿色植物和某些能进行光合作用或化能合成作用的细菌，它们能利用太阳能或化学能把无机物转化为有机物，把太阳能转化为化学能，不仅供自身生长发育的需要，而且也养活着生态系统的其他生物。2.消费者：直接或间接以生产者为食的生物称为消费者，它们不能直接利用无机物来养活自己，只能靠吃其他生物来生活。这类生物也称异养生物。二、生态系统的组成环境科学概论所有动物都是消费者，根据其食性的不同分为：食草动、食肉动物和杂食动物。寄生生物构成另一种重要的消费者：有的寄生物生活在它们寄主的体内，这种生物称为内寄生生物（如绦虫），另外还有依附在它们寄主的体外，称为外寄生生物如（虱）。以碎屑为食物的生物被划为单独的一类消费者。（死的植物性物质，死的动物性物质以及粪便废弃物构成大量有机物称为碎屑）。环境科学概论消费者的分级初级消费者：以生产者为食；第二消费者：以初级消费者为食；第三消费者：以第二消费者为食；第四消费者：第五消费者：环境科学概论3.分解者：指各种具有分解能力的微生物，也属异养生物。它们的任务和生产者正好相反,他们把复杂的有机物分解成简单的无机物，还给无机环境，再重新供生产者利用。环境科学概论4.无生命物质：也称为非生物成分，是生态系统中生物赖以生存的物质和能量的源泉及活动场所，可分为：原料部分，主要是阳光、O2、CO2、H2O、无机盐及非生命的有机物；媒质部分，指水、土壤、空气等；基质，指岩石、砂、泥。生产者、消费者、分解者、无生命物质，自然界的生态系统一般都含有这四个组成部分，其中，非生物部分和生物部分中的生产者和分解者是必不可少的。生态系统中的物质循环和能量流动都是通过这四部分来实现的。环境科学概论1.生态系统的形态结构：生态系统的形态结构反映生态系统的外部特征，生态系统的生物种类、种群数量、种的空间配置（水平分布、垂直分布），种的时间变化（发育）等构成了生态系统的形态结构。2．生态系统的营养结构：生态系统各组成部分之间建立起来的营养关系，构成了生态系统的营养结构。三、生态系统的结构环境科学概论1.食物链食物链：在生态系统中基于食物关系而把多种生物连接起来，一种生物以另一种生物为食，彼此形成一个以食物连接起来的锁链关系，称为食物链。按照消费者的获食特点，将食物链分为四类：一是捕食性食物链，也称放牧式食物链：植物→小动物→大动物，后者可以捕食前者。四、食物链和生态金字塔环境科学概论二是碎食性食物链，碎屑食物→碎屑食物消费者→小肉食性动物→大肉食性动物。三是寄生性食物链：以大动物为基础，由小动物寄生到大动物身上构成。四是腐生性食物链：以腐烂的动植物尸体为基础。环境科学概论2.生物金字塔十分之一定律：低位营养级是高位营养级能量的供应者，但低位营养级的能量仅有10%能被下一个营养级利用。英国生态学家查尔斯在研究了在生态系统中，食物链的营养级从低到高，从生产者到消费者，生物的数量越来越少的现象后，提出了生态金字塔的概念。有三种表示方法：环境科学概论生物数量金字塔生产者野草：5842424株消费者Ⅰ（草食动物）：昆虫708624只消费者Ⅱ（肉食动物）：小鸟354901只消费者Ⅲ（肉食动物）：鹰3只环境科学概论生物量金字塔生产者大叶藻：重4800万吨消费者Ⅰ：吃大叶藻的小鱼、小虾1200万吨消费者Ⅱ：吃小鱼小虾的大鱼17万吨消费者Ⅲ：吃大鱼的凶猛的鱼类3万吨环境科学概论能量金字塔一平方米面积上生产者净生产的能量是8833千卡；消费者Ⅰ净生产的能量是1478千卡；消费者Ⅱ净生产的能量是67千卡；消费者Ⅲ净生产的能量是6千卡；环境科学概论能量流动、物质循环和信息联系构成了生态系统的基本功能。1．生态系统的能量流动：在生态系统中，能量不断地沿着太阳→植物→植物性动物→肉食动物这样的线路流动。五、生态系统的功能环境科学概论生产者消费者分解者太阳热热热生态系统中的能量流动环境科学概论2.生态系统的物质循环水循环：水分从大气到地面再返回大气的循环称之为水循环。水分从大气运动到地面为降水，一般分为降雨和降雪两种形式。降水沿地表面运动，则成为地表径流，渗入地下蓄水层，则成为地下水。若降水落到植物上，或汇成水滴滴下，或从叶片上蒸腾。水从地表和水面蒸发以及从植物蒸腾又返回大气中。生命化学过程伴随着水循环不停地进行着。环境科学概论生产者消费者分解者太阳生态系统中的物质循环环境返回环境科学概论碳循环碳的循环的主要途径：（1）大气中充满CO2，经过绿色植物的光合作用，将大气中的CO2变成碳水化合物，同时释放出O2，供动物需要，同时植物在呼吸中又将CO2返回大气中，供植物再度利用。（2）植物被动物采食后，碳水化合物便进入到动物体内，并沿着植物→草食动物→肉食动物的食物链转移，凋零物或尸体被分解者分解时，也会产生CO2返回大气，供植物利用；环境科学概论（3）矿石燃料是在漫长的地质年代，由植物固定的碳素变成的，当它们被人类燃烧时，耗去大气中的O2，而释放出CO2。（4）大气中的CO2有很大一部分被海水吸收，逐渐转变为碳酸盐沉积海底，形成新的岩石使一部分碳较长时间贮藏在地层中，火山爆发时，又可以使地层中的一部分碳回到大气层。环境科学概论氮循环大气中的氮进入生物有机体内主要有四种途径①生物固氮。②工业固氮。③岩浆固氮。④大气固氮。环境科学概论氮进入植物体内，被植物利用，在植物体内再与复杂的含碳分子结合，形成各种氨基酸，构成蛋白质。动物直接或间接以植物为食，从植物体中摄取蛋白质，作为自己蛋白质组成的来源。动物在新陈代谢过程中，将一部分蛋白质分解，形成氨、尿素、尿酸等排入土壤。动植物遗体在土壤微生物的作用下，分解成NH3、CO2、H2O。部分NH3也进入土壤。土壤中的NH3形成硝酸盐，一部分重新被植物利用，另一部分在反硝化细菌的作用下，分解成游离氮进入大气，完成了氮的循环。环境科学概论3.生态系统的信息联系生态生态系统中的信息主要有营养信息、化学信息、物理信息和行为信息。①营养信息：通过营养交换方式，把信息从一个种群传递给另一个种群。环境科学概论②化学信息：生物在某些特定的条件下或某个生长发育阶段，分泌出某些特殊的化学物质，在生物的个体或种群之间起着某种信息传递的作用。③物理信息：鸟鸣、兽吼、颜色和光等构成了生态系统的物理信息。④行为信息：有些动物通过自己的各种行为格式向同伴发出识别、威吓、求偶或挑战等信息。环境科学概论1．定义：在一定时期和一定范围内，生态系统的各组分保持一种动态的平衡状态，系统的基本特点没有明显的改变，当有外界干扰时，能自行校正，维持平衡，此状态就称为生态平衡。六、生态平衡环境科学概论黄河在诉说黄河故道在诉说着什么？黄沙侵吞着最后一环碧水，碧水护持着最后一轮孤岛。人们说，这里是黄河的故道。过去的美丽，为什么已经不在？曾经的富饶，何以把围困重蹈？天地不语，只有狰狞的荒漠，意味深长的，向人类布道。环境科学概论2．破坏生态平衡的主要因素人为因素引起的生态平衡的破坏，主要有三种情况：（1）生物种类成分的改变（2）环境因素的变化（3）信息系统的破坏环境科学概论1．生物污染当污染环境的某些物质在生物体内累积，其数量超出了生物体内正常含量，并足以对生物的生活产生影响和危害时，就称生物受到了污染。2．生物污染的途径：生物吸附生物吸收生物富集。七、生物污染与生态破坏环境科学概论3.生态破坏生态破坏是指生态系统的平衡遭到破坏，导致了系统的结构和功能严重失调，从而威胁到人类的生存和发展。人类造成的生态破坏主要表现在：（1）森林破坏：造成森林面积不断减少的原因，首先是因为人们长期过量地采伐，使森林的面积急剧减少；其次是现代农业将部分森林永久地变为农田和牧场；环境科学概论亚马孙河流域森林破坏（目前）数百年来，南美洲亚马孙河一带的居民一直在开垦土地用于耕种。而20世纪以前，这样做的影响并不大，因为森要是如此广袤，而所开垦的土地面积又是如此之小。但是，采用现代化机械砍伐森林，既快又滥，决非手工所能比拟的。同时，南美洲人口的增长使庄稼用地和畜牧用地的需求大为增加。农民迁入树木已被砍伐的土地。但过了几年，当土壤贫瘠时，他们又会迁往别处。树木吸收二氧化碳而放出氧气，破坏树木意味着大气中二氧化碳的含量增加。这是“全球变暖”的原因之一，它最终将影响世界气候和我们所有人。环境科学概论▲这里的树木已被伐去，以便用作居民点。附近建成的新柏油路，鼓励人们迁入该地区。▲在巴西东南部，大片的雨林被砍伐，以便铺设一条新的铁路。这将鼓励人们来附近地区定居。每分钟，全世界推土机清除掉的热带森林的面积，相当于200个足球场的大小。依照现在的这种破坏速度，亚马孙雨林将在400年以内完全消失。环境科学概论（2）草原退化：由于过度放牧和不适宜的开垦耕种，往往引起草场退化，发生土壤侵蚀，土壤盐碱化和沼泽化，并可进一步荒漠化。（3）水土流失：有人认为，在自然力的作用下，形成1cm厚的土壤需要100-400年的时间，因而土壤侵蚀是一场无声无息的生态灾难环境科学概论（4）土地荒漠化荒漠化是包括气候变异和人类活动在内的种种因素造成的干旱、半干旱和亚湿润地区的土地退化。造成荒漠化的原因既有自然原因，也有认为原因，主要表现是土壤退化。环境科学概论