生态环境基础

生态环境基础生态系统与生态环境一、生态系统：指一定空间范围内，生物群落与其所处的环境所形成的相互作用的统一体，是生态学的基本功能单位。（一）.生态系统组成：生产者主要是绿色植物，它们能进行光合作用将太阳能转变为化学能，将无机物转化为有机物，属于自养型生物，如陆地上的灌木、草本植物等。还有一些能利用化学能将无机物转化为有机物的化能细菌。消费者主要由动物组成，能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生物。根据食性不同，可分为一级消费者、二级消费者……。食草动物以植物为食，为一级消费者，如马、羊等。以草食动物为食的肉食动物称为二级消费者，如蜘蛛、蝙蝠等。分解者包括真菌、细菌、一些原生动物及腐食动物，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。非生物环境：生态系统中生物赖以生存的物质，能量及其生活场所，是除了生物以外的所有环境要素的总和，包括阳光、空气、水、土壤、无机矿物质。（二）.生态系统结构（1）形态结构：生态系统中生物的种类、数量及其空间配置（水平分布、垂直分布）的时间变化（发育、季相）以及地形、地貌等环境因素，如山地、平原等构成了生态系统的形态结构。例如绿色植物在垂直方向上的成层现象，就是根据光在垂直方向上沿高度变化的规律，在不同高度上出现不同的植物种类、数量的现象。由于植物的成层现象，动物在垂直方向上也有一定的空间分布特征，例如不同的节肢动物、鸟类可以在不同的高度觅食。（2）营养结构：营养结构以食物关系为纽带，把生物和它们的无机环境联系起来，把生产者、消费者、分解者联系起来，使得生态系统中的物质循环和能量流动得以进行。生态系统中，不同生物通过食物传递植物所固定的太阳能的关系称为食物链。例如绿色植物的茎叶被草食动物采食，草食动物称为肉食动物的猎获物，弱小的肉食动物又被凶猛的大动物捕食。在生态系统中，食物关系往往很复杂，各种食物链有时相互交错，形成所谓食物网。一个营养级指处于食物链某一个环节上的所有生物的总和。营养级之间的关系是指某一层次上的生物和另一层次的生物之间的关系。（三）.生态系统的类型（1）根据生态系统的环境性质与形态特征（2）如果根据生态系统形成的原动力及人类对其影响程度，可分为生态系统分为自然生态系统、半自然生态系统和人工生态系统。二、生态环境的内涵生态环境是生态系统中相对于生物系统的全部外界条件的总和，包括特定空间中可以直接或间接影响有机体生活和发展的各个因素，有生物和非生物因素。生物层次结构及其特征一.种群（一）种群的概念种群是由一群在一定时间内生活在一定地区的同种个体组成的生物系统。种群是物种具体的存在单位、繁殖单位和进化单位。（二）种群的基本特征1.种群的大小、密度与生物量种群的大小：一个种群的个体数目是多少。种群的密度：单位时间或空间内的个体数。（有时候用生物量来代替：单位面积或空间内所有个体的鲜物质或干物质的总重量。）种群的密度都是随着营养因素、气候条件以及其他生态因素而发生变化。另外种群的密度的高低与生物个体大小和食性相关，一般说来，生物个体越小，单位面积中的个体数量越多，例如森林中鼠的数量比鹿的多。另外，由于低营养级的生物总是为高营养级的生物提供能量，因此，草食动物的种群密度往往大于肉食动物的密度。例如，在草原上，蝗虫的单位面积密度远远大于猛兽。2.年龄结构任何种群都是由不同年龄个体组成的，种群的年龄结构常用年龄金字塔图形表示（如下），金子塔底部代表最年轻的年龄组，顶部则代表最老的年龄组，宽度则代表该年龄组个体数量在整个种群中所占比例。3.性别比例无论何种比例关系，种群在正常环境中总保持相对稳定的性别比例关系，它对保持种群的繁殖力有着重要的意义。4.出生率和死亡率如果不考虑生物的迁入和迁出，那么，某生物种群的增长率就等于其出生率减去死亡率。（三）种群的增长形式：J形曲线和S形曲线。假如在一定时间内人们把可能干扰种群增长的一切因素都除去，则将出现下面两种增长曲线：1.以细菌为例，假设每个细菌20分钟分裂一次成2个，依次有2，4，8，16……36小时后将完成108个世代，可以布满地球30cm厚，37小时后厚达人的头顶。这就是世代生物种群的指数增长，或称为几何级数式增长，曲线表现有J形。在开始时增长较慢，随后在较短时间内急剧上升，直到环境条件不能支持该种群继续增长时，急剧恶劣环境导致大量个体死亡时，种群趋于消亡，增长曲线急剧下降，因此又称为“爆发-灭绝”曲线。例如一个甲藻仅在25次时间很短的细胞分裂后即能产生3300万个后代，使得一滴海水含有6000个个体。这样由于其数量大，呼吸及死亡时均消耗大量的溶解氧，使水体缺氧，又由于浮游生物分泌的毒素，导致大量的其他海洋生物死亡，而造成生态灾害。2.种群的增长开始时缓慢的，随后增长加快，由于种群密度的上升，种群内部对环境的有限食物、空间等其他生活资源的竞争也将加剧，后环境阻力增加，种群增长又逐渐下降，并一直下降到一个平衡的水平上为止。这种种群在有环境条件制约情况下形成的这种“S”形曲线也叫做逻辑斯谛增长曲线。S形曲线的方程式为式中，K-生境的极限容纳量，指种群所在条件允许下某一物种的种群增长所能达到的最大密度。逻辑斯谛方程基于四个基本假设得到的：1.环境允许种群有个最大值；2.种群增长随着密度的上升而按比例逐渐降低。3.种群密度的增长对其增长率的降低作用而立即发生；4.种群无年龄结构，也没有迁入和迁出。二.群落群落是一个能将一定时间内，生活在一定地区和一定环境条件下若干种群集合在一起的生物系统。（一）群落的基本特征1.群落的外貌：同一群落，随季节不同，也表现出不同的外貌。如温带落叶阔叶林，春夏郁郁葱葱，冬季则枯枝败叶。2.物种多样性：一群落包含很多种生物。环境条件愈优越，群落结构越复杂，组成群落的生物种类就愈多，如云南西双版纳南部的热带雨林中，组成群落的主要高等植物约130多种。3.优势现象：群落中有很多种物种，但并不是所有物种都对决定群落的性质都起同等重要的作用，而是其中少数凭借自己的大小、数量和活力对群落产生重大影响。如大兴安岭红松林中，优势种群不仅决定群落的外形和结构，而且在能量代谢上起主要作用，对其他生物的栖息环境有调控作用。4.物种的种间关联与群落系数：由于它们必须共同适应它们所处的环境，一些物种间因相互协调或竞争排斥等呈现的正关联或副关联。在群落生态研究中，要把特征相似的群落进行比较，找出他们之间的相似程度，即为群落系数。5.群落结构：分为水平结构和垂直结构。前者是在群落内部水平方向上，因环境状况的差异而形成的不同的生物的分布；后者指生物在空间垂直分布上所产生的成层性分布现象，如在森林群落中，上部空间为乔木层，往下为灌本层、草本层、地被层和地下层。（二）群落的演替群落随着时间变化而变化，一种群落被另一种群落代替的过程就称之为群落演替，演替最后终止在一个稳定状态的群落称为顶级群落。群落演替按裸地的性质可分为：原生演替和次生演替。原生演替是指在原生裸地上（完全没有植被并且也没有任何植物繁殖体存在的裸露地段）开始进行的群落演替，如池塘开始的原生演替。次生演替是指在由于火灾、干旱、水灾等自然灾害以及人类不合理的经济活动导致原有群落毁坏后的次生裸地上进行的演替。如森林被火烧或砍伐以后所经历的演替过程，这就是次生演替。这些生态系统虽然被破坏，但并未完全被消灭，原来群落中一些种子、原生动物等被保留下来，因此这种演替过程不是从一无所有开始的。次生演替比原生演替快。生态因子以及其生态作用组成环境的具体因素称为环境因子，或叫生态因子。一.主要生态因子的生态作用：1.温度：温度可直接影响动物新陈代谢过程的强度和特点、有机体的生长和发育速度、繁殖、行为、数量和分布等。另外温度影响气流、降水，从而间接影响了动植物的生存条件。如热岛效应对整个生态系统的非生物因子和生物成员。2.光和辐射：（1）生物生活所需要的全部能量直接或间接地来源于太阳光；（2）植物利用太阳能进行光合作用，制造有机物，动物直接或间接从植物中获取营养；（3）生物的昼夜节律和季节性节律都与光周期有着直接的联系。（4）光污染对生物的生存和健康带来危害的现象。如光化学烟雾等。3.水：水是一切生命活动和生化过程的基本物质，是光合作用的底物，是植物营养运输和动物消耗等的介质；水与大气之间的循环支持生物的气候，并帮助调节全球能量平衡，水能够决定生物群落的类型和动物行为；水还在岩石风化中起重要作用，也是成土的重要因素。4.空气：大气中的CO2是植物光合作用的原料，O2是大多数动物呼吸的基本物质；大气中的水和CO2对调查生物系统物质运动和大气温度起着重要的作用，氧和二氧化碳的平衡是生态系统能否进行正常运转的主要因素、大气流动产生对如花粉传播等移动产生推动作用，也可对动植物产生不良影响，如强风使植物倒伏、折断等。5.土壤：是动植物生长和栖息、活动的场所。生态系统中的如固氮作用等基本功能过程是在土壤中进行的。土壤能对外来的各种物质进行分解、转化和改造等进行净化。二.生态因子作用的一般特征：1.综合作用：各种环境因子都不是孤立存在的，而且彼此联系、相互促进、相互制约的。如温度是植物春化阶段中起决定作用的因子，但是如果空气不足、湿度不适、萌发的种子仍不能通过春化阶段。2.主导因子作用：在诸多环境因子中，常有一个生态因子对生物起着决定性的作用，如对水热条件较好的区域，土壤是决定植物分布类型的主要因子。3.直接作用和间接作用：有些因子对生物影响是直接的，如水、光和温度等；有些是间接的，它通过坡向、坡度、海拔等影响光、水和温等因子分布，从而间接影响生物生长发育。4.阶段性：由于生物生长不同阶段对环境因子的需求不同，因此因子对生物的作用具有阶段性。如洄游性鱼类，在产卵期和生长期要求不同的水质条件。5.不可代替性和补偿性：环境中各因子对生物各具其重要性，尤其是主导因子。任何因子的缺少都会影响生物的正常发育，甚至死亡。从总体上说生态因子是不能代替的，但局部是可以补偿的。就植物光合作用来说，光照不足，可以增加二氧化碳的浓度来补偿。三.生态因子的作用方式：拮抗作用；协同、叠加和增强作用；净化作用拮抗：各因子联合作用时，一种因子能抑制或影响另一种因子的作用。如青霉素产生的青霉素能抑制革兰氏阳性菌和部分革兰氏阴性菌的生长。协同：两种或多种化合物共同作用时，总毒性等于或超过化合物单独作用时的毒性总和。增强：一种无毒性的化合物与另一种化合物共同作用时，使后者毒性增强。叠加：总毒性为各化合物单独作用时的总和。净化：利用物理、化学、生物等方法消除水、气、土壤中有害物质的作用。自然净化作用有物理净化，如烟尘通过扩散、重力沉降和雨水的淋洗作用等得到净化；化学净化，如氧化还原、化学与分解、吸附、凝聚、交换和络合等作用使某些物质毒性降低的过程；生物净化则使生物对污染物的吸收、降解作用，使污染物浓度降低或毒性减少的作用，如进入土壤或河流的某些污染物经过一段时间的自然净化后，可以得到恢复。城市生态系统是人为改变了结构、改造了物质循环和部分改变了能量转化过程、以人类活动为主导的一类开放型人工生态系统。以下6种功能至关重要：净化空气（大气调节）、调节城市小气候、减低噪声污染、降雨与径流的调节、废水处理（废物处理）1.净化空气：众所周知，植被可以吸收大气污染物，具有明显的减轻大气污染、净化空气的作用，但其净化程度取决于城市当地的条件。植被净化空气最初是从叶片对空气中污染物和颗粒物的过滤开始的，其次才进行吸收。过滤能力随叶片面积的增加而增加，因此树木的净化能力要高于草地与灌木。针叶具有最大的比表面积，而且冬季空气污染最严重时针叶树叶不脱落，因此针叶树比落叶树的过滤能力更强。但是，针叶树对大气中污染物却较为敏感，而阔叶树对硫化物SOx（如SO2）、氮氧化物（NOx）、卤化物等污染物的吸收力很强。因此，行道树、公园、城市森林等的结构以种植针、阔混合林时效果最好，植被比水或空旷地有更强的净化空气能力。植被的布局和结构也会影响净化能力，过于密集的植被又会引起大气紊流。2.调节城市小气候：城市内