生态学与环境保护

第二章生态学与环境保护生态学研究的内容:研究生物与其生活环境相关关系的学科环境学研究的内容:研究人类活动与环境质量变化基本规律的学科生态学是生物学的重要分支之一，20世纪初才逐渐被公认为是一门独立的学科生态学的分支学科理论生态学动物生态学植物生态学微生物生态学哺乳动物生态学鸟类生态学鱼类生态学昆虫生态学应用生态学污染生态学放射生态学热生态学自然资源生态学野生动物管理生态学人类生态学经济生态学古生态学城市生态学生物栖息地生态学陆地生态学海洋生态学河口生态学森林生态学淡水生态学草原生态学沙漠生态学太空生态学新兴的生态学行为生态学化学生态学数学生态学物理生态学进化生态学环境生态学第一节生物物种、种群和群落一、物种（Species）物种是生物界分类的基本单位，惠特克于1969年提出了生物界的划分方法。界（Kingdom）门（Phylum）纲（Class）目（Order）科（Family）属（Genus）种（Species）生物的三大类：动物：小到单细胞的原生动物，大至发育较为完善的鸟类、兽类。动物种类有200多万种。植物：从低等藻类到高等的种子植物。植物种类有20多万种。微生物：单细胞或结构简单甚至没有细胞结构的低等生物，包括各种病毒、细菌。共有10多万种。物种的变异现象----遗传规律19世纪50年代，达尔文发表了《物种起源》，提出了以“自然选择”为中心的生物进化学说，证明了“物竞天择、适者生存”的进化论学说二、种群（Population）----一定时间内占有一定空间的某一生物种的个体的集合群1、种群的概念2.种群的基本特征⑴种群的大小、密度、生物量大小（Size）----一个种群个体数目的多少密度（Density）----单位时间和空间内的个体数生物量----单位面积或空间内所有个体的鲜物质或生物质的总量⑵年龄结构（Agestructure）----种群中各年龄组个体数在整个种群中所占的比例⑶性别比例----种群中雄性和雌性个体数目的比例⑷出生率和死亡率出生率----单位时间内生物所产生后代个体的平均数死亡率----单位时间内生物死亡的平均数3.种群的变化规律----增长规律有三种增长情况，指数方程曲线、S型曲线和阻尼振荡曲线三、群落（Community）----在一定的环境条件下，各种大小生物种群在特定空间的集合1.群落的基本特征外貌特征、多样性特征、物种的相对数量、优势现象、群落结构。2.群落的演替----物种的变化导致群落内部环境的变化，又对种群产生影响，直至相对稳定。第二节生态系统生态系统----生命系统（生物群落）和环境系统在特定空间的组合。生物群落和非生物环境的集合体Ecosystem–由英国植物学家A.G.Tansley于1935年提出。50年代得到广泛关注，60年代以后成为生态学研究的中心。生态系统的研究是环境学领域研究的重点，因此，工程学研究也逐步向生态学研究渗透。一、生态系统的组成和特征生态系统生物部分非生物部分生产者消费者分解者绿色植物动物微生物物质、能量、场所1.生产者生态系统中能进行光合作用的各种绿色植物、蓝绿藻和某些细菌。又称为自养生物。光合作用太阳能化学能无机物有机物2.消费者以其他生物为食的各种动物（植食动物、肉食动物、杂食动物和寄生动物等）。一级消费者----草食动物二级消费者----肉食动物三级消费者----以前二级消费者为食物3.分解者分解动植物残体、粪便和各种有机物的细菌、真菌、原生动物、蚯蚓和秃鹫等食腐动物。分解者和消费者都是异养生物。4.非生物部分生态系统中生物赖以生存的一切环境条件。无机物：氮、氧、二氧化碳和各种无机盐等。有机物：蛋白质、糖类、脂类和土壤腐殖质等。自然条件：温度、湿度、风、和降水等，来自宇宙的太阳辐射也可归入此类。构成生态系统的各个因素中，生物群落处于核心地位，非生命系统是生物赖以生存的基础，二者处于一种动态平衡之中，才形成一个稳定的生态系统----生态平衡。5.食物链和食物网----生态系统中各种生物之间存在着的取食关系，食物网越复杂，生态系统就越稳定。二、生态系统的功能主要包括：生物生产、能量流动、物质循环和信息流动。1.生物生产----生物吸收环境中的物质、能量，转化成新的物质、能量，实现物质、能量积累，用以延续生命和增长初级生产---绿色植物光合作用对太阳能的积累次级生产---消费者和生产者对初级生产者产生的有机物及储存的能量，进行再生产、再利用的过程生物的代谢种类：光能型微生物厌氧光合细菌：光合作用不释放氧气（紫色、绿色细菌）好氧光合细菌：光合作用释放氧气（蓝藻、绿色植物、叶绿素）化能型微生物----初级生产的基本原理2.能量流动太阳能初级生产者化学能（储存于有机物中）消费者（一级、二级、三级）残体分解者无机物回归环境生态系统能量流的特点：①能量源自于太阳能②能量流沿食物链单向流动，由低级到高级，具有不可逆性和非循环性。③营养级和能量金字塔能量流沿食物链逐渐减少。后一营养级从前一营养级仅能获取能量的10%---Lindeman效率3.物质循环营养物质是各种生命活动（初级、次级生产）的基础微生物细胞的组成：①水和无机盐---维持细胞生命的重要物质②有机化合物---碳、氧、氢、硫、磷组成的有机化合物，构成细胞中蛋白质、核酸、糖类、脂类和维生素生态系统的物质循环：环境营养物有机体代谢分解回归环境水循环：水是最重要的生命物质之一水是细胞代谢和生命活动的基础地球上的总水量14亿立方公里，其中海水占97.3%，冰川为主的陆地水占2.7%，其中1/3为冰帽、冰川，1/3为地下水，不到1%为地表水。水循环：蒸发雨、雪地表水径流地下水水资源短缺资源性短缺水质性短缺碳循环：碳是构成生物体的基本元素，占生物总质量约25%。在无机环境中，以二氧化碳和碳酸盐的形式存在。碳循环的主要形式：CO2光合作用有机碳生物呼吸、分解CO2植物的呼吸作用动物的呼吸作用化石燃料的使用、释放氮循环：氮是形成蛋白质、氨基酸和核酸的主要成分，是生命的基本元素。大气中N2占79%，N2是一种惰性气体，不能被大多数生物直接利用固氮方式：生物固氮---根瘤菌、固氮蓝藻工业固氮---合成氨、铵盐氮循环方式：土壤中氨硝化细菌氧化亚硝酸盐硝酸盐植物吸收蛋白质、核酸（有机氮）蛋白质生物分解水解氨基酸、尿素、氨硝化细菌氧化硝酸盐反硝化细菌氮气磷循环：磷是维持生命活动必需的另一重要因素磷的主要来源：磷酸盐矿、鸟粪、动物化石磷的循环方式：磷酸盐侵蚀开采土壤植物利用残体回到土壤第三节生态平衡一、生态平衡---正常的生态系统中，能量流动和物质循环不断地进行，生产者、消费者、还原者之间保持的一种动态平衡状态生物与非生物之间生物之间生命系统非生命系统生产者、消费者、分解者能量流动环境系统环境系统物质循环物质循环生态平衡的基本特征：①系统中物质与能量的输入、输出保持相对平衡②系统中物质与能量的流动保持合理的比例速度③系统中生物的种类和数量保持相对稳定④系统具有良好的自我调节能力二、生态平衡失调---受外界影响，结构、功能受损，超过自我调节能力，导致系统衰退甚至崩溃而不能修复失衡的结构标志：---系统内生产者、消费者、分解者缺损，种群和数量减少，系统层次结构发生变化失衡的功能标志：---生物生产率下降、能量流动受阻、物质循环中断三、破坏生态平衡的因素1.自然因素2.人为因素植被破坏：森林破坏--森林是陆地生态系统的中心，在涵养水源、保持水土、调节气候、繁衍物种、动物栖息等方面起着不可替代的作用。它还为人类提供丰富的林木资源，支持者以林产品为基础的庞大的工业部门。牧场退化--牧场退化表现为草群稀疏低矮，产草量降低，草质变劣（优良牧草减少，杂草毒草增多）。退化严重的地方整个自然环境受到破坏、土地沙化和盐渍化，导致该地区动植物资源遭到破坏，许多物种濒临灭绝。水土流失：随着森林的砍伐和草原的退化，土地沙漠化和土壤侵蚀将日益严重。水土流失会导致河流含固量增加，泄洪能力降低，造成水库、湖泊和河道淤积，给土地资源和农业生产带来极大破坏，严重地影响了农业经济的发展。荒漠化：随着人类对自然环境的影响日益加剧，荒漠化问题也越来越突出。荒漠化会造成土地的生产潜力衰退，土地生产力下降，草场质量下降，对环境造成污染和破坏。第四节生态学与环境保护一、生态学规律1.相互制约与相互依赖规律主要表现为:“食物链”和“食物网”该规律使生态系统内物种的数量保持相对的稳定，系统内物种数越多，系统越稳定2.物质循环转化与再生规律植物动物微生物非生物成分简单物质新的物质简单物质合成3.物质输入、输出的动态平衡规律4.相互适应与补偿的协同进行规律5.环境资源的有效极限规律生物与环境之间存在着作用与反作用环境资源不能无休止地供给二、生态学在环境保护中的应用目的：如何利用生态学规律，维护生态系统的平衡，确保人类的可持续发展。1.全面考察人类活动对环境的影响利用生态系统的整体观念，评估对环境的影响程度2002年9月全国人大常委会正式通过《环境影响评价法》环境影响评价制度2.利用生态系统的调节能力Self-Purificationandenvironmentalcapacity土地处理系统人工湿地污水灌溉土壤过滤、微生物处理3.解决城市环境问题大气污染物的扩散稀释有利的气象条件减轻大气污染护岸堤坝生态混凝土典型的城市环境问题：住房、交通、能源、人口、污染编制生态规划：人口资源发展产业结构能源利用环境污染开展城市生态系统规律的研究4.综合利用资源和能源①生态工艺（清洁生产工艺、绿色工艺）物质流环境污染环境质量体系无污染生产工艺的研究，资源、能源浪费最少；排出废物最少；废物能被自然界动植物分解；资源的回收再利用；产品的生命周期分析②生态农场提高系统内物质、能量流的数量、质量、速度，最大限度地将无机物转变为有机物—提高生产者生产率实现物质、能量的闭路循环5.探讨污染物质在环境中的迁移转化规律6.环境质量的生物监测和生物评价7.人工生态系统在污染治理中的应用迁移规律和形态变化规律生态系统中生物群落的相互制约、相互依赖的规律污水处理系统、人工湿地生态学与环境保护的中心思想是：根据生态学的基本规律，突出生态环境整体与全局的观念，在全面了解生态系统变化规律的前提下，进行适度地开发，维持生态系统的平衡和稳定，确保人类的可持续发展