环境生态学总复习2012版

本课程的主要内容l第一章绪论l第二章生物与环境l第三章生物圈中的生命系统l第四章生态系统生态学l第五章生态系统服务l第六章人类对自然生态系统的干扰与生态恢复l第七章环境污染与生态环境影响评价l第八章受损生态系统的修复l第九章生态系统管理l第十章生态环境保护与可持续发展\n\n环境生态学的研究内容l（一）人为干扰下生态系统结构和功能变化规律l（二）生态系统因人类活动而受损的生态学指标l（三）生态系统保护的理论与方法l（四）解决环境问题的生态学途径\n（1）生态学（ecology）的定义l目前通用的观点：生态学是研究生物在其生活过程中与环境关系的科学。\n20世纪著名的八大公害事件公害事件名称地点时间危害情况1.马斯河谷烟雾事件比利时1930.12几千人发病，60人死亡2.多诺拉烟雾事件美国1948.106000人患病，17人死亡3.伦敦烟雾事件英国1952.125天内4000人死亡4.洛杉矶光化学烟雾美国40年代引起眼病，喉头炎,头痛5.水俣事件日本1953始痴呆，神经失常，死亡6.富山事件日本1931始关节痛,骨骼软化萎缩,痛死7.四日事件日本1970年哮喘，肺气肿，10多人死亡8.米糠油事件日本1968患者5千多人，死亡16人\n第二章生物与环境\n第一节地球上的生物\nl生物种的概念1、有区别于其他物种并能稳定遗传的的形态特征2、有一定的分布区3、与其他物种存在生殖隔离l是自然界中一个基本进化单位和功能单位\nl生物的协同进化生物与生物之间的关系称为交互作用。这两对物种在长期的进化过程中，相互形成了一系列形态、生理和生态的适应性特征。\n二、生物多样性l包括四个层次：1、遗传多样性：基因多样性2、物种多样性：物种水平3、生态系统多样性：生境多样性、生物群落多样性、生态过程多样性4、景观多样性：不同类型的景观在空间结构功能机制和时间动态方面的多样化和变异性\n影响生物多样性的因素l1.物种生物量l2.物种的属性l3.生物地化循环l4.系统的稳定性l5.物种库l6.输入环境的总能量l7.纬度、栖息地异质性和生产力\n第二节环境及其类型\n（1）环境（Environment）的概念l环境(environment)：环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间,以及直接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。l环境总是针对某一特定主体或中心而言的，是一个相对的概念，离开了这个主体或中心也就无所谓环境，因此环境只有相对的意义。\n2.2.1生态因子的概念l生态因子（EcologicalFactors)概念¡环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素l生态因子与环境因子¡环境因子指生物体外部全部环境要素。¡生态因子是环境因子中对生物起作用的因子。¡环境因子的外延大于生态因子。\n2.2.2生态因子作用的一般特征l综合作用l主导因子作用l直接和间接作用l阶段性作用l不可代替性和补偿作用\n（1）综合作用l每一个生态因子是在与其他因子的相互影响、相互制约中起作用的，任何一个因子的变化都会在不同程度上引起其他因子的变化，这就是生态因子的综合作用。生态因子间总是互相促进、相互制约，任何单一因子的变化必将引起其它因子的变化，导致生态因子的综合作用。如植物温度、生光强改变影响湿度等长\n（2）主导因子作用l生态环境中各因子地位不同，一般情况下，其中有一个或几个因子对其它因子的变化起主导作用，该因子即为主导因子。主导因子的改变常会引起其他因子的发生明显的变化，或使生物的生长发育发生明显的变化。主导因子是随时间、空间变化而变化的。例如：光合作用时，主导因子是光，温度是次要因子春化作用时，主导因子是温度，湿度和通气条件是次要因子\n（3）直接作用与间接作用植物的生长过程中，光照，温度和雨水能起直接作用，地形虽不重要，但能够影响光照，温度和降雨，故也起间接作用\n（4）阶段性作用l生物的生长具有阶段性，生态因子的作用也就有了阶段性。\n（5）不可替代性和可补偿性l生态因子虽非等价，但一般都不可缺少，一个因子的缺少不能由另一个来完全替代，具不可替代性，尤其是主导因子，如果缺少，便会影响生物的正常发育，甚至造成其生病或死亡；但同时，在一定条件下，某一因子量的不足，可由其它因子的增加或增强而得到补偿，即为可补偿性。例如：锶大量存在时可以减少钙不足对动物造成的有害影响。\n2.2.3生态因子的限制性作用\nl（1）限制因子¡限制生物生存和繁殖的关键性因子叫做限制因子¡生物的限制因子取决于生物对某种因子的耐受范围：¡限制因子的价值l某种生物的限制因子即是其生存的关键；l找到了限制因子就意味着掌握了某种生物与环境复杂关系的钥匙\n（2）利比希（Liebig）最小因子定律¡植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素，这些处于最低量的营养元素称最小因子\n（3）谢尔福特（Shelford）耐受定律l基本描述¡生物的生存与繁殖，要依赖某种综合环境因子的存在，只要其中一项因子的量（或质）不足或过多，超过了某种生物的耐性限度，则该物种不能生存，甚至灭绝。l耐受定律的补充¡生物能够对一个因子耐受范围广，而对另一个因子耐受范围窄¡对所有生态因子耐受都很宽的生物，其分布一般很广；¡在对一个因子处于不适状态时，对另一因子耐受力可能下降；¡生物的耐受性是可以改变的¡对耐受性来说，生态因子之间的作用是相互关联的。\n（4）生态幅l概念：物种对于环境的适应范围的大小。l物种对两个生态因子适应范围不一致时，生态幅为适应范围窄的因子所限制\n生物与环境之间的相互作用l1、环境对生物的作用：影响生物的生长、发育、繁殖和行为；影响生物生育力和死亡率，导致种群数量的变化；某些生态因子能够限制生物的分布区域。l2、生物对环境的反作用：生物对环境的影响，一般称为反作用。生物对环境的反作用表现在改变了生态因子的状况。\n2.3生态因子的生态作用及生物的适应性v光因子的生态作用及生物的适应v温度因子的生态作用及生物的适应v水因子的生态作用及生物的适应v土壤因子的生态作用及生物的适应\n2.3.1光因子的生态作用及生物的适应l光是地球生物生存和繁衍的最基本的能量源泉。l光因子包括光强（光照度），光质和光周期\n（1）光照度的生态作用与生物的适应性l植物—光合作用率在光补偿点附近与光强度成正比，但达光饱和点后,不随光强增加。A光光合合A作作B用用B率率aCPsp光强度bCP光强度A光合作用B呼吸作用sp光饱和点CP光补偿点净生产力\nl水生植物—水生植物在水中的分布与光照强度有关。l陆生植物—对不同光照强度的适应产生阳性植物和阴性植物和耐阴性植物。¡阳生植物对光要求比较迫切，只有在足够光照条件下才能进行正常生长；阴生植物对光的需要远较阳性植物低，光补偿点低，呼吸作用、蒸腾作用都较弱，抗高温和干旱能力较低；耐阴性植物对光照具有较广泛的适应能力，对光的需要介于前两类植物之间。l动物—光照强度影响动物的行为，昼行性动物在白天强光下活动，夜行性动物在夜晚或弱光下活动。\nl光对植物的形态建成和生殖器官的发育影响很大。植物的光合器官叶绿素必须在一定光强条件下才能形成，许多其他器官的形成也有赖于一定的光强。在黑暗条件下，植物就会出现“黄化现象”。在植物完成光周期诱导和花芽开始分化的基础上，光照时间越长，强度越大，形成的有机物越多，有利于花的发育。光强还有利于果实的成熟，对果实的品质也有良好作用。\n生物的光周期现象l光周期现象：明相暗相的交替与长短对植物的开花结实有很大的影响。这种植物对自然界昼夜长短规律性变化的反应，称光周期现象。¡生物的自然选择和进化形成了各自特有的对日照长度的反应方式\nl植物光周期现象—对繁殖(开花)的影响：区分为长日照植物和短日照植物。¡长日照植物(long-dayplants)和短日照植物(short-dayplants)：日照超过一定数值才开花的植物称长日照植物；日照短于一定数值才开花的植物称短日照植物，一般需要较长的黑暗才能开花。前者如小麦、油菜，后者如苍耳、水稻。\nl动物光周期现象—对鸟类等迁徙影响；对繁殖的影响：区分为长日照动物和短日照动物。¡长日照动物(long-dayanimals)和短日照动物(short-dayanimals)：在温带和高纬度地区许多鸟兽在春夏之际白昼逐渐延长的季节繁殖后代，称长日照动物；与些相反，一些动物只有在白昼逐步缩短的秋冬之际才开始性腺发育和进行繁殖，称短日照动物。前者如雪貂、野兔、刺猬；后者如绵羊、山羊和鹿等。\n（2）光质的生态作用与生物的适应l光合作用的光谱范围：可见光区，其中红、橙光主要被叶绿素吸收，对叶绿素的形成有促进作用：蓝紫光也能为叶绿素和胡萝卜素吸收，这部辐射称为生理有效辐射；绿光很少被吸收利用，称为生理无效辐射。此外，长波光（红光）有促进延长生长的作用，短波光（蓝紫光、紫外线）有利于花青素的形成，并抑制茎的伸长。\nl光质对植物的作用：¡小麦的光合作用在波长为400-800nm区较强可见光中的红、橙光对光合作用有促进作用，而绿光为无效辐射；¡紫色薄膜对茄子有增产作用；蓝色薄膜对草莓有增产作用；红光可以促进甜瓜的植株发育。l海洋植物—光合作用色素对光谱变化具有明显的适应性:¡海水表层植物色素吸收蓝、红光；¡深水植物光合色素有效地利用绿光。l高山植物—对紫外光作用的适应，发展了特殊的莲座状叶丛。\nl光质对动物的作用¡主要影响动物的生殖、迁涉、毛羽更换、生长和发育；¡对色觉的影响差别较大：大多数脊椎动物的可见光波范围与人接近，但昆虫则偏于短波光，而且许多昆虫对紫外光有趋光性，这种趋光现象已被用来诱杀农业害虫。¡紫外光对动物和微生物都有有害影响l对微生物有抑制作用；l对人类有致癌作用l对昆虫的新陈代谢有促进作用\n2.3.2温度因子的生态作用及生物的适应¡温度因子的生态作用¡生物对极端温度的适应¡温度与生物的地理分布¡变温与温周期现象¡物候节律¡休眠\n（1）温度因子的生态作用l温度与生物生长¡任一生物的生命活动都有最低、最适和最高温度（三基点）；¡三基点来源于酶系统的活性；¡不同生物的三基点是不同的。l温度与生物发育¡温度与生物发育的最普遍规律是有效积温；\n（2）生物对极端温度的适应性l对低温的适应¡植物l形态上的适应：如寒冷地区植物的芽和叶片通过表面油脂，腊粉，密毛以及个体矮小，蛰状或莲状等，有利于保温，抵抗寒冷l生理上的适应：减少细胞中的水分并增加糖类、脂肪、色素以降低冰点\n¡动物l增大体形（贝格曼规律）l减少突出部位，以减少散热量l增加羽毛和皮下脂肪，并具有隔热性良好的皮毛，可不增加或少增加新陈代谢以御寒。\nl对高温的适应¡也表现在形态，生理和行为三个方面¡1、结构上，植物的绒毛、浅色、革质、叶片垂直排列等特点，能够滤过、反射或减少吸收热量；¡2、生理上，植物增大蒸腾作用；动物放松恒温型¡3、行为上，动物的休眠等\n（3）温度与生物的地理分布l温度是决定生物分布的重要因子，但不是决定因子l一般：温度暖和的地区生物种类多，反之较少。\n（4）变温与温周期现象l不同地带的生物，对昼夜变温与温度周期性变化反应不同l变温与生长¡植物的生长更适应温度的昼夜变化，及所谓植物的温周期现象大多数植物在变温下发芽较好；l植物的生长一般要求温度因子有规律地昼夜变化l变温与干物质积累¡变温对于植物体内物质的转移与积累有良好的作用\n2.3.3水因子的生态作用及生物的适应l水对动植物生长发育的影响¡水对植物的生长也有“三基点”，到最低点，植物生长停止，最高点，植物根系缺氧，烂根；¡水对动物的影响则表现在引起动物的滞育或休眠。\nl水对动植物分布的影响¡水分与动植物的种类和数量有密切的关系。l雨量充沛的热带雨林中植物达52种/hm2，我国大兴安岭则只有10种/hm2。\n（2）生物对水因子的适应——a.植物¡水生植物l有发达的通气组织；不发达的机械组织；水下叶片多为带状、条状或线状，以增加面积，且很薄。\nl生态类型¡沉水植物¡浮水植物¡挺水植物\n陆生植物¡形态适应：l发达的根系；l叶面小；l单子叶植物中一些具扇状的运动细胞，可使叶面卷曲；l具发达的贮水组织；l表面蜡质、细毛、\n¡生理适应：l水分运输的动力l原生质的渗透浓度高。¡行为适应：l气孔关闭\n¡陆生植物l有湿生，中生和旱生三种l湿生植物是抗旱能力最弱的植物，中生植物已经有一套保持水分的结构和功能，旱生植物在形态结构上既能增加水分摄入，又能减少水分丢失：如发达的根系，发达的贮水组织。\nb.动物动物也分两大类¡水生动物l水是溶剂，不同类型的水溶解有不同种类和数量的盐类l水生动物的适应性主要体现在渗透压调节与水分平衡l淡水动物对环境是高渗性的（排盐），海洋动物是等渗的。\n¡陆生动物l陆生动物的适应性表现在三个方面l形态结构：如哺育动物的皮脂腺和毛，能防止水分蒸发；l行为适应：如沙漠动物昼伏夜出；l生理适应：如骆驼不仅有储水的胃，其大量脂肪在缺水时也能分解出水\n2.3.4土壤因子的生态作用及生物的适应性\n土壤的物理化学性质对生物的影响土壤水分l土壤水分与盐类组成的土壤溶液参与土壤中物质的转化，促进有机物的分解与合成。土壤的矿质营养必需溶解在水中才能被植物吸收利用。土壤水分太少引起干旱，太多又导致涝害，都对植物的生长不利。土壤水分还影响土壤内无脊椎动物的数量和分布。\n土壤的物理化学性质对生物的影响土壤空气l在不良条件下，可以降至10%以下，可能抑制植物根系的呼吸作用。当土壤中CO含量过高时（如达2到10-15%），根系的呼吸和吸收机能就会受阻，甚至会窒息死亡。\n土壤的物理化学性质对生物的影响土壤温度l土壤温度对植物种子的萌发和根系的生长、呼吸及吸收能力有直接影响，还通过限制养分的转化来影响根系的生长活动。一般来说，低的土温会降低根系的代谢和呼吸强度，抑制根系的生长，减弱其吸收作用；土温过高则促使根系过早成熟，根部木质化加大，从而减少根系的吸收面积。\n土壤的理化性质及其对生物的影响化学性质¡土壤酸碱度：土壤酸碱度与土壤微生物活动、有机质的合成与分解、营养元素的转化与释放、微量元素的有效性、土壤保持养分的能力及生物生长等有密切关系。过碱性和酸性不利于植物生长，酸性还不利于细菌生长。根据植物对土壤酸碱度的适应范围和要求，可把植物分成酸性土植物（pH<6.5）、中性土植物（pH6.5-7.5）和碱性土植物（pH>7.5）。土壤酸碱度对土栖动物也有类似影响。\nd.植物对盐类的适应性l植物的适应性类型¡对酸性的反应：酸性土植物，中性土植物，碱性土植物¡对钙盐的反应：钙质土植物，嫌钙植物¡对含盐量的适应：盐土植物，碱土植物¡对风沙基质的适应：沙生植物\n\n生命系统的组织层次l分子l基因l细胞l组织与器官l个体l种群l群落\n种群的定义•种群(population):在同一时期内占有一定空间的同种生物个体的集合。\nØ种群不是个体的简单叠加，是通过种内关系组成的一个有机统一体或系统。Ø种群是一个自我调节系统，通过系统的自动调节，使其能在生态系统内维持自身稳定性。作为系统还具有群体的信息传递、行为适应与数量反馈控制的功能。Ø种群不仅是自然界物种存在、物种进化、物种关系的基本单位，也是生物群落、生态系统的基本组成成份，同时，还是生物资源保护、利用和有害生物综合管理的具体对象。Ø一个物种，由于地理隔离，有时不只有一个种群。\n种群主要特征l数量特征Ø种群参数变化是种群动态的重要体现。l空间特征Ø组成种群的个体在其生活空间中的位置状态或布局，称为种群的内分布型l遗传特征Ø种群具有一定的遗传组成，是一个基因库。\n种群动态l种群动态是种群生态学的核心问题,是种群数量在时间和空间上的变动规律：\n种群的分布格局v均匀分布：原因：种群内个体间的竞争。v随机分布：原因：资源分布均匀，种群内个体间没有彼此吸引或排斥。v聚集分布：原因：资源分布不均匀；种子植物以母株为扩散中心；动物的社会行为使其结群。\n种群统计l种群密度的估计方法：Ø绝对密度估计:单位面积或空间上的个体数量。Ø相对密度估计：表示个体数量多少的相对指标。\n种群结构——年龄结构l种群各年龄组的个体数或百分比的分布呈金字塔形，因此，称这样的年龄分布称为年龄金字塔或年龄锥体（agepyramid）。l年龄锥体有三种类型：下降(declining)、稳定(stable)和增长(increasing)型。\n年龄锥体的三种基本类型na下降型种群:幼年组个体数少，老年组个体数多，种群的死亡率大于出生率，种群种群数量趋向减少。nb稳定型种群:种群出生率大约与死亡率相当，种群稳。c增长型种群:幼年组个体数多，老年组个体数少，种群的死亡率小于出生率，种群迅速增长。\n种群结构——性别结构l性比:同一年龄组的雌雄数量之比，即年龄锥体两侧的数量比例。\n肯尼亚、美国和澳大利亚的人口年龄结构\n\n生命表l同生群生命表：根据大约同一时间出生的一组个体（同生群）从出生到死亡的记录编制的生命表称同生群生命表。l静态生命表：根据某一特定时间对种群作一年龄结构调查数据而编制的生命表称静态生命表。l综合生命表：包括了出生率的生命表称综合生命表。\n生命表的意义l通过生命表的研究可以了解种群的动态。\n存活曲线lⅠ型存活曲线：幼体和中年个体的存活率相对高，老年个体的死亡率高。存活lⅡ型存活曲线：各年数龄段的死亡率恒定，的曲线呈对角线型。对lⅢ型存活曲线：一段数极高的幼体死亡率时期之后，存活率相对高。年龄\n种群变化率l种群变化率：△N/△t=rNtØdN/dt=rNtØNt=N0ertØr=ln(Nt/N0)/tl瞬时增长率(r):任一短的时间内，出生率与死亡率之差便是瞬时增长率。lr=lnR0/Tl应用\n关键因子分析lK-因子分析l分析各年龄级k值对总k值的影响，就可知道哪一个关键因子对总k值的影响最大，这一技术称k-因子分析\n种群增长模型l非密度制约种群增长模型l密度制约种群增长模型\n非密度制约种群增长模型l在资源充分（无限的环境(unlimitedenvironment)）的情况下，种群的增长不受密度制约，种群以几何和指数增长。Ø增长率不变的离散增长模型Ø增长率不变的连续增长模型\n增长率不变的离散增长模型Ø在世代不重叠的种群，种群的增长可以用几何增长的模型描述。v模型前提条件：增长率不变;无限环境；世代不相重叠；种群没有迁入和迁出；没有年龄结构v数学模型：N＝Nλtt0v行为：几何级数式增长或指数增长，种群的增长曲线为“J”型，又称“J”型增长。\n种群几何增长模型N=Nλ1N=Nλ210;20初始时的种间隔或世N=Nλ330群个体数量代的长度N=NλN=Nλtt＋1tt0时间t+1处的时间t处的种群个几何增长率(周种群个体数体数限增长率)\n（3）意义λ>1种群上升，λ=1种群稳定，0<λ<1种群下降，λ=0雌体无繁殖，种群在一代中灭亡。\n增长率不变的连续增长模型•模型前提条件：增长率不变化;无限环境;世代重叠;种群没有迁入和迁出;具有年龄结构v数学模型：dN/dt＝rN（微分式）Nt＝N0ert（积分式）v行为：几何级数式增长或指数增长，种群的增长曲线为“J”型，又称“J”型增长。\n种群的指数增长模型种群瞬时增长率(每初始时的种瞬时增长率变化率员增长率)群个体数量(每员增长率)dN/dt=rNNt=N0ert时间t处的种间隔或世种群个体数量群个体数代的长度\n（3）意义：r>0种群上升；r=0种群稳定；r<0种群下降。\n密度制约种群增长模型l增长率随种群大小而变化的离散增长模型l增长率随种群大小而变化的连续增长模型\n连续增长模型\n连续增长模型l种群的逻辑斯谛增长(连续增长模型)：随着资源的消耗，种群增长率变慢，并趋向停止，因此，自然种群常呈逻辑斯谛增长。体现在增长曲线上为“S”型。种群停止增长处的种群大小通常称“环境容纳量”或K，即环境能维持的特定种群的个体数量。种群增长可以用逻辑斯谛模型描述。\n逻辑斯谛增长模型种群当比率增加时，种变化率群增长变慢dN/dt=Nr(1-N/K)种群个体瞬时增长率(每环境容纳数量员增长率)量\n逻辑斯谛增长方程积分式瞬时增长率(每间隔或世环境容纳量员增长率)代的长度Nt=K／（1＋ea-rt）时间t处的种曲线对原点的相对位置，值取群个体数决于N0\n\n逻辑斯谛增长曲线的五个时期KlA开始期NtlB加速期ABCDElC转折期lD减速期K/2lE饱和期t\n指数增长与逻辑斯谛增长之间的关系\n\n逻辑斯缔方程的意义l它是两个相互作用种群增长模型的基础；l它是渔业、林业、农业等实践领域中确定最大持续产量的主要模型；l模型中的两个参数K和r已成为生物进化对策理论中的重要概念。\nr选择与K选择¡r选择(机会主义者）：有利于增大内禀增长率的选择l在不利的环境中，提高繁殖能力来维持种群的数量。如昆虫¡K选择（保守主义者）：有利于竞争能力增加的选择l在有利的环境中，提高竞争能力以获得最大K值的选择。如脊椎动物。¡r-K策略连续统：适应环境变化的双重选择l在不利环境中具有r选择特征，反之，又有K选择特征；\n自然种群的数量变动l不规则波动l周期性波动l季节波动l种群暴发l生态入侵l种群的衰落和灭亡\n种群的衰落和灭亡l种群数量出现永久性的下降和消亡。l种群的衰落甚至灭亡主要有两个原因：¡人类过度捕猎；¡人类对其栖息地的破坏（过度开垦、采伐等）。l种群生存的必要条件¡栖息地的保护；¡生存繁殖所需的最低密度。\n生态入侵l生态入侵：由于人类有意识或无意识地将某种生物带入适宜于其栖息和繁衍的地区，种群不断扩大，分布区逐步稳定地扩展，这个过程称生态入侵。l生态入侵的后果：排挤当地的物种,改变原有的生物地理分布和自然生态系统的结构与功能,对环境产生了很大的影响。入侵种经常形成广泛的生物污染,危及土著群落的生物多样性并影响农业生产。l常见生态入侵物种\n第三节种内与种间关系\n一、种内关系l（一）集群l集群现象普遍存在于自然种群当中。同一种生物的不同个体，或多或少都会在一定的时期内生活在一起，从而保证种群的生存和正常繁殖，因此集群是一种重要的适应性特征。\n集群的生态学意义主要有以下几个方面:l①集群有利于提高捕食效率;l②集群可以共同防御敌害;l③集群有利于改变小生境;l④集群有利于某些动物种类提高学习效率;l③集群能够促进繁殖。\n二、种间关系l种间关系是指不同物种种群之间的相互作用所形成的关系。简单地分为三大类。①中性作用;②正相互作用，正相互作用按其作用程度分为偏利共生、原始协作和互利共生三类;③负相互作用，包括竞争、捕食、寄生和偏害等。\n有利、有害或无利无害的中间态，可用+、－、○表示。物种物种相互作用型相关作用的一般特征12中性作用○○两个物种彼此不受影响竞争：直接干扰型－－每一种群直接抑制另一个竞争：资源利用型－－资源缺乏时的间接抑制偏害作用－○种群1受抑制，种群2无影响寄生作用+－种群1寄生者，通常较宿主2的个体小捕食作用+－种群1捕食者，通常较猎物2的个体大偏利作用+○种群1偏利者，而宿主2无影响原始合作++相互作用对两种都有利，但不是必然的互利共生++相互作用对两种都必然有利\n（一）种间竞争1.种间竞争：指两物种或更多物种共同利用同样的有限资源时产生的相互竞争作用。竞争的结果常是不对称的。2.高斯（GauseG.F.1934)假说：当两个物种利用同一资源和空间时产生的种间竞争现象，两个物种越相似，它们的生态位重叠就越多，竞争也就越激烈。双小核草履虫和大草履虫试验；\n3.竞争排斥原理在一个稳定的环境内，两个以上受资源限制的、但具有相同资源利用方式的种，不能长期共存在一起，也即完全的竞争者不能共存。\n4竞争类型及其一般特征（1）利用性竞争：仅通过损耗有限的资源，而个体不直接相互作用的竞争；（2）干扰性竞争：通过竞争个体间直接的相互作用。\n5.Lotha-Volterra模型物种1：dN1/dt=r1N1（1-N1/K1）物种2：dN2/dt=r2N2（1-N2/K2）物种1：dN1/dt=r1N1[（K1-N1-N2）/K1]物种2：dN2/dt=r2N2[（K2-N2-N1）/K2]（、为物种1和2的竞争系数）\n6、生态位理论（1）生态位(niche)：物种在生物群落或生态系统中的地位和角色。主要指在自然生态系统中一个种群在时间、空间上的位子及其与相关种群之间的功能关系。\nl基础生态位(fundamentalniche)：生物群落中，某一物种所栖息的理论上的最大空间，称为基础生态位。l实际生态位(realizedniche)：生物群落中物种实际占有的生态位空间称实际生态位。\n⑴生态位宽度：指被一个有机体单位所利用的各种各样不同资源的总和。资源少，生态位宽度增加而泛化；资源丰富，生态位宽度减小，促进生态位特化。⑵生态位重叠:生态位重叠是指不同物种的生态位之间的重叠现象或共有的生态位空间，关系到两个物种的生态要求可以相似到多大程度而仍能共存。\nAB生态位分离，无竞争AB生态位相切，无竞争AB生态位相交，产生竞争AB生态位相叠，可能竞争激烈（2）生态位理论生态位分化\n（二）捕食作用1、概念：捕食（Predation）：某种生物消耗另一种其他生物活体的全部或部分身体，直接获得营养以维持自己生命的现象。前者为捕食者（predator），后者为猎物（prey）。\n捕食的生态学意义a.可限制种群分布和抑制种群数量；b.可影响群落结构的主要生态过程，使生态系统中的物质循环和能量流动多样化，提高能量的利用率；c.促进捕食者和猎物的适应性；d.可使种群复壮，更具有生存竞争力。\n（四）寄生1寄生（parastism）:一种生物从另一种的体液、组织或已消化物质获取营养并造成对宿主危害，更严格说，寄生物从较大的宿主组织中摄取营养物，是一种弱者依附于强者的情况。\n二、正相互作用1．偏利共生:仅一方有利称为偏利共生。2．互利共生:对双方都有利称为互利共生。3．原始协作:原始协作可以认为是共生的另一种类型，其主要特征为两种群相互作用，双方获利，但协作是松散的。分离后，双方仍能独立生存。\n遗传瓶颈和建立者效应l遗传瓶颈(BottleneckEffect)l种群数量急剧下降导致基因频率变化和总遗传变异的下降l建立者效应(FounderEffect)¡建立者种群¡建立者效应\n瓶颈效应在越冬种群中●基因频率为50%●在越冬种群基因频率为100%●在第三年种群中基因频率就变化为100%在原种群中●基因频率为80%在第二年种群中●基因频率就变化为50%●100%118\n建立者效应:=5:1:=5:2\n生物群落的组成与结构\n1生物群落的概念l生物群落（thecommunity)¡特定空间或特定生境下，具有一定的生物种类组成及其与环境之间彼此影响、相互作用，具有一定的外貌与结构，包括形态结构与营养结构，并具有特定功能的生物集合体。也可简述为：一个生态系统中具有生命的部分即为生物群落。\nl一定的外貌与结构¡是对环境因素的综合反应所形成的l与环境彼此影响，相互作用¡有相同的生活方式，有对环境大致相同的要求。l共生现象¡包括动物、植物、微生物的共生\n（2）群落的基本特征•具有一定的外貌•具有一定的种类组成•具有一定的群落结构:包括形态结构，生态结构，和营养结构•形成群落环境:群落对环境必然有改造作用•不同物种之间的相互影响:相互适应，相互竞争•一定的动态特征•一定的分布范围•边界特征:明显的边界少见，大多情况下存在过渡带\n2群落的种类组成l种类组成的性质分析l种类组成的数量特征l种间关联\n种类组成的性质分析l对于群落的研究要涉及所有的生物成分几乎是不可能的，一般只涉及某一类生物种群的集合，即当研究对象是植物时，称为植物群落，是动物时称为动物群落。\nl以植物为例，根据各个种在群落中的作用可以划分为以下群落型：¡优势种和建群种l对群落结构和环境的形成有明显控制作用的植物为优势种；l群落不同层次中均有优势种，其中优势层中的优势种叫建群种¡亚优势种l个体数量与作用次于优势种，但仍能起一定控制作用的植物种；¡伴生种l能与优势种共存，但不起主要作用；¡偶见种或稀见种l本身数量稀少或处于衰退中，因而出现频率很低的植物种\n\n种类组成的数量特征l种的个体数量指标l种的综合数量指标l种间关联\n（1）种的个体数量指标¡丰富度(abundance)，又译为多度：表示一个种在群落中的个体数目。¡密度：单位面积上的植物株数¡盖度：植物地上部分垂直投影面积占样地面积的百分比。¡频度：某个物种在调查范围内出现的频率\n（2）种的综合数量指标l优势度：表示一个种在群落中的地位与作用l重要值：表示某个种在群落中的地位与作用¡重要值=相对密度+相对频度+相对优势度（相对盖度）l综合优势比:综合两种以上因素的数量指标\n物种多样性l物种多样性的含义¡种的数目或丰富度：指一个群落或生境中物种数目的多寡¡种的均匀度：指一个群落或生境中全部物种个体数目的分配状况131\n物种多样性（续）l物种多样性：由物种数目和相对多度决定的。¡物种丰富度(speciesrichness):指一群落或生境中物种数目的多寡。¡物种均匀度(speciesevenness):指一群落或生境中全部物种个体数目的分配状况，反映各物种个体数目的分配均匀程度。132\n物种多样测度—丰富度指数lGleason指数群落中物种数目D=（S-1）／lnA单位面积群落中总物种数目lMargalef指数D=(S-1)／lnN观察到的个体总数\nl香农－威纳指数(Shannon-Wienerindex)多样性指数H′=-∑Pilog2Pi属于种i的个体在全部个体中的比例\n物种多样性指数lShannon-Weiner指数H=-Σplnpii上二式中P种的个体数占群落中总i个体数的比例，p=N/N。iilPielou均匀度指数：E=H/HmaxH为最大的物种多样性指数，maxH=LnS135max\n物种多样测度--物种均匀性指数最大均匀条件下的种l均匀度实际的种类类多样性（logeS）多样性群落中的最大E=H′／H′max物种数H′max=-s(1/sloge1/s)=logesH′min=-S/SlogeS/S)=0l不均匀性R=(H′max-H′)／(H′max-H′min)=1-H′／H′max\n群落的结构l结构要素l外貌与季相l垂直结构l水平结构l群落交错区与边缘效应\n生长型类型A乔木：高度在3米以上。B灌木：高度小于3米。包括乔木树种的幼苗，莲座植物（龙舌兰），肉质茎植物（仙人掌等）。C、藤本植物：木质和草质藤本。D、附生植物：主要是蕨类植物、兰科、天南星科E、草本植物：蕨类植物、禾草、阔叶草本植物。F、藻菌植物：地衣、苔藓、真菌、藻类等。\n群落的外貌与季相l外貌（physiognomy）¡群落主要是根据外貌进行区别的；l如森林群落，草原群落，荒漠群落等；¡群落的外貌是由群落优势的生活型和层片结构所决定的；l如针叶林是指针叶林为主的森林。¡群落的外貌一般随时间发生周期性变化。\nl季相（又称为群落的时间格局）¡群落的外貌随着季节性的变化称为群落的季相；¡植物的季相主要体现在枝叶和花果的周期性改变；¡动物的季相主要体现在迁涉、休眠（冬眠、夏眠）、食物储藏等。\n群落的垂直结构l概念：群落在空间上的分层现象l植物的分层现象¡植物的成层结构是自然选择的结果，可以显著提高植物利用环境资源的能力；¡植物成层结构的复杂程度与光的利用率有关l温带夏绿阔叶林的地上成层现象明显l寒温带针叶林的成层结构简单l热带森林的成层结构最为复杂l水中植物的成层结构比较复杂\nl动物的分层现象¡陆地动物的分层主要与食物有关，并受微气候条件影响¡水生动物的分层与阳光、温度、食物和含氧量有关，并随季节变化。\n群落的水平结构l概念¡群落在水平空间的配置状况，又叫水平格局或二维结构。l镶嵌性¡群落层片在二维空间中的不均匀配置，形成的外形上的斑块相间。\nl镶嵌性形成的原因¡亲代的扩散分布习性：如以风力传播的种子，轻者广泛，重者在母株周围群聚；¡环境的异质性：土壤的性质，结构和水分条件等的影响；¡种间相互关系的作用：如动物明显依赖于食物的分布。\n群落交错区与边缘效应l群落交错区的定义¡相邻生态系统之间的过渡带，其特征是由相邻生态系统之间相互作用的空间、时间及强度所决定的l群落交错区的边缘效应¡群落交错区种的数目和密度增大的趋势称为边缘效应\n¡边缘效应原理的实践意义：l利用群落交错区的边缘效应增加边缘长度和交错区面积，提高野生动物的产量。l人类活动而形成的交错区有的有利，有的是不利的。\n群落演替l群落是一个动态的开放的生命系统。l由于气候变迁、洪水、火烧、山崩、地壳运动、动物的活动和植物繁殖体的迁移散布，以及因群落本身的活动改变了内部环境等自然原因，或者由于人类活动的结果，使群落结构受到干扰或破坏，一些生物的种群消失了，就会有其他一些生物的种群来占据它们的空间，再过一段时间，就会有另一些生物的种群兴起，达到一个相对稳定的阶段。\n随着时间的推移，一个群落被另一个群落代替的过程，就叫做演替。\n经典的演替模式发生在弃耕地上的群落演替：一年生多年生早期演替晚期演替灌木杂草杂草树木树木\nl一个湖泊经历一系列演替后，可以演变为一个森林群落，大体要经历以下几个阶段：1.裸底阶段2.沉水植物阶段3.浮叶根生阶段4.挺水植物和沼泽植物阶段5.森林群落阶段\n影响群落演替的因素l环境的不断变化l植物繁殖体的迁移、散布和动物的活动性l种内、种间关系的改变l群落种类组成中新分类单位发生l人类活动\nl群落内部环境的变化：由群落本身的生命活动造成的，与外界环境条件的改变没有直接关系；有些情况下，是群落内物种生命活动的结果，为自己创造了不良的居住环境，使原来的群落解体，为其他植物的生存提供了有利条件，从而引起演替l外界环境条件的变化：群落之外的环境条件如气候、地貌、土壤和火等成为引起演替的重要条件\n人为影响l逆行演替:在不利的自然因素和人为因素（如污染和过牧）干扰下，生物群落的演替也可以向反方向进行，使群落逐渐退化，使群落的结构简单化和群落生产力下降。l偏途演替：人为因素影响下，群落演替按照不同于自然发展的道路进行，这种演替称为偏途演替。\n人为因素l逆行演替:在不利的自然因素和人为因素（如污染和过牧）干扰下，生物群落的演替也可以向反方向进行，使群落逐渐退化，使群落的结构简单化和群落生产力下降。l偏途演替：人为因素影响下，群落演替按照不同于自然发展的道路进行，这种演替称为偏途演替。\n干扰l干扰的概念：正常过程的打扰或妨碍。l干扰的影响¡干扰使连续群落中出现缺口，缺口引起抽彩式竞争。l干扰影响的利弊¡弊：破坏了顶级群落的稳定性，使群落结构发生变化；¡利：–使群落结构产生了非平衡特性，即适应环境的能力加强。–中度干扰能维持生物的多样性（中度干扰假说）\n生态系统生态学\n基本概念生物群落和环境相互作用（物质和能量的交换）的统一体。在一定空间中共同栖居着的所有生物与其环境之间由于不断进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体。生态系统是一个功能单位，而不是生物学中的分类单位。且作为系统，必须满足三个条件：由许多成分组成；各成分间是彼此联系，相互作用的；具有独立的、特定的功能。\n生态系统的组成和结构生态系统的组成成分:生产者（producers）生物环境消费者(consumers)分解者(decomposers)生态系统太阳辐射能非生物环境无机物质有机物质\nl生产者：自养型植物，包括所有进行光合作用的绿色植物和化能合成细菌。绿色植物利用日光作为能源，通过光合作用将吸收的水、CO2和无机盐类合成初级产品——碳水化合物，可进一步合成脂肪和蛋白质。这些有机物成为地球上包括人类在内的一切生物的食物来源。\nl消费者：生活在生态系统中的各类动物和某些腐生或寄生菌类，异养型生物，只能依赖生产者生产的有机物为营养来获得能量。l分解者：异养生物，如细菌、真菌、放线菌以及土壤原生动物和一些土壤中小型无脊椎动物。将复杂的有机物还原为无机物，把养分释放出来，归还给环境中。\n生态系统的结构特征Ø结构是生态系统内各要素相互联系、相互作用的方式，是生态系统的基础属性。Ø生态系统的结构特征有三方面：空间结构、时间结构和营养结构。\n生态系统的物种结构l1、关键种：对群落结构有关键影响的种称为关键种，他们若从群落中消失，会使群落结构发生严重改变甚至会导致其他物种的灭绝和群落的剧烈变化。\n食物链和食物网l食物链（foodchain）:各种生物按其食物关系排列的链状顺序。l食物网（foodweb）:食物链彼此交错连结，形成一个网状结构。\n一个食物链的例子“螳螂捕蝉，黄雀在后”植物汁液螳螂捕蝉，黄雀在后！哈！哈！蝉(初级消费者)螳螂(二级消费者)黄雀(三级消费者)鹰(四级消费者)(顶极食肉动物)\n营养级与生态金字塔¡营养级（trophiclevels）：处于食物链某一环节上的所有生物种的总和；食物链的长度通常不超过6个营养级，最常见的4—5个营养级，因为能量沿食物链流动时不断流失；食物链越长，最后营养级位所获得的能量也越少。因为从起点到终点经过的营养级越多，其能量损耗也就越大；\n¡生态金字塔：生态系统中的能量、生物量或生物个体数目均通过营养级逐级减少，将其由低到高绘制成图，就成为一个金字塔形，可分别称为：l能量金字塔（pyramidofenergy）l生物量金字塔（pyramidofbiomass）l数量金字塔（pyramidofnumbers）\n生态效率——能量参数l摄取量（I）¡一个生物所摄取的能量。l植物：I代表被光合作用所吸收的日光能；l动物：I代表动物吃进的食物能。\nl同化量（A）¡消费者吸收所采食的食物能l动物：消化道内吸收的能量l植物：光合作用所固定的日光能l微生物：细胞外产物的吸收\nl呼吸量（R）¡生物经呼吸等新陈代谢活动所消耗的全部能量l生产量（P）¡生物经呼吸等消耗后净剩的同化能量l动物：P=A-Rl植物：净初级生产量\n营养级位之内的生态效率l同化效率（Ae）AAnn营养级数eIn被植物固定的能量同化效率吸收的日光能被动物吸收的能量动物的摄食量l生长效率n营养级的净生产量NPe组织生长效率即TGen营养级的同化能量Aen营养级的净生产量NPn生态生长效率即EGen营养级的摄入量In\nl营养级越高，生长效率越低。植物的生长效率>动物。植物将光合能量大约40%呼吸，60%生长，肉食动物同化能量大约65%用于呼吸，35%用于生长。哺乳动物呼吸消耗的能量最多，大约占同化量的97-99%，只有1%-3%用于净生产量。\n营养级位之间的生态效率–消费效率（或利用效率）是一种度量一个营养级位对–前一营养级位的相对采食能力或利用能力，一般为25-35%(n1)营养级的摄入量In1消费效率即Cen营养级的净生产量NPn(n1)营养级的同化量An1利用效率即Uen营养级的净生产量NPn\nl消费效率量度一个营养级对前一营养级的相对取食压力。一般在20-35%范围内。每一营养级净生产的65%-75%进入碎屑食物链，被损失到系统之外。l利用效率的高低，说明前一营养级的净生产量被后一营养级同化多少。\nl林德曼效率¡相当于同化效率、生长效率和消费效率的乘积，或称为营养级间的同化能量的比值，曾被认为是一个重要的生态学定律，即十分之一定律¡十分之一定律一般限于湖泊生态系统，其它有的可高达30%，有的则仅有1%IAPI(n1)营养级摄取的食物n1eee1林德曼效率IIApn营养级摄取的食物neee(n1)营养级的同化量An1或即In营养级的同化量An\nl基本概念l生产效率l限制因素l测定方法\nl初级生产量或第一性生产量:¡植物所固定的太阳能或所制造的有机物质。¡总初级生产量=净初级生产量+呼吸消耗的能量，GP=NP+R（J/m2·a）或（g/m2·a）\nl各种生态系统的净生产力¡海洋：河口湾和上涌区高，深海低¡陆地：l木本和草本沼泽>热带雨林>常绿阔叶林>温带阔叶林>针叶林>稀树草原，温带草原>寒漠和荒漠l沼泽和作物栽培地高\nl次级生产量的一般生产过程l次级生产量的测定l次级生产的生态效率\nl一般生产过程l动物种群的能量收支CAFU式中：C—动物从外界摄食的能量，JA—被同化的能量，JAPR式中：P—净次级生产量，J；R—呼吸能量，J。FU—粪、尿能量，JPCFUR\n\nl能量传递规律的热力学定律l食物链层次上的能流分析l生态系统层次上的能流分析\n（二）能量在生态系统中流动的特点l1.能量流是变化的l2.能量流是单向流l3.能量在生态系统内流动的过程是不断递减的过程l4.能量在流动中质量逐渐提高\n生态系统中的物质循环\n物质循环的一般特点l物质循环的概念l物质循环的模式l物质循环的特点l生物地球化学循环的类型\n（1）概念l物质循环（nutrientcycle）即生物地球化学循环（Biogeo-chemicalcycle）¡生态系统内的各种化学元素及其化合物在生态系统内部各组成要素之间极其在地球表层生物圈、水圈、大气圈和岩石圈（包括土壤圈）等各圈层质检，沿着特定的途径从环境到生物体，再从生物体到环境，不断地进行着反复循环变化的过程。l生物地球化学循环分为地球化学循环（地质大循环）和生物循环（生物小循环）两种基本形式。\n（1）物质循环（生物地球化学循环）：生物地球化学循环生态系统从大气、水体和土壤等环境中获得营养物质，通过绿色植物吸收，进入生态系统，被其他生物重复利用，最后再归还于环境中的过程。这一过程包括生物与非生物二者的参与，同时也包含一些地质与地理作用在內，因此称为生物地球化学循环。\n影响循环速率的重要因素¡循环元素的性质l元素自身的性质以及被生物有机体利用的方式¡生物的生长速率l影响生物对物质的吸收速度和物质在食物链中的运动速度；¡有机物分解速率l分解者及分解环境\n（4）生物地球化学循环类型l水循环（watercycle）¡生态系统中所有物质循环的基础和前提，单独列出l气体型循环（gaseouscycle）¡贮存库是大气和海洋¡全球性，完善型，高速度。¡主要有氧、二氧化碳、氮等；l沉积型循环（sedimentarycycle）¡贮存库是岩石圈和土壤圈，与水有联系¡速度慢，性能不完善，¡主要有磷、钙、钾、钠、镁、铁、铜等\n水循环l全球水循环¡全球水循环l水循环的特点¡全球的降水量和蒸发量相等，但存在地区差异；¡地表径流携带大量营养物质，造成高地贫瘠，低地肥沃；¡冰雪的溶化可以调节气温，保持生态稳定。\n全球水循环\n生态系统中的水循环\n生态系统中的水循环l主要过程包括截取、渗透、蒸发、蒸腾和地表径流l植物在水循环中的作用：通过根系吸收水分，但是只有1%-3%参与植物体的建造并进入食物链，被其他营养级利用，其余97%-99%蒸腾进入大气，参与水分再循环。\n气体型循环气体型循环包括氧、碳、氮、氯、溴、氟等，研究最多的是碳和氮。碳循环氮循环\n碳循环（carboncycle)l碳源(carbonsource)有机体干重的45%以上是碳；地球上碳的储存量约为26×1015t。l碳库(carbonreservoir)¡岩石圈：占总量的99.9%，主要以碳酸盐形式存在，其次为化石燃料。¡水圈：包括海洋、河流、水库或湖泊，以CO2为主要存在形态。¡大气圈：以CO2为主要存在形态，大气中CO2的含量约为0.0126%，一部分被植物吸收转换为生物碳，一部分溶解于水体，转变为水体中碳酸盐，最后流入大海，被沉积下来。¡生物圈：主要以有机碳形式存储，陆地光合作用每年约从大气中吸收1.5×1010t碳，植物死后分解可释放1.7×1010t碳。森林是生物碳的主要蓄库，约储存4.82×1012t碳。\n碳循环（carboncycle)l碳循环过程¡从光合作用开始，合成植物，进入生物链，再分别回归储存库。生物圈-大气圈、水圈-大气圈、水圈-岩石圈、生物圈-岩石圈的碳迁移。l碳循环的特点¡速度快：最快几分钟或几小时，一般几周或几个月。l温室效应¡大气中的CO2能透过太阳的短波辐射，吸收地球的长波反射，导致大气层低处的对流层变暖，而高处的平流层变冷。l低碳经济与生活方式\n生态系统中的碳循环简图\n氮循环（NitrogenCycle)l氮循环主要过程l农田氮循环研究实例l人工固氮对全球氮循环和环境的影响\n氮循环氮循环主要过程Ø氮循环的前提：固氮Ø固氮作用Ø高能固氮：闪电、宇宙射线、陨石、火山爆发等活动，将大气中的N2转化成氨或硝酸盐，随降雨到达地表；固氮能力8.9kg/(hm2·a)Ø工业固氮：工业固氮能力在20世纪末已达1×108t；主要是氮肥；Ø生物固氮：是最重要的固氮途径，约占地球固氮的90%，具有固氮能力的生物主要有固氮菌、根瘤菌及某些藻类和细菌等。固氮能力100～200kg/(hm2·a)，分共生固氮和营自由固氮。\n生态系统中的氮循环简图\n\n人工固氮对全球氮循环和环境的影响¡污染水体¡加速全球气温升高（反硝化作用产生N2O)¡臭氧层破坏(N2O)¡降低土壤质量(土壤酸化和肥力下降）¡污染空气（NO、NO2酸雨问题）\n有毒有害物质循环l循环特点¡对有机体有毒有害的物质进入生态系统，通过食物链富集或被分解的过程。¡有毒有害物质类型：人工合成的大分子有机化合物、重金属元素。这些物质可以在生物体内浓缩并同化，引起环境公害。¡有毒有害物质的危害途经：进入环境，常被空气和水稀释到无害程度；进入食物链，在有机体中积累和富集，达到中毒致死。中毒过程复杂化。l循环实例\n放射性核素天然放射性核素在自然界是很普遍的，也就是说，天然存在的放射性核素是很多的。由于地层中放射性物质含量不同，不同地区地层辐射的γ外照射剂量率可能有较大的变化放射性核素可在多种介质中循环，并能被生物富集。不论裂变或不裂变，通过核试验或核作用物都进入大气层。然后，通过降水、尘埃和其他物质以原子状态回到地球上。人和生物既可直接受到环境放射源危害，也可因食物链带来的放射性污染而间接受害。放射性物质由食物链进入人体，随血液遍布全身，有的放射性物质在体内可存留14年之久。\n（1）信息与信息量¡信息：是物质的主要属性之一，源于通讯科学，在生态系统中，环境为信息源信源：信息的产生者l信宿：信息的接受者¡信息量：信息的多少。信息量的多少决定信息的传递方向。\nl生态系统中的信息种类¡物理信息：包括光、声、电、热、磁等；¡化学信息：生物代谢产生的物质，如酶、维生素、生长素、抗生素、性引诱剂等；¡行为信息：主要存在于动物，不同个体相遇时所表现的行为格式，如表示相识，威胁，炫耀，求偶等。¡营养信息：生态系统中食物链的每一层次数量的增减都成为其它层次数量增减的信息。\n生态系统的自我调节l（一）生态平衡的概念l生态平衡：指一个生态系统在特定的时间内的状态，在这种状态下，其结构和功能相对稳定，物质与能量输入输出接近平衡，在外来干扰下，通过自然调节（或人为调控）能恢复原初的稳定状态。l生态平衡概念包括两方面的含义，①生态平衡是生态系统长期进化所形成的一种动态平衡，它是建立在各种成分结构的运动特性及其相互关系的基础上的；②生态平衡反映了生态系统内生物与生物、生物与环境之间的相互关系所表现出来的稳态特征，一个地区的生态平衡是由该生态系统结构和功能统一的体现。\n（二）生态平衡的失调和破坏l当外来干扰超越生态系统自我调节能力，而不能恢复到原初状态的现象谓之生态失调，或生态平衡的破坏。l1发生的原因¡（1）生物种类成分的改变。在生态系统中引进一个新种或某个主要成分的突然消失都可能给整个生态系统造成巨大影响，如据估计，生物圈内每消失一种植物，将引起20-30种依赖于这种植物生存的动物随之消失。¡（2）森林和环境的破坏。森林和植被是初级生产的承担者，森林、植被的破坏，不仅减少了固定太阳辐射的总能量，也必将引起异养生物的大量死亡。¡（3）环境破坏如不合理的资源利用、水土流失、气候干燥、水源枯涸等，都会使生态系统失调，生态平衡遭到破坏。l解决生态平衡失调的对策\n第五章生态系统服务\n第一节生态系统服务概述l一、生态系统服务的定义l生态系统服务，是指生态系统与生态过程所形成的及所维持的人类赖以生存的自然环境与效用。对于人类生存而言，生态系统的许多功能是无法在市场上买卖而又具有重要价值的各种服务。l生态系统服务一般是指生命支持功能（如净化、循环、再生等），而不包括生态系统功能和生态系统提供的产品。\n生态系统服务功能EcosystemServices产品提供功能调节功能文化功能支持功能ProvisioningRegulatingCulturalSupportingservicesservicesservicesservices食品和纤维空气质量调节文化多样性初级生产木材气候调节精神和宗教价产氧燃料水资源调节值土壤形成药品侵蚀控制知识系统氮循环观赏和环境用植物水质净化教育价值水循环遗传基因库废弃物处理灵感生境提供淡水人类疾病控制美学价值等水能生物控制社会关系等授粉感知风暴控制文化遗产价值休闲旅游\n第二节生态系统服务功能的主要内容l生态系统服务的定义表明，它不仅为人类提供了食品、医药及其他生产生活原料，还创造与维持了地球生态支持系统，形成了人类生存所必需的环境条件。\n第二节生态系统服务功能的主要内容l生态系统服务功能的主要内容包括：l1、有机质的合成与生产；l2、生物多样性的产生与维持；l3、调节气候；l4、营养物质贮存与循环；l5、土壤肥力的更新与维持；l6、环境净化与有害有毒物质的降解；l7、植物花粉的传播与种子的扩散；l8、有害生物的控制以及减轻自然灾害等许多方面。\n第三节生态系统服务的功能价值及其评估l一、生态系统服务功能价值的特征l二、生态系统服务功能价值的分类l三、生态系统服务功能价值的评估方法\n一、生态系统服务功能价值的特征1、整体有用性生态资源的使用价值不是单个或部分要素对人类社会的有用性，而是各组成要素综合成生态系统之后，表现出来的有用性。2、空间固定性生态系统是在某个特定地域形成的，因而生态资源都具有一定的地域性，其使用价值，也具有地域性，或称空间固定性。3、用途多样性例如森林生态系统在提供木材产品的同时，它还具有调节气候、保持水土、固定二氧化碳和观赏旅游等多种用途。\n4、持续有用性生态资源只要利用适度，其多种使用价值可以长期存在和永续使用。5、共享性生态资源使用价值是生产者与非生产者、所有者与非所有者都可共享生态资源的使用价值。6、负效益性人类在生态系统中投入越来越多的劳动，如果投入不当，就会使生态系统恶化或污染，这样生态资源使用价值既可以表现对人类有益，又可以表现为有害，前者是正效益，后者为负效益。\n（二）生态系统服务功能价值类型及其内涵l1、直接价值l（1）显著实物型直接价值l（2）非显著实物型直接价值l2、间接价值l3、选择价值l4、遗产价值l5、存在价值\n第四节全球主要生态系统类型服务的功能价值l一、全球生态系统服务的价值l二、中国生态系统服务的价值\n一、全球生态系统服务的价值l废弃物处理2.3×109美元，养分循环17×109美元等，总价值中大约63％来自海洋，37％来自陆地生态系统，（主要来自森林生态系统和湿地生态系统）全球各种生态系统的总价值33×109美元。\n1600014000120001000080006000价值84000(＄/h2000a/a)0农草海海湿田地洋岸地其热湖它带泊森生态森系统河林林流图28种生态系统生物多样性单位面积价值的比较八种生态系统的比较，说明单位面积价值最高的是湿地（$14785）,其次是湖泊河流（$8.494），然后是近海水域($4.052)，热带森林（$2.007），其它森林（$302），海洋（$252）草地，而农田最低（$9)\n二、中国生态系统服务的价值l中国生态系统效益的总价值约为77834.48亿元人民币/年。其中陆地生态系统效益价值为56098.46亿元/年；海洋为21736.02亿元/年。\n景观生态学\n景观和景观生态学l景观：指反映地形地貌景色的图像。生态学中，景观是一定空间范围内，由不同生态学系统组成的，具有重复性格局的异质性地域单元。通常有5个特征。\nl①景观由不同空间单元镶嵌组成，具有异质性；l②景观是具有明显形态特征与功能联系的地理实体，其结构与功能具有相关性和地域性；l③景观既是生物的栖息地，更是人类的生存环境；l④景观是处于生态系统之上，区域之下的中间尺度，具有尺度性；l⑤景观具有经济、生态和文化的多重价值，表现为综合性。\n¡景观生态学l研究景观单元的类型组成、空间格局及其与生态学过程相互作用的综合性学科；l强调空间格局、生态学过程与尺度之间的相互作用是景观生态学研究的核心所在。\n一般概念l斑块---廊道---基质模式:是构成并用来描述景观空间格局的一个基本模式。\n斑块：是在景观的空间比例尺上所能见到的最小异质性单元，即一个具体的生态系统。\n廊道廊道是指不同于两侧基质的狭长地带，可以看作是一个线状或带状的斑块。\n廊道的作用1.运输：公路、铁路、运河、输电线等2.保护：长城、围墙、林带等3.物种栖息地：走廊地带野生动物丰富、植物种类较多4.观赏：古代曲径通幽、颐和园的长廊、西湖的苏堤\n基质基质是景观中面积最大、连接性最好的景观要素，如广阔的草原、沙漠、连片分布的森林等，在整体上对景观动态起着控制作用。l基质是景观中范围广阔、相对同质且连通性最强的背景地域，是一种重要的景观元素。\n一基质的判定标准l1相对面积：通常基质的面积超过现存的任何其他景观要素类型的面积；l2连通性：基质的连通性较其他现存景观要素高；l3控制程度：基质对景观动态的控制程度较其他景观要素类型大\n基本理论l岛屿生物地理学理论l边缘效应理论l渗透理论l等级理论\n岛屿生物地理学理论l岛屿：是一种假设，被称作重要的自然实验室。假设条件为：l一个相对简化的自然环境；有比较明确的“边界”；有不受人为干扰的“体系”；有内部相对均一的“介质”；有外部差异显著的“邻域”。\n岛屿生物地理学理论l距离效应：由于不同种在传播能力方面的差异和岛屿隔离程度相互作用所引起的现象称为“距离效应”。l面积效应：岛屿面积越小，种群则越小，由随机因素引起的物种绝灭率将会增加。该现象称为“面积效应”。\n等级理论l等级理论是20世纪60年代以来逐渐发展形成的，关于复杂系统结构、功能和动态的理论。l等级是一个由若干层次组成的有序系统，它由相互联系的亚系统组成，亚系统又由各自的亚系统组成，以次类推。属于同一亚系统中的组分之间的相互作用在强度或频率上要大于亚系统之间的相互作用。l等级理论认为，任何系统皆属于一定的等级，并具有一定的时间和空间尺度。\nl景观破碎化：主要表现为斑块数量增加而面积减少，斑块的形状趋于不规则，景观内部面积缩小作为物质、能量和物种交流的廊道被切断，景观斑块彼此被隔离形成岛屿状。\n景观稳定性l从两个方面来理解：1、根据景观变化的趋势来分析和判断其稳定性；2、从景观对干扰的反应来认识。l一般来说，稳定性包括了两方面的含义：一是系统保持现有状态的能力，即抗干扰的能力；二是系统受干扰后回归该状态的倾向，即受干扰后的恢复能力。\n景观变化的驱动因子l一、自然驱动因子：地貌的形成、气候的影响、生命的定居、土壤的发育、自然干扰l景观变化的自然驱动力主要指在景观发育过程中，对景观形成起作用的自然因素，包括地壳运动、水力、风力、重力、气候、生物、火等。\nl二、人为驱动因子：人口因素、技术因素、政经体制及决策因素、文化因素（公众的意见、思想体系、法律、知识）l自人类出现以来，人为驱动力便成为影响景观变化最主要的驱动力，在人为驱动力的影响下，景观的变化主要表现为土地利用/土地覆被的变化。\n干扰与干扰生态学l生态学的重要进步之一就是，更加深刻地认识了自然干扰和人为干扰对生态系统动态的决定性作用，并认为研究生态系统对干扰尤其是人类干扰的反应比研究其静态平衡更能全面地认识生态系统、随着对“干扰”越来越广泛和深入的研究，相应地产生了一典新的生态学理沦，干扰生态学和恢复生态学的建立及不断完善就是最直接的反映，这些新分支学科的产生，加深了对生态系统动态变化机理、发展演化过程的理解，为生态系统的利学管理和受损生态系统的修复提供了科学依据。\nl1.干扰的定义：干扰是自然界的普遍现象。就其字面含义而言，干扰是平静的中断，正常过程的打扰或妨碍。l2.干扰的特性：(1)干扰范围；(2)频率和周期；(3)干扰强度；(4)时间尺度\n二、人为干扰的主要形式l1.对森林和对草原植被的砍伐，开垦l人类的这种干扰并对自然环境构成危害，始于大约10000多年前的早期农业并持续到现在(如备受人们关注的热带雨林的砍伐)。这种于扰导致一系列生态环境问题的发生，如森林大量被砍代后，不仅导致森林植被的退化，加剧水土流失，区域环境的变化，而且还会因造成许多生物生境的破坏，生物多样性的丧失等。\nl2.污染l人类向自然环境排放了大量的生活垃圾、工业垃圾、农药以及各种对环境有毒害性的污染物，这是人类社会不断发展后，对自然生态系统的另一种最主要的直接干扰方式。工业废水的直接排放使许多水域被污染，水质下降甚至丧失饮用水的价值;大量化石燃料的使用以及向大气排放的各种污染物，不仅使空气受到污染，而且导致大气酸度增加.许多地区其至酸雨成灾，对生态系统和土壤等带来了灾难性的影响\nl3.采集：一些经济、药用及珍稀野生生物资源自古以来就被人们大肆掠夺式的采集，甚至造成一些物种的灭绝、所以。采集是人类对自然生态系统长期施加的一种直接干扰。\nl4.采樵l这也是不可忽视的一种干扰力一式.在这种干扰中，人们的重要目的是为了满足对能源的需求，对生态系统造成的影响则是破坏了物质循环的正常进行，如对林下枯落物的利用。不单单意味着生态系统能量和养分的减少，而且还破坏了地被层及其上壤动物的生存环境以采樵为月的而对草原枯落物的反复掠取，则是造成草原退化的重要原因。\nl5，狩猎和捕捞：狩猎是一种特殊的干扰方式，人类以经济和食用为目的的非计划性狩猎，尤其是对种群数量很少的濒危动物的捕杀，将会严重破坏动物种群的生殖和繁衍，甚至造成物种的灭绝；人类对水生生物资源的适度捕捞，可保持水产品的持续利用。但是，在种群繁殖前的大量捕捞，则全使种群生殖年龄提前，个体小型化、种群数量急剧下降等。\nl随着人类社会的发展，人为干扰也在不断出现新的形式，如旅游、探险活动等，这些干扰也都对自然生态环境造成厂不同程度的破坏。\n三、干扰的生态学意义l1.干扰有利于促进系统的演化l2.干扰是维持生态系统平衡和稳定的因子l3.干扰能调节生态关系\n环境污染的监测与评价\n第一节环境污染物与毒物l一、污染物与毒物¡（一）污染物：通常，污染物是指进入环境后能够直接或者间接危害人类的物质。还可以解释为：进入环境后使得环境的正常组成发生变化，直接或者间接有害于人类的物质。实际上，污染物可以定义为：进入环境后使环境的正常组成发生变化，直接或者间接有害于生物生长、发育和繁殖的物质。污染物的作用对象是包括人在内的所有生物。\n¡环境污染物是指由于人类的活动进入环境，使环境正常组成和性质发生改变，直接或者间接有害于生物和人类的物质。\n¡（二）毒物:指在一定条件下以较小剂量进入生物体后，能与生物体之间发生化学作用并导致生物体器官组织功能和（或）形态结构损害性变化的化学物。¡毒物与非毒物没有绝对的界限，只是相对而言的。从广义上讲，世界上没有绝对有毒和绝对无毒的物质。任何外源化学物只要剂量足够，均可成为毒物。\nl一般认为，按人们日常接触的方式，以接触较小剂量时，可引起生物体产生有害作用的化学物称为毒物。\n按毒物的应用范围分类l1、工业性毒物；指在工业生产中所使用或产生的有毒化学物。有的是原料或辅助材料，有的是中间体或单体，有的是成品，有的是生产过程中所产生的副产品或“三废”，还有生产用原料中的夹杂物。如强酸、强碱、溶剂（如汽油、苯、甲苯、二甲苯）、甲醇、甲醛、酚、乙醇等。l2、农业性毒物：农药。l3、生活性毒物：指日常生活中接触或使用的有毒物质，如煤气（含一氧化碳）、杀鼠剂、除垢剂、消毒剂、灭蚊剂、染发剂及细菌性毒素等。l4、药物性毒物；指原本用来防治疾病用的药物，由于用药过量或使用方式不当也可成为毒物。如巴比妥和非巴比妥类催眠镇静安定摇、麻醉药、水杨酸类止痛药、抗组织胺类药、洋地黄、地高辛、某些抗生素及中草药。l5、军事性毒物：指战争中应用的有毒物质，主要是毒气。\n二、环境污染物的毒害过程和毒作用时相l（一）环境污染物的毒害过程瞬时毒害过程急性中毒反应时间范围环境污染物的稀释过程慢性中毒反应漫长毒害过程环境污染物的生物积累环境污染物生物放大过程\n环境毒物通过生态系统的物微观毒害过程理、化学与生物过程，水–土、气–土、根–土、植–土界面的传输过程空间尺度宏观毒害过程跨流域、跨区域乃至全球范围的环境毒物传输与扩散\nl环境污染物的毒害过程特征具有明显的复杂性和不稳定性。l环境毒物只靠一种机制而实现全部毒害过程的极为少见，毒害过程的作用机制往往是复杂的。l有机毒物可以被动物、植物和微生物降解吸收，导致特定区域环境污染种类、数量、毒害过程发生一定程度的改变。\n（二）环境污染物的毒作用时相l环境污染物在空气、水、土壤及食物中的存在形式与条件，决定机体接触毒物的途径l毒物发挥作用首先必须以有利于吸收的剂型存在，吸收进机体后，毒物在全身组织中分布，同时发生代谢转化——活化或降解，进而排泄。\nl毒物进入机体后，有暴露相、毒物动力学相和毒效相三个相应过程。毒物毒物的剂型吸收、分布靶器官中效应与剂量代谢、排泄生物学作用暴露相毒物动力学相毒效相\n二、主要环境污染物及其环境毒理学效应l（一）金属的环境毒理学效应l金属元素污染环境进入机体，很不容易“消失”，易于逐渐在环境和生物体内蓄积，构成对人类的潜在危害。有害金属元素在生物体内完全是一种毒物，危害人体健康排。如放到环境中的汞导致震惊世界的公害事件——水俣病，镉引起“骨痛病”，重金属环境毒理学效应必须高度重视。\nl重金属和配位体的相互作用，重金属的有机化，重金属的氧化还原反应，重金属的蓄积作用是重金属毒性作用的特性。\nl1、汞l环境汞污染l在自然界中，广泛分布于地壳表层的大部分汞与硫结合成硫化汞。l汞是典型的金属污染物。\n\nl甲基汞是汞公害的病因，汞的甲基化是水体污染危害的主要致毒机理。l水生生物摄入的甲基汞可在体内蓄积，并经食物链的生物浓缩和生物放大，在鱼体内浓缩几万至几十万倍。\nl甲基汞化合物易溶于脂肪中，易通过血脑屏障而侵犯中枢神经系统，因此中枢神经系统损害的症状明显。\n2、镉l环境镉污染：镉是相对稀少的金属，未污染的大气、水和土壤环垅中福的含量很低。随着生产活动的开展，镉已被广泛用于电镀、汽车、航空工业以及用于氯乙烯稳定剂、颜料、油漆、电器制造、印刷等行业。\nl镉污染来源排放土壤镉污染污水灌溉\n镉的环境毒理作用l蓄积性是镉对机体作用的重要特点，镉进入机体后主要可在肾、肝和脾中蓄积。l人长期摄人受镉污染的饮水及食物，可使镉在体内蓄积并导致慢性中毒——痛痛病(骨痛病)。\n（二）大气污染物的环境毒理学效应l大气污染：指大气污染物或由它转化成的二次污染物的含量远远超过正常本底含量，对人体和生物体产生不良影响的大气状况。\n二氧化硫l二氧化硫是重要的大气污染物，历次世界范围内的严重大气污染事件，二氧化硫都是主要的大气污染物。\nl二氧化硫极易与呼吸道表面的水相作用，吸水形成亚硫酸或硫酸。因此，短时间接触低浓度的二氧化硫，上呼吸道极易受到刺激、腐蚀损害。l二氧化硫对微生物具有致突变作用，并且引起植物、动物细胞染色体畸变发生。\n（三）农药的环境毒理学作用l1、有机氯农药l有机氯农药化学性质稳定，不溶于水，溶于多种有机溶剂。有机氯农药为神经及实质脏器毒物，大剂量可引起中枢神经及某些实质脏器特别是肝脏与肾脏的严重损害。由于有机氯农药的化学性质稳定，对人体危害的特征是蓄积性和远期效应。\n(2)有机磷农药l性质l有机磷农药可经消化道、呼吸道和皮肤吸收进人机体，大多数化合物经皮肤吸收快且完全；吸收后迅速分布到全身各组织器官，尤其以肝、肾以及肺中含量较高。大多数有机磷农药可通过血脑屏障。l在体内代谢较快，故一般没有明显的蓄积作用。有机磷农药在机体内可进行氧化、还原、水解和结合反应，尤其以氧化反应多样且活泼。\n三、影响毒作用的主要因素l（一）环境因素l1、物理环境因素：通常高温可促进毒物的吸收使毒性增强，而温度下降可使毒性降低。l2、湿度：可以促进化学毒物经皮肤吸收。高湿度也可加速毒物的水解作用。此外，高湿条件下，冬季易散热，夏季则反而不易散热，从而增加机体的休温调节负荷，影响毒物的毒性。\nl3、气压：一般情况下，对毒物无明显影响，但气压增高时，往往影响大气中污染物的浓度，如世界烟雾公害事件中的急性中毒，与特殊的气象条件高气压变化有关。另外气压降低，空气中氧分压明显降低。一氧化碳的毒加大，大气变化对化学毒物的影响，主要为氧分压的改变。\nl4、时间变化：生物体的许多功能随季节和昼夜节律产生规律性的变动。人和动物对化学物质作用的反应也受季节和昼夜的影响\n5、环境污染物的联合作用l①独立作用（independenteffect）即多种化学物各自对机体产生不同的效应其作用的方式、途径和部位也不相同，彼此之间互无影响。l②相加作用（additiveeffect）即多种化学物混合所产生的生物学作用强度是各种化学物分别产生的作用强度的总和。l③协同作用（synergisticeffect）两种或两种以上化学物同时或在数分钟内先后与机体接触，其对机体产生生物学作用的强度远远超过它们分别单独与机体接触时所产生的生物学作用的总和。\nl④拮抗作用（antagonisticeffect）两种化学物同时或在数分钟内先后输入机体，其中一种化学物可干扰另一种化学物原有的生物学作用，使其减弱，或两种化学物相互干扰，使混合物的生物学作用或毒性作用的强度低于两化学物输入机体时强度的总和。\n（二）化学毒物的理化性状及效应l1、物理性状与生物学效应l（1）溶解度：化学物质在体液中的溶解度大小与毒性强弱有关，溶解度越大，在体内吸收率越高，毒性也大。l（2）挥发度：化学物质的挥发度大小常与本身的熔点、沸点、蒸气压有关。化学物质的挥发度愈大，在空气中的浓度就愈大，通过呼吸道引起中毒的危险性就愈大。有些物质挥发度很小、其毒性只有通过消化道或皮肤接触才有实际意义。\nl（3）分散度：分散度就是物质颗粒大小的程度，化学毒物的分散度愈大，表示其颗粒愈小，其化学活性增大，同时容易随空气吸入呼吸道深部，其危害性也较大。\n2、毒物的化学结构与毒性l毒物的化学结构决定在体内参与和干扰的生化过程，决定毒作用的性质。\n3、个体因素l(1)种属、品系和个体差异l(2)年龄和发育l(3)性别与激素l(4)遗传因素l(5)健康状况与营养\n第二节环境污染物在生态环境中的迁移和转化\n一、污染物在生物体内的吸收、分布和排泄l1、污染物在生物体内的吸收l（1）经消化道吸收：饮水和由大气、水、土壤进入食物链中的环境污染物均可经消化道吸收，消化道是环境污染物最主要的吸收途径。l（2）经呼吸道吸收：环境污染物经呼吸道的吸收以肺为主。l（3）经皮肤吸收：\nl2、分布：环境污染物经各种途径被吸收后，随血液和体液循环分布到全身组织细胞的过程叫分布。l环境污染物经吸收过程进入血液和淋巴液后，污染物在体内的分布并不均匀：有机污染物多在体内均匀分布；而无机污染物在体内则多不均匀分布。\nl3、排泄：排泄的主要途径是通过肾脏随同尿液排出和经过肝脏随同胆汁混入粪便中而排出。此外，还有经过呼吸器官随同气体呼出，通过皮肤随同汗液以及随同唾液、乳汁、泪液和胃肠道分泌物等排泄途径。\n二、污染物在生物体内的转化l污染物的生物转化是指进入体内的外来化合物，在体内酶催化下发生一系列代谢变化的过程，亦称为生物代谢转化，其转化成的衍生物称为代谢物。根据化学物结构和反应性，经过生物代谢转化，原无毒或毒性小的化合物，能够被转化成有毒或毒性大的产物，这种转化叫做生物活化作用或生物增毒作用。相反，有毒的化学物经代谢转化变成无毒或低毒的产物，这种转化叫做生物灭活作用或生物解毒作用。\n三、污染物在食物链中的传递与放大l环境中污染物的浓度，具有明显的随营养级升高而增大的现象。生物富集系指生物或处于同一营养级的许多生物种群，从周围环境中吸收并积累某种元素或难分解的化合物，导致生物体内该物质的浓度超过环境中浓度的现象。\nl1、重金属的食物链积累l镉污染在水生态系统中可沿食物链不断浓缩放大，非污染区贝类的镉含量为0.05mg/kg，而污染带贝类的墨鱼肝中镉含量为420mg/kg，浓缩倍数达8400。l2、农药的食物链积累与放大l牡蛎在0.1μg/dm3DDT海水中,40d富集系数达到7万多倍。\n第三节环境污染物的毒理评价\n一、环境污染物的毒作用和毒性l1、环境污染物的毒作用l毒物进入机体，通常不是作用于进入部位，而是通过血流运送到靶器官。例如，甲基汞的靶器官是脑，镉的靶器官是肾和肺。l2、毒物的剂量与毒性l（1）毒性（toxicity）l毒性是一种污染物质对生物体造成损害的能力。中毒是各种毒性的综合体现。\nl（2）剂量（dose）l通常由呼吸途径进入生物体的毒物毒性，以在空气中的质量浓度mg/m3、mg/dm3表示。l致死剂量（lethaldose，LD）或致死浓度（lethalconcentration,LC）l半数致死剂量（LD）或半数致死浓度（LC）5050系指能引起一群动物50%死亡所需的剂量。\n二、环境污染物毒性的评价方法l1、一般毒性评价l（1）急性毒性评价l①急性致死毒性试验l②水生生物急性毒性试验l（2）蓄积性评价l（3）亚慢性毒性和慢性毒性评价l2、特殊毒性评价l（1）细菌回复突变试验l（2）染色体畸变分析法l（3）微核试验l（4）显性致死突变试验l（5）姊妹染色单体交换试验\n三、环境污染物的毒理学安全评价程序l人类长期直接或问接地接触这此化学物质，它们可能引起的毒性以及致畸、致突变和致癌作用，越来越受到人们共同重视和关注。因此，为防止外来化学物质对人体可能带来的有害影响，对各种已投人或即将投入生产和使用的化学物质进行毒性试验研究，据此作出安全性评价，就成为一项极为重要的任务。l按照安全性评价对毒理学试验的最基本要求和目前技术水平的具体情况，制定一个相对统一的毒性试验和毒理学评价程序有着重要的意义。\nl1.试验前的准备工作¡(1)收集受试物有关的基本资料¡(2)受试物样品及试验动物l2.安全性毒理学毒性试验程序¡(l)食品安全性毒理学评价程序¡(2)环境安全性毒理学评价程序l①急性毒性试验;l②亚急性毒性试验;l③慢性毒性试验;l④致畸、致癌、致突变试验;l③中毒作用机理及动物体内代谢的研究;l⑥生产和使用现场劳动卫生学与人群流行病调查;l⑦确定农药的急性毒性分级标准。\n第四节生态监测与生态环境影响评价\n一、生态监测的概念l凡是利用生命系统（无论哪一层次）为主进行环境监测的方法和手段都可称为生态监测。l是环境监测的重要组成部分，是指利用各种技术测定和分析生命系统各层次对自然或人为作用的反映或反馈效应的综合表征来判断和评价这些干扰对环境产生的影响、危害及其变化规律，为环境质量的评估、调控和环境管理提供科学依据。\n2.生态监测的理论依据l(l)生命与环境的统一性和协同进化是生态监测的基础l(2)生物适应的相对性决定生态监测的可能性l(3)生物富集是污染生态监测的依据l(4)生态结果的可比性\n生态监测的特点l(1)能综合地反映环境质量状况l(2)具有连续监测的功能l(3)具有多功能性l(4)监测灵敏度高l(5)生态监测的复杂性\n三、生态风险评价原理l生态风险评价是应用定量的力法未评估各种环境污染物对人类以外的生物系统可能产生的风险及评估该风险可接受的程度的一种程式。评价大气、土壤及水域环境变化或通过生物食物链对人体健康可能产生的影响，称为环境风险评价。环境风险评价包括人类活动、自然灾害对人类及对自然的影响。应用风险评价方法专门评估自然环境可能发生的变化及变化的程度称为生态风险评价。\n生态风险评价的内容及程序l首先须要了解所要评价的环境特征及污染源情况，判断是否需要进行生态风险评价。如果需要评价，再选定评价终点，并进行暴露评价与效应评价。暴露评价与效应评价的结果结合起来进行风险表征及评价风险产生的可能性与影响程度。评价结果为风险管理提供科学依据。\n\n第八章受损生态系统的修复\n第一节受损生态系统的特征\n一、生态系统受损的主要形式l受损生态系统l生态系统的结构和功能在自然干扰、人为干扰、或两者的共同作用下，发生了位移（改变），打破了生态系统原有的平衡状态，使系统的结构和功能发生变化和障碍，并发生了生态系统的逆向演替。\nl生态系统的受损类型l1、突发性受损l时间短、速度快，局部受损严重。例：泥石流、火山爆发l2、跃变式受损l生态系统受到持续干扰，最初不表现明显损伤，破坏性积累到一定程度后突然剧烈变化的一种形式。\nl3、渐变式受损l在强度均衡的干扰下，缓慢的、不断加重的受损。例如：使用化肥引起的土壤退化。l4、间断式受损l生态系统因周期性的干扰而受到损害的一种形式。l5、复合式受损l生态系统在受损过程中，经历了两种以上的受损形式。\n二、受损生态系统的基本特征l1、物种多样性的变化l2、系统结构简单化l3、食物网破裂l4、能量流动效率降低l5、物质循环不畅或受阻l6、生产力下降l7、其他服务功能减弱l8、系统稳定性降低\nl受损生态系统首先是其组成和结构发生了退化，导致其功能受损和生态学过程的弱化，引起系统自我维持能力减弱且不稳定。但系统成分与其结构的改变，是系统受损的外在表现，功能衰退才是受损的本质。\n第二节受损生态系统的修复\nl根据生物群落演替的基本规律，首先要考虑对生态系统最基本功能的修复，然后再进一步完善物种组成及结构。因此，“优先性”是受损生态系统修复是应该考虑的重要问题。l人类可以根据生态学原理，有目的地采取摹写措施，是受到损害的生态系统的结构和功能得以恢复和完善，实现生产力高、生物多样性丰富、系统趋于稳定的目的，这个过程被称之为“受损生态系统的修复”。\n一、受损森林生态系统的修复l1、受损森林生态系统的修复方法l①封山育林l②林分改造l③透光抚育或遮光抚育l④林业生态工程\n二、受损草地生态系统的修复l世界草地资源面积约占陆地总面积的38%。我国有392万km2的草地，约占国土面积的41%。\nl2、受损草地生态系统的修复方法与技术l①围栏养护，轮草轮牧l②重建人工草地l③实施合理的牲畜育肥生产模式\n三、受损河流生态系统的修复l1、河流生态系统受损的主要方式及影响l①水利工程建设对河流生态系统的影响l②农业活动对河流生态系统的影响l③城市化对河流生态系统的影响\nl2、受损河流生态系统的修复l①建立沿岸绿化带，加强植被的生态功能l②人工清淤l③控制污染源l④科学调控河水流量和流速l⑤加强渔业管理\n四、受损湖泊生态系统的修复l1、湖泊生态系统的受损及原因l①环境污染l②水利建设l③过度放养l④湖泊的富营养化l⑤外来种的侵入\nl2、受损湖泊生态系统的修复l①严禁围湖造田l②营造林地l③加大人为调节湖泊水位的力度，尽量防止水位频繁地剧烈变化，维持湖泊的最低水位，防止湖泊的干枯l④对于已有大量淤积的湖泊，清淤是十分有效的修复措施，这样既可恢复水体空间，又能使水质得以改善。\n五、矿区废弃地的修复l1、尾矿的综合利用l①从废弃物中进一步回收有价元素l②作为二次资源制取新形态物质l③用作井下采空区的填充材料l2、污染土壤的修复l3、植被修复l4、微生物修复法l5、矿区废弃地综合利用\n第三节生态工程与修复工程\n一、生态工程的内涵l1、生态工程的定义l生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理、结构与功能协调原则，综合系统分析的最优化方法，设计的促进分层多级利用物质的生产工艺系统。\nl1、植物修复技术的类型l⑴植物萃取技术l⑵根际过滤技术l⑶植物固定技术l⑷植物刺激技术，也称为植物辅助生物修复技术l⑸植物转化技术\nl2植物修复技术的应用l⑴环境中重金属的去除l⑵环境中有机物的去除l⑶环境中放射性核素的去除\n第九章生态系统管理\nl人类社会的可持续发展归根结底是一个生态系统管理问题，即如何运用生态学、经济学、社会学和管理学的有关原理，对各种资源进行合理管理，既满足当代人的需求，又不对后代人满足其需求的能力构成损害。\n第一节生态系统管理的内涵一、定义l生态系统管理是指在充分认识生态系统整体性与复杂性的前提下，以持续地获得期望的物质产品、生态及社会效益为目标，并依据对关键生态过程和重要生态因子长期监测的结果而进行的管理活动。l生态系统管理是人类以科学理智的态度利用、保护生存环境和自然资源的行为体现。可持续发展主要依赖于可再生资源特别是生物资源的合理利用，因而生态系统管理是实现可持续发展的手段和重要途径。\nl三、生态系统管理的主要途径与技术l1、生态风险评估l2、适度干扰与恢复重建l对生态系统的适度干扰不仅不会使生态系统受损，反而会使系统的结构和功能进一步完善，系统更加稳定。l受损害生态系统的恢复和重建一般可采用两种模式途径：一种是当生态系统受到的损害没有超过系统的阈值，并且是在可逆的情况下，外来的干扰和破坏解除后，生态系统自然恢复。另一种是生态系统受到损害超过系统的承载力，并且发生了不可逆的变化，在这种情况下，仅靠自然过程不能使系统恢复到初始状态，必须加以人工措施才能迅速恢复。\nl3、清洁生产l清洁生产以被称为“无公害工艺”、“无污染生产”“废料减量化”等。它的目标是：通过资源的综合利用、替代作用、多次利用以及节能、省料、节水等方式，实现合理利用资源，减缓资源的耗竭。其主要途径有：（1）用无污染、少污染的产品替代毒性大、污染大的产品；（2）用无污染、少污染的能源和原材料替代毒性大、污染重的能源和原材料\nl（3）用耗少、效率高、无污染、少污染和工艺设备替代消耗高、效率低、产污量在、污染重的工艺、设备；（4）最大限度地利用能源和原材料，实现物料最大限度的厂内循环；（5）对少量的、必须排放的污染物，采用低费用、高效能的净化处理设备和“三废”综合利用措施进行最终的处理、处置。\nl4、废物资源化管理与5R方法l目前，我国城市居民人均每日产生垃圾0.8~1.5kg，目前全国已有200多座城市陷入垃圾的包围之中，存放的垃圾达66×108t。l垃圾堆放不仅加剧环境污染，而且侵占土地面积达5亿m2。改变仅仅依赖填埋或焚烧处理废物的状况，提出了减少废物数量的5R方法：¡抵制（reject）、减少(reduce)、修复(repair)、回收(recycle)、响应(react)\nl5、生态工业园区（EIP）l工业园区是工业化国家中作为一种促进、规划和管理工业发展的手段。由于园区内各种工业相对集中，污染问题特别突出。各种有毒有害气体的排放导致，酸性降水、臭氧耗损和全球变暖等；各种废水的排放，造成水质恶化，危害人体健康；大量工业废料的堆放，污染地表水和地下水；另外，运输、储藏和处置油类、溶剂、特种金属和溶液也会增加对环境的损害。\nl6、实施标准化环境管理系列标准l目前由世界标准化组织（ISO）最新推出的环境管理系列标准为ISO14000，该标准从14001至14100，共100个标准号。lISO14000具有以下主要特点：l（1）它确定了环境保护的有效的新机制l（2）具有很强的操作性l（3）倡导预防为主的原则l（4）使用性广泛\nl7、大力开展生态工程和生态建设l“三北”防护林、长江中上游防护林、沿海防护林等生态工程，我我国的生态建设进入了新的发展时期，国家实施西部大开发战略，把以“退耕还林、还草”为核心的生态建设提到了举足轻重的地位，为西部地区生态环境的改善提供了千载难逢的机遇。l8、加强自然保护的管理和研究，建立各种类型自然保护区l1956年我国第一个自然保护区——广东肇庆鼎湖山自然保护区建立。\nl9、推广3S技术l3S技术是RS（遥感）、GIS（地理信息系统）、GPS（全球定位系统）的总称。lRS、GIS、GPS三者密切结合，形成了现代遥感应用技术系统。RS、GPS是遥感信息的获取系统，为GIS提供及时信息；GIS是遥感信息的处理和应用系统，能对大量的空间数据进行分类、统计、计算、分析、制图等。l10、环境管理信息系统（EMIS）\n第三节生态规划与设计l一、生态规划与设计的概念l生态规划与设计的概念，即“以生态学原理和城乡规划原理为指导，应用系统科学、环境科学等多学科的手段辨识、模拟和设计人工复合生态系统内的各种生态关系，确定资源开发利用与保护的生态适宜度，探讨改善系统结构与功能的生态建设对策，促进人与环境关系持续协调发展的一种规划方法。”\nl二、生态规划与设计的原则l1、整体优化原则l2、人地系统协调共生原则l3、生态功能分区原则l4、高效和谐原则l5、相互制约原则l6、最小风险原则l7、可持续发展原则