环境保护导论第二章生态学基础ppt课件

第二章生态学基础1\n本章主要内容1、生态和生态学2、生态系统的概念和功能3、生态平衡4、生态学的一般规律2\n思考题:1、何谓生态系统？生态系统具有哪些结构与功能？2、什么是生态平衡？引起生态平衡破坏的人为因素有哪些？3、生态学具有哪些一般规律？3\n1什么是生态呢？自然界的空气、水、土壤与生物界的人、动物、植物和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。一、生态和生态学4\n生态学—Ecology（-Eco-Economics）：德国生物学家赫克尔1869年提出——“自然界的经济学”传统生态学研究生物与其生活环境相互关系的科学，是生物学的主要分科之一。现代生态学是一门多学科的自然科学，它研究生命系统与环境系统之间相互作用的规律及机理。2生态学5\n生命系统就是自然界具有一定结构和调节功能的生命单元。如动物、植物和微生物。环境系统就是自然界的光、热、空气、水分以及各种有机物和无机元素相互作用所共同构成的空间。最优化管理方案数学模型结构功能生物学系统特性形态生理生态遗传细胞系统工程学→系统生态学‥整体观生物生态学环境经济效益|社会效益|生态效益经济学→经济生态学‥经济观工艺学→生态工艺学‥功能观化学→化学生态学物理学→物理生态学数学→数学生态学生态信息生态学的多科性及其相互关系6\n二、生态系统的概念1、生态系统概念种群(Population)—一个生物物种在一定范围内所有个体的总和（个体之和）。群落（Community）—在一定自然区域中许多不同种的生物的总和（不同生物总和）。7\n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。无机生物群落环境物质、能量（连续）交换按照现代生态学的观点：生态系统就是生命系统和环境系统在特定空间的组合。8\n在现代生态学中，生态系统的关系不是两个封闭实体之间的外在关系，而是两个开放系统之间的相互包容的关系，其中每一个系统即构成另一个系统的部分，同时又继承整体。9\n生态系统生存环境：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2生态系统的组成10\n细菌、真菌、腐食性动物，如霉菌、蘑菇、枯草杆菌、蚯蚓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。成分11\n各成分的作用：生产者：生产有机物，在将无机物合成有机物的同时，把太阳能转化为化学能，储存在有机物中。消费者：实现物质能量的传递，实现物质的再生产。分解者：把生产者和消费者的残体分解为简单的物质，再供给生产者。非生物成分：为各种生物提供必要的生存环境和营养元素。12\n3生态系统的分类(根据生态系统的环境性质和形态特征)陆地生态系统：自然生态系统(森林\草原\荒漠生态系统)人工生态系统(农田、城市、工矿区等）淡水生态系统，包括湖泊、河流、水库。海洋生态系统，包括海岸、河口、浅海、大洋、海底等。13\n三、生态系统的结构和功能(一）生态系统的结构1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”。14\n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、狐狸等。绿色植物蝗虫青蛙蛇老鹰第四营养级第五营养级2营养级:处在食物链同一环节上的所有生物的总和.想一想：一条食物链上的营养级一般会有第六营养级吗？15\n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想一想：本食物网中蛇和老鹰分别是第几营养级？16\n研究食物链和营养级的意义：明确该环境内动物、植物间的营养关系，而且还须注意食物链中量的调节，才能使该项自然资源获得稳定和保存。物质流在生物链中有一个突出特性：生物富集17\nDDT（二氯二苯基三氯乙烷）生态系统通过以下两个途径吸收人类喷洒的DDT并经过食物链加以富集：一是经过植物的茎、叶及根系进入植物体，在体内积累，被草食动物吃掉再被肉食动物所摄取，逐级浓缩；二是喷洒的DDT落入地面或水面，逐级浓缩。18\n以美国密西根湖中的DDT含量测定为例：湖水中痕量；湖底泥0.014mg／kg；吃底泥的介壳动物0.41mg／kg；各种龟3～6mg／kg；海鸥体内脂肪72400mg／kg19\n(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20\n1.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。21\n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（见下表）。项目反射吸收水循环风、潮汐光合作用所占比例30%46%23%0.2%0.8%植物进行光合作用的能量（太阳能转化为化学能）：3.8×1025焦/秒。22\n（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。生态系统能量流动特点：23\n环境小知识：“十分之一定律”（林德曼效率）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。24\n2生态系统中的物质循环水循环碳循环氮循环磷循环25\n①水循环海洋水面蒸发的水比凝降返回的多，陆地上的情况恰恰相反。水循环为生态系统中物质和能量的交换提供了基础。水还能起调节气候，清洗大气和净化环境的作用。26\n27\n②碳循环大气中的CO2光合燃烧矿物燃料呼吸和残体腐烂扩散水面碳酸盐岩石水生物光合作用呼吸作用和腐烂28\n生态系统中，碳循环的速度很快，一般可在几周或几个月返回大气。碳在生态系统中的含量能够得到自我调节和恢复，使大气中的二氧化碳含量的相对稳定值保持在0.033%。从1750年工业革命到1990年，大气中二氧化碳含量已增加了30%，自此后还在以更快的速度增长，导致温室效应，引发全球变暖。②碳循环29\n氮素在自然界中有多种存在形式，数量最多的是大气中的氮气：3.9×1015t。不能被直接利用。陆地上生物体内储存的有机氮：1.1×1010～1.4×1010t。这部分氮素能够迅速地再循环，从而可以反复地供植物吸收利用。土壤中的有机氮：3.0×1011t，这部分氮素可以逐年分解成无机态氮供植物吸收利用。海洋中的有机氮：5.0×1011t，这部分氮素可以被海洋生物循环利用。③氮循环30\n构成陆地生态系统氮循环的主要环节是：生物体内有机氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用。③氮循环31\n固氮作用：大气中的分子态氮被还原成氨，这一过程叫做固氮作用。地球上固氮作用的途径：生物固氮：固氮微生物的作用。90%工业固氮：用高温、高压和化学催化的方法，将氮转化成氨；高能固氮：如闪电等高空瞬间放电所产生的高能，可以使空气中的氮与水中的氢结合，形成氨和硝酸，氨和硝酸则由雨水带到地面。32\n人类活动的干预：人为固氮：化学氮肥的生产和应用；大规模种植豆科植物（特别是大豆、紫苜蓿和苜蓿）等有生物固氮能力的作物；人为固氮占全球年总固氮量的20～30％。燃烧矿物燃料生成NO和NO2。后果：农田大量施用氮肥，造成水体富营养化；矿物燃料燃烧时，空气中和燃料中的氮在高温下与氧反应而生成氮氧化物，造成温室效应、酸雨、光化学烟雾。33\n④磷循环磷是核酸、细胞膜、骨骼的主要成分，没有磷就没有生命，也就不会有生态系统中的能量流动。磷循环的起点源于岩石的风化，终于水中的沉积。34\n磷循环35\n磷循环的特点：①磷的主要贮存库是沉积岩，磷的循环主要以固态进行，因而速度缓慢。②与其他元素循环的显著不同是：几乎没有气体成分参与循环。③由于磷元素的匮乏和农业生产的需要，磷的循环愈加受人类的关注。从长远看，磷元素有可能成为农业生产的限制因素。36\n人类活动的干预：人类开采磷矿石，制造和使用磷肥、农药和洗涤剂，以及排放含磷的工业废水和生活污水，都对自然界的磷循环发生影响。湖泊发生富营养化；海湾出现赤潮。37\n3生态系统中的信息传递（1）营养信息通过营养交换把信息从一种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，前一个营养级的生物数量反映出后一个营养级的生物数量。Case1:如草原牲畜数量必须与牧草产量相适应。Case2:英国生产三叶草→牛吃之→野蜂为之授粉者→田鼠是野蜂的天敌→猫吃鼠→猫的数量可判定牛饲料的丰富与否。38\n3生态系统中的信息传递（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。蚂蚁爬行留下的化学痕迹吸引同类跟随；当七星瓢虫捕食蚜虫时，被捕食的蚜虫会立即释放警报信息素，于是周围的蚜虫纷纷跌落。昆虫学家发现，一只雄飞蛾能够接收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盎司的信息素（一种无色无味的特殊化学物质）。39\n（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。虫叫、兽吼可以传递安全、惊惶、恐吓、警告、求偶、觅食等信息光：以浮游藻类为食的鱼类，从光线获得食物的信息。磁：候鸟、信鸽电：鱼类洄游声：含羞草40\n（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。丹顶鹤求偶，雌雄双双起舞41\n三、生态平衡1生态平衡的含义在一定时间内生态系统中生物和环境之间以及生物各个种群之间，通过能量流动、物质循环和信息传递，使它们相互间达到高度适应、协调和统一的状态。42\n生态平衡是一个动态的、发展平衡，其主要标志：在生态系统中能量和物质的输入、输出必须相对平衡；从整体看，生产者、消费者、分解者应构成完整的营养结构；生物种类和数目要保持相对稳定。43\n2保持生态平衡的因素——生态系统本身具有自动调节的能力，即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。自动调节能力与下列因素有关：（1）结构的多样性（2）功能的完整性生态系统的自动调节能力是有限度的。44\n3破坏生态平衡的因素自然原因主要是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。如火山爆发、山崩海啸、水旱灾害、地震、台风、流行病等自然灾害。45\n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信息素发生作用1.物种改变人为原因46\n四、生态学的一般规律1、相互依存与相互制约规律生物间的协调关系主要分为两类：普遍的依存与制约，亦称“物物相关”规律（全面考虑）通过“食物”而相互联系与制约的协调关系，亦称“相生相克”规律（食物链）47\n2、物质循环转化与再生规律（能流物复）摄取合成－排放分解（再生、物质循环、食物链）。3、物质输入输出的动态平衡规律对于一个稳定的生态系统，无论对生物、对环境，还是对整个生态系统，物质的输入与输出总是相平衡的。48\n4、相互适应与补偿的协同进化规律（协调稳定）环境为生物创造了生存条件，生物的生命活动改善了环境条件，相互适应与补偿的协同进化。5、环境资源的有效极限规律（负载有额）49