环境生态学全套课件

环境生态学7/29/2021\n绪论环境生态学的研究内容和任务什么是生态学（Ecology）？生态学的研究对象及分支学科什么是环境生态学？生态学的发展简史环境生态学前沿\n何谓生态学?thetotalrelationsoftheanimaltobothitsorganicanditsinorganicenvironment(Haeckel,1869)thescientificstudyofthedistributionandabundanceoforganisms(Andrewartha,1961)thestudyofthestructureandfunctionofnature(Odum,1963)thescientificstudyoftheinteractionsthatdeterminethedistributionandabundanceoforganisms(Krebs,1994)\n生态学（Ecology）定义生态学（Ecology）是研究生物与其环境之间相互关系的科学。　　“Ecology”来自希腊文“Oikos”(住所,栖息地)和“Logos”(学问，研究)，亦即生态学在创建之初就表达为研究生物有机体与其栖息场所之间相互关系的科学。上述生态学的定义是德国生物学家赫克尔（Haeckel,1866）首次提出的。这是生态学至今最为全面的定义。但是首先使用“Ecology”一词学者是亨利.索瑞（HenryThoreau,1858)。\n生态学（Ecology）定义科学的自然史-英国生态学家-埃尔顿(CharlesElton,1927)生态学是研究生物的形态、生理和行为上的适应性的科学—前苏联-克什卡洛夫（Кашкаров，1945）生态学是研究有机体的分布和多度的科学—澳大利亚-安德列沃斯（Andrewartha,1954）生态学是研究决定有机体的分布与多度的相互作用的科学-加拿大克雷伯斯（Krebs,1972,1978,1985）生态学是研究生态系统的结构与功能的科学—美国-奥德姆（Odum,E.,1959,1971）（生态学基础—FundamentalsofEcology,1971）生态学是研究生命系统和环境系统相互关系的科学（马世骏）\n生态学研究对象传统的生态学要在有机体（Organism）、种群（Population）、群落（Community）和生态系统（Ecosystem）水平上探索生命系统的奥秘。因此，生态学是以生物个体、种群、群落和生态系统甚至是生物圈（Biosphere）作为它的研究对象。\n生态学的层次分细组器个种群生生子胞织官体群落态物系圈统\n生态学的分支按生命层次：分子（基因）、细胞、器官、个体、种群、群落、生态系统、景观、生物圈和全球生态学。生物分类：动物、植物、微生物、昆虫、鱼类等；按栖所：淡水、海洋、河口、陆地、森林、草地、荒漠等；边缘科学：数学生态学、化学生态学、进化生态学、生理生态学、经济生态学、生态经济学、环境生态学；应用生态学：农业、渔业、污染生态学等。\n景观及生物圈水平的生态学景观(Landscape)和景观生态学(Landscapeecology)景观:由若干生态系统组成的异质区域，这些生态系统构成景观中明显的斑块，这些斑块称景观要素。景观生态学:研究景观结构及其过程的科学。生物圈和全球生态学生物圈:地球上全部生物和一切适合于生物栖息的场所。它包括岩圈的上层、全部水圈和大气圈的下层。全球生态学:研究生命系统和行星系统相互关系的科学。\n生态学的发展史生态学的萌芽时期（公元16世纪以前）生态学的建立时期（公元17世纪至19世纪）生态学的巩固时期（20世纪初至20世纪50年代）现代生态学时期（20世纪60年代至今）\n生态学的萌芽时期以古代思想家、农学家对生物环境相互关系的朴素的整体观为特点。\n生态学的建立时期欧洲文艺复兴时期开始，欧洲科学探索活动再度兴起，崇尚科学调查与科学实验。一些生态学的理论开始形成。生态学达到一呼即出的境地。1866年Heackel提出Ecology一词，并首次明确生态学的定义。\n生态学的巩固时期这一时期是生态学理论形成、生物种群和群落由定性向定量描述、生态学实验方法发展的辉煌时期。形成几个著名的生态学派（四大学派）。北欧学派：由瑞典乌普萨拉（Uppsala）大学的R.Sernauder创建。以注重群落分析为特点。法瑞学派：代表人为J.Braun-Blanquet.把植物群落生态学称为“植物社会学”，用特征种和区别种划分群落类型，建立严密的植被等级分类系统。常被称为植被区系学派。1953年后，与北欧学派合流，被称为西欧学派或大陆学派。英美学派：代表人为F.E.Clements和A.G.Transley,以研究植物群落演替和创建顶极群落著名。前苏联学派：注重建群种和优势种，重视植被生态、植被地理与植被制图工作。\n现代生态学时期研究层次上向宏观和微观两极发展：生态学的研究层次已囊括了分子、基因、个体直到整个生物圈。研究手段的更新：自计电子仪、同位素示踪、稳定性同位素、“3S”（全球定位系统（GPS）、遥感（RS）与地理信息系统（GIS））、生态建模，系统论引入生态学。研究范围的拓展：结合人类活动对生态过程的影响,从纯自然现象研究扩展到自然-经济-社会复合系统的研究.\n环境生态学的目的任务环境生态学的目的是指导人与生物圈（既自然、资源与环境）的协调与发展。\n环境生态学发展趋势：从静态的结构研究到动态的功能研究；从描述现状的定性研究到预报未来的定量研究；野外调查和室内实验相结合；宏观研究和微观研究相结合；生物学与地理、化学、物理和数学互相渗透；运用自动化测试、计算机和遥感技术等现代化实验手段；开展国际协作。\n环境生态学与生态学的区别以人为中心来探讨其生活环境的科学研究人类与环境相互关系的科学研究人为干扰下，生态系统内在的变化原理、规律及寻求受损生态系统恢复、重建和保护对策的科学\n环境生态学主要研究领域人为干扰下生态系统内在变化原理与规律生态系统受损程度的判断各类生态系统的功能与保护措施的研究\n第二章生物与环境环境与生态因子生物与环境关系的基本原理生物与主要生态因子的相互关系\n环境与生态因子环境概念生态因子的类型自然环境的基本特征\n环境和环境因子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，由许多环境要素构成，这些环境要素称环境因子。\n生态因子(ecologicalfactors)：环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要素。生态因子是环境中对生物起作用的因子，而环境因子则是指生物体外部的全部要素。\n生态因子的分类生态因子通常分为非生物因子和生物因子两大类生物因子（biOticfactors）：有机体（同种和异种）非生物因子（abioticfactors）：温度、光、湿度、pH、氧气等有的学者将生态因子分为五类气候因子(climaticfactors)、土壤因子(edaphicfactors)、地形因子(topographicfactors)、生物因子、人为因子(anthropogenicfactors)Begon等将非生物因子分为条件和资源两类条件：温度、湿度、pH等资源：营养物质、水、辐射能等\n生态因子的空间分布纬度地带性：从赤道到两极，整个地球表面具有过渡状的分带性规律。太阳辐射量差异太阳辐射－－热量带－－水分差异－－植被分带－－土壤分带自然地理带：赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带、亚寒带、寒带植被地带性分布垂直地带性：因太阳辐射和水热状况随着地形高度的不同而不同，生物和气候自山麓至山顶呈垂直地带分异的规律性变化(干燥空气,-1℃/100m;湿润空气,-0.6℃/100m)。经度地带性：地球内在因素如大地构造形成地貌和海洋分异引起经度地带性分异。如北美大陆和欧亚大陆。\n植被的空间格局(据M.C.Molles,Jr,1999)\n生物与生态因子生态因子作用的特点生物对非生物因子的耐受限度生物对各生态因子耐受性之间的相互关系生物对生态因子耐受限度的调整生态位\n生态因子作用的特点综合性:如气候的作用非等价性（主导因子作用）:塜雉孵卵的温度控制；渔业高密度养殖增氧直接性和间接性：食物，降水限定性（因子作用的阶段性）：中华绒螯蟹的孵化生态因子的不可替代性和互补性：水体内的钙和锶\n生物对非生物因子的耐受限度“最小因子定律”(Liebig’slawofminimum)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（JustusvonLiebig,1840,德国）。两个补充条件（Odum,1983）：1）严格的稳定状态；2）因子补偿作用(factorcompensation)：生物在一定程度和范围内，能够减少温度、光、水等生态因子的限制作用。“耐受性定律”(Shelford’slawoftolerance)(V.E.Shelford,1913，美国)每种生物对一种生态因子都有一个耐受范围，即一个生态学上的最低点和一个生态学上的最高点，在最高点和最低点之间的范围就称为生态幅(ecologicalamplitude)或生态价(ecologicalvalence)。限制因子(limitingfactors)在众多生态因子中，任何接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散的因子称限制因子限制因子概念的意义为分析生物与环境相互作用的复杂关系奠定了一个便利的基点；有助于把握问题的本质，寻找解决问题的薄弱环节。\n种群数量数量很低种群消失种群消失数量很低数量最高不能耐受区生理受抑制生理受抑制不能耐受区最适区环境梯度高低耐受性下限耐受性上限生物种的耐受性限度图解（据Smith,1980）\n生物对各生态因子耐受性之间的相互关系对生物产生影响的各种生态因子之间存在明显的相互影响：如温湿的关系；湿度和溶氧的关系；温度和盐的协同作用生物因子和非生物因子之间也是相互影响的：物种之间的竞争产生的生态位分离\n生物对生态因子耐受限度的调整驯化内稳态适应\n驯化实验驯化(acclimation)与气候驯化(acclimatization)：驯化(acclimation/acclimatization)：生物在实验／自然条件下，诱发的生理补偿变化，前者需要较短的时间，后者需要较长的时间。有机体对实验环境条件变化产生的生理调节反应称实验驯化；有机体对自然环境条件变化产生的生理调节反应称气候驯化，实验驯化是对环境条件改变的一种生理上而非遗传上的可逆反应。驯化的应用：植物的引种栽培\n内稳态内稳态(homeostasis):生物系统通过内在的调节机制使内环境保持相对稳定。内稳态通过形态、行为和生理适应实现。大多数内稳态机制依赖于负反馈过程。依靠三个基本组成成份：接受器；控制中心；效应器。\n负反馈过程（维持哺乳动物血液渗透性）接受器（下丘脑）控制中心（下丘脑）效应器（肾脏）血液太浓饮水血液渗透性上升口渴反应血液太稀失水反应血液渗透性下降失水(仿A.Mackenzieet.Al.,1999)\n适应适应(adapatation)：生物对环境压力的调整过程。分基因型适应和表型适应两类，后者又包括可逆适应和不可逆适应。如桦尺蠖在污染地区的色型变化。适应方式（形态、生理、行为的适应）：形态适应：保护、保护色、警戒色与拟态行为适应：运动、繁殖、迁移和迁徙、防御和抗敌生理适应：生物钟、休眠、生理生化变化营养适应：食性的泛化与特化适应组合(adaptivesuites):生物对非生物环境条件表现出一整套协同的适应特性，称适应组合。如骆驼和仙人掌对炎热干旱环境的适应。趋同适应和趋异适应胁迫适应\n动物的保护色、警戒色与拟态A树皮纺织娘(Barkkatydid)B枭蝶(Owlbutterfly)C枯叶蝶(Leaflikeinsect(Anaea))D捕食花螳螂(Predatoryflowermantis)E蛙鱼(Frogfish)ABDEC\n趋同适应和趋异适应生活型生态型\n生态位生态位(niche)与栖息地(habitat)生态位－－有机体在环境中占据的地位；栖息地－－有机体所处的物理环境。超体积生态位(hypovolume)生态位的每一个环境变量称一维，生态位空间的环境变量可以是多个，超过3个维度的生态位空间称超体积生态位。基础生态位(fundamentalniche)和实际生态位(realizedniche)物种理论上占据的生态位空间称基础生态位；实际占有的生态位空间称实际生态位。\n生物与主要生态因子的相互关系生物与光的关系生物与温度的关系生物与水的关系生物与土壤的关系\n生物与光的关系太阳辐射及其变化规律光质变化对生物的影响光强度变化对生物的影响光周期现象\n太阳辐射能(仿A.Mackenzieet.al,1999)光的性质：波长150－4000nm,分紫外光、可见光和红外光三类，波长在380－760nm之间的光为可见光。绿色植物的光合作用有效范围是380－700nm之间。紫外线可见光红外线400630100025004000波长(nm)能量强度\n光质变化对生物的影响海洋植物—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。高山植物—对紫外光作用的适应，发展了特殊的莲座状叶丛。动物—不同动物发展不同的色觉。\n光强度变化对生物的影响植物—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。水生生物—水生植物在水中的分布与光照强度有关。陆生生物—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。阳性植物(cheliophytes)、阴性植物(sciophytes)和耐阴性植物(shadeplant)：阳性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；阴性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。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。\n光合作用率光合作用率光强度光强度净生产力光合作用呼吸作用ABABACP光补偿点CPCPabspsp光饱和点B光补偿点(compensationpoint)光饱和点(saturatepoint)：光合作用强度和呼吸作用强度相当处的光强度为光补偿点；当光照强度达到一定水平后，光合产物不再增加或增加得很少，该处的光强度即为光饱和点。植物的光补偿点示意图(Emberlin,1983)\n生物的光周期现象光周期现象(photoperiodism)：Garner等人(1920)发现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。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；短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。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生物与温度的关系温度对生物的作用(温度的生态学意义)极端温度对生物的影响生物对极端温度的适应\n温度对生物的作用温度与生物生长：温度是最重要的生态因子之一，参与生命活动的各种酶都有其最低、最适和最高温度，即三基点温度；不同生物的三基点不同；在一定温度范围内，生物生长的速率与温度成正比；外温的季节性变化引起植物和变温动物生长加速和减弱的交替，形成年轮；外温影响动物的生长规模。温度与生物发育：温度与生物发育最普遍的规律是有效积温。温度与生物的繁殖和遗传性：植物春化，动物繁殖的早迟。温度与生物分布：许多物种的分布范围与温度区相关。\n有效积温法则及其意义有效积温法则植物在生长发育过程中必须从环境摄取一定的热量才能完成某一发育阶段的发育过程，而且各个发育阶段所需的总热量是一个常数，称总积温或有效积温，因此可用公式：N•T＝K表示，考虑到生物开始发育的温度，又可写成：N(T－C)＝K,T＝C＋K／N，其中，N为发育历期，即生长发育所需时间，T为发育期间的平均温度，C是发育起点温度，又称生物学零度，K是总积温（常数）。有效积温法则的意义预测生物发生的世代数；预测生物地理分布的北界；预测害虫来年的发生程历；制定农业气候区划，合理安排作物；应用积温预报农时。\n极端温度对生物的影响低温对生物的影响：当温度低于临界(下限)温度，生物便会因低温而寒害和冻害。冻害原因：冰结晶使原生质破裂损坏胞内和胞间的微细结构；溶剂水结冰，电解质浓度改变，引起细胞渗透压变化，导致蛋白质变性；脱水使蛋白质沉淀；代谢失调。高温对生物的影响：当温度超过临界（上限）温度，对生物产生有害作用，如蛋白质变性、酶失活、破坏水份平衡、氧供应不足、神经系统麻痹等。\n生物对极端温度的适应生物对低温的适应：保暖、抗冻－－形态、生理、行为的适应生物对高温的适应：抗辐射、保水、散热－－形态、生理、行为的适应\n生物对低温的适应形态上的适应－－植物：芽具鳞片、体具蜡粉、植株矮小；动物：增加隔热层，体形增大（贝格曼规律），外露部分减小（阿伦规律）。阿伦规律(Allen’srule):寒冷地区的内温动物较温暖地区内温动物外露部分（如四肢、尾、耳朵及鼻）有明显趋于缩小的现象，称阿伦规律，是减少散热的适应。贝格曼规律(Bergman’srule):生活在寒冷气候中的内温动物的身体比生活在温暖气候中的同类个体更大，这种趋向称贝格曼规律，是减少散热的适应。约旦规律(Jordan’srule):鱼类的脊椎骨数目在低温水域比在温暖水域的多。生理上的适应－－植物：减少细胞中的水分和增加细胞中有机质的浓度以降低冰点，增加红外线和可见光的吸收带（高山和极地植物）；动物：超冷和耐受冻结，当环境温度偏离热中性区增加体内产热，维持体温恒定，局部异温等。行为上的适应－－迁移和冬眠／休眠等。\n生物对高温的适应形态上的适应－－植物：密毛、鳞片滤光；体色反光；叶缘向上或暂时折叠，减少辐射伤害；干和茎具厚的木栓层，绝热。动物：体形变小，外露部分增大；腿长将体抬离地面；背部具厚的脂肪隔热层。生理上的适应－－植物：降低细胞含水量，增加糖或盐浓度，减缓代谢率；蒸腾作用旺盛，降低体温；反射红外光。动物：放宽恒温范围；贮存热量，减少内外温差。行为上的适应－－植物：关闭气孔。动物：休眠，穴居，昼伏夜出等。\n生物与水的关系水的生物学意义生物体的水分获得与损失途径生物对水因子的适应\n水是生物体不可缺少的组成成份；水是生物体所有代谢活动的介质；水为生物创造稳定的温度环境；生物起源于水环境。\n生物体的水分获得与损失途径水分的丧失途径植物－－蒸发（蒸腾作用、扩散作用）失水，分泌失水。动物－－蒸发失水，排泄、分泌失水。水分获得途径植物－－根部吸收，叶面吸收。动物－－食物，体表吸收，代谢水。\n生物对水因子的适应水生植物对水环境的适应陆生植物水平衡的调节机制水生动物水平衡的调节机制陆生动物水平衡的调节机制\n水生植物对水因子的适应适应方式有发达的通气组织;机械组织不发达或退化;叶片薄而长,以增加光合和吸收营养物质的面积。生态类型沉水植物浮水植物挺水植物\n陆生植物对水因子的适应陆生植物的水平衡调节机制形态适应：发达的根系；叶面小；单子叶植物中一些具扇状的运动细胞，可使叶面卷曲；具发达的贮水组织；生理适应：水分运输的动力原生质的渗透浓度高。陆生植物的生态类型湿生植物中生植物旱生植物\n海洋动物鲨鱼和无脊椎动物：等渗硬骨鱼：低渗淡水动物硬骨鱼：高渗河口动物洄游鱼类：变渗透压\n陆生动物的水平衡调节机制失水的主要途径：皮肤蒸发、呼吸失水、排泄失水补充水的主要途径：食物、代谢水、饮水保水机制减小皮肤的透水性减少身体的表面蒸发减少呼吸失水减少排泄失水利用代谢水生态类型喜湿耐旱\n生物与土壤的关系土壤的生态学意义土壤的理化性质及其对生物的影响\n土壤的生态学意义为陆生植物提供基底，为土壤生物提供栖息场所；提供生物生活所必须遥矿质元素为水分；提供植物生长所需的水热肥气；维持丰富的土壤生物区系；生态系统的许多很重要的生态过程都是在土壤中进行。\n土壤的理化性质及其对生物的影响土壤的物理性质及其对生物的影响土壤是由固体、液体和气体组成的三相系统，固体占85％以上，根据土粒的直径大小，可将土粒分为：粗砂、细砂、粉砂和粘粒，其组合百分比称土壤质地，根据土壤质地,可将土壤分为：砂土、壤土和粘土。土壤质地和土壤温度影响植物生长和土壤动物的水平及垂直分布。土壤的化学性质及其对生物的影响土壤酸碱度：过碱性和酸性不利于植物生长，酸性还不利于细菌生长。土壤有机质：植物重要碳源和氮源。土壤无机元素：植物生长的13种重要元素来源（7种大量元素：、氮、磷、钾、硫、钙、镁、铁；6种微量元素：锰、锌、铜、钼、硼、氯）\n复习思考题1.简述耐受性定律及其补充原理。2.从形态、生理和行为三个方面阐述生物对极端温度的适应。3.试述全球环境的地带性规律及其形成原因。4.简述环境因子的分类类型及其生态作用特点\n第三章种群生态第一节种群的基本概念一、种群同一物种在一定空间和一定时间的个体的集合体.是具有潜在互配能力的个体.二、区别种群和种(物种)的概念种是能够相互配育的自然种群的类群.不同种之间存在生殖隔离现象.是一个分类阶元.*一个物种可以包括许多种群;*不同种群之间存在明显的地理隔离,长期隔离有可能发展为不同亚种,甚至产生新的物种.\n第一节种群的基本概念三、种群是构成物种的基本单位,也是构成群落的基本单位(组成成分)四、种群的类型(按研究对象分)自然种群实验种群单种种群混种种群\n什么是种群生态学也即种群生态学研究的内容定量地研究种群的出生率、死亡率、迁入迁出率了解影响种群波动的因素及种群存在、发生规律;了解种群波动所围绕的平均密度及种群衰落、灭绝的原因;目的:调控种群\n第二节种群的基本特征一、种群的密度每个单位空间内个体的数量.密度是种群最基本的参数,也是种群重要的参数之一.种群密度和生物的大小及该生物所处的营养级有关.\n第二节种群的基本特征二、种群的分布型1.定义:种群在一个地区的分布方式,既个体如何在空间配置的.或种群在一定空间的个体扩散分布的一定形式.2.研究分布型的现实意义抽样设计方案数据处理扩散行为\n第二节种群的基本特征3.种群分布型的类型均匀分布、随机分布、集群分布⑴随机分布:每个个体的位置不受其他个体分布的影响.可用泊松分布概率公式表示:Px=e-mmx/x!Px:一个样方含x个个体的概率(理论值E)x:各样方含x个个体m:样方密度的平均值\n第二节种群的基本特征⑵均匀分布:个体间的距离比随机分布更为一致.可看作是随机分布的特例.⑶集群分布:个体呈疏松不均匀的分布.又称聚集分布.是最常见的类型.集群分布一般可分为核心分布型和负二项分布型核心分布型(奈曼分布):分布不均匀,个体形成很多小集团或核心,核心之间的关系是随机的.其概率公式可表示为:\n第二节种群的基本特征Px=m1m2e-m2/x∑m2r/r!其中:m1=m2/(s2-m);m2=s2/(m-1)m为平均密度负二项分布型(嵌纹分布):个体分布疏密相嵌,很不均匀.其概率公式可表示为:Px=(m/p+x-1)(p+1)-k-xpx/(x!m/p-x!)!其中:p=s2/m-1m为平均密度\n第二节种群的基本特征4.种群分布型的计算⑴频次分布法:根据分布型的理论概率分布通式计算出理论概率和理论频次;用x2检验法分别检验理论频次和实测频次的吻合度,来判断属何种分布型.⑵分布型指数法a:空间分布指数(扩散系数)I=s2/m当I=1,随机分布;I<1,均匀分布;I>1,集群分布.\n第二节种群的基本特征b:k值法(可不受虫口密度变化而改变)k=m2/(s2-m)1/k=0,随机分布;1/k>0,集群分布;1/k<0,均匀分布.C:聚块指标m*/mm*：平均拥挤度。m*/m=[(∑xi2/∑xi)-1]/m\n第二节种群的基本特征C:聚块指标m*/mm*：平均拥挤度。m*/m=[(∑xi2/∑xi)-1]/mm*/m=1,随机分布m*/m<1,均匀分布m*/m>1,集群分布\n第二节种群的基本特征d:平均拥挤度m*与平均密度m的回归关系:m*=α+βmα=0,β=1,随机分布β<1,均匀分布α>0,β=1α=0,β>1,集群分布α>0,β>1\n第二节种群的基本特征三、种群的出生率和死亡率1.出生率生理出生率(最大出生率):在理想条件下所能达到的最大出生数量.生态出生率(实际出生率):在一定时期内,种群在特定条件下实际出生数量.内外因素共同作用影响的结果.影响出生率的因素:a.性成熟速度;b.每次产仔数;c.每年生殖次数;d.生殖年龄的长短.\n第二节种群的基本特征2.死亡率生理死亡率(最小死亡率):在最适条件下个体因衰老而死亡,其种群死亡率降到最低.生态死亡率(实际死亡率):在一定条件下的实际死亡率.许多个体死于各种生物或非生物影响的因素.出生率和死亡率一般都以种群中每单位时间每1000个个体的出生或死亡数来表示.\n第二节种群的基本特征四、种群的年龄结构种群的年龄分为三种生态年龄,即3个年龄组:生殖前期、生殖期、生殖后期3种主要的年龄结构类型:增长型、稳定型、衰老型\n第二节种群的基本特征五、性比大多数生物的自然种群内♀♂个体比率常为1:1出生时雄性多于雌性,随年龄增长,雌性多于雄性.性比也受环境因素影响,如食物的丰歉.如赤眼蜂,当食物短缺时,雌性比例下降.\n第二节种群的基本特征六、多型现象种群内的个体在形态、生殖力、体重及其他生理生态习性上产生差异,而出现种群内不同生物型.这种不同不单表现在♀♂相异,同性个体也有不同.如飞虱长短翅;社会性昆虫等\n第三节种群的增长目的和内容:认识种群数量上的动态,用数学模型加以描述,进而分析其数量变动规律,预测未来数量动态趋势.按时间函数的连续或不连续,可分两类.\n种群的几何级数增长(世代离散性生长模型)适应:一年一个世代,一个世代只生殖一次R0=Nt+1/NtNt:种群在t时刻的数量;Nt+1:种群在t+1时刻的数量;R0:每个世代的净生殖率(繁殖速率)\n一种群的几何级数增长(世代离散性生长模型)一、R0恒定由Nt+1=R0Nt可得Nt=R0tN0(R0>1,增长;R0=1,不增不减;R0<1,下降)很多生物一生可繁殖多次.把在一定时期内的增长率看成周限增长率(λ)则:Nt=λtN0\n一种群的几何级数增长(世代离散性生长模型)二、R0随种群密度变化时种群密度高时,因食物短缺流行病等,死亡率增大,种群密度与繁殖速率存在负的直线相关.R0=1-B(N-Neq)N:种群实际观察密度;Neq:种群平衡密度N-Neq=Z:对平衡密度的偏离;B:直线斜率所以:Nt+1=R0Nt=(1-BZ)Nt\n一种群的几何级数增长(世代离散性生长模型)讨论:种群数量Nt+1决定于R0、Nt;而R0往往是不恒定的.除上述讨论的与种群密度有关外,在自然界还与天敌气候等相关,组成函数R0=f(x),然后代入方程Nt+1=R0Nt,组成一个复杂的预测模型.\n二种群的指数增长(世代连续性生长模型)适应:世代重叠,生活史短,无特定繁殖期在无限环境中的几何增长;繁殖速率恒定可用微分方程表示:dN/dt=(b-d)NdN/dt:种群的瞬时数量变化b、d:每个体的瞬时出生率、死亡率b-d=r:瞬时增长率(内禀增长率:种群固有的内在增长能力)dN/dt=rN→dN/N=rdt\n二种群的指数增长(世代连续性生长模型)对上式积分可得:Nt=N0ertNt:t时刻的种群数量;N0:种群起始个体数量;e:自然对数的底此即在无限自然资源(食物空间)中作指数函数曲线生长的模型;利用此模型可计算未来任一时刻种群个体数\n三种群的逻辑斯谛增长(在有限环境中)适应:世代重叠,连续性生长;在有限环境中的增长;繁殖速率不恒定环境容纳量:由环境资源所决定的种群限度.即某一环境所能维持的种群数量.“拥挤效应”:种群增加一个个体时,瞬时对种群产生一种压力,使种群的实际增长率“r”下降一个常数c.dN/dt=N(r-cN)见图\n三种群的逻辑斯谛增长(在有限环境中)dN/dt=N(r-cN)N→K,dN/dt=0,r-cN=0,c=r/kdN/dt=rN(1-N/k)=rN(k-N)/k(k-N)/k:逻辑斯谛系数N>k,种群下降;N=k,种群不增不减;N、高度、个体数量、物候、鲜重、干重、含水量）。\n二、种类组成的性质分析植物区系学分析:从分类学和区系学角度出发，可以划分出区系成分。植物区系：一个地区所生长或生活的全部植物种类的总体就是该地区的~（行政区划、地理区域）。种类组成的统计分析：对群落中所有植物的科、属、种进行统计分析，其结果可列成植物名录和科属组成表。植物区系地理成分分析：以现代分布区为基础的区系划分，最常见的地理成分如泛北极、东亚、地中海、鄂尔多斯、亚洲中部。在搞清一个地区植物区系地理的基础上，对再搞清植物群落的中心和来源有重要意义。\n植物名录和科属组成表植物名称科属地理成分生活型水分生态类型中名，拉丁名合计\n2.生态成分分析：从生物有机体对其周围环境适应性出发，划分出生态成分：生态类型（根据光、水、温度、土壤等因子划分分析）生活型（生长型）。二、种类组成的性质分析3.群落成员型分析：从物种在群落中所起的作用出发，根据个体数量的多少和所起的作用的大小划分：优势种(dominantspecies)。建群种(edificator或constructivespecies)伴生种偶见种同一物种可以出现在不同的群落中，在不同的群落中所起的作用大小不同，即同一物种在不同群落中可以以不同的群落成员型出现。\n三、种类组成的数量特征：1、种的个体数量指标：丰富度、密度、相对密度、密度比还有：盖度、频度、高度、重量、体积以及相对盖度、盖度比，以此类推。2、种的综合数量指标：优势度：重要值、综合优势比生态位：空间、营养、多维生态位等。\n四、群落的综合特征：1、种的存在度和恒有度1）存在度：在同一类型的各群落中，某一植物所存在的群落数占被统计群落数的百分比，表明同一类型的不同群落之间在种类组成方面的相似程度，存在度大的植物种类越多，群落间的相似程度越大。2）恒有度：如果在每个群落中都取相同的面积登记起种类组成，然后求某重植物在这些面积中出现的比率称为恒有度。种的存在度和恒有度都用来说明同一类型的群落中种类组成的均匀性和一致性。恒有度即一定面积的存在度，可避免由于取样面积不等带来得误差。\n2、确限度（忠实度）：一个种局限于某一类型植物群落的程度，植物种类对一个群落类型的忠实度。由此划分的植物种与群落类型的关系：1）特征种：确限度为5级的种，完全局限于一个植物群落之内，又称局限种。偏宜种：确限度为4级，某一群丛的种，但也可以在其它群落中以相当低的存在度出现。适宜种：确限度3级，在几个群落单位中或多或少丰盛的生长，但在某一群落中占优势或生长最旺盛的种。2）伴生种：确限度2级，对任何群落都无明显选择的种。3）偶见种：确限度1级（外来种），少见或偶尔从别的群落中侵入近来的种，或从过去的群落中残遗下来种。\n3、种间关联：指种间相互吸引或排斥的性质1)种间关联的研究内容：a.在一定的置信水平上检验2个种间是否存在关联；b.测定关联的程度。2)种间关联一般用X2检验（卡方检验）；首先将两物种出现与否的的观测值填入2×2联列表。样方数种B出现的不出现种A出现的不出现aba+bcdc+da+cb+dn=a+b+c+d\n表中a,b,c,d是实际观测值：a：是两个种均出现的样方数，b：是仅出现物种A的样方数，c：是仅出现物种B的样方数，d：是两个种均不出现的样方数。如果两物种是正关联，那么绝大多数样方为a和d类；如果属负关联，则为b和c类；如果是没有关联的，则a、b、c、d各类样方数出现机率相等，即完全是随机的。根据上述观测值，算出理论值\n求得X2值并检验：X2=∣实测值-理论值∣2/理论值或n(ad-bc)2X2=------------------------------(a+b)+(c+d)+(a+c)+(b+d)若计算得到的X2值大于理论值（表中查到的），说明两物种彼此独立的假设不成立。若两个种有显著的相关，可用一些指数来测定关联程度的大小。\n4、几种主要的相关指数：仍2×2联列表以为基础Jaccard（1901，瑞士）指数：I=c/（a+b+c）a：是仅出现物种A的样方数b：是仅出现物种B的样方数c：是两个种均出现的样方数其中，I值又称为：物种群落系数或物种共同出现百分率。点相关系数：相关系数：当两个种都存在于所有样方时，一般通过用数量数据（）计算种间相关系数来衡量两种间的相关程度。\n3、物种的相似性：考察两个群落种类组成的相似性瑞士学者Jaccard，ISJ=c/（a+b+c）×100%a：第一个样方独有的物种的种数b：第二个样方独有的物种的种数c：两个样方共有的物种种数。Srensen，ISS=2C/（A+B）×100%A：第一个样方物种数B：第二个样方物种数C：实际上两个物种出现的概率，（A+B）/2：理论上两个物种同时出现的概率。\n第三节群落的外貌与结构种群在协同进化中形成的，其中生态适应和自然选择起了重要群落的外貌与结构是群落的明显标志，它是群落种植物与植物间、植物与环境间相互关系的具体综合反映。不同的群落具有不同的外貌与结构，因此，外貌与结构是识别与坚定群落类型的重要特征，是群落研究的必要基础。生物的每一组织水平都有其特定的结构，并与其功能相联系，生物群落也是如此。群落结构是群落中相互作用的作用，因此，群落外貌及其结构特征包涵了重要的生态学内容。\n一、群落的外貌与结构要素二、群落的垂直结构三、群落的水平结构四、群落交错区与边缘效应\n一、群落的外貌与结构要素1、植物群落的外貌（physiognomy)2、层片（synusia）3、同资源种团（guild）4、生态位(niche)\n一、群落的结构要素1、植物群落的外貌（physiognomy)：指的是群落的外表形态或相貌，它是群落与外界环境长期适应的结果。群落的外貌主要取决于植物种类的形态习性或长相、生活型或生长型、叶型以及周期性等几个方面。形态习性（morphologicalperformance）生活型（lifeforms）生长型（growthform）生活型谱(lifeformspectrum)\n1、形态习性（morphologicalperformance）：形态习性指的是群落种类组成者的形态特征，这些特征在一定程度上与环境条件相关，或是生境因子作用的必然结果，谈们在很大程度上决定着群落的外貌。高度：指植株的绝对高度、平均或最高高度。草本群落通常指叶层高度和花序高度；森林群落区别树高和枝下高或干高。\n树冠：是植物生长枝叶的顶部。树冠形态与群落内的光条件的变化相适应，在一定程度上反映了光能利用情况。树冠的形态取决于侧枝开始的相对高度、以及主枝的长度和发射角。树冠形态可分为：圆柱形，充分利用直射光与散射光；凸透镜形树冠，利用散射光；扁形树冠，对光的利用介于两者之间；塔形树冠，充分利用散射光；伞形树冠，能利用直射光。\n树皮：其颜色、厚度、气味、性状及剥落方式等，常给予森林以显著的外貌特征。可作为识别树种的标志，在一定程度上反映着环境条件的差异。板根、支柱根和呼吸根：板根（buttress）：是雨林的一个重要外貌特征，其形成与土壤的有效深度、通气不良，以及根系对氧气的竞争有关。支柱根（stiltroot）:使红树林和沼泽林的一个明显特征。与沼泽土壤条件和林下潮湿空气密切相关。呼吸根：是沼泽林的一个显著的外貌特征。通常是曲膝状、指状和蛇状，被看作为通气奇观。茎花（cauliflory）：指生长在无叶的茎上、树干上或枝条上，是雨林的一个最奇特的外貌特征。生态学意义是适应昆虫异花传粉的。茎花的类型有：简单茎花、枝花、干花、基花、孤枝花、鞭状花、悬垂花等。\n叶型（leafform）:指叶子的形状和大小。同一群落内或不同群落间叶型常有明显的差异。不同生境内的群落其叶型的差异尤为显著。因此，作为群落外貌特征之一的叶型分析越来越被重视。C.Raunkiaer(1934)创议的以叶面积大小分为6级，各级间相差9倍。最小的鳞叶或细叶：S=0~25mm2，微叶、小叶、中叶、大叶、巨叶S>18226~164025mm2最佳叶子大小预测模型：收益——成本分析方法，以平衡蒸腾失水的植物根吸水量作为成本，以光合收益高低作为收益，从这两个参量随叶子增大而变化的相互关系中(图6—7)，求得收益与成本相差最大时的叶子大小。群落的不同层次间的叶型存在着差异。叶缘性质的变化与叶型变化同样突出：热带雨林和常绿阔叶林的全缘叶是极其显著的特征，约占80~90%。\n叶面积指数（leafareaindex）：总叶面积（单面计算）LAI＝————————————单位土地面积生活力（vitality）:指物种在群落中的生长发育能力。Braun-Blanquet(1932,1964)制定了4级的生活力等级。Daubenmire(1968)制定了5级的生活力等级。Работнов（拉鲍特若夫，1945）建议去下列几类种群：1、侵入种群：植株处于定居（驯化）过程中，在群落中未能完成自己的整个发育循环。2、正常型种群：植株在群落中全部完成从发芽到结籽的整个生活循环。3、消退型种群：植株的有性繁殖更新停止。\n周期性（periodicity）：是指群落中那些与季节性气候变化相关联的、明显的周期现象。群落的周期现象取决于构成群落优势植物的物候现象或物候相（phenologicalphase）。由于各种植物的物候进程不同，使群落在不同季节里表现出不同的外貌，这种某个季节里的外貌就是季相（aspect）。随季节更替而改变的群落外貌变化，称为季相演替（aspection）。群落的季相是群落适应环境节律的一种必然的表现形式。群落的周期性外貌变化，在温带和寒带明显的和气候变化相吻合，表现得最为明显，而控制这种季节性变化的外界因子是温度的节律；在热带亚热带很大程度上是取决于湿度的节律性变化。群落的周期性在很大程度上是受环境节律的影响，在很多情况下，由机体内部的和机能的节律，就是通过与环境节律相联系而反映出环境的节律，是有机体长期与环境节律相适应的必然结果。\n2、生活型（lifeforms）：1）概念：生活型是植物对一定的生活环境长期适应的外部表现形式。同一生活型的植物不但在体态上是相似的，而且在形态结构、形成条件和某些生理过程也具相似性。注意：生活型主要是依据生态划分的，生长型则或多或少主要是依据形态划分的；是生态学的分类单位，是不同种植物对于相同环境条件趋同适应的结果，是生态适应的完整系统。2）生活型的划分系统《植物群落学》（p62~69）：C．Raunkiaer（1934）选择休眠芽在不良季节的着生位置把植物划分为五类生活型：高位芽、地上芽、地面芽、隐芽植物和一年生植物。\n3、生长型（growthform）：《中国植被》以植物体态划分出下列生活型类群：木本植物：乔木、灌木、、竹类、藤本植物、附生、寄生。半木本植物：半灌木、小半灌木。草本植物：多年生、一年生、寄生、腐生、水生草本。叶状体植物：苔藓、地衣、藻菌。4、生活型谱(lifeformspectrum)：某一地区或某一群落中全部种类所属生活型的百分率的对比关系。某一种生活型的物种数某一种生活型%=----------------------------×100%该地区（或群落）中全部种数\n世界各气候带的植物生活型谱(Raunkiear,1905)气候带种数生活型%PhChHCrT热带（塞色尔群岛）25861612516荒漠带（利比亚）194122120542地中海代（意大利）366126291142温带（丹麦）108473502218北极带（斯匹次卑尔根）11012260152常态普100046926613\n4、生态位(niche)C．Elton(1927)把生态位定义为种在群落中的机能作用和地位。后来，许多人认为生态位可与资源利用谱等同(May，1976)。根据G．F．Gause(1934)等人的实验，生态位相同的种不能共存，因之有人提出每个生态位一个种的概念，上边谈到的同资源种团，实际上它们的资源利用谱也不可能完全一致。生态位与群落结构有密切的联系，群落结构越复杂，生态位多样性越高。\n二、群落的垂直结构（verticalstructure）是指群落在空间中的垂直分化或成层现象（stratification），它是群落的重要的形态特征，因此有人称之为群落的形态结构。它具有深刻的生态学意义和实践意义。群落中的植物各有其生长型，其生态幅度和适应性又各不相同，各自占据着一定的空间，他们的同化器官和吸收器官处于地上和地下或水面下不同的深度。它们的这种空间上的垂直配置，形成了群落的层次结构，或垂直结构。每个垂直分化的高度或深度，形成在垂直空间中不连续的层（stratum）。或者说，层是由于植物的活动部分在地上和地下部分的排列而形成的植物层，它是在空间上隔离的，有时是在时间上隔离的。\n1、地上成层现象2、地下成层现象3、剖面图解\n1、地上成层现象地上成层现象（supraterraneousstratification）:是指植物的同化器官在地面以上不同的高度所形成的垂直结构或层次结构。地上成层现象在森林群落里最为明显，通常根据生长型划分为四个基本层次：乔木层（treestratum）;灌木层（fruticosestratum）;草本层（herblayer）;地被层（fieldstratumorgroundstratum由苔藓、地衣构成）。\n草本群落的地上成层现象较为简单，通常只有：草本层（herblayer）;地被层（fieldstratumorgroundstratum）各层可再按同化器官的高度划分相应的亚层。另外,森林群落中乔木层以下的通称为：林下层或林下植物（lowergrowth,undergrowth）附生、寄生、藤本等生长型的植物，它们依附于各种植物体上往往在整个群落的垂直空间内都有分布，因而被称为：层间植物（interstratumplant）；层外植物（extrastratumplant）;层内植物（nitrastratumplant）。\n群落中的种群常由于年龄结构的差异，不同龄级的个体分别处于不同的层次结构?是群落的垂直分化由于缺乏空间的不连续性而不明显。这种在某一特定时期，由于种群年龄结构或个体相对高度的不同而表现的垂直分化，称为冠或盖幕（canopy），或更新层（regenerationstratum）或繁殖层（propagationstratum）。多层结构的群落，由于各个层次在群落中的作用和地位不同，常区别为主要层和次要层。主要层：在创造群落内的特殊环境方面起着主导作用。从而影响或决定着其他层次，他的校长导致群落的质变。次要层：在群落内植物环境的创造中起着次要作用或很微弱，它们的存在、种类组成、个体数量、结构状态等等，都直接与主要层所创造的环境密切相关，或取决于主要层的作用和影响。\n第五章生态系统生态学第一节生态系统的基本结构和功能第二节生态系统的主要过程第三节生态系统的物质平衡\n知识点回顾个体生态生物与环境种群生态种群及其基本特征种群的遗传与进化种内、种间关系群落生态生物群落的组成与结构生物群落的动态生物群落的分类\n第一节生态系统的基本结构和功能生态系统的概念生态系统的组成成分生态系统的结构生态系统的功能生态系统的稳定性\n§1生态系统的基本概念生态系统（ecosystem）的定义:指在一定的空间内，生物成分和非生物成分通过物质循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位，这个生态学功能单位称生态系统。（英国植物生态学家A.G.Tansley(1935)提出）\n\n\n\n\n\n\n\n生态系统是现代生态学的重要研究对象，20世纪60年代以来，许多生态学的国际研究计划均把焦点放在生态系统国际生物学研究计划（IBP）：其中心研究内容是全球主要生态系统（包括陆地、淡水、海洋等）的结构、功能和生物生产力；人与生物圈计划（MAB）：重点研究人类活动与生物圈的关系；生态系统保持协作组（ECG）：中心任务是研究生态平衡与自然环境保护，以及维持改进生态系统的生物生产力。\n目前有关生态系统的研究，主要集中在5个方面：自然生态系统的保护和利用生态系统调控机制的研究生态系统退化的机制、恢复及其修复研究全球性生态问题生态系统可持续发展的研究\n§2生态系统的组成成分无机物有机化合物气候因素生产者(producer)消费者(consumer)分解者(还原者)(decomposer)六大组成成分①生产者：自养生物，主要是各种绿色植物，也包括蓝绿藻和一些能进行光合作用的细菌。②消费者：异养生物，主要指以其他生物为食的各种动物。③分解者：异养生物，把复杂的有机物分解成简单无机物，包括细菌、真菌、放线菌和动物等。非生物成分生物成分(生物群落)三大功能群\n生产者（producers）又称初级生产者（primaryproducers），指自养生物，主要指绿色植物，也包括一些化能合成细菌。这些生物能利用无机物合成有机物，并把环境中的太阳能以生物化学能的形式第一次固定到生物有机体中。初级生产者也是自然界生命系统中唯一能将太阳能转化为生物化学能的媒介。\n消费者不能利用无机物质制造有机物质，而是直接或间接依赖于生产者所制造的有机物质。它们属于异养生物。\n分解者（composers），指利用动植物残体及其它有机物为食的小型异养生物，主要有真菌、细菌、放线菌等微生物。小型消费者使构成有机成分的元素和贮备的能量通过分解作用又释放到无机环境中去。\n澳大利亚进口屎克螂因牛粪覆盖每年损毁牧场3600万亩60年代，澳大利亚引入了羚羊粪蜣(Onthophagusgazella)和神农蜣螂(Catharsiusmolossus)等异地金龟，对分解牛粪发挥了明显的作用。\n主要环境组分辐射大气水体土壤\n§3生态系统的结构空间结构时间结构营养结构食物链食物网\n\n\n一个食物链的例子“螳螂捕蝉，黄雀在后”（（据周立志）植物蝉(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食物链食物链（foodchain）和营养级（trophiclevel）食物链指生态系统中不同生物之间在营养关系中形成的一环套一环似链条式的关系，即物质和能量从植物开始，然后一级一级地转移到大型食肉动物。食物链上的每一个环节称为营养阶层或营养级，指处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。\n食物链的类型捕食食物链（grazingfoodchain）：又称捕食食物链，以活的动植物为起点的食物链，如草食动物、各级食肉动物。牧草→羊、牛→狼以绿色植物为起点，是活的生物体。腐食食物链（detritalfoodchain）：又称碎屑食物链，从死亡的有机体或腐屑开始。动植物残体→腐食性动物→肉食性动物→顶级肉食动物以动、植物残体为起点，数量越来越少。\n食物链的类型寄生型食物链：以活的生物为寄主，夺取寄主的物质和能量来维持生存。体型越来越小，数量越来越多。植物→动物→寄生物→更小的寄生物\n食物链的特征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食物链的特征食物链或食物网的复杂程度与生态系统的稳定性直接相关；生态系统中的食物链不是固定不变的，它不仅在进化历史上有改变，在短时间内也会发生变化。\n\n食物网食物网(foodweb)：生态系统中的食物链很少是单条、孤立出现的，它往往是交叉链索，形成复杂的网络结构－食物网。\n食物链和食物网的意义食物链是生态系统营养结构的形象体现；生态系统中能量流动和物质循环正是沿着食物链和食物网进行的；食物链和食物网还揭示了环境中有毒污染物转移、积累的原理和规律。\n§4生态系统的功能能量流动：生产者→消费者→分解者物质循环：生物←→环境信息传递：包括营养信息、化学信息、物理信息和行为信息等，构成信息网。\n生态系统的营养结构及能流和物流间的关系（据周立志）生产者(绿色植物)消费者(动物)还原者(细菌、真菌)放牧系统净初级生产分解系统死有机物太阳辐射能呼吸散失呼吸散失生态系统的营养结构(能量流动)能流物流环境(土壤、空气、水)生态系统的营养结构(物质循环)\n\n§5生态系统的稳定性生态系统的稳定性（stability）:生态系统通过发育和调节达到一种稳定的状态，表现为结构上、功能上、能量输入和输出上的稳定，当受到外来干扰时，平衡将受到破坏，但只要这种干扰没有超过一定限度，生态系统仍能通过自我调节恢复原来状态。\n生态系统稳定性包括了两个方面的含义:一方面是系统保持现行状态的能力,即抗干扰的能力（抵抗力resistance）;另一方面是系统受扰动后回归该状态的倾向,即受扰后的恢复能力（恢复力resilience）。\n生态系统稳定性机制：生态系统具有自我调节的能力，维持自身的稳定性，自然生态系统可以看成是一个控制论系统，因此，负反馈（negativefeedback）调节在维持生态系统的稳定性方面具有重要的作用。\n生态系统中的反馈（据周立志）狼↑狼↓兔↓兔↑植物↓植物↑狼饿死狼吃饱吃了较多兔子吃了较少兔子兔吃饱兔饿死吃了较少的草吃了大量的草污染↑↑鱼死亡↑污染↑鱼死亡↑↑↑鱼死亡↑↑污染↑↑↑正反馈负反馈\n第三节生态系统的物质循环§1生物地化循环的概念§2水循环§3气体型循环§4沉积型循环§5有毒物质的迁移和转化§6放射性核素循环§7生物地化循环与人体健康\n§1生物地化循环的概念生物地化循环生物地化循环的特点生物地化循环的类型\n生物地化循环(biogeochemicalcycle)矿物元素在生态系统之间的输入和输出，它们在大气圈、水圈、岩圈之间以及生物间的流动和交换称生物地(球)化(学)循环，即物质循环(cyclingofmaterial)。\n生物地化循环的特点①物质循环不同于能量流动，后者在生态系统中的运动是循环的；②生物地化循环可以用库和流通率两个概念来描述。库是由存在于生态系统某些生物或非生物成分中一定数量的某种化学物质所构成的，可分为贮存库和交换库。前者的特点是库容量大，元素在库中滞留的时间长，流动速率小，多属于非生物成分；交换库则容量较小，元素滞留的时间短，流速较大。物质在生态系统单位面积(或单位体积)和单位时间的移动量称流通率。③生物地化循环在受人类干扰以前一般是处于一种稳定的平衡状态。④元素和难分解的化合物常发生生物积累、生物浓缩和生物放大现象。\n生物积累、生物浓缩和生物放大生物积累(bioaccumlation):指生态系统中生物不断进行新陈代谢的过程中，体内来自环境的元素或难分解的化合物的浓缩系数不断增加的现象。生物浓缩(bioconcentration):指生态系统中同一营养级上许多生物种群或者生物个体，从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象，又称生物富集。生物放大(biomagnification):指生态系统的食物链上，高营养级生物以低营养级生物为食，某种元素或难分解化合物在生物机体中浓度随营养级的提高而逐步增大的现象。生物放大的结果使食物链上高营养级生物体中该类物质的浓度显著超过环境中的浓度。\n生物地化循环的类型水循环气体型循环沉积型循环\n§2水循环(aquaticcycle)水循环的意义：水是所有营养物质的介质；水对物质是很好的溶剂；水是地质变化的动因之一。水循环的途径人类活动对水循环的影响：空气污染和降水；改变地面，增加径流；过度利用地下水；水的再分布。\n水循环示意图西德地区的水循环示意图（ClodiusandKeller,1951）\n§3气体型循环(gaseouscycle)氧循环碳循环氮循环\n氧循环(oxygencycle)H2O+CO2→H2CO3→HCO3-+H+↑CO2HCO3-→CO32-Ca2+→CaCO3O2水体臭氧层沉积物火山作用4FeO+O2→2FeO3CO2CO↑O2+2COCO2O2O3O2OO2HOHH2OH2OOCO2高能紫外辐射\n碳循环(carboncycle)化泥碳煤大气中CO2CO2碳化作用石油水生植物光合作用腐烂燃料呼吸作用光合作用腐烂扩散\n氮循环(nitrogencycle)陆地陆地其它动植物蓝藻浅层死有机物溶解死有机物土壤中无机氮库丢失于深层沉积中动植物活体共生或自由生活的固氮微生物死有机体陆地河流带走生物固氮大气库N2大气库HN3,NO,NO2,N2O，工业固氮（汽车,化肥,电厂）脱氮闪电化学反应海洋火山作用降水大气\n§4沉积型循环(sedimentarycycle)磷循环硫循环\n磷循环（phosphoruscycle）沉积型循环沉积物中的磷（约为土壤和海洋中千倍以上）陆地海洋死有机物土壤中的无机磷活有机物死有机物深海的磷活有机物捕鱼鸟粪悬浮在水中随河水带走摄取排泄死亡下,沉分解沉积溶解于水上升风化开采摄取排泄死亡上涌\n硫循环（sulfurcycle）陆地海洋沉积物（CaSO4,FeS2）溶解的SO42-SO2H2SSCaSO4FeS2死有机物活有机物SO42-降水SO2,SO42-扩散海浪SO42-大气上升，分化SO2FeS2死有机物活有机物SO42-H2SS分解化肥工业SO42-摄取扩散火山活动H2S,SO2,SO42-植物摄取SO2,SO42-降水SO2,SO42-化石燃烧SO2H2S,SO2,SO42-\n§5有毒物质的迁移和转化有毒物质的类型有毒物质的迁移和转化有毒物质循环的典型代表----汞循环\n有毒物质的类型有毒物质(toxicsubstance)又称污染物(pollutant)，按化学性质分两类。无机有毒物质主要指重金属、氟化物、和氰化物；有机有毒物质主要有酚类、有机氯药等。按污染物的作用分一次污染物和二次污染物。前者由污染源直接排入环境的，其物理和化学性状未发生变化的污染物，又称原发性污染物；后者是由前者转化而成，排入环境中的一次性污染物在外界因素作用下发生变化，或与环境中其它物质发生反应形成新的物理化学性状的污染物，又称继发性污染物。\n有毒物质的迁移和转化迁移(transport)是重要的物理过程,包括分散、混合、稀释和沉降等；转化(transformation)主要是通过氧化、还原、分解和组合等作用，会发生物理的化学的和生物化学的变化。\n汞循环(mercurycycle)火山活动化石燃烧降水挥发挥发沉积物农田风化和淋溶作用农药喷洒径流(CH3)2HgHg2＋CH3Hg鱼水生植物水鸟工厂汞的废物捕鱼由河水带走(中性pH)(酸性pH)\n复习思考题1.为什么说一个复杂的食物网是使生态系统保持稳定的重要条件？生态系统中反馈机制是如何形成的？其意义何在？概述生态系统中碳循环的主要过程和特点，并对“温室效应”的形成机制作一说明\n第六章生态系统服务与主要生态系统功能第一节生态系统服务内容第二节生态系统服务功能价值及其评估第三节自然生态系统功能\n第三节自然生态系统功能§1生态系统格局§2森林生态系统§3草原生态系统§4荒漠和苔原生态系统§5湿地生态系统§6水域生态系统\n§1自然生态系统格局生态系统的类型及分布陆地生态系统的分布规律\n生态系统类型及分布陆地生态系统湿地生态系统：水域生态系统森林生态系统草地生态系统荒漠生态系统苔原生态系统海洋生态系统淡水生态系统陆地和水域的过渡类型热带雨林生态系统常绿阔叶林生态系统落叶阔叶林生态系统常绿落叶阔叶混交林生态系统针叶林生态系统草甸草原生态系统典型草原生态系统荒漠草原生态系统\n世界地图\n陆地生态系统的分布规律纬度地带性经度地带性垂直地带性\n纬度地带性由于太阳高度角及其季节变化因纬度而不同，太阳辐射量及与其相关的热量也因纬度而异，从赤道向两极温度递减。由于热量沿纬度变化，出现群落和生态系统类型的有规律更替，如从赤道向北极依次出现热带雨林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、北方针叶林与苔原。\n经度地带性在北美和欧亚大陆，由于海陆分布格局与大气环流特点，水分梯度常沿经向变化，因而导致群落和生态系统经向分异，即由沿海湿润区的森林，经半干旱的草原至干旱的荒漠。与纬度地带性表现的自然规律不同，经度地带性是局部大陆的自然地理现象。\n垂直高度地带性海拔高度每升高100米，气温下降0.4-0.6℃，降水最初随高度增加而增加，超过一定高度增加而降低。由于海拔高度的变化，常引起群落和生态系统有规律的更替。表现垂直带谱：山地季雨林、山地常绿阔叶林、落叶阔叶林、针阔混交林、针叶林、高山矮曲林、高山草原与高山草甸、高山永久冻土带。\n§2森林生态系统森林生态系统的分布规律森林生态系统的主要特征森林生态系统的功能我国的森林资源现状\n森林生态系统分布规律\n森林生态系统的主要特征生物种类多、结构复杂；系统稳定性高；物质循环的封闭程度高；生产效力高。\n森林生态系统的功能具有综合的环境效益；调节气候；涵养水源，保持水土；作为生物遗传资源库。\n我国的森林资源现状我国森林生态系统的主要问题森林生态系统比例小，地理分布不均匀；森林生态系统生物群落结构发生变化，系统自身调节能力下降；恢复和重建速度慢。森林生态系统破坏的生态危害：促进沙漠化的过程；对大气化学产生影响；引起气候变化、增加自然灾害发生的频率。我国森林生态系统恢复和重建对策：加快森林生态战略工程的建设，增大比例、改变格局；积极推广农林复合生态系统的建设；尽快建立南方用材林基地；加强科学管理，发挥现有森林综合效益潜力。\n中国生态区划分森林生态系统草原生态系统荒漠和苔原生态系统水域生态系统湿地生态系统\n§3草原生态系统草原生态系统的类型和特点草原生态环境现状草原生态环境恶化的原因恢复和保护对策\n草原生态系统的类型和特点草原生态系统的类型降水减少降水增加荒漠草原典型草原原草甸草原辐射量增加辐射量减少草原生态系统的特点草原生态系统中生产者的主体是禾本科、豆科和菊科等草本植物，优势植物以丛生禾本科为主。垂直结构通常分为三层：草本层、地面层和根层。气候（温度）对草原植物有明显的影响。草原生态系统中的初能消费者有适于奔跑的大型草食动物、穴居的啮齿动物以及小型的昆虫等；食肉动物有狼、狐、鼬、猛禽等。初级生产量在所有的陆地生态系统中居中等或中等偏下水平。\n草原生态环境现状20世纪60年代以来，草原生态系统普遍出现草原退化现象。20世纪70年代中期，全国退化草原面积占草原总面积的15％，20世纪70年代中期，增加到30％以上。全国草原退化面积以1000－2000万亩的速度扩展。草原退化的主要特征：群落优势种和结构发生改变；生产力低下，产草量下降；草原土壤生态条件发生巨变，出现沙化(sandification)和风暴;固定沙丘复活、流沙在掩埋草场；鼠害现象严重；动植物资源遭破坏，生物多样性下降。\n草原生态环境恶化的原因超载过牧;不适宜的农垦；人类对资源的掠夺性开采。\n草原生态系统恢复和保护对策实行科学管理；发展人工草场；建立牧业生产新体系。\n§4荒漠和苔原生态系统荒漠和苔原生态系统的分布荒漠生态系统类型与特征荒漠化及荒漠化防治苔原生态系统的特征\n荒漠生态系统类型与特征荒漠生态系统类型：荒漠生态系统(desertecosystem):是地球上最为干旱的地区，其气候干燥，蒸发强烈。由超旱生的小乔木、灌木和半灌木占优势的生物群落与其周围环境所组成的综合体。有石质、砾质和沙质之分。习惯上称石质、砾质的荒漠为戈壁(gobi),或戈壁沙漠(gobidesert)；沙质荒漠为沙漠(sandydesert)。荒漠生态系统的特征：生态环境严酷；荒漠生物群落极为稀少，植被丰富度极低；植物群落以超旱生小乔木和半木本植物为优势物种；生态系统生物物种极度贫乏，种群密度稀少，生态系统脆弱；\n荒漠化及荒漠化防治荒漠化（desertification）:是指在干旱、半干旱地区和一些半湿润地区，生态环境遭到破坏，植被稀少或缺少，土地生产力有明显的衰退或丧失，呈现荒漠或类似荒漠景观的变化过程。我国的荒漠化土地占国土面积的8％。荒漠化的主要危害：对土地资源的损害；造成作物死亡；毁坏各种建设工程；损害水利、河道的正常效益；对通讯和输电线路的危害；引起沙尘暴。荒漠化防治对策：加强领导；重视保护濒临荒漠化的生产性款地；加强综合整治工作；因地制宜进行治理。\n苔原生态系统的特征苔原生态系统(tundraecosystem)是由极地平原和高山苔原的生物群落与其生存的环境所组合成的综合体，主要特征是低温、生物种类贫乏、生长期短、降水量少。我国的苔原为山地苔原，存在于温带东部的长白山和西部的阿尔泰山高山带。\n§5水域生态系统水域生态系统的特点：水域生态系统的环境特点水域生态系统的营养结构特点水域生态系统的功能特点水域生态系统的类型：淡水生态系统海洋生态系统水域生态系统的恢复和保护对策：减少污水排放量实行综合保护措施，提高系统自身的抵抗力；正确认识水生生物群落特征，合理利用生物资源。\n§6湿地生态系统湿地生态系统的概念湿地及其保护中国湿地\n湿地生态系统的概念湿地生态系统(wetlandecosystem):是指地表过湿或常年积水，生长着湿地植物的地区。湿地是开放水域与陆地之间过渡性的生态系统，它兼有水域和陆地生态系统的特点，具有独特的结构和功能。湿地生态系统的功能：天然的基因库；潜在资源；净化功能；气候和水文调节等功能。\n湿地及其保护湿地定义：湿地指不问其天然或人工、永久或暂时的沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带，常带有静止或流动、咸水或淡水，半碱水或碱水水体，包括低潮时水深不过6m的滨岸海域。湿地保护1971年全球政府间的湿地保护公约《关于特别作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》（简称《湿地公约》）诞生;到1999年已有96个国家加入《湿地公约》。我国于1992年正式加入。我国目前已建立各类保护区152处，有7个自然保护区被列为国际重要湿地。\n中国湿地近海及海岸湿地河流湿地湖泊湿地沼泽和沼泽化草甸湿地库塘\n复习思考题生态系统服务功能包括哪些内容？如何经济量化？意义何在？上海与新疆对比结果对你有何启示？对比森林、湿地、草原的生态功能，分析异同及原因。\n第七章污染的生态防治第一节环境污染的概念及其防治措施第二节水体污染与废水处理的生物对策第三节大气污染及其防治第四节土壤的污染与防治\n第一节环境污染的概念及其防治措施§1环境污染的概念§2环境污染的防治对策\n§1环境污染的概念环境污染环境污染（environmentalpollution）是指人类活动使环境要素或其状态发生变化，环境质量恶化，扰乱和破坏了生态系统的稳定性及人类的正常生活条件的现象。简言之，环境因受人类活动影响而改变了原有性质或状态的现象称为环境污染。环境污染物的来源一方面是来自人类的生产活动；另一方面是来自人类的生活活动；\n§2环境污染的防治对策环境污染的防治主要是解决从污染产生、发展，直至消除的全过程中存在的有关问题和采取防治的种种措施，其最终目的是保护和改善人类生存的生态环境。本章将重点介绍生物防治法和生化防治法。\n第二节水体污染与废水处理的生物对策§1水体污染与水体自净§2废水处理的基本方法§3水体的富营养化及其生物防治\n§1水体污染与水体自净水体污染（waterpollation）水体自净（self-purificationofwaterbody）水质标准（waterqualitystandard）\n水体污染（waterpollation）由于人类活动而排放的污染物进入水体，使水体和水体底泥的物理、化学性质或生物化学性质发生变化，从而降低了水体的使用价值，这种现象称为水体污染。废水中的污染物种类极多，按其种类和性质，一般可分为四大类，即无机无毒物、无机有毒物、有机无毒物和有机有毒物。此外，对水体造成污染的还有放射性物质、生物污染物质和热污染等。\n水体自净（self-purificationofwaterbody）水体自净是指受污染的水体由于物理、化学、生物等方面的作用，使污染物浓度逐渐降低，经过一段时间后恢复到受污染前的状态。这一过程谓水体自净。水体自净能力除与水体本身因素有关外，还与有机污染物的数量和性质有关。\n水质标准（waterqualitystandard）为了防止工业废水与生活污水对环境的污染，保持水体达到一定的水质标准，必须对排入水体的污染物种类和数量进行严格控制。因此，需要制定严格的排水水质标准。\n§2废水处理的基本方法活性污泥法生物膜法厌氧生物处理法污水处理塘——生物塘\n活性污泥法机理：活性污泥法是利用人工培养和驯化的微生物群体去分解废水中可供生物降解的有机物，通过生物化学反应，改变这些有机物的性质，再把它们从废水中分离出来，从而使废水得到净化的方法。活性污泥是微生物群体及它们所吸附的有机物质和无机物质的总称。\n生物膜法生物膜法和活性污泥法一样都是利用微生物来去除废水中有机物的方法。生物膜中的微生物则附着生长在某些固体物的表面，所以生物膜处理系统又称为附着生长系统。\n厌氧生物处理法厌氧生物处理法是利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌来降解有机物的，大分子的有机物首先被水解成低分子化合物，然后被转化成甲烷和二氧化碳等。机理：其有机物的分解过程可分为酸性（酸化）阶段和碱性（甲烷化）阶段厌氧处理的应用：主要用于居住房屋和公用建筑的生活污水的处理\n污水处理塘——生物塘污水处理塘是一些适宜的自然池塘、经人工改造的自然池塘，或是人工修建的池塘。根据污水处理塘的净化机理，大致可分为好氧塘、厌氧塘、兼性塘、曝气氧化塘、塘田和鱼塘等。\n§3水体的富营养化及其生物防治水体富营养化的机理水体富营养化的危害及其防治对策\n水体富营养化的机理水体富营养化（eutrophication）是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。营养物质的来源：水体中过量的氮、磷等营养物质主要来自未加处理或处理不完全的工业废水和生活污水、有机垃圾和家畜家禽粪便以及农施化肥，其中最大的来源是农田上施用的大量化肥。\n水体富营养化的危害及其防治对策水体富营养化的危害：富营养化会影响水体的水质，会造成水的透明度降低，使得阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态。溶解氧的过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物有害，造成鱼类大量死亡。富营养化的防治对策：控制外源性营养物质输入减少内源性营养物质负荷\n第三节大气污染及其防治§1大气污染和大气污染物§2大气污染的综合防治对策\n§1大气污染和大气污染物大气污染大气污染系指大气成分的性质和数量的改变。大气污染物大气污染物系指人类活动或自然过程排入大气，并对人或环境产生有害影响的那些物质。\n§2大气污染的综合防治对策大气环境质量标准大气环境质量区的划分及执行标准的级别大气污染的综合防治对策绿色植物对大气污染物的净化作用\n大气环境质量标准大气环境质量标准是以保障人体健康和生态系统不受破坏为目标，对大气环境中多种污染物所规定的含量限度。大气环境质量区的划分及执行标准的级别一类区：为国家规定的自然保护区、风景游览区、名胜古迹和疗养地等；二类区：为城市规划中确定的居民区、商业交通居民混合区、文化区、名胜古迹和广大农村等；三类区：为大气污染程度比较重的城镇和工业区以及城市交通枢纽、干线等。\n大气污染的综合防治对策制订合理的环境规划利用大气的自净能力减少污染物排放总量治理主要污染物\n绿色植物对大气污染物的净化作用绿色植物对有害气体的吸收作用绿色植物的减尘作用绿色植物的杀菌作用绿色植物吸收二氧化碳放出氧气的作用森林对大气污染防治的作用\n第四节土壤的污染与防治§1土壤的污染与净化§2土壤净化与土壤防治\n§1土壤的污染与净化土壤污染的基本概念土壤中污染物质的来源和种类土壤污染的主要发生途径农药和化肥污染土壤的机理\n土壤污染的基本概念土壤污染是指人类活动所产生的物质（污染物），通过多种途径进入土壤，其数量和速度超过了土壤容纳的能力和土壤净化速度的现象。土壤背景值（或本底值）生物指标\n土壤中污染物质的来源和种类土壤污染物质的来源人为污染源自然污染源土壤污染物的种类无机污染物有机污染物生物类\n土壤污染的主要发生途径大气污染型水污染型固体废弃物污染型农业污染型\n农药和化肥污染土壤的机理农药在土壤环境中的吸附与降解化学肥料在土壤中的转化\n§2土壤净化与土壤防治土壤净化土壤污染的防治\n土壤净化广义上是指污染物质进入土壤后，经生物和化学降解变为无毒害物质，以及通过化学沉淀、络合和螯合作用、氧化还原作用变为不溶性化合物，或是为土壤胶体牢固地吸附，植物难以利用而暂时退出生物小循环、脱离食物链或被排出土壤之外的作用。狭义的土壤自净，主要是指微生物对有机污染物质的降解作用，以及使污染化合物转变为难溶性化合物的作用。\n土壤污染的防治控制和消除外排污染源土地处理系统土地处理系统是利用土壤以及其中的微生物和植物对污染物进行综合净化作用的。土地处理系统的处理方式主要有：漫流或溢流、灌溉、渗流或渗漏等。土壤污染治理的生态对策控制农药污染的生态措施控制土壤受重金属污染的生态对策\n第八章生态管理及生态监测§1环境污染及其监测§2生物资源管理§3生态环境规划与管理\n§1环境污染及其监测环境污染环境监测和风险评价\n环境污染环境污染（environmentalpollution）是指人类活动使环境要素或其状态发生了变化，从而使环境质量恶化，扰乱和破坏了生态系统的稳定性以及人类的正常生活条件的现象。常见的环境污染有：空气污染(airpollution)酸雨(acidrain)水污染(waterpollution)土壤污染\n空气污染(airpollution)空气污染是由人类活动直接或间接引起天然与合成有害物质向大气的排放。污染物直接排放到大气中称初级污染物，在太阳电磁辐射的影响下，在空气中由其他污染物制造出来，称次级污染物。主要的空气污染物有：二氧化硫、固体颗粒、二氧化氮、碳氢化合物、一氧化碳、臭氧、硫化氢、氟化物、一氧化氮、铅、汞。空气污染物对人及整个自然界有重要的影响。造成环境不舒适，腐蚀雕塑，破坏公共设施；防碍人类和其他生物的健康，同时改变气候以及土壤、湖泊和河流的化学性质。\n酸雨(acidrain)酸雨(acidrain)和酸沉降(aciddeposition):酸雨（1972，英国化学家R.A.Smith提出）是指雨水中含有一定数量本性物质(硫酸、硝酸、盐酸等)的自然降水现象。大气中形成酸的物质以雨、雪、雹和雾等形式从空气中沉降下来，其pH值一般都小于5.6，这种现象称酸沉降。酸沉降对动物、植物以及森林有明显的损害；改变了土壤和湖泊的pH值，同时本酸化会导致有毒金属（汞和铝等）从土壤和沉积物中释放出来。\n水污染(waterpollution)水污染是指由于人类活动而排放的污染物进入水体，使水体及其底泥的物理、化学性质或生物化学性质发生了变化，从而防碍了对水体的利用，这种现象称水污染。水体污染物可分为生物体、可溶性化学物质、不溶性化学物质和热四类。水污染危害：有毒物对生物的直接毒害，不溶性固体降低水的质量；水中有害生物导致水传播疾病的流行；水中有机质引起水体的富营养化，引起水体生物耗氧（BOD）和化学耗氧量（COD）增加；水中有毒物质如重多属和多氯联苯等在食物链上的生物放大作用，使生物体的酶活性受影响；工业余热通过多种途径影响水生生物。\n富营养化（eutrophication）富营养化是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。水体出现富营养化情况下，浮游藻类大量繁殖，形成水华，因占优势的浮游藻类的颜色不同，水面出现各种颜色，这种现象在海洋中叫赤潮。多数学者认为氮和磷等营养物质浓度的升高是藻类大量繁殖的原因，由于磷通常是水生生物生长的限制性营养物，因此是引起水体富营养化的主要物质。\n土壤污染土壤污染是指人类活动所产生的物质通过多种途径进入土壤，其数量特征和速度超过了土壤容纳的能力和土壤净化速度的现象。常见的土壤污染物有：物理类、化学类、生物类等，其中以化学类最为普遍、严重和复杂。常见的化学污染物有：无机污染物包括：重金属、放射物质和营养物质等，有机污染物是化学农药，如有机氯类、有机磷类、氨基甲酸酯类、苯酰胺类等；石油、多环芳烃、多氯联苯、甲烷等；多聚物如尼龙、塑料和橡胶等。物理污染物有工业废渣、城市垃圾等；生物污染物有大肠肝菌、炭疽杆菌、蠕虫类。\n环境监测和风险评价生态监测的内容及特点生态监测的原理和方法风险评价\n生态监测的内容及特点环境监测(environmentalmonitoring):研究和监测环境质量。其手段有化学、物理学、生物学、生态学、地球物理、地球化学等，因此其内容有化学监测、物理监测、生物监测、生态监测、地球物理化学监测等。生态监测(ecologicalmonitoring):利用生命系统各层次对自然或人为因素引起环境变化的反应来判定环境质量。生态监测的特点：能综合地反映环境质量状况；具有连续监测的功能；具有多功能；监测灵敏度高。\n生态监测的原理和方法生态监测的原理生态监测的方法\n生态监测的原理生物与环境之间相互依存、相互影响、协同进化。生物与环境相互补偿、协同发展是在自然界长期发展过程中形成的，生物的变化是某一区域内环境变化的一个组成部分，因此，生态学上个体、种群、群落和生态系统各组织层次的生物变化可以作为环境改变的指示和象征。\n生态监测的方法个体和种群水平指示生物法（indicatororganism）群落和生态系统水平污水生物系统法（saprobiensystem）PFU(聚氨酯泡沫塑料块)法(polyurethanefoamunit)生物测试（bioassay）\n指示生物法指示生物法是指用指示生物来监测环境状况的一种方法。指示生物(indicatororganism)是一些对环境中的某些物质，包括污染物的作用或环境条件的改变能较敏感和快速地产生明显反应的生物。通过其所作的反应可了解环境的现状和变化，起“预警”功能。指示生物的基本特征：对干扰作用反应敏感且健康；具有代表性；对干扰作用的反应个体间的差异小、重现性高；具有多功能。常用的指示生物：紫花苜蓿（SO2），地衣和苔藓（SO2、氟化物），菜豆、烟草（O3）等。\n污水生物系统法污水生物系统法是由Kolkwiz和Marsson1909年提出，后经完善的一种用于河流污染、尤其是有机污染的一种监测方法。由于河流受污染后，在污染源下游的一段流程里会发生自净过程，即随着河水污染程度的逐渐减轻，生物的种类组成也随之发生变化，在不同的河段将出现不同的物种。根据生物种类组成将河流划分为多污带、α-污染带、β-污染带和寡污染带。各污染带都有各自的物理、化学和生物的特征。亦可用群落中优势种群来划分污染带。\nPFU法PFU法是用取氨酯泡沫塑料块采集水域中微生物和测定其群集速度来监测和评价环境质量状况的一种方法。1969年由美国弗吉尼亚工程学院和弗吉尼亚州立大学环境研究中心的Cairns等人1969年创立的。国内自80年代起将这种方法用于污染水体的监测和评价。PFU法的原理是岛屿生物学原理，即原生动物集群过程实际上是集群速度随着种类上升而下降的过程，二者的交叉点就是种数的平衡点。达到平衡点的时间取决于环境条件。PFU法的优点：使监测水平提高到了群落层次，使监测更符合客观事实和真实环境；简便易行。\n生物指数法生物指数法是指用数学公式反映生物群落结构变化，以评价环境质量。常用的有：生物指数（BI）＝2nA+nB,n为底栖大型无脊椎动物的种类数，A为敏感种类数，B为耐污染种类数。污染生物指数＝颤蚓类的个体数量／底栖动物个体数量＊100硅藻指数＝（2A＋B－2C）／（A＋B－C）＊100，A为不耐污染的种类数；B为对有机污染耐力强的种类数；C为在污染区内独有的种类数。\n生物测试生物测试又称生物测定或生物检试，是利用生物受到污染物质的毒害所产生的生理机能等变化测试污染状况的方法。毒性试验急性毒性试验慢性毒性试验致突变检测微核技术：细胞分裂过程中染色体进行复制时，如果受到外界诱变因子作用，就会产生一些游离的染色体片断，形成包膜，变成大小不等的小球体，这就是微核。利用细胞减数分裂四分体时期出现的微核来指示环境污染的方法称微核技术。\n生态风险评估生态风险评估是利用生态学、环境化学及毒理学的知识，定量地确定环境危害对人类的负效应的概率及其强度的过程。生态风险评价的步骤\n生态风险评估的步骤生态风险评估问题的形成分析过程风险源评估效应评估风险特征化风险管理\n§2生物资源的管理生物多样性及其保育生物资源管理人口管理\n生物多样性及其保育生物多样性生物多样性的价值生物多样性的现状生物多样性丧失的原因生物多样性的保育对策\n生物多样性生物多样性(biodiversity):生物多样性是生物及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和。它包括数以百万计的动物、植物、微生物和它们所拥有的基因以及它们与生存环境形成的复杂生态系统。包括四个层次:遗传多样性（基因多样性）物种多样性生态系统多样性景观多样性\n遗传多样性指种内基因的变化，包括种内显著不同的种群间和同一种群内的遗传变异。其测度包括三个方面，即染色体多态性、蛋白质多态性和DNA多态性。\n物种多样性指物种水平的多样性，即一个地区内物种的多样化，主要是从分类学、系统学和生物地理学角度对一定区域内物种的状况进行研究。\n生态系统多样性指生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样化以及生态系统内生境差异、生态过程变化的多样性。生态多样性指数可分为:α多性指数β多样性指数γ多样性指数\n景观多样性指不同类型的景观要素或生态系统构成的景观在空间结构、功能机制和时间动态方面的多样化或变异性。\n生物多样性的价值直接价值：为人类提供了基本食物、纤维、药物和燃料和建材等间接价值：表现在生态系统的服务，具体表现在以下几个方面。能量固定；调节气候；调节水文；保护土壤；贮存必须的营养元素，促进元素循环；维持进化过程；对污染物质吸收和分解作用；娱乐－美学、社会文化、教育、精神及历史方面具有重要价值。\n生物多样性的现状生物多样性的丰富程度：世界上的物种估计有500万到3000万种，已定名的为140－170万种。中国是世界上物种最丰富的国这之一，中国的物种数约占世界物种总数的10％。中国的特有种十分丰富，以维管植物、哺乳类和鸟类计算，仅次于印度尼西亚，居亚洲第二。生物多样性的受威胁现状：Schopf认为生物物种的寿命是20万年，地球上有4000种哺乳动物，如果以4000个哺乳动物种作为平衡点，那么每50年就有一个物种灭绝。二十世纪内，每年灭绝0.27种哺乳动物，每4年有一个物种。灭绝速率为自然灭绝的近13倍。\n生物多样性丧失的原因引起生物多样性丧失的主要原因有：栖息地丧失和片断化；掠夺式的过度利用；环境污染；工业化的农业和林业；外来种的引入；全球气候变化。\n生物多样性的保育对策保护公约和立法建立自然保护区和国家公园迁地保护种子库和基因资源库退化生态系统的恢复生物多样性的监测\n保护公约国际生物多样性保护公约：1992年6月在巴西首都里约热内卢召开了地球最高级会议，联合国环境与发展大会，通过了国际生物多样性公约，确立了生物多样性保护的重要地位，152个国家在公约上签字。5月22日世界生物多样性日。保育对策应该包括全球、国家、地区和地方的一系列不同层次。国际级对策保护全球受威胁生态系统，由IUCN(InternationalUnionforConservationofNature)牵头。成功的措施是濒危野生动植物物种国际贸易公约（CITES）以及南极协议（AntarcticTreaty,1992）。国家级对策由政府组织安排和通过立法执行，如保护区的建立。\n生物资源管理有益生物种群的产量有害生物的防治与管理\n有益生物种群的产量最大持续产量原理：dN/dt=rN(K-N)K当N＝K／2时，dN/dt最大，d(K/2)/dt=rK/4Graham(1935)认为：在渔业生产中，dN/dt可以看成是可供捕捞而不影响资源种群大小的“剩余生产”。要使种群维持最大的产量（MSY），就应该使资源种群保持在N＝K／2的水平。此时,MSY＝rK/4。最大持续生产量在生产实践具有重要的意义\n最大持续产量原理K／2K／2BAbaNKNdN／dtMSYMSYdN／dt●●●●NMSY●●●●\n最大持续生产量的生产实践意义假如一个未受人类利用的资源种群数量是稳定的，那么在按最大持续产量的策略进行捕猎前，首先要将种群的数量降低，降低以后才能使种群增长率提高，才能有持续产量；种群数量降低到每一水平，都有一个相应的持续产量，这个持续产量等于该数量水平（N）下的增加量dN/dt;每一个持续产量都有相应的两个种群数量能提供这个持续产量；只有在一个种群数量水平下，才能有最大持续产量，理论上讲，这个数量是N=K/2水平；按逻辑斯谛增长数学模型的原理，最大持续产量MYS=rK/4,而能提供最大持续产量的种群数量NMYS＝K／2。\n有害生物的防治与管理有害生物(pest)：与人类竞争食物或遮蔽所、传播病原体、以人类为食或用不同的方法威胁人类健康、舒适或安宁的生物。防治的原理：防治有害生物的过程往往成为一个猎取“持续产量”的过程，因此，如果每年去除一个“最大待续产量”，那么既不能将危害动物种群消来掉，也不能把它的数量压到K／2的水平以下，所以，只有当每年的去除数量大于“最大持续产量”，才能使种群趋向灭亡。防治目标：降低有害生物到某一水平，在这个水平上进一步降低是无利可图的。防治类型：化学防治、生物防治、基因防治、物理防治、综合防治。\n有害生物防治的利益和代价模型成本或价值有害生物密度防治成本作物价值防治利益\n§3生态环境规划与管理环境规划生态规划生态环境治理\n环境规划环境规划也称环境保护规划，强调规划区域内大气水体、噪声及固废等环境质量的监测、评价和调控管理。\n生态规划生态规划的概念生态规划的原则生态规划的内容生态规划的步骤\n生态规划的概念生态规划：强调运用生态系统整体优化观点，对规划区域内城乡生态系统的人工生态因子（如土地利用状况、产业布局状况、环境污染状况、人口密度和分布以及建筑、桥梁、道路、城市管线基础设施分布等）和自然生态因子（气候、水系、地形地貌、生物多样性、资源状况等）的动态变化过程和相互作用特征都应给予相当的重视，研究物质循环和能量流动的途径，进而提出资源合理开发利用，环境保护和生态建设的规划对策。其目的在于区域与城市生态系统的良性循环，保持人与自然、人与环境关系的持续共生，协调发展，追求社会的文明、经济的高效和生态环境的和谐。\n生态规划的原则整体优化原则趋适开拓原则协调共生原则区域分异原则生态平衡原则高效和谐原则可待续发展原则\n生态规划的内容生态要素的调查与评价环境容量和生态适宜度分析评价指标体系的建立及规划目标的研究生态功能区划与土地利用布局环境保护规划人口适宜容量规划产业结构与布局调整规划园林绿地系统规划资源利用与保护规划生态规划管理对策\n生态规划的步骤－－国外生态规划的技术路线资源管理生态规划(F.Steiner,1960’s):①确定规划目标→②资源数据清单和分析→③区域适宜度分析→④方案选择→⑤规划方案实施→⑥规划执行→⑦方案评价。McHarg生态规划法（I.L.McHarg,1969）：①确定规划范围和规划目标→②广泛搜集规划区域的自然与人文资料（包括地理、地质、气候、土壤、野生动物、自然景观、土地利用、人口、交通、文化、人的价值观调查），并分别描绘在地图上→③根据规划目标综合分析，提取在第二步所收集的资料→④对各主要因素及各种资源开发（利用）方式进行适宜度分析，确定适应性等级→⑤综合适应性图的建立。\n生态规划的步骤－－国内生态规划的技术路线规划、环保业务部门规划设计、筹备阶段政府决策部门气象水文地形地貌土地利用人口分布资源利用环境污染园林绿化生态要素调查、评价、预测规划设计阶段规划目标(社会、经济、生态)规划对策(生态功能区划、环保规划工程措施、绿地系统规划、生态与环境管理措施)评审阶段→实施阶段\n生态环境治理生态恢复(ecologicalrestoration)生态工程(ecologicalengineering,ecoengineering)\n生态恢复指使受损生态系统恢复合理的结构、高效的功能和协调的关系，恢复不等于复原。受损生态系统的恢复可遵循两个模式：当生态系统受损不超过负荷并是可逆的情况下，压力和干扰被移去，恢复可在自然过程中发生；另一种是生态系统的受损超过负荷，并发生不可逆变化，依靠自然过程已不能使系统恢复，必须依靠人的帮助。\n生态工程马世骏（1984）认为，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，结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。生态工程是考虑生态系统自我设计特点，是有利于人为和自然两者的设计；环境工程是利用一系列科学原理去净化或防治环境污染。\n复习思考题1.全球气候变化可能难世界农业带来哪些有利和不利的影响？2.目前我国所面临的资源与环境问题主要包括哪些？3.何谓生物多样性？生物多样性的价值包括哪些方面？\n第九章生态监测第一节生态监测的概念和理论依据第二节野外生态监测的基本方法第三节生物测试\n第一节生态监测的概念和理论依据§1生态监测的概念、特点和基本要求§2生态监测的理论依据\n§1生态监测的概念、特点和基本要求生态监测生态监测就是利用生命系统及其相互关系的变化反应做“仪器”来监测环境质量状况及其变化。生态监测的特点生态监测的基本要求\n生态监测的特点能综合地反映环境质量状况具有连续监测的功能具有多功能性监测灵敏度高生态监测的基本要求样本容量应满足统计学要求要定期、定点连续观测综合分析要有扎实的专业知识和严谨的科学态度\n§2生态监测的理论依据生态监测的基础——生命与环境的统一性和协同进化生态监测的可能性——生物适应的相对性污染生态监测的依据——生物的富集能力生态监测结果的可比性——生命具有共同特征\n第二节野外生态监测的基本方法§1指示生物法§2群落和生态系统层次的生态监测\n§1指示生物法指示生物及其基本特征指示生物的选择方法指示生物的指示方式和指标指示植物在大气污染监测中的应用\n指示生物及其基本特征指示生物即对环境中某些物质，包括污染物的作用或环境条件的改变能较敏感和快速地产生明显反应的生物，通过其所作的反应可了解环境的现状和变化。基本特征对干扰作用反应敏感且健康具有代表性对干扰作用的反应个体间的差异小、重现性高要具有多功能\n指示生物的选择方法生物敏感性的划分指示生物选择方法现场比较评比法栽培或饲养比较试验法人工熏气法浸蘸法\n指示生物的指示方式和指标症状指示指标指示生物的这类指标主要是通过肉眼或其它宏观方式可观察到的形态变化。生长势和产量评价指标对于植物而言，各类器官的生长状况观测值都可用来作指示指标。生理生化指标它比症状指标和生长指标更敏感和迅速，常在生物未出现可见症状之前就已有了生理生化方面的明显改变。行为学指标在污染水域的监测中，水生生物和鱼类的回避反应（avoidancereaction）也是监测水质的一种比较灵敏、简便的方法。\n指示植物在大气污染监测中的应用（阅读材料）大气污染植物监测方法调查法植物群落监测法污染量指数法\n§2群落和生态系统层次的生态监测污水生物系统PFU（polyurethanefoamunit）法生物指数法群落和生态系统层次的其它监测指标水污染的生态监测\n污水生物系统是1909年由科尔科威茨和马森提出，后又经许多学者不断完善的一种用于河流污染、尤其是有机污染的一种监测方法。这种方法的理论基础是，当河流受到污染后，在污染源下游的一段流程里会发生自净过程，即随着河水污染程度的逐渐减轻，生物的种类组成也随之发生变化，在不同河段将出现不同的物种。\nPFU（polyurethanefoamunit）法是指用聚氨酯泡沫塑料块采集水域中微型生物和测定其群集速度来监测和评价环境质量状况的一种方法。\n生物指数法生物指数（bioticindex）是指运用数学公式反映生物种群或群落结构的变化以评价环境质量的数值。\n群落和生态系统层次的其它监测指标以测定有生命成分的结构信息为基础的指数以功能信息为基础的指数。这类指数主要是些生态效率指标，如P/R比率、PN/PG比率等以结构与功能联合的信息为基础的指标。如转换率（turnoverration），像群落的生产速率与群落生物量的比值，即P/B比率等\n水污染的生态监测监测方法细菌在水污染生态监测中的作用浮游生物的指示作用大型底栖无脊椎动物在监测中的应用\n第三节生物测试§1生物测试及基本方法§2毒性试验§3致突变和致癌物质的检测\n§1生物测试及基本方法生物测试（bioassay）又称生物测定或生物检试，是利用生物受到污染物质的毒害所产生的生理机能等变化测试污染状况的方法。生物测试方法有静水式生物测试（staticbioassay）和流水式生物测试\n§2毒性试验毒物和毒性试验的一般概念急性霉性试验慢性毒性试验\n毒物和毒性试验的一般概念毒性试验（toxictest）是指人为地设置某种致毒方式使受试生物中毒，根据试验生物的中毒反应来确定毒物毒性的试验方法。毒物，是指由某种方式进入生物体的化学物质，在其达到一定数量时，能扰乱或破坏生物的正常生理功能，引起暂时或持久的病症，甚至使生物死亡的物质。毒性试验中对生物的致毒方式主要采用三种方法：一是接触致毒；二是口服致毒；三是人工直接感染法\n急性霉性试验急性毒性试验是指在较短的时间内，通常为96小时或更短的时间，能引起试验动物死亡或剧烈损伤的一种试验方法。慢性霉性试验慢性毒性试验是指在实验室条件下进行的低浓度、长时间的中毒试验，观察毒物与生物反应之间的关系，以确定对生物无影响的浓度（安全浓度）。\n§3致突变和致癌物质的检测（阅读材料）微核技术微核技术是利用花粉母细胞减数分裂时四分体时期出现的微核率来指示环境污染的方法，其基本原理是：植物细胞分裂时染色体要进行复制，在复制过程中如果受到外界诱变因子的作用，就会产生一些游离染色体片断，形成包膜，变成大小不等的小球体，这就是微核（micronucleus，MCN）。染色单体交换测定技术鱼类细胞姊妹染色单体交换（SCE）测定技术是70年代发展的一种新技术。艾姆斯试验技术是利用经人工诱变了的微生物作为指示微生物的一监测方法。