生态学基本原理

生 态 学 规 律
生态规律在环境保护中的应用
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以生态学 全面考察 充分利用 规律指导 对环境质 人类活动 生态系统 解决近代 经济建设， 量进行生 对环境的 的调节能 城市中的 综合利用 物监测和 环境问题 资源和能 力 评价 影响 源
生态规律在环境保护中的应用
有毒物质的富集
当这些物质进入人体后将增加人类患癌症和其他疾病的可 能性，并对大脑结构产生长期影响
（三）土地在呼救 土地面积受到四个方 面的威胁而剧减： 1.人口增长 2.水土流失 3.土地沙漠化
4.土壤污染
（四）变小的绿肺
绿肺变小导致的后果： 1.非涝即旱 2.气候异常
3.珍贵物种丧失
（五）臭氧空洞
了解生态学基本原理
一、生态学的含义及其发展
定义： 生态学是研究生物有机体与其周围环境（包括生物 环境和非生物环境）相互关系的一门学科。作为生物学 的主要分科之一，从植物逐渐涉及到动物。
生态学基本原理
第一节：生态系统
一、生态系统的概念： 生物群落与其环境之间不断地进行着物质循 环、能量流动和信息传递而形成的统一整体。
二、人类活动对环境的影响
二、人类活动对环境的影响
（一）毒化了的天空 酸雨带来一片凄凉
酸雨： pH值小于5.6的雨雪或其他形成的大气 降水称酸雨。 导致酸雨形成的原因：
SO2、氧氮化物转化为硫酸或硝酸所致。
大气污染物质主要有： 森林火灾产生的烟尘、二氧化硫 干燥地区因风而引起的沙尘暴 污染源：工业企业排气、家庭炉灶与取暖设备 排气、汽车尾气
生态系 统中的物 质循环
生态系统 中的信息传 递
三、生态系统的平衡
定义： 在一定条件下,生态系统中能量流动和物质循 环表现为稳定的状态。
动
能量和物质的输入和输出保持动态平衡 特 点：
定
相对稳定(能量、物质、生物种类、生物数量)
变
外界条件发生变化,可破坏现存的生态平衡
破坏生态平衡的因素
臭氧层受到破坏的可能因素：
1.高空军事活动、超音速飞机放出的 氧化氮气体
2.无节制地使用氮肥
3.空调冰箱制冷剂
4.核试验
1979-1984 南极上空 臭氧洞
（六） 温室效应 温室效应的后果： 1.冰川消融，海平面上升 2.南北温差缩减 3.可能导致我国西部公路运输瘫痪 4.物种丧失
人类活动对生态系统的影响 1.干涉生物地球化学循环 例如现代工业人类大量开采磷酸盐岩石 生产磷肥和含磷洗涤剂，加快磷的循环， 使水体中含磷过多，藻类生长过盛，引起 环境危害。
人 为 因 素 自 然 因 素
掌握环境污染与生态平衡
一、环境污染与生态平衡
矿产资源开发利用与保护 土地资源的利用和保护
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生物资源的利用和生物多样性保护
1、森林资源的保护和利用 2、草地资源的保护和利用 3、生物多样性保护
二、生态规律在环保中的应用
生态学的一般规律：
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相互依存与相互制约 规律 物质循环转化与再生 规律 物质输入输出的动态 平衡规律 相互适应与补偿的协 同进化规律 环境资源的有效极限 规律
• • • • • 出生和死亡率 生命周期 生育时间 性别比例 年龄结构
生 存 曲 线 反 应 年 龄 分 布
红线表示生命早期有 极高的死亡率，但是 一旦活到某一年龄， 死亡率就变得很低而 且稳定，如牡蛎、鱼 类、植物。 蓝线表示种群各年龄 的死亡率基本相同， 如水螅、小型哺乳动 物等 绿线表示绝大多数个 体都能活到生理年龄， 早期死亡率极低，但 当达到一定生理年龄 时，短期内几乎全部 死亡，如人类、及其 他一些哺乳动物，以 及某些植物
捕食
竞争
寄生 共栖 合作 互利共生 化学互助和拮抗
可能存在以下状 态：互惠，一方 受益一方无害， 一方受益一方有 害，一方有害一 方无益，双方都 有害，对双方既 无害也无益。
山猫正在追捕雪兔
猞猁和雪兔在 90 年间的数量消长
两种草履虫，分开培养和混合 培养，出现不同生长曲线
三、人类活动与环境的良性互动
1、合理开发自然资源 2、切实保护环境
3、人口平衡增长
生态学发展历程体现的三个特点： 从定性探索生物与环境的相互作用到定量研究; 从个体生态系统到复合生态系统，由单一到综合，
由静态到动态的认识自然界的物质循环与转化规律;
与基础科学和应用科学相结合，发展和扩大了生态 学的领域。
种群增长模型
（1）指数增长模式
在没有限制的指数增长中， 增长速度（G）与个体数量 （N）成正比；
指数增长模式只是一种理 想的状态
种群的环境负荷量
环境负荷量 一定面积或一定空间内种群个体的数目接近或达到环境所能 承受的最大值。当种群个体达到环境负荷的极限值时，种群将 不再增长而保持在该值左右。
水循环 气体循环 碳的循环 氮的循环
沉淀循环（钙、钾、
纳、镁、磷等盐类的 循环） 磷的循环
第二节 环境因子对生物个体的影响
生物的无机环境包括了水、火、光、温度、空气、 土壤等。 生物的有机环境是指生物与周围生物之间的关系， 通常有种内关系和种间关系。
温度对生物个体的影响
二、有机环境对生物个体的影响
化工环境保护概论
主编：杨永杰
Chapter2 环境污染及生态平衡
化学工业出版社
目 录
总 论 环境污染及生态平衡 大气污染防治及化工废气治理
目录
水体污染防治与化工废水处理
固体废物与化工废渣处臵
化工清洁生产技术与循环经济
噪声控制及其他化工污染防治
环境保护措施与化工可持续发展
§ 2 环境污染及生态平衡
由于通过食物链后能量的逐 级损失，食物链中的能量也 由下向上呈现下宽上窄的金 字塔型，称为能量金字塔
；
食物链的基本特点：
• 同一食物链中常包含有食性和其它生活习性极不 相同的多种生物； • 同一生态系统中，可能有多条食物链，长短不同， 营养级数目不等； • 不同生态系统，各类食物链的比重不同； • 生态系统中，各类食物链总是协同起作用的；
二、生态学系统
定义： 生命和环境系统在特定空间的组合。 注意三点: 划分有人为因素,可大可小,小可成大 系统中不断进行着物质交换和能量流动 动态平衡
简化了的陆地生态系统
生态系统的组成
自然界的绿色植物 及凡能进行光合作 用、制造有机物的 生物(单细胞藻类和 少数自然微生物等)
生产者
消费者
（2）Logistic增长模型
在种群实际增长曲线，分为五个阶段：延滞期、 指数增长期、减数增长期、平衡期和衰亡期。
人类活动与环境因子的交互影响
一、环境因子对人类的影响
1、人类是自然环境的产物；
2、人类文明是自然环境的产物；
3、人口分布受自然环境的制约：3/4的世界人口居住在 沿海600英里的范围内；有2/3的世界人口居住在沿海 500英里的范围内 ； 4、人类健康受自然环境的影响。
食用植物的生物 或相互食用的生 物
各种无生命的无 机物、有机物和 各种自然因素
生态系 统组成
无生命物质
分解者
各种具有分解有机质 能力的微小生物，最 主要的是细菌和真菌 ，也包括一些原生生 物
生产者
消费者
土壤营养库
物质循环 能量流动
分解者
生态系统组成
生态系统的基本功能
生物生产
生态 系统中的 能量流动
生态系统中的营养关系是一种网状结构，因此称为食物网； 食物网越复杂，生态系统就越稳定，反之亦然； 食物网维持生态系统的相对平衡，并推动生物进化；
生态系统中的功能类群
生产者
消费者 还原者或称分解者
（二）生态系统的物质循环
碳、氮、磷和水等元素在 不同层次、不同大小的生 态系统内，乃至生物圈内， 沿着特定的途径从环境到 生物体，又从生物体再回 到环境，不断进行着流动 和循环的过程叫生物地球 化学循环。
研究生态系统着重于宏观方面，能流、物质循环、生态系统 的稳定性等等。 生态系统六大特征： 1.特有的生物成分； 2.一定的地区特点和空间结构； 3.具有明显的时间特征； 4.参与物质循环和能流的功能类群； 5.结构和功能间的动态平衡； 6.具有不同程度的开放性。
二.生态系统组成
三、生态系统研究的核心
生态系统中生物与生物，以及生物与环境之间相互 依存、相互影响
（一）生态系统中的能量流动
通过处于不同营养水平的生物之间的食物传递形成 了一环套一环的链条式关系结构，称为食物链.
生态系统中的能量流动是单一方向的
输入生态系统中的能量（太阳能）总是和生物有机体 贮存、转换的能量和释放的热量相等； 以热的形式散失的能量不能再回到生态系统参与流动 和被利用； 十分之一定律：营养水平每上升一级所得能量只有原 来营养水平的10%。
种群生态的基本特征： ①空间特征，即种群具有一定的分布区域和分布方式； ②数量特征，单位面积（或单位空间上）的个体数量， 即种群有一定的密度特征，另外还包括出生率、死亡率、 年龄结构和性别比例； ③遗传特征，即具有一定的基因组成，以区别于其他物 种，并随着时间进程改变其遗传特性的能力。
种群增长的影响因素
一 只 鸟 里 里 外 外 寄 生 物 大 20 多 种
双锯鱼和海葵共栖
黄嘴牛椋 鸟和犀牛 共栖
蚂蚁和蚜虫合作
白蚁消化道中原生动物帮助白蚁消化木屑
（互利共生）
一种鼠尾草分泌化学物质，使周围成为不毛之地。
种群生态
种群生态的概念: 种群生态:是生活在同一生态环境中、一定时间 内能自由交配的同种个体的集合体。
• “生物圈二号”
• 该事件告诉人们，地球是目前最完美的生态系统，人们利用高 科技不可能创造象地球这样完美的生态系统 - 长江特大洪灾 1998中国从南到北， 从东到西的大部分地区， 都发生了洪水灾害或洪水影响，造成的直接经济损失就超过 2000亿人民币！造成2150多万hm2农作物受灾。问题的原因是 由于江河上游乱砍乱伐森林造成的 • 沙尘暴 2000年北方发生14次沙尘暴，2001年16次。2000年12 月31日-2001年1月2日，内蒙古锡林浩特市持续时间25-75小时 ，风力达6-11级，风速达到每秒14-26米，降温8-10度，最大能 见度为100米，最低为0米。在这场沙尘暴中共走失104人，其 中27人冻死，走散丢失牲畜30万头，其中确认死亡15.66万头 。沙尘暴主要是由于草原地区的人口增加和过度放牧引起
2.生物种类或成分的改变 例如造成外来生物入侵和本地物种的减少或灭绝。 3.生物多样性丧失
4.环境因素的改变 第二环境问题：生态平衡的破坏
富营养化
藻类蔓生
ห้องสมุดไป่ตู้溶氧降低
鱼类死亡
5.信息系统的破坏 污染物和昆虫性激素发生反应，使昆虫失去交配 机会，从而导致该物种繁殖受阻，直至消失。
• 全球变化的几个典型事件举例
（二）水体——人类的垃圾桶
水体富营养化：一种生物营养物质 过多积蓄而引起的水质污染。 总磷量≥20ng/L；
无机质≥300ng/L
导致水体富营养化的原因： 1.城市生活污水
2.农业废弃物 3.化肥工业
水体富营养化的后果： 1.藻类种类数量剧减 2.个别藻类如蓝藻蔓生
水体富营养化的后果： 3.鱼类生存受到威胁