生态与环境保护全解
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生态学的分支—栖居环境
个体生态学 族群生态学 群落生态学 文化生态学
………….
研究一个生物个体或一种生物多个个体 与环境之间的关系; 研究一种或亲缘关系较近的几种生物种 群与环境之间的关系; 研究生活在同一环境中的所有生物与环 境之间的关系 研究文化的集群和竞争的环境对于文化 进程的影响与推动作用
迷你地球
迷你地球
迷你地球”位于日本北部沿海的青森县六所村,面积只有4700平
方米,是3个由不锈钢走廊连接的体育馆式建筑。整套设施耗资 6500万美元,于2000年建成,眼下研究人员已经开始进行前期试验。
模拟封闭空间内氧气和二氧化碳在植物、人类和动物之间的循环 2个人,2只羊
迷你地球
新华网东京9月13日电(记者何德功)日本在封
生态学基本原理 与生态保护
生态学的定义 第一节 生态系统的组成和类型 第二节 生态系统的功能 生态平衡的理念 第三节 生态环境的保护
第一节
概
述
随着粮食、人口、能源和环境等一系列 世界性问题的出现,推动了生态学的发展, 生态学的基本原则不仅被看作是环境科学重 要的理论基础,也被看成是社会经济持续发 展的理论基础。
只有 10%左右被高位营养级利用,这在生态学上称为 10%定 律。为了保证生态系统中能量的流通,自然界就形成了生物
量金字塔和能量金字塔。
生态系统的能量流动
生态系统中能量的 输入、传递和散失的过 程。
(1)能量流动的起点:
从生产者固定的全部太阳能开始。
太阳能是生态系统能量的根源,通过光合作用实现。 化石燃料:煤、石油
生物圈2号工程
生物圈2号工程(Biosphere
2) 美国为了探索生态系统奥秘,试验人类离开地球能否生存, 在亚利桑那州图森市以北沙漠中建造的几乎完全与外部世界隔绝 的、内部有着类似地球的各种生态系统的科学实验基地。 生物圈2号实验失败最主要的启示是:目前最好的办法还是保护和 利用好地球,进行环境保护和生态恢复是实现人类可持续发展的 必由之路。
第二节 生态系统的功能
能量流动功能 物质循环功能 信息传递功能
• 食物链和食 物网是实现这 些功能的保证
wk.baidu.com
食物链和食物网
食物链:各种生物之间存在着的取食和被取
食关系,物质和能量通过这种关系在生态系 统内传递。
英国动物学家埃尔顿(C.S.Eiton),1927年,首 次提出,“大鱼吃小鱼,小鱼吃虾米” 食物链类型:捕食性、寄生性、腐生性、碎食性等
无机物:包括氮、氧、二氧化碳和各种无机盐等。 有机物:包括蛋白质、糖类、脂类和土壤腐殖质等。 自然因素:包括太阳辐射、温度、湿度、风和降水等
生态系统的类型
根据生态条件:水生生态系统和陆地生态系统
水生生态系统:海洋生态系统和淡水生态系统;
淡水生态系统:流水生态系统和静水生态系统。 陆地生态系统:森林、草原、荒漠、高山等。 森林生态系统:热带、亚热带、温带和寒温带森林等。 过渡生态系统:湿地生态系统。
生态系统的组成
生产者 消费者
生态系统
分解者
无生命物质
生态系统的组成
1)生产者:指能进行光合作用的各种绿色植物、蓝绿藻 和某些化能合成细菌。又称为自养生物。 2)消费者:指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) 3)分解者:指分解动植物残体、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。消费者 和分解者又称为异养生物。 4)无生命物质:包括无机物、有机物和自然因素;
(3)生态系统能量流动的特点: 第一、能量流动不是循环的而是单向的: 从生产者→初级消费者→次级消费者→ 三级消费者→……。
第二、能量流动是逐级递减的:
传递率为10%~20%
十分之一定律
1941 年美国耶鲁大学生态学家林德曼发表了《一个老年 湖泊内的食物链动态》的研究报告。他对50万平方米的湖 泊作了野外调查和研究后用确切的数据说明,生物量从绿色 植物向食草动物、食肉动物等按食物链的顺序在不同营养级 上转移时,有稳定的数量级比例关系,通常后一级生物量只
湿地生态系统:不问其为天然或人工、常久或暂时之沼泽地、湿 原、泥炭地或水域地带,带有静止或流动、或为淡水、半咸水或 咸水水体者,包括低潮时水深不超过6m的水域。(1971年,拉姆萨尔, 《关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》)
生态系统的类型
根据人为的影响或干预程度
水域生态学
湖泊生态学 流域生态学
生态学的分支—与其他科学结合
数学生态学 物理生态学 与非生命科学结合 化学生态学 经济生态学 ……… 生理生态学
与生命科学其他分支 结合
行为生态学 遗传生态学 进化生态学
生态学的分支—分支学科
※ ※
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农业生态学 医学生态学 工业资源生态学 环境保护生态学 环境生态学 生态信息学 城市生态学 景观生态学 ………….
生态学的定义
生态学(Ecology)是研究生物与环境之间相
互关系及其作用机理的科学。
德国生物学家恩斯特•海克尔 生物:植物、动物和微生物; 环境:各种生物特定的生存环境,包括非生物环境和 生物环境。 非生物环境——由光、热、空气、水分和各种无机元 素组成; 生物环境——由作为主体生物以外的一切生物组成。
迷你地球
两位科学家的生活区域也占据了“迷你地球”的1/4 面积,有两张床、电脑和固定的脚踏健身车。房间的角落 安置着摄像头,以监控他们的安全状况。相邻的房间是用 来饲养动物的。目前已有两头山羊接受了3周的血压、体 温和心脏情况监视,以确定它们是否能够适应封闭的环境。 研究人员还尝试在可以调控温度、湿度和光线的房间里种 植水稻和大约30种蔬菜。居住在“迷你地球”内部的人只 能从外部得到电力供应和信息。内外联系是通过电话、电 子邮件和因特网来实现的。 http://www.ebiotrade.com/newsf/200212/L20021226123853.htm
闭空间“迷你地球”进行的为期一周自给自足的实验 13日顺利结束,“迷你地球”送走了第一批“迷你 地球人”。 参加实验的研究员筱原正典在当天的记者招待会 上说:“两名‘迷你地球人’靠自己培育的植物释放 出的氧气度过一周时光,我感到实在了不起。通过这 次实验自己对植物更加情有独钟,今后会更珍爱植 物。”筱原正典准备2009年在“迷你地球”居住 4个月,向封闭空间发起新的挑战。
水、氧和二氧化碳的循环
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,大多以二氧化碳和碳酸 盐的形式存在。 碳循环以(通过植物呼吸或发酵;通过动物 呼吸;通过化石、矿物质、天然气等燃烧)三 种方式实现。
迷你地球
“迷你地球 ”实验从本月6日开始,实验的目的之一 是,调查食物等所含的碳是如何在生态系统中循环的。 “迷你地球”是日本财团法人环境科学技术研究所200 0年建造的,总面积5000平方米,其中10%的空间 全部密封,在密封空间里除了植物栽培区外,还有羊圈和 供两名研究人员居住的一室一厅。两名研究人员和两只山 羊靠吃在植物栽培室收获的大米和蔬菜生活了一周。 科学家预计,人类到2050年可以到月球旅行,2 010年登上火星会梦想成真,“迷你地球”作为一种宇 宙空间生存技术将来不可缺少。 http://scitech.people.com.cn/GB/25892/3694131.html
生态系统的定义
生态系统(Ecosystem)是自然界一定空间的
生物与环境之间相互作用、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。
英国生态学家阿瑟•乔治•斯坦利
(原文)Ecosystem is the whole system,… including not only the organism-complex, but also the whole complex of physical factors forming what we call the environment…
自然生态系统:没有或者没有明显地被人类改造的生态系统 热带雨林、海洋、江河湖泊、高山; 人工生态系统:以人类活动为生态环境中心,按照人类的理想要 求建立的生态系统。 城市、农田、人工造林、人工湿地、草坪等。 半自然生态系统:一个经过人类改造,但仍保留着本身重要元素 的生态系统。 自然保护区、农业生态系统等。
食物链上的各个环节称为营养级。生产者为第一营养级,一 级消费者为第二营养级,依此类推。 营养级一般只有 4-5 级。凡在同一层次上的生物都属于同一 营养级,同一生物也可能隶属于不同的营养级。 低位营养级是高位营养级营养和能量的供应者。但是,能量
在食物网中流动时,转移效率很低。低位营养级储存的能量
(2)生态系统能量流动的数量:
流经生态系统的总能量,是生产者所固定的全
部太阳光能。
生态系统中的能量流动
地球是一个开放系统存在着能量的输入和输出; 能量输入的根本来源是太阳能; 光合作用是植物固定太阳能的唯一有效途径; 化石燃料则在过去地质年代固定和储存了太阳能; 根据热力学第一定律,能量可以从一种形式转化为另一 种形式,在转化的过程中,能量既不会消失,也不会增 加,这就是能量守恒原理; 根据热力学第二定律,能量的流动总是从集中到分散, 从能量高向能量低的方向传递。
生态学的分支—结构层次
个体生态学
研究一个生物个体或一种生物多个个体 与环境之间的关系; 研究一种或亲缘关系较近的几种生物种 群与环境之间的关系;
族群生态学 群落生态学
………….
研究生活在同一环境中的所有生物与环 境之间的关系
生态学的分支—栖居环境
森林生态学 陆地生态学 草原生态学 荒漠生态学 土壤生态学 海洋生态学
食物链和食物网
食物网:实际上许多食物链经常相互交叉,形
成复杂的捕食关系,这种关系又称为食物网。 一般情况下,食物网越复杂生态系统就越稳定。 因为食物网中某个环节(物种)缺失时,其他 相应环节能起补偿作用。相反食物网越简单, 则生态系统越不稳定。 物种之间的关系:竞争关系、共生关系
营养级和生态金字塔
迷你地球
日本环境科学研究所负责“迷你地球”的主要研究工作。 这里的高级执行主任、火箭科学家新田敬二信心十足,他 说:“与生物圈2号最大的区别之一是,我们花费了大量 的金钱和时间来设计和建立支持生命的系统。” “迷你地球”没有使用土壤和依赖微生物,而是使用 机器来人工分解和处理废料。这个人工支持部分占据了整 个场地的 1/4。支持系统的中心部分是复原氧气的处理机, 使用高温和电解水的办法从二氧化碳中重新获得氧气。新 田认为,“迷你地球”所使用的机械甚至比美国航空航天 局为国际空间站研发的同类设备效率更高。“我相信在这 里开发的技术将来可以用于航天项目”。
等于或者小于生物量的1/10。林德曼把生态系统中能量
的不同利用者之间存在的这种必然的定量关系,叫做“十分 之一定律”。
林德曼的理论为生态科学打下了理论基础。
小结
能量流动是单项流动,
逐级递减。
生态系统中的物质循环
在生态系统的各个组成部分之间,不 断进行着物质循环。氢、氧、二氧化碳、 碳、氮、硫、磷是构成生命有机体的主要 物质,也是自然界中的主要元素。生物圈 中这些元素的循环在生命活动中起着重要 作用。
生物圈2号工程
由美国前橄榄球运动员
约翰· 艾伦发起,并与几家财团联手出资,委托空间 生物圈风险投资公司承建,历时8年,耗资1.5亿美元,占地1.3万m2,采用了 全封闭的钢筋与玻璃结构,仅有阳光、电和信息与外界相通。引入了3800 多种生物(植物、动物、微生物)布置成森林生态系统、草地生态系统、水 和沼泽生态系统、农田生态系统和海洋生态系统,还有供研究人员生活用 的楼房和人造风雨设施。设计寿命100年。1991年9月26日投入运行,并进 行实验。1996年9月,由数百名科学家组成的委员会对实验进行了总结。到 后期,“生物圈2号”中的植物几乎灭绝,必须注入氧气才能维持人员生存。 他们认为,在现在技术条件下,人类无法模拟一个类似地球、可供人类生 存的生态环境。 生物圈2号实验失败的原因:氧气未能顺利循环。