环境学概论第二章生态学基础

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环境学概论第二章生态学基础
生物地化循环的类型
¨ 水循环 ¨ 气体型循环 ¨ 沉积型循环
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环境学概论第二章生态学基础
2 水循环(aquatic cycle)
¨ 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。
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生态系统的营养结构及能流和物流间的关系
（据周立志）
•生态
系统的
•环境
营养结 •(土壤、空气、
构(物 水)
质循环)
•生产者 •(绿色植物)
•还原者 •(细菌、真菌)
•消费者 •(动物)
•生态 •太 •放牧系统
系统的 阳
营养结 辐
构(能 射 量流动) 能
•净初级 •生产
v一、生态系统 v1 生态系统的概念
› 种群（Population）：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
› 群落（Community）：在一 定的自然区域中许多不同种 的生物的总和 。
› 生态系统（Ecosystem）任何一个生物群落 与其周围非 生物环境的综合体 ：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
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食物链和食物网的意义
v 食物链是生态系统营养结构的形象体现； v 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； v 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。
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（c）生物放大作用
一. 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
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生物地化循环(biogeochemical cycle)
¨ 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 (cycling of material) 。
所谓食物链，就是一种生物以另一种生物 为食，彼此形成一个以食物连接起来的链锁关 系。
在一个生态系统中，食物关系往往很复杂， 各种食物链互相交错，形成食物网。能量的流 动、物质的迁移和转化都是通过食物链和食物 网进行的。
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一个食物链的例子
（
•植 物 •蝉 •(初级消费者)
•生态学是一门研究生物与其生活环境相互关系的科 学，是生物学的主要分支之一。
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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
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生态学的分支
v 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。
•负反馈主要是指在受到外界影响或干扰后, •生态系统通过一系列的自我调节功能, •来减轻这种干扰或影响的程度,并力图 P•P恢T文档复演模到板 平衡或稳定状态的过程
•负反馈
•狼↑
•狼↓
•吃 •吃 了较 了较
少兔 多兔 子子
•兔↑
•兔↓ •植物↓
•吃 了大 量的 草
•吃 了较 少的 草
•环植境物学概↑论第二章生态学基础
•呼吸散失
•呼吸散失
•分解系统
•能
流
•死有机物
•物
流
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•式
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生态系统中的反馈（据周立志）
•正反馈
•污染↑ ↑ ↑ •污染↑ ↑ •污染↑
•狼 •狼 饿吃 死饱
•鱼死亡↑
•鱼死亡↑ ↑ •鱼死亡↑ ↑ ↑
•兔 •兔 吃饿 饱死
•生物放大（食物链放大）
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•生物积累（生长期积
累）
•生物富集（吸收浓缩）
•DDT在某水生食物链中的富集
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第二节 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。
v 生物分类：动物、植物、微生物、昆虫、鱼类等；
v 按栖所：淡水、海洋、河口、陆地、森林、草地、 荒漠等；
v 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；
v 应用生态学：农业、渔业、污染生态学等。
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•第一节 生态系统的基本概念及类型
❖在数量上，第一营养级就必须大大超过 第二营养级，逐渐递减，就造成了生物 数目金字塔、生物量金字塔、生产率金 字塔。
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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；
•化学反应
•火
•降•脱•N2O ，Байду номын сангаас•水氮
•山
•工业固氮 •（汽车,化肥,电厂）
•大气库 •N2 •大气
•生物固氮
•作
•动植物
•用
•土 壤中 无机
•活体
•共生或 •自由生活
•的固氮 •微生物
•蓝藻
•其它 •动植物
••陆浅地层陆死地有机物
氮库 •死有机体
•丢失于深 •溶解
•陆地
•河流带走
•层沉积中 死有机 •海洋
➢ 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。
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食物网
v 食物网 (food web)：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。
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› （b）淡水生态系统：包括湖泊、河流、水库等； › （c）海洋生态系统：包括海岸、河口、浅海、
大洋、海底等。
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•一个简化了的陆地生态系统
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•一个简化了的池塘生态系统
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5 生态系统的结构
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•生产者 •（绿色植物）
•环境 •（土壤、空气、水）
•消费者 •（动物）
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•还原（分解）者 •（细菌、真菌） •生态系统营养结构模式图
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6 营养结构---食物链及营养级trophic level
（a）食物链food chain和食物网
构成生态系统的各组成部分，各种生物的 种类、数量和空间配置，在一定时期内均处于 相对稳定的状态，使生态系统能够各自保持一 个相对稳定的结构。主要有形态结构和营养结 构。
（a）形态结构：生物的种类、种群数量、种的 空间配置（水平分布、垂直分布）、种的时间 变化。
（b）营养结构：生态系统各组成部分之间建立 起来的营养关系。是生态系统能量流动和物质 循环的基础。
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碳循环(carbon cycle)
•大气中CO2
•光
•呼 吸作
•燃 料
合作
用
用
•扩散
•水生植物 •光合作用
•CO2
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•腐烂
•腐烂
•碳化作用 •泥碳 •煤•化
•石
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氮循环(nitrogen cycle)
•大气库
•闪电
•HN3,NO,NO2,
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2020/11/23
环境学概论第二章生态学基础
生态学研究对象
v 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。
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物 环境学概论第二章生态学基础
第三节 生态平衡
1、生态平衡的含义
（1）概念
任何一个正常的生态系统中，能量流动和 物质循环总是不断地进行着，但在一定时 期内，生产者、消费者和还原者之间都保 持着一种动态的平衡，这种平衡状态就叫
生态平衡。
› 1）生物种类的组成和数量比例相对稳定； 2）非生物环境条件（如：空气、阳光、水、 土壤等）相对稳定。
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一、生态系统
v 2 生态系统的特性
› 在生态系统中，各种生物彼此间以及生物和非生 物间相互作用，不断进行着物质循环、能量流动 和信息传递。
› 具有自我调节能力。系统内物种数目越多，结构 越复杂，自我调节能力越强。
› 是一种动态系统，任何生态系统都有其发生和发 展的过程，经历着由简单到复杂，从幼年到成熟 的进化阶段。
•O •O2
•O2
•O3
•臭氧层
•O2
•高能紫外辐射
•H2O
•H •H2O •OH
•↑ •O2+2CO CO2
•O •O2
•CO2
•CO •CO2 •火 •山
•作
•CO2
•用
•↑
•H2O+CO2 → H2CO3 → HCO3- +H+
•HCO3•水体
→CO32 •Ca2+
•→CaCO3 •沉积物
•4FeO+O2•→•2FeO3
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。
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4 生态系统的类型
v 按生态系统的环境性质和形态特征分：
› （a）陆地生态系统：自然生态系统（森林生态 系统、草原生态系统、荒漠生态系统等）和人工 生态系统（农田、城市、工矿区等）；
• 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)
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“ ” 螳螂捕蝉，黄雀在后
（ 据周立志）
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（b）营养级
❖营养级：食物链的各个环节。
❖生产者为第一营养级，依次是第二、第 三、第四营养级，一般不超过七级。低 位营养级的能量仅有10％（水生系统） 被上一个营养级利用。
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2、破坏生态平衡的因素
（1）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。
（2）人为因素
主要指人类对自然资源的不合理利用、工农业 发展带来的环境污染等 。主要有三种：物种变 化引起平衡的破坏；环境因素改变引起平衡破 坏；信息系统的破坏，引起平衡破坏。
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水循环示意图
•西德地区的水循环示意图
•（Clodius and Keller,1951）
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3 气体型循环(gaseous cycle)
¨ 氧循环 ¨ 碳循环 ¨ 氮循环
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氧循环(oxygen cycle)
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1、生态平衡的含义
（2）生态平衡的原因 生态平衡内部具有自动调节的能力。 生态系统 的组成成分越多样，能量流动和物质循环的
途径越复杂，功能的完整性强，其调节能力也越强。 但是，一个生态系统的调节能力有一定 限度的，超 出了限度，调节就不再起作用，生态平衡就会遭到 破坏。
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3 生态系统的组成和作用
六大组成成分
❖ 无机物 ❖ 有机化合物 ❖ 气候因素 ❖ 生产者
•非生物成分
(producer) ❖ 消费者
(consumer) •生物成分
❖ 分解者
•(生物群落)
(还原者)
(decomposer)
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三大功 能群
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。
•注意： •营养级 之间的能量转化效率约为1／10，只是针对湖泊等水域生态系统的经 验性法则；
• 不同生态系统的能量转化效率差别很大； •森林约为5％、草地是 25％左右，浮游生物占优势的群落可达50％。
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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；