环境学第3章

第三章生态环境

第一节生态学基本知识

一、生态学）定义

英国生态学家Elton(1927)的定义是“科学的自然历史”；

澳大利亚生态学家Andrewartha(1954)认为，生态学是研究有机体的分布与多度的科学，强调了对种群动态的研究；

美国生态学家Odum(1959，1971，1983)的定义是研究生态系统的结构与功能的科学；

我国著名生态学家马世骏认为，生态学是研究生命系统和环境系统相互的科学。

二、生态学的发展

1.生物学分支学科阶段：

2.综合性学科阶段：

3.发展展望：

三、生物与环境的关系

（一）生物不能脱离环境而存在

（二）环境影响生物的生理、形态和分布

环境对生物的影响很大，生物在生长、发育的各个阶段对环境有不同的要求，但生物对环境也有适应性。

适应性包括两方面，一是生物不断改变自己，形成一定特性和性状，以适应改变的环境；二是保留有利于生物生存和繁殖的各种特征，充分利用稳定条件下的资源，巩固自身的竞争能力。适应也是一种暂时的现象，它不是永久的，当适宜的环境变化了，适应就会失去其作用，并且还会成为有害的，致死的因素。

雄鹿的角是一种防御和攻击的武器，一般长得大一些有利，但长得太大就成了生活中的负担，变成不利因素，如已绝灭的爱尔兰鹿（Megaloceros），雄性两角的长枝展开宽度约近3米。一些古生物学家认为，爱尔兰鹿发达的角尽管在性选择中曾起过作用，占优势，但也是它绝灭的主要原因。

（三）生物影响环境

1、生物能改变大气成分

特别是CO2增多，CH4增多，森林减少等也改变大气成分。

2、生物对水体的影响

3、生物参与岩石和土壤的形成

组成地壳的物质有一部分是有机岩，它们是地质历史时期动、植物残骸堆积而成。植物死亡后，经微生物分解，养分进入土壤，在土壤中又被活的植物重新利用。

4、形成新的地貌形态，改变环境面貌。

四、生物与环境的协同进化

环境选择和影响着生物，生物也对环境进行着能动适应，反作用于环境，改变了的环境又对生物产生生态作用。生物与环境相互影响、相互选择、相互适应、共同发展的过程就形成了生物与环境的协同进化。

人类与环境理应协同发展，人为地使环境恶化、资源枯竭及人口爆炸等，必将导致与环境的不相协调，遭到环境的报复。

第二节生态系统

一、生态系统的概念：生态系统是指在一定的时间和空间内，由生物群落及其生存环境共

同组成的生态平衡系统。

二、生态系统的组成

1、生产者

是生物成分中能利用太阳能等能源，将简单无机物合成为复杂有机物的自养生物。

2、消费者：

3、分解者：

三、生态系统的类型

（一）按环境中水体的状况划分

生态系统可划分为水生生态系统和陆生生态系统两大部分。

（二）按人为干预程度划分

1、自然生态系统

2、半自然生态系统

3、人工生态系统4森林生态系统

2、主要自然生态系统类型

草地生态系统荒漠生态系统淡水生态系统海洋生态系统湿地生态系统

四、生态系统的结构

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。

（一）形态结构

1、生态系统的垂直结构

2、生态系统的水平结构

3、生态系统的时间结构，春，夏，秋，冬

（二）生态系统的营养结构

生态系统各组成部分之间建立起来的营养关系。营养结构以食物关系为纽带，把生物与其无机环境联系起来。

五、生态系统的功能

一）能量流动

1、能量流动的渠道―食物链和食物网

（1）食物链

食物链（food chain）：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。如：

牧食食物链（grazing food chain）

又称捕食食物链，以活的动植物为起点的食物链。

腐食食物链（detrital food chain）

又称碎屑食物链，从死亡的有机体或腐屑开始。

（2）营养级：处于食物链同一环节上的所有生物总和。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。

（3）食物网：在生态系统中，食物关系往往很复杂，各种食物链互相交错，形成的复杂网状结构。

(4)食物链和食物网存在的意义

食物链是生态系统营养结构的形象体现。通过食物链和食物网把生物与非生物、生产者与消费者、消费者与消费者连成一个整体，反映了生态系统中各生物有机体之间的营养位置和相互关系；各生物成分间通过食物网发生直接和间接的联系，保持着生态系统结构和功能的稳定性。

2、能量流动的方式――逐级减少

（1）生态效率：由一个营养级转移到下一个营养级的能量百分数称为生态效率。

（2）生态金字塔

在生态系统中，随营养级向上，生物量、生产率和生物个体数都逐级减少的现象称为生态金字塔。

3、能量流动的特点（1）太阳能进入生态系统，或在生态系统中流动也是这些规律的，绿色植物对太阳能的利用率一般1～2％，理论能达5%。

（2）流经一个自然生态系统的总能量，取决于生产者所固定的能量。当能量在营养级间逐一传递时，有相当大的一部分以热和机械能损失掉。这种情况限制了每一营养级所能维持的有机体的数量和质量。

（3）各级消费者之间能量的利用率不高，在5％～17％之间，平均约为10％；

（4）能量流动是单向的，不能循环利用。

（二）生态系统中的物质循环

生态系统中各种有机物质经过分解者分解成可被生产者利用的形式归还环境中重复利用，周而复始地循环，这个过程叫做物质循环（Matteral cycle）。

１、物质循环在三个层次上进行

（1）生物个体，在这个层次上生物个体吸取营养物质建造自身，经过代谢活动又把物质排出体外，经过分解者的作用归还于环境；

（2）生态系统层次，在初级生产者的代谢基础上，通过各级消费者和分解者把营养物质归还环境之中，故称为生物小循环或营养物质循环；

（3）生物圈层次，物质在整个生物圈各圈层之间的循环，称生物地球化学循环。

２、生态系统中营养物质的循环

３、生态系统物质循环的途径

1．物质由动物排泄返回环境。

2．物质由微生物分解碎屑过程而返回环境。

3．通过在植物根系中共生的真菌，直接从植物残体（枯枝落叶）中吸收营养物质而重新返回到植物体。在热带，尤其是热带雨林生态系统中存在着这种途径。

4．风化和侵蚀过程伴同水循环携带着沉积元素，由非生物库进入生物库。这是营养物质再循环的第四条途径。

5．动、植物尸体或粪便不经任何微生物的分解作用也能释放营养物质。如水中浮游生物的自溶可视为营养物质在生态系统中再循环的第五条途径。

6．人类利用化石燃料生产化肥，用海水制造淡水，可以认为是物质再循环第六条途径。

1、水循环

2、碳循环：

3、氮循环：

大气中的氮进入生物有机体主要有四种途径：氮进入生物有机体的途径

生物固氮，工业固氮，岩浆固氮，大气固氮

４、生物积累、生物浓缩和生物放大

生物积累(bioaccumlation): 指生物从环境或食物中摄取并蓄积化学物质,使生物体内化学物质的量逐步增加的现象。

生物浓缩(bioconcentration):指生物从环境中摄取并蓄积化学物质,使生物体内化学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):食物链中,高营养级生物体内某化学物质浓度高于低营养级生物