环境保护与可持续发展生态学基础知识

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•（二）生态学的发展
• 生态学原是一门研究生物与 其生活环境相互关系的科学，是生 物学的重要分科之一。初期主要研 究植物，后来逐渐涉及动物和人类 。目前，随着现代科学技术的发展 并向生态学的不断渗透，赋予它新 的内容和动力，使其成为多学科、 较活跃的科学领域之一。
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•二、生态系统
•（一）生态系统的概念
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• 一个生物物种在一定的范围内所有个体 的总和称为生物种群（Population）；在一 定自然区域的环境条件下，许多不同种的生 物相互依存，构成了有着密切关系的群体， 称为生物群落（Community）。随着环境条件 的千差万别，地球上出现了各种各样的生物 群落（森林、草原、荒漠等等）。而特定的 生物群落又维持了相应的环境条件。一旦生 物群落发生变化，也会影响到环境条件的变 化。因此，人们把生物群落与其周围非生物 环境的综合体，称为生态系统（Ecosystem） ，也即生命系统和环境系统在特定空间的组
• 生物自从在地球上出现以来就与自然环境 有着密不可分的关系，长期以来形成了相互依 存、相互制约的关系。地球上的生物十分庞杂 ，其中包括动物2000万种以上，植物30多万种 ，微生物10多万种。这些生物通过新陈代谢不 断与环境进行着物质的交换、能量的传递和信 息的交流，从而引起环境与生物自身的变化。 生物在长期的进化中对环境具有依附性和适应 性，但生物也不是被动的适应环境，生物也具 有其本身独特的遗传特性。生物受到环境的影 响，反过来又作用于环境。
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•环境卡片——能量流动的1/10规律
• 在生态系统中，能量从植物体内转移 至草食动物体内时大约为总能量的1/10， 而再转移到肉食动物体内时，为草食动物 能量的1/10左右。一般说来，能量沿着绿 色植物→草食动物→一级肉食动物→二级 肉食动物逐级流动，而后者所获得的能量 大体等于前者所含能量的1/10，这就是说 ，在能量流动过程中，约有9/10的损失掉 了。
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• 分解者：指各 种具有分解能力的微 生物，也包括一些微 型动物，如鞭毛虫， 土壤线虫等。
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•微生物 （真菌 ）橙盖 伞－ 分解者
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• 无生命物质：指 生态系统中的各种无 生命的无机物、有机 物和各种自然因素（ 如土壤、空气、水等 ）。
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•太 阳
•简化的陆地生态系 统
•生产者
•分解 者
•一级消费 者
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•2、生态系统中的物质循环
• 生态系统中的一切生物（动物、植物 、微生物）和非生物的环境，都是由运动 着的物质构成的。并在地球长期的演化过 程中建立起来了各种循环体系。其中碳、 氢、氧、氮、硫、磷等的循环是生态系统 基本的物质循环。锰、锌、铜、钼、钴、 钙、镁、钾等微量元素，也在生态系统中 的构成了各自的循环。而与人类环境关系 比较密切的主要有水、碳、氮、三大循环 。
• 生产者（浮游植物 •三）级消费 者
•简化的池塘生态系统
•二级消费者
•分解者（微生物 ） •二级消费 者
•一级消费者 （浮游生物 ）
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•图2-2
•（三）生态系统的结构
• 1、生态系统的形态结构：生态系统 的生物种类，种群数量、种的空间配置（ 水平分布、垂直分布）、种的时间变化（ 发育、季相）等构成了生态系统的形态结 构。如：在森林生态系统中，有各种乔木 、灌木和草本植物，有各种动物和复杂的 微生物种群。它们各自的数量、空间的分 布和种的时间的变化就构成了森林生态系 统特有的形态结构。
•6—•食—肉物食网动物
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•（四）生态系统的功能
• 生态系统中能 量流动、物质循环和 信息联系构成了生态 系统的基本功能。
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•1、生态系统中的能量流动
• 生态系统中全部生命活动所需要 的能量均来自太阳。太阳能在生态系 统中的流动是按热力学定律进行的。 热力学第一定律告诉我们：“在一个 封闭系统中（我们通常把以地球为中 心包括太阳在内的宇宙环境看成是一 个封闭系统），能量和物质是不能产 生或消灭的。即能量和物质不能凭空 产生也不能凭空消亡”。
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•北极
•北极兔
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•三、系统的平衡与稳定
• 在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 一定的时期内，生产者、消费者和分解者 之间都保持着一种相对的平衡状态，这种 平衡是动态的平衡，不是静止的平衡。系 统内部的因素和外界因素的变化，尤其是 人为的因素，都可能对系统产生影响，并 引起系统的改变，甚至破坏系统的平衡。
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•1、原生演替 • 如果这个地域先前没有生物占领 ，那么，一个生态系统被另一个生态 系统所代替的过程就称为原生演替。
• 裸露的岩石表面被生物逐步侵 入，最后变成了森林生态系统就是 一个典型的范例。
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Biblioteka Baidu •2、次生演替
• 开始于次生裸地或原生芜原（不 存在植被，但在土壤或基质中保留有 植物繁殖体的裸露地段）上的演替。 比如，当一个地区被开垦，后又被废 弃时，这个地区在开垦前的优势生态 系统，将经过一系列明显的阶段而得 到恢复。由于这是重建原来就已经有 的生态系统，所以把这个过程叫做次 生演替。
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• 生态平衡是相对的平衡、动态的平衡 。在系统各组分之间、生物与环境之间不 断的物质、能量与信息的流动，使得生态 系统中旧的平衡不断打破，新的平衡不断 建立。只有这样，地球才会由一片死寂变 得生机盎然。绝对的平衡则意味着没有发 展和变化。但这种变化如果太快，则系统 各组分之间不可能有一个相对稳定的相互 关系，会产生一系列严重的问题，生物不 能适应这种变化则导致物种的大量灭绝。
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•第二节
•生态平衡及生态系统的动态变 化
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•一、生态平衡的概念
• 如果某生态系统各组成成分在较长 时间内保持相对协调，物质和能量的输出 接近相等，结构与功能长期处于稳定状态 ，在外来干扰下，能通过自我调节恢复到 最初的稳定状态，则这种状态可称为生态 平衡。生态平衡包括三个方面：即结构上 的平衡、功能上的平衡以及输入和输出物 质数量上的平衡。
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•水循环
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•碳循环
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•氮循环
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•3、生态系统中的信息联系
• 在生态系统的各组成部分之间及 各组分内部，伴随着能量和物质的传 递与流动还同时存在着各种信息的联 系，而这些信息把生态系统联成一个 统一的整体，起着推动物质流动、能 量传递的作用。信息在生态系统中表 现为多种形式，主要有营养信息、化 学信息、物理信息、遗传信息和行为 信息。
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• 我国著名生态学家马世骏把生 态学定义为“研究生物与环境之间相 互关系及其作用机理的科学”。生态 学中所说的生物包含植物、动物和微 生物。最近，由于人类环境问题和环 境科学的发展，生态学也扩展到人类 生活和社会形态等方面，把人类这一 生物种也列入生态系统中，来研究并 阐明整个生物圈内生态系统的相互关 系问题。
•腐生性食物链，是由腐生性生物构成的。如水晶 兰、真菌等。
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• 在一个生态系统中， 食物关系往往复杂，各种食 物链相互交错，形成所谓食 物网。能量的流动，物质的 迁移和转化，就是通过食物 链或食物网进行的。见下图
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•1——桧树；
•2——草本植物 ；
•3——节肢动物 ；
•4——兔；
•5——啮齿动物 ；
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•环境专栏—生态系统相互依存
• 非洲的毛里求斯，曾有两种特有的生物， 一种是渡渡鸟，另一种是大颅榄树。渡渡鸟是 一种不会飞的鸟，它身体大，行动迟缓，样子 有点丑陋。由于没有天敌，它们在树林里建窝 孵蛋，繁殖后代。
• 大颅榄树是一种珍贵的树木，树干挺拔， 木质坚硬，树冠秀美。渡渡鸟在其间生活。
• 十六七世纪，带着来福枪和猎犬的欧洲人 来到毛里求斯。不会飞、跑不快的渡渡鸟被枪 打狗咬，鸟飞蛋打，没有多少年越来越少。 1681年，最后一只渡渡鸟也被人类杀死了！
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• 他把大颅榄树的 种子给与渡渡鸟比较相 似的吐绶鸟吃下后，从 粪便中排出种子的外壳 被消化了一层，种在苗 圃后，终于发出了新芽 。
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•二、生态系统的动态变化
•生态系统的稳定取决于平衡的相互关系
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•（一）生态系统的演替
• 一些生态系统，依靠自身的发展 和活动的本性，一方面消灭某些物种 ，另一方面又允许别的物种侵入，以 此来改变它们的环境。因而，在占领 这个地区的各种生物中，存在着一种 渐近的变化。最后，一个生态系统可 能被另一个生态系统全部代替。生态 系统中的这种变化过程就叫做演替。
环境保护与可持续发展 生态学基础知识
2020年6月2日星期二
•第一节 •概 述
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•一、生态学及其发展
•（一）生态学的定义
• 生态学（Ecology）一词最早是由德国生 物学家黑格尔于1869年提出的。他把生态学定 义为“自然界的经济学”。其英文词首和经济 学（Economics）是相同的，均来自于希腊文， 表示家庭居处或环境的意思，可见，生态学与 经济学、家庭、环境等有着密切的关系。后来 有的学者把生态学定义为“研究生物或生物群 体与其环境的关系，或生活着的生物与其环境 之间相互联系的科学”。
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• 在生态系统中，各种生物 彼此间以及生物与非生物的环 境因素之间互相作用，关系密 切，而且不断进行着物质的交 换、能量的传递和信息的交流 。目前，人类所生活的生物圈 内有无数大小不等的生态系统 。
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•（二）生态系统的组 成
•生产 者
•能 量 •物 质 •热量
•消费 者
•无生命物
•分解
质
者
•生态系统是由四个部分组成的见•下图
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•按照生物间的相互关系，一般可把食物链分为：
•捕食性食物链，即由一些以其他动物为食的动物 构成的食物链。例如由狐狸和野兔构成的食物链 。•碎食性食物链，是由一些食碎屑生物构成的。诸 如秃鹫、蚯蚓、千足虫、白蚁、蚁和甲虫等。
•寄生性食物链，是由一些寄生性生物构成的。 它们是与其“捕获物”建立起一种紧密地联系， 长期地以“捕获物”为生。比如：动物肠内的绦 虫、寄生在动物体外的蜱、虱或七鳃鳗以及一些 植物如菟丝子、槲寄生等。
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• 奇怪的事情发生了， 自从渡渡鸟灭绝以后，大颅 榄树也日渐稀少，似乎患上 了不育症。到20世纪80年代 ，毛里求斯只剩下13株大颅 榄树了，眼看这种树木就要 从地球上消失了
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• 1981年，美国生态学家坦普 尔来到毛里求斯，他细心地测定了 大颅榄树的年轮，发现树龄正好是 300年，也就是说，渡渡鸟灭绝之 日，也正是大颅榄树绝育之时。他 终于在找到的一个渡渡鸟遗骸中发 现了秘密：在渡渡鸟的遗骸中发现 了几颗大颅榄树的种子，原来渡渡 鸟喜欢吃这种树木的果实。
•生产者：主要是绿色植物， 凡能进行光合作用制造有机物 的植物种类，包括单细胞藻类 ，均属于生产者。还有一些能 利用化学能把无机物转化为有 机物的化能自养型微生物，也 应列入生产者之列。
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• 消费者：主要是 动物，又分为一级消 费者（如草食性动物 ）；二级消费者（如 肉食动物）；……等 等。
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•生态系统中物种的类型、分布 、空间配置
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• 2、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，构 成了生态系统的营养结构。 它是生态系统中能量流动和 物质循环的基础。
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• 生态系统中，由食物关系把多 种生物联接起来，一种生物以另一种 生物为食，另一种生物再以第三种生 物为食，……彼此形成一个以食物联 接起来的链锁关系，称为食物链。比 如：老鼠以农作物为食，而鼬鼠又以 老鼠为食，这就构成了一个最简单的 食物链。再如：碎屑-蘑菇-昆虫-蛙蛇-鹰就构一个较为复杂的食物链。
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•3、顶极生态系统
• 这是演替到最后阶段的一种生态 系统。全部已有的物种继续彼此按比 例繁殖，并不再发生变化的平衡状态 称为顶极。这个系统也就叫做顶极生 态系统。顶极生态系统的类型依这个 地区占优势的非生物因素的不同而异 。在炎热的干旱地区，顶极是热带荒 漠生态系统；在炎热的潮湿地区，顶 极是热带雨林。
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• 热力学第二定律告诉我们：“熵 在增加”。根据这一定律，从一种能 向另一种能的任何转换都不是完全有 效的，能的消费是不可逆的过程。在 能量的转换过程中，总有一些能量失 掉了。因此，如果没有新的能量从外 部投入，一个封闭系统最终会耗尽其 能量。因为生命需要能量，能量耗尽 了，生命也就停止了。当然，地球并 不是封闭系统，地球从太阳得到能量
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•环境专栏—北极狐和北极兔
• 据科学家们观察，生活在北极地区 的北极狐是以北极兔为食的。北极狐一胎 可以怀单胎，也可以怀双胎。而这是取决 于北极兔的多少。北极兔的数量多，怀双 胎；数量少则怀单胎。这对于维持生态系 统的平衡是至关重要的。难道是北极兔告 诉北极狐自己的数量吗？显然不可能，这 只能是生态系统中某些类似物理、化学等 信息在起作用。