生态环境-4-5生态学 生态系统(组成、功能) 生态平衡

森林是人类食物和木材来源的重要基地
食物、药物的主要来源：森林不仅有机物的生产 量大，有大量可食用的植物，更有许多药用植物。
肉食及皮业的来源：森林又是野生动物的主要栖 息地，那里有最大的草食动物，也有最凶猛的肉 食动物，为人类提供相当数量的食肉和毛皮。
木材及燃料的来源：全世界的森林，每年提供木 材23亿立方米以上，是人类生产和生活的重要资 源。
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。
生物圈(ecosphere)：是生态系统和环境系统在特定 空间的组合
食物链(food chain)：就是一种生物以另一种生物为 食，彼此形成一个以食物联接起来的链锁关系
生态系统中的能量流动（1）
照射到地球上的太阳能量 生物圈中所有各种形式的有机体，其生存所需的能量都由太阳供
应 的 ， 唯 一 例 外 的 是 少 数 种 化 学 合 成 细 菌 (Chemosyntheic bacteria)，它们能借无机物质的氧化获得能量。 太阳能对地球表面上能量的传递特点（1） A.射到地球上的太阳辐射的波长与反射到空间去的能量的波长， 二者的光谱发生了位移。入射的太阳能量约有99%波长是在0.240微米的光谱范围内（由紫外到可见到红外）。被大气和地面所 吸收的太阳能转变为热（红外）后再辐射到空间去，其波长就长 得多了。如地面平均温度保持不变，则到达地面的能量必须与从 来地面反射到空间去的相等。由于大气中二氧化碳浓度增加而发 生的“温室效应”将反射出去的红外线吸收，以致使上述平衡受 到破坏和地球的温度上升。
单一方向
能 量 逐 渐 减 少
10% 的 能 量 传 递
例题
用环境科学基本原理解释并计算下题 一块地一年的作物产量可供M个农民食用；如果
将作物的一半饲养牲畜后再一并供农民食用，问 此时养活的人口数是第一种情况下养活人口数的 多少倍？
解答
设每一个农民需用的能量为E
则这一块地的总生产作物含有能量ME。
根据生态学原理和能量流动规律，在生态系统中， 能量流动在向下一级传递时，传递的有效能量只 有10%左右，则一半用来饲养牲畜时，则传递到 牲畜体的能量仅有1/2ME*10%。这些能量可供 养的农民数量为：1/2ME*10%/E=1/20M人， 另一半可供养的农民数量为1/2M，则此时总共 供 养 的 农 民 数 量 为 1/2M+1/20M=11/20M （人）。
由于人类对环境的影响，生态学扩展到人类生活 和社会形态（如城市生态），把人作为物种参与 生态系统的讨论。
综上形成了各种各样的学科（图）
生命系统 自然界具有一定结构和调节 功能的生命单元（动、植物等）
环境系统
自然界的光、热、空气和水 有机物和无机元素构造的空间
各学科之间有自己的特点，又相互联系 现代生态学是一门多学科的自然科学
5.生态系统的组成
必要部分：生物（自养者，分解者、转变者）和 非生物（阳光，营养分）组成
非必要部分：非必要的部分主要是各级消费者 （他养生物）
归纳起来，生产者、消费者、还原者（分解者和 转变者）以及无机营养分是生态系统的四个基本 组成
Hale Waihona Puke Baidu
非必要的部分主要是各级消费 者，它是靠生产者的有机物质为
2.生态学的发展进程主要特点：
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，由静态到动态地认识自然界的物 质循环与转化规律。
基础科学和应用科学相结合，发展了生态 学，扩大了生态学领域。
3.生态学与环境学的区别
研究对象：（环境）人、（生态）一 般生物
物质循环的主要场地： （1）森林是二氧化碳的第二大储库。 （2）水、氮等无机物质通过森林的交换量也是巨大的。 森林每年吸收约250亿吨水与相应数量的二氧化碳化合成 有机物质。 （3）通过森林蒸腾的水量则更大。如果地球上的森林都 可看成是生长旺盛的林带，则每年约向空中蒸腾48万亿吨 水，并需要消耗1023焦耳热量。
森林是物种基因库
森林拥有众多的生物物种，特别是珍稀的动、植 物。它们不但在维持生态平衡方面是不可缺少的， 而且其中许多还是活的“化石”，对于了解生物 的进化和生态系统的演替，都具有极大的科学价 值。
自然界物质和能量交换的重要枢纽
能量储蓄库：森林生态系统通过光合作用而固定的太阳能 量，占整个生物圈总量的一半左右
能量流动过程中人的能量来源作用
生态系统的能量流动特点：
生产者即绿色植物对太阳能的利用率很低，只有1.2%。 能量只朝单一方向流动 流动中能量逐渐减少，每经过一个营养级都有能量以热的形式散
失掉。而且各营养层次自身呼吸所耗用的能量都在其总产量的一 半以上，即56%-83%范围内；也就是说，各级净产量只有总产 量的16%-44% 各级消耗者之间能量的利用也不高，在4.5%-17%之间，平均起 来约为10%即食物链风吹草动后一营养级的能量总小于前一营养 级的能量，或者说能量的生态效率(Ecological efficency)不可 能100%；因此，营养层次变大或食物链的营养层次增加时，净 产量就急剧下降。其比值如果说植物的净产量为100，则草食动 物的净产量只有10，而肉食动物只有1。这说明为什么一般食物 链的层次不超过四级或至多五级。这也说明为什么人类以植物为 食要比以动物为食经济有利得多。生态学中有一种表示食物链各 层次能量递减的方法，称为能塔图 只有当生态系统生产的能量与消耗的能量相平衡时，生态系统的 结构和功能，才能保持动态平衡
10.森林生态系统
概念 组成 研究意义
概念及组成
由乔木或灌木树种为主体组成的绿色植物群体，就是 森林。
组成：森林生态系统主要由森林与森林中的动物、微 生物等生物因子和它所处空间的土壤、水分、大气、 日光、温度等非生物因子相互联系、相互依存、相互 作用而构成。
森林生态系统中可有许多微型的生态系统组成。（如 动物、植物）
内容及范围：（生态）自然环境与生 物的相互关系，属自然科学；（环境） 环境与人类活动相互影响作为一个整 体研究，和社会科学有十分密切的关 系。
联系：原理互用、相互联系。生物属 于环境研究的一部分。
4.生态系统有关的概念
基本概念
种群（population)：一个生物种在一定的范围内所 有个体的总和
生态系统中的能量流动（2）
（2） 生态系统中的能量流动 植物通过光合作用吸收太阳能转变成化学能，而将其固定
在植物体内；动物吃植物后，能量也随之流入动物体内。 就这样，通过生态系统各级食物链，组成了生态系统的能 量流动。 （3）生态系统的能量流动途径： ① 光合作用和有机成分的输入；
② 呼吸的热消耗和有机物的输出。
太阳能对地球表面上能量的传递特 点（2）
B 太阳辐射中的紫外线大部分没有到达地表。这 部分光谱有足够的能量能使化光键断裂，因此各 种生命系统都必须防护免于过分受其照射。
C达到地球表面的太阳能量中有小部分由地面即 反射回空间去，还有一小部分转变为量后再辐射 回空中。
D地球表面各处的太阳能辐射量是不同的。
生态环境
生态学 生态系统（组成、功能）
生态平衡
生态环境
生态系统
生态系统的组成 生态系统的功能 生态系统的能量流动与物
质循环 森林生态系统
1.生态学的理解
生态学原是一门研究生物与其生活环境相互关系 的科学，是生物学的主要分科之一。初期偏重于 植物，后来逐渐涉及动物，而有植物生态学和动 物生态学之分。
生态系统内相互作用和相互关系
互为依存的关系 相互作用的关系
相互依存的关系
相互作用的关系
8.生态系统的功能
生态系统中能量和物质的流动都是通过四个部分 来实现的。
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 断地进行着物质和能量的流动 。
功能：能量的流动和物质的循环
生的，又为他养者或 异养者(Heterotrophs)。 按其食性，消费者可分为 草食动物(Herbivores)， 肉食动物(Carnivores)、
寄生生物(Parasites)和 腐食动植物(Scavengers)等。
它们在生态系统中只能消费 不能生产。
所以是非必要的成分。
生产者又称自养者(Autotrophs)，以绿色植物为主，还有一些能借光合 作用营生的菌类。
分解者(Decomposers)包括一部分细菌和真菌，能使生物体分解成为无机物质。 转变者也是细菌，其作用是将分解后的无机物转变为可供植物利用的营养分 细菌的分解和转变作用在生态系统中非常重要，没有它，生产者缺乏养分， 无法自养，不能生存。 分解者和转变者又统称为还原者。
人类参与的生物圈构成
6.生态系统的分类及组成
海洋与陆地、森林生态 系统净产量的比较
森林生态系统在生物圈中的作用
森林是地球之肺 森林是物种基因库 森林是自然界物质和能量交换的重要枢纽 森林是人类食物和木材来源的重要基地 森林在环境保护中的作用
涵养水源和保持水土 防风固沙 美化环境和保护野生动物 吸收有毒气体、阻滞粉尘飞扬、驱菌杀菌、净化 空气和水源以及减弱噪声等方面， 森林对保护工业发达和人口集中的城市环境
森林在环境保护中的作用
涵养水源和保持水土 防风固沙 美化环境和保护野生动物 吸收有毒气体、阻滞粉尘飞扬、驱菌杀菌、
净化 空气和水源以及减弱噪声等方面 森林对保护工业发达和人口集中的城市环
境
11.生态平衡
含义 表现方式 影响因素
11.1生态平衡的含义
任何一个生态系统中，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。
由上右知，一半用于饲养牲畜后，可供供养的农 民数量是原来的11/20倍。
9.生态系统中的物质循环
各种生物维持生命所必需的化学元素虽然为数众 多，但生物体全部原生质(Protoplasm)中约有 97%以上是由氧、碳、氢、氮和磷五种元素组成， 此外还有硫、钙、镁、钾等等。这些主要的化学 元素在生物圈中的物质循环过程，包含有生物的、 地质的和化学的系统，因而称为生物地质化学循 环
森林生态系统中各微型生态系统的关系：相互交错、 相互影响。
能量流动和物质循环的特点：多渠道、多环节 它占有巨大的生态空间，地上林冠可高达数十米甚至
上百米，地下根系可入土数米。这个巨大的生态空间 为各种生物提供了广阔的生长、栖息环境。
森林生态系统的生物产量
森林植物的枝叶繁茂，太阳光利用率极高，再加 之根系发达，能充分利用气候和土壤条件，生产 巨大的生物量，它约占陆地总生物量的72%，为 系统中的动植物区系提供丰富的食物资源。
能量的流动、物质的迁移和转化，就是通过食 物链和食物网进行的。
任何一个生物都有存在的价值，为保护生物提 供理论依据(为什么要保护每一个生物?人人平 等,相互尊敬)
对一个生物链的组成和结构、生物量可进行调 节，以使健康发展（外来物种的引入意义及危 害）
生物体通过食物链具有富集作用 举例说明（森林生态系统、河流生态系统）
森林是地球之肺
氧与二氧化碳的循环变化是地球生物圈存在的基础。
二氧化碳的吸收者（生物的呼吸作用，特别是人类进行的 各种燃烧过程，消耗大量的氧，同时释放出相应数量的二 氧化碳。如果没有绿色植物的造氧作用，不难设想，总有 一天生物就会从地球上消失掉。
森林是造氧能力最强的绿地。据资料报道，一公顷阔叶林 每天吸收1吨二氧化碳，放出0.73吨氧气。全球的森林每 年大约能使550亿吨二氧化碳转变成木材，同时400多亿 吨氧气。
陆地生态系统：又可分为自然生态系统和 人工生态系统。前者如森林生态系统、草 原生态系统、荒漠生态系统等；后者如农 田、城市、工矿区等；（图）
淡水生态系统，包括湖泊、河流、水库。
海洋生态系统，包括海岸、河口、浅海、 大洋、海底等
陆地 生态系统
淡水 生态系统
7.食物链（网）的意义
生物在食物链中的富集作用:在一个生物系统中， 食物关系往往很复杂，各种食物链互相交错， 形成食物网。