1、第三章 生态学基础本章主要内容1 生态系统的概念和组成2 生态平衡、生态阈值的基本概念3 食物链及生物富集4 生态学的一般规律以及生态学在环境保护中的应用第一节 生态系统的概念是自然界的基本结构单元是自然界的基本结构单元一 生态系统概念生态系统生态系统是指在自然界的一定空间内，生物与环境构成的统一整体，在这个统一整体中，生物与环境之间相互影响，相互制约，不断演变，并在一定的时期内处于相对稳定的动态平衡状态。二（自然）生态系统组成生态系统生态系统非生物环境生产者主指绿色植物生物群落生物群落消费者指各种动物分解者指微生物无生命物质和能量第二节 生态系统的功能 能量流动物质循环信息联系 一、食物链与
2、食物网食物网食物链：各种生物以食物为联系建立起来的链索食物网食物网在一个生态在一个生态系统中的食系统中的食物链交错分物链交错分布形成复杂布形成复杂的食物网的食物网（一）食物链在环境保护中意义作用危害放大污染物降解生态系统的物物相关1、污染物的生物富集（危害放大）生物个体或处于同一营养级的许多生物种群，从周围环境中吸收并积累某种元素或难分解的化合物，导致生物体内该物质的平衡浓度超过环境中浓度的现象，叫生物富集，又叫生物浓缩。如重金属中毒等富集系数生物体内污染物的平衡浓度与其生存环境中该污染物浓度的比值。浮游生物/湖水77/0.2=385鱼/湖水200/0.2=1000鹈鹕/湖水1700/0.2=
3、8500食物链富集作用食物链富集作用2、污染物降解河流自净 水体的生化自净水体的生化自净 有机污染物进入水体后在微生物微生物的作用下氧化分解为无机物，可以使水体中的有机有机物浓度物浓度大大减小。溶氧溶氧 （二）、营养级食物链上的各个环节叫食物链上的各个环节叫 营养级，生产者为第营养级，生产者为第一营养级，依次为第二、三、四、五营养级，一营养级，依次为第二、三、四、五营养级，营养级一般只有营养级一般只有4-54-5级。级。二 生态系统中的能量流动地球是一个开放系统，存在着能量的输地球是一个开放系统，存在着能量的输入和输出。入和输出。能量输入的根本来源是太阳能能量输入的根本来源是太阳能食物是光合作
4、用新近固定和储存的太阳食物是光合作用新近固定和储存的太阳能能化石燃料则是过去地质年代固定和储存化石燃料则是过去地质年代固定和储存的太阳能。的太阳能。太阳能太阳能呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸能量流动模式特点：能量流动模式特点：1单向单向2逐级递减逐级递减3能量流动是以物质的形式为主要传递形式能量流动是以物质的形式为主要传递形式呼吸呼吸10010-201-40.1-0.8能量传递能量传递1/101/10法则法则恐龙身上的一个C原子如何最后跑到你的食物中？拿破仑尿液中的一个水分子跑到你的水杯中的可能性有多大？三、生态系统中的物质循环 水循环水循环氮循环氮循环碳循环碳循环磷循环磷循环硫循环硫循环非
5、生物非生物环境环境生产者生产者消费者消费者分解者分解者（一）水循环1、水的自然循环主要在大气降水和蒸发间进行局部地区水循环在时间和空间上的不均匀：旱灾、洪涝2、水的社会循环水污染二、碳循环碳储存库:8g/m2.a （99.9%）碳交换库（循环库）:400g/（m2.a）(三)氮循环氮循环主要在大气、生物、土壤和海洋间进行人工固氮：1.33亿吨(四)磷循环 问题(五)硫循环第三节 生态平衡一 生态平衡的概念 某生态系统各组成成分在长期的时间内保持相对协调，物质和能量的输入输出接近相等，结构和功能长期处于稳定状态，在外来干扰下，能通过自我调节回复到最初的稳定状态，则这种状态称为生态平衡生态阈值与环
6、境容量生态阈值：任何一个生态系统的调节能力都是有限的，当外部冲击或内部变化超过了一限度限度时，生态系统就可能遭到破坏，这个限度叫生态阈值。环境容量：环境容纳污染物质的能力是有一定限度的，这个限度值称为环境容量。水环境容量土壤环境容量大气环境容量声学环境容量二 保持生态平衡的因素调节能力调节能力调节能力的相关因素调节能力的相关因素1 结构的多样性2 功能的完整性：生态系统的能量流动、物质循环在生物机能生物机能的控制下能得到合理的运转。生物圈二号（Biosphere 2）1991年，美国科学家进行的一个耗资巨大规模空前的“生物圈二号”实验（花费了近2亿美元和9年时间）。“生物圈二号”是一个巨大的封
7、闭的生态系统，位于美国亚利桑拿州，大约有两个足球场大小。Bio2主要对于生态系统的多样性、复杂生态系统的多样性、复杂性和稳定性性和稳定性的关系的研究，是规模最大的人工模拟生态系统复杂性试验装置其命名的内在含义指地球是生物圈一号。Bio2实验室全貌Bio2依照设计，这个封闭生态系统尽可能模拟自然的生态体系，有土壤、水、空气与动植物，甚至还有森林、湖泊河流和海洋(38003800多种生多种生物，模拟构成地球上的多种有代表性的生态系统，希望藉此实现内物，模拟构成地球上的多种有代表性的生态系统，希望藉此实现内部生态的自主循环部生态的自主循环)。1991年，8个人被送进“生物圈二号”，本来预期他们与世隔
8、绝两年，可以靠吃自己生产的粮食，呼吸植物释放的氧气，饮用生态系统自然净化的水生存。但18个月之后，“生物圈二号”系统严重失去平衡：氧气浓度从21%降至14%，不足以维持研究者的生命，输入氧气加以补救也无济于事；原有的25种小动物，19种灭绝；为植物传播花粉的昆虫全部死亡，植物也无法繁殖。1994年3月，7名科学家再次进入“生物圈二号”进行第二次实验，这种努力在1年半之后再次以失败告终。目前，“生物圈二号”已经成为亚利桑那州沙漠中的一道风景线，每年到此旅游的人数超过18万人。游客交上13美元，就可以到“生物圈二号”外的各种设施上走一遭。如果再加上10美元，还可以进入“生物圈二号”。实验得出的重要
9、结论：人类当前的科学技术对地球生物圈大尺度生地球生物圈大尺度生态过程的模拟和控制能力非常有限态过程的模拟和控制能力非常有限，用科学技术圈代替生物圈不可能实现。地球生物圈保持稳定所需要的生物多样性的最低要求目前还是未知数。人类对生物多样性的盲目破坏，将有可能从根本上破坏全球生态环境的存在基础，是极其危险的。三 破坏生态平衡的因素自然因素自然因素人为因素人为因素人为因素人为因素 1 使环境因素环境因素发生改变 污染物质进入 自然资源的不合理利用 工厂废水工厂废水（含（含N.P、COD）湖泊湖泊排入排入养分养分剧增剧增藻类过藻类过渡生长渡生长浮游生物浮游生物过渡繁殖过渡繁殖有机物过剩有机物过剩微生物
10、分解作用增强微生物分解作用增强积累积累大量耗氧，使水中缺氧；鱼类窒息而大批死亡大量耗氧，使水中缺氧；鱼类窒息而大批死亡营养源营养源CODN.P进入水体进入水体死亡死亡消耗水体DO营养源营养源消耗DO2 使生物物种生物物种发生改变 建立新的生态平衡必须遵循生态平建立新的生态平衡必须遵循生态平衡规律的前提衡规律的前提 澳大利亚兔子24 只（1859年）4亿只（1993年）屎壳郎出国记屎壳郎出国记屎壳郎，学名蜣螂。它专门以牲畜的粪便为食。屎壳郎，学名蜣螂。它专门以牲畜的粪便为食。别看屎壳郎不起眼，几十年前，我国的一批屎别看屎壳郎不起眼，几十年前，我国的一批屎壳郎被澳大利亚壳郎被澳大利亚“请请”去，解
11、决了那里的生态难题。去，解决了那里的生态难题。四、生态平衡失调的标志1 结 构上的标志：一级结构（生态系统的各组成成份）缺损二级结构（各级的各自组成）变化2、功能上的标志：能量流动受阻、物质循环中断第四节 生态学规律及其在环境保护中的应用规律应用一 生态学的五大规律（马世骏）1.相互依存与相互制约的互生规律 普遍的依存与制约，即物物相关规律通过“食物”而相互联系与制约的协调关系 亦称“相生相克”规律2 物质循环转化与再生规律3 物质输入输出的动态平衡规律4 相互适应与补偿的协同进化规律5 环境资源的有效极限规律三峡大坝1986 年，中共中央、国务院决定对三峡工程进行论证，黄万里没有被邀请参加工
12、程论证。三峡工程议案于1992年被七届人大五次会议以1767票通过，反对177票，弃权664票，赞成票数之少，在人大历史上是空前的。我国著名水利工程专家黄万里的三封上书：第一封：1992年11月14日第二封：1993年2月14日第三封：1993年6月14日反对三峡大坝的兴建从自然地理观点看三峡库区地质环境复杂，暴雨、洪水频发，自古以来就多滑坡。三峡大坝坝址附近区域为坚硬的花岗岩，向上游则多以碎屑岩、碳酸岩为主,包括侏罗纪遗址的粉砂岩。地质容量、环境容量的天然不足，仅国土资源部查明的滑坡就有2490个。三峡大坝拦截水沙流，阻碍江口苏北每年十万亩的造陆运动；淤塞重庆以上河槽，阻断航道，壅塞将漫延到
13、泸州、合川以上，势必毁坏四川坝田。三门峡工程不足四年就现世现报，水利工程逐渐变成了“水害工程”。在难以逆转的生态灾害形成之后，如何恢复生态，能否拆除这个废物，就成了谁也负责不了的“老大难”。谁又能够想象，将来三峡工程正式退休以后，后代子孙该如何为它老人家送终？黄万里预言：“三峡高坝若修建，终将被迫炸掉。”环境问题显现自2003年蓄水135m,库区出现水华，水质恶化2011年10月30日175m蓄水成功三峡库区水位每年在145米至175米之间周期性调节，将会导致岸坡中的大量古滑坡体及新滑坡体将加剧。如今三峡工程竣工，库区清污成本和长江航运成本剧增，已是不争之事实。我国南北气候反常，重庆地区大雨滂
14、沱，多处发生山体滑坡。这些现象是否与生态上的变异有关，虽有待专家们继续观察论证，恐怕也无须久待。二 在环境保护中的应用对环境质量环境质量的生物监测与生物评价利用生态系统的调节能力，对污染环境进行生物净化制定生态规划方案综合利用资源和能源（一（一 ）对）对环境质量环境质量的生物的生物监测与生物评价监测与生物评价 生物监测：利用生物对环境中污染物质的反应，即利用生物在各种污染利用生物对环境中污染物质的反应，即利用生物在各种污染 环环 境境下所发出的各种信息，来判断环境污染状况的一种方法下所发出的各种信息，来判断环境污染状况的一种方法（对污染物敏感的生物种类）（对污染物敏感的生物种类）生物评价：用生
15、物学的方法按一定标准对一定范围内的环境质量进行评价和预用生物学的方法按一定标准对一定范围内的环境质量进行评价和预测测例：利用水生生物监测和评价水体污染污水生物体系法污水生物体系法（种类多样性指数法）（种类多样性指数法）指示生物法指示生物法不同污水中的生物体系和指示生物不同污水中的生物体系和指示生物污水生物体系法（种类多样性指数法）污水生物体系法（种类多样性指数法）湖水中颤蚓数量与湖水污染状况关系湖水中颤蚓数量与湖水污染状况关系指示生物法指示生物法栖息于水底污泥、吞食污泥（二）利用生态系统的调节能力，对污染环境进行生物净化1 大气污染物的生物净化（植物）吸收、滞尘、降噪、杀菌吸收、滞尘、降噪、杀
16、菌2 水体污染物的水体净化（图）（图）3 土地处理系统（图）（图）（微生物、水生植物）奥基乔比湖埃弗格来兹基西米河土地处理系统（微生物、土壤）（三）制定生态规划方案利用生态学的基本原理制定某一地区的社会、经济、技术和环境综合规划，确保社会经济的可持续发展。如：旅游城市 （四）综合利用资源和能源综合利用资源和能源(续)发展生态农业、生态工艺发展生态农业、生态工艺农田、森林固体废物加工厂沉淀池养鱼塘氧化塘肉类加工厂沼气池畜牧场发电厂生产能源生活能源废水有机肥料废液废渣饲料沼气畜产品废液废渣粪便粮食麸皮树叶秸秆出水灌溉塘泥菲律宾玛雅农场生态农业菲律宾玛雅农场生态农业思考题1、何谓生态系统？它具有哪些功能？2、什么生物富集、富集系数？3、什么是食物链？什么是食物链的营养级？研究食物链对环境保护有何意义？4、何谓生态阈值、生态平衡？保持生态平衡的因素有哪些？破坏生态平衡的因素有哪些？5、生态学的五大规律是什么？这些规律对环境保护有何意义？
