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第二章第二章 生态学基本知识生态学基本知识2-1 2-1 概述概述一、生态学 1定义：是研究生物与其生存环境之间相互关系及其作用机理的科学 生物：动物200多万种,植物30多万种,微生物10多万种 自然环境 环境 社会环境 7/7/20241 2 种群 种群是在特定的时间和一定的空间中生活和繁殖的同种个体所组成的群体。3 群落 群落是指在一定的自然区域内，相互之间具有直接或间接关系的各种生物的总和为之。7/7/20242 二、生态系统 1定义：在一定时空里,由生命系统（动物、植物和微生物）和环境系统组成的一个整体。注意四点：是客观存在的实体；由生物成分和非生物成分组成；各成员间有机地组织在一起，具有统一的整体功能；一个生态系统的划分有人为因素，可大可小。7/7/20243 图 生态系统示意图 （非生物的物质.生产者.消费者.分解者）7/7/20244 2组成 7/7/20245 生产者 消费者 土壤营养库 分解者 物质循环 能量流动 7/7/20246说明：1）消费者之间可以构成食物链,其中各环节称作营养级,一般生产者为第一营养级,一级消费者为第二营养级通常45级,各级间能量利用率约为10%.一切生物均经光合作用储存能量;缩短食物链可以提高能量利用率;食物链长,说明生活富裕:亚洲：粮食 人 欧洲：粮食 牲畜 人 猪多 肥多 粮食多 是颠倒的食物链.7/7/20247 2)环境中污染物随食物链富集,危害人类.与人类有关的两条食物链 陆地：土壤 农作物 畜禽 人 水体中：水体 浮游植物 浮游动物 鱼类 鸟类 人 美国密执安湖中美国密执安湖中PCB(polychlorinated biphenyl)PCB(polychlorinated biphenyl)海水 鱼类 鸟类 人 ppm：0.010.000001 0.0110 1100 0.110 美国密执安湖中美国密执安湖中DDTDDT 水 湖泥 虾 鱼 鸟 ppm：0.000002 0.014 0.041 36 99(5107)倍数比：7000 3 73146 1633 北极爱斯基摩人137Cs过量:苔藓 驯鹿 人食用富集 无机汞 有机汞,致使毒性增加.7/7/20248 图 温带草原生态系统的食物链示意图 7/7/20249 3)生物圈是地球上最大的生态系统7/7/202410 3生态系统的功能 1）能量流动 五大特征：一切能量来源于太阳能；太阳光合作用储存能量；能量通过食物链进行传递：能量单向流动；能量流动过程中逐级递减（十分之一定律）。能量在流动过程中遵循热力学第一定律和热力学第二定律.7/7/202411 2）物质循环 主要有：C、H、N、O、S、P、Zn、Mn、Cu、Mo、Co、Ca、Mg、K、H2O等.重点是C、N、O、H2O.氮的循环：水的循环：7/7/202412氮的循环示意图：氮的循环示意图：7/7/202413水的循环示意图：水的循环示意图：7/7/202414氮的循环：氮的循环：固氮：生物固氮：豆科植物及其他高等植物根瘤菌 工业固氮：合成氨 岩浆固氮：火山爆发时的岩浆固氮 大气固氮：雷雨闪电时通过电离作用 合计91.8106万吨 利用：进入土壤中NH3NO2-(NO3-)氨基酸蛋白质动物 食用 动物新陈代谢(排泄)蛋白质分解 NH3、尿素和尿酸 排出：进入土壤 动植物尸体土壤微生物分解为CO2、H2O、NH3 一部分经硝化成NO2-(NO3-)被植物吸收 一部分反硝化游离N2到大气中 总之返回大气中的氮量为：85.0106 万吨 固氮作用超过反硝化作用固氮作用超过反硝化作用,每年多每年多680680万吨万吨,出现富营养化现象出现富营养化现象.7/7/202415 3）信息联系 物理信息：化学信息：行为信息：营养信息：达尔文的营养信息链：猫多 田鼠 土蜂 三叶草多7/7/2024162-2 2-2 生态平衡生态平衡 一、生态平衡的概念 在一定条件下,生态系统中能量流动和物质循环表现为稳定的状态.二、特点 动：动态平衡 定：相对稳定（能量、物质、生物种类和数量）变：外界条件发生变化,可破坏现存的生态平衡.小：不超过循环规律 大：平衡破坏7/7/202417 三、生态平衡破坏的原因 自然原因(第一环境问题,天灾)自然异常变化原因 如火山、地震、海啸、台风、水旱、流行病 人为原因(第二环境问题,人祸)由两方面造成：对自然资源不合理利用,滥砍乱伐,滥捕动物.排放污染物,如重金属、农药、石油等 生物种类成分的改变危害 环境因素的改变 信息系统的破坏7/7/202418四、改善生态平衡的主要对策 1森林方面的对策 2草原方面的对策 3水域方面的对策 4农田方面的对策7/7/2024192-3 2-3 生态学在环境保护中的应用生态学在环境保护中的应用一、环境质量的生物监测与评价二、环境污染的生物净化与治理三、病虫害的生态防治7/7/2024202-4 2-4 生物多样性减少与保护生物多样性减少与保护 一、生物多样性（biodiversity）概念及其含义 概念：就是地球上所有的动物、植物和微生物及其所构成的 综合体。生态系统多样性 含义 物种多样性 遗传基因的多样性 二、生物多样性是人类生存的基础 直接利用价值 间接利用价值 潜在利用价值 7/7/2024212-4 2-4 生物多样性减少与保护生物多样性减少与保护 三、生物多样性丧失的危害 生态环境退化加剧，物种面临威胁 外来入侵物种危害严重 生物安全管理亟待加强 四、生物多样性的保护 加强法制建设，积极开展宣传教育工作；摸清现状；建立野生动植物保护基地；建立自然保护区就地保护；离体保护：种质库、基因库等。7/7/202422 2006年完成营造林面积457万公顷，其中人工造林完成252万公顷。林业重点工程完成营造林面积297万公顷，占全年营造林面积的65%。全民义务植树18.9亿株。截至2006年底，全国共命名国家级生态示范区233个，自然保护区达到2395个，其中国家级自然保护区265个，自然保护区面积15154万公顷，占国土面积的15%。新增综合治理水土流失面积4.2万平方公里，新增实施水土流失地区封育保护面积6.2万平方公里。资料来源：国家统计局/图表制作:郭红 7/7/202423图：马雅农场生态系统示意图图：马雅农场生态系统示意图 7/7/202424 粮 农作物 蛋 鸡 副 鸡 产 粪 品 肉 猪 猪 粪 沼气 沼气池 渣 电 发电 输 肥水 出 家庭生态农业模式示意图家庭生态农业模式示意图 7/7/202425补充：补充：对生态系统的模拟远未成功 对于生态系统的多样性、复杂性和稳定性的关系的研究，规模最大的是目前由美国哥伦比亚大学管理的人工模拟生态系统复杂性试验装置Biosphere 2(生物圈二号)，其命名的内在含义指地球是生物圈一号。该装置设立的初衷是在一个密封的环境里引入3800多种生物，模拟构成地球上的多种有代表性的生态系统，希望藉此实现内部生态的自主循环。但是试验开始后不久，装置内的大气氧含量就急剧下降，以至于不得不多次与外界交换空气，一年以后，所引入的物种死亡了1/4，原定实验目标根本无法实现。7/7/202426Bio2实验室全貌7/7/2024277/7/202428Bio2的大气循环7/7/202429Bio2的水循环7/7/202430实验得出的重要结论：实验得出的重要结论：人类当前的科学技术对地球生物圈大尺度生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。7/7/202431
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