环境生态学规律及应用.ppt

第四节、生态学规律,第四节、生态学的一般规律,（一）相互依存与相互制约规律,（二）物质循环与再生规律,（三）物质输入输出的动态平衡规律,（四）相互适应与补偿的协同进化规律,（五）环境资源的有效极限规律,（一）相互制约与相互依赖的规律,、以食物相互联系与制约的协调关系：生态系统中，各种生物个体的大小和数量间都存在一定的比例关系，通过食物链和食物网使生物保持数量的相对稳定。、因生理生态特性的不同而相互制约的协调关系：生物群落中的不同生物种，因生理生态的不同而占据与之相适应的生物环境，同一环境中的物种越多，该生态系统越稳定。,（二）物质循环转化与再生规律,自然界通过植物、动物、微生物和非生物成分，一方面不停的合成新的物质，一方面又不停地随时分解为原来的简单物质，重新被植物吸收，进行不停顿的新陈代谢。,（三）物质输入与输出的动态平衡规律,生物一方面从周围环境摄取物质，另一方面又向环境排放物质，以补偿环境的损失。对它有一个稳定的生态系统，物质的输入与输出总是相平衡的。,（四）相互适应与补偿进化规律,生物与环境之间，存在着作用与反作用，即生物给环境以影响，反过来环境也会影响生物，生物与环境之间相互适应补偿进化，逐渐由低级向高级发展。,（五）自然资源的有限极限规律,生物赖以生存的各种资源，在质量、数量、空间和时间等方面都具有一定的限制，不能无限制的供给。自然资源是指在一定时间条件下，能够产生经济价值的，提高人类当前和未来福利水平的自然环境因素的总称。,第五节、生态学在环境保护中的作用,当环境问题引起了人们的极大关注，要求生态学回答和解决一系列问题时，促使生态学研究生物与在人类干扰下的环境之间关系，以及人类与环境之间的相互关系。尤其是生态系统理论的形成和完善，使生态学成为人类合理利用自然资源、改善和保护环境质量的理论基础。,（一）树立生态学观点、管理环境和保护环境,所谓生态观点主要包括以下3点：第一，各类生态系统是自然界中的客观存在，生态系统具有不以人的意志为转移的客观规律；第二，不管我们是否承认、是否已经意识到，人们的经济开发建设活动和社会行为，都将对生态系统的结构和功能产生影响；第三，我们必须深刻认识生态规律，掌握和运用生态规律，改造环境使之更适合于人类的生存和发展。,（二）生态建设,是指运用生态规律、仿照生态系统的运行原理、设计和建设结构合理、低耗高效、能协调稳定持续运行的生态系统，如：生态农业建设、生态工业园区建设、生态城市建设、生态经济区建设等。,1、生态工业建设,在现代化的工业建设中，为了高效率的利用资源和能源，有效地保护环境质量，人们提出了要用生态工艺代替传统工艺。生态工艺是指无废料的生产工艺，无废料也是相对而言的，主要是指不向环境排放有毒有害的物质。,（1）传统工业,把工业体系视为与生物圈相对立这一看法导致了一个严重的实际后果，那就是把人类活动的影响视为主要仅限于对“环境的污染”问题。于是，人们认为解决的办法就是采取措施来治理污染，一般而言，采取技术手段的时机总是在生产过程的末端。（2）生态工业,一个工业生态系统，完全可以像一个生物生态系统那样循环运行：植物吸取养分，合成枝叶，供食草动物享用，食草动物本身又为食肉动物所捕食，而它们的排泄物和尸体又成为其他生物的食物。,（3）生态工业园区卡伦堡（丹麦）,在一个园区中，各企业进行合作，以使资源得到最优化利用，特别是相互利用废料（一个企业的废料作为另一个企业的原料）。不过，“园区”的概念不应使人们理解成一定是某个在地理上毗邻的地区，一个生态工业园区完全可以包括附近的居住区，或者包括一个离得很远的企业。,通过模拟自然系统，建立产业系统中生产者、消费者、分解者的循环途径，寻求物质闭路循环、能量多级利用和废物产生的最小化，实现区域社会经济和环境的可持续发展。生态工业园区被认为是“继工业开发区和高新开发区”之后的第三代工业园区，这是一种更先进的经济开发模式。它是依据循环经济理念和工业生态学原理设计建立的一种新型工业组织形态。它与传统经济的区别在于:,一是传统经济是由“资源-产品-污染排放”所构成的物质单行道（OneWay）。在这种经济中，人们以越来越高的把地球上的物质和能源开采出来，在生产加工和消费过程中又把污染和废物大量地排放到环境中去，对资源的利用常常是粗放的和一次性的。二是循环经济倡导的是一种建立在物质不断循环利用基础上的经济发展模式，它要求把经济活动按照自然生态系统的模式，组织成一个“资源-产品-再生资源”的物质反复循环流动的过程，生产和消费的过程基本上不产生或者只产生很少的废弃物。三是传统经济通过把资源持续不断地变成废物来实现经济的数量型增长，而循环经济从根本上消解长期以来环境与发展之间的尖锐冲突。,2、生态城市建设,空间布局合理，基础设施完善，环境整洁优美，生活安全舒适，物质、能量、信息高效利用，资源永续利用，经济发展、社会进步、生态保护三者保持高度和谐，人与自然互惠共生的最适宜创业发展和生活居住的城市。,（1）城市环境系统,城市是人类社会发展到一定阶段的产物，城市环境是人类利用和改造自然环境而创造出来的高度人工化的生存环境，是人类经济活动集中、非农业人口大量聚居的人工环境。城市环境是一个多层次、多单元的复杂系统，它不但包括被改造过的城市自然环境系统，还包括经济环境子系统与社会环境子系统。,a.人是城市生态系统的主体城市生态系统主要是由自然再生产过程、经济再生产过程及人类自身再生产过程组成的一个复杂系统。在这个系统中人是主体，人类的经济、社会活动是中间环节，但却起着决定性作用。b.城市生态系统的结构城市生态系统的结构主要由人为因素所决定。不同城市或同一城市的不同时期其空间配置（水平分布及垂直分布）是不同的。城市中人类的经济、社会活动，不断改变着城市生态系统的形态结构。,（2）城市生态系统的特点：,c.城市生态系统的功能,城市集中了大量人口，人类的经济社会活动集中，使大量的物质（包括人工合成的难降解的物质）进入生态循环；能源消耗激增，交通量和信息流也大为增加，改变了原自然生态系统的物质流、能量流及信息流的运行状态，形成了具有新特点的城市生态系统的生产功能与生活功能。城市居民的开发建设活动，构筑了大量的人工技术物质（道路、桥梁及其他建筑物），改变了原有的空间分布，造成地形的变迁，改变了自然土壤结构与性能，减少了绿地，增加了不透水的人工地表，改变了原自然生态系统的调节功能和还原功能。,d.城市生态系统是一个非自律系统,城市生态系统由于第一营养级生产者（生物量）远少于顶层消费者，所以城市生态系统要由外围的农业生态系统、自然生态系统输入大量的物质与能量，除一部分经加工输出外，其余在城市内消费，将废物排入环境。因此，城市生态系统是一个开放系统，是一个不能自我供养的非自律系统。,(3)城市生态建设,运用环境科学和生态学的理论和方法，设计、建立最佳城市生态系统（城市“人类-环境”），并把它调控到最佳运行状态。这种城市生态系统高效、低耗，自我调节能力强，不易遭受破坏，生存力强，可持续发展。这是人们理想的生态城市。,（1）人类农业活动发展阶段：,第1阶段：刀耕火种的原始农业（持续约为7000年）特点：刀耕火种、熟荒、撂荒，基本只有种和收两个环节。问题：只取不给，土地营养平衡完全靠自然植被的自我恢复。,3、生态农业建设,第2阶段：自给自足的传统农业（持续时间：近3000年来）,特点：以人力、畜力为主要动力，输入低；以人粪尿、动物粪便、绿肥等有机肥为土地提供营养；采用间作、轮作、套作等方式来充分利用土地资源进行农业生产，注意到了保持地力常新；注意天时地利来进行农业生产，注重顺应自然规律。问题：由于以人畜力为主，劳动生产低效；对自然的依附状态不能得到改善；难以在较大规模上合理充分利用自然资源，比如林、牧、农、渔的综合生产。,第3阶段：集约化生产的石油农业（至今约150多年）鼎盛时期：20世纪60年代,特点：以机械化、水利化、化学化和电气化来进行农业生产；直接和间接依赖石化能源；农业劳动生产率大大提高；土地生产率和农产品商品率提高（比如在美国，1%的人种粮养活着全国其余的人）问题：高输入、高能耗，加剧世界能源危机；机械化耕作与不合理的种植导致严重的土壤流失；化肥和农药用量上升，但大部分进入了环境，引起严重环境污染；,生态农业概念在国际上出现,出现时间：20世纪60年代后期指导思想：要用生态学原理指导农业生产多种叫法：肥力农业、腐殖质农业、自然农业、有机农业、生物动力农业、综合农业、持久农业、生物生态农业、科学生态农业、生态农业。是以生态学理论为依据建立起来的理想模式，目的是最大限度地摄取太阳能，把无机物更多地转化为有机物，最大限度地提高能量利用率，实现高效生产和农业的良性循环。生态农业是利用生物与环境之间的相互关系，合理组织农业各部门的生产，以便提高产量，改善环境的农业生产制度。,中国的生态农业中国生态农业重视农村生态建设，大量植树造林，防止水土流失和荒漠化，改善生态环境，使农业生产有一个良性循环的生态系统。因此，生态农业是一种持续发展的农业模式，也是一条保护生态环境的有效途径。,世纪年代初期，我国开始有了生态农业的建设，现在已经有了一些令人瞩目的成就。如在北京大兴留民营村、江苏省泰县河横村、浙江省萧山市山一村、辽宁省大洼县西安生态养殖场等地，生态农业都取得了非常好的成绩，联合国环境规划署先后授予这几个单位“环境保护全球500佳”称号。生态农业的意义发展生态农业可以建立良好的生产结构，使种植业、畜牧业、渔业、副业等各部门彼此结合，相互促进，合理利用自然资源，提高植物的光能利用率，生产出高产、优质、无污染的农产品，并确保良好的生态效益。,a.家庭生态农业模式,我国江苏省建湖县庆丰乡农民高文满，在其家庭生态系统中，利用生态工程原理，用鸡粪喂猪，用猪粪生产沼气，沼气发电，沼气渣水肥田，收到了较好的经济效益。通过上述生态模式的运行，使其生产农作物的成本降低了57.1，单位面积耕地成本降低了42，实现了农业的良性循环和经济上的高效益。,农田、森林,畜牧场,肉类加工厂,沼气池,养鱼塘,氧化塘,沉淀池,粮食、麸皮,树叶、秸秆,畜产品,粪便,发电厂生产生活能源,固体废物加工厂,废液,废渣,饲料,废渣、废液,废水,有机肥,b.农场生态农业模式,马雅农场位于菲律宾首都马尼拉附近。它是以生态学理论为依据建立起来的新型农业生产模式，被普遍认为是充分利用能源、发展农业、保护环境、维持生态平衡的典范。这个农场是一个包括农场、牧场、鱼场、食品加工和罐头制造的综合性生态农场。,基本流程为,把稻草、树叶、蔬菜加工成饲料用于养牛、猪、鸭等，其动物粪便和肉类加工场的高浓度废水送入沼气池。经微生物作用产生沼气，作为农场生活和生产用能源，沼气渣沉淀后的上清液进入氧化塘，进行曝气处理。在氧化塘中种植水生生物并养鸭，水生生物可作为鱼和猪的饲料、鱼塘内繁殖藻类作鱼饵，塘泥和沼气渣作肥料。由于有机质还田减少了化肥用量，从而降低了农业成本，减少了污染，改善了生态环境。,（三）生物监测,生物监测是利用生物对环境中污染物质的反应来判断环境污染状况的一种手段。1、生物监测的特点（1）综合性和真实性环境问题是相当复杂的，某一生态效应常是几种因素综合作用的结果。如在受污染的水体中，通常是多种污染物并存，而每种污染物并非都是各自单独起作用，各类污染物之间也不都是简单的加减关系。理化监测仪器常常反映不出这种复杂的关系，而生态监测却具有这种特征。,（2）具有连续监测的功能用理化监测方法可快速而精确测得某空间内许多环境因素的瞬时变化值，但却不能以此来确定这种环境质量对长期生活于这一空间内的生命系统影响的真实情况。生态监测具有这种优点，因为它是利用生命系统的变化来“指示”环境质量，而生命系统各层次都有其特定的生命周期，这就使得监测结果能反映出某地区受污染或生态破坏后累积结果的历史状况。例如大气污染的监测植物，如同不下岗的“哨兵”，真实地记录着污染危害的全过程和植物承受的累积量。事实证明，植物这种连续监测的结果远比非连续性的理化仪器监测的结果更准确。,（3）具有多功能性通常，理化监测仪器的专一性很强，测定O3的仪器不能兼测SO2，测SO2的也不能兼测C2H4。生态监测却能通过指示生物的不同反应症状，分别监测多种干扰效应。例如在污染水体中，通过对鱼类种群的分析就可获得某污染物在鱼体内的生物积累速度以及沿食物链产生的生物学放大情况等许多信息。植物受SO2、PAN（过氧乙酰硝酸酯）和氟化物的危害后，叶的组织结构和色泽常表现出不同的受害症状。,（4）监测灵敏度高生态监测灵敏度高包含着两种含义。从物种的水平上说，是指有些生物对某种污染物的反应很敏感。如有种唐昌蒲，在0.01ppm的氟化氢下，20小时就出现反应症状。据记载，有的敏感植物能监测到十亿分之一浓度的氟化物污染，而现在许多仪器也未达到这样的灵敏度水平；另外，对于宏观系统的变化，生态监测更能真实和全面地反应外干扰的生态效应所引起的环境变化。,2、生态监测的基本方法（1）指示生物法指示生物法自古有之。早在两千多年前，我国劳动人民就懂得用植物的特征来指示土壤的肥瘠、地下水的深浅、气候变化和地下有无矿藏等。人们在下枯井或矿井前，先用绳子缚一只鸡于井中，以鸡的死活来探查井中是否存有毒气。国外有人在矿井坑道或可能产生毒气的地方喂养金丝鸟，经常观察鸟有无异常反应，以此来指示井中有无毒性发生。与上述方法相比，现代的指示生物法则向着更细致、确切和定量化的方向发展。,指示生物法是利用指示生物（indicatororganism）来监测环境状况的一种方法。所谓指示生物，就是对环境中某些物质，包括污染物的作用或环境条件的改变能较敏感和快速地产生明显反应的生物，通过其所作的反应可了解环境的现状和变化。,（2）指示植物在大气污染监测中的应用监测大气污染常用的指示植物。对大气污染反应敏感并被用于监测和评价大气污染状况的植物称为大气污染指示植物，包括高等植物和低等植物。大气污染指示植物的敏感性与污染物的种类有关，故不同污染物所用的指示植物并不相同。监测二氧化硫的指示植物用于监测SO2的指示植物的种类很多，但常用的有20多种如表。地衣和苔藓分布很广泛，多数种类对SO2反应敏感的低等植物。SO2的年平均浓度在0.0150.105ppm范围内，就可使地衣绝迹，浓度达到0.017ppm时，大多数苔藓植物便不能生存。,在工业城市中，距市中心越近，地衣的种类越少。就种类而言，重污染区内一般仅有少数壳状地衣分布，随着污染的减轻便出现枝状地衣的分布，在低污染区，叶状地衣的数量最多。地衣对硫具有很强的富集能力，如英国以氧化硫为主要大气污染物的纽卡斯尔城，接近市区周围大气中氧化硫的浓度为200/m3微克，在距市区21英里远郊区采集的地衣中，硫的含量为225ppm，而在距市区4英里处采集的地衣内，其含量竟高达2879ppm。,监测其它几种主要污染物的指示植物监测氟化氢、过氧乙酰硝酸酯、二氧化氮等污染物的常用指示植物列于表中。除一些高等植物外，低等植物中的地衣也可用于氟化物的监测。地衣对大气氟化物的反应与它对SO2的反应很象似，氟化物对地衣叶状体的效应是褪绿，随即坏死，叶状体解体。在氟化物污染的区域，地衣的分布常围绕着氟化物源而呈同心圆状发展。,（四）保护物种多样性,、生态系统的组成越多样，物质循环和能量流动的途径越复杂，生态系统越稳定。2、现存的野生物种中不仅潜藏着可供驯化的野生动植物，而且也是培育新品种不可缺的材料。3、利用害虫的天敌以虫治虫可以解决化学农药污染，而且可以带来巨大的经济效益。4、野生动植物在医药上应用历史很长，发展中国家百分之八十的人民靠草药治病，依靠大量的草药可以选育抗癌药。5、生物的各种器官和生理机能能给人类以深刻的启示，如雷达、声纳、远红外追踪等技术的开发均得益于生物机制。迄今许多事物的结构和功能尚未被了解，如果这些动物灭绝了，其蕴含的价值就丧失了。6、野生动植物能给人类文化娱乐上带来喜悦，以野生生物为基础的旅游业是许多国家的主要外汇收入之一。,