3生態(tài)學(xué)基本原理

1、第三章 生態(tài)學(xué)基本原理,生態(tài)學(xué)的基本原理、生態(tài)系統(tǒng)的組成及生態(tài)平衡的基本概念、生態(tài)學(xué)在環(huán)境保護(hù)工作中的應(yīng)用。,第三章 生態(tài)學(xué)基本原理,第一節(jié) 生物物種、種群與群落第二節(jié) 生 態(tài) 系 統(tǒng)第三節(jié) 生 態(tài) 平 衡,生態(tài)學(xué)的發(fā)展及其與環(huán)境學(xué)的區(qū)別,生態(tài)學(xué)是生物學(xué)的重要分支之一，20世紀(jì)初才逐漸被公認(rèn)為是一門獨(dú)立的學(xué)科。,生態(tài)學(xué)研究的內(nèi)容:,研究生物與其生活環(huán)境相關(guān)關(guān)系的學(xué)科,環(huán)境學(xué)研究的內(nèi)容:,研究人類活動(dòng)與環(huán)境質(zhì)量變化基本規(guī)律的

2、學(xué)科,第一節(jié) 生物物種、種群與群落,一、物種（Species）,物種是生物界分類的基本單位，惠特克于1969年提出了生物界的劃分方法。,界（Kingdom）,門（Phylum）,綱（Class）,目（Order）,科（Family）,屬（Genus）,種（Species）,生物的三大類,動(dòng) 物：小到單細(xì)胞的原生動(dòng)物，大至發(fā)育較為完善的鳥類、獸類。動(dòng)物種類有200多萬種。,植 物：從低等藻類到高等的種子植物。植物種類有20多萬種。

3、,微生物：?jiǎn)渭?xì)胞或結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單甚至沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的低等生物，包括各種病毒、細(xì)菌。共有10多萬種。,物種的變異現(xiàn)象----遺傳規(guī)律：,19世紀(jì)50年代，達(dá)爾文發(fā)表了《物種起源》，提出了以“自然選擇”為中心的生物進(jìn)化學(xué)說，證明了“物競(jìng)天擇、適者生存”的進(jìn)化論學(xué)說。,犬類祖先經(jīng)過自然選擇產(chǎn)生5種犬科動(dòng)物,人工選擇導(dǎo)致家養(yǎng)狗的形態(tài)各異,生物性狀和特征變化往往是環(huán)境和遺傳相互作用的結(jié)果，例：長(zhǎng)頸鹿的進(jìn)化,二、 種群（Population）,——一定時(shí)

4、間內(nèi)占有一定空間的某一生物種的個(gè)體的集合群,1、 種群的概念,進(jìn)化論的發(fā)展,綜合進(jìn)化論 ：進(jìn)化體現(xiàn)在種群遺傳組成的改變，這就決定了進(jìn)化改變的是整個(gè)群體，而不僅僅是個(gè)體。在自然選擇過程中，生物之間的關(guān)系不但有生存競(jìng)爭(zhēng)，還有捕食、寄生、共生、合作等多種方式，這些相互關(guān)系只要影響到基因頻率的變化和所涉及的相關(guān)因素，都應(yīng)該有進(jìn)化的價(jià)值。在生物變異分析時(shí)，還應(yīng)該將可遺傳的變異和非遺傳的變異區(qū)分開來。,2. 種群的基本特征,⑴ 種群的大小、密度、生

5、物量,大小（Size）----一個(gè)種群個(gè)體數(shù)目的多少,密度（Density）----單位時(shí)間和空間內(nèi)的個(gè)體數(shù),生物量----單位面積或空間內(nèi)所有個(gè)體的鮮物質(zhì)或生物質(zhì)的總量,⑵ 年齡結(jié)構(gòu)（Age structure）,——種群中各年齡組個(gè)體數(shù)在整個(gè)種群中所占的比例,⑶ 性別比例,——種群中雄性和雌性個(gè)體數(shù)目的比例,⑷ 出生率和死亡率,出生率——單位時(shí)間內(nèi)生物所產(chǎn)生后代個(gè)體的平均數(shù),死亡率——單位時(shí)間內(nèi)生物死亡的平均數(shù),3. 種群的變化規(guī)律

6、----增長(zhǎng)規(guī)律,指數(shù)增長(zhǎng)規(guī)律、S型增長(zhǎng)規(guī)律和阻尼振蕩規(guī)律。,三、 群落（Community）,——在一定的環(huán)境條件下，各種大小生物種群在特定空間的集合。,1. 群落的基本特征,外貌特征、多樣性特征、物種的相對(duì)數(shù)量、優(yōu)勢(shì)現(xiàn)象、群落結(jié)構(gòu)。,2. 群落的演替,——物種的變化導(dǎo)致群落內(nèi)部環(huán)境的變化，又對(duì)種群產(chǎn)生影響，直至相對(duì)穩(wěn)定。,第二節(jié) 生 態(tài) 系 統(tǒng),生態(tài)系統(tǒng)——生命系統(tǒng)（生物群落）和環(huán)境系統(tǒng)在特定空間的組合。,生物群落和非生物環(huán)境

7、的集合體,Ecosystem – 由英國(guó)植物學(xué)家 A.G.Tansley于1935年提出。50年代得到廣泛關(guān)注，60年代以后成為生態(tài)學(xué)研究的中心。,生態(tài)系統(tǒng)的研究是環(huán)境學(xué)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)，因此，工程學(xué)研究也逐步向生態(tài)學(xué)研究滲透。,一、 生態(tài)系統(tǒng)的組成和特征,生 態(tài) 系 統(tǒng),生 物 部 分,非 生 物 部 分,生產(chǎn)者,消費(fèi)者,分解者,綠色植物,動(dòng) 物,微生物,物質(zhì)、能量、場(chǎng)所,,,,,,,,,,,,,,,1、生產(chǎn)者,生態(tài)系統(tǒng)中能進(jìn)行光合

8、作用的各種綠色植物、藍(lán)綠藻和某些細(xì)菌。又稱為自養(yǎng)生物。,光合作用,太陽能,,化學(xué)能,無機(jī)物,,有機(jī)物,2、消費(fèi)者,以其他生物為食的各種動(dòng)物（植食動(dòng)物、肉食動(dòng)物、雜食動(dòng)物和寄生動(dòng)物等）。,一級(jí)消費(fèi)者----草食動(dòng)物,二級(jí)消費(fèi)者----肉食動(dòng)物,三級(jí)消費(fèi)者----以前二級(jí)消費(fèi)者為食物,3、分解者,分解動(dòng)植物殘?bào)w、糞便和各種有機(jī)物的細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物、蚯蚓和禿鷲等食腐動(dòng)物。分解者和消費(fèi)者都是異養(yǎng)生物。,4、非生物部分,生態(tài)系統(tǒng)中生物賴以生存

9、的一切環(huán)境條件。無機(jī)物：氮、氧、二氧化碳和各種無機(jī)鹽等。有機(jī)物：蛋白質(zhì)、糖類、脂類和土壤腐殖質(zhì)等。自然條件：溫度、濕度、風(fēng)、和降水等，來自宇宙的太陽輻射也可歸入此類。,構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)因素中，生物群落處于核心地位，非生命系統(tǒng)是生物賴以生存的基礎(chǔ)，二者處于一種動(dòng)態(tài)平衡之中，才形成一個(gè)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)——生態(tài)平衡。,5. 食物鏈和食物網(wǎng),——生態(tài)系統(tǒng)中各種生物之間存在著的取食關(guān)系，食物網(wǎng)越復(fù)雜，生態(tài)系統(tǒng)就越穩(wěn)定。,,,二、 生態(tài)系統(tǒng)的功能,

10、主要包括：生物生產(chǎn)、能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息流動(dòng)。,1、生物生產(chǎn),——生物吸收環(huán)境中的物質(zhì)、能量，轉(zhuǎn)化成新的物質(zhì)、能量，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)、能量積累，用以延續(xù)生命和增長(zhǎng)。,初級(jí)生產(chǎn)——綠色植物光合作用對(duì)太陽能的積累,次級(jí)生產(chǎn)——消費(fèi)者和生產(chǎn)者對(duì)初級(jí)生產(chǎn)者產(chǎn)生的有機(jī)物及儲(chǔ)存的能量，進(jìn)行再生產(chǎn)、再利用的過程。,2. 能量流動(dòng),太陽能,,初級(jí)生產(chǎn)者,化學(xué)能（儲(chǔ)存于有機(jī)物中）,,消費(fèi)者（一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)）,殘?bào)w,分解者,,無機(jī)物,,回歸環(huán)境,① 能量源自

11、于太陽能,② 能量流沿食物鏈單向流動(dòng)，由低級(jí)到高級(jí)，具有不可逆性和非循環(huán)性。,③ 營(yíng)養(yǎng)級(jí)和能量金字塔 能量流沿食物鏈逐漸減少。后一營(yíng)養(yǎng)級(jí)從前一營(yíng)養(yǎng)級(jí)僅能獲取能量的10%---Lindeman 效率。,特 點(diǎn)：,3、物質(zhì)循環(huán),營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是各種生命活動(dòng)（初級(jí)、次級(jí)生產(chǎn)）的基礎(chǔ)。,微生物細(xì)胞的組成：,① 水和無機(jī)鹽---維持細(xì)胞生命的重要物質(zhì),② 有機(jī)化合物---碳、氧、氫、硫、磷組成的有機(jī)化合物，構(gòu)成細(xì)胞中蛋白質(zhì)、核酸、糖類、脂類和維

12、生素。,生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)：,環(huán)境營(yíng)養(yǎng)物,,有機(jī)體,,代謝,分解,回歸環(huán)境,水循環(huán)：,水是最重要的生命物質(zhì)之一,水是細(xì)胞代謝和生命活動(dòng)的基礎(chǔ),地球上的總水量14億立方公里，其中海水占97.3%，冰川為主的陸地水占2.7%，其中1/3為冰帽、冰川，1/3為地下水，不到1%為地表水。,水循環(huán)：,蒸 發(fā),,雨、雪,,地表水,,徑 流,,地下水,水資源短缺,資源性短缺,水質(zhì)性短缺,碳循環(huán)：,碳是構(gòu)成生物體的基本元素，占生物總質(zhì)量約25%。在

13、無機(jī)環(huán)境中，以二氧化碳和碳酸鹽的形式存在。,碳循環(huán)的主要形式：,CO2,,光合作用,,有機(jī)碳,,生物呼吸、分解,CO2,,植物的呼吸作用,動(dòng)物的呼吸作用,化石燃料的使用、釋放,氮循環(huán)：,氮是形成蛋白質(zhì)、氨基酸和核酸的主要成分，是生命的基本元素。,大氣中N2占79%，N2是一種惰性氣體，不能被大多數(shù)生物直接利用。,固氮方式：,生物固氮---根瘤菌、固氮藍(lán)藻,工業(yè)固氮---合成氨、銨鹽,氮循環(huán)方式：,土壤中氨,硝化細(xì)菌,氧 化,,亞硝酸

14、鹽,硝酸鹽,,植物吸收,蛋白質(zhì)、核酸（有機(jī)氮）,蛋白質(zhì),生物分解,水 解,,氨基酸、尿素、氨,,硝化細(xì)菌,氧 化,硝酸鹽,,反硝化細(xì)菌,氮 氣,磷循環(huán)：,磷是維持生命活動(dòng)必需的另一重要因素,磷的主要來源：磷酸鹽礦、鳥糞、動(dòng)物化石,磷的循環(huán)方式：,磷酸鹽,,侵蝕,開采,土 壤,,植物利用,,殘?bào)w回到土壤,第三節(jié) 生 態(tài) 平 衡,一、生態(tài)平衡,——正常的生態(tài)系統(tǒng)中，能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)不斷地進(jìn)行，生產(chǎn)者、消費(fèi)者、還原者之間

15、保持的一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。,生物與非生物之間,生物之間,生命系統(tǒng),非生命系統(tǒng),生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者,能量流動(dòng),,,環(huán)境系統(tǒng),環(huán)境系統(tǒng),物質(zhì)循環(huán),,物質(zhì)循環(huán),,,生態(tài)平衡的基本特征：,① 系統(tǒng)中物質(zhì)與能量的輸入、輸出保持相對(duì)平衡,② 系統(tǒng)中物質(zhì)與能量的流動(dòng)保持合理的比例速度,③ 系統(tǒng)中生物的種類和數(shù)量保持相對(duì)穩(wěn)定,④ 系統(tǒng)具有良好的自我調(diào)節(jié)能力,二、 生態(tài)平衡失調(diào),——受外界影響，結(jié)構(gòu)、功能受損，超過自我調(diào)節(jié)能力，導(dǎo)致系統(tǒng)衰退甚至崩潰而不