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1、第二章生态环境基础,生态系统的概念，最早由英国著名生态学家坦斯利（）于1935年比较完整地提出。坦斯利认为生物与其生存环境是一个不可分割的有机整体。生物包括多种生物的个体、种群和群落，其生存环境包括光、热、水、空气及生物等因子。生物与其生存环境各组成部分之间并不是孤立存在的，也不是静止不动或偶然聚集在一起的，它们息息相关，相互联系，相互制约，有规律地组合在一起，并处于不断的运动变化之中。各个生态因子不仅本身起作用，而且相互发生作用，既受周围其它因子的影响，反过来又影响其它因子。其中一个因子发生了变化，其它因子也会产生一系列的连锁反应。因此，生物因子之间、非生物因子之间以及生物与非生物因子之间的
2、关系是错综复杂的，它们通过能量的流动、物质的运转和信息的交换，在自然界中构成一个相对稳定的自然综合体。生态系统是自然界的基本单位，是由生物与其生存环境组成的，是生态学中功能上的单位，而不是生物学中分类上的单位。,生态系统,生态系统：是指一定空间范围内，生物群落与其所处的环境所形成的相互作用的统一体，是生态学的基本功能单位。,生态系统的组成,生态系统组成的结构框图,生态系统的基本组成部分为：生产者、消费者、分解者和转变者、无机营养分。,生态系统的结构,生态系统中生物种类及各种生物的种群数量均具有一定的时间分布和空间配置，在一定时期内处于相对稳定的状态，从而使生态系统能保持一个相对稳定的形态结构。
3、,在生态系统中，各种动物、植物和微生物的种类和数量在空间上的分布构成垂直结构和水平结构。在各种类型的生态系统中，森林生态系统的垂直结构最为典型，具有明显的成层现象。在地上部分，自上而下有乔木层、灌木层、草木植物层和苔藓地衣层。水平分布构成生态系统的水平结构。由于光照、土壤、水分、地形等生态因子的不均匀及生物间生物学特性的差异，各种生物在水平方向上呈镶嵌分布。如森林生态系统中，森林边缘与森林内部分布着明显不同的动植物种类。,空间配置,时间配置,同一个生态系统，在不同时期或不同季节，表现出一定的周期性时间变化。如长白山森林生态系统。冬季满山白雪皑皑，到处是一片林海雪原；春季冰雪消融，绿草如茵；夏季
4、鲜花遍野，争芳斗艳；秋季硕果累累，一片金色。这一年四季有规律的变化，就构成了长白山森林生态系统的“季相”。生态系统的时间配置，除表现在季节周期性变化外，还表现为月相变化和昼夜周期变化，如蝶类和蛾类在昼夜间的交替出现，鱼类在昼夜间的垂直迁移等。,营养结构,生态系统的营养结构是生态系统的各组成成分以营养为纽带，通过营养联系构成的，生产者向消费者和分解者分别提供营养，消费者也可向分解者提供营养，分解者分解生物残体把营养物质输送给环境，由环境再供给生产者吸收利用。不同生态系统组成成分不同，其营养结构的具体表现形式也不尽相同。,生态系统的类型,生物圈,陆地生态系统,自然生态系统,人工生态系统,森林生态系
5、统,草原生态系统,荒漠生态系统,冻原极地生态系统,城市生态系统,农田生态系统,淡水生态系统,流水生态系统,静水生态系统,海洋生态系统,海岸生态系统,浅海生态系统,远洋生态系统,生物圈,陆地生态系统,生物圈,陆地生态系统,生物圈,自然生态系统,陆地生态系统,生物圈,自然生态系统,陆地生态系统,生物圈,森林生态系统,自然生态系统,陆地生态系统,生物圈,荒漠生态系统,森林生态系统,自然生态系统,陆地生态系统,生物圈,草原生态系统,荒漠生态系统,森林生态系统,自然生态系统,陆地生态系统,生物圈,冻原极地生态系统,草原生态系统,荒漠生态系统,森林生态系统,自然生态系统,陆地生态系统,生物圈,人工生态系统
6、,冻原极地生态系统,草原生态系统,荒漠生态系统,森林生态系统,自然生态系统,陆地生态系统,生物圈,城市生态系统,人工生态系统,冻原极地生态系统,草原生态系统,荒漠生态系统,森林生态系统,自然生态系统,陆地生态系统,生物圈,农田生态系统,城市生态系统,人工生态系统,冻原极地生态系统,草原生态系统,荒漠生态系统,森林生态系统,自然生态系统,陆地生态系统,生物圈,农田生态系统,城市生态系统,人工生态系统,冻原极地生态系统,草原生态系统,荒漠生态系统,森林生态系统,自然生态系统,陆地生态系统,生物圈,淡水生态系统,农田生态系统,城市生态系统,人工生态系统,冻原极地生态系统,草原生态系统,荒漠生态系统,
7、森林生态系统,自然生态系统,陆地生态系统,生物圈,淡水生态系统,农田生态系统,城市生态系统,人工生态系统,冻原极地生态系统,草原生态系统,荒漠生态系统,森林生态系统,自然生态系统,陆地生态系统,生物圈,流水生态系统,淡水生态系统,农田生态系统,城市生态系统,人工生态系统,冻原极地生态系统,草原生态系统,荒漠生态系统,森林生态系统,自然生态系统,陆地生态系统,生物圈,静水生态系统,流水生态系统,淡水生态系统,农田生态系统,城市生态系统,人工生态系统,冻原极地生态系统,草原生态系统,荒漠生态系统,森林生态系统,自然生态系统,陆地生态系统,生物圈,海岸生态系统,静水生态系统,流水生态系统,淡水生态系
8、统,农田生态系统,城市生态系统,人工生态系统,冻原极地生态系统,草原生态系统,荒漠生态系统,森林生态系统,自然生态系统,陆地生态系统,生物圈,浅海生态系统,海岸生态系统,静水生态系统,流水生态系统,淡水生态系统,农田生态系统,城市生态系统,人工生态系统,冻原极地生态系统,草原生态系统,荒漠生态系统,森林生态系统,自然生态系统,陆地生态系统,生物圈,远洋生态系统,浅海生态系统,海岸生态系统,静水生态系统,流水生态系统,淡水生态系统,农田生态系统,城市生态系统,人工生态系统,冻原极地生态系统,草原生态系统,荒漠生态系统,森林生态系统,自然生态系统,陆地生态系统,生物圈,远洋生态系统,浅海生态系统,
9、远洋生态系统,海岸生态系统,浅海生态系统,远洋生态系统,静水生态系统,海岸生态系统,浅海生态系统,远洋生态系统,静水生态系统,海岸生态系统,浅海生态系统,远洋生态系统,流水生态系统,静水生态系统,海岸生态系统,浅海生态系统,远洋生态系统,流水生态系统,静水生态系统,海岸生态系统,浅海生态系统,远洋生态系统,农田生态系统,流水生态系统,静水生态系统,海岸生态系统,浅海生态系统,远洋生态系统,城市生态系统,农田生态系统,流水生态系统,静水生态系统,海岸生态系统,浅海生态系统,远洋生态系统,人工生态系统,城市生态系统,农田生态系统,流水生态系统,静水生态系统,海岸生态系统,浅海生态系统,远洋生态系统
10、,人工生态系统,城市生态系统,农田生态系统,流水生态系统,静水生态系统,海岸生态系统,浅海生态系统,远洋生态系统,自然生态系统,人工生态系统,城市生态系统,农田生态系统,流水生态系统,静水生态系统,海岸生态系统,浅海生态系统,远洋生态系统,自然生态系统,人工生态系统,城市生态系统,农田生态系统,流水生态系统,静水生态系统,海岸生态系统,浅海生态系统,远洋生态系统,森林生态系统,自然生态系统,人工生态系统,城市生态系统,农田生态系统,流水生态系统,静水生态系统,海岸生态系统,浅海生态系统,远洋生态系统,荒漠生态系统,森林生态系统,自然生态系统,人工生态系统,城市生态系统,农田生态系统,流水生态系
11、统,静水生态系统,海岸生态系统,浅海生态系统,远洋生态系统,草原生态系统,荒漠生态系统,森林生态系统,自然生态系统,人工生态系统,城市生态系统,农田生态系统,流水生态系统,静水生态系统,海岸生态系统,浅海生态系统,远洋生态系统,冻原极地生态系统,草原生态系统,荒漠生态系统,森林生态系统,自然生态系统,人工生态系统,城市生态系统,农田生态系统,流水生态系统,静水生态系统,海岸生态系统,浅海生态系统,远洋生态系统,陆地生态系统,冻原极地生态系统,草原生态系统,荒漠生态系统,森林生态系统,自然生态系统,人工生态系统,城市生态系统,农田生态系统,流水生态系统,静水生态系统,海岸生态系统,浅海生态系统,
12、远洋生态系统,淡水生态系统,陆地生态系统,冻原极地生态系统,草原生态系统,荒漠生态系统,森林生态系统,自然生态系统,人工生态系统,城市生态系统,农田生态系统,流水生态系统,静水生态系统,海岸生态系统,浅海生态系统,远洋生态系统,海洋生态系统,淡水生态系统,陆地生态系统,冻原极地生态系统,草原生态系统,荒漠生态系统,森林生态系统,自然生态系统,人工生态系统,城市生态系统,农田生态系统,流水生态系统,静水生态系统,海岸生态系统,浅海生态系统,远洋生态系统,海洋生态系统,淡水生态系统,陆地生态系统,冻原极地生态系统,草原生态系统,荒漠生态系统,森林生态系统,自然生态系统,人工生态系统,城市生态系统,
13、农田生态系统,流水生态系统,静水生态系统,海岸生态系统,浅海生态系统,远洋生态系统,生态环境的内涵,环境是指自然环境和人为环境生态环境通常指除人类种群以外的的不同层次生物所组成的生命系统为主体的外部条件。包括特定空间中可以直接或间接影响有机体生活和发展的各个因素，有生物和非生物因素。生态是指生物的状态、动态和势态。环境单方面强调客体生态强调客体与主体的关系。,生物层次结构及其特征,细胞,个体,种群,群落,种群个体之和群落不同生物总和生态系统群落周围环境,种群,一个生物物种在一定范围内同种个体的总和称为种群。种群是物种具体的存在单位、繁殖单位和进化单位。种群的基本特征 1.种群的大小、密度与生物
14、量Size:种群的个体数目的多少Density：单位时间或空间内的个体数称为种群密度。生物量：单位面积或空间内所有个体的鲜物质或干物质的总重量。,年龄结构,生育前期,生育期,生育后期,A,B,C,年龄结构的三种基本类型,A增长种群,B稳定种群,C衰退种群,3.性别比例 种群中雄性和雌性个体数目的比例称为性别比例。无论何种比例关系，种群在正常环境中总保持相对稳定的性别比例关系，它对保持种群的繁殖力有着重要意义。4.出生率和死亡率 出生率是指单位时间内生物所产后代个体的平均数；死亡率则是单位时间内生物死亡的平均数。,种群的增长形式,如果种群的增长不受到妨害或制止，则种群（N）将呈几何级数按下式增长
15、 dN/dt=rN 在这种情况下，个体的数目将迅速向无穷大发展。把这种最适条件下种群内部潜在的增长能力称为内禀增长能力。内禀增长能力是具有稳定年龄结构的种群在某一特定的温度，湿度、光照和食物性质的环境组配下，种群的最大瞬时增长率,1.J形曲线 又称爆发灭绝曲线：在开始时增长较慢，随后在较短时间内急剧上升，直至环境条件不再支持该种群继续增长时，急剧恶劣环境导致大量个体死亡时，种群趋于消亡，增长曲线急剧下降，呈“J”形。,2.S形曲线,开始时环境的阻力不关重要，但是种群的增长时缓慢的，随后则增长加快，但当环境阻力增加时，增长又逐渐下降，并将一直下降到一个平衡的水平上为止，而后则保持在此水平上。dN
16、/dt=rN(K-N)/K,S形曲线也叫逻辑斯谛增长曲线。在四个假设上得出的。即：假设（1）环境条件允许种群有一个最大值，此值称为环境容纳量或负荷量，用K表示（2）种群增长率降低的影响因素是最简单的，即其影响随着密度的上升而按比例逐渐降低。如种群中每增加一个个体，就产生1/K的影响。或者说每个个体利用了1/K的空间，若种群有N个个体，就利用了N/K的空间，而可供利用的剩余空间就只有（1-N/K)了；（3）种群密度的增加对其增长率的降低作用是立即发生的，无时滞的,（4）种群无年龄结构，也没有迁入和迁出。那么 dN/dt=rn(K-N/K)积分式为Nt=K/(1+e(a-rt)N-种群数量t-时间
17、r-种群的瞬时增长率K-环境容纳量,修正项（1-N/K)的生物学意义在于代表是剩余空间。N趋于零，修正项趋于1.表示几乎全部空间没有被利用，种群的最大增长能力能够充分实现。N趋于K，则修正项趋于零，表示几乎全部空间被利用，种群增长的最大能力不能实现。,当N由零逐渐增加到K值，（1-N/K)由1逐渐降为零，表示种群最大增长的可实现程度逐渐降低。并且种群数量每增加一个个体这种抑制效应就增加1/K.因此这种抑制效应又称为拥挤效应，因其影响定量之大小与拥挤程度成正比，拥挤效应（N/K)故也叫环境阻力。参数a是表示曲线对原点的相对位置，它取决于初始种群数量N0,群落,生物群落是指一定地理区域内，生活在同
18、一环境条件下的所有生物的集合体，是所有该区域内生物种群的总和，它们彼此相互作用，有规律得组成具有独特组成和功能的结构单元。,群落的基本特征,1群落的外貌2物种多样性3优势现象4物种的种间关联和群落系数5群落结构,群落的演替,群落是随着时间的变化而变化的动态系统。在群落中一些物种可能消失，而为另一些物种所取代，从而导致群落内微环境的变化，这种变化反过来有对各种群产生影响，直到群落达到某一新的相对稳定阶段。这种群落随时间变化而变化，一种群落被另一种群落代替的过程就称之为群落的演替，演替最后终止在一个稳定状态的群落称为顶级群落。,群落演替的分类,群落演替按裸地的性质可分为：原生演替和次生演替。原生演
19、替：是指在原生裸地上开始进行的群落演替，即从没有任何生命的地方开始的入侵、定居、竞争，一直演替到顶级群落。次生演替：是指在由于火灾、干旱、水灾等自然灾害以及人类不合理的经济活动导致原有群落毁坏后的次生裸地上进行的演替。,第三节生态因子及其生态作用,环境因子（生态因子）：组成环境的具体因素。它包括自然环境要素和社会环境要素。生物和环境之间的关系是相互的和辨证的。一般把非生物环境因子对生命有机体的影响叫做作用。（1）温度（2）光和辐射（3）水（4）空气（5）土壤,生态因子作用的一般特征,1.综合作用2.主导因子作用3.直接作用和间接作用4.阶段性5.不可代替性和补偿性,生态因子的作用方式,1拮抗作
20、用 各因子联合作用时，一种因子能抑制或影响另一种因子的作用。2协同、增强和叠加作用 两种或多种化合物共同作用时，总毒性等于或超过化合物单独作用时的毒性总和叫协同作用。总毒性为各化合物单独作用时的总和叫叠加。一种本无毒性的化合物与另一种化合物共同作用时，使后者毒性增强，称为增强作用。3净化作用 利用物理、化学和生物的方法消除水、气和土壤中有害物质的作用,生态因子作用的规律,1.最小因子定律 李比希发现“植物生长取决于处在最小量状况下的营养物质的量”2.耐受性定律 美国生态学家谢尔福德：因子在最低量时可以成为限制因子，但如果因子过量超过生物体的耐受程度时，也可以成为限制因子。每一种环境因子都有一个
21、生态上得适应范围大小，称之为生态幅。即有一个最低和最高点，两者之间的幅度称为耐性限度。,第四节 生态系统的功能,生态系统的主要功能包括：生物生产、能量流动、物质循环及信息传递。生物生产 生态系统中的生物，不断地把环境中的物质能量吸收，转化成新的物质能量形式，从而实现物质和能量的积累，保证生命的延续和增长，这个过程称为生物生产。生物生产包括初级生产和次级生产,初级生产,初级生产实质上是一个能量转化和物质的积累过程，是绿色植物的光合作用过程。单位时间和单位面积（或体积）内生产者积累的能量或生产的物质量称为生产量或生产力或生产率。PG-Ra=PN 或 PG=Ra+PN PG：总初级生产量 Ra：自身
22、呼吸消耗量 PN：净初级生产量,次级生产,次级生产：是指消费者或分解者对初级生产者生产的有机物以及贮存在其中的能量进行再生产和再利用的过程。消费者和分解者都称为次级消费者。,生态系统的能量流动,生态系统的物质循环,生态系统中各种有机物质经过分解者分解成可被生产者利用的形式归还到环境中重复利用，周而复始地循环的过程叫物质循环。分类：根据物质参与循环时的形式分为气相循环、液相循环和固相循环。,信息传递,1.营养信息2.化学信息3.物理信息4.行为信息,生态平衡,生态系统是生态学中的一个基本功能单位。系统内各个组成部分相互作用，相互联系，相互制约，形成一个具有高度组织性的动态平衡的复杂整体，动态平衡
23、是生态系统的一个基本特征.生态破坏主要表现为：水土流失；沙漠化、荒漠化；森林锐减；草场退化、土地退化；湖泊的富营养化；生物多样性的减少。生态平衡的破坏往往出自人类的贪欲与无知，过分地向自然索取，或对生态系统的复杂机理知之甚少而贸然采取行动,当生态系统各组成成分之间彼此保持一定的比例关系，能量、物质的输入与输出在较长时间内趋于相等，结构和功能处于相对稳定的状态，在受到外来干扰时能通过自我调节恢复到初始的稳定状态，生态系统的这种状态称为生态系统的平衡，简称生态平衡。生态平衡是相对的平衡。任何生态系统都不是孤立的，都会与外界发生直接或间接的联系，会经常遭到外界的干扰。尤其是近代人口大量增加，科学技术
24、水平不断提高，人类对自然界的干预程度和范围越来越大，生态系统都在不断地受到人类的干扰和破坏。因此，生态系统的平衡是相对的，不平衡是绝对的。生态平衡是动态平衡，而不是静态平衡。生态系统的各组成成分都在按一定的规律运动着、变化着，系统中能量在不断的流动，物质在不断的运转，整个系统时刻处于动态之中。,生态平衡的基础,1相互依存与相互制约规律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生物与环境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,生态平衡失调的特征,生态系统的平衡是相对的，不平衡是绝对的。掌握生态平衡失调的标志，对于防止生态平衡的严重失调，恢复和再建新的生态平衡，都具有重要
25、的意义。生态平衡失调的标志主要有以下两方面：1.结构上的标志 生态平衡失调首先表现在结构上，一方面是结构缺损，即生态系统的某一个组成成分消失；另一方面是结构变化，即生态系统的组成成分内部发生了变化。2.功能上的标志也包括两个方面：一方面能量流动受阻；另一方面是物质循环的中断。,引起生态平衡失调的因素,破坏生态平衡的因素有自然因素和人为因素。自然因素包括水灾、旱灾、地震、台风、山崩、海啸等。由自然因素引起的生态平衡破坏，称为第一环境问题。人为因素是生态平衡失调的主要原因。由人为因素引起的生态平衡破坏，称为第二环境问题。,人为因素造成的第二环境问题具体表现在以下三方面：使环境因素发生改变。一方面人
26、类的生产活动和生活活动产生大量的废气、废水、废物，不断排放到环境中，使环境质量恶化，产生近期或远期效应，使生态平衡失调或破坏。另一方面是对自然资源不合理的利用，譬如盲目开荒、滥砍森林、水面过围、草原超载等。使生物种类发生改变。在生态系统中，盲目增加一个物种，有可能使生态平衡遭受破坏。例如美国于1929年开凿的_运河，把内陆水系与海洋沟通，导致八目鳗进入内陆水系，使鳟鱼年产量由2000万减至5000，严重地破坏了水产资源。在一个生态系统中减少一个物种，也有可能使生态平衡遭受破坏。我国50年代曾大量捕杀过麻雀，致使一些地区虫害严重。究其原因，就是由于害虫的天敌麻雀被捕杀，害虫失去了自然抑制因素。,
27、信息系统的破坏。生物与生物之间彼此靠信息联系，才能保持其集群性和正常的繁衍。人为向环境中施放某种物质，干扰或破坏了生物间的信息联系，就有可能使生态平衡失调或遭受破坏。例如自然界中有许多雌性昆虫靠分泌释放性外激素引诱同种雄性成虫前来交尾，如果人们向大气中排放的污染物能与之发生化学反应，则性外激素就失去了引诱雄虫的生理活性，结果势必影响昆虫交尾和繁殖，最后导致种群数量下降甚至消失。,生态平衡的调节机制,1.反馈机制正反馈：可使系统更加偏离平衡位置负反馈：维持系统稳态2.稳定性抵抗力：生态系统抵抗并维持系统结构和功能原状的能力。恢复力：生态系统遭到外干扰破坏后，系统恢复到原状的能力。,生态系统的自动调节能力是有限的，当外部冲击或内部变化超过了某个限度时，生态系统的平衡就可能遭到破坏，这个限度称为生态阈值。只有了解掌握各个生态系统的生态阈值，用负反馈原理来管理生态系统，才能使自然和自然资源充分合理的利用。,
