环境保护与管理第二节课.ppt
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1、,第一章 生态学基础生态学基本原理生态系统的物理化学循环环境污染与生态平衡 学习生态学基础就是使同学们认识人与环境的关系,运用生态规律保护自然资源,防止环境污染。,第一节 生态学基本原理一、生态学与生态系统 1.种群和群落 2.生态系统的构成(l)生产者有机体(2)消费者有机体(3)分解者有机体(还原者有机体)3.生态系统的营养级和食物链 4.生态系统的能量流和物质循环二、生态系统的平衡 1.生态系统的稳定性 2.生态平衡的破坏 3.生态系统的重新建立,一、生态学与生态系统 早在1866年德国生物学家海克尔(BHaeckel)就提出了生态学这个名词,他定义“生态学是研究生物及环境的相互关系。”
2、这个概念一直沿用至今。也就是说生态学是生物科学的一个领域,它是研究生物与其生存环境之间相互关系的一门学科。,生态学大体上分为两个主要部分:其一是以生命组织的层次性为基础,即包括细胞、个体、种群三个层次的种群生态学;其二是围绕着相互作用的不同种类集合体为基础的群落生态学。这种生物集合体与其生存地区的局部环境因素构成了一个个的综合体,通常称之为生态系统。当然,生态学本身又可分为植物生态学、动物生态学和微生物生态学。所以说生态学是一个广义的名词,而生物圈就等于是一个无所不包的生态系统。,1.种群和群落 种群是生长在一定群落中的种的个体的总合。换句话说,种群是指占据某一地区的某一个种的一群个体。一个池
3、塘中的芦苇种群即是一例。生物群落是生活在一定地区(或环境)的种群的集合。例如一片草原,或一片橡树林就是一个群落。,2.生态系统的构成 生态系统粗略地划分主要由两大部分构成,即无生命成分和生命成分。无生命成分:包括水、二氧化碳、氧、氮、矿物盐类、酸、碱,以及任何一定时间在生物有机体之外出现的元素或化合物,它们组成生物有机体的大气、水和土壤环境。生命成分:根据取得能量的方式不同,生态系统中的生命成分可分为三个类群。,(l)生产者有机体 主要是绿色植物,是自养型的。(2)消费者有机体 从植物所制造的有机物质中取得营养物质和能量,所以是异养(他养)的消费者。食草动物:直接以植物为食获得营养的动物,也称
4、一级消费者。食肉动物:直接吃食草动物,也称二级消费者(或一级食肉动物、二级食肉动物);二级消费者也可能是杂食动物。(3)分解者有机体(还原者有机体)这是分解有机化合物的细菌、真菌等异养生物。,生态系统的内部构成示意图:,3生态系统的营养级和食物链 美国生态学家林德曼研究生物之间的关系,积累了丰富的资料,他从“大鱼吃小鱼,小鱼吃虾米”,“一山不容二虎”的谚语中得到启发,建立了关于食物链和金字塔营养级的理论,为生态学奠定了坚实的科学基础。,生态系统的生物部分,从绿色植物开始的各个环节,通常称为营养级。绿色植物是第一营养级,食草动物是第二营养级,第一级食肉动物是第三营养级,第二级食肉动物是第四营养级
5、。食物能量从绿色植物开始,通过各营养级有机体进行转移,组成食物链。如图ll、图 l2所示:,由图可见,在生态系统中,由食物关系把多种生物联系起来,一种生物以另一种生物为食,另一种生物再以第三种生物为食,彼此形成一个以食物联接起来的链锁关系,称为食物链。,食物链的长度,已知尚没有超过5级的,这是由以下因素决定的。首先,消费者有机体在获取食物方面从来不是完全有效的总是有许许多多的生物保留下来,适于食用,也保留下来。其次,消费者有机体从来不可能把全部吃下的食物都转变成为自己的原生质,其中有些作为粪便排除;被消化吸收变成原生质的,在呼吸过程中大部分作为燃料转变为热损失掉,还有一部分作为尿或其它废物淘汰
6、掉。因此,生态系统中营养级之间的能量转移效益,一般不超过10,顺营养级,每一级的生产率、有机体的个体数目以及生物量都急剧地梯级减少,形成著名的所谓“金字塔结构”。例如生物量金字塔(图 l3)。,生物量金字塔有两层含义,其一是生物数量(个体数)是金字塔结构;其二是生物质量比呈金字塔规律。应用食物链和营养级理论,在经济建设中具有重要的现实意义。从环境保护角度来看,值得特别重视的问题是:污染物沿食物链富集与污染物沿食物链进入人体。,(l)生态系统的能量流 能量是通过绿色植物的光合作用进入生态系统的,然后沿食物链从绿色植物移动到食草动物,再由食草动物到食肉动物,最后由腐生生物将它们从分解的有机化合物中
7、分散回到环境中。同时在各营养级由于呼吸的作用都有能量的损失,即把部分能量逸散到外界。这一能量单向流动的现象叫能量流,是生态系统最普遍的特征之一。生态系统的能量流,如图 l4所示。,4.生态系统的能量流和物质循环,从生态系统的能量流原理得到启示:一个生态系统实际上就是分布于空间的能量系统。当沿着食物链上升时,在单位面积上可利用的能量愈来愈少。因而,在最高营养级中的生物必然分布于广大地域里。,继续存在还需要不断地输入物质。因为有机体和生态系统中的物质起着两种重要的作用:首先,物质是作为一种贮存化学形式能量的运载工具;其次,物质是用以维持生命而进行的生物化学活动的物质结构。没有把能量从一种形式转化为
8、另一种形式的物质分子,能量就会自由地散失而不可能沿食物链向上满足其它生物有机体的需要,生命就不可能维持。,生态系统的绿色植物通过根系从土壤中吸收生命物质元素的矿物成分,而经由叶上的气孔自大气吸收碳(CO2),在太阳光能的作用下制成有机化合物。然后,有机物沿着食物链到达消费者。随着这些有机体死亡和分解,又被释放出来返回到环境中。所有这些释放到环境中的物质重新被植物吸收利用,参加生态系统的再循环。因此,物质流不同于能量流。对生态系统来说,物质在每次转化中即使有损失,但所损失的部分最终仍回到环境中去,并被植物重新利用。因而,在生态系统中的物质的趋向是利用,再利用,即循环。,这一生态系统物质循环给我们
9、以启示:农业生产要注意秸杆还田,不要破坏生物小循环,造成土壤肥力下降,当前我国农村尤其要防止把秸杆直接当燃料的浪费作法(本来中间可进行沼气发酵);注意保护土壤,防止水土流失,造成土壤贫瘠,我国每年水土流失的肥料相当于全国化肥厂的化肥总产量;防止有毒物质进人生态系统的食物链。,二、生态系统的平衡1.生态系统的稳定性2.生态平衡的破坏3.生态系统的重新建立,1.生态系统的稳定性 生态系统是一个复杂的、动态的系统。在生态系统中,要不断发生物质和能量转移和交换,形成一种能量和物质的连续流动。在一个未受干扰和少受干扰正常进行的生态系统中,物质和能量的输入是趋于平衡的,这种平衡称为生态系统的内稳定状态,或
10、生态平衡。,生态系统具有一种内部的自动调节能力,或反馈现象,以保持本身的稳定。也就是说,在成分多样,能量和物质流动途径复杂的生态系统中,较易保持稳定。因为系统的一部分出问题,可以被不同部分的调节所抵消。相反,成分简单、结构简单的生态系统,内部调节的能力就较小,它对于剧烈的生态改变,通常是比较敏感而脆弱的。,例如,一个只有两种生物的简单食物链:A(被捕食者)B(捕食者)对于稍微复杂一点的食物链,看看如何为其中一个种群数量的变化而提供补偿的:(A、B 为被捕食者,C 为捕食者。),2.生态平衡的破坏 在理论上,一个生态系统虽然有着向稳定状态(动态平衡)发展的趋势,就是说,它的组成、结构和能量与物质
11、循环趋向于长时间地基本上保持一致。然而,由于它本身内部的矛盾以及外界自然的,特别是人类活动因素的影响,稳定状态总是很难达到。去掉一个因素或增加一个因素,改变一个因素的性质或者强度,都可能触发生态系统中反应的长链,从而破坏系统的平衡。当平衡打破时,就可能发生一系列不易预测的变化,并且往往导致很难预料的后果。,人类活动对环境所产生的影响,可分为四类。出于开发和利用资源的目的,人类有计划地进行大规模的生产活动,把原始自然景观改变为人为景观。由于人口不断增长以及工矿交通事业的迅速发展,促使人类向大自然进军,使自然环境发生更大范围的根本性变化。原来潜藏在岩石圈深处的若干资源和元素,经人类开发启用,上升到
12、地表,释放出多种物质,进人人类环境,有些对人类有益,而有些则直接对人和生物有害。为了保护农业、林业等生产,过量使用残效长的剧毒化学物品及广谱性杀虫剂,在防治病虫害的同时,也会杀死一些对人类有益的害虫的天敌,并且污染了环境。,3.生态系统的重新建立 生态系统是在长期历史发展中形成的,组成生态系统的各要素之间基本上是协调和稳定的、平衡的。但是,无论从外部增加或减少其中某些要素,使物质交换和能量转化发生变化,都会使生态系统的微妙平衡遭到破坏,失去平衡。在通常的情况下,由于生态系统的复杂性和多样性,它本身具有一种自我修复和自动调节的能力,使平衡得到恢复,系统得以维持。但如果这种破坏超过了它所承受的限度
13、,或环境容量,就会导致整个系统的衰退、中断和破坏。,生态系统的核心是生物群落,生态平衡就是由各种生物群落所具有的自动调节和自我修复能力来维持。因此,只要人类充分认识和掌握生物调节机理,积极创造生物种群自身修复能力的合适条件,那么,在大多数情况下,原先已经失调或破坏了的生态平衡可以重新恢复或建立新的生态平衡。,生态平衡的维持是靠下列几方面来实现的:生态系统本身的自动调节能力(或反馈现象)。一个生态系统内各生物种类,在食物链中各处在一个营养级别,每一个级别中的许多生物,总是与另一级别中的那些生物构成食物网(即各种食物链相互交错)的关系,这种网状生态结构是生物调节最重要的机制之一。一般说来,生态系统
14、成分愈多样,能量和物质流动途径愈复杂,内部调节能力就愈大,因而系统愈稳定。反之,生态系统成分愈单调,结构愈简单,内部调节能力就愈小,它对于剧烈的生态变化,通常是比较敏感的、脆弱的。,生态系统内物质和能量的循环必须保持不断。植物同时进行光合作用和呼吸作用,吸收水分和养分,并不断蒸发水分。构成自身和储蓄养分的一个稳定的生态系统,需要保持这个循环过程,生态系统的平衡才得以保持。生态系统的增长,必须同环境形成一定的稳定关系,要与环境协调。要是把人类放在生态系统内,生态系统还必须为人类提供物质上、精神上健康生活的环境,否则,这个系统也是不稳定的。,第二节 生态系统的物理化学循环 一、水循环 1.水圈 2
15、.水的作用(1)没有水就没有生命(2)水是一种宝贵资源 3.水在地球上的分布及水的循环 二、碳循环 三、氧循环 四、氮循环 五、磷循环,一、水循环1.水圈 地壳表面的液态水层称为水圈。2.水的作用(1)没有水就没有生命 水是构成任何生物体的基本成分。(2)水是一种宝贵资源 任何工业、交通、建筑等部门都离不开水,而且需要数量很大,合乎一定质量要求的水。3.水在地球上的分布及水的循环(水在地球上的分布见表1-1),淡水湖和河流的水量只占地球上水量的0.0091,加上地下水中的浅层水也不过0.3191。人类各种用水,基本上都是靠这些淡水。,地球上这些水在不断地进行着循环,处于平衡状态。因此,江河奔流
16、不息,地下水位相对稳定,海拔没有明显的变化。在阳光照射下,通过江河湖海等地面水的蒸发,植物茎叶的蒸腾,形成水蒸气,进人大气,遇冷凝结,以雨、雪、雹等形式重返地面。返回地面的水,一部分渗入地下成为土壤水和地下水,再供植物蒸腾,或直接从地面蒸发;一部分流人江河湖海,再经这些水面蒸发或植物蒸腾等。这样,就形成了水的无终止的往复循环过程,称之为水循环。水循环参见图1-6。水循环由蒸发(蒸腾)、大气环流的水汽运送、降水和径流四个部分构成。我国大陆上的水主要是经大气从东面和东南海面上输送而来的。,二、碳循环 碳是构成有机体的主要元素。二氧化碳通过植物的光合作用转化为氧和葡萄糖,葡萄糖构成植物体内的碳水化合
17、物。动物吃了这些碳水化合物,一部分通过氧化作用产生能量,呼出的二氧化碳又被植物利用,这是碳循环的一个方面;随着这些有机体的死亡和被微生物分解,最后氧化成二氧化碳和水等;这样二氧化碳又被植物吸收利用,第二次参加生态再循环。生物有机体在地质史上形成的燃料化石,经过燃烧增加了大气中的二氧化碳,又回到大气层,参加生态系统的循环和再循环。参见图 l5。,三、氧循环 氧的循环比较复杂。氧不仅维持着生命,也是由生命产生的。现在大气中的氧,虽不是全部,但几乎主要来源于植物,也就是通过植物光合作用产生氧气。人类活动也影响到生物圈中的氧循环和地球上的氧收支。人类除了吸氧和呼出二氧化碳,还因为燃料燃烧等而降低氧水平
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