环境与可持续发展导论,第三章生态学基本原理,生态学的基本原理。生态系统的组成及生态平衡的基本概念。生态学在环境保护工作中的应用。,第三章 生态学基本原理,第一节 生物物种、种群与群落 第二节 生 态 系 统 第三节 生 态 平 衡,生态学的发展及其与环境学的区别,生态学是生物学的重要分支之一，20世纪初才逐渐被公认为是一门独立的学科。,生态学研究的内容:,研究生物与其生活环境相关关系的学科,环境学研究的内容:,研究人类活动与环境质量变化基本规律的学科,第一节 生物物种、种群与群落,一、物种（Species）,物种是生物界分类的基本单位，惠特克于1969年提出了 生物界的划分方法。,界（Kingdom）,门（Phylum）,纲（Class）,目（Order）,科（Family）,属（Genus）,种（Species）,生物的三大类,动 物：小到单细胞的原生动物，大至发育较为完善的鸟类、兽类。动物种类有200多万种。,植 物：从低等藻类到高等的种子植物。植物种类有20多万种。,微生物：单细胞或结构简单甚至没有细胞结构的低等生物，包括各种病毒、细菌。共有10多万种。,物种的变异现象-遗传规律：,19世纪50年代，达尔文发表了物种起源，提出了以“自然选择”为中心的生物进化学说，证明了“物竞天择、适者生存”的进化论学说。,二、 种群（Population）,一定时间内占有一定空间的某一生物种的个体的集合群,1、 种群的概念,2. 种群的基本特征, 种群的大小、密度、生物量,大小（Size）-一个种群个体数目的多少,密度（Density）-单位时间和空间内的个体数,生物量-单位面积或空间内所有个体的鲜物质或生物质的总量, 年龄结构（Age structure）,种群中各年龄组个体数在整个种群中所占的比例, 性别比例,种群中雄性和雌性个体数目的比例, 出生率和死亡率,出生率单位时间内生物所产生后代个体的平均数,死亡率单位时间内生物死亡的平均数,3. 种群的变化规律-增长规律,指数增长规律、S型增长规律和阻尼振荡规律。,三、 群落（Community）,在一定的环境条件下，各种大小生物种群在特定空间的集合。,1. 群落的基本特征,外貌特征、多样性特征、物种的相对数量、优势现象、群落结构。,2. 群落的演替,物种的变化导致群落内部环境的变化，又对种群产生影响，直至相对稳定。,第二节 生 态 系 统,生态系统生命系统（生物群落）和环境系统在特定空间的组合。,生物群落和非生物环境的集合体,Ecosystem 由英国植物学家 A.G.Tansley于1935年提出。50年代得到广泛关注，60年代以后成为生态学研究的中心。,生态系统的研究是环境学领域研究的重点，因此，工程学研究也逐步向生态学研究渗透。,一、 生态系统的组成和特征,生 态 系 统,生 物 部 分,非 生 物 部 分,生产者,消费者,分解者,绿色 植物,动 物,微生物,物质、能量、场所,1. 生产者,生态系统中能进行光合作用的各种绿色植物、蓝绿藻和某些细菌。又称为自养生物。,光合作用,太阳能,化学能,无机物,有机物,2. 消费者,以其他生物为食的各种动物（植食动物、肉食动物、杂食动物和寄生动物等）。,一级消费者-草食动物,二级消费者-肉食动物,三级消费者-以前二级消费者为食物,3. 分解者,分解动植物残体、粪便和各种有机物的细菌、真菌、原生动物、蚯蚓和秃鹫等食腐动物。分解者和消费者都是异养生物。,4. 非生物部分,生态系统中生物赖以生存的一切环境条件。无机物：氮、氧、二氧化碳和各种无机盐等。有机物：蛋白质、糖类、脂类和土壤腐殖质等。自然条件：温度、湿度、风、和降水等，来自宇宙的太阳辐射也可归入此类。,构成生态系统的各个因素中，生物群落处于核心地位，非生命系统是生物赖以生存的基础，二者处于一种动态平衡之中，才形成一个稳定的生态系统生态平衡。,5. 食物链和食物网,生态系统中各种生物之间存在着的取食关系，食物网越复杂，生态系统就越稳定。,二、 生态系统的功能,主要包括：生物生产、能量流动、物质循环和信息流动。,1. 生物生产,生物吸收环境中的物质、能量，转化成新的物质、能量，实现物质、能量积累，用以延续生命和增长。,初级生产绿色植物光合作用对太阳能的积累,次级生产消费者和生产者对初级生产者产生的有机物及储存的能量，进行再生产、再利用的过程。,2. 能量流动,太阳能,初级生产者,化学能（储存于有机物中）,消费者（一级、二级、三级）,残体,分解者,无机物,回归环境, 能量源自于太阳能, 能量流沿食物链单向流动，由低级到高级，具有不可逆性和非循环性。, 营养级和能量金字塔 能量流沿食物链逐渐减少。后一营养级从前一营养级仅能获取能量的10%-Lindeman 效率。,特 点：,3. 物质循环,营养物质是各种生命活动（初级、次级生产）的基础。,微生物细胞的组成：, 水和无机盐-维持细胞生命的重要物质, 有机化合物-碳、氧、氢、硫、磷组成的有机化合物，构成细胞中蛋白质、核酸、糖类、脂类和维生素。,生态系统的物质循环：,环境营养物,有机体,代谢,分解,回归环境,水循环：,水是最重要的生命物质之一,水是细胞代谢和生命活动的基础,地球上的总水量14亿立方公里，其中海水占97.3%，冰川为主的陆地水占2.7%，其中1/3为冰帽、冰川，1/3为地下水，不到1%为地表水。,水循环：,蒸 发,雨、雪,地表水,径 流,地下水,水资源短缺,资源性短缺,水质性短缺,碳循环：,碳是构成生物体的基本元素，占生物总质量约25%。在无机环境中，以二氧化碳和碳酸盐的形式存在。,碳循环的主要形式：,CO2,光合作用,有机碳,生物呼吸、分解,CO2,植物的呼吸作用,动物的呼吸作用,化石燃料的使用、释放,氮循环：,氮是形成蛋白质、氨基酸和核酸的主要成分，是生命的基本元素。,大气中N2占79%，N2是一种惰性气体，不能被大多数生物直接利用。,固氮方式：,生物固氮-根瘤菌、固氮蓝藻,工业固氮-合成氨、铵盐,氮循环方式：,土壤中氨,硝化细菌,氧 化,亚硝酸盐,硝酸盐,植物吸收,蛋白质、核酸（有机氮）,蛋白质,生物分解,水 解,氨基酸、尿素、氨,硝化细菌,氧 化,硝酸盐,反硝化细菌,氮 气,磷循环：,磷是维持生命活动必需的另一重要因素,磷的主要来源：磷酸盐矿、鸟粪、动物化石,磷的循环方式：,磷酸盐,侵蚀,开采,土 壤,植物利用,残体回到土壤,第三节 生 态 平 衡,一、生态平衡,正常的生态系统中，能量流动和物质循环不断地进行，生产者、消费者、还原者之间保持的一种动态平衡状态。,生物与非生物之间,生物之间,生命系统,非生命系统,生产者、消费者、分解者,能量流动,环境系统,环境系统,物质循环,物质循环,生态平衡的基本特征：, 系统中物质与能量的输入、输出保持相对平衡, 系统中物质与能量的流动保持合理的比例速度, 系统中生物的种类和数量保持相对稳定, 系统具有良好的自我调节能力,二、 生态平衡失调,受外界影响，结构、功能受损，超过自我调节能力，导致系统衰退甚至崩溃而不能修复。,失衡的结构标志：,系统内生产者、消费者、分解者缺损，种群和数量减少，系统层次结构发生变化。,失衡的功能标志：,生物生产率下降、能量流动受阻、物质循环中断。,三、破坏生态平衡的因素,1. 自然因素,2. 人为因素,