环境科学导论-第2章PPT文档格式.ppt

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它是环境科学的重要分支。

提要：

本章重点介绍与环境科学密切相关的生态学基础知识、理论和应用。

首先从环境与生态的区别和内在联系入手，深入剖析生态的基本内涵，系统阐述生态系统的组成和结构，重点论述对环境保护最为重要的生态系统两大基本功能物质循环和能量流动，最后延展性地分析生态学对环境保护的意义及应用。

要求：

通过本章的学习，了解生态学基本概念、生态系统和生态学在环境保护中的应用。

环境科学导论,3/12/20203:

05PM,第2页,第2章生态学基础,2.1生态学概述,2.1.1生态学定义生态学（Ecology）一词是由德国生物学家ErnstHaeckel于1869年首次提出，并于1886年创立了生态学这门学科。

Ecology来自于希腊语“oikos”与“logos”，前者意为“住所”，后者指“科学研究”，Haeckel把生态学定义为：

“研究有机体与环境相互关系的科学”。

此后，又先后提出了生态学各种定义，都不同程度地反映出当时生态学的主流和发展趋势。

著名生态学家E.Odum把生态学定义为“研究生态系统结构和功能的学科”。

生态学是研究生物之间、生物与环境之间相互关系及其作用机理的科学。

生态学定义反映出了该学科最基本的特点，即生物是具有适应能力的，环境是复杂变化的统一系统。

第2章生态学基础,环境科学导论,3/12/20203:

05PM,第3页,生态学研究对象生态学研究的对象包括生物分子、个体、种群、群落、生态系统直到生物圈。

生态学涉及的环境从无机环境，生物环境到人与人类社会，以及由人类活动所导致的环境问题。

几个有关生态学的基本概念：

种群（Population）:

种群是一个生物物种在一定范围所有个体的总和，生物只有形成一个群体，才能繁衍和发展，群体是个体发展的必然结果。

群落（Community）:

群落是一定自然区域中许多不同种生物的总和。

各种群落的范围有大有小，有的边界明显，有的边界又难以划分，大的如一个热带雨林，小的如一洼积水，一块农田。

生态系统（Ecosystem）:

生态系统是任何一个生物群落与周围非生物环境的综合体，是自然界一定空间内的生物与环境之间相互作用、相互制约、不断演变而达到动态平衡的相对稳定的统一体。

生物圈（Ecosphere）:

生物圈是地球表面全部有机体及与之发生作用的物理环境的总称。

05PM,第4页,第2章生态学基础,2.1.3生态学分类,环境科学导论,3/12/20203:

05PM,第5页,

（1）根据研究对象组织水平可将其划分为分子生态学（MelecularEcology）进化生态学（EvolutionaryEcology）个体生态学（Autecology）生理生态学（PhysiologicalEcology）种群生态学（PopulationEcology）群落生态学（CommunityEcology）生态系统生态学（EcosystemEcology）景观生态学（LandscapeEcology）和全球生态学（GlobalEcology）,第2章生态学基础,

（2）根据研究对象生境分陆地生态学（TerrestrialEcology）海洋生态学（MarianEcology）淡水生态学（FreshwaterEcology）岛屿生态学（IslandEcology）.（3）根据研究性质划分理论生态学（数学生态）应用生态学（农业生态学、森林生态学、草地生态学、家畜生态学、自然资源生态学等）。

此外，还有学科间相互渗透而产生的边缘学科，如数量生态学、化学生态学、物理生态学和经济生态学等。

近年来，生态学家把注意力转向生物与污染环境之间相互关系及对生态系统的影响方面，产生了污染生态学（Pollutionecology）。

05PM,第6页,第2章生态学基础,2.1.4生态学发展史,环境科学导论,3/12/20203:

05PM,第7页,四时期划分：

生态学的萌芽时期（公元16世纪以前）生态学的建立时期（公元17世纪至19世纪）生态学的巩固时期（20世纪初20世纪50年代）现代生态学时期（20世纪60年代至今）两个阶段划分：

生物学分支学科阶段（20世纪60年代以前）综合性学科阶段（20世纪60年代以后）,第2章生态学基础,生态学发展趋势现代生态学较传统生态学在研究层次，研究手段和研究范围上有所不同，发展趋势表现为：

研究层次上向宏观与微观两极发展宏观扩展到生态系统、景观、全球研究（全球变化、生物多样性、臭氧空洞等研究都有较大进展），从区域扩展到整个生物圈。

微观已发展了分子生态学和基因生态学水平。

研究手段随科学技术发展更加多样化、自动化和精确化传统的着重研究对象的描述，所用方法和仪器都很简单。

现代生态学研究体现于以下几个方面：

野外自动电子仪器的应用（测植物光合作用、呼吸作用、蒸腾作用，水分状况、叶面积、生物量及微环境等）；

用同位素示踪来测物质转移与物质循环等；

稳定同位素用于研究生物进化、物质循环和全球变化等；

遥感与地理信息系统用于时空现象的定量、定位与监测；

生态建模用于生态过程的动态模拟等。

以上技术支持了现代生态学的长远发展。

研究范围的扩展经典生态学以研究自然现象为主。

现代生态学结合人类活动对生态过程的影响，从纯自然现象研究扩展到自然-经济-社会复合系统的研究。

生态学在解决资源、环境、可持续发展等重大问题上具有重要作用，从而受到社会的普遍重视。

05PM,第8页,第2章生态学基础,2.2生态系统,2.2.1生态系统“生态系统（Ecologicalsystem）就是包括特定地段中的全部生物和物理环境的统一体”-E.P.Odum。

第2章生态学基础,图2-1组织层次谱系,环境科学导论,3/12/20203:

05PM,第9页,environment）,生态系统组成非生物环境（Abiotic

（2）生产者（Producer）（3）消费者（Consumer）（4）分解者（Decomposer）,第2章生态学基础,图2.2.生态系统的组成成分,图2-3生态系统组成成分性质及相互关系,环境科学导论,3/12/20203:

05PM,第10页,2.2.3生态系统分类,环境科学导论,3/12/20203:

05PM,第11页,1.按生物成分植物生态系统（Plantecologicalsystem）动物生态系统（Animalecologicalsystem）微生物生态系统（Microbiaecologicalsystem）人类生态系统（Humanecologicalsystem）,第2章生态学基础,2.按生态系统结构和外界物质和能量交换状况开放系统（Opensystem）封闭系统（Closedsystem）隔离系统（Isolatedsystem）3.按人类活动及其影响程度自然生态系统（Naturalecologicalsystem）半自然生态系统（Halfthenaturalecologicalsystem）人工复合生态系统（Artificialcomplexecologicalsystem）社会-经济-自然复合生态系统（Social-economic-naturalcompoundecologicalsystem）4.按生态系统大环境条件的不同陆地生态系统（Terrestrialecologicalsystem）水生生态系统（Aquaticecologicalsystem）,环境科学导论,3/12/20203:

05PM,第12页,第2章生态学基础,生态系统结构空间结构时间结构营养结构食物链（Foodchain）食物网（Foodweb）,第2章生态学基础,图2-4陆地生态系统食物网,环境科学导论,3/12/20203:

05PM,第13页,2.2.5生态系统基本功能,1.物质生产（Materialproduction）初级生产（Primaryproduction）式中：

CO2和H2O是原料，糖（葡萄糖/C6H12O6，有时写成CH2O）是光合作用的主要产物，由其再合成蔗糖、淀粉和纤维素等。

植物在单位面积，单位时间内通过光合作用固定的太阳能的量称为总初级生产量（GPP），常用单位：

J/（m2a）。

总初级生产量减去植物的呼吸量（R），余下的有机物质即为净初级生产量（NPP）。

总初级生产量与净初级生产量之间的关系可用下式表示：

NPP=GPPR,（2-2）,次级生产（Secondaryproduction）,Ps=CFuR,（2-3）,Ps为次级生产量；

C为摄入的能量，Fu为排泄物中的能量；

R为呼吸所消耗的能量。

05PM,第14页,2.能量流动（Energyflow）,图2-5生态系统能流模式图L=太阳总辐射；

PG=总初级生产固定能量；

PN=净初级生产固定能量；

R=呼吸耗能量；

C=摄入的能量；

A=同化固定能量；

P=次级生产能量；

NU=为利用能量；

FU=随粪尿流失能量,环境科学导论,3/12/20203:

05PM,第15页,生态系统的能量流动有以下四个基本模式，如见图2-5所示。

能量形式的转变能量的转移能量利用能量耗散,第2章生态学基础,生态系统能量流动类型第一能流生态系统中牧食食物链传递的能量。

如小麦-麦蚜虫-肉食性瓢虫-食虫小鸟-猛兽。

第二能流生态系统中腐生性食物链传递的能量。

如动植物残体-微生物-土壤动物；

有机碎屑-浮游动物-鱼类。

第三能流生态系统能流过程中，被贮存和矿化的能量。

如森林蓄积的大量木材和植物纤维等。

又如地质年代中大量动植物被埋藏于地层形成的化石燃料。

这部分能量经燃烧或风化而散失，从而完成其能流过程。

05PM,第16页,第2章生态学基础,能流是变化着的能流的不可逆性能量的耗散能量利用率低,生态系统能量流动特点以各营养级所含能量绘制成图，形似塔状，称为,环境科学导论,3/12/20203:

05PM,第17页,“生态金字塔（Ecologicalpyramid）”，如图2-6所示。

图2-6生态系统能量金字塔,3.物质循环（Materialcirculation）,环境科学导论,3/12/20203:

05PM,第18页,研究生态系统物质循环常用的几个概念库（Pool）:

是指某一物质在生物或非生物环境中暂时滞留（被固定或贮存）的数量。

流通率（Flowrate）:

指物质在生态系统中单位时间、单位面积（或体积）内移动的量。

周转率（Turnaroundrate）:

是指某物质出入一个库的流通率与库量之比。

周转率=流通率/库中该物质的量（2-4）周转时间（Turnaroundtime）:

就是周转率的倒数。

第2章生态学基础,生态系