18生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)-09-10

1、生態(tài)和環(huán)境問(wèn)題The Issues of Ecology & Environment,上海師范大學(xué)生命與環(huán)境學(xué)院 左本榮,1、關(guān)于多樣性問(wèn)題,為何生命體以不連續(xù)的物種存在？為何有如此多的動(dòng)、植物種類存在？為何這些種類將其資源在雌性和雄性之間分割？為何有些地方比別處有更多的物種？為何有些物種普遍存在，有些物種很稀有？,開(kāi)場(chǎng)：生態(tài)學(xué)的主要問(wèn)題,2、關(guān)于每一個(gè)物種,為何每個(gè)個(gè)體形成自己的特定外形？為何每個(gè)個(gè)體做自己特有

2、的事情？,3、關(guān)于平衡的問(wèn)題,為何常見(jiàn)種仍是常見(jiàn)種，而稀有種還是稀有種？自然種群通常受控于系統(tǒng)的方法嗎？捕食者能夠控制獵物嗎？疾病或饑餓如何經(jīng)常地調(diào)節(jié)種群？自然種群可能具有自我調(diào)節(jié)的機(jī)制嗎？什么導(dǎo)致了“種群爆發(fā)”（入侵，瘟疫，流行?。?？有許多物種的復(fù)雜群落穩(wěn)定比擁有較少物種的簡(jiǎn)單群落更穩(wěn)定嗎？,4、關(guān)于組織問(wèn)題,為何植被、土壤和氣候圖很相似？群落能夠和林奈的物種一樣被鑒定和描述嗎？為何成熟植被破壞后幾乎總是伴隨一系列的植

3、物群落生態(tài)演替，卻不會(huì)直接恢復(fù)為原來(lái)的植被？自然區(qū)域內(nèi)多個(gè)物種組成的群叢是機(jī)會(huì)的結(jié)果，還是物理環(huán)境的結(jié)果，或者是有機(jī)組織過(guò)程所致呢？復(fù)雜的群落在利用能量和原材料方面比簡(jiǎn)單的群落更有效嗎？,5、關(guān)于生命形態(tài),為何極地沒(méi)有樹(shù)？為何樹(shù)木在赤道和較北的緯度是常綠的，而在兩者之間卻是落葉的？為何開(kāi)敞水面的植物都是微小的？為何有些樹(shù)具有圓的葉子，有些樹(shù)卻是針葉？為何草本植物具有矛尖一樣的葉子？,6、關(guān)于物理格局,海洋如何保持自己的離子成

4、分？大氣的氣體混合成分又是如何保持的？太陽(yáng)能通量中多大比例的部分用來(lái)驅(qū)動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)的生物成分？為何溫帶地區(qū)的土壤是棕色的，而熱帶地區(qū)的土壤卻是紅色的？是什么限定了地球表面活組織的質(zhì)量？什么限制了生命的有效能量？,7、人類社會(huì)環(huán)境問(wèn)題,為何西方農(nóng)業(yè)在熱帶很少勞作就能生長(zhǎng)良好？什么限定了食物生產(chǎn)的上限？從海洋里能獲得多少額外的食物，是什么設(shè)定了其最終上限？地球上的生命處于放射性核或新化學(xué)污染物的威脅之下嗎？污染可以消滅一個(gè)湖

5、泊嗎？,為何人口會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)？人口增長(zhǎng)和人類生態(tài)需要對(duì)社會(huì)結(jié)構(gòu)和歷史事件有何影響？對(duì)于生活在高密度人群中的人們自身的期望可能會(huì)發(fā)生什么變化？我們能觸發(fā)一次冰期嗎，它要緊嗎？大氣正處于危險(xiǎn)之中嗎？,1 生物與環(huán)境2 種群生態(tài)3 生物群落4 生態(tài)系統(tǒng)5 人口、資源與生態(tài)平衡,生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)問(wèn)題,生態(tài)學(xué),研究生物之間及其與生存環(huán)境相互關(guān)系和作用規(guī)律的科學(xué)稱為生態(tài)學(xué)。,環(huán)境的范圍與生態(tài)學(xué)的層次,生態(tài)系統(tǒng)是指在一定空間中各類生

6、物以及與其相關(guān)聯(lián)的環(huán)境因子的集合。,在不同的生態(tài)系統(tǒng)中，各種生命通過(guò)一張極其復(fù)雜的食物網(wǎng)來(lái)獲取和傳遞太陽(yáng)的能量，同時(shí)完成物質(zhì)的循環(huán)。全球生態(tài)系統(tǒng)的總和稱為生物圈。,1 生物與環(huán)境,生態(tài)學(xué)的層次從個(gè)體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)到整個(gè)生物圈逐級(jí)放大，其涉及到的環(huán)境范圍也越來(lái)越廣。,生態(tài)學(xué)的層次,種群在一定環(huán)境中的一群同種生物個(gè)體稱為種群。,環(huán)境的范圍與生態(tài)學(xué)的層次,群落在一個(gè)特定的環(huán)境區(qū)域內(nèi)生存的多種不同的種群便組成為群落。,環(huán)境對(duì)于一個(gè)

7、生物，其周圍一切客觀存在都是它的環(huán)境。一個(gè)生物的環(huán)境因素按性質(zhì)可分為非生物因素和生物因素兩大類。生物生存不可缺少的環(huán)境條件稱為生態(tài)因子，而對(duì)于生物體外部的全部環(huán)境要素則稱為環(huán)境因子。,環(huán)境與生態(tài)因子,氣候因子,在各類環(huán)境和生態(tài)因子中，氣候因素包括了影響生物活動(dòng)和生命過(guò)程最重要的物理和化學(xué)因子。,各種生物對(duì)生態(tài)因子（如溫度）所能耐受的上限與下限之間的幅度稱為生態(tài)幅，它反映了生物對(duì)環(huán)境因素的適應(yīng)能力。,氣候因子,降雨和濕度影響著生物的生

8、長(zhǎng)、發(fā)育、行為和壽命。,全球的氣候特征主要是由太陽(yáng)能的輸入和地球在宇宙中的運(yùn)動(dòng)決定的。地球表面各處太陽(yáng)光照不均衡。,氣候因子,6類氣候區(qū),全球大陸不同地區(qū)的氣候類型也有不同地區(qū)的生物群落型（9種陸生生物群落型）,9種陸生生物群落型,大雁東南飛,環(huán)境對(duì)生物習(xí)性和行為的影響,動(dòng)物的許多有規(guī)律的行為就是動(dòng)物適應(yīng)其環(huán)境定向進(jìn)化的結(jié)果。,動(dòng)物的許多復(fù)雜應(yīng)變行為體現(xiàn)了物種內(nèi)和物種間特殊的生態(tài)關(guān)系。,東非的角馬群居生活并集體大規(guī)模遷移,2 種群生態(tài)

9、學(xué),1.種群的概念種群是占有一定空間和時(shí)間的同種個(gè)體的集合體 淡水魚(yú)類、島嶼生物,,2.種群的特性(1)出生率和死亡率 出生率:每單位時(shí)間,每1000個(gè)個(gè)體的出生數(shù) 死亡率:每單位時(shí)間,每1000個(gè)個(gè)體的死亡數(shù) 自然增長(zhǎng)率=出生率-死亡率我國(guó)人口1983年, 出生率18.62%, 死亡率7.08%,自然增長(zhǎng)率= 18.62% 7.08=11.54%(2)年齡結(jié)構(gòu) 年齡組:生殖前期,生殖期,生殖后期,,年

10、齡結(jié)構(gòu)類型：增長(zhǎng)型，穩(wěn)定型，衰退型,年齡結(jié)構(gòu),,(3)性比：雌雄兩性個(gè)體數(shù)量在群體中的比例(4)分布型,種群分布型是指全部個(gè)體在種群界定范圍內(nèi)的空間分布類型。群集型均勻型隨機(jī)型,,(6)多型性：內(nèi)因個(gè)體在形態(tài)，生殖力，生理、生態(tài)習(xí)性上差異而形成的不同生物型,研究野生動(dòng)物種群結(jié)構(gòu)的采樣技術(shù)：野外樣方采樣標(biāo)記-重捕方法,(5)密度：?jiǎn)挝幻娣e上個(gè)體的數(shù)量,種群數(shù)量動(dòng)態(tài),存活曲線存活數(shù)量的對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo),以年齡為橫坐標(biāo)作圖,,,,,

11、,種群的指數(shù)增長(zhǎng),N 個(gè)體數(shù)量b-出生率a-死亡率,增長(zhǎng)下降不變,,個(gè)體增長(zhǎng)率,例. 微藻,第4天-第9天為對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,第5天,藻細(xì)胞數(shù)為5×103,第7天,藻細(xì)胞數(shù)為1.5×104,求個(gè)體增長(zhǎng)率,在沒(méi)有限制的指數(shù)增長(zhǎng)中，細(xì)菌 每20分鐘分裂1次1,2,4,8,16……..36小時(shí)后108世代, 細(xì)菌總數(shù)2107野鴨 1年8只, 16年 3000億只指數(shù)增長(zhǎng)模式只是一種理想的狀態(tài),個(gè)體

12、翻倍所需時(shí)間,代時(shí)Tg,r值越大,生長(zhǎng)越快,代時(shí)越短,在細(xì)菌實(shí)際增長(zhǎng)曲線，分為三段：最初的階段，個(gè)體數(shù)量的增長(zhǎng)在加速；減速階段 ；動(dòng)態(tài)平衡 。種群生長(zhǎng)限制因子、環(huán)境限制因子在指數(shù)增長(zhǎng)方程中加入環(huán)境容納量K,生長(zhǎng)受到限制 邏輯斯蒂增長(zhǎng)模型,N>K 種群數(shù)量下降N<K 種群數(shù)量上升N=K 種群數(shù)量不變,,,生長(zhǎng)受到限制,環(huán)境對(duì)一物種的最大承受容量 K,,,,Relationship between

13、carrying capacity (K) and the population density over time,,正常情況下，大多數(shù)種群個(gè)體的數(shù)量基本都是穩(wěn)定的，種群的數(shù)量在環(huán)境承受容量K值上下波動(dòng)。,種群增長(zhǎng)的調(diào)節(jié),種群中個(gè)體數(shù)量的變化與其天敵有直接的關(guān)系。圣馬太島, 地衣, 馴鹿1944 29, 1963 6000, 1964 42,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

14、,,,,,,,,,,,,群落占據(jù)特定空間和時(shí)間的多種生物種群的集合體和功能單位被稱為群落。群落具有一定的結(jié)構(gòu)、一定的種類組成和一定的種間相互關(guān)系。,3 群落生態(tài)學(xué),群落的基本特征,包括生物組成的多樣性、群落的外貌、優(yōu)勢(shì)種群、各物種的相對(duì)數(shù)量與比例、群落的穩(wěn)定性等5個(gè)方面。,物種數(shù)量相同、各物種相對(duì)數(shù)量不同的兩種森林群落,群落的基本特征與結(jié)構(gòu),群落的穩(wěn)定性是指群落受到一定外界因素作用后恢復(fù)到原來(lái)種群組成能力的情況。群落穩(wěn)定性取決于群

15、落本身特性和環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定性兩個(gè)方面。,松樹(shù)林具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性,對(duì)一個(gè)群落的剖析可以從物理結(jié)構(gòu)和生物結(jié)構(gòu)兩方面進(jìn)行。群落的物理結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在其垂直層次上，陸地群落的分層與光的最大程度利用有關(guān)。群落的生物結(jié)構(gòu)主要是指群落內(nèi)各物種之間的取食關(guān)系和各自所處的位置，這種取食關(guān)系決定了物質(zhì)和能量的流動(dòng)方向，也決定了群落中各物種的相對(duì)數(shù)量和比例及其變化。,,地球上的主要群落類型,熱帶雨林分布在亞洲東南部、非洲中部和西部以及南美洲和大洋洲以北赤道

16、附近。赤道附近區(qū)域,氣溫溫和,常年在20℃ ～ 25℃ , 降雨量不小于190 cm/yr 最豐富的生物群,總量,多樣性陸生生物一半以上生活在這個(gè)群落,垂直分布明顯生物種類多高大常綠喬木、灌木層、草本層、藤本植物靈長(zhǎng)類、鳥(niǎo)類、各種昆蟲(chóng),溫帶落葉林,氣候溫和, 降雨量30～80 inches/year; 75-150 cm ,濕度高，四季分明，雨水集中在夏季。以闊葉喬木為主(槭樹(shù),山毛櫸)，樹(shù)種多，林下分布各種灌木和

17、闊葉草本植物,苔蘚。優(yōu)勢(shì)草食性動(dòng)物是鹿，優(yōu)勢(shì)肉食性動(dòng)物為黑熊。多種多樣的鳥(niǎo)類、爬行類動(dòng)物和昆蟲(chóng)等,溫帶落葉林主要分布在北美、西歐、中歐,東亞的溫帶濕潤(rùn)海洋性氣候地區(qū)，中國(guó)的華北和東北沿海地區(qū)也有分布。,,灌木林主要發(fā)生在中緯度靠近海岸的地區(qū)，氣候特征為冬季多雨，夏季干熱。致密常綠的矮生灌木為優(yōu)勢(shì)種群。,濃密常綠闊葉灌木叢,針葉林,林下植被不發(fā)達(dá)，地表常被枯枝落葉所覆蓋。動(dòng)物種類較多，如野雞、松鼠、鹿、狼、熊和各種鳥(niǎo)類。針葉林中昆蟲(chóng)

18、的種類也很多。,針葉林主要由常綠的針葉樹(shù)如松、杉、柏等樹(shù)種所組成，大部分分布在北半球高緯度的溫帶到亞寒帶地區(qū)。,,稀樹(shù)草原,溫帶和熱帶少雨地區(qū),年降雨量10-30 inches,周期性的雨季和旱季大量草本植物、有些散生矮小的小片闊葉叢林草食性動(dòng)物和肉食性動(dòng)物、鳥(niǎo)類、爬行動(dòng)物,溫帶草原主要分布在歐亞大陸、南美洲、北美，中國(guó)黃河中游、內(nèi)蒙古和東北大興安嶺以西，屬于溫帶大陸性氣候地區(qū)旱生草本植物群落。,溫帶草原喬木很少，以草本植物為主

19、。代表動(dòng)物有羚羊、黃羊和各種鼠類等。,稀樹(shù)草原主要分布在非洲、南美洲和大洋洲的熱帶季節(jié)性干旱地區(qū)。,地球上的主要群落類型,沙漠,年降雨量少于10 inches; 25 cm 大都在北緯30o 和南緯30o 之間晝夜溫差大年降雨量少，溫差大植被少：仙人掌、仙人球動(dòng)物種類少：駱駝、黃羊、沙漠兔等動(dòng)植物發(fā)育了適應(yīng)干旱少水的特殊機(jī)能,沙漠：非洲的撒哈拉沙漠、中東的阿拉伯沙漠和中國(guó)的戈壁沙漠呈不連續(xù)的條狀分布橫貫非洲和亞洲大陸,,苔

20、原,年降雨量20 cm (8-10 inches ),氣候嚴(yán)寒，降雨少，凍原區(qū)的土壤終年凍結(jié)沒(méi)有樹(shù)木，典型植物是地衣，偶然有很矮小的植物和苔草。動(dòng)物也較少，有馴鹿、麝牛、旅鼠、北極狐和狼等。,凍原又稱為苔原，分布于北極圈以南環(huán)繞北冰洋的嚴(yán)寒地帶），大約占地球陸地面積的20%。,極地冰原主要位于北極地區(qū)，那里終年冰雪覆蓋，動(dòng)物僅有北極熊、企鵝等少數(shù)以海洋動(dòng)物為食物的極端耐寒性種類。,極地冰原,氣候,海拔高度對(duì)陸生生物群的影響,,溫度

21、,降雨量的作用,Air circulation patterns and the global distribution of wet and dry areas,Species diversity and salt concentration,淡水生物群落包括溪流、河流、池塘、湖泊和沼澤等類型。,地球上的主要群落類型,植物包括浮游藻類、漂浮植物和挺水植物動(dòng)物包括各種蛤、蚌、魚(yú)、蝦等。 一些爬行類和兩棲類動(dòng)物大都棲息在沿岸地帶。,海

22、洋生物群落根據(jù)位置和海水的深度分為海岸帶、淺海帶、遠(yuǎn)洋帶和海底帶等類型。,地球上的主要群落類型,不同的海洋帶分布的海藻類植物和海洋動(dòng)物的類群差別很大。,紅樹(shù)林,群落內(nèi)生物之間的相互關(guān)系,競(jìng)爭(zhēng)、捕食、寄生和共生4種主要類型?？赡艽嬖谝韵?tīng)顟B(tài)：互惠，一方受益一方無(wú)害，一方受益一方有害，一方有害一方無(wú)益，雙方都有害，對(duì)雙方既無(wú)害也無(wú)益。,生活在同一區(qū)域的兩個(gè)物種如果利用相同的資源，它們便形成了競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系。,例：兩種藻類競(jìng)爭(zhēng)利用同一種營(yíng)養(yǎng)鹽。

23、微藻生長(zhǎng)速率及其營(yíng)養(yǎng)吸收速率在營(yíng)養(yǎng)鹽濃度增大到一定程度時(shí)有飽和現(xiàn)象。,群落內(nèi)生物之間的相互關(guān)系,生活在同一環(huán)境中的兩種微藻同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)利用某一種營(yíng)養(yǎng)鹽時(shí)可能出現(xiàn)的結(jié)果：,由于對(duì)資源不平等的利用，兩個(gè)物種競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)利用資源能力較弱的物種種群數(shù)量下降，激烈的競(jìng)爭(zhēng)甚至可導(dǎo)致一個(gè)物種從該區(qū)域完全被排除。,捕食也是群落中普遍存在的種群間的一種相互關(guān)系。,群落內(nèi)生物之間的相互關(guān)系,寄生是指一種生物生存于另一種生物的體內(nèi)或體表并從中獲利。共

24、生是另一類種群間互利的相互關(guān)系，這種互利的關(guān)系被固定以后，如果失去一方，另一方便不能生存，例如地衣就是藻類和真菌的共生體。群落中物種的相互關(guān)系和相互作用還包括互惠、共棲、抗生等多種形式。,群落的演替和擾動(dòng),群落是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。,湖泊的演替、群落的擾動(dòng)、次生演替群落的演替與生物的進(jìn)化是一個(gè)協(xié)同的過(guò)程，其間穿插著生物多樣性的變化。,一種群落取代另一種群落的過(guò)程稱為群落的演替或生態(tài)演替，演替達(dá)到的最終相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，就是頂級(jí)群落。穩(wěn)定是相對(duì)

25、的，變化是絕對(duì)的。只要?dú)夂驐l件合適，從裸露的巖石最終演變到出現(xiàn)頂級(jí)群落通常要經(jīng)歷地衣階段、苔蘚階段、草本植物階段、灌木階段和森林階段。這一自然發(fā)生的完整過(guò)程稱為初生演替。,地衣階段、苔蘚階段、草本植物階段、灌木階段森林階段,生態(tài)系統(tǒng)的概念,生態(tài)系統(tǒng)是指通過(guò)物質(zhì)循環(huán),能量流動(dòng),和信息傳遞而相互作用,互相依存的,具有自主能力和自我調(diào)控功能的生態(tài)學(xué)的功能單位。,4 生態(tài)系統(tǒng),生態(tài)系統(tǒng)的共同特征包括：,（1）生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部在一

26、定范圍和限度下具有自我調(diào)節(jié)的能力，這種自我調(diào)節(jié)的能力與生物多樣性程度成正比；（2）生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞體現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特征，生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部始終處于運(yùn)動(dòng)之中，能量的流動(dòng)是單向的，物質(zhì)流動(dòng)是循環(huán)式的；,,（3）生態(tài)系統(tǒng)吸收的太陽(yáng)能量一般都通過(guò)4_5個(gè)不同營(yíng)養(yǎng)等級(jí)的生物進(jìn)行傳遞；（4）從地球上生物起源到現(xiàn)在，生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)育階段。,,,,三大功能類群,生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu),通過(guò)處于不同營(yíng)養(yǎng)水平的生物之

27、間的食物傳遞形成了一環(huán)套一環(huán)的鏈條式關(guān)系結(jié)構(gòu)，稱為食物鏈.,食物鏈和食物網(wǎng),生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu),在生態(tài)系統(tǒng)中，一種生物往往并不只固定在一條食物鏈上，它們可以同時(shí)加入幾條食物鏈。生態(tài)系統(tǒng)中的營(yíng)養(yǎng)關(guān)系是一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此稱為食物網(wǎng)。食物網(wǎng)越復(fù)雜，生態(tài)系統(tǒng)就越穩(wěn)定；食物網(wǎng)越簡(jiǎn)單，生態(tài)系統(tǒng)就越容易發(fā)生波動(dòng)或遭受毀滅。,生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng),初級(jí)生產(chǎn)量光合細(xì)菌和植物等生產(chǎn)者所制造的有機(jī)質(zhì)或被固定的能量被稱為生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)量。凈初級(jí)生產(chǎn)

28、量總初級(jí)生產(chǎn)量(GP)減去植物呼吸消耗的能量(R)等于凈初級(jí)生產(chǎn)量(NP) GP=NP+R,,生物量生態(tài)系統(tǒng)中總的有機(jī)體物質(zhì)稱為生物量。生物量是凈初級(jí)生產(chǎn)量的累積量地球上總的初級(jí)生產(chǎn)量是一定的，因此，生態(tài)系統(tǒng)中的能量分配和利用也是有限度的。,生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)是單一方向的。,輸入生態(tài)系統(tǒng)中的能量（太陽(yáng)能）總是和生物有機(jī)體貯存、轉(zhuǎn)換的能量和釋放的熱量相等。 以熱的形式散失的能量不能再回到生態(tài)系統(tǒng)參與流動(dòng)和被利用

29、,生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng),由于通過(guò)食物鏈后能量的逐級(jí)損失，食物鏈中的能量也由下向上呈現(xiàn)下寬上窄的金字塔型，稱為能量金字塔 。從能量的角度考慮，生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)，不斷的能量輸入和能量的散失，使該開(kāi)放系統(tǒng)維持一種穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。,（1）碳、氮、磷和水等都有一個(gè)非生物的庫(kù)；（2）有一些物質(zhì)的一部分可以完全通過(guò)地學(xué)過(guò)程進(jìn)行循環(huán)；（3）有些需要經(jīng)過(guò)微生物的加工才能被生物所利用；（4）微生物對(duì)各級(jí)別營(yíng)養(yǎng)水平生物有機(jī)質(zhì)的分解作用是生物地球化學(xué)循

30、環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。,生態(tài)系統(tǒng)中所有物質(zhì)的生物地球化學(xué)循環(huán)共同的特點(diǎn)：,與生命活動(dòng)相關(guān)聯(lián)的物質(zhì)循環(huán),碳、氮、磷和水等許多與生命活動(dòng)相關(guān)聯(lián)的物質(zhì)以多種形式—生物的或非生物的形式，原子的、分子的或生物大分子的形式等在自然界中循環(huán)，這些物質(zhì)的循環(huán)叫生物地球化學(xué)循環(huán)。,水的循環(huán),水的循環(huán)涉及非生物過(guò)程和生物過(guò)程從陸地上看，凡是水的循環(huán)越活躍的地方，生命的活動(dòng)就越活躍,碳循環(huán),碳循環(huán)在生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)中具有特殊重要的作用每年海洋中浮游植物（包括藻類

31、和光合細(xì)菌）和陸生植物通過(guò)光合作用將大量的無(wú)機(jī)碳轉(zhuǎn)化成為有機(jī)碳，這些有機(jī)碳在全球范圍的食物網(wǎng)中流動(dòng)。,氮循環(huán),固氮細(xì)菌的作用，將大氣中的氮?dú)夤潭?，變成氨態(tài)氮，或硝酸態(tài)氮，被植物吸收各類生物通過(guò)體內(nèi)的呼吸與氧化作用來(lái)分解蛋白質(zhì)等，使之轉(zhuǎn)變成NH3再排出體外。這些又可以再次被植物所吸收利用。,磷的循環(huán),磷是生物體不可缺少的成分植物一般只利用H2PO4-形式的磷陸地的異養(yǎng)動(dòng)物主要依靠攝食植物和其他動(dòng)物獲得其所需要的磷。,人口增長(zhǎng)和生態(tài)環(huán)

32、境的人口承載容量,1999年世界人口突破了60億大關(guān)。到2050年將達(dá)到100多億 。從1800年到2000年間，中國(guó)人口增長(zhǎng)總體上是按指數(shù)增長(zhǎng)模型進(jìn)行的。按照中國(guó)人口戰(zhàn)略的第一個(gè)目標(biāo)，到2030年，將爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)人口數(shù)量的“零增長(zhǎng)”,5 人口、資源與生態(tài)平衡,人口的結(jié)構(gòu)和增長(zhǎng),地球上每20 min，人類就增加3500個(gè)新成員。同樣這20 min內(nèi)，地球上便有一種動(dòng)物或者植物絕滅。,世界人口的指數(shù)增長(zhǎng)曲線。,Human populat

33、ion growth over the past 10,000 years,人口的年齡結(jié)構(gòu)分析也可以幫助我們預(yù)測(cè)不同國(guó)家未來(lái)人口增長(zhǎng)的趨勢(shì)。,人口的結(jié)構(gòu)和增長(zhǎng),完全家庭尺度方法、人口慣性、計(jì)劃生育,地球上的自然資源對(duì)于人口的供養(yǎng)是有限的！,土地資源壓力水資源壓力能源危機(jī)森林資源減少環(huán)境污染加劇,資源壓力及生態(tài)環(huán)境惡化,大氣中CO2捕捉熱量的方法與溫室類似，大氣中的二氧化碳能夠阻止地面向空間輻射熱量，導(dǎo)致大氣層增溫，形成了溫室效應(yīng)

34、。,資源壓力及生態(tài)環(huán)境惡化,環(huán)境污染加劇,許多化學(xué)物質(zhì)對(duì)食物鏈上的影響正在增強(qiáng)。例如DDT可以聚集在生物組織內(nèi)，特別是動(dòng)物的脂肪中。,資源壓力及生態(tài)環(huán)境惡化,環(huán)境污染加劇,當(dāng)這些物質(zhì)進(jìn)入人體后將增加人類患癌癥和其他疾病的可能性，并對(duì)大腦結(jié)構(gòu)產(chǎn)生長(zhǎng)期影響,生態(tài)平衡和人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的策略,生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)與信息交流總是不斷地進(jìn)行著，在一定時(shí)間內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的生物種類與數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定，它們之間及它們與環(huán)境之間的能量流動(dòng)、物質(zhì)循

35、環(huán)與信息交流也保持穩(wěn)定，達(dá)到統(tǒng)一協(xié)調(diào)的狀態(tài)，這種平衡狀態(tài)就叫生態(tài)平衡。,生態(tài)平衡是動(dòng)態(tài)的和相對(duì)的平衡，其主要特征包括：（1）生物的種類和數(shù)量保持相對(duì)穩(wěn)定；（2）物質(zhì)與能量的輸入和輸出保持相對(duì)的穩(wěn)定；（3）物質(zhì)與能量的循環(huán)與流動(dòng)保持合理的比例與速度；（4）生態(tài)系統(tǒng)具有良好的自我調(diào)節(jié)能力。,生態(tài)平衡和人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的策略,人工改造的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。,在人工生態(tài)系統(tǒng)中，病蟲(chóng)害可以很容易找到并聚集在一小片地域上，接著在大量單

36、一的動(dòng)植物種群中迅速傳播，造成嚴(yán)重的危害。最近大規(guī)模發(fā)生在歐洲等地的口蹄疫和瘋牛病，導(dǎo)致一些國(guó)家畜牧業(yè)遭到滅頂之災(zāi)，就是這樣例證 。,保持一定比例的自然生態(tài)系統(tǒng)和維持全球整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的平衡對(duì)人類是有利的。,全國(guó)生態(tài)環(huán)境建設(shè)規(guī)劃 １９９９年１月國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議討論通過(guò),1.水土流失日趨嚴(yán)重。全國(guó)水土流失面積３６７萬(wàn)平方公里，約占國(guó)土面積的３８％ ,近年來(lái)，很多地區(qū)水土流失面積、侵蝕強(qiáng)度、危害程度呈加劇的趨勢(shì)，全國(guó)平均每年新增水土

37、流失面積１萬(wàn)平方公里 2.荒漠化土地面積不斷擴(kuò)大。全國(guó)荒漠化土地面積已達(dá)２６２萬(wàn)平方公里，并且每年還以２４６０平方公里的速度擴(kuò)展。,,3.大面積的森林被砍伐，天然植被遭到破壞，大大降低其防風(fēng)固沙、蓄水保土、涵養(yǎng)水源、凈化空氣、保護(hù)生物多樣性等生態(tài)功能。毀林開(kāi)墾、陡坡種植、圍湖造田等加重了自然災(zāi)害造成的損失。4.草地退化、沙化和堿化（以下簡(jiǎn)稱“三化”）面積逐年增加。全國(guó)已有“三化”草地面積1．35億公頃，約占草地總面積的１／３，并且每

38、年還在以２００萬(wàn)公頃的速度增加。一些地區(qū)為了短期利益，不合理開(kāi)墾草原，加劇土地的荒漠化。 5.生物多性受到嚴(yán)重破壞。我國(guó)已有１５％至２０％的動(dòng)植物種類受到威脅，高于世界１０％－１５％的平均水平。,荒漠化,淘金導(dǎo)致的青藏高原水土流失,樹(shù)木被砍伐,工業(yè)事故造成環(huán)境污染,核心思想：建立在生態(tài)平衡和持續(xù)基礎(chǔ)上健康的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?？沙掷m(xù)發(fā)展總體策略的內(nèi)容包括人口、生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)3方面多項(xiàng)政策和行動(dòng)計(jì)劃。,生態(tài)平衡和人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的策略,可持續(xù)

39、發(fā)展的理論和戰(zhàn)略,生態(tài)文明——在人類科學(xué)技術(shù)生態(tài)化水平上達(dá)到人與自然的真正和諧。,摘要,研究生物之間及其與生存環(huán)境相互關(guān)系和作用規(guī)律的科學(xué)稱為生態(tài)學(xué)。一定環(huán)境中的一群同種生物稱為種群，多種不同種群組成群落，生態(tài)系統(tǒng)涵蓋了所包括區(qū)域內(nèi)的全部生命形式和全部非生命的因素，它是一定空間內(nèi)生物的成分和非生物因素和成分通過(guò)物質(zhì)交流和能量流動(dòng)而聯(lián)系起來(lái)和相互作用的生態(tài)學(xué)單位。生態(tài)學(xué)的層次從個(gè)體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)到整個(gè)生物圈逐級(jí)向上遞增，涉及到的環(huán)

40、境范圍也越來(lái)越大。影響生物活動(dòng)的化學(xué)與物理因子包括氣候因子、營(yíng)養(yǎng)因子、水量及其水中的離子濃度、土壤、地形和地理位置、海水的深度、洋流的變化和海岸帶地理位置、大氣成分、自然災(zāi)變等等。影響生物活動(dòng)的生物環(huán)境因素包括生物之間的各種相互作用、人類的活動(dòng)對(duì)自然界其他生物產(chǎn)生的影響、社會(huì)環(huán)境因素對(duì)個(gè)人和整個(gè)人類的作用和影響。種群密度、種群的分布型、種群的年齡分布等是反映種群結(jié)構(gòu)的重要特征。種群的增長(zhǎng)有指數(shù)增長(zhǎng)模式和邏輯斯蒂增長(zhǎng)模型。前者一般是理

41、想狀態(tài)，而后者反映限制條件下的生長(zhǎng)特征。營(yíng)養(yǎng)、食物，領(lǐng)土，天敵和競(jìng)爭(zhēng)者等等都屬于調(diào)節(jié)種群增長(zhǎng)的密度相關(guān)因素，自然災(zāi)害都屬于調(diào)節(jié)種群增長(zhǎng)的密度無(wú)關(guān)因素。,摘要,群落具有一定的結(jié)構(gòu)、一定的種類組成和一定的種間相互關(guān)系。群落的基本特征包括生物組成多樣性、群落外貌、優(yōu)勢(shì)種群、各物種相對(duì)數(shù)量與比例、群落穩(wěn)定性等。群落的生物結(jié)構(gòu)指群落內(nèi)各物種之間的取食關(guān)系，決定了物質(zhì)和能量的流動(dòng)方向。地球上有多種主要群落類型。群落內(nèi)生物之間相互關(guān)系包括競(jìng)爭(zhēng)、捕食、

42、寄生和共生4種主要類型。群落演替達(dá)到的最終相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，就是頂級(jí)群落。生態(tài)系統(tǒng)的生物包括生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者。由食草動(dòng)物、食肉動(dòng)物、雜食動(dòng)物、腐食生物組成的消費(fèi)者與生產(chǎn)者一起構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈或食物網(wǎng)。生態(tài)系統(tǒng)中總的有機(jī)體物質(zhì)稱為生物量，地球上生產(chǎn)者所制造的有機(jī)質(zhì)是生態(tài)系統(tǒng)的原初生產(chǎn)力。生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)是單向的。食物鏈中的能量也由下向上呈現(xiàn)下寬上窄的金字塔型。碳、氮、磷和水等與生命活動(dòng)相關(guān)的物質(zhì)以多種形式在自然界中循環(huán)，水