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环境生态学复习知识点总结


第一章 绪论 一、环境生态学的定义及形成与发展 1.定义 (掌握) 2.形成与发展 二、环境生态学的研究内容与学科任务 1.研究内容(掌握) 2.学科任务 3.发展趋势 4.研究方法 三、环境生态学与相关学科(了解) 1.生态学 2.环境科学 3.恢复生态学 4.其它相关学科 一、环境生态学的定义及形成与发展 一、环境生态学的定义及形成与发展 环 境 问 题 环境问题 当前世界面临的主要环境问题: 人口问题:人口的激增,生产规模的扩大,废物排放量增加,污染加剧 资源问题:资源的短缺(森林、土地、淡水) 环境污染:温室气体的排放、有害化学品的污染 生态破坏:土地沙漠化、水土流失、盐碱化、森林生态功能衰退等 总之, 环境生态学是随着环境问题的产生、 人类对环境问题的关注及寻求调节人 类与环境之间协调发展的途径而产生的。

《寂静的春天》(美国海洋生物学家蕾切尔·卡逊,20 世纪 60 年代) 它是环境生态学的启蒙之著和学科诞生的标志。 《增长的极限》(20 世纪 70 年代) ,是环境生态学发展初期阶段的主要象征。 《人类环境宣言》 《只有一个地球——对一个小行星的关怀和维护》 (1972 年,联合国人类环境会议) ,它们丰富了环境生态学的理论,促进了它的理论体系的 完善和发展。 《环境生态学》教科书(1987 年,福尔德曼) ,它的出版对环境生态学的发展起了积极的推 动作用。 二、环境生态学的研究内容与学科任务 1.研究内容 a.人为干扰下生态系统的内在变化机理和规律的研究 b.各类生态系统的功能保护和利用研究

c.生态系统退化机理及修复研究 d.解决环境问题的生态学对策 e.全球性环境问题的研究 2.学科任务 3.发展趋势 4.研究方法 2.学科任务 a.人为干扰的方式及强度 b.退化生态系统的特征判定 c.人为干扰下的生态演替规律 d.受损生态系统恢复和重建技术 e.生态系统服务功能评价 f.生态系统管理 g.生态规划和生态效应预测 3.发展趋势 4.研究方法 3.发展趋势 a.生态系统对人为干扰的反应机制与监测 b.退化生态系统的恢复和重建 c.生态规划、生态安全和生态风险预测 d.环境生物技术和生态工程 e.区域生态环境监测 4.研究方法 4.研究方法 a.宏观研究与微观研究结合 b.野外调查、实验室和长期定位试验结合 c.多学科交叉、综合研究 d.系统分析方法和数学模型的应用 e.新技术的应用(卫星遥感、地理信息系统等) 三、环境生态学与相关学科 1、生态学 环境生态学是生态学学科体系的组成部分, 是依据生态学理论和方法研究环境问题而 产生的新兴分支学科。因此,在诸多的相关学科中,环境生态学与生态学的联系最为紧密, 生态学是环境生态学的理论基础。 三、环境生态学的相关学科 生态学的定义 a.海克尔(Haeckel) (德国动物学家,1866 年给出的定义) 生态学一词最早由德国动物学家海克尔提出, 他认为生态学是研究生物有机体与 其周围环境相互关系的科学,这是对生态学一词最早的一个定义。

(目前教科书中经常使用的定义) 三、环境生态学的相关学科 生态学的定义 b.Odum(著名的美国生态学家,1956 年) 生态学是研究生态系统结构和功能的科学。 c.马世骏(我国著名生态学家) 生态学是研究生态系统和环境系统相互关系的科学。 实际上,生态学的不同定义能够反应生态学不同发展阶段的研究重心。 三、环境生态学的相关学科 生态学的研究对象 生物个体(个体生态学) 生物种群(种群生态学) 生物群落(群落生态学) 生态系统(生态系统生态学) 生物圈(生物圈生态学) 20 世纪 60 年代,生态学进入了以生态系统为中心的新阶段,现今,随着生态学的发展 和应用范围的日益扩大,生态学出现了许多分支学科。 三、环境生态学的相关学科 生态学的分支学科 a.按照生物类群分类:动物、植物、微生物等; b.按照环境或栖息地分类:陆地、淡水、海洋等; c.应用生态学:环境生态学、农业、恢复、污染、城市、人类、全球等。 三、环境生态学的相关学科 生态学的形成和发展 a.生态学的萌芽时期(公元 16 世纪前) ; b.生态学的建立时期(公元 17 世纪至 19 世纪末) ; c.生态学的巩固时期(20 世纪初至 20 世纪 50 年代) ; d.现代生态学时期(20 世纪 60 年代后) 。 三、环境生态学的相关学科 生态学的形成和发展 a.生态学的萌芽时期(公元 16 世纪前) 以古代思想家、农学家对生物环境相互关系的朴素的整体观为特点。 b.生态学的建立时期(公元 17 世纪至 19 世纪末) 欧洲文艺复兴时期开始, 欧洲科学探索活动再度兴起, 崇尚科学调查与科学实 验。 一些生态学的理论开始形成。 生态学达到一呼即出的境地。 1866 年 Heackel 提出 Ecology 一词,并首次明确生态学的定义。 三、环境生态学的相关学科 生态学的形成和发展 c.生态学的巩固时期(20 世纪初至 20 世纪 50 年代) 这一时期是生态学理论形成、 生物种群和群落由定性向定量描述、 生态学实验方法发展的辉 煌时期。形成几个著名的生态学派(四大学派): 北欧学派:由瑞典乌普萨拉(Uppsala)大学的 R. Sernauder 创建。以注重群落分析为特点。 前苏联学派:注重建群种和优势种,重视植被生态、植被地理与植被制图工作。

三、环境生态学的相关学科 生态学的形成和发展 c.生态学的巩固时期(20 世纪初至 20 世纪 50 年代) 法瑞学派:代表人为 J. Braun-Blanquet. 把植物群落生态学称为“植物社会学” ,用特征种和 区别种划分群落类型,建立严密的植被等级分类系统。常被称为植被区系学派。1953 年后, 与北欧学派合流,被称为西欧学派或大陆学派。 英美学派:代表人为 F.E.Clements 和 A.G.Transley,以研究植物群落演替和创建顶极群落著 名。 三、环境生态学的相关学科 生态学的形成和发展 d.现代生态学时期(20 世纪 60 年代后) 研究层次上向宏观和微观两极发展:生态学的研究层次已囊括了分子、基因、个体直到整个 生物圈。 研究手段的更新:自计电子仪、同位素示踪、稳定性同位素、 “3S” (全球定位系统(GPS) 、 遥感(RS)与地理信息系统(GIS) ) 、生态建模,系统论引入生态学。 研究范围的拓展: 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. 三、环境生态学的相关学科 2、环境科学 环境科学是 20 世纪 50 年代后,由于环境问题的出现而诞生和发展起来的新兴学科, 到 70 年代初期便发展成一门研究领域广泛、内容丰富的独立学科。 环境科学的研究内容 ①人类与其生存环境的基本关系; ②污染物在自然环境中的迁移、转化、循环和积累的过程和规律; ③环境污染的危害; 三、环境生态学的相关学科 2、环境科学 环境科学的研究内容 ④环境质量的调查、评价和预测; ⑤环境污染的控制与防治; ⑥自然资源的保护与合理利用; ⑦环境质量的监测、分析技术和预报; ⑧环境规划; ⑨环境管理。 三、环境生态学的相关学科 2、环境科学 环境科学的分支学科 经过几十年的发展, 环境科学已形成了一个由环境学、 基础环境学和应用环境学 三部分组成的较为完整的学科体系。 ①环境学 ②基础环境学 ③应用环境学 三、环境生态学的相关学科

3、恢复生态学 它是 20 世纪 90 年代中期发展起来的, 以研究受损生态恢复为主要内容。 它是研究生态 系统退化原因、退化生态系统恢复和重建技术及方法、生态学过程与机制的科学。 三、环境生态学的相关学科 4、其它相关学科 生态经济学 环境经济学 人类生态学 污染生态学 本章思考题 思考题 试述环境生态学的定义、研究内容及学科任务。 试述生态学的定义、研究对象与研究范围以及研究目的。 生态学是怎样产生的,它的发展趋势及特点是什么? 本章专题:环 境 问 题 1、环境问题的产生及发展 原始社会:人口稀少,生产力水平低下,很少有意识地改造环境(洪水、风暴、林火等自然 灾害) 农业社会:以种植业和养殖业为中心,人类开始改造环境,并产生相应的环境问题。 (包括 病虫害在内的自然灾害,过度垦殖引起的水土流失和环境退化) 1、环境问题的产生及发展 工业社会:自然资源的大量消耗和破坏,人类利用和改造环境的能力增强,同时改变了环境 的组成、结构及物质循环系统,带来了新的环境问题。(工业三废) 20 世纪中叶以后:环境污染而造成的人群中毒的公害事件明显增多。 (八大公害、世界十大 突发性污染事件) 2、八大公害事件 ①、马斯河谷事件 1930 年 12 月 1~5 日 比利时马斯河谷工业区 工业区处于狭窄的盆地中,12 月 1~5 日发生气温逆转,工厂排出的有害气体 在近地层积累,三天后有人发病,症状表现为胸痛、咳嗽、呼吸困难等。一周内有 60 多人 死亡。心脏病、肺病患者死亡率最高。 原因:工厂排出的有害气体 SO2 及烟尘蓄积在空去中,使大气中 SO2 浓度过高。 2、八大公害事件 ②、多诺拉事件 发生在 1948 年 10 月 26~31 日 美国宾夕法尼亚洲多诺拉镇。 该镇处于河谷, 10 月最后一个星期大部分地区受反报旋和逆温控制, 加上 26~ 30 日持续大雾,使大气污染物在近地层积累。二氧化硫及其氧化作用的产物与大气中尘粒 结合是致害因素,发病者 5911 人,占全镇人口 43%。症状是眼痛、喉痛、流鼻涕、干咳、 头痛、肢体酸乏、呕吐、腹泻,死亡 17 人。 原因:工厂排出的有害气体 SO2 及金属沉粒。 2、八大公害事件 ③、洛杉矶光化学烟雾事件

20 世纪 40 年代初期发生在美国洛杉矶市。 40 年代初期 美国洛杉矶市 全市 250 多万辆汽车每天消耗汽油约 1600 万升, 向大气排放大量碳氢化合物、氮氧化物、一氧化碳。该市临海依山,处于 50 公里长的盆地 中, 汽车排出的废气在日光作用下, 形成以臭氧为主的光化学烟雾。 结果, 2 天之内就有 400 多名 65 岁以上的老人死亡,相当于平时的 3 倍多。这就是著名的洛杉矶光化学烟雾事件。 原因:汽车尾气(CH、NOx 等) 。 2、八大公害事件 ④、伦敦烟雾事件 1952 年 12 月 5~8 日 英国伦敦市 5~8 日英国几乎全境为浓雾覆盖,四天中死亡人数较常年同期约多 4000 人, 45 岁以上的死亡最多,约为平时 3 倍;1 岁以下死亡的,约为平时 2 倍。事件发生的一周中 因支气管炎死亡是事件前一周同类人数的 9.3 倍。 原因:SO2 和烟尘。 2、八大公害事件 ⑤、四日市哮喘病 1961 年 日本四日市 1955 年以来,该市石油冶炼和工业燃油产生的废气,严重污染城市空气。重金 属微粒与二氧化硫形成硫酸烟雾。1961 年哮喘病发作,1967 年一些患者不堪忍受而自杀。 1972 年市共确认哮喘病患者达 817 人,死亡 10 多人。 原因: SO2 和有毒金属粉尘。 2、八大公害事件 ⑥、米糠油事件 1968 年 3 月 日本北九洲市、爱知县一带 生产米糠油用多氯联苯作脱臭工艺中的热载体,由于生产管理不善,混入米糠 油,食用后中毒,患病者超过 1400 人,至七八月份患病者超过 5000 人,其中 16 人死亡, 实际受害者约 13000 人。 原因:生产米糠油中混入多氯联苯。 2、八大公害事件 ⑦、水俣病事件 1953~1956 年 日本熊本县水俣市 含甲基汞的工业废水污染水体, 使水俣湾和不知火海的鱼中毒, 人食用毒鱼后受 害。 1972 年日本环境厅公布: 水俣湾和新 县阿贺野川下游有汞中毒者 283, 其中 60 人死亡。 原因:含汞废水污染鱼,尽进而危害人体。 2、八大公害事件 ⑧、痛痛病事件 1955~1972 年 日本富山县神通川流域 锌、铅冶炼厂等排放的含镉废水污染了神通川水体,两岸居民利用河水灌溉农 田,使稻米和饮用水含镉而中毒,1963 年至 1979 年 3 月共有患者 130 人,其中死亡 81 人。 原因:含镉废水污染饮用水和河水,进而污染稻米。 3、世界十大污染事件

印度博帕尔农药泄漏事件(1984 年 12 月) 3、世界十大污染事件 前苏联切尔诺贝利核电站泄漏事故(1986 年 4 月) 3、世界十大污染事件 前苏联切尔诺贝利核电站泄漏事故(1986 年 4 月) 3、世界十大污染事件 瑞士莱因河污染事故(1986 年,硫、磷、汞) , 意大利塞维索化学污染事故(1976 年,剧毒化学品二恶英) 英国威尔士饮用水污染事件(1985 年,酚) 美国三里岛核电站泄漏事故(1979 年,放射性物质) 法国阿摩柯卡的斯油轮泄油(1978 年,原油) 墨西哥油库爆炸事件(1984 年,原油) 美国内河(莫农格希拉河)出现的特大原油泄漏事故(1988 年,原油) 美国埃克森瓦尔迪兹油轮原油泄漏事故(1989 年,原油) 4、当代十大环境问题 (1)全球气候变暖 (2)臭氧层破坏 (3)生物多样性减少 (4)酸雨蔓延 (5)森林锐减 (6)土地荒漠化 (7)大气污染 (8)水体污染 (9)海洋污染 (10)固体污染 200 年以来冰川面积减少约 25% (1)全球气候变暖 全球气温上升是不争事实 近百年平均地面温度上升 0.6~0.7℃ 过去 100 年海平面平均上升 10~20cm

4、当代十大环境问题 (2)臭氧层破坏 4、当代十大环境问题 ②、臭氧层破坏的主要危害 a、大量紫外光辐射将达到地面而危害人体健康,使白内障发病率增高及对人体免疫系统 功能产生抑制作用。 b、对动植物产生影响 ,危及生态平衡。 c、导致地球气候出现异常,由此带来灾害。 4、当代十大环境问题

(3)生物多样性减少 近代物种丧失速度比自然灭绝速度加快了 1000 倍,比形成速度加快 100 万倍。物种 灭绝速度由 1 天灭绝 1 种加快到 1 小时灭绝 1 种。 4、当代十大环境问题 园中的前 145 块石碑已经倒下,代表有 145 种动物已经灭绝。第 146 块是白鳍豚的石碑,半 倒半立,说明白鳍豚处于濒危状态。它后面有 30 块刻着将可能灭绝的物种名称,倒数第 3 块是人类,最后两块是鼠和昆虫。 4、当代十大环境问题 (4)酸雨蔓延

4、当代十大环境问题 (5)森林锐减

全国七大江河水系(2006 年中国环境状况公告): Ⅳ、Ⅴ类水;28% 劣Ⅴ类水。 全国近一半城镇饮用水源地水质不符合标准 “有河皆枯,有水皆污” 2013 年的雾霾天气 2013 年的雾霾天气

40%的断面符合Ⅲ类以上水质;32%

2.1 环境与生态因子 生态学研究的核心是生物与环境, 认识环境与生态因子以及它们的作用规律、 生态因子的作 用与生物的适应性,是了解生态学基本原理的基础。 2.1 环境与生态因子 一、环境的概念及其类型 1、环境的概念 环境(environment):环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间,以及直接或间接影 响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。 (环境总是针对某一主题或中心而言的,是一个相对的概念。 ) ①、在生态学中,环境是指生物的栖息地,以及直接或间接影响生物生存和发展的各种因素 的总体。 2.1 环境与生态因子 一、环境的概念及其类型 ②、在环境科学中,人类是主体,环境是指围绕人群的空间以及其中可以直接或间接影响人 类生活和发展的各种因素的整体。 ③、在某些保护法中,常把环境中要保护的对象界定为环境。

环境又是一个广泛的概念,主体的改变又导致环境的改变。 环境可以大到宇宙,小到基本粒子。 2、环境的类型 ①按环境的主体划分 人类环境:以人类为主体的环境(环境科学中) 生物环境:以生物为主体的环境(生态学中) 2、环境的类型 ②按环境的性质划分 自然环境:未经人类破坏的环境;如原始森林等。 半自然环境:被人类破坏后的自然环境;如荒漠等。 社会环境:具有人类行为的环境;如城市等。 2、环境的类型 ③按环境的范围大小划分 宇宙环境(Space environment): 大气层以外的空间,又叫星际环境; 地球环境(Global environment ):大气圈中的对流层、水圈、土壤圈、 岩石圈和生物圈, 也叫地理 环境; 区域环境(Regional environment ):某一特定地域空间的自然环境; 微 环 境(Micro- environment ):区域环境中的小环境; 内 环 境(Inner environment ):生物体内组织或细胞间的环境。 一、环境的概念及其类型 3、环境因子的分类 环境因子:生物有机体以外的环境要素。 三大类:气候、土壤与生物 七个并列项目:土壤,水分,温度,光照,大气,火 与生物 三个层次: 植物生长所必需的环境因子(温度,阳光,水等) 不以植被是否存在而发生的对植物有影响的环境因子(风暴、火山爆发、洪涝等) 存在与发生受植被影响,又可以直接或间接影响植被的环境因子(放牧,火烧) 2.1 环境与生态因子 二、生态因子的概念及其类型 1、 生态因子的概念 生态因子(Ecological Factors)概念: 环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素。 生态因子与环境因子的关系 环境因子主要强调环境对主体的影响因素,包括生物有机体以外的所有环境要素; 生态因子指环境要素中对生物起作用的部分环境要素, 它除了考虑环境因子外, 还要考虑生 物之间的影响以及生物对环境的影响。 两者既有联系又有区别 二、生态因子的概念及其类型 2、 生态因子的类型 (1)按性质分:气候因子、土壤因子、地形因子、生物因子和人为因子 5 类。 (2)按有无生命特征:生物因子( biOtic factors)和非生物因子( abiotic factors) 两

大类。 (3)按生态因子对种群数量变动的作用:密度制约因子和非密度制约因子。 2.2 生态因子作用的特征及规律 一、生态因子作用的一般特征 综合作用 主导因子作用 直接和间接作用 阶段性作用 不可代替性和补偿作用 2.2 生态因子作用的特征及规律 一、生态因子作用的一般特征 (1)综合作用 各种生态因子之间并不是孤立存在的,而是彼此联系,互相促进,互相制约的,共同对生物 产生影响。 生态因子作用的重要程度在一定条件下可以互相转化。 2.2 生态因子作用的特征及规律 一、生态因子作用的一般特征 (2)主导因子作用 对生物起作用的众多生态因子并非等价的, 其中有一个或两个是起决定作用的生态因子, 称 为主导因子。 例如: 光合作用时,光强是主导因子; 草食动物的食物,草是主导因子; 2.2 生态因子作用的特征及规律 一、生态因子作用的一般特征 (3)直接作用与间接作用 生态因子对生物的作用可以是直接的, 也可以是间接的。 例如: 植物的生长过程中, 光照, 温度和雨水能起直接作用, 地形虽不重要, 但能够影响光照, 温度和降雨, 故也起间接作用。 (4)阶段性作用 生物的生长具有阶段性,生态因子的作用也就有了阶段性。 鱼的洄游 2.2 生态因子作用的特征及规律 一、生态因子作用的一般特征 (5)总体上的不可代替性和局部上的补偿作用 作为主导作用的因子,一般是不可替代的,但有时可以用非主导因子的作用进行补偿。 光合作用的光强不够,可以提高二氧化碳的浓度进行补偿。 补偿作用只能在一定范围内实现。 如果完全没有阳光,再多的二氧化碳也没有作用 二、生态因子作用的规律 限制因子规律(Limiting factors) 利比希(Liebig)最小因子定律

谢尔福特(Shelford)耐性定律 生态幅 生态内稳态及耐性限度的调整 指示生物 二、生态因子作用的规律 (1)限制因子规律(Limiting factors) 限制生物生存和繁殖的关键性因子叫做限制因子。 生物的限制因子取决于生物对某种因子的耐受范围: 因子较稳定,生物的耐受范围宽,则为非限制因子 如:空气中的氧气 耐受范围窄,则为限制因子 如:水体中的溶解氧 限制因子的价值 某种生物的限制因子即是其生存的关键; 找到了限制因子就意味着掌握了某种生物与环境复杂关系的钥匙 二、生态因子作用的规律 (2)利比希(Liebig)最小因子定律 Liebig 最小因子定律(Liebig’s law of minimum) 低于某种生物需要的最小量的任何特定因子,是决定该种生物生存和分布的根本因 素. 植物的生长取决于处在最小量状况的食物的量。 最小因子定律的补充 该定律只适用于稳定状态 某些因子的作用也会受到其它条件的影响(如肥效也受气候的影响) 必须考虑生态因子之间的相互作用 二、生态因子作用的规律 (3)谢尔福特(Shelford)耐受定律 Shelford 耐受性定律(Shelford’s law of tolerance) 任何一个生态因子在数量上或质量上的不足或过多, 即当其接近或达到某种生物的耐 受限度时会使该种生物衰退或不能生存。 耐受定律的补充 生物能够对一个因子耐受范围广,而对另一个因子耐受范围窄 对所有生态因子耐受都很宽的生物,其分布一般很广; 在对一个因子处于不适状态时,对另一因子耐受力可能下降; 生物有时并不在环境因子的最适范围内生活; 繁殖期通常是一个临界期,环境因子最可能起限制作用。 (3)谢尔福特(Shelford)耐受定律 生物种耐受性图解 二、生态因子作用的规律 (4)生态幅 概念:在自然界中,由于长期自然选择的结果,每一种生物对某一种生态因子都有一个生态 上的适应范围,即有一个生态上的最低点和最高点。在最低点和最高点(或称耐受性的上限 和下限)之间的范围,称为生态幅(ecological amplitude)或生态价(ecological valence)

物种对两个生态因子适应范围不一致时,生态幅为适应范围窄的因子所限制。 生物的适应是建立在“生物与环境协同进化”的基本原理之上。 (4)生态幅 广温性生物与窄温性生物的生态幅的比较 A. 冷窄温;B. 广温;C. 暖窄温 二、生态因子作用的规律 (5)生物内稳态及耐性限度的调整 耐受限度的调整 生物对生态因子的耐受范围并不是固定不变的, 通过自然驯化或人为驯化可改变 生物的耐受范围,使适宜生存范围的上下限发生移动,形成一个新的最适度,去适应环境的 变化。这种调节是通过内稳态机制实现的。 二、生态因子作用的规律 (5)生物内稳态及耐性限度的调整 内稳态及其保持机制 内稳态是生物控制体内环境以保持相对稳定的机制 恒温动物通过控制体内产热过程以调节体温; 变温动物通过减少散热或利用环境热源使身体增温。 非内稳态生物的耐性取决于体内酶系统的作用 体内环境随着体外环境变化 二、生态因子作用的规律 (6)指示生物 指示生物具有对环境状态及特点的指示作用: 指示节气 枣花发,种棉花;杏花开,快种麦 指示天气 燕子低飞预示雨将来临,蜻蜓高飞预示天晴 指示水质 美国威斯康星地区湖泊中的软水指示植物为 Gratiola,硬水指示植物为 Ranunculus aquatilis。 指示资源 安徽的海州香薷指示铜矿,湖南念同的野韭指示金矿 指示生物只在一定的时空范围内起作用: 安徽的海州香薷只在安徽指示铜矿,在北方则无此作用. 2.3 生物对环境的适应 生物体因环境的变化形成新的遗传性状而使自己顺应环境,称为适应。 生物的适应能力是在长期进化过程中形成的,是自然选择的结果。 生物对环境的适应,通常表现在三个方面,即行为上的适应、形态上的适应和生理机能上的 适应,三种适应方式常常是相互联系的。 2.3 生物对环境的适应 一、行为适应 2.3 生物对环境的适应 二、形态适应 生物通过形态的变化来适应特殊的环境,形态适应的例子也十分多见。 如风大可以使某些树木形成“旗型树冠” ;高山上由于风大、低温等使得许多植物形

成矮小的垫状植物;雀科鸟类的嘴短而钝,适于咬碎种子;不同生态类型鸟类的不同形态, 如涉禽、游禽、猛禽等;动物的保护色、拟态等,都是生物在形态上的适应。 旗形树冠 高山上的垫状植被 针叶林中生活的交嘴雀 涉禽 猛禽 变色龙的保护色 蝗虫的保护色 枯叶龟的拟态 枯叶蝶的拟态 2.3 生物对环境的适应 三、生理适应 生物生理机能适应普遍存在,但不易被察觉。 如高温地区植物蒸腾加快;红树林植物体内存在泌盐腺体;骆驼对干旱环境的适应; 荒漠地区甲虫以尿酸形式排尿等。 沙漠中的甲虫 2.3 生物对环境的适应 四、趋同适应与趋异适应 1、趋同适应:也称为趋同进化 ,指生物亲缘关系较远,但由于长期生活在相同的环境中, 并产生了相似的外貌及其他特征,称为趋同进化。 例如生活在沙漠干旱环境中不同类群的植物;青蛙、鳄鱼、河马为不同群,但具 有相似的外形特征。 1、植物的趋同适应

2、趋异适应也称为趋异进化或辐射进化,指起源相同或亲缘关系相近的生物,由于长期生 活在不同的环境中,而产生不同的形态结构特征,这些特征往往具有适应的性质。 例如被子植物的辐射适应;毛茛属植物的辐射适应;哺乳动物的辐射适应。 哺乳动物的辐射适应 2.3 生物对环境的适应 五、生活型和趋同适应 趋同适应:不同种类的生物,生存在相同或相似的环境条件下,常形成相同或相似的适应方 式和途径。 生活型: 不同种的生物由于长期生活在相同的自然生态条件和人为培育条件下, 发生趋同适 应,并经自然选择和人工选择而形成的,具有类似的形态、生理和生态特性的物种类群。 2.3 生物对环境的适应 六、生态型和趋异适应 趋异适应: 一群亲缘关系相似的生物有机体由于分布地区的间隔, 长期生活在不同的环境条

件下,形成了不同的适应方式和途径 . 生态型:同种生物的不同个体或群体,长期生存在不同的自然生态条件或人为培育条件下, 发生趋异适应, 并经自然选择或人工选择而分化形成的生态、 形态和生理特性不同的基因型 类型。 2.4 生态因子的生态作用及生物的适应性 光因子的生态作用及生物的适应 温度因子的生态作用及生物的适应 水因子的生态作用及生物的适应 土壤因子的生态作用及生物的适应 一、光因子的生态作用及生物的适应 光是地球生物生存和繁衍的最基本的能量源泉。 光因子包括光强,光质和光周期。 光强的生态作用与生物的适应 光质的生态作用与生物的适应 光周期的影响 一、光因子的生态作用及生物的适应 (1)光强的生态作用与生物的适应性 1、光强的生态作用 ①光照强度对生物的生长和形态结构的建成有重要作用 ②光照强度影响生物的发育 ③光是影响叶绿素形成的主要因素 ④光照强度增加,有利于果实的成熟与品质的提高 一、光因子的生态作用及生物的适应 (1)光强的生态作用与生物的适应性 2、植物对光照强度的适应 根据植物对光照强度的适应,将植物分为阳性植物、阴性植物和耐阴植物三大类: ①阳性植物:在强光环境中才能健壮生育、在庇荫和弱光条件下生长发育不良的植物。 ②阴性植物:在较弱的光照条件下比在强光下生长良好的植 ③耐阴植物:介于上述两类植物之间。 阳性植物和阴性植物在植株生长状态以及茎、叶等形态结构上有明显的区别。 一、光因子的生态作用及生物的适应 (2)光质的生态作用与生物的适应 一、光因子的生态作用及生物的适应 (2)光质的生态作用与生物的适应 1、光质的生态作用 ①不同的光质对植物的光合作用的影响是不同的; ②光质不同对植物形态建成、向光性及色素形成的影响也不同; ③短波的紫外线有杀菌作用,可引起人类皮肤产生红疹及皮肤癌,但促进体内维生素 D 的 合成; ④长波红外线是地表热量的基本来源,对外温动物的体温调节和能量代谢起了决定性的作 用。

一、光因子的生态作用及生物的适应 (2)光质的生态作用与生物的适应 2、生物对光质的适应 ①、生物的昼夜节律 具有昼夜节律的生命现象很多。例如动物的活动行为、体温变化、能量代谢以及激素的 变化等等,都表现出昼夜节律性。植物的光合作用、呼吸作用、蒸腾作用、积累与消耗等也 表现出昼夜节律性的变化。 ②、生物的光周期现象 植物的开花结果、落叶及休眠,动物的繁殖、冬眠、迁徙和换毛换羽等,是对日照长短 的年规律性变化的反应,称为光周期现象。 一、光因子的生态作用及生物的适应 (2)光质的生态作用与生物的适应 2、生物对光质的适应 (1)植物的光周期现象 根据植物开花对日照长度的反应,可把植物分成 4 种类型: ①长日照植物(long day plant):日照时间超过 14h 或黑夜小于某一数值时才能开花的植 物:冬小麦、菠菜、萝卜等。 ②短日照植物(short day plant):日照时间短于 14h 或黑夜长于某一数值时才能开花的值 物:玉米、大豆等。 ③中日照植物(day intermediate plant):昼夜长度接近相等时才开花的植物:黄瓜、番茄、 四季豆等。 ④日中性植物(day neutral plant):开花不受日照长度影响的植物。 一、光因子的生态作用及生物的适应 (2)光质的生态作用与生物的适应 2、生物对光质的适应 (2)动物的光周期现象 ①繁殖的光周期现象:根据动物繁殖与日照长短的关系,也可将动物分成长日照动物 (long day animal)和短日照动物(short day animal) ②昆虫滞育的光周期现象: 很多昆虫在它们生命周期的正常活动中, 能插入一个休眠相, 即滞育(diapause) ③换毛与换羽的光周期现象 ④动物迁徒的光周期现象 鸟类的长距离迁徙都由日照长短的变化引起的 日照长短的变化与其他生态因子(如温度、湿度)的变化相比,是地球上最具有稳定性 和规律性的变化,通过长期进化,生物最终选择了光周期作为生物节律的信号。

二、温度因子的生态作用及生物的适应 (1)温度因子的生态作用 温度与生物生长 任一生物的生命活动都有最低、最适和最高温度(三基点) ; 三基点来源于酶系统的活性;

不同生物的三基点是不同的。 生物学零度 生物的发育生长是在一定的温度范围上才开始,低于这个温度,生物不发育,这个温 度称为生物学零度。 温度过高或过低都会对生物产生危害。 二、温度因子的生态作用及生物的适应 (2)生物对极端温度的适应性 对低温的适应 植物 通过特殊的形态适应低温。如寒冷地区植物的芽和叶片通过表面油脂,腊粉,密毛以及个体 矮小,蛰状或莲状等,有利于保温,抵抗寒冷 减少细胞中的水分并增加糖类、脂肪、色素以降低冰点 动物 增大体形,个体大的动物,单位体重的散热量小; 减少突出部位,以减少散热量; 增加羽毛和皮下脂肪,并具有隔热性良好的皮毛,可不增加或少增加新陈代谢以御寒。 对高温的适应 也表现在形态,生理和行为三个方面 二、温度因子的生态作用及生物的适应 (2)生物对极端温度的适应性 二、温度因子的生态作用及生物的适应 (3)温度与生物的地理分布 温度是决定生物分布的重要因子,但不是决定因子。 一般:温度暖和的地区生物种类多,反之较少。 例如我国 两栖类动物:广西 51 种,福建 41,浙江 40,江苏 20,山东、河北各 9 种,内蒙古 8 种; 爬行动物:广东 121,广西 110,海南 104,福建 101,浙江 78,江苏 47,山东、河北小于 20,内蒙古 6 种; 植物:我国高等植物 3 万多种,巴西 4 万多种,苏联面积最大,但只有 1 万多种。

三、水因子的生态作用及生物的适应 (1)水因子的生态作用 水是生物生存的重要条件 水是生物体的重要组成部分; 水是溶剂,能水解和电离化合物,以便生物吸收; 水是生物新陈代谢的参与者; 水是光合作用的原料。 水对动植物生长发育的影响 水对植物的生长也有“三基点” ,到最低点,植物生长停止,最高点,植物根系缺氧,烂根; 水对动物的影响则表现在引起动物的滞育或休眠。 水对动植物分布的影响 水分与动植物的种类和数量有密切的关系。 雨量充沛的热带雨林中植物达 52 种/hm2,我国大兴安岭则只有 10 种/hm2。 三、水因子的生态作用及生物的适应 (2)生物对水因子的适应 ①植物的适应 植物主要有两大类 水生植物 有发达的通气组织;不发达的机械组织;水下叶片多为带状、条状或线状,以增加面积,且 很薄。 陆生植物 有湿生,中生和旱生三种; 湿生植物是抗旱能力最弱的植物, 中生植物已经有一套保持水分的结构和功能, 旱生植物在 形态结构上既能增加水分摄入,又能减少水分丢失:如发达的根系,发达的贮水组织。旱生 植物又可划分为少浆液植物和多浆液植物。

三、水因子的生态作用及生物的适应 (2)生物对水因子的适应 ②动物的适应 动物也分两大类 水生动物 陆生动物 陆生动物的适应性表现在三个方面: 形态结构:如哺育动物的皮脂腺和毛,能防止水分蒸发;

行为适应:如沙漠动物昼伏夜出; 生理适应:如骆驼不仅有储水的胃,其大量脂肪在缺水时也能分解出水。 四、土壤因子的生态作用及生物的适应性(1)土壤因子的生态作用 无论是动物还是植物, 土壤都是重要的生态因子。 绝大多数植物都是以土壤作为生活的基质, 土壤提供了植物生活的空间、水分和必须的矿质元素。土壤也是许多生物栖居的场所(如: 细菌、真菌、放线菌以及藻类、原生动物、轮虫、线虫、软体动物等) 。 四、土壤因子的生态作用及生物的适应性(2)植物的适应性 ①盐类对植物的不利影响 引起植物的生理干旱:盐类提高了土壤的渗透压 伤害植物组织:盐类积聚在表土,直接伤害根茎交界处的组织 引起细胞中毒:盐类阻止蛋白质的合成 影响植物的营养:通过竞争减少了 N、P 的吸收; 阻碍气孔的关闭:导致植物体内水分的流失 四、土壤因子的生态作用及生物的适应性(2)植物的适应性 ②碱土对植物的不利影响 强碱性毒害植物的根系 土壤物理性能恶化 湿时膨胀粘结,干时坚硬板结, 透水性差,阻碍根系发育等。 四、土壤因子的生态作用及生物的适应性(2)植物的适应性 ③植物对土壤因子的适应性 植物的适应性类型 对酸性的反应:酸性土植物,中性土植物,碱性土植物 对钙盐的反应:钙质土植物,嫌钙植物 对含盐量的适应:盐土植物,碱土植物 对风沙基质的适应:沙生植物 四、土壤因子的生态作用及生物的适应性(2)植物的适应性 ③植物对盐类的适应性 盐碱土植物 能在盐碱土里生长,具有一系列适应盐碱生境的形态和生殖特性的植物。 形态上表现为植物体干而硬,叶子不发达,蒸腾表面强烈缩小,气孔下陷,表皮外壁厚,常 具白色绒毛等; 内部结构上,细胞间隙强烈缩小,栅栏组织发达,贮水细胞的大小能随叶子年龄和盐分含量 的增加而增大。 本章思考题 思考题 什么是环境因子和生态因子?生态因子和环境因子之间具有怎样的关系? 生态因子的作用特征和规律是什么? 什么是生态幅? 如何理解指示生物?

3.1 种群(population)概述 种群是生态学各层次中最重要的一个层次。 种群是群落结构与功能的最基本单位。 种群是物种适应的单位。 一、种群的概念 二、种群研究的意义 三、种群的基本特征 一、种群的概念 占据特定空间的同种有机体的集合体。 种群由个体组成,但不等于个体的简单相加; 例如人,每个人都有个体特征,但作为人类,情况就复杂的多; 种群既可从生态学上理解,也可应用于具体对象上 如某地某种生物种群; 一群实验老鼠,也可以看作是一个实验老鼠种群。 二、种群研究的意义 了解为什么物种数量不等及物种数量变化的规律; 了解物种的种内种间存在着的复杂的生态关系; 为什么物种在地球上能不断发展与进化。 二、种群研究的意义 种群生态学的核心是种群动态。 种群动态即研究种群数量在时间上和空间上的变动规律,即研究下列问题: (1)有多少?(数量和密度) ; (2)哪里多,哪里少?(分布) ; (3)怎样变动?(数量变动和扩散迁移) ; (4)为什么这样变动? (种群调节) 。 三、 种群的基本特征 1、空间分布特征 种群具有一定的分布区域与分布形式。 2、数量特征 单位面积(或空间)的数量将随时间改变。 3、遗传特征 种群具有一定的基因组成,属于某一个基因库,以区别于其它种群,但基因组成同样处于变 动之中。 3.2 种群的动态 种群的动态是种群生态学的核心问题, 种群动态的研究对象是种群数量在时间上和空间 上的变动规律。 种群的密度与分布 种群增长模型

自然种群的数量变动 一、种群的密度 种群统计学的统计指标主要有三种: 种群密度:反映数量多少的主要指标。 阿利氏规律(Allee’s law) 种群密度过高或者过低对种群的生存和发展都是不利的, 每一种生物种群都有自己的最适密 度,这就叫阿利氏规律。 阿利氏规律用于指导濒临灭绝的珍惜动物。 一、种群的密度 种群统计学的统计指标主要有三种: 初级种群参数 出生率(natality):任何生物产生新个体的能力。 死亡率(mortality):种群减少的主要原因。 迁入与迁出率:外部种群进入引起的增加和内部离开引起的减少。 一、种群的密度 种群统计学的统计指标主要有三种: 次级种群参数: 性比(sex ratio):种群中雄性个体与雌性个体的比例。 年龄分布(age distribution):有两个层次,个体年龄和构成年龄。 增长率:以某一起始年为基准的增长比率。 一、种群的密度 种群参数的一些基本概念: 生理出生率(physiological natality):种群在理想条件下所能达到的最大出生数量,又称最大 出生率(maximum natality)。 生态出生率(ecological natality):一定时期内,种群在特定条件下实际繁殖的个体数量,它受 生殖季节、一年生殖次数、一次产仔数量、妊娠期长短和孵化期长短、以及环境条件、营养 状况和种群密度等因素影响,又称实际出生率(realized natality)。 一、种群的密度 种群参数的一些基本概念: 生理死亡率(physiological mortality ):最适条件下,所有个体都因衰老而死,这种死亡率称 生理死亡率,又称最小死亡率(minimum mortality) 生态死亡率(ecological mortality): 一定条件下, 种群实际的死亡率, 又称实际死亡率(realized mortality)。 一、种群的密度 (1)种群结构与性比 种群的结构指年龄结构,通常用年龄锥体图表示。 年龄锥体图有三种形式(图 3-1) : 增长型:典型金字塔型,幼体多,老年个体少,增长迅速; 稳定型:出生率与死亡率大致相等,种群稳定; 下降型:基部狭窄,顶部较宽,死亡率大于出生率。 (a) 增长型: 典型金字塔型,幼体多,老年个体少,增长迅速; (b) 稳定型: 出生率与死亡率大致相等,种群稳定; (c) 下降型: 基部狭窄,顶部较宽,死亡率大于出生率。

一、种群的密度 (1)种群结构与性比 性比(sex ratio): 同一年龄组的雌雄数量之比,即年龄锥体两侧的数量比例。 第一性比: 种群中雄性个体和雌性个体数目的比例; 第二性比: 个体性成熟时的性比; 第三性比: 充分成熟的个体性比。 1982 年河北省人口的年龄结构及性比(图 3-2) 1974 年墨西哥和美国人口的年龄结构及性比(图 3-3) 图 3-2 1982 年河北省人口的年龄结构 图 3-3 1974 年墨西哥和美国人口的年龄结构 生命表(life table):记录种群各年龄组数量变动数据的一种表格。有动态和静态两种。 动态生命表(dynamic life table): 观察同一时间出生的生物的死亡或存活动态过程而获得的数据所作的生命表。 静态生命表(static life table 或 time specific life table) 根据某一特定时间对种群的年龄结构调查结果所作的生命表。 综合生命表 在上述生命表的基础上,增加了存活率和出生率的数据。 藤壶生命表 一、种群的密度 (1)种群结构与性比 存活曲线的类型:一般可将存活曲线分为如下 3 种基本类型: I 型:曲线凸型,表示幼体存活率高,而老年个体死亡率高,在接近生理寿命前只有少 数个体死亡,如大型哺乳动物和人的存活曲线。 II 型:曲线呈对角线型,表示在整个生活期中,有一个较稳定的死亡率,如一些鸟类中 出现的模式。 一、种群的密度 (1)种群结构与性比 存活曲线的类型: III 型:曲线凹型,表示幼体死亡率很高,如产卵鱼类、贝类和松树的存活模式。 大多数野生动物种群的存活曲线类型在 II 型和 III 型之间变化,而大多数植物种群的存活曲 线则接近 III 型。 存活曲线的类型 二、种群的增长模型 (1)种群增长率 种群增长率 r: r=lnR0/T; 其中 R0 为净生殖率 (net reproductive rate) , T 为世代时间 (generation time) 。 内禀增长率 rm:是具有稳定年龄结构的种群,在食物不受限制、同种其他个体的密度维持 最适水平,环境中没有天敌,并在某一特定的温度、湿度、光照和食物等的环境条件下,种 群的最大瞬时增长率。 内禀增长率 rm 即种群在无限制环境条件下的瞬时增长率,即最大增长率。 二、种群的增长模型

(1)种群增长率 内禀增长率(innete rate of increase)rm: 环境的好坏对种群增长率是有直接影响的, 所以种群增长率的可比性也有问题, 内禀增长率 即不受限制的增长率。 影响增长率的因素 要降低增长率,有两个途径,一是降低生殖率 R,二是提高世代时间 T。 降低 R,即降低增殖率(繁殖能力) 。 提高 T,T 为世代时间,T 越长,即首次生育时间越长。 二、种群的增长模型 (2)种群增长模型 种群的增长模型是运用数学模型进行增长预测,一是为了简化,二是寻找规律。 与密度无关的增长模型 与密度有关的增长模型

二、种群的增长模型 (Ⅰ)与密度无关的种群增长模型 即种群的增长不受限制(无限环境中) ,有两种情况: 种群的各个世代不相重叠(如昆虫) ,称为离散增长; 种群的各个世代互相重叠(如人类) ,称为连续增长。 种群增长模型 离散增长模型:直线方程形式 连续增长模型:指数方程形式 二、种群的增长模型 (Ⅰ)与密度无关的种群增长模型 a. 离散增长模型

式中:N—种群大小 t —时间 λ —种群的周限增长率 对上式两边取对数,即可得到一直线方程

该直线方程所得到的直线中,lgN0 为截距,lg λ 为斜率。 二、种群的增长模型 (Ⅰ)与密度无关的种群增长模型 b. 连续增长模型

式中: e—自然对数的底; r—瞬时增长率 利用该模型可以进行下述计算: 由 N0 年的生物数量计算 Nt 年的数量 计算瞬时增长率 r; 计算周限增长率λ 。 二、种群的增长模型 (Ⅱ)与密度有关的种群增长模型 即种群的增长受环境限制(有限环境中) ,也有离散和连续两类。 最著名的是逻辑斯谛方程(logistic equation),属连续型: 微分式为:

积分式为:

从微分式看,在前有的指数曲线方程上增加了一个新项(1-N/K) ,即剩余空间,其中 K 为 环境容纳量。 引入时间约在 1800 年,1850 年后在 70 万头上下作不规律波动,可以看出:logistic 曲线可 以划分为 5 个时期: 1、开始期:增长缓慢; 2、加速期:逐渐加快; 3、转折期:最快; 4、减速期:速度变慢; 5、饱和期:在 K 值上下波动 二、种群的增长模型 (Ⅱ)与密度有关的种群增长模型 Logistic 方程的意义 它是许多两个相互作用种群增长模型的基础; 它在渔业、林业和农业等领域中,可以确定最大的持续产量; 两个重要参数 r、K 值已成为生物进化对策理论中的重要概念: r 为物种的潜在增殖能力:不受环境约束时的理论值; K 为环境容纳量:制约着 r,也可随环境改变。 二、种群的增长模型 (2)种群增长模型 种群增长形式 J 型曲线:开始时增长迅速; S 型曲线:开始增长缓慢,随后加快,环境阻力加大时,又逐渐下降到某一水平,然后保持 (自动约束行为) 。 二、种群的增长模型 3.3 种群的数量变动和调节 一、自然种群的数量变动 自然种群的数量不可能保持恒定,有八种情况: 增长 季节消长

不规则波动 周期性波动 种群爆发 种群平衡 种群的衰落与灭亡 生态入侵 一、自然种群的数量变动(1)增长 种群的增长有 J 型和 S 型两种,J 型增长可以看作是一种不完全的 S 型增长,并且,环境的 限制作用往往是突然的。 澳大利亚的昆虫学家 Andrewartha 曾对蓟马种群进行了 14 年的研究,绘制了蓟马种群的数 量变化图 在环境条件好时,呈 J 型增长; 在环境条件不好时,呈 S 型增长。 蓟马种群数量变化 (标高为观测值,虚线为通过计算的预测值) 一、自然种群的数量变动(2)季节消长 季节消长:自然种群的数量变动,可分为一年内的季节消长和年际间变动。 棉花的重要害虫盲蝽,各年的季节消长随气候变化。 硅藻是一种水体富营养化的浮游植物,主要在春秋两季形成高峰。 掌握季节消长规律,可以控制生物的数量。 一、自然种群的数量变动(2)季节消长 北京地梅 8 年间的种群变动 一、自然种群的数量变动(3)不规则波动 种群的波动: 大多数真实的种群不会或完全不在平衡密度保持很长时间, 而是动态的和不断 变化的。 不规则波动 种群数量的年间变动,有的是规则的(周期性波动) ,有的是不规则的(非周 期性波动) 。根据现有长期种群动态记录,大多数生物属于不规则的。 环境的随机变化很容易造成种群不可预测的波动。 1913-1961 年东亚飞蝗洪泽湖区的动态曲线 一、自然种群的数量变动(4)周期性波动 周期性波动: 在一些情况下, 捕食或食草作用导致的延缓的密度制约会造成种群的周期性波 动。 如加拿大猞猁和野兔数量的周期性变化。 旅鼠、北极狐有 3-4a 的周期; 美洲兔和加拿大猞猁有 9-10 年的周期; 前苏联远东地区的森林脑炎发病率也有 3a 的周期,查明是受鼠类周期的影响。 一、自然种群的数量变动(4)周期性波动 一、自然种群的数量变动(5)种群暴发 种群爆发:具有不规则或周期性波动的生物都可能出现种群的爆发。如蝗灾、赤潮等现象。 一、自然种群的数量变动(6)种群平衡 种群平衡:种群较长期地维持在几乎同一水平上,称为种群平衡。如大型有蹄类、食肉动物 等。 种群平衡是相对于不规则波动和周期性波动提出的; 种群平衡学者认为:

各个种群都有一平均密度和平衡水平,偏离后均有重新返回的倾向; 种群的波动也是一种稳定性的表现。 一、自然种群的数量变动(7)种群的衰落和灭亡 种群的衰落和灭亡:种群长久处于不利条件下,其数量会出现持久性下降,即种群衰落,甚 至灭亡。个体大,出生率低,生长慢,成熟晚的生物,最易出现这种情况。 种群衰落和灭亡的速度在近代大大加快了,究期原因,不仅是人类的过度捕杀,更严重的是 野生动物的栖息地被破坏,剥夺了物种生存的条件。 一、自然种群的数量变动(7)种群的衰落和灭亡 一、自然种群的数量变动(7)种群的衰落和灭亡 种群的衰落甚至灭亡主要有两个原因: 人类过度捕猎; 人类对其栖息地的破坏(过度开垦、采伐等) 。 种群生存的必要条件: 栖息地的保护; 生存繁殖所需的最低密度。 一、自然种群的数量变动(7)种群的衰落和灭亡 一、自然种群的数量变动 (8)生态入侵(ecological invation) 生态入侵: 由于人类有意识或无意识地把某种生物带入适宜其栖息和繁衍的地区, 该生物种 群不断扩大,分布区逐步稳定地扩展,这种过程称为生态入侵。

3.3 种群的数量变动和调节 二、 种群的调节 种群数量受天气的强烈影响--气候学派 捕食、寄生、竞争、食物等生物因素对种群起调节作用--生物学派 种内成员的异质性--自动调节学说 社群的等级和领域性--行为调节学说 激素分泌的反馈调节机制--内分泌调节学说 遗传多态--遗传调节学说 种群调节的新理论 二、 种群的调节 1、气候学派 认为 种群的动态主要受天气条件的影响。

种群的数量的发生与天气条件的变化明显相关; 强调种群数量的变动,否认稳定性。 依据 主要基于昆虫的研究,认为昆虫早期的死亡率有 80-90%是天气条件不良造成。 二、 种群的调节 2、生物学派 认为: 捕食、寄生、竞争等生物行为的影响; 食物因素的影响; 依据 气候变化仅减少了相对量,绝对量仍应增加; 食物质、 量的下降使生物量减少, 生物量的减少使食物质、 量得到恢复, 又促使生物量增加。 二、 种群的调节 3、自我调节学派 行为调节:主要是社群行为的调节,即 社群等级:高等级的使低等级的减少; 领域性:本领域的成员增加快; 内分泌调节 种群数量的增加, 导致个体压力增大, 造成新陈代谢障碍或免疫力降低, 从而使出生率下降, 死亡率增加。 遗传调节 种群密度低时,对自然的选择压力松弛,弱势群体存活; 种群密度高时,对自然选择的压力增加,弱势群体淘汰。 二、 种群的调节 ——三种学派的比较 气候学派和生物学派将种群的动态归因于外部条件的变化,即外源性因子; 自我调节学派则认为是内因在起主要作用; 实际上,外因和内因都具有重要的作用,只是在某个时候,某种因素起着主要作用而已。 3.3 种群的数量变动和调节 三、 生态对策 生态对策,或生活史对策:生物在生存斗争中获得的生存对策或生活史对策。生物在进化 过程形成了多种生活史对策,如生殖对策、取食对策、迁移对策、体形大小对策等等。 生态对策是生物对环境的适应。 生态对策:r-选择和 K-选择 3.3 种群的数量变动和调节 三、 生态对策 ★ r-选择:r-选择的生物,他们的种群密度很不稳定,很少达到 K 值,大部分时间保持在逻 辑斯谛曲线的上升段,为高增长率的。属于 r-选择的生物称为 r-对策者。 通常 r-对策者出生率高、寿命短、个体小,常常缺乏保护后代的机制,子代死亡率高。有较 大的扩散能力,适应多变的栖息生境。 一年生的植物以及昆虫、贝类、鱼类、寄生虫等一般具有 r-选择的特征。

r

选 择 物 种 3.3 种群的数量变动和调节 三、 生态对策 ★ K-选择:K-选择的生物种群比较稳定,种群密度常处于 K-值周围,可称为 K-对策者。 K-对策者通常出生率低,寿命长和个体大,具有较完善的保护幼体的机制。子代死亡率低, 一般扩散能力较弱,但竞争能力较强,即把有限能量资源多投入提高竞争能力上。适应于稳 定的栖息生境。 森林中的树木和大型哺乳动物具有许多 K-选择的特征。

K 选择物种 3.3 种群的数量变动和调节 三、 生态对策 ★ 两种类型对策者的优缺点 K-对策者竞争性强,数量较稳定,一般稳定在 K 附近,大量死亡或导致生境退化的可能性 较小。但一旦受危害造成种群数量下降,由于其低 r 值种群恢复比较困难。 r-对策者死亡率高,但高 r 值使其种群能迅速恢复,而且高扩展能力还可使其迅速离开恶化 生境,在其它地方建立新的种群。 r-对策者的高死亡率、高运动性和连续地面临新局面, 更有利于形成新物种。 3.4 种内与种间相互作用 (一)种内关系 1.种内竞争 分两种竞争方式: 资源利用性竞争——间接竞争 相互干涉性竞争——直接竞争 主要的资源利用性竞争方式之一——密度效应 2、性比 性比通常以种群中雄体对雌体的相对数来表示 。大多数生物种群的性比倾向于 1:1。 3.4 种内与种间相互作用 (一)种内关系 3、领域性和社会等级 领域是指由个体、 家庭或其他社群单位所占据的, 并积极保卫不让同种其他成员侵入的空间。 社会等级是指动物种群中各个动物的地位具有一定顺序的等级现象。 4、他感作用 他感作用也称作异株克生,通常指一种植物通过向体外分泌代谢过程中的化学物质, 对其他植物产生直接或间接的影响。 3.4 种内与种间相互作用 (二)种间关系 分正相互关系和负相互关系

1、种间竞争 种间竞争是指两物种或更多物种共同利用同样的有限资源时产生的相互竞争作用。 (1)高斯(Gause)假说(竞争排斥原理) 在一个稳定的环境内,两个以上受资源限制的、但具有相同资源利用方式的种,不能长 期共存,也即完全的竞争者不能共存。 竞争类型 :资源利用性竞争、干扰性竞争等。 1、种间竞争 竞争排斥原理:在一个稳定的环境内,两个以上受资源限制的、但具有相同资源利用方式的 种,即生态位相近的种,不能长期共存,也即完全的竞争者不能共存(高斯假说) 。 生态位重叠:如果资源已经饱和,任何一段时间内的生态位重叠都不能忍受,即生态位重叠 引起竞争相反。重叠程度越大,物种竞争越激烈。 生态位分化:生态位分化则引起物种共存,分离度越大,物种共存的机会越大。 2、捕食作用 捕食 (predation) 为一种生物摄取其他生物种个体的全部或部分为食,前者称为捕食者 (predator),后者称为猎物或被食者(prey)。 3、寄生 寄生是指一个种(寄生物)寄居于另一个种(寄主)的体内或体表,靠寄主体液、组织或已消 化物质获取营养而生存。分为微寄生物和大寄生物。 拟寄生物包含一大类昆虫大寄生物(寄生蜂和蝇),它们在昆虫宿主身上或体内产卵,通 常导致寄主死亡。

4、共生 按照作用程度分为互利共生,偏利共生和原始协作。 互利共生多见于对营养需要极不相同的生物之间。 最常见的实例是自养生物和异养生物之间 的共生关系。 偏利共生是种间相互作用仅对一方有利, 对另一方无影响。 附生植物与被附生植物之间是一 种典型的偏利共生关系。 原始协作是两种群相互作用,双方获利,但协作是松散的,分离后,双方仍能独立生存。

3.5 生态位 1、生态位理论 ① 生态位的概念与产生 生态位(niche)指物种在生物群落或生态系统中的地位和角色。

J.Grinnell(1917):用生态位表示划分环境的空间单位和一个物种在环境中的地位。他强调 的是空间生态位的概念。 C.Elton(1927):物种在生物群落或生态系统中的地位与功能作用。他强调的是物种之间的 营养关系,实际上指的是营养生态位。 G.E.Hutchison(1957):n-维生态位(n-dimensional niche) 、基础生态位、实际生态位。 n-维生态位模型

本章思考题 思考题 什么是种群?种群有哪些重要特征? 比较种群指数式增长模型和逻辑斯谛增长模型, 哪些生物种群适合于指数式增长模型, 哪些 生物种群适合于逻辑斯谛增长模型? 种群的空间格局有哪几种类型? 比较几个主要种群调节学说的优缺点。 第四章 群落生态学

4.1 群落的概念与基本特征 一、群落的概念 群落(community):在相同时间聚集在同一地段上的各种生物种群的集合体。包括栖息在同 一地域中的动物、植物和微生物。 群落不是杂乱无章地堆积在一起, 而是在一定的生境下相互作用的有规律地生长在一起, 并 与环境发生一定的相互作用,共同组成一个统一体。 二、群落生态学 群落生态学主要研究下列问题: (1)群落的组成与结构; (2)群落的性质与功能; (3)群落的发展与演变。 研究群落生态学对于保护自然环境、 维护生态平衡和生物多样性保护等都具有重要的指导意

义。 三、群落的基本特征 三、群落的基本特征 三、群落的基本特征 三、群落的基本特征 (5) 、一定的动态特征 生物群落是生态系统中具有生命的部分,生命的特征是不停地运动,群落也是如 此。其运动形式包括季节动态,年际动态,演替与演化。 (6) 、一定的分布范围 任一群落都分布在特定地段或特定生境上,不同群落的生境和分布范围不同。无 论从全球范围看还是从区域角度讲,不同生物群落都是按着一定的规律分布。 三、群落的基本特征 (7) 、群落的边界特征 在自然条件下,有些群落具有明显的边界,可以清楚地加以区分;有的则不具有明 显边界,而处于连续变化中。但在多数情况下,不同群落之间都存在过渡带,被称为群落交 错区(ecotone),并导致明显的边缘效应。 (8) 、不同物种在群落中作用不同 构成群落的各个物种对群落的贡献是有差别的, 比如有些物种对群落的构建、 群 落的性质起决定性作用,而有些物种对群落来说是伴生的或冗余的。 四、群落交错区与边缘效应 群落交错区(ecotone) 群落交错区 (又称生态交错区或生态过渡带):两个或多个群落之间的过渡区域。 边缘效应(edge effect) 群落交错区的生物种类和种群密度增加的现象称边缘效应。 四、群落交错区与边缘效应 边缘效应产生的原因: ①、在群落交错区往往包含两个重叠群落中所有的一些种以及交错区的特有种; ②、群落交错区的环境比较复杂,两类群落中的生物能够通过迁移而交流,能为不同生态类 型植物定居,从而为更多的动物提供食物、营巢地等。 边缘效应原理的实践意义 利用群落交错区的边缘效应增加边缘长度和交错区面积,提高野生动物的产量。 人类活动而形成的交错区有的有利,有的是不利的。 4.2、群落的物种组成 群落是由不同的物种组成的,不同的物种地位和作用不同。 群落的物种组成是决定群落性质最重要的因素,也是鉴别不同群落类型的基本特征。 一、物种组成的性质分析 1.优势种和建群种 对群落的结构和群落环境的形成有明显控制作用的物种称为优势种( dominant species) ; 生态学上的优势种对整个群落具有控制性影响, 如果把群落中的优势种去除, 必然导致群落 性质和环境的变化;但若把非优势种去除,只会发生较小的或不显著的变化。 一、物种组成的性质分析

1.优势种和建群种 建群种(constructive species):群落不同的层次可以有各自的优势种,优势层的优势种 起着构建群落的作用,称为建群种。 如: 森林群落中,乔木层、灌木层、草本层常有各层的优势种,而乔木层的优势种即为建 群种。 一、物种组成的性质分析 2.次优势种(subdominant species)/亚优势种: 指个体数量与作用都次于优势种,但在决定 群落性质和控制群落环境方面仍起着一定作用的物种。 3.伴生种(companion species) :为群落的常见物种, 它与优势种相伴存在,但不起主要作用。 4.偶见种或罕见种(rare species):是那些在群落中出现频率很低的种类。 一、物种组成的性质分析 5.关键种(keystone-species) 一些珍稀、特有、庞大的,对其它物种具有与生物量不成比例影响的物种,它们在维 护生物多样性和生态系统稳定方面起着重要作用。 如果它们消失或削弱, 整个生态系统就可 能发生根本性的变化。 如:生物群落中,处于较高营养级的少数物种,其取食活动对群落的结构产生巨大的影响, 称关键种。 关键种可以是顶极捕食者, 也可以是那些去除后对群落结构产生重大影响的物种。 一、物种组成的性质分析 关键种和优势种的区别: 关键种生物量虽然低,但关键种的存在对于维持生物群落的组成和多样性具有决定性意义。 关键种是哪些对群落的影响与其数量不成比例的物种。 优势种是哪些对生物群落的影响与其生物量相适应的物种。 一、物种组成的性质分析 关键种和优势种的区别: 一、物种组成的性质分析 6.冗余种(Redundancy-species) 在一些群落中,有些种是多余的,这些种的去除不会引起群落内其它物种的丢失,对 整个生态系统的结构和功能不会造成太大的影响。 在生态系统中,有许多物种成群地结合在一起,扮演着相同的角色。但这并不意味着冗余种 是不必要的,冗余种是对于生态系统功能丧失的一种保险和缓冲。 一、物种组成的性质分析 6.冗余种(Redundancy-species) 物种冗余假说: 该假说认为物种在生态系统中的作用显著不同, 某些物种在生态功能上有相 当程度的重叠,因此其中一种物种的丢失并不会对生态功能发生大的影响。 铆钉假说: 认为生态系统中每个物种都具有同样重要的功能。 他们将生态系统中的每个物种 比喻为一架飞机上的每枚铆钉, 任何一个铆钉或一种物种的丢失, 都会导致严重事故或系统 的变化。 二、物种组成的数量特征 1.多度:是对物种个体数目多少的一种估测指标。 (多用于群落内草本植物的调查) 二、物种组成的数量特征 2.密度:单位面积或单位空间内的个体数。 D=N/S 相对密度:样地内某一物种的个体数占全部物种个体数之和的百分比。

密度比:某一物种的密度占群落中密度最高的物种密度的百分比。 3.盖度:指植物地上部分的垂直投影面积占样地面积的百分比。 基盖度:植物基部的覆盖面积。 相对盖度:某一物种的分盖度占所有分盖度之和的百分比。 盖度比:某一物种的盖度占最大物种的盖度的百分比。 二、物种组成的数量特征 4.频度:某个物种在调查范围内出现的频率。频度=某种出现的样方数/样方总数×100% 二、物种组成的数量特征 5.高度:自然高度和绝对高度。 6.重量和相对重量:单位面积或容积内某一物种的重量占全部物种重量的百分比。 在草原群落中分鲜重与干重; 密度、盖度、高度、频度、生物量称为群落的四度一量。 二、物种组成的数量特征 优势度与综合优势比(物种的综合数量指标) 优势度:表示一个种在群落中的地位和作用。定义和计算方法不统一(以盖度、所占空间大 小或重量来表示优势度) 。 日本学者提出的综合优势比。包括两个因素,三因素,四因素和五因素等四类,常用的为两 因素综合优势比。即在密度比,盖度比,频度比、高度比和重量比这五项指标中任取两项, 求平均值。如:SDR2=(密度比 +盖度比)/2×100% 二、物种组成的数量特征 重要值:用来表示某个种在群落中的地位和作用的综合数量指标。 重要值=相对密度+相对频度+相对优势度 三、物种的多样性 生物多样性:指生物中的多样化和变异性以及物种生境的生态复杂性,它包括植物、动物、 微生物的所有种及其组成的群落和生态系统。 三个层次:遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性。 三、物种的多样性 物种多样性: 指物种水平上的生物多样性。 它是用一定空间范围内物种的数量和分布特征来 衡量的。 两个衡量指标: 1、种的数目或丰富度: (群落中物种的数目) 2、种的均匀度: (物种分配的均匀程度) 1、物种多样性的测度—丰富度指数 Gleason 指数

Margalef 指数 2、物种多样测度—多样性指数 辛普森多样性指数(Simpson’s diversity index)

2、物种多样测度—多样性指数 3、物种多样测度--物种均匀性指数 均匀度指数

4.3 群落的结构(群落的格局) 一、群落的外貌(生活型和生长型) 1.群落的外貌:群落的形态和结构一般称为群落的外貌,它是区分不同植被类型的主要标 志。 2.生活型(life form): 是不同的植物长期生活在相同或相似的环境中,因适应外界环境而具 有一定共同的外貌植物类型。它的形成是植物对相同环境条件趋同适应的结果。 4.3 群落的结构(群落的格局) 一、群落的外貌(生活型) 以休眠或复苏芽所处位置的高低和保护的方式为依据, 常把高等植物划分为五大生活型类 群(丹麦植物学家 C.Raunkiaer) 高位芽植物:芽或顶端嫩枝是位于离地面 25cm 以上的较高处的枝条上; 地上芽植物:芽或顶端嫩枝位于地表或很接近地表处,一般都不高出土表 20~30cm; 地面芽植物:在不利季节,植物体地上部分死亡,只是被土壤和残落物保护的地下部分仍然 活着,并在地面处有芽; 地下芽植物:又称隐芽植物,度过恶劣环境的芽埋在土表以下,或位于水体中; 一年生植物:只能在良好季节中生长的植物,它们以种子的形式度过不良季节。

4.3 群落的结构(群落的格局) 一、群落的外貌(生长型) 按植物体态划分出的不同的类群。 生长型也反映植物生活的环境条件, 相同的环境条件具 有相似的生长型。 (如:陆生植物) 树木:高 3m 以上的高大木本植物(针叶树、阔叶常绿树等) 藤本植物:木本攀援植物或藤本植物。 灌木:较小的木本植物,通常低于 3m 附生植物:地上部分完全依附在其它植物体上生长。 草本植物:没有多年生的地上木质茎。 藻菌植物:地衣、苔藓等低等植物。

4.3 群落的结构(群落的空间结构) 二、群落的垂直结构 群落的垂直结构最直观的就是它的成层性。 1.植物的成层现象——林相(地上)和根系分布(地下) 植物成层现象的意义: 成层现象是群落中各种群之间相互竞争以及种群与环境之间相互选择的结果。 成层现象越复杂,物种对环境的资源利用越充分。 2.动物的成层现象

群落中植物的成层性又为不同类型的动物创造了栖息的环境, 在每一层都有一些动物 特别适应那里的生活。

4.3 群落的结构(群落的空间结构) 三、群落的水平结构 群落的水平结构是指群落的配置情况或水平格局。 植物群落水平结构的主要持征就是它的镶嵌性(mosaic)。镶嵌性是植物个体在水平方向上的 分布不均匀造成的,从而形成了许多小群落(microcoense)。 小群落的形成是由于: 生态因子的不均匀性; 土壤湿度和盐渍化程度的差异; 群落内部环境的不一致; 动物活动(种间相互作用)以及人类的影响等等。

4.3 群落的结构(群落的格局) 四、群落的时间结构 植物种类组成在空间上的配置构成了群落的垂直结构和水平结构, 而不同植物种类的生命活 动在时间上的差异,就导致了结构部分在时间上的相互更替,形成了群落的时间结构。 植物群落的外貌在不同季节是不同的,故把群落季节性的外貌称之为季相。 植物群落时间的成层性——季相变化 温带阔叶林的时间层片表现最为明显:春季类的短命植物层片和夏季长营养期植物层片 (时间上明显层化的结构)

六、影响群落结构的因素 4、岛屿与群落结构 (1)海岛的物种数—面积关系 六、影响群落结构的因素 4、岛屿与群落结构

(2)MacArthur 的平衡说 4、岛屿与群落结构 (3)岛屿生态与自然保护 自然保护区在某种意义上讲是受其周围生境“海洋”所包围的岛屿。因此,岛屿生态 理论对自然保护区的设计具有指导意义。 一般说来,保护区面积越大,越能支持或“供养”更多的物种;面积小,支持的种数 也少。 在同样面积下,一个大保护区好还是若干小保护区好,这决定于建立保护区的目的。

4.4 群落的演替 一、群落演替的概念 群落演替 (community succession)又称生态演替(Ecological succession) :是指在群落发 展变化过程中,由低级到高级、由简单到复杂、一个阶段接着一个阶段,一个群落代替另一 个群落的自然演变现象。 一般将发生在原生裸地上的演替称为原生演替,发生在次生裸地上的演替称为次生演替。 原生裸地是指从来没有植物覆盖的地面,或者是原来存在过植被,但被彻底消灭了(包括原 有植被下的土壤)的地段。 次生裸地是指原有植被虽已不存在, 但原有植被下的土壤条件基本保留, 甚至还有曾经生长 在此的种子或其他繁殖体的地段。 4.4 群落的演替 侵移(迁移) :繁殖体传播到新定居的地方的过程; 定居:植物繁殖体到达新地点后,开始发芽、生长和繁殖的过程; 环境变化:群落演替的重要过程; 物种竞争:各物种成分的比例与优势度变化; 新群落的形成与稳定: “优胜劣汰,适者生存” ,群落结构趋于完善,整个群落及其与环境之 间保持相对的稳定性。 4.4 群落的演替 三、群落演替基本类型 1、原生演替和次生演替(按演替的方向分) 4.4 群落的演替 三、群落演替基本类型 ①原生演替的基本系列 旱生演替系列:原生演替中开始于裸露岩石、砂地等干旱基质上的演替。 水生演替系列:从积水发生的原生演替。 中生演替系列: 起始于具有一定肥力土壤母质上的演替。 如塌方的土石堆积地段或采矿弃土、 河口冲积扇等 裸露矿质土阶段→草本植物阶段→木本植物阶段(从灌木群落变为乔木群落 )

美国东南部农田弃耕地次生演替 2、按演替的方向分 4.4 群落的演替 三、群落演替基本类型 4.4 群落的演替 三、群落演替基本类型 3、按照演替过程的时间长短分 世纪演替:按地质时期计算的演替。 长期演替:以几十年到几百年完成的演替。 快速演替:几年或十几年内完成的演替。 4.4 群落的演替 三、群落演替基本类型 内因性生态演替(或内因动态演替) 演替发生的主要原因是群落内不同物种间的竞争、抑制或种类成分(主要是建群种) 的生命活动,改变了群落的环境,不利于原来的成员,为其他植物的更新创造了有利的生态 环境,如此相互作用,使演替不断向前发展。 外因性生态演替(或外因动态演替) 由于外界环境因素(如:气候的变化、地形的变换、人类的破坏等)的作用所引起的群 落演替。 4.4 群落的演替 三、群落演替基本类型 自养型演替(autotrophic succession) 在演替过程中,群落的初级生产量超过群落的总呼吸量,即 P/R>1,群落中能量或有机物 增加。 异养型演替(heterotrophic succession) 在演替过程中,群落的生产量少于群落的呼吸量,即 P/R<1,群落中能量或有机物减少。 4.4 群落的演替 四、群落演替有关理论 1、演替顶极和顶极群落 群落演替过程中,当群落达到与周围环境取得平衡时(物种组合稳定),群落演替渐渐变得 缓慢,最后的演替阶段称演替顶极;演替最后阶段的群落称顶极群落。 4.4 群落的演替 2、单元演替顶极学说(mono-climax theory) 美国生态学家 Cowles 和 Clements(1916) 认为一个气候区中,植物群落演替朝向一个共同的终点,其终点取决于该地区的气候性质, 主要表现在顶级群落的优势种能够很好地适应于该地区的气候条件, 这样的群落称为气候顶 极群落。 即无论是水生演替, 还是旱生演替, 最后都发展成为一个与当地气候相适应的相对稳定的中 性群落——气候顶极群落; 4.4 群落的演替 3、多元演替顶极(Poly-climax theory)学说

英国生态学家坦斯利(1954)提出的; 如果一个群落在某种生境中基本稳定, 能自行繁殖并结束它的演替过程, 就可看作是顶极群 落,而不必汇集于一个共同的气候顶极终点。 即在一个气候区内, 群落演替的最终结果不一定都形成一个相同的气候顶极群落。 除了气候 顶极外,还可有土壤顶极、地形顶极、火烧顶极等。 单元顶级学说和多元顶级学说的异同点 1)相同点 都承认顶极群落是经过单向变化后,已达到了稳定状态的群落,而顶极群落在时间上变化 和空间上分布都是和生境相适应的; 2)不同点 ⑴单元顶极学说认为在一个气候区内,所有群落都趋同终结于气候顶极;而多元顶级学说 认为所有群落最后不都趋于一个气候顶极; ⑵单元顶极学说认为,气候是演替的决定因素,其它因素只是第二位的,可阻止群落发展 为气候顶极; 多元顶级学说则强调生态系统中各因素的综合影响, 除气候外的其他因素亦可 决定顶极的形成。 4.4 群落的演替 4、顶极格局假说(Climax pattern hypothesis) 美国 Whittaker(1953 年) 任何区域的环境因子都是不断变化的, 随着环境梯度的变化, 各种类型的顶极群落不是截然 呈离散状态,而是连续变化的,因而形成连续的顶极类型,构成一个顶极群落连续变化的格 局。 在这个格局中, 分布最广且通常位于格局中心的顶极群落叫优势顶极, 它是最能反映该地区 气候特征的顶极群落。

本章重点 1.基本概念: 群落、边缘效应、关键种、优势种、建群种、冗余种、顶级群落 2.试述生物群落的基本特征。 3. 什么是群落的原生演替和次生演替?它们二者的区别是什么? 4.评述群落演替“顶极”学说基本理论要点及异同点。

第五章

生态系统生态学

一、生态系统的概念及特征 1、生态系统(ecosystem):生态系统是自然界一定空间的生物与环境之间相互作用、相互制 约,不断演变,达到动态平衡、相对稳定的统一整体,是具有一定结构和功能的单位。 英国生态学家阿瑟?乔治?斯坦利 (原文) Ecosystem is the whole system,? including not only the organism-complex, but also the whole complex of physical factors forming what we call the environment?

一、生态系统的概念及特征 1、 生态系统(ecosystem): 在一定空间中共同栖居着的所有生物(生物群落)与其环境之间由于 不断进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体。 生态系统是一个功能单位,而不是生物学中的分类单位。 一、生态系统的概念及特征 2、系统(system):相互作用、相互依赖的事物有规律地联合的集合体。 许多成分组成 独立的、特定的功能 各成分间相互联系、相互作用 一、生态系统的概念及特征 3、生态系统的特征: 是一个开放系统 具有同外界进行物质和能量交换的能力 处于运动之中 它是发展的,即使出现平衡,也只是相对平衡和动态平衡,如人口增长率为 0,也是有生有 死。 具有自我恢复和调节能力 少量三废的排放,经自然界微生物的分解,也可达到净化。 是不断发展、进化和演变形成的,是一个动态系统 从猿到人,是进化的结果;熊猫则是蜕化的例子。 生态系统是生态学的一个主要结构和功能单位,属于生态学研究的最高层次; 内部具有自我调节能力; 能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能; 营养级的数目受限于生产者所固定的最大能值和能量在流动中巨大损失, 生态系统中营养级 不会超过 5-6 个; 三、生态系统的组成 1 生物群落 生产者 (producer) 消费者 (consumer):食草动物、食肉动物、大型食肉动物 分解者 (decomposer) 2 非生物环境 无机物质 有机物质 气候因素(及其他物理条件) 三、生态系统的组成 三、生态系统的组成 无机物 有机化合物 气候因素 ②生产者 (producer)

③消费者 (consumer) ④分解者 (还原者) (decomposer) 池塘生态系统示意图 生态系统各成份的相互关系 无机物质 有机物质 气候因素 5.2 生态系统的结构 空间结构 时间结构 营养结构 食物链 食物网 5.2 生态系统的结构 一、食物链和食物网 1、食物链 (food chain):生产者所固定的能量和物质,通过一系列取食和被食的关系在生态 系统中传递,各种生物按其食物关系排列的链状顺序。 2、食物网 (food web):食物链彼此交错连结,形成一个网状结构. 二、食物链的类型 1、捕食食物链 2、碎屑食物链 3、寄生食物链 1、捕食食物链 绿色植物为起点到食草动物进而到食肉动物的食物链。 植物-食草动物-食肉动物 草原上:青草-野兔-狐狸-狼 湖泊中:藻类-甲壳类-小鱼-大鱼 2、碎屑食物链 动、植物的遗体被食腐性生物(小型土壤动物、真菌、细菌)取食,然后到他们的捕食者的食 物链. 植物残体-蚯蚓-线虫类-节肢动物 3、寄生食物链 由宿主和寄生物构成 以大型动物为食物链的起点,继之以小型动物、微型动物、细菌和病毒. 后者与前者是寄生关系. 哺乳动物或鸟类-跳蚤-原生动物-细菌-病毒 一个简单的食物链 一个食物链的例子“螳螂捕蝉,黄雀在后” 5.2 生态系统的结构

三、食物网 一种生物常常以多种食物为食, 而同一种食物又常常为多种消费者取食, 于是食物链交错起 来,多条食物链相联,形成了食物网。 食物网不仅维持着生态系统的相对平衡, 并推动着生物的进化, 成为自然界发展演变的动力。 食物网以营养为纽带,把生物与环境、生物与生物紧密联系起来的结构,称为生态系统的营 养结构。 食物网 一个陆地生态系统的部分食物网 落叶林食物网 5.2 生态系统的结构 四、 营养级与生态金字塔 营养级(trophic levels) :处于食物链某一环节上的所有生物种的总和; 生态金字塔(ecological pyramid) :生态系统中的能量、生物量或生物个体数目均通过营养 级逐级减少,将其由低到高绘制成图,就成为一个金字塔形,可分别称为: 能量金字塔(pyramid of energy) 生物量金字塔(pyramid of biomass) 数量金字塔(pyramid of numbers) 三类金字塔统称为生态金字塔。 5.2 生态系统的结构 5.2 生态系统的结构 5.2 生态系统的结构 5.3 生态系统的主要类型 一、按照生态系统的生物成分,可分为: 植物生态系统:植物为主,如森林、草地生态系统。 动物生态系统:动物为主,如鱼塘、畜牧生态系统。 微生物生态系统:细菌、真菌等微生物为主,如土壤腐殖层、池塘底泥。 人类生态系统:人为主体,如城市、乡镇等生态系统。 5.3 生态系统的主要类型 二、按照生态系统结构和外界物质与能量交换状况,可分为: 开放系统:能量和物质可在系统内外不断交换,大多属此类型。 封闭系统:阻止任何物质的输入和输出,但不能阻止能量的出入。如宇宙飞船。 隔离系统:具封闭的边缘,既阻止物质又阻止能量的输入和输出,与外界完全隔绝,这是根 据特殊需要而设计的模拟试验系统。 5.3 生态系统的主要类型 三、根据生态条件:水生生态系统和陆地生态系统 水生生态系统:海洋生态系统和淡水生态系统; 淡水生态系统:流水生态系统和静水生态系统。 陆地生态系统:森林、草原、荒漠、高山等。 森林生态系统:热带、亚热带、温带和寒温带森林生态系统等。 5.3 生态系统的主要类型 过渡生态系统:湿地生态系统。 湿地生态系统:不论其为天然或人工、常久或暂时之沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带,带 有静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体者,包括低潮时水深不超过 6m 的水域。

5.3 生态系统的主要类型 四、根据人为的影响或干预程度 自然生态系统:没有或者没有明显地被人类改造的生态系统 热带雨林、海洋、江河湖泊、高山; 人工生态系统:以人类活动为生态环境中心,按照人类的理想要求建立的生态系统。 城市、农田、人工造林、人工湿地、草坪等。 半自然生态系统:已经经过人类改造,但仍保留着本身重要元素的生态系统。 自然保护区、农业生态系统等。

5.4 生态系统的反馈调节和生态平衡 反馈调节:当生态系统某一成分发生变化,它必然引起其他成分出现一系列相应变化,这些 变化又反过来影响最初发生变化的那种成分。 生态系统是一个开放系统,必须有外部能量的输入,见下图(a) ; 开放系统对外的输出必然影响外部的输入,此即为反馈,见下图(b) ; 系统的理想状态是,系统能够围绕该状态进行调节,这就是反馈调节,见下图(c) 。 自然生态系统的反馈调节 5.4 生态系统的反馈调节和生态平衡 正反馈: 系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化, 反过来加速最初发生变化的成分 所发生的变化,使生态系统远离平衡状态或稳态。 如湖泊污染,导致鱼的数量因死亡而减少,由于鱼体腐烂,加重湖泊污染并引起更多鱼类的 死亡。 负反馈: 系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化, 结果是抑制和减弱最初发生变化 的那种成分的变化,使生态系统达到或保持平衡或稳态。 生态系统中的反馈(正反馈(左)和负反馈(右) ) 生态平衡:生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状态,它包括结构、功能和能量输入 和输出的稳定。 生态阈值:生态系统受外界干扰后,自动调节的极限。 生态危机: 由于人类盲目活动而导致局部地区甚至整个生物圈结构和功能的失衡, 从而威胁 人类的生存。 本章思考题--名词解释 生态系统(ecosystem)√ 食物链(food chain)√ 食物网(food web) 碎屑食物链(detrital food chain) 捕食食物链(grazing food chain) 营养级( trophic level )√ 寄生食物链(parasitic chain) 营养物种(tropic species) 生态危机

本章思考题--问答题 怎样理解生态系统,生态系统具有什么特征? √简述生态系统的基本组成和结构。 举例说明什么是食物链,有哪些类型?各类型有何异同? 生态系统具有自我调节能力,其结构越复杂,物种数目越多,自我调节的能力就越强。 从负反馈机制入手,谈谈生态系统的自我调节功能。 为什么说一个复杂的食物网是使生态系统保持稳定的重要条件? 简述食物链和食物网理论的意义。 谈谈你对生态平衡的看法? 例一、生物圈 2 号工程 生物圈 2 号工程(Biosphere 2) 美国为了探索生态系统奥秘,试验人类离开地球能否生存,1991 年在亚利桑那州图森 市以北沙漠中建造了一个几乎完全与外部世界隔绝的、 内部有着类似地球的各种生态系统的 科学实验基地。 例一、生物圈 2 号工程 它由美国前橄榄球运动员约翰·艾伦发起,并与几家财团联手出资,委托空间生物圈风险投资 公司承建,历时 8 年,耗资 1.5 亿美元,占地 1.3 万 m2,大约有两个足球场大小,采用了全封 闭的钢筋与玻璃结构,仅有阳光、电和信息与外界相通。 引入了 3800 多种生物(植物、动物、微生物)布置成森林生态系统、草地生态系统、水和沼 泽生态系统、 农田生态系统和海洋生态系统, 还有供研究人员生活用的楼房和人造风雨设施。 设计寿命 100 年。1991 年 9 月 26 日投入运行,并进行实验。 例一、生物圈 2 号工程 1991 年,8 个人被送进“生物圈二号” ,本来预期他们与世隔绝两年,可以靠吃自己生产的 粮食,呼吸植物释放的氧气,饮用生态系统自然净化的水生存。但 18 个月之后, “生物圈二 号”系统严重失去平衡:氧气浓度从 21%降至 14%,不足以维持研究者的生命,输入氧气 加以补救也无济于事;原有的 25 种小动物,19 种灭绝;为植物传播花粉的昆虫全部死亡, 植物也无法繁殖。事后的研究发现:细菌在分解土壤中大量有机质的过程中,耗费了大量的 氧气;而细菌所释放出的二氧化碳经过化学作用,被“生物圈二号”的混凝土墙所吸收,又 打破了循环。 1994 年 3 月,7 名科学家再次进入“生物圈二号”进行第二次实验,这种努力在 1 年半之后 再次以失败告终 。 例一、生物圈 2 号工程 1996 年 9 月,由数百名科学家组成的委员会对实验进行了总结。他们认为,在现在技术条 件下,人类无法模拟一个类似地球、可供人类生存的生态环境。 生物圈 2 号实验失败的原因:氧气未能顺利循环。 生物圈 2 号实验失败最主要的启示是: 目前最好的办法还是保护和利用好地球, 进行环境保 护和生态恢复是实现人类可持续发展的必由之路。 例一、生物圈 2 号工程 目前, “生物圈二号”已经成为亚利桑那州沙漠中的一道风景线,每年到此旅游的人数超过 18 万人。游客交上 13 美元,就可以到“生物圈二号”外的各种设施上走一圈。如果再添上 10 美元,还可以进入“生物圈二号” 。 例二、迷你地球 迷你地球

迷你地球”位于日本北部沿海的青森县六所村,面积只有 4700 平方米,是 3 个由不锈钢走 廊连接的体育馆式建筑。整套设施耗资 6500 万美元,于 2000 年建成,眼下研究人员已经开 始进行前期试验。 模拟封闭空间内氧气和二氧化碳在植物、人类和动物之间的循环 2 个人,2 只羊 例二、迷你地球 “迷你地球 ”实验从 2005 年 9 月6日开始,实验的目的之一是,调查食物等所含的碳 是如何在生态系统中循环的。 “迷你地球”是日本财团法人环境科学技术研究所2000年 建造的,总面积5000平方米,其中10%的空间全部密封,在密封空间里除了植物栽培 区外, 还有羊圈和供两名研究人员居住的一室一厅。 两名研究人员和两只山羊靠吃在植物栽 培室收获的大米和蔬菜生活了一周。 例二、迷你地球 2005 年9月13日,日本在封闭空间“迷你地球”进行的为期一周自给自足的实验13日 顺利结束, “迷你地球”送走了第一批“迷你地球人” 。 参加实验的研究员筱原正典在当天的记者招待会上说: “两名‘迷你地球人’靠自己培 育的植物释放出的氧气度过一周时光, 我感到实在了不起。 通过这次实验自己对植物更加情 有独钟,今后会更珍爱植物。 ”筱原正典准备2009年在“迷你地球”居住4个月,向封 闭空间发起新的挑战。 日本环境科学研究所负责“迷你地球”的主要研究工作。这里的高级执行主任、火箭科学家 新田敬二信心十足,他说: “与生物圈 2 号最大的区别之一是,我们花费了大量的金钱和时 间来设计和建立支持生命的系统。 ” “迷你地球”没有使用土壤和依赖微生物,而是使用机器来人工分解和处理废料。这个 人工支持部分占据了整个场地的 1/4。支持系统的中心部分是复原氧气的处理机,使用高温 和电解水的办法从二氧化碳中重新获得氧气。新田认为, “迷你地球”所使用的机械甚至比 美国航空航天局为国际空间站研发的同类设备效率更高。 “我相信在这里开发的技术将来可 以用于航天项目” 。 第六章 生态系统的基本功能 6.1 生态系统的生物生产与分解 一、生态系统中的初级生产 1、生物生产:是生态系统重要功能之一。生态系统不断运转,生物有机体在能量代谢过程 中,将能量、物质重新组合,形成新的产品的过程,称生态系统的生物生产。 生物生产常分为个体、种群和群落等不同层次。 一、生态系统中的初级生产 2、初级生产:生态系统中的能量流动始于绿色植物的光合作用对于太阳能的固定,结果是 将太阳能转化为化学能,简单无机物转化为有机物。因为这是生态系统中第一次能量固定, 因此,绿色植物的这种生产过程称为初级生产(primary production) ,或第一性生产。 绿色植物所固定的太阳能或所制造的有机物质称为初级生产量或第一性生产量(primary production),也可称为初级生产力 。 一、生态系统中的初级生产 2、初级生产 在初级生产过程中, 植物固定的能量有一部分被植物自己的呼吸消耗掉, 剩下

的可用于植物生长和生殖,这部分生产量称为净初级生产量(net primary production)。而包括 呼吸消耗在内的全部生产量,称为总初级生产量(gross primary production)。总初级生产量 (GPP)、呼吸所消耗的能量(R)和净初级生产量(NPP)三者之间的关系是: GPP=NPP 十 R NPP=GPP-R 2、初级生产 ⑴ 影响初级生产的因素 2、初级生产 ⑴ 影响初级生产的因素 陆地生态系统 光、CO2、水和营养物质:基本生产资源 温度:影响光合作用的主要因素,过高或过低均影响效率; 水域生态系统 海洋水域系统 光:最重要的因子; 营养物质:N、P、Fe(Fe 起着类似催化剂的作用) 淡水生态系统 营养物质、光、食草动物的捕食. 2、初级生产 ⑵ 初级生产量的测定方法 收获量测定法(产量收割法) (该法常用于陆地生态系统中农作物、牧草、森林等的生产力估算) 氧气测定法(水域生态系统) 二氧化碳测定法(陆地生态系统) 放射性标记物测定法(海洋生态系统) 叶绿素测定法等 2、初级生产 ⑵ 初级生产量的测定方法 产量收割法:收获植物地上部分烘干至恒重,获得单位时间、单位空间内的净初级生产量。 陆生定期收获植被,烘干至恒重; 以每年每平方米的干物质重量表示; 以其生物量的产出测定,但位于地下的生物量,难以测定; 地下的部分可以占有 40%至 85%的总生产量,因此不能省略; 2、初级生产 ⑵ 初级生产量的测定方法 氧气测定法:总光合量=净光合量+呼吸量 通过氧气变化量测定总初级生产量。 1927 年 T.Garder, H.H.Gran 用于测定海洋生态系统生产量 从一定深度取自养生物的水样,分装在体积为 125-300ml 的白瓶(透光)、黑瓶(不透光)和对 照瓶中; 对照瓶测定初始的溶氧量 IB; 黑白瓶放置在取水样的深度,间隔一定时间取出,用化学滴定测定黑白瓶的的含氧量 DB、 LB; 计算呼吸量(IB-DB),净生产量(LB-IB),总生产量(LB-DB).

黑白瓶法 2、初级生产 ⑵ 初级生产量的测定方法 二氧化碳测定法:用特定空间内的二氧化碳含量的变化,作为进入植物体有机质中的量,进 而估算有机质的量。 用塑料罩将生物的一部分套住; 测定进入和抽出空气中的 CO2; 透明罩:测定净初级生产量; 暗罩:测定呼吸量。 2、初级生产 ⑵ 初级生产量的测定方法 叶绿素测定法: 叶绿素与光合作用强度有密切的定量关系, 通过测定植物体中的叶绿素可以 估计初级生产力。 植物定期取样; 丙酮提取叶绿素; 分光光度计测定叶绿素浓度; 每单位叶绿素的光合作用是一定的,通过测定叶绿素的含量计算取样面积的初级生产量。 2、初级生产 ⑵ 初级生产量的测定方法 pH 测定法:水体中的 pH 值随着光合作用中吸收二氧化碳和呼吸过程中释放二氧化碳而发 生变化,根据 pH 值变化估算初级生产量。 放射性标记测定法:把具有 14C 的碳酸盐(14CO32-)放入含有天然水体浮游植物的样瓶中, 沉入水中,经过一定时间的培养,滤出浮游植物,干燥后,测定放射性活性,确定光合作用 固定的碳量。由于浮游植物在黑暗中也能吸收 14C,因此,还要用“暗吸收”加以校正。 2、初级生产 ⑶地球上初级生产量的分布 不同生态系统类型的初级生产量不同; 陆地比水域的初级生产量大; 陆地上初级生产量有随纬度增加逐渐降低的趋势; 海洋中初级生产量由河口湾向大陆架和大洋区逐渐降低; 生态系统的初级生产量随群落的演替而变化; 水体和陆地生态系统的生产量有垂直变化; 初级生产力随季节变化。 二、生态系统中的次级生产 1、次级生产 初级生产以外的生态系统生产, 即消费者利用初级生产的产品进行新陈代谢, 经 过同化作用形成异养生物自身的物质,称为次级生产(secondary production) ,或第二性生 产。 如:食草、食肉动物、肉、蛋、奶等。 二、生态系统中的次级生产 2、次级生产量的测定方法 按已知同化量 A 和呼吸量 R,估计生产量 P P=C-Fu-R, C-摄入的能量; Fu-尿粪量 根据个体生长或增重的部分 Pg 和新生个体重 Pr,估计 P

P= Pg +Pr 根据生物量净变化△B 和死亡损失 E,估计 P P= △B+ E

三、生态系统中的生物分解 资源分解的过程:碎裂过程、异化过程和淋溶过程三个过程。 资源分解的意义: 理论意义: 通过死亡物质的分解,使营养物质再循环,给生产者提供营养物质; 维持大气中二氧化碳的浓度; 稳定和提高土壤有机质含量,为碎屑食物链以后各级生物生产食物; 改善土壤物理性状,改造地球表面惰性物质; 实践意义:粪便处理和污水处理 6.2 生态系统的能量流动 生态系统中能量流动的过程就是生态系统中能量的输入、传递和散失的过程。 6.2 生态系统的能量流动 地球是一个开放系统存在着能量的输入和输出; 能量输入的根本来源是太阳能; 光合作用是植物固定太阳能的唯一有效途径; 化石燃料则在过去地质年代固定和储存了太阳能; 根据热力学第一定律,能量可以从一种形式转化为另一种形式,在转化的过程中,能量既不 会消失,也不会增加,这就是能量守恒原理; 根据热力学第二定律,能量的流动总是从集中到分散,从能量高向能量低的方向传递。 6.2 生态系统的能量流动 一、能量参数及生态效率 1、能量参数 摄取量(I) :表示各生物所摄取的能量; 同化量(A):动物消化道内被吸收的能量,即消费者吸收所采食的食物能;植物光合作用所 固定的日光能; 呼吸量(R):生物在呼吸等新陈代谢和各种活动所消耗的全部能量; 生产量(P):生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值。 即 P= A- R 6.2 生态系统的能量流动 一、能量参数及生态效率 2、生态效率 生态效率: 各种能流参数中的任何一个参数在营养级之间或营养级内部的比值。 最重要的生 态效率(Kozlovsky,1969)有同化效率、生长效率、消费或利用效率、林德曼效率。 同化效率(assimilation efficiency,AE): 衡量生态系统中有机体或营养级利用能量和食物的效 率。AE=An/In, An 为植物固定的能量或动物吸收同化的食物,In 为植物吸收的能或动物摄 取的食物。 (一般肉食动物比植食动物同化效率高) 生长效率(growth efficiency, GE) : 同一个营养级的净生产量(Pn)与同化量(An)的比值。 (植物的 GE 大于动物) 6.2 生态系统的能量流动

一、能量参数及生态效率 2、生态效率 消费或利用效率(comsumption efficiency,CE) : 一个营养级对前一个营养级的相对摄取量。 CE= In+1/Pn, In+1 为 n+1 营养级的摄取量, Pn 为 n 营养级的净生产量。 林德曼效率(Lindeman efficiency) : 指 n 与 n+1 营养级摄取的食物量能量之比。 它相当于同 化效率、生长效率和利用效率的乘积,即:In+1/In= An/In· Pn/An · In+1/Pn 6.2 生态系统的能量流动 二、生态系统中的能量流动规律 生态系统是一个热力学系统,生态系统中能量的传递、转换遵循热力学的两条定律: 热力学第一定律——能量守恒定律: 在自然界发生的所有现象中, 能量既不能消失也不能凭 空产生,它只能以严格的当量比例由一种形式转变为另一种形式。 热力学第二定律——能量效率和能流方向定律: 在封闭系统中, 一切过程都伴随着能量的改 变,在能量的传递和转化过程中,除了一部分可以继续传递和做功的能量(自由能)外,总有 一部分不能继续传递和做功,而以热的形式消散,这部分能量使系统的熵和无序性增加 。

十分之一定律 6.2 生态系统的能量流动 6.3 生态系统中的物质循环 在生态系统的各个组成部分之间,不断进行着物质循环。氢、氧、碳、氮、硫、磷是 构成生命有机体的主要元素, 也是自然界中的主要元素。 生物圈中这些元素的循环在生命活 动中起着重要作用。 一、物质循环的有关概念及类型 1、生物地球化学循环:生态系统从大气、水体和土壤等环境中获得营养物质,通过绿色植 物吸收,进入生态系统,被其他生物重复利用,最后再归还于环境中的过程。 这一过程包括生物与非生物二者的参与, 同时也包含一些地质与地理作用在內, 因此称为生 物地球化学循环。 2、生物小循环:环境中元素经生物吸收,在生态系统中被相继利用,然后经过分解者的作 用再为生产者吸收、利用。 生物小循环 一、物质循环的有关概念及类型 3、物质循环的几个基本概念 库(pool):指某一物质在生物和非生物环境中暂时滞留(被固定或储存)的数量; 流通率 (rate of circulation) :是指单位时间、 单位面积 (体积) 内物质移动的量, 可用 g/ (亩.d) 或 kg/(亩.d)表示; 周转率(turnover rates):指物质出入一个库的流通率和库量之比,即

周转时间(turnover time):是周转率的倒数。 一、物质循环的有关概念及类型 4、生物地化循环的类型

水循环 气体型循环 在气体循环中,物质主要储存库是大气和海洋,具有明显的全球性 ; 如:氧循环、碳循环、氮循环 沉积型循环 沉积循环的主要储存库是岩石圈和土壤圈, 与大气无关。 沉积物通过岩石风化作用和沉积物 自身的分解,释放养分。 如:磷循环、硫循环 6.3 生态系统中的物质循环 二、水循环 水循环是太阳能推动,在陆地、大气和海洋间循环; 地表总水量:1.4×109km3,海洋约占 97%; 水的循环: 陆地:蒸发(蒸腾)71,000km3,降水 111,000km3 ,径流 40,000km3 海洋:蒸发 425,000km3,降水 385,000km3 二、生态系统中的水循环 三、生态系统中的碳循环 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,大多以二氧化碳和碳 酸盐的形式存在。 碳循环以三种方式实现(通过植物呼吸或发酵;通过动物呼吸;通过化石、矿物质、天然 气等燃烧) 。 三、生态系统中的碳循环 水、氧和二氧化碳的循环 四、生态系统中的氮循环 氮主要以氮气的形式存在于大气中。 氮是形成蛋白质、氨基酸和核酸的主要成份,是生命的基本元素。 大气中含量丰富的氮绝大部分不能被生物直接利用。大气氮进入生物有机体的主要途径有: ①生物固氮;②工业固氮;③岩浆固氮;④大气固氮(闪电固氮、宇宙线作用等) 氮循环的主要过程 氨化作用:由氨化细菌和真菌的作用将有机氮分解成为氨和氨化合物,氨溶水成为 NH4+, 为植物利用; 硝化作用: 在通气良好的土壤中, 氨化合物被亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌氧化为亚硝酸盐和 硝酸盐,供植物吸收利用; 反硝化作用:反硝化细菌将硝酸盐转变成氮气,回到大气库中。 四、生态系统中的氮循环 五、生态系统中的磷循环 磷是生物的重要营养成份,主要以磷酸盐的形式存在。 磷是携带遗传信息 DNA 的组成元素,是动物骨骼、牙齿和贝壳的重要组成。 五、生态系统中的磷循环 六、生态系统中的硫循环 地球上的硫大部分存在于岩石、矿物和海底沉积物中。

大气圈中硫主要来源于火山爆发和化石燃料的燃烧。 含硫化石燃料(煤和石油)的燃烧;炼油、冶金工业和其它工业过程。 六、生态系统中的硫循环 六、生态系统中的硫循环 七、有毒有害物质的循环 1、有毒物质的类型 有毒物质(toxic substance)又称污染物(pollutant),按化学性质分两类。 无机有毒物质主要指重金属、氟化物、和氰化物; 有机有毒物质主要有酚类、有机氯药等。 按污染物的作用分一次污染物和二次污染物。 前者由污染源直接排入环境的, 其物理和化学性状未发生变化的污染物, 又称原发性污染物; 后者是由前者转化而成, 排入环境中的一次性污染物在外界因素作用下发生变化, 或与环境 中其它物质发生反应形成新的物理化学性状的污染物,又称继发性污染物。 七、有毒有害物质的循环 2、有毒物质的迁移和转化 迁移(transport)是重要的物理过程,包括分散、混合、稀释和沉降等; 转化(transformation)主要是通过氧化、还原、分解和组合等作用,会发生物理的、化学的和 生物化学的变化。 3、DDT (二氯二苯三氯乙烷)的循环 小结 物质循环具有全球范围性、反复性。 6.4 生态系统中的信息传递 信息传递是生态系统的重要功能之一。 生物之间交流的信息是生态系统中的重要内容,通过它可以把同一物种之间,以及不同 物种之间的“意愿”表达给对方,从而在客观上达到自己的目的。 信息(觅食、求偶、警告等) ,形式主要有四种: 1)物理信息 2)化学信息 3)营养信息 4)行为信息 6.4 生态系统中的信息传递 6.4 生态系统中的信息传递 一、物理信息——由声、光和颜色等构成; (猫头鹰、萤火虫、毒蛇) 6.4 生态系统中的信息传递 二、化学信息——生物代谢作用产物产生的化学物质; (酶、生长素、性诱激素) 如:动物的气味; 6.4 生态系统中的信息传递 三、营养信息——由食物和养分构成(食物链) ; 四、行为信息——(无论是否同一种群)用不同的行为动作传递不同的信息。 (蜜蜂的 8 字舞)

总结 能量流动是单向流动,逐级递减; 物质循环具有全球性,反复运动; 物质是能量流动的载体; 能量是物质循环的动力; 信息传递能调节生物的种间关系,维持生态系统的稳定。 本章思考题 名词解释: 初级生产、次级生产、净出级生产量 同化效率、生态效率 林德曼效率 库,流通,流通率,周转率,周转时间 本章思考题 问答题 简述初级、次级生产力的测定方法。 气体型物质循环与沉积型物质循环在生态系统中的循环有哪些异同? 有毒有害物质的循环具有什么特点,怎样控制? 简述生态系统物质循环中(C、N、S、P)循环的循环过程,及其受干扰后分别会产生哪些 危害?(作业)

生态系统的基本类型 7.1 陆地生态系统 一、陆地生态系统概述 二、森林生态系统 三、草原生态系统 四、荒漠生态系统 五、苔原生态系统 一、陆地生态系统概述 1、陆地生态系统的特点 2、影响陆地生态系统分布的因素 3、陆地生态系统的水平分布格局 4、陆地生态系统的垂直分布格局 1、陆地生态系统的特点 特点 陆地生态系统是地球上最重要的生态系统; 陆地生态系统主要包括:森林,草原和荒漠; 陆地生态系统阳光充足,但空气中 CO2 稀少,光合作用弱,能量与物质的周转速率慢; 陆地生态系统温度变化大; 营养物质主要由土壤溶液进入生物体。 生物的对策 选择发达的支持组织:根,枝,茎杆;

选择发达的保护组织:对各种变化的适应; 选择发达的吸收组织:发达的枝叶,发达的根系。 2、影响陆地生态系统分布的因素 纬度 太阳的辐射量与纬度呈现有规律的变化; 由赤道向两极,每移动一个纬度(约 111km) ,气温平均降低 0.5-0.7℃; 生态系统的变化在空间上的地带性来自纬度的变化,在时间上的周期性来自太阳的周期变 化。 经度 生态系统的径向分异来自水分梯度沿径向的变化,这种变化是由海陆格局变化引起的; 以沿海为起点,依次呈现湿润,半干旱到干旱;生态系统也依次出现湿润区森林,半干旱草 原到荒漠。 2、影响陆地生态系统分布的因素 海拔 海拔高度每升高 180m,气温下降 1 ℃; 降水先随海拔高度的增加而增加,到一定限度后,又降低; 总体呈现有规律地垂直更替,也称为垂直地带性。 地形与岩石性质 地形可以改变大气环流,岩石性质主要有酸性和碱性。 3、陆地生态系统的分布规律 纬度地带性 经度地带性 垂直地带性 3、陆地生态系统的分布规律 ——纬度地带性 由于太阳高度角及其季节变化因纬度而不同,太阳辐射量及与其相关的热量也因纬度而异, 从赤道向两极温度递减。 由于热量沿纬度变化, 出现群落和生态系统类型的有规律更替, 如从赤道向北极依次出现热 带雨林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、北方针叶林与苔原。 3、陆地生态系统的分布规律 ——经度地带性 在北美和欧亚大陆,由于海陆分布格局与大气环流特点,水分梯度常沿经向变化,因而导致 群落和生态系统经向分异,即由沿海湿润区的森林,经半干旱的草原至干旱的荒漠。 与纬度地带性表现的自然规律不同,经度地带性是局部大陆的自然地理现象。 3、陆地生态系统的分布规律 ——垂直地带性 海拔高度每升高 100 米,气温下降 0.4-0.6℃,降水最初随高度增加而增加,超过一定高度 增加而降低。 由于海拔高度的变化,常引起群落和生态系统有规律的更替。 表现垂直带谱:山地季雨林、山地常绿阔叶林、落叶阔叶林、针阔混交林、针叶林、高山矮 曲林、高山草原与高山草甸、高山永久冻土带 。 二、森林生态系统 1、森林生态系统的分布规律 2、森林生态系统的主要特征

3、森林生态系统的功能 4、我国的森林资源现状 1、森林生态系统分布规律 2、森林生态系统的主要特征 生物种类多、结构复杂; 系统稳定性高; 物质循环的封闭程度高; 生产效力高。 3、森林生态系统的功能 具有综合的环境效益; 调节气候; 涵养水源,保持水土; 作为生物遗传资源库。 4、我国的森林资源现状 我国森林生态系统的主要问题: 森林生态系统比例小,地理分布不均匀; 森林生态系统生物群落结构发生变化,系统自身调节能力下降; 恢复和重建速度慢。 森林生态系统破坏的生态危害: 促进沙漠化的过程; 对大气化学产生影响; 引起气候变化、增加自然灾害发生的频率。 4、我国的森林资源现状 我国森林生态系统恢复和重建对策: 加快森林生态战略工程的建设,增大比例、改变格局; 积极推广农林复合生态系统的建设; 尽快建立南方用材林基地; 加强科学管理,发挥现有森林综合效益潜力。 六种主要的树形模式

(1)热带雨林 热带雨林的生态环境: 高温多雨高湿:年均气温 26 ℃以上,月均气温 20 ℃以上;年降水 2500-4500mm; 多云雾,日照率低; 酸性土壤,极为贫瘠:受强烈淋蚀,主要为红土; 雨林所需营养主要来自死去的植物,成为一个封闭体系。

热带雨林外貌 (1)热带雨林 热带雨林的特点: 物种丰富 热带雨林中的动植物都是数千年演化的结果, 具有原始的多样性; 高等植物达 45000 种以上,

除乔木外,还有藤本植物和附生植物;世界上50%(有说90%)以上的物种只能以热带 雨林为家。 结构复杂 物种间相互依存,每个种几乎都以其它种的存在为前提;植物对环境的适应,达到极其完善 的程度。 热带雨林的结构 A 乔木,高 50-65m;B-乔木,高 20-40m;C-乔木,高 5-16m; D-灌木,高 5m;E-地被,高 30-70cm。 绞杀植物 附生植物 附生植物 雨林中藤本植物 寄生植物大花草 (1)热带雨林 热带雨林的特点: 构造特殊 板状根;裸芽;叶子大小中等,形状相似;茎花,四季开放;多昆虫传粉。 无明显季相交替 终年有生长活动,但有生命规律;如乔木叶子平均寿命为 13-14 个月; 四季开花,但各有盛花期。 老茎生果的菠萝蜜 板状根 热带雨林 老茎生花 老茎生花 (1)热带雨林 热带雨林分布: 热带雨林主要分布在中、 南美洲亚马逊河流域、 非洲刚果盆地、 南亚等地区。 中国云南、 台湾、海南及澳大利亚局部地区也有分布。我国的雨林因纬度偏北又受季风影响,所以种类 和外貌不同于典型雨林,以山地雨林和沟谷雨林为主,分布在海南、滇南、雷州半岛和台湾 南端。 (1)热带雨林 热带雨林的生态功能: 动物种类丰富 种类多,每种的数量少,为窄生态幅种类; 能流与物质流的速率高,呼吸消耗量大;是陆地生态系统中生产力最高的类型 地上生物量可达 300 t/hm2 ,年总初级生产力可达 124.4 t/hm2 ,净初级生产力为 29.8 t/(hm2·a)。 太阳能固定量为 3.43×107J/ m2·a,光能利用率 1.5%,为农田的 2 倍; (1)热带雨林

热带雨林的生态功能: 生物资源丰富,经济价值高 珍贵物种, 经济价值高的物种 (美国前总统里根遇刺治疗中所使用的一种重要的降血压药物 就来自亚马逊雨林中的毒蛇身上) 。 对全球生态效率有重大影响 热带雨林是地球的一片肺叶,能吸收大量二氧化碳,放出氧气,并维持热带地区乃至调节全 球的雨水。 热带雨林消失将导致水土流失,干旱,炎热,并最终荒漠化。

皮翼目—鼯猴 乌叶猴 (2)常绿阔叶林 常绿阔叶林的生态环境 主要分布在欧亚大陆东岸北纬 20-40 度之间; 夏季炎热多雨,冬季少雨寒冷,春秋温和,四季分明; 土壤为红壤、黄壤或黄棕壤 特点 结构较雨林简单,乔木一般分两个亚层,上层一般高 20m,第二层高 10-15m,灌木、草本、 藤本与附生植物均不如雨林; 生物量与净生产力较雨林低,地上生物量 150-170 t/hm2,净初级生产力 10 t/(hm2·a)。 (2)常绿阔叶林 分布 亚洲常绿阔叶林主要分布于我国,另外在日本和朝鲜半岛也有少量分布。 我国的亚热带常绿阔叶林北起秦岭淮河一线,南至北回归线附近,地区跨度较大,气候条件 南北差异明显,可以划分为北亚热带、中亚热带和南亚热带常绿阔叶林三个类型。 现状 我国常绿阔叶林是地球上面积最大,发育最好的一片; 大部分开垦成稻田,成为粮食产区,少部分残存于山地。 (2)常绿阔叶林 常绿阔叶林景观 (2)常绿阔叶林

落叶阔叶林的的生境特点及分布 又称为夏绿阔叶林, 是在温带湿润气候条件下形成的地带性生态系统, 在北半球主要分布于 西欧、北美东部和东亚。在我国主要分布于华北地区和东北南部。在南半球分布很少。 气候特征为夏季炎热多雨,冬季寒冷干燥,四季变化明显;该系统典型的土壤类型为棕壤和 褐土。 特点 主要有三层:乔木层,灌木层和草层,层次清楚; 净初级生产力为 10~15 t/(hm2·a),现存生物量可达 200~400 t/hm2, (见书上表 12-2) ;

消费者众多,既有哺育类动物如鹿、獐、棕熊、野猪、狐、松鼠等,鸟类如野鸡、鸟等,还 有各种昆虫; 现状 原始的落叶阔叶林仅存于山地,平原及低丘多被开发为农田,为棉花,小麦杂粮和落叶果的 产地,如我国的华北平原。 温带落叶阔叶林四季变化 落叶阔叶林

(4)北方针叶林 北方针叶林的生境特点及分布 在北美和欧亚大陆北部有一条宽广的巨大森林带, 即寒温带针叶林系统, 也称为泰加林系统, 主要分布于北纬 45°~70°之间的寒温带气候区。我国仅分布于大兴安岭北部和阿尔泰山。 气候特征是夏季温凉短促,冬季严寒而漫长,冬季有积雪,常有冻土层出现。典型的土壤类 型为灰化土。 土壤为棕色针叶林土,有永冻层,不适宜耕作,自然面貌保存完好。 (4)北方针叶林 特点 乔木以松、杉为优势种,且多为单优势种森林;灌木层稀疏,地被层发达,落叶层厚,根系 较浅; 净初级生产力低,仅 4.5~8.5 t/(hm2·a),为森林系统种最低; 动物主要有鹿、貂、兔、鼠等及大量土壤动物和昆虫,昆虫多为害虫,动物的数量年际变化 大,原因是食物多样性低。 现状 由于不适合耕作,保存较好; 组成整齐,便于采伐,为主要木材来源(占木材总量的一半以上) 针叶林景观 针叶林景观 明亮针叶林 暗针叶林 寒温带针叶林 毛皮动物紫貂 猞猁

三、草原生态系统 1、草原生态系统的类型、分布和特点 2、草原生态系统的基本特征 3、草原生态环境现状 4、草原生态环境恶化的原因 5、恢复和保护对策 1、草原生态系统的类型、分布和特点 草原生态系统的类型

降水减少 荒漠草原 辐射量增加 典型草原

降水增加 草甸草原 辐射量减少

草原生态系统的分布: 温带草原是陆地主要生态系统之一, 分布于内陆干旱到半湿润气候区, 主要有欧亚大陆草原、 北美草原和南美草原等。 我国温带草原是欧亚草原的一部分, 从东北的松辽平原经内蒙古一直到达黄土高原, 呈东北 -西南连续呈带状分布,主要包括三个类型,即草甸草原、典型草原和荒漠草原。 草甸草原 典型草原 荒漠草原 1、草原生态系统的类型、分布和特点 草原区具有大陆性气候,四季分明,夏季温暖,冬季严寒。雨量少,多集中于夏季,且年际 变化较大; 地带性土壤为富含腐殖质的黑钙土和栗钙土, 它们是世界上生产力最高的地带性 土壤之一。 草原生态系统的特点: 草原生态系统中生产者的主体是禾本科、 豆科和菊科等草本植物, 优势植物以丛生禾本科为 主。 垂直结构通常分为三层:草本层、地面层和根层。 气候(温度)对草原植物有明显的影响。 草原生态系统中的初级消费者有适于奔跑的大型草食动物、 穴居的啮齿动物以及小型的昆虫 等;食肉动物有狼、狐、鼬、猛禽等。 初级生产量在所有的陆地生态系统中居中等或中等偏下水平。 温带草原 热带草原 2、草原生态系统的基本特征 3、草原生态环境现状 20 世纪 60 年代以来,草原生态系统普遍出现草原退化现象。20 世纪 70 年代中期,全国退 化草原面积占草原总面积的 15%, 20 世纪 70 年代中期,增加到 30%以上。全国草原退化 面积以 1000-2000 万亩的速度扩展。 草原退化的主要特征: 群落优势种和结构发生改变; 生产力低下,产草量下降; 草原土壤生态条件发生巨变,出现沙化(sandification)和风暴; 固定沙丘复活、流沙在掩埋草场; 鼠害现象严重; 动植物资源遭破坏,生物多样性下降。 4、草原生态环境恶化的原因 超载过牧; 不适宜的农垦; 人类对资源的掠夺性开采。

5、草原生态系统恢复和保护对策 实行科学管理; 发展人工草场; 建立牧业生产新体系。 四、荒漠生态系统 四、荒漠生态系统 毛乌素沙地白芨滩国家级自然保护区 荒漠地区的植物 柴达木盆地的骆驼刺 荒漠中的仙人掌 ②荒漠动物系统特征 沙蜥 毛腿沙鸡 骆驼 四、荒漠生态系统 2、荒漠生态系统类型: 荒漠生态系统(desert ecosystem):是地球上最为干旱的地区,其气候干燥,蒸发强烈。由超旱 生的小乔木、灌木和半灌木占优势的生物群落与其周围环境所组成的综合体。有石质、砾质 和沙质之分。习惯上称石质、砾质的荒漠为戈壁(gobi),或戈壁沙漠(gobi desert);沙质荒漠为 沙漠(sandy desert)。 四、荒漠生态系统 3、荒漠生态系统的特征: 生态环境严酷; 荒漠生物群落极为稀少,植被丰富度极低; 植物群落以超旱生小乔木和半木本植物为优势物种; 生态系统生物物种极度贫乏,种群密度稀少,生态系统脆弱; 4、荒漠化及荒漠化防治 荒漠化(desertification): 荒漠化是指在干旱、半干旱地区和一些半湿润地区,生态环境遭到破坏,植被稀少或 缺少,土地生产力有明显的衰退或丧失,呈现荒漠或类似荒漠景观的变化过程。我国的荒漠 化土地占国土面积的 8%。 全球荒漠化 据 1996 年 6 月 17 日联合国防治荒漠化公约秘书处发表的公告 全球:约 10 多亿人(1/5)受荒漠化的直接威胁。其中荒漠化损失表土 240 亿吨,涉及全 球 1/3 的陆地面积,亚州为 14 亿公顷。 因荒漠化每年损失 420 多亿美元,亚州 210 亿。 荒漠化速度:每年以 5-7 万 km2 的速度扩大。 中国的八大沙漠和四大沙地 4、荒漠化及荒漠化防治 荒漠化的主要危害: 对土地资源的损害;

造成作物死亡; 毁坏各种建设工程; 损害水利、河道的正常效益; 对通讯和输电线路的危害; 引起沙尘暴。 荒漠化防治对策: 加强领导; 重视保护濒临荒漠化的生产性用地; 加强综合整治工作; 因地制宜进行治理。 五、苔原生态系统 苔原又称冻原,出现在高纬度和高海拔的寒冷地区,分布于欧亚大陆和北美北部沿海地区, 也包括北冰洋中的岛屿。 我国只有高山冻原,分布在长白山和阿尔泰山西部高山带。 苔原生态系统(tundra ecosystem)是由极地平原和高山苔原的生物群落与其生存的环境所组 合成的综合体。 1、苔原生态系统的特征 苔原生态系统的主要特征是低温、生物种类贫乏、生长期短、降水量少。 优势植物: 多年生灌木、苔草、禾草、苔藓和地衣,植被的高度一般只有几厘米。 典型动物有: 驯鹿、旅鼠、北极狐、北极黄鼠,在美洲还有麝香牛、雷鸟和雪枭。 冻原带景观 苔原带的垫状植被 苔原带动物 苔原带动物—北极狐 雷鸟 雪 兔 7.2 水域生态系统 地球表面海洋面积占 2/3 以上,陆地上还有江、河、湖、沼和水库等水体,这些水体,不论 咸水或淡水,面积或大或小,其中都生活着生物有机体,它们与其水环境共同形成各种不同 的水域生态系统或称为水生生态系统。 根据水化学性质不同, 可以分为淡水生态系统和海洋 生态系统。 7.2 水域生态系统 各种水体及同一水体的不同部分,自然条件也不完全一致,形成不同的生境,分别生活着各 种不同的水生生物。 一般将水体沿垂直方向分为深水层、 中水层和表水层三部分, 生物也被划分为几个相应的生 态类群:底栖生物、自游生物、浮游生物和漂浮生物。 水域生物不同生态类群 7.2 水域生态系统 水域生态系统的类型: 淡水生态系统 海洋生态系统 水域生态系统的特点:

水域生态系统的环境特点 水域生态系统的营养结构特点 水域生态系统的功能特点 7.2 水域生态系统 水域生态系统的恢复和保护对策: 减少污水排放量; 实行综合保护措施,提高系统自身的抵抗力; 正确认识水生生物群落特征,合理利用生物资源。 一、湿地生态系统 1、湿地生态系统的概念 湿地生态系统(wetland ecosystem):是指地表过湿或常年积水,生长着湿地植物的地区。湿 地是开放水域与陆地之间过渡性的生态系统, 它兼有水域和陆地生态系统的特点, 具有独特 的结构和功能。 一、湿地生态系统 2、湿地生态系统的功能: 天然的基因库(生物多样性保护) ; 潜在资源(提供天然产品:水稻、各种水产品等) ; 净化功能(地球之肾) ; 气候和水文调节等功能。 3、湿地及其保护 湿地定义:湿地指不论其为天然或人工、永久或暂时的沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带, 常带有静止或流动、 咸水或淡水, 半碱水或碱水水体, 包括低潮时水深不过 6m 的滨岸海域。

郑东新区人工湿地 3、湿地及其保护 湿地保护 1971 年全球政府间的湿地保护公约《关于特别作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》 (简称 《湿地公约》 )诞生; 到 1999 年已有 96 个国家加入《湿地公约》 。 我国于 1992 年正式加入。 我国目前已建立各类保护区 152 处,有 7 个自然保护区被列为国际重要湿地。 4、中国湿地及分类 近海及海岸湿地 河流湿地 湖泊湿地 沼泽和沼泽化草甸湿地 库塘 二、淡水生态系统 淡水生态系统包括河流、湖泊、溪流、池塘和水库等,大多数面积较小边界明确,因而常常 成为研究生态系统结构与功能的理想对象。 根据水的运动分为流水(江河)与静水(湖泊)两类淡水生态系统。 1、淡水湖泊生态系统 生境特征

水文状况与河流关系密切; 既有地带性,又受高程影响; 水温随季节变化,夏季顺温,冬季逆温; 我国的淡水湖泊一般为重碳酸钙水。 1、淡水湖泊生态系统 淡水湖泊湿地的资源、结构与功能(生态特征) 处于水陆过渡带,兼有水陆两种生态特征; 水生植物的促淤功能强,能蓄积水陆两相的营养物质以提高肥力。 具有较高的渔业和水生动物的生产能力; 能为候鸟提供充足的食物,形成有利于珍禽栖息的生态链; 调蓄洪水。 1、淡水湖泊生态系统 淡水湖泊湿地的破坏(水体富营养化) 水体富营养化是指工业废水、生活污水以及农田施用的化肥中的氮、磷、钾等营养物质大量 进入湖泊、河口、海湾等缓流水体,导致水体中营养物含量增加,引起藻类及其他浮游生物 大量繁殖、 沉水植物逐渐减少甚至消失、 水体透明度降低、 溶解氧下降、 水生生物大量死亡, 最终水生态系统多样性下降、生态功能丧失的现象。 水体富营养化的危害 藻类大量滋生 鱼类大量死亡 水中溶解氧急剧下降 青岛——奥运保卫战 我国重点湖泊水质现状

巢湖:中度污染,中度富营养 洪泽湖:重度污染,轻度富营养 洞庭湖:中度污染,中度富营养化 2007 年洞庭湖鼠灾,天灾还是人祸? 鄱阳湖:轻度污染,中度富营养化 2、淡水沼泽生态系统 基本特征 水文特征:地表常年过湿或有薄层积水,是地表水和地下水的过渡类型; 泥炭特征:又称草炭,是沼泽形成和发育的产物; 植物特征:沼泽生态系统的主要组成部分,又是其指示特征; 淡水沼泽的分布 世界:主要分布在北半球的寒带森林,森林苔原地带以及温带森林的草原地带; 中国:东北寒温带,温带湿润区,如大、小兴安岭,长白山,四川和西藏的高原高山地带。

2、淡水沼泽生态系统 沼泽生态系统的结构与功能 植物和动物群落具有水陆相兼性和过渡性; 具有完整的食物链:绿色植物—昆虫、软体动物及小鱼虾—游禽、两栖和哺育动物——泽鹞 (顶级肉食动物) 生产力高,能量流小,营养大量蓄积,排干水分后能形成肥沃农田 珠江三角洲,江汉平原,洞庭湖平原,太湖平原等 三、海洋生态系统 在浩瀚的海洋中生活着大量的生物, 既有以各种浮游藻类为主的植物, 也有从原生动物到脊 椎动物几乎所有的动物门类,约达 25 万种之多,它们构成了错综复杂的食物网,形成独特 的海洋生态系统。 广阔的海洋由于各部分的深度、光照、盐分和生物种群组成不同,可进一步划分为海岸带、 浅海带和远洋带等,它们之中又包括许多次级生态系统。

1、 海洋生态系统概述 海洋是辽阔的:总面积 363×106km2,占地球总面积的约 70%; 海洋是很深的:并在一切深度都有生物存在; 海洋是连续的,没有任何物理障碍阻碍一种生物到处繁殖生长,调节因素只是温度、光照和 盐度; 海水总处在不断的环流之中,使生物总处在动荡之中; 海洋受波涛和潮汐控制,涨潮和退潮改变着沿海的生境; 海洋都是含盐的,各种无机盐含量达 3.5; 海洋中某些生命的必需元素随生物残骸沉入海底后,既不能矿化,也难以再利用,只有在上 涌流存在时才能再进入系统。 1、 海洋生态系统概述 海洋具有明显的分带; 海洋生态系统食物链具有多样性; 海洋生态系统的生产力 海洋的初级生产力:15×109t 碳或 30×109t 有机物;远低于陆地( 102×109t 有机物) ; 海洋的次级生产力:以鱼类计算,为 240 ×106t; 海洋不同区域的生态效率不同; 营养级数越少,生态效率越高; 上涌带的生产力最高,海岸带次之,大洋区最低; 鱼类并不为人类独享。 虽然海洋具有巨大的初级生产力,但迄今海洋为人类提供的食物仅为 1%,或约为蛋白质的 5%。 海洋的主要分带 2、河口生态系统 定义 地球上陆海两类生态系统的交替区,即河流入海处的海湾。 生境特征 盐度:具有周期性和季节性变化

潮差大的地方:高潮时等盐线上移,低潮时下移; 热带和亚热带:春、夏雨季为低盐,秋、冬旱季为高盐; 温带:冬、春季低盐(冰雪融化) 底质:富含有机物的颗粒物,细菌数量多; 温度:变化大,与周围沿岸水比较,冬天更冷,夏天更暖; 波浪作用与水流:波浪小,水流受海潮和河流流速的影响; 混浊度:混浊度高时,透明度下降,影响光合作用; 氧:水体氧充分,底质中严重缺氧,但潜居动物有充氧作用; 2、河口生态系统 生物种类 广温性、广盐性和耐低氧的生物,种类简单。 主要组成 海洋动物:来自海洋的入侵种类,为主要成分; 淡水动物:主要是广盐性淡水动物,少数; 半咸水动物:适应于低盐条件的特殊种类。 生态特征 浮游植物类光合作用时间长,其中的甲藻易形成赤潮; 浮游动物多为阶段性种类,终生种类少; 底栖动物主要为广盐性种类,如泥蚶(han) 、牡蛎等; 游泳生物只有鲻鱼等少数种类终生生活,阶段性生活的种类众多 3、浅海生态系统 定义 介于海滨低潮带以下的潮下带至深度 200m 左右大陆架边缘之间,属海滨浅水地区。 生境特征 波浪:是重要特征,能将海水和底质联系在一起; 盐度:较深海容易变化,即盐度不稳定; 温度:温度多变,并受季节影响; 透明度:较低; 底质:主要为沉积物,硬基质较少。 3、浅海生态系统 生物群落 浮游生物:主要为硅藻和甲藻,数量具有季节性变化; 底栖生物: 植物主要为底栖硅藻和大型海藻; 动物主要为多毛类, 甲壳类, 棘皮类和软体类; 浮游生物:有鱼类,大型甲壳类(龟、鳖) ,哺育类(鲸、海豹)和海鸟类; 我国近海主要鱼类有:大、小黄鱼,带鱼、墨鱼(四大家鱼)和鲱鱼,马面鲀(河豚) ,鲳 鱼等。 4、大洋生态系统 (1)生境特征: 阳光:表层阳光充足,且透光层深度可达 200m 以上; 温度:有一个几百米至上千米的温跃层,其下水温低,变化小,1500m 以下基本恒温; 压力:影响最大,每隔 10m 增加 1 个大气压; 溶解氧:表层接近饱和,500-1000m 出现最小值,深水区含氧量增加,底部又下降; 盐度:基本稳定; 食物:深海是唯一没有初级生产力的地区;

底质:主要是微细沉积物,称为“软泥(softooze) ” 4、大洋生态系统 ——(2)深海生物的适应 对黑暗的适应 中层:发达的眼睛 深层:眼睛退化,体色适应,如银灰,紫红和亮红等; 深处:无色或白色 捕猎食物器官的特化 口大趋于吞食,发光器官作为诱饵等; 种群延续的适应 雄性个体寄生在雌性个体上,以延续种群; 对高压的适应 深水鱼没有鳔,以减少与外界的压力差; 对柔软底质的适应 长的附肢,丰富的刺等。 4、大洋生态系统 —— (3)生物群落组成 上层 浮游植物以“微型浮游生物”为主,主要为蓝细菌和蓝藻;浮游动物基本上是“终生浮游生 物” ,并及其丰富,主要有乌贼、金枪鱼,鲸等; 中层 主要是大型磷虾 底栖动物 主要有甲壳类,等足类,端足类等; 海参是底栖动物群落的主要组成部分。 4、大洋生态系统 —— (4)海洋赤潮 定义 又名红潮,因海水中某些浮游植物、原生动物或细菌在一定条件下,短时间内突发性增殖或 聚集而引起的一种水体变色的生态异常现象。属海洋污染的主要类型之一。 赤潮的颜色由生物种类和数量决定,除红色外,还有白、黄、褐、绿等。 4、大洋生态系统 —— (4)海洋赤潮 赤潮产生的原因 富营养化物质的输入; 其它理化因素:温度,光照,海流和微量元素等。 多数赤潮生物都是在相当一段时间内, 在底泥中以休眠孢子存在, 底泥环境的变化使休眠孢 子发芽,向水中释放游离细胞,形成赤潮。 赤潮的危害 使鱼类因鳃塞而死; 生物体内的有毒物质经食物链被贝类富集,使贝类中毒。 7.3 城市生态系统 一、城市化与城市生态系统 (1) 、城市化概念

城市化:是指人口向城镇或城市地带集中的过程,表现为人口增多和城市规模的不断扩大, 城市地区居民的生活、居住方式等变化及其衍生的后果。 一、城市化与城市生态系统 (2) 、当代城市化趋势 城市规模迅速扩大,世界城市化的主流向发展中国家转移; 城市中心区人口下降,郊区城市化; 强化城市中心区的功能; 区域性城市群的形成。 一、城市化与城市生态系统 (3)、城市化的生态后果 (一)城市化的正面效应 1.高效利用各种资源,生产力迅速发展 2.改变人的观念,提高人的素质 3.促进区域体系不断完善 4.推动社会进步 (二)城市化的负面效应 1.城市环境污染 2.土地资源的需求压力增大 3.城市化对人类健康的影响 4.自然生态系统被严重干扰 一、城市化与城市生态系统 (4) 、城市生态系统( urban ecosystem ) 城市生态系统指的是城市空间范围内的居民与自然环境系统和人工建造的社会环境系统 相互作用而形成的统一体,属人工生态系统。它是以人为主体的、人工化环境的、人类自我 驯化的、开放性的生态系统。 一、城市化与城市生态系统 (4) 、城市生态系统的含义 一方面指明了城市生态系统是在人类活动和经济活动影响下形成的, 是人类利用社会资源对 自然资源进行利用与加工形成的生态系统。 阐明了城市生态系统各个组分部分是如何共同构成系统整体而实现其转化、 循环和协调发展 功能的。 二、城市生态系统的组成结构 (一) 、第一种划分方法 2. 第一种划分各组分内容 (1)城市居民 是由居住在城市中的人的性别、年龄和智力、职业、民族、种族和家庭结构。 (2)自然环境系统 非生物系统的大气、水体、土壤、岩石、矿产资源、太阳能等。 生物系统的动物、植物、微生物等生物系统。 (3)社会环境系统 政治、经济、法律、文化教育、科学等。

中国生态学家马世骏教授指出: “城市生态系统是一个以人为中心的自然界、经济与社会的 复合人工生态系统” 。 这就是说,城市生态系统包括自然、经济与社会三个子系统,是一个以人为中心的复合生态 系统。

(1)自然系统 有生命:植物,其他生物。 无生命:大气、土地、水体、景观、太阳能、矿藏。 (2)经济系统:农业、工业、通讯、科技、金融、贸易、 运输。 (3)社会系统: 教育、文娱、医药、供应、饮食、居住、 旅游、服务。 三、城市生态系统的主要特点 1、城市生态系统是人工生态系统,人是这个系统的核心和决定因素 人身兼数任: 生产者、消费者、主宰者。 人是城市生态系统的主体, 城市生态系统最突出的特点是人口的发展代替或限制了其他生 物的发展。 三、城市生态系统的主要特点 2. 城市生态系统是高度人工化的生态系统 这个系统本身就是人创造的,它的规模、结构和性质都是人们自己决定的。 大量的人工设施叠加于自然环境之上,形成了显著的人工化特点。 如人工化地形、人工化地面(混凝土、沥青) ,人工化水系(给排水系统) 、人工化气候 (空调房间、恒温室,甚至城市热岛、城市风也是人工干扰的结果) 。 三、城市生态系统的主要特点 2. 城市生态系统是高度人工化的生态系统 城市生态系统使原有的自然生态系统的结构和组成发生了“人工化”的变化(如绿地锐减、 动植物的种类和数量发生变化、大气和水环境的物化特征发生明显的变化) 。 城市生态系统中大量出现的人工技术物质(建筑物、道路公用设施)完全改变了原有自然生 态系统的形态和结构 。 三、城市生态系统的主要特点 3. 城市生态系统是消费者占优势的生态系统 在自然生态系统中,由绿色植物、食草动物、食肉动物及大型肉食动物组成了金字塔形营养 结构,这是一个典型的稳定系统。 城市生态系统则完全不同, 表现出相反的规律, 绿色植物的生物现存量远远小于人口的生物 现存量,动物也相当少,以人占绝对优势的城市,呈倒金字塔的营养结构 。 城市生态系统与自然生态系统的营养结构比较 三、城市生态系统的主要特点 4. 城市生态系统是分解功能不完全的生态系统

城市生态系统与其他自然生态系统比较, 物质循环基本上是线形的而不是环状的。 分解功能 不完全,大量的物质能源以废物形式输出,造成严重的环境污染。 城市在生产活动中把许多自然界中深藏地下甚至不存在的 (如许多人工合成的化合物) 物质 引进城市生态系统,加重了环境污染。 三、城市生态系统的主要特点 5. 城市生态系统是自我调节和自我维持能力很薄弱的生态系统 自然生态系统 生物种类是自然竞争的结果,对不良环境抵抗力强,生物种类繁多,食物链和食物网复 杂,当受到外界干扰时可以自我调节维持平衡。 城市生态系统 居民以外的物种多是人工选育的,对自然条件以及栽培、饲养措施的要求越来越高。 由于人为因素,城市动植物种类越来越少,食物链简化层次减少,使城市生态系统稳定性降 低,容易受到不良因素破坏,需要人为调节和管理才能维持结构和功能的相对稳定。故其生 态平衡靠人的正确参与才可维持。 三、城市生态系统的主要特点 6. 城市生态系统是受社会经济多种因素制约的生态系统 自然生态系统很少受人为干扰,所以它的存在和发展受自然规律制约。 城市生态系统的根本目的,服从与人类社会、经济和生态环境方面的需求。 因此城市生态系统的存在和发展更多受社会和经济多种因素制约,只有城市社会经济发展 了,才能确保城市生态系统整体发展。 四、城市生态系统的功能 (一)城市生态系统生产功能 城市生态系统的生产功能是指城市生态系统能够利用城市内外系统提供的物质和能量 等资源,生产出产品的能力。包括生物生产与非生物生产。 1.生物生产 生物通过新陈代谢作用与周围环境进行物质交换、生长、发育和繁殖。 城市生态系统的生物生产功能是城市生态系统所具有的, 包括人类在内的各类生物交换、 生 长、发育和繁殖过程 。 (一)城市生态系统生产功能 1.生物生产 (1)生物的初级生产 生物的初级生产是指植物的光合作用过程。 城市生态系统中的绿色植被包括农田、森林、草地、果园和苗圃等人工或自然植被。在人工 的调控下,它们生产粮食、蔬菜、水果和其他各类绿色植物产品。 由于城市是以第二产业、第三产业为主的,故城市生物生产粮食、蔬菜和水果等的空间所占 的城市空间比例并不大,植物生产不占主导地位。 虽然城市生态系统的绿色植物的物质生产和能量贮存不占主导地位, 但城市植被的景观作用 功能和环境保护功能对城市生态系统来说是十分重要的。 (一)城市生态系统生产功能 1.生物生产 (2)生物的次级生产 生物次级生产: 指城市生态系统生物 (主要是人) 的各类生物交换、 生长、 发育和繁殖过程 。 生物初级生产的物质与能量的贮备是不能满足城市生态系统的生物 (主要是人) 次级生产的

需要量的。城市生物的次级生产物质有相当部分从城市外部输人,表现出明显的依赖性。 (一)城市生态系统生产功能 1.生物生产 (2)生物的次级生产 由于城市的生物次级生产主要是人, 故城市生态系统的生物次级生产过程除受非人为因素的 影响外,主要受人的行为的影响,具有明显的人为可调性。 城市生态系统的生物次级生产还表现出社会性,即城市次 级生产是在一定的社会规范和法律的制约下进行的。 为了维持一定的生存质量,城市生态系统的生物次级生产在规模、速度、强度和分布上应与 城市生态系统的初级生产和物质、能量的输人、分配等过程取得协调一致。 (一)城市生态系统生产功能 2. 非生物生产 (1)定义: 城市生态系统的非生物生产是人类生态系统特有的生产功能。是指其具有创造 物质与精神财富满足城市人类的物质消费与精神需求的性质。 (2)种类 物质生产:满足人们的物质生活所需的各类有形产品及服务。 非物质生产:指满足人们的精神生活所需的各种文化艺术产品及相关的服段务。 (一)城市生态系统生产功能 2. 非生物生产 (3)物质生产内容 各类工业产品 设施产品, 指各类为城市正常运行所需的城市基础设施, 城市是一个人口与经济活动高度集 聚的地域,各类基础设施为人类活动及经济活动提供了必需的支撑体系; 服务性产品,指服务、金融、医疗、教育、贸易、娱乐等各项活动得以进行所需要的各项设 施。 (一)城市生态系统生产功能 2. 非生物生产 (4)非物质的生产内容 精神产品生产者 城市中具有众多人类优秀的精神产品生产者, 包括作家、 诗人、 雕塑家、 画家、 演奏家、 歌唱家、剧作家 精神文化产品 小说、绘画、音乐、戏剧、雕塑等。 城市非物质生产功能的加强, 有利于提高城市的品味和层次, 有利于提高城市人类及整 个人类的精神素养。 本章思考题 解释名词: 荒漠化 湿地 城市生态系统 本章思考题 问答题: 简述森林、湿地的生态功能。

草原生态系统有何特点,如何恢复退化草原? 简述城市生态系统的结构和基本功能。 城市生态系统有哪些特点? 讨论题 从生态系统物质循环和能流的角度,阐述如何治理巢湖和淮河等污染水生生态系统。 本章思考题 思考题 陆地生态系统包括哪些,其主要特点及生物选择的对策是什么? 影响陆地生态系统的主要因素有哪些? 我国陆地生态系统的经度地带性和纬度地带性各有什么规律? 荒漠生态系统具有什么特点,我国土地荒漠化的情况如何?你认为应如何遏制? 湿地的定义是什么,湿地有什么生态作用: 淡水湖泊生态系统具有什么特点,应怎样保护? 海洋生态系统具有什么特殊的生态条件?

8.1 环境污染及环境污染的生态效应 一、环境污染的概念与类型 一、环境污染的概念与类型 一、环境污染的概念与类型 二、环境污染的生态效应 二、环境污染的生态效应 三、环境污染对人体健康的危害 1、急性中毒 (在大气污染事件中常见) 环境污染物在短时间内大量地进入环境,使暴露人群在短时间内出现不良反应、 急性 中毒甚至死亡。 三、环境污染对人体健康的危害 2、慢性中毒 环境污染物低浓度、长期、反复对机体作用所产生的危害。 (汞、镉、铅、砷等重金 属引起的慢性危害) 三、环境污染对人体健康的危害 3、远期危害 环境污染对人体的危害经过一段较长的潜伏期后才表现出来的,这种危害叫远期危 害。 环境污染往往具有使人或哺乳动物致癌、致突变和致畸的作用,统称“三致作用” 。 “三致作用”的危害,一般需要经过较长的时间才显露出来,有些危害甚至影响到后代。 致畸作用 致癌作用 致突变作用 环境污染的致畸作用 致畸作用是指作用于妊娠母体, 干扰胚胎的正常发育, 导致新生儿或幼小哺乳动物先天性畸

形的作用。 致畸作用药物 a、抗肿瘤药物,性激素类药物 b、抗癫痫药 :胎儿畸形,新生儿凝血功能 c、催眠镇静药:小儿唇腭裂 d、肾上腺皮质激素:腭裂及骨骼畸形

环境污染的致癌作用 致癌作用是指导致人或哺乳动物患癌症的作用。 致癌作用的物质 a、有机致癌源:多环芳烃、苯并(a)芘(BaP)、苯并(a)蒽、多环氮杂环化合物、二苯并(a,h) 氮蒽、亚硝胺类、氯乙烯; b、无机致癌源:铬酸盐类、镍、石棉、铍、砷和钴等。 有些学者估计人类癌症 80~90%与环境因素有关,其中病毒因素引起的占 5%,放 射性因素引起的占 5%, 化学性因素引起的占 90%。 而人类所接触到的化学性物质和放射性 物质主要来自环境污染。 环境污染的致癌作用 在大洋彼岸的美国,癌症死亡率于 20 世纪 90 年代初出现拐点,此后逐年下降。首先归功于 控烟等预防措施的推行,其次是癌症的早期发现,然后才是治疗技术的进步等因素。此经验 和教训可供中国借鉴。 环境污染的致突变作用 致突变作用是指导致人或哺乳动物发生基因突变、染色体变异。 致突变作用的物质 常见的致突变作用的物质有:亚硝胺类、甲醛、苯、苯并(a)芘、铅、砷、甲 基对硫磷、分硫磷、DDT、百草枯、敌敌畏、以及黄曲霉素 B1 等。 8.2 环境污染物在生态系统中的行为 一、污染物在环境中的迁移(Translocation) (1)机械迁移 包括:①污染物在水中的机械迁移(扩散)作用;②在大气中的机械迁移作用;③重力机 械迁移作用。 (2)物理-化学迁移 污染物在环境中迁移的最重要的形式,这类迁移的结果决定了污染物在环境中的存在形式、 富集状况和潜在危害程度。 (3)生物迁移 污染物通过生物的吸收、代谢、生长、死亡等过程所实现的迁移。选择吸收和积累作用,降 解作用,放大累积作用。 8.2 环境污染物在生态系统中的行为 二、污染物在环境中的转化(Transformation) (1)物理转化 包括:污染物通过蒸发、渗透、凝聚、吸附等的转化。 (2)化学转化 污染物通过各种化学反应:氧化、还原、水解、络合、光化学反应等的转化。 (3)生物转化

污染物通过生物的吸收和代谢作用发生的转化。

8.2 环境污染物在生态系统中的行为 三、污染物在食物链中的转移 (1)生物浓缩(bioconcentration) 生物浓缩又称生物学富集是指生物通过非吞食方式,从周围环境(水、土壤、大气) 蓄积某种元素或难降解的物质,使其在机体内浓度超过周围环境中浓度的现象。 生物浓缩用生物浓缩系数(富集因子)表示,即: BCF = Cb/Ce 式中:BCF:生物浓缩系数 (bioconcentration factor,BCF) Cb:某种元素或难降解物质在机体中的浓度; Ce:某种元素或难降解物质在机体周围环境中的浓度。 8.2 环境污染物在生态系统中的行为 三、污染物在食物链中的转移 (2)生物积累(bioaccumulation) 生物积累是生物从周围环境(水、土壤、大气)和食物链蓄积某种元素或难降解物质,使其在 机体中的浓度随着生物体的生长发育,浓缩系数不断增大的现象。 生物积累也用生物浓缩系数( BCF)表示。 8.2 环境污染物在生态系统中的行为 三、污染物在食物链中的转移 (3)生物放大(biomagnification) 生物放大是指在同一食物链上的高营养级生物, 通过吞食低营养级生物蓄积某种元素或难降 解物质,使其在机体内的浓度随营养级数提高而增大的现象。 生物放大的程度也用生物浓缩系数( BCF)表示。 8.3 环境污染物的生态效应 生物个体对环境胁迫的反应包括生长发育异常,形态变异、生殖功能低下甚至丧失,行为失 常等。 生物监测方法:指示生物法 8.3 环境污染物的生态效应 在严重的环境胁迫下,生物种群数量急剧减少乃至灭绝,大量个体出现生理生化、繁殖及行 为的异常,适应性丧失。 生物监测湖泊富营养化的特征参数为藻类的种群和生物量变化。 8.3 环境污染物的生态效应 某些对污染物有指示价值的生物种类的出现或消失. 群落中生物种类数在污染加重的条件下减少,在水质较好的情况下增加,但过于清洁的条件下 由于食物缺乏也会导致种类数减少. 组成群落的个别种群变化 群落中种类组成比例的变化 自养-异养程度上的变化

生产力的变化 8.4 污染物生态效应研究方法 环境污染对群落与生态系统结构和功能的影响是污染物在个体和种群及以下水平产生影响 的整合。 一、污染物的毒性试验 ⑴污染物有关毒性参数 ①绝对致死剂量或浓度(LD100,LC100) 动物全部死亡的最低剂量或浓度。 ②半数绝致死剂量或浓度(LD50,LC50) 一定时间内生物体半数死亡的最低剂量或浓度 8.4 污染物生态效应研究方法 一、污染物的毒性试验 ⑴污染物有关毒性参数 ③最小致死剂量或浓度(MLD,MLC) MLD,MLC 是使实验动物个别死亡的最大剂量或浓度。 ④最大耐受剂量或浓度(LD0,LC0) LD0,LC0 是指一群动物虽然发生严重中毒,但不致引起实验动物死亡的污染物的最大剂量 或浓度。 8.4 污染物生态效应研究方法 一、污染物的毒性试验 ⑴污染物有关毒性参数 ⑤最大无作用剂量 不能观察到任何损害作用的最高剂量。 ⑥最小有作用剂量 能使机体发生某种异常变化所需要的最小剂量。 8.4 污染物生态效应研究方法 一、污染物的毒性试验 ⑴污染物有关毒性参数 ⑦半数效应浓度(EC50) 能引起 50%受试生物的某种效应变化的浓度。 ⑧半数抑制浓度(IC50) 能引起受试生物的某种效应 50%抑制的浓度。 8.4 污染物生态效应研究方法 一、污染物的毒性试验 ⑴污染物有关毒性参数 ⑨毒性最大容许浓度(MATC) 指慢性毒性试验中对受试生物无影响的最高浓度和有影响的最低浓度之间的毒性浓度范围。 8.4 污染物生态效应研究方法 一、污染物的毒性试验 ⑵污染物的毒性试验 急性毒性试验(acute toxicity test) 指测定高浓度污染物一次大剂量或 24 小时内多次作用于机体, 所引起的毒性作用的试验 (常 用 LD50,LC50 来表示) 。

亚慢性毒性试验(subacute toxicity test) 指污染物在生物生命的十分之一左右时间内, 每日少量或反复多次作用用于机体, 所引起的 损害作用的试验。 慢性毒性试验(chronic toxicity test) 指低剂量污染物在生物体生命周期内长时间反复多次作用于生物体, 所引起的毒性伤害作用 的试验。 8.4 污染物生态效应研究方法 二、污染物的群落与生态系统生态效应研究方法 ⑴Beck 生物指数( Beck ,1955) : IB = 2nA + nB 式中:IB 是生物指数;nA 为不耐有机污染的种数,敏感种; nB 为耐中度有机污染的种 数 IB 值= 0,表示水体受有机物严重污染; IB 值 1~10, 表示水体受有机物中度污染; IB 值>10 ,表示水体为清洁水体。 8.4 污染物生态效应研究方法 二、污染物的生态效应研究方法 ⑵ 硅藻生物指数 : 用河流中硅藻的种类数来计算 I= 式中:I 为硅藻生物指数; A 为不耐污的种类数;B 是对有机污染无所谓的种类数;C 为在污染区内独有的种类数。 8.4 污染物生态效应研究方法 二、污染物的生态效应研究方法 ⑶多样性指数 生物群落中的种数与个体数的比值。 常用的指数有: Gleason 丰富度指数 Margalef 丰富度指数 Shannon-Weaver 多样性指数 Simpson 多样性指数 ⑶多样性指数—丰富度指数 Gleason 指数

Margalef 指数 ⑶多样性指数—辛普森多样性指数 辛普森多样性指数(Simpson’s diversity index) ⑶多样性指数—香农-威纳指数

⑶多样性指数--物种均匀性指数 均匀度指数 8.4 污染物生态效应研究方法 三、模拟生态系统法 模拟生态系统法是研究污染物在群落和生态系统水平上的生态效应研究方法。 ⑴模拟微系统 模拟微系统是在实验室、室温,甚至气候箱等人工控制条件下建立,用以模拟选定的生态系 统成分相互作用及其过程的人工生态系统。 模拟微系统技术多用于水生生态系统研究。 8.4 污染物生态效应研究方法 三、模拟生态系统法 ⑴模拟微系统 三种广泛应用的水生生态系统模拟微系统技术: ①标准水生模拟微系统(4L 的玻璃广口瓶) ; ②混合烧杯模拟微系统(1L 的烧杯) ; ③聚氨酯泡沫塑料块法(PFU 法) : PFU 法是用聚氨酯泡沫塑料块采集水域中微生物和测定 其群集速度来监测和评价环境质量状况的一种方法。 8.4 污染物生态效应研究方法 聚氨酯泡沫塑料块法是 1969 年由美国弗吉尼亚工程学院和弗吉尼亚州立大学环境研究中心 的 Cairns 等人 1969 年创立的。国内自 80 年代起将这种方法用于污染水体的监测和评价。 PFU 法的原理是岛屿生物学原理,即原生动物集群过程实际上是集群速度随着种类上升而 下降的过程,二者的交叉点就是种数的平衡点。达到平衡点的时间取决于环境条件。 PFU 法的优点:使监测水平提高到了群落层次,使监测更符合客观事实和真实环境;简便 易行。 8.4 污染物生态效应研究方法 三、模拟生态系统法 ⑵半模拟微系统 半模拟微系统是指在野外条件下的部分人工控制试验。 此类试验的气候与环境介质等基本环境因素与正常环境相同, 但通常有一个人为边界, 受试 物与实验生物由实验者确定。 优点是能在真实气候条件下研究潜在污染物对生态系统的影响,但同时又不会产生环境污 染。 8.4 污染物生态效应研究方法 三、模拟生态系统法 ⑶野外试验 野外试验是以真实生态系统为实验系统,测试污染物对生态系统的结构效应与功能效应。 生态系统的所有条件基本上保持自然状态,实验者可以控制的变量是污染物的种类和数量。 野外试验的特点是不能重复,也没有严格意义的对照。另外,野外试验的时间较长,可能达 到数年之久。 8.5 生物监测与生态监测 一、生物监测 1、生物监测的定义(biological monitoring)

生物监测是指利用生物个体、 种群或群落对环境中污染物质的反应, 即利用生物在各种污染 环境下所发出的各种信息, 来判断环境污染状况的一种手段, 从生物学角度为环境质量的监 测和评价提供依据。 生物监测包括水污染监测、大气污染监测和土壤污染监测。 8.5 生物监测与生态监测 一、生物监测 2、生物监测的优缺点 能直接反映环境质量对生态系统的影响 能综合反映环境质量状况 具有连续监测的功能 监测灵敏度高 成本低,不需购置昂贵的仪器及进行仪器保养和维修 可大面积或长距离内密集布点 不足之处:反应不够快速,无法精确监测某些污染物的含量,精度不高,易受环境因素的影 响(如季节和地理环境等) 。 8.5 生物监测与生态监测 二、生态监测 1、生态监测的定义 生态监测(ecological monitoring)就是利用生命系统及其相互关系的变化反应做“仪器”来 监测环境质量状况及其变化。 生态监测是环境监测的组成部分。 它是利用各种技术来测定和分析生命系统各层次对自然或 人为作用的反应或反馈效应的综合表征, 从而来判断和评价这些干扰对环境产生的影响、 危 害及其变化规律,为环境质量的评估、调控和环境管理提供科学依据。 8.5 生物监测与生态监测 1、生态监测的定义 目前,关于生态监测的定义尚不统一,归纳起来大体有以下几种看法: (1)生态监测是生态系统层次的生物监测。持这种观点的认为,生态监测就是观测与评价 生态系统对自然变化及人为变化所做的反应, 包括生物监测和地球物理化学监测两方面内容 (刘培哲,1989) ; (2)生态监测是比生物监测更复杂、更综合的一种监测技术。其观点是,从学科上看,生 态监测属于生物监测的一部分,但因它涉及的范围远比生物学科广泛、综合,因此可把生态 监测独立于生物监测之外; 8.5 生物监测与生态监测 二、生态监测 1、生态监测的定义 (3)生物监测包括着生态监测。持这种观点的理由是,生物监测就是系统地利用生物反应 以评价环境的变化,并把它的信息应用于环境质量控制的程序中去。从生物学组建水平 (hierarchical levels of biological arganization)观点出发,各级水平上都可以有反应,但重点 放在生态系统级的生物反应上(沈韫芬等,1990) 。 8.5 生物监测与生态监测 二、生态监测 1、生态监测的定义 实际上, 无论是生物监测还是生态监测, 都是利用生命系统各层次对自然或人为因素引起环 境变化的反应来判定环境质量, 都是研究生命系统与环境系统的相互关系, 这无疑又都属于

生态学研究范畴。从这种意义上说,凡是利用生命系统(无论哪一层次)为主进行环境监测 的方法和手段都可称为生态监测。 三、生物监测与生态监测的应用 1、指示生物 指示生物 :指对环境中某些物质(包括污染物)能产生各种反应或信息而被用来监测和评 价环境质量的现状和变化的生物。 注:指示生物只在一定的时空范围内起作用:安徽的海州香薷只在安徽指示铜矿,在北方则 无此作用。 三、生物监测与生态监测的应用 1、指示生物 指示生物的种类: 大气污染指示生物、水体污染指示生物。 指示生物的作用举例: 指示节气 枣花发,种棉花;杏花开,快种麦; 指示天气 燕子低飞预示雨将来临,蜻蜓高飞预示天晴; 指示水质 美国威斯康星地区湖泊中的软水指示植物为 Gratiola ,硬水指示植物为 Ranunculus aquatilis; 指示资源 安徽的海州香薷指示铜矿,湖南念同的野韭指示金矿。 2、大气污染的生物监测 大气污染的生物监测是利用生物对存在于大气中的污染物的反应, 监测有害气体的成分和含 量,以确定大气的环境质量水平。 2、大气污染的生物监测 ⑴、利用植物监测 在生物体系中,植物更易遭受大气污染的伤害, 其原因为: 植物能以庞大的叶面积与空气接触,进行活跃的气体交换; 植物缺乏动物的循环系统来缓冲外界的影响; 植物固定生长的特点使其无法避开污染物的伤害。 正因为植物对大气污染的反应敏感性强,加上本身位置的固定,便于监测与管理,大气污染 的生物监测主要是利用植物进行监测。 二氧化硫指示植物 光化学氧化物指示植物 氟化物指示植物 乙烯的指示植物 氮氧化物指示植物 2、大气污染的生物监测

2、大气污染的生物监测 (二)利用动物种群数量的变化 2、大气污染的生物监测 不易直接接触污染物的潜叶性昆虫、 虫瘿昆虫、 体表有蜡质的蚧类增加, 图为部分该类昆虫。

3、水污染的生物监测 (1)水污染的生物监测主要包括以下方面: ①水污染的细菌学监测 ②浮游生物监测法 ③底栖大型无脊椎动物监测法 ④微型生物群落监测法 3、水污染的生物监测 (1)水污染的生物监测主要包括以下方面: ①水污染的细菌学监测 水污染的细菌学监测指标有以下两个: 细菌总数 大肠菌群数 3、水污染的生物监测 (1)水污染的生物监测主要包括以下方面: ②浮游生物监测法 浮游生物包括:浮游植物,如藻类 浮游动物,如原生动物、轮虫 浮游生物监测法的特点: 浮游生物中的某些种类对有机污染或化学污染非常敏感, 长期被用作指示生物, 但由于浮游 生物的不稳定性且常常集群分布,因而其作为水质指示生物的可靠性和准确性受到限制。 3、水污染的生物监测 (1)水污染的生物监测主要包括以下方面: ③底栖大型无脊椎动物监测法 底栖大型无脊椎动物 包括水生昆虫、大型甲壳类、软体动物、环节动物等, 一般栖息在水底或附着在水中植物和石块上,肉眼可见。 底栖大型无脊椎动物监测法 在未受干扰的环境里,河流和湖泊中大型无脊椎动物群落的组成和密度比较稳定。 3、水污染的生物监测 (1)水污染的生物监测主要包括以下方面: ④微型生物群落监测法 微型生物群落 微型生物群落是生活在水中的微小生物,包括藻类、原生动物、轮虫、线虫、甲壳类等,如 环境受到外界的严重干扰,其群落的平衡被破坏,其结构特征也随之变化,因而可用其进行 水体的监测和评价。 PFU 法(聚氨酯泡沫塑料块法) 原生动物在 PFU 内的群集速度和时间受环境的影响,不同污染水体,其群集速度和种类数 不同。 3、水污染的生物监测 (2)水体污染指示生物 常采用底栖动物中的肢节动物、软体动物、固着生活的甲壳动物以及水生昆虫等。它们个体 较大,在环境中相对位移小,无逃避行为,生命周期较长,故成为水体污染指示生物的重要 研究对象。 (3)常用的水体污染指示生物种类

颤蚓类 摇蚊幼虫 蚂蝗 浮游生物和藻类 4、土壤污染的生物监测 (1)土壤微生物监测 土壤是微生物的良好生境,土壤中有多种类群的微生物,它们对自然界物质的转化和循 环起着极为重要的作用,对农业生产和环境保护有着不可忽视的影响。 土壤微生物不仅对土壤的肥力和土壤营养元素的转化起着重要作用, 而且对于进入土壤中的 农药及其他有机污染物的自净、 有毒金属及其化合物在土壤环境中的迁移转化等都起着极为 重要的作用。 4、土壤污染的生物监测 (2)土壤动物监测 土壤动物检测的内容包括农药和除草剂对污染土壤区域生活的无脊椎动物、 鸟类和哺乳 类动物影响的监测。土壤是无脊椎动物栖居与生活的场所,当土壤受到污染以后,便会导致 这些生物的种类和数量的变化。 (3)植物生长发育监测 4、土壤污染的生物监测 (4)土壤生态系统监测 土壤生态系统监测包括两种方法: ①野外定点观测和动态检测结合法; ②模拟实验法。 本章思考题 名词解释: 环境污染 生物浓缩、生物积累、生物放大 环境污染的生态效应 半数致死剂量、绝对致死剂量 生物监测与生态监测 急性毒性试验、慢性毒性试验、亚慢性毒性试验 本章思考题 问答题 论述环境污染在不同生物学水平上的生态效应。 生物监测有哪些优点和局限性? 生物监测的基本方法有哪些? 常用的毒性参数有哪些?

第九章 环境污染防治的生态对策 9.1 环境污染治理的生物技术 9.2 污染环境的生物修复 9.3 环境生态工程 9.1 环境污染治理的生物技术

2、生物膜法 生物膜法和活性污泥法一样都是利用微生物来去除废水中有机物的方法。 生物膜中的微生物则附着生长在某些固体物的表面, 所以生物膜处理系统又称为附着生长系 统。 主要的生物膜法有: ① 生物滤池:其中又可分为普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池等; ② 生物转盘; ③ 生物接触氧化法; ④ 好氧生物流化床等。

3、厌氧生物处理法 厌氧生物处理法是利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌来降解有机物, 大分子的有机物首先被水解 成低分子化合物,然后被转化成甲烷和二氧化碳等。 机理:其有机物的分解过程可分为酸性(酸化)阶段和碱性(甲烷化)阶段 厌氧处理的应用:主要用于居住房屋和公用建筑的生活污水的处理 4、污水处理塘——生物塘 污水处理塘是一些适宜的自然池塘、经人工改造的自然池塘,或是人工修建的池塘。 根据污水处理塘的净化机理,大致可分为好氧塘、厌氧塘、兼性塘、曝气氧化塘、塘田和鱼 塘等。 二、大气污染的生物防治 随着有机合成工业和石油工业的迅速发展, 进入大气的有机化合物越来越多, 这类物质往往 带有恶臭, 不仅对感观有刺激作用, 而且不少有机化合物具有一定毒性,产生“三致”效应, 从而对人体和环境产生很大的危害。 有机废气生物净化的原理 有机废气生物净化是利用微生物以废气中的有机组分作为其生命活动的能源或其他养分, 经 代谢降解,转化为简单的无机物(CO2、水等)及细胞组成物质。 二、大气污染的生物防治 绿色植物对大气污染物的净化作用: 绿色植物对有害气体的吸收作用; 绿色植物的减尘作用; 绿色植物的杀菌作用; 绿色植物吸收二氧化碳放出氧气的作用。 三、土壤污染的生物治理 1、土壤污染的基本概念 土壤污染是指人类活动所产生的物质(污染物) ,通过多种途径进入土壤,其数量和速度超 过了土壤容纳的能力和土壤净化速度的现象。 2、土壤污染的主要发生途径 大气污染型

水污染型 固体废弃物污染型 农业污染型 三、土壤污染的生物治理 3、土壤中污染物质的来源和种类 土壤污染物质的来源 人为污染源:重金属、农药等。 自然污染源:放射性元素等。 土壤污染物的种类 无机污染物:重金属等; 有机污染物:有机农药等; 生物类:病毒微生物等。 三、土壤污染的生物治理 4、土壤净化 广义上是指污染物质进入土壤后,经生物和化学降解变为无毒害物质,以及通过化学沉淀、 络合和螯合作用、氧化还原作用变为不溶性化合物,或是为土壤胶体牢固地吸附,植物难以 利用而暂时退出生物小循环、脱离食物链或被排出土壤之外的作用。 狭义的土壤自净, 主要是指微生物对有机污染物质的降解作用, 以及使污染化合物转变为难 溶性化合物的作用。

5、土壤污染的防治 ①控制和消除外排污染源 ②土地处理系统 土地处理系统是利用土壤以及其中的微生物和植物 对污染物进行综合净化作用的。 土地处理系统的处理方式主要有:漫流或溢流、灌溉、渗流或渗漏等。 ③土壤污染治理的生态对策 控制农药污染的生态措施 控制土壤受重金属污染的生态对策 四、固体废物的生物处理 1、堆肥法 堆肥(composting)是在控制条件下,使来源于生物的有机废物发生生物稳定作用的过程。废 物经稳定化作用形成的堆肥,是一种腐殖质含量很高的疏松物质,故也称“腐殖土” 。 废物经过堆肥化,体积一般可减少 30%~50% 四、固体废物的生物处理 1、堆肥法 适用于堆肥化处理的废物主要有:城市垃圾、粪便、城市及某些工业废水处理过程中产生的 污泥、农林废物等。 好氧堆肥 堆肥系统温度一般为 50 ~ 65 ℃ ,最高可达 80 ~90℃。 厌氧堆肥 空气与发酵原料隔绝,堆制温度低,但堆制周期长(3~6 个月),且异味强烈,分解不够充 分。

四、固体废物的生物处理 2、填埋法 填埋法是将固体废弃物铺成一定厚度的薄层,加以压实,并覆盖土壤。 填埋系统的极度不均匀的特征表现在系统水平及垂直单元均具有空间及时间上的不均匀性 上。 3、发酵法 厌氧发酵法是在厌氧条件下,将有机废弃物,如生活垃圾、人畜粪便、植物秸秆、污水处理 厂的剩余污泥等进行厌氧发酵而制成有机肥料,使固体废物无害化的过程。

一、生物修复概述 1、生物修复的定义 生物修复(Bioremediation)指利用生物将土壤、地表及地下水或海洋中的危险性污染物现 场去除或降解的工程技术系统。 2、生物修复的主要类型 微生物修复 植物修复 3、生物修复原理 利用细菌、真菌、水生藻类、陆生植物等来代谢、降解和减弱有机污染物毒性, 改变重金属 活性或在土壤中的结合态, 通过改变污染物化学或物理特性而影响它们在环境中迁移、 转化 和降解速率。 4、生物修复技术的特点 优点:投资费用省,对环境影响小,能有效降低污染物浓度,适用于在其他技术难以应用的 场地,而且能同时处理受污染的土壤和地下水。 局限性: 需对具体地点的状况和污染物进行详细的考察, 微生物活性受温度和其他环境条件 的影响,某些情况下,生物修复不能去除全部的污染物。 与生物处理的区别:两者原理一致,但生物修复侧重于受污区域的原位生物处理。 二、微生物修复 1、微生物修复的生物类型 土著微生物:环境中固有的微生物 外来微生物:需大量接种的高效菌 基因工程菌(GEM) 2、微生物修复的影响因素 ①营养盐:需添加氮、磷营养元素 ②电子受体: 可通过对土壤鼓气或添加产氧剂的方式来提供 DO 作为有机物降解的电子受体; 此外,硝酸 根、硫酸根、铁离子也可作为有机物降解的电子受体。 ③共代谢基质 ④污染现场和土壤特性:

土壤特性影响污染物和微生物的相对活性,最终影响生物修复的速度和程度。 ⑤有毒有机污染物的物理化学性质。 9.2 污染环境的生物修复 3、微生物修复技术(以污染土壤为例) (1) 原位微生物修复 原理:不需将土挖走, 向污染区投放氮、磷等营养物质和供氧, 促进土壤中土著微生物代谢 活性。为了提高处理效果,接种经驯化培养的高效微生物菌株,利用其代谢作用降解污染物。 包括: 生物通风法、生物搅拌法、泵处理法。

在修复区钻井:适用污染时间较长、稳定或受污面积较大地区。 一是注水井:将接种微生物、水、营养和电子受体等注入土壤; 二是抽水井:抽取地下水到地面,使地下水流动,促进微生物和营养运输,保持氧气供应。

9.2 污染环境的生物修复 3、微生物修复技术 (2) 异位微生物修复 原理:要求把污染的土挖出,集中进行生物降解。 包括:预制床法、土壤耕作法、土地填埋法、生物泥浆反应器法。 9.2 污染环境的生物修复 3、微生物修复技术 (2)挖掘堆置处理(异位微生物修复) 从污染地区挖掘起来,将土壤运输到一个经过各种工程准备(包括布置衬里,设置通风管道 等)地点堆放,形成上升斜坡,并进行生物修复,处理后土壤再运回原地。 9.2 污染环境的生物修复 3、微生物修复技术 (3)反应器处理 将受污染土壤挖掘起来,与水混合后,在接种微生物的反应器内进行处理。处理后土壤与水 分离后,经脱水处理再运回原地。 反应装置包括可拖动小型反应器,也有稳定塘和污水处理厂。 处理后出水直接排放或送污水处理厂继续处理。 三、植物修复 (1) 、植物修复的定义 通过自然生长植物或遗传工程培育植物系统及其根际微生物来吸收、 移去、 挥发或稳定环境 污染物。 植物修复的特点 可同时去除有机污染物和重金属、放射性核素,适用于大面积、低污染的位点。

(2) 、植物对环境中金属的去除 环境中金属污染的去除 已有方案:场外修复,先将土壤挖掘、转移,再去除金属离子; 微生物修复:生物量小,从而吸收量小,同时生物体过小难以进行后处理; 植物修复特点:生物量大,从而吸收量大,同时易于进行后处理。 (2) 、植物修复金属污染的方式 植物固定 指利用植物和其他一些添加物使环境中的金属流动性降低, 生物可利用性下降, 降低金属对 生物的毒性。 该法只是暂时将金属固定,并没有彻底去除环境中的金属。 植物挥发 指植物将污染物吸收到体内后又将其转化为气态物质,释放到大气中。 该法只适用于挥发性污染物。 植物吸收 指利用能耐受并可过量积累金属的植物吸收环境中的金属离子, 将它们输送并贮存在植物体 的地上部分。 需要选择能耐受并可过量积累金属的植物种类。 陈同斌研究员--中科院地理所环境修复室, 首次发现富集砷的超富集植物-蜈蚣草和大叶 井口边草,建立了亚洲第一个砷污染土壤植物修复基地---湖南郴州 。 ①植物直接吸收有机污染物: 中等亲水性有机污染物-含氯溶剂和短链脂肪族。 ②植物释放分泌物和酶,刺激根区微生物的活性和生物转化作用: 酶及有机酸与脱落的根冠细胞一起为根区微生物提供营养物质或直接降解污染物。 ③植物增强根区的矿化作用: 菌根、形成有机碳有机物转移、根区好氧转化正常进行。

已有将土壤从污染位点搬移,然后用分散剂或螫合剂进行处理。 植物可从污染土壤中吸收并积累大量放射性核素。 9.3 环境生态工程 9.3 环境生态工程 一、生态工程概述 2、生态工程的原因、特点和目的 原因:传统经济模式正在毁坏水、大气、土壤和生物资源,消耗地球赠给我们的自然资本, 为了实现可持续发展,因而要建设生态工程。 特点:少消耗、多效益、可持续 目的:遵循自然界物质循环的规律,充分发挥资源的生产潜力,防止环境污染,达到经济效 益和生态效益的同步发展。

2.实质:物种繁多而复杂的生态系统,具有更高的抵抗力稳定性。 3.特点:生物多样性程度高,食物链关系复杂,系统生产力高、稳定性强。 4.实例:珊瑚礁区生态系统、原始森林 单一的人工林、围湖造田等。

3.影响生态系统协调与平衡的因素:环境承载力——又称环境容纳量,是指某种环境所能养 活的生物种群的数量, 如果生物的数量超过了环境承载力的限度, 就会引起系统的失衡和破 坏。 4.实例:农作物种植要合理密植 草原不能超载放牧 鱼塘要适量放养

2.实质:生态工程系统是由自然生态系统、经济系统和社会系统等组成的统一整体。 3.生态工程的整体建设原则:在进行生态工程建设时,不但要考虑自然生态系统的规律,更 重要的是,要考虑到经济和社会等系统的影响力。 4.实例:林业工程建设中,只有应用整体性原理,才能统一协调当前与长远、局部与整体、 开发与环境建设之间的关系, 保障生态系统的平衡和稳定, 才能从根本上保证生态工程的整 体利益。

7、氧化塘法 ①生物氧化塘(Oxidation Pond)的概念

又称稳定塘,是利用藻类和细菌两类生物间功能上的协同作用处理污水的一种生态系统。 ②氧化塘内的生物组成 藻类:位于氧化塘的表层,常见的有:小球藻属、衣藻属、眼虫藻属等; 细菌: 大量存在于氧化塘下层, 在好气状态下, 无色杆菌、 假单胞菌、 芽孢杆菌等优势生长; 在氧化塘底部的厌氧层还有硫酸还原菌和甲烷细菌。 微型动物:存在多种原生动物、轮虫、以及甲壳类等。 7、氧化塘法 ③氧化塘的净化原理 氧化塘的净化原理是利用了细菌与藻类的互生关系。 藻类进行光合作用释放氧气; 细菌利用藻类产生的氧气分解流入塘内的有机物; 分解产物中的 CO2、N、P 等无机物以及一部分小分子有机物成为藻类的营养源; 增殖的细菌和藻类细胞为微型动物所捕食。 ④氧化塘内的反应过程 藻类和光合细菌的光合放氧过程; 好氧反应:氧化作用、氮氧化作用、硫氧化作用等; 厌氧反应:硝酸盐还原反应、硫酸盐还原反应、发酵反应等; ⑤氧化塘内的生物学过程 ⑥氧化塘的分类与功能 好氧塘 深度较浅,阳光直射塘底,主要是藻类供氧,晚上易缺氧; 兼性塘 塘深 1.0~2.5m, 上层 DO 充足, 好氧微生物占优势; 中层 DO 不足, 兼性微生物占优势; 下层厌氧微生物占优势。可应用于处理工业、农业废水和生活污水。 厌氧塘 塘深 2m 以上,厌氧微生物占主导,可接纳预处理各种高浓度有机工业废水。它后面通常还 置有兼性塘和好氧塘。 曝气塘 塘深 3~5m。机械曝气充氧。 ⑦氧化塘的特点及实例 氧化塘的特点 构筑物简单,能源消耗少,净化效果好,费用低,处理与利用相结合。 占地面积大,只适于中小城镇,易污染地下水,易发臭,影响周边环境 。 应用实例:武汉鸭儿湖氧化塘 主要处理含有机磷的多种农药废水; 采用 5 个塘串联的形式:见下图 经多年运转表明,鱼种塘出水的主要水质指标均可接近或达到地面水标准。 8、人工湿地处理系统 ①湿地和人工湿地的概念 湿地是指每年在足够长的时间内均具有浅的表面水层,能维持大型水生植物生长的生态系 统。 湿地可分为人工湿地和天然湿地。 人工湿地:根据天然湿地净化污水的机理,由人工将砾石、砂、土壤、煤渣等材质按一定比 例填入,并有选择性种植有关植物的污水处理系统,是工程化的并由人工控制的沼泽地。

人工湿地中的浮水植物 人工湿地中的沉水植物

8、人工湿地处理系统 ④人工湿地的净化原理: 人工湿地净化污水的过程是通过湿地中的植物、基质、微生物所发生的物理、化学、生物作 用的协同效应来实现,这些效应包括沉淀、吸附、过滤、分解、离子交换、絡合、硝化与反 硝化、营养元素摄取、生命代谢活动等。 人工湿地具有植物、土壤-无机胶体复合体、土壤微生物区系及酶的多样性特征,污染物能 通过拮抗、氧化还原等化学反应得以去除。

日本渡良濑蓄水池的人工湿地 韩国良才川水质生物-生态修复设施 成都南河活水公园 CW 系统 洪湖人工湿地水质净化工程 深圳“石岩人工湿地系统工程” 深圳甘坑人工湿地系统 深圳万科东海岸湖水循环处理人工湿地系统 深圳观澜湖高尔夫球会污水人工湿地处理系统 天津万科东丽湖人工湿地湖水循环处理系统 9、污水土地处理系统 污水土地处理系统(Land Treatment System)的定义: 利用土地及其中的微生物和植物根系对污染物的净化能力来处理已经经过预处理的污水或 废水,同时利用其中的水分和肥分促进农作物、牧草或树木生长的工程设施。 污水土地处理系统的组成: 污水的预处理设施, 污水的调节与储存设施, 污水的输送、 布水和控制系统, 土地处理面积, 排出水收集系统。 9、污水土地处理系统 污水土地处理系统的净化原理 净化机理包括:土壤的过滤截留、物理和化学的吸附、化学分解、生物氧化以及植物和微生 物的摄取等作用。 9、污水土地处理系统 土地处理系统主要类型: 地表漫流系统 慢速渗滤系统 快速渗滤系统 自然湿地系统

地下渗滤系统 (1)土地处理系统要求对污水进行必要的预处理; (2)土地处理系统是按照全年连续运行的污水处理设施,即使冬季和非灌溉季节,污水也 能得到适当的处理和储存。污灌则是按照农作物的需要进行灌溉,冬季、非灌溉季节、雨季 的污水则直接排放,得不到处理而造成污染。 (3) 土地处理系统有效地控制了污水对地下水可能造成的污染。 而污灌则不具备这些条件。 (4)土地处理系统地面上种植的植物,以有利于污水处理的牧草、林木、青饲料等经济作 物为主,一般不种植直接食用的农作物,以避免进入食物链,而污灌的土地常以粮食、蔬菜 等农作物为主。 本章思考题 名词解释: 生物修复 生态工程 氧化塘 人工湿地 污水土地处理系统 本章思考题 问答题 生物修复概念、原理。 生物修复主要类型及机理。 什么是植物修复技术?有何优点? 生态工程所遵循的基本原理? 人工湿地的组成及结构?


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