第二章 生态学基础

Байду номын сангаас
非必要的部分
非生物成分
生物成分
消费者
阳光
无机营养分
生产者
分解者和转变者
生态系统组成的结构框图
生态系统的基本组成部分为：生产者、消 费者、分解者和转变者、无机营养分。
（3）生态系统的类型
按生态系统的环境性质和形态特征分：
（a）陆地生态系统：自然生态系统 （森林生态系统、草原生态系统、荒漠生 态系统等）和人工生态系统（农田、城市、 工矿区等）；
⑤在任何一个生态系统中，环境和能量都是有 限的，当一个种群达到生态系统所给 于的限 制时，种群数量趋于稳定；或出于疾病、竞 争、饥饿、低繁殖率等等原因，引起种群数 量下降。
⑥环境的改变和波动(如环境的开发和种间竞 争)，表现为对种群的选择压力，有机 体必须 调整以适应这种选择压力，不能适应的有机 体便会消失，这可能在一定时间内降低 生态 系统的成熟性。
2. 野兔
3. 欧洲椋鸟
4. 缅甸蟒
5. 海蟾蜍
6. 灰松鼠
7. 蛇头鱼
8. 老鼠
9. 杀人蜂
10. 亚洲鲤鱼
四、生态学的一般规律
1、相互依存与相互制约规律
——反映了生物间的协调关系 （1）普遍的依存和制约——“物物相关”规律 就是系统中各种生物间相互依存、相互制约关 系是普遍存在的； （2）通过“食物”而相互联系与制约——“相生 相克”规律 就是每一种生物在食物链和食物网中，都占据 一定的位置，并具有特定的作用。
3、生态系统中的物质循环 （1）水循环
（2）碳循环
（3）氮循环
（4）磷循环
(5)硫循环
4 生态系统中的信息流动
（a）信息的 分类及传递 （b）信息流的特点
营养信息—食物链 化学信息—昆虫分泌激素 物理信息—声、光、色、
信息的多样性
信息传递方式的复杂性
信息的种类多，物种信息储 存量大
（2）生态平衡的原因 生态平衡内部具有自动调节的能力。
生态系统 的组成成分越多样，能量流动和物质循环的途 径越复杂，其调节能力也越强。但是，一个生态系统的 调节能力有一定 限度的，超出了限度，调节就不再起作 用，生态平衡就会遭到破坏。
2、破坏生态平衡的因素
（1）自然原因
主要是指自然界发生的异常变化或自然界本来 就存在的对人类和生物 的有害因素。如火山爆 发、山崩海啸、水旱灾害、地震、台风、流行 病等自然灾害。
• 不同生态系统的能量转化效率差别很大；
•森林约为5％、草地是 25％左右，浮游生物占优势的 群落可达50％。
（c）生物富集作用
DDT在某水生食物链中的富集
生态系统中的物质流动和能量流动
2、生态系统中的能量流动
（1）照射到地球上的太阳能量 （a）太阳辐射的电磁波情况
（b）太阳辐射及地球吸收太阳能的情况
（b）淡水生态系统：包括湖泊、河 流、水库等；
（c）海洋生态系统：包括海岸、河 口、浅海、大洋、海底等。
一个简化了的陆地生态系统
一个简化了的池塘生态系统
（4）生态系统的结构
构成生态系统的各组成部分，各种生物的 种类、数量和空间配置，在一定时期内均处于 相对稳定的状态，使生态系统能够各自保持一 个相对稳定的结构。主要有形态结构和营养结 构。
硝化小球菌，它的酶提取液 能除去三氯酸或三氯丁酸中 的氯。日本从土壤中分离出 红酵母和蛇癣菌，能分别降 解30-40%的多氯联苯。
2. 生物防治病虫害
(1)以虫治虫——草蛉、瓢虫、蜘蛛、蛙、蟾 蜍、食蚊鱼、寄生蜂和许多食虫益鸟等。
(2)以菌治虫——利用病原微生物在害虫种群 中引起流行病以达到控制害虫的目的。细 菌、真菌和病毒可以利用。
植物
动物
生物（包括人）
（2）与基础科学和应用科学相结合，发 展了生态学，扩大了生态学的领域。如： 数学生态学、系统生态学、经济生态学 等。
生境(Biotope 希腊语 bios = 生命 + topos = 地点)
habitat
生境指生物的个体、种群或群落生活地域的环 境，包括必需的生存条件和其他对生物起作用的生 态因素。
（2）人为因素
主要指人类对自然资源的不合理利用、工农业 发展带来的环境污染等 。主要有三种：物种变 化引起平衡的破坏；环境因素改变引起平衡破 坏；信息系统的破坏，引起平衡破坏。
外来生物入侵破坏生态平衡的例子
1.澳大利亚的兔子 2.水葫芦
变异蟾蜍席卷澳大利亚 毒液可杀死鳄鱼
十大有害入侵物种：
1. 野葛
生态位是生物单元在特定生态系统中与环 境相互作用过程中所形成的相对地位与作用 并不可避免地对其所生存的物理化学环境产 生影响，其地位与作用也必然是在一定环境 条件下与其它生物相对比较中才体现出来的。
生态位包括两个方面：
一是生物单元的状态（能量、生物量、个体数量、 资源占有量、适应能力、智能水平、经济发展水平、 科技发展水平等），是过去生长发育、学习、社会
②生态系统的功能与通过生态系统各结构成分 的物质循环和能量流动相关。这种功 能的单 位是种群。
③流经一个白然生态系统的总能量，取决于植 物或生产者所固定的能量。当能量在 营养级 间逐一传递时，有相当大的一部分作为呼吸 热而损失掉。这种情况限制了每一营养 级所 能维持的有机体的数量和质量。
④生态系统有趋于成熟的倾向，在这过程中， 生态系统由简单的状态变为较复杂的 状态， 这种定向性的变化称为演替。
2、物质循环转化与再生规律
——防止有毒物质进入环境、提高能源的利用效率 3、 物质输入输出的动态平衡规律
——防止输入不足（如施肥不足）、输入过多（如富
营养化、重金属）
4、相互适应与补偿的协同进化规律
——生物与环境之间的作用与反作用 5、环境资源的有效极限规律
——生物赖以生存的环境资源在质量、数量、空间和
电等
信息量与日俱增，大量信息
行为信息
有待开发 （c）信息流动的过程
. 产生、 获取、 传递 .处理、 再生、施效
5、小结
①生态系统是一个主要的生态学单位，它包括 生物与非生物成分；并且在土壤、水、 营养 物质、生产者、消费者和还原者之间具有某 种结构上的相互关系，以适应能量和营养 物 质在生物和非生物成分之间进行物质循环和 能量流动。
（b）营养级
➢营养级：食物链的各个环节。
➢生产者为第一营养级，依次是第二、第三、 第四营养级，一般不超过七级。低位营养级的 能量仅有10％（水生系统）被上一个营养级利 用。
➢在数量上，第一营养级就必须大大超过第二 营养级，逐渐递减，就造成了生物数目金字塔、 生物量金字塔、生产率金字塔。
注意：
•营养级 之间的能量转化效率约为1／10，只是针对湖 泊等水域生态系统的经验性法则；
此外，还有利用耕作防 治（改变农业环境）、 不育昆虫防治（控制害 虫繁殖能力）和遗传防 治（改变昆虫的基因） 等方法。
3.污染物在环境中的迁移、转化、积 累和富集规律 DDT、Hg 、Cd….
三、解决近代城市中的环境问题
1、编制生态规划（环境规划）
——是指在编制国家或地区的发展规划时，不
是单纯考虑经济因素，还有考虑地球物理因素、 生态因素和社会因素。（各类规划必须进行环 境影响评价）
（2）对水体污染的生物净化作用—利用微 生物，主要是细菌 活性污泥法、生物膜 法、生物氧化塘等
（3）土地-植物系统的生物净化作用
a.植物根系的吸收、转化、降解和合成作用。
b.土壤中的真菌、细菌和放线菌等微生物区系 对污染物的降解、转化和生物固化作用。
c.土壤中的 动物区系对含有氮、磷、钾的有机 物质的代谢作用。美国从土壤中分离出反
又称栖息地。一个生物体或其群落所居住的地方， 是指具体的特定地段上对生物起作用的生态因子总 和。即什么样的生境条件下决定了生长什么样的生 物种或生物群落。
生态位（ecological niche)是指一个种群在生态系 统中，在时间空间上所占据的位置及其与相关种 群之间的功能关系与作用。
是生态学中的一个概念，指物种在生物群落或生态 系统中的地位和角色。它具有空间和功能多重含 义。这就是说，如果某一生物种群的生态位一旦 确定，其就只能生活在确定环境条件的范围内， 也只能利用特定的资源，甚至只能在适宜时间里 在这一环境中出现。
（5）食物链及营养级
（a）食物链和食物网 所谓食物链，就是一种生物以另一
种生物为食，彼此形成一个以食物连接起 来的链锁关系。
在一个生态系统中，食物关系往往很 复杂，各种食物链互相交错，形成食物网。 能量的流动、物质的迁移和转化都是通过 食物链和食物网进行的。
一个简化了的陆地食物网
水生生物的生态系统及其物质和能量的流动示意图
（a）形态结构：生物的种类、种群数量、种的 空间配置（水平分布、垂直分布）、种的时间 变化。
（b）营养结构：生态系统各组成部分之间建立 起来的营养关系。是生态系统能量流动和物质 循环的基础。
生产者 （绿色植物）
环境 （土壤、空气、水）
消费者 （动物）
还原（分解）者 （细菌、真菌）
生态系统营养结构模式图
时间等方面都有一定的限度（过度放牧、竭泽而渔、 超标排放污染物等）
第二节 生态学在环境保护中的应用
一、利用生态系统的整体观念，全面考察人 类活动对环境的影响 ——即人类活动对环境的影响要从时间和空间上全
盘考虑，统筹兼顾，不仅要考虑现在，还要考虑将 来；不仅要考虑本地区，还有考虑有关的其它地区。 （建设项目必须进行环境影响评价）
⑦生态系统有其历史的状况，现在与过去有关， 而未来与现在也有关。
三、生态平衡
1、生态平衡的含义 （1）概念
任何一个正常的生态系统中，能量流动和物质循环总是 不断地进行着，但在一定时期内，生产者、消费者和还 原者之间都保持着一种动态的平衡，这种平衡状态就叫 生态平衡。在自然生态系统中，平衡还表现为生物种类 和数量的相对稳定。
经济发展以及与环境相互作用积累的结果； 二是生物单元对环境的现实影响力或支配力，如能 力和物质变换的速率、生产力、增长率、经济增长 率、占据新生境的能力。前者即生物单元的态，后 者位生物单元的势。这两个方面综合体现了特定生
物单元在生态系统中的相对地位与作用。
（2）生态系统的组成和作用
生态系统
必要的部分
2、进行城市生态系统的研究
——利用生态学原则和系统论的方法来研究，
即把城市作为特殊的人工环境系统来研究。
四、综合利用资源和能源
1、生态工艺（无污染工艺）
——输入的物质和能量获得最大限度的利用，资源和
能源的浪费最少，且废弃物完全能被自然界分解、吸收 或利用。
2、生态农场
广西贵港国家生态工业(制糖)示范图
（2）生态系统中的能量流动
（a）通过各级食物链，组成了生态系统 的能量流动，并且服从热力学定律。
（b）能量流动的实现途径：光合作用和 有机成分的输入；呼吸的热消耗和有机物 的输出。
（c）生态系统热力学公式：
Pg＝Pn＋R 其中：Pg为食物链某营养级的总产量或输 入耗的的能能量量；。Pn为净产量；R为呼吸作用消
第二章 生态学基础
第一节 生态学研究的基本内容
一、生态学的含义及其发展 1、含义
生态学是一门研究生物与其生活环境相 互关系的科学，是生物学的主要分支之一。
如果把生物看成是一个生命系统，环境 看成是一个环境系统，又可以说，生态学就 是研究生命系统和环境系统之间相互作用的 规律和机理的一门学科。
2、生态学的发展 （1）研究对象：
五、在环境保护其他方面的应用
1、阐明污染物质在环境中的迁移转化规 律（食物链）
2、环境质量和生物监测和生物评价 （1）利用植物对大气污染进行监测和评 价（如菠菜监测二氧化硫等）；
（2）利用水生生物监测和评价水体污染。 3、为环境标准的制定提供依据 4、人工生态系统及其在污染防治研究中 的应用（如曝气池中指示生物）
（d）能量流动的特点
①生产者即绿色植物对太阳能的利用率很 低，只有1．2％；
②能量只朝单一方向流动；
③流动中能量逐渐减少，每经过一个营养 级都有能量以热的形式散失掉；
④各级消费者之间能量的利用率也不高， 在4．5％～17％之间，平均起来约为10 ％；
⑤只有当生态系统生产的能量与消耗的能 量相平衡时，生态系统的结构和功能， 才 能保持动态的平衡。
二、充分利用生态系统的调节能力
——如大气污染物的高烟囱排放、水体自净、土地处
理系统（污水灌溉）等。
1. 生态系统的自净
(1)植物对大气污染的净化作用 a. 吸收CO2,放出O2。 b. 对降尘和飘尘有滞留和过滤作用 。 c. 吸收大气中的有害物质。 d. 植物还有减轻光化学污染、吸收和净化
某些重金属、减轻空气中的含菌量以及降 低城市噪声的作用。