第5章生态学基本原理与生态保护

量金字塔和能量金字塔。
生态系统的能量流动
生态系统中能量的 输入、传递和散失的过 程。
（1）能量流动的起点：
从生产者固定的全部太阳能开始。
太阳能是生态系统能量的根源，通过光合作用实现。 化石燃料：煤、石油
（2）生态系统能量流动的数量：
流经生态系统的总能量，是生产者所固定的全
部太阳光能。
生态系统中的能量流动

食物链上的各个环节称为营养级。生产者为第一营养级，一 级消费者为第二营养级，依此类推。 营养级一般只有4－5级。凡在同一层次上的生物都属于同一 营养级，同一生物也可能隶属于不同的营养级。 低位营养级是高位营养级营养和能量的供应者。但是，能量


在食物网中流动时，转移效率很低。低位营养级储存的能量
只有10％左右被高位营养级利用，这在生态学上称为10％定 律。为了保证生态系统中能量的流通，自然界就形成了生物
无机物：包括氮、氧、二氧化碳和各种无机盐等。 有机物：包括蛋白质、糖类、脂类和土壤腐殖质等。 自然因素：包括太阳辐射、温度、湿度、风和降水等
生态系统的类型


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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、温带和寒温带森林等。 过渡生态系统：湿地生态系统。
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。
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。
生态系统的定义
生态系统（Ecosystem）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…
水、氧和二氧化碳的循环
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（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 种方式实现。
氮循环

（3）生态系统能量流动的特点： 第一、能量流动不是循环的而是单向的： 从生产者→初级消费者→次级消费者→ 三级消费者→……。
第二、能量流动是逐级递减的：
传递率为10％～20％
十分之一定律
1941年美国耶鲁大学生态学家林德曼发表了《一个老年 湖泊内的食物链动态》的研究报告。他对５０万平方米的湖 泊作了野外调查和研究后用确切的数据说明，生物量从绿色 植物向食草动物、食肉动物等按食物链的顺序在不同营养级 上转移时，有稳定的数量级比例关系，通常后一级生物量只
迷你地球
“迷你地球 ”实验从本月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２００ ０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。 科学家预计，人类到２０５０年可以到月球旅行，２ ０１０年登上火星会梦想成真，“迷你地球”作为一种宇 宙空间生存技术将来不可缺少。 http://scitech.people.com.cn/GB/25892/3694131.html
生物圈2号工程
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，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ห้องสมุดไป่ตู้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。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。到 后期，“生物圈2号”中的植物几乎灭绝，必须注入氧气才能维持人员生存。 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。
生态系统的组成
生产者 消费者
生态系统
分解者
无生命物质
生态系统的组成
1）生产者：指能进行光合作用的各种绿色植物、蓝绿藻 和某些化能合成细菌。又称为自养生物。 2）消费者：指以其他生物为食的各种动物（植食动物、 肉食动物、杂食动物和寄生动物等） 3）分解者：指分解动植物残体、粪便和各种有机物的细 菌、真菌、原生动物、蚯蚓和秃鹫等食腐动物。消费者 和分解者又称为异养生物。 4）无生命物质：包括无机物、有机物和自然因素；
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， 在亚利桑那州图森市以北沙漠中建造的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。 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。
迷你地球
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”。
湿地生态系统：不问其为天然或人工、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。（1971年，拉姆萨尔， 《关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》）
生态系统的类型
根据人为的影响或干预程度
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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：一个经过人类改造，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。
生态学的分支—结构层次
个体生态学
研究一个生物个体或一种生物多个个体 与环境之间的关系； 研究一种或亲缘关系较近的几种生物种 群与环境之间的关系；
族群生态学 群落生态学
………….
研究生活在同一环境中的所有生物与环 境之间的关系
生态学的分支—栖居环境
森林生态学 陆地生态学 草原生态学 荒漠生态学 土壤生态学 海洋生态学
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
迷你地球
新华网东京９月１３日电（记者何德功）日本在封
第五章
生态学基本原理与生态保护
生态学的定义 第一节 生态系统的组成和类型 第二节 生态系统的功能 生态平衡的理念 第三节 生态环境的保护
第一节
概
述
随着粮食、人口、能源和环境等一系列 世界性问题的出现，推动了生态学的发展， 生态学的基本原则不仅被看作是环境科学重 要的理论基础，也被看成是社会经济持续发 展的理论基础。
第二节 生态系统的功能
能量流动功能 物质循环功能 信息传递功能
• 食物链和食 物网是实现这 些功能的保证
食物链和食物网
食物链：各种生物之间存在着的取食和被取
食关系，物质和能量通过这种关系在生态系 统内传递。
英国动物学家埃尔顿（C.S.Eiton），1927年，首 次提出，“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米” 食物链类型：捕食性、寄生性、腐生性、碎食性等
水域生态学
湖泊生态学 流域生态学
生态学的分支—与其他科学结合
数学生态学 物理生态学 与非生命科学结合 化学生态学 经济生态学 ……… 生理生态学
与生命科学其他分支 结合
行为生态学 遗传生态学 进化生态学
生态学的分支—分支学科
※ ※
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※ ※ ※ ※ ※ ※
农业生态学 医学生态学 工业资源生态学 环境保护生态学 环境生态学 生态信息学 城市生态学 景观生态学 ………….
生态学的定义
生态学（Ecology）是研究生物与环境之间相
互关系及其作用机理的科学。

德国生物学家恩斯特•海克尔 生物：植物、动物和微生物； 环境：各种生物特定的生存环境，包括非生物环境和 生物环境。 非生物环境——由光、热、空气、水分和各种无机元 素组成； 生物环境——由作为主体生物以外的一切生物组成。
生态学的分支—栖居环境
个体生态学 族群生态学 群落生态学 文化生态学
………….
研究一个生物个体或一种生物多个个体 与环境之间的关系； 研究一种或亲缘关系较近的几种生物种 群与环境之间的关系； 研究生活在同一环境中的所有生物与环 境之间的关系 研究文化的集群和竞争的环境对于文化 进程的影响与推动作用
食物链和食物网
食物网：实际上许多食物链经常相互交叉，形
成复杂的捕食关系，这种关系又称为食物网。 一般情况下，食物网越复杂生态系统就越稳定。 因为食物网中某个环节（物种）缺失时，其他 相应环节能起补偿作用。相反食物网越简单， 则生态系统越不稳定。 物种之间的关系：竞争关系、共生关系
营养级和生态金字塔
迷你地球
两位科学家的生活区域也占据了“迷你地球”的1/4 面积，有两张床、电脑和固定的脚踏健身车。房间的角落 安置着摄像头，以监控他们的安全状况。相邻的房间是用 来饲养动物的。目前已有两头山羊接受了3周的血压、体 温和心脏情况监视，以确定它们是否能够适应封闭的环境。 研究人员还尝试在可以调控温度、湿度和光线的房间里种 植水稻和大约30种蔬菜。居住在“迷你地球”内部的人只 能从外部得到电力供应和信息。内外联系是通过电话、电 子邮件和因特网来实现的。 http://www.ebiotrade.com/newsf/200212/L20021226123853.htm
等于或者小于生物量的１／１０。林德曼把生态系统中能量
的不同利用者之间存在的这种必然的定量关系，叫做“十分 之一定律”。
林德曼的理论为生态科学打下了理论基础。
小结
能量流动是单向流动，
逐级递减。
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、二氧化碳、 碳、氮、硫、磷是构成生命有机体的主要 物质，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。