第二章 生态学基本原理及其在环境保护中的应用

生态平衡的破坏
生态平衡的破坏主要是由人为活 动不当引起的，如：生物种类成 分的改变能导致局部地区生态平 衡的破坏。
生态平衡的保持
生态平衡的原则向人们展示了这样几个原则： 第一，人类的经济活动只能在生态允许的限度内，生态 系统的平衡是有条件的，这个条件一旦被打破，恢复 是难以实现的； 第二，人类的发展水平对生态平衡有一定的制约作用， 社会制度，社会意识、社会心理都会对生态系统产生 这样或那样的影响；
• 第二，兴建大的工程项目时，必须考虑 生态效益。
• 第三，大力开展综合利用，实现自然生 态平衡。
四、生态学的基本规律
• （一）相互依存与相互制约规律 • 1、普遍的依存与制约关系，亦称“物物相关规律” • 2、通过食物而相互联系与制约的协调关系，亦称 “相生相克规律” • （二）物质循环与再生规律 • （三）物质输入与输出动态平衡规律 • （四）相互适应与补偿的协同进行规律 • （五）环境资源的有效性规律 • 以上的五条生态学规律，也是生态平衡的基础。生 态系统的结构与功能以及生态平衡，与人类当今面 临的人口、食物、能源、自然资源和环境保护五大 环境问题紧紧相关。
Logistic（逻辑斯蒂克）增长模型
Hale Waihona Puke Baidu
（四）生态系统的基本特点
1、在组成成分方面，它是由有生命的无生命的两种物质 组成，这是与其它系统最本质的区别。 2、通常与特定空间相联系，因而能反映一定地区的自然 地理特点。 3、生物具有生长、发育、繁殖与衰亡的特征，相应地生 态系统也可分为幼年期、成长期和成熟期等阶段，即 有自身发展的演替规律。 4、生态系统是一个开放系统，需要不断从外界输入物质 和能量，通过变换与转化以维持物质和能量的流动。 5、具有复杂的动态平衡特征。系统内不仅存在生物种 内、种间的协调，也存在生物与环境的功能协调，以 维持其相对平衡，且这种平衡也处于不断变化之中， 存在着正反馈与负反馈的不平衡。系统又具有自我调 控的特点，使不平衡又趋于平衡状态，使整个系统不 断向前发展。
生态平衡与五大环境问题的关系
第二节
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生态学在环境保 护中的应用
一、利用生态系统的自净能力，治理环境污染 二、研究污染物在环境中的迁移转化规律 三、利用生态学原理监测环境质量 四、利用生态学原理搞生态农业
生态农业
• 生态农业是一个特殊类型的农业系统， 它是在生态上能自我维持，低输入，在 经济上有生命力的小型农业系统。这种 系统能达到最大生产而又不引起大的或 长期的在伦理及道德上不能接受的环境 改变。
（二）生态学发展趋势
1、向宏观和微观两极发展 2、与环境科学和社会科学交叉融合 3、更强调理论与实践的结合 • 目前世界上最最关注的生态问题是以美国 科学家提出的全球气候变化，生物多样性 和构建可持续生态系统这三个与人类关系 最密切的问题。这三个问题将是今后生态 学研究的重点和方向。
二、生态系统
• 生态学中的生物包括植物、动物、微生 物三大类，环境主要是指光、温、水、 气、土等诸因子，有人把生物种类之间 相互为环境因子，以研究生物之间复杂 关系作为生态学中的主要研究内容。因 此生物与环境关系既包括生物与光、温、 水、气、土等的关系，也包括生物之间 的相互关系。 • 生物之间存在极其复杂的生态关系。 • 环境是一个相互作用、相互依赖、相互 制约的整体。
第三，生态系统的平衡、稳定或健康发展是关系到整个 生物界，同时也包括人类本身，是与每一个人息息相 关的。尊重生态系统发展的规律，维护自然生态系统 发展演化的规律就是人类应该做的，也是人类对于生 态系统的最伟大的贡献。
要做到人类与自然协调发展， 人类应特别注意的是：
• 第一，合理开发与利用自然资源，保持 生态平衡。
生态农业的内容有：
• 1、充分利用太阳能。 • 2、提高生物能和废物的再利用率，达到 废物资源化。 • 3、根据生态位原理，合理搭配生物群体 结构。 • 4、增加森林覆盖率，改善环境质量，保 证农业丰产丰收。 • 5、开发农村能源。 • 6、防治污染，创建高质量的农村环境。
传统农业的食物链
生态农业食物链
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生态平衡应包括以下三个方面：
（1）功能上的平衡：构成系统的各要素之间关系协 调，从而能保持其正常功能。 （2）结构上的平衡：系统结构不易发生不可逆变化。 （3）输入与输出物质数量上的平衡：能量和物质的 输入与输出接近相等，其生产、消费和分解过程 都处于相对平衡状态，生物的种类和数量保持相 对的稳定，生态系统这时的结构、功能及物质流、 能量流，都处于相对稳定状态。
对生态学概念的认识
• 目前对生态学有狭义和广义两种理解。 • 狭义的生态学是属生物学科范畴，仅限于研究 生物和环境的关系规律。它的分支学科有植物 生态学、动物生态学、微生物生态学、种群生 态学、生态系统生态学、森林生态学、海洋生 态学、湖沼生态学以及化学生态学等。 • 广义的生态学的范围很广，无所不包，只要和 环境发生关系的任何一个学科都可派生出生态 学的分支学科。如城市生态学、经济生态学、 工程生态学、艺术生态学、人类生态学等等， 所有自然科学、社会科学、技术科学都可以派 生出生态学的分支学科。生态学已泛化为一种 常识，一种政治概念。
（一）概念：生态系统就是在一 定的时间和空间内由生物群体与 其生存环境共同组成的动态平衡 系统 。
• 生态系统由英国生态学家坦斯利 （Tansley）于1935年首次提出。 • 继他之后，美国青年生态学家R· L· 林 德曼对美国湖沼生态系统的能量流和 营养级进行了深入的观察、研究，终 于在1942年创立了生态系统的能量在 各营养级之间流动的定量关系，提出 了生态金字塔能量转换的1/10定律 （又称林德曼定律）。
信息传递
• 种群的增长受环境及个体间信息传递的影 响，并受其制约。在空间和物质、能量有 限的条件下，种群个体数目的增加由于受 到种内个体之间的竞争而呈现出Logistic （逻辑斯蒂克）增长模型，即个体数量 增加到一定限度后，就受个体之间竞争 所产生的环境阻力的限制而达到一种相 对平衡状态，即维持与环境相适应的种 的个体数。如下图所示。
第二章 生态学基本原理 及其在环境保护中的应用
第一节 生态学的基本理论
主要内容: • 生态学的概念及发展趋势
• 生态系统的概念及其组成、功能、 基本特点 • 生态平衡的概念 • 生态学的基本规律
一、生态学
（一）概念：德国动物学家海克尔 （Haecke）（1866）首次给生态 学下定义，即生态学是研究生物与 环境之间相互关系的科学。我国生 态学家马世骏给生态学下的定义为： 生态学是研究生命系统和环境系统 相互关系的科学。
生态系统定义的内涵：
（1）生态系统是客观存在的实体，有时间 和空间的概念。在空间上生态系统的范 围可大可小，最大的是生物圈（目前有 人提出宇宙生态学）可称为全球生态学； 小的如一块草地、一个水塘、一个养鱼 缸甚至小到一滴有生物的水。 （2）由生物和非生物两个子系统组成， 以生物为主体。各子系统内的各成分有 机地组建在一起，彼此建立起相互依赖、 不可分割的整体关系。
捕食性食物链示意
• 植物（生产者）→ 食草动物（牛、羊、 兔等，一级消费者) →食肉动物（狼、豹 等，二级消费者）→更高一级食肉动物 (虎等，三级消费者)。 • 由于能流在通过各营养级时会急剧地减 少，所以食物链就不可以能太长，生态 系统中的营养级一般只有四、五级，很 少有超过六级的。
物质循环的基本类型
• 在生态系统中，能量流动的渠道主要是 通过“食物链”和“食物网”来实现的。
• 食物链：所谓食物链又称营养链，是由 多种生物由于食物（营养）关系而形成 的链条。食物链由许多营养级组成，。
• 食物网：许多条食物链彼此相互交叉， 形成复杂的网状结构而形成食物网。
食物链分类
• 1、捕食食物链（以植食动物吃植物的活 体开始） • 2、碎屑食物链（以分解动物植物尸体或 粪便中有机物颗粒开始） • 3、生态系统中，一般均有以上两类食物 链，生态系统中的寄生物和食腐动物形 成辅助食物链。
三、生态平衡
（一）生态平衡的定义 • 在大百科全书（环境篇）中，把生态平衡（定义为 “生态平衡是生态系统发展到成熟阶段，它的结构和 功能，包括生物种类的组成，各个种群的数量比例以 及物质和能量的输入、输出等都处于相对稳定的状态。 这种状态称之为生态平衡。” • 马世骏给生态平衡下的定义是：生态平衡是指在生态 系统中其结构和功能相对稳定，物质和能量输入、输 出接近平衡，在外来干扰下通过自我调控能够恢复到 原初的稳定状态，这种状态称之为生态平衡。 • 在上述内容基础上，可以把它简化为：生态平衡是指 在生态系统中生物与环境之间以及生物种类之间能够 保持能量、物质和信息的平衡，这种平衡称为生态平 衡。
（二）生态系统的组成
生态系统结构的一般性模型
（三）生态系统的功能
生态系统的功能包括生态系 统的能量流动、物质循环和
信息传递。
生态金字塔
• 营养级从低级以高级，其个体数目、生物量与 能量的分布，形成了底宽而顶尖的金字塔，称 为生态金字塔。 • 据美国生态学家林德曼研究，平均每个营养级 的转化效率约为10%，这就是著名的“金字塔 定律”，亦称“十分之一定律”。 • 金字塔有三种形式：（1）数量金字塔：表示在 一定时间和空间内，各营养级之间的生物数量 关系，以生物个体数目来表示。（常常会发生 倒置）。（2）生物量金字塔：表示各营养级之 间的生物重量关系，以“干重/单位面积/年”表 示。（陆地生态系统中不会发生倒置，但在热 带海洋中会发生倒置。（3）能量金字塔：表示 各营养级之间能量配置关系，以“kj/ m2*年” 表示（永远不会发生倒置）。