11讲环境与生态.ppt

《《自然自然》》纪念纪念《《物种起源物种起源》》出版出版150周年周年•09年年11月月24日是达尔文著作日是达尔文著作《《物种起源物种起源》》出版出版150周年，周年，为了纪念这部进化论伟大著为了纪念这部进化论伟大著作的诞生，作的诞生，《《Nature》》推出推出达尔文纪念专刊达尔文纪念专刊——《《Biodiversity in Crisis》》•2010年为国际生物多样性年，年为国际生物多样性年，多位专家学者在本期专刊中多位专家学者在本期专刊中就生物多样性的保护、现状就生物多样性的保护、现状等问题阐述了自己的观点等问题阐述了自己的观点12第第11讲讲 环境与生态环境与生态• 第一节第一节 生物与环境生物与环境• 第二节第二节 种群生态种群生态• 第三节第三节 生物群落生物群落• 第四节第四节 生境生境• 第五节第五节 生态系统生态系统• 第六节第六节 人类活动对环境和生态的影响人类活动对环境和生态的影响3一、生物与环境一、生物与环境•生生态学是研究学是研究生物与生物与环境之境之间相互作用相互作用的的一一门学科•包括：包括： 生物个体之生物个体之间、群落之、群落之间、、 生物生物和非生物之和非生物之间的相互作用。

的相互作用生物生物环境环境温温光光气气土土水水4生生态态学学的的研研究究范范畴畴分子水平分子水平亚细胞水平亚细胞水平细胞水平细胞水平个体水平个体水平种群水平种群水平群落水平群落水平生态系统生态系统生物圈生物圈5生态学是一门有数百年历史的生态学是一门有数百年历史的古老学科古老学科•1869年，德国年，德国动物学家物学家Hackel提出提出ecologie•1893(美美)，一次生，一次生态学会学会议，把，把这个个词简化化确定确定为“ecology”•20世世纪20-30年代：初具年代：初具规模模•50年代：数学的引入，成年代：数学的引入，成为定量学科定量学科•70年代以来：生年代以来：生态破坏所破坏所带来的来的环境境问题日日益益严重和明重和明显，，生生态学才引起全社会的重学才引起全社会的重视6生态学的分支学科生态学的分支学科•基础生态学基础生态学•按组织层次分：按组织层次分：个体生态学，个体生态学，种群生态学，群落生态学，种群生态学，群落生态学，生态系统生态学等生态系统生态学等•按生物类别分：按生物类别分：动物生态学，动物生态学，植物生态学，微生物生态学，植物生态学，微生物生态学，真菌生态学等真菌生态学等•按栖息环境分：按栖息环境分：陆地生态学，陆地生态学，海洋生态学，河口生态学，海洋生态学，河口生态学，淡水生态学等淡水生态学等•应用生态学应用生态学•污染生态学污染生态学•人类生态学人类生态学•城市生态学城市生态学•农业生态学农业生态学•资源生态学资源生态学7生态因子生态因子•生生态因子：因子：环境中境中对生物的生生物的生长、、发育、育、生殖、行生殖、行为、分布有着直接或、分布有着直接或间接影响的接影响的环境要素。

主要包括：境要素主要包括：•生物因子：生物因子：生物种内和种生物种内和种间的相互关系的相互关系•非生物因子：非生物因子：光、温度、湿度、降水、土光、温度、湿度、降水、土壤、大气等壤、大气等8生态因子的作用特点生态因子的作用特点•综和性和性：每一个生：每一个生态因子都是在与其他生因子都是在与其他生态因子的相互影响、制因子的相互影响、制约中起作用的中起作用的•非等价性非等价性：：总有有1-21-2种因子起主种因子起主导作用•不可替代性和互不可替代性和互补性性：每一种因子都是必不：每一种因子都是必不可少的，当其数量不足可少的，当其数量不足时可靠其他因子来可靠其他因子来补偿•限定性限定性：某一生：某一生态因子的有益作用只限于生因子的有益作用只限于生物生物生长发育的某一特殊育的某一特殊阶段9生物与环境关系的基本原理生物与环境关系的基本原理•生物势和环境阻力生物势和环境阻力•生物势生物势：生物在没有：生物在没有任何限制的环境中增任何限制的环境中增长的潜在速率长的潜在速率•环境阻力环境阻力：：环境对生环境对生物增长速率的限制因物增长速率的限制因素素•谢尔福特耐受定理谢尔福特耐受定理：：生物对每种生态因子生物对每种生态因子都有耐受上限和下限都有耐受上限和下限10生物生物与非与非生物生物因子因子的关的关系系温温水水土土季节、纬度季节、纬度昼夜、海拔昼夜、海拔高沸点、高比热高沸点、高比热固态膨胀固态膨胀无机、有机、微生物无机、有机、微生物气气结构（结构（1000km)1000km)、成分（氮、、成分（氮、氧、二氧化碳、水）作用（保氧、二氧化碳、水）作用（保护、保温、能源、材料）护、保温、能源、材料）光光光的强度（入射角、纬度、海拔）光的强度（入射角、纬度、海拔）光的性质（红外线、可见光、紫外线）光的性质（红外线、可见光、紫外线）光的作用（升温、能量、致突变）光的作用（升温、能量、致突变）11生物与水的关系生物与水的关系水生植物水生植物水生动物水生动物陆生植物陆生植物陆生动物陆生动物12二、种群生态学二、种群生态学•什么是种群？什么是种群？居住在一定地区的同一种居住在一定地区的同一种类的相互作用的个体的相互作用的个体组成一个种群。

成一个种群•种群特征：种群特征：数量；年数量；年龄比；密度；性比；密度；性别比；分布状况比；分布状况•关关键特征是特征是“数量数量”：：种群生种群生态学研究学研究外界因子（生物的、物理的）外界因子（生物的、物理的）对某一种某一种群在一定地区中群在一定地区中丰度和分布丰度和分布的影响从的影响从而构造合理的种群而构造合理的种群变动模型，模型，预测种群种群变化13种群变种群变动动——指数增指数增长模型长模型14种群变动种群变动——逻辑斯蒂增长模型逻辑斯蒂增长模型加速加速阶段阶段减速减速阶段阶段平衡平衡阶段阶段15群聚分布群聚分布均匀分布均匀分布随机分布随机分布种群的空间结构种群的空间结构16种群统计学种群统计学——种群存活曲线种群存活曲线I、人：出生时死亡率低，一定年龄后死亡率增加II、松鼠：终身死亡率恒定III、蠔：出生时死亡率特高，然后死亡率剧减17种群生态学中关于人口的研究种群生态学中关于人口的研究工业革命后人工业革命后人口剧烈增长口剧烈增长19991999年左右已年左右已经达到经达到6060亿亿181800-2000中中国人口国人口增长总增长总体上是体上是按指数按指数增长模增长模型进行型进行的的19人口的年龄人口的年龄/性别结构与增长速率密性别结构与增长速率密切相关切相关金字塔形人口增长快菱形人口零增长201990年瑞典和墨西哥的人口年龄年瑞典和墨西哥的人口年龄/性别结构性别结构21三、群落生态学三、群落生态学•群落群落是指生活于某一特定地区的相互作用着的各是指生活于某一特定地区的相互作用着的各种生物的种生物的总和总和。

方式方式种群种群1种群种群2竞争竞争有害有害有害有害捕食捕食/被捕食被捕食有益有益有害有害寄生寄生有益有益有害有害互利共生互利共生有益有益有益有益偏利共生偏利共生有益有益无益或有害无益或有害合作合作有益有益有益有益植化相克植化相克有益有益有害有害22竞竞 争争•竞争：竞争：各个种群生活在同一个各个种群生活在同一个空间空间，分享，分享同样同样资源资源，在，在资源不足资源不足的情况下，表现出的情况下，表现出竞争关系竞争关系23避开竞争避开竞争——北美莺北美莺五种五种北美莺北美莺同以同以云杉云杉为生，分处不同的位为生，分处不同的位置达到置达到避开竞争避开竞争的效的效果果24避开竞争避开竞争——藤壶藤壶两种两种藤壶藤壶分分处海岸不同处海岸不同高度以避开高度以避开竞争竞争25捕食捕食/ / 被捕食被捕食加拿大一家出产皮毛公加拿大一家出产皮毛公司的销售记录反映了山司的销售记录反映了山猫和雪兔的数量消长猫和雪兔的数量消长26捕食者捕食者/ /被捕食关系使双方发展出被捕食关系使双方发展出多种适应性策略多种适应性策略27共生共生•不同种群的个体之不同种群的个体之间，存在着，存在着长时间的的紧密密的相互关系，称的相互关系，称为共生。

共生又可按共生共生又可按对双方双方的利害区分的利害区分为：：•寄生：寄生：一方的生一方的生长带来来对另一方的另一方的损害•互利共生：互利共生：则是双方都从共同栖居中得益是双方都从共同栖居中得益•合作：合作：亦是双方互利的，但是两种生物体居亦是双方互利的，但是两种生物体居住关系上已疏住关系上已疏远一点28寄生寄生——锥虫是一种原生动物，锥虫是一种原生动物，能引起睡眠病能引起睡眠病29寄生寄生——感染感染旋毛虫病旋毛虫病，轻则恶，轻则恶心、呕吐，重则致死心、呕吐，重则致死30寄主和寄生物寄主和寄生物动物动物植物植物病毒病毒病毒病毒细菌细菌细菌细菌原生动物原生动物扁虫、血吸虫扁虫、血吸虫线虫、槲寄生线虫、槲寄生线虫、螨、虱、蚤线虫、螨、虱、蚤菟丝子菟丝子31一只一只鸟里鸟里里外里外外寄外寄生物生物约约20多种多种32蚂蟥身上还有蚂蟥蚂蟥身上还有蚂蟥33互利共生互利共生——蚂蚁和蚜虫蚂蚁和蚜虫34互利共生互利共生——白蚁白蚁消化道中消化道中原生动原生动物物帮助白蚁消化木屑帮助白蚁消化木屑35合作：合作：牛尾鸟牛尾鸟帮助帮助犀犀牛牛清除清除寄生小寄生小虫虫36偏利共偏利共生：生：海海边一种边一种软虫软虫,打洞捕打洞捕获食物获食物引来各引来各种分享种分享者者37植化相克植化相克——一种一种鼠尾草鼠尾草分泌化分泌化学物质，使周围成为不毛之地学物质，使周围成为不毛之地38群落特征的描述是群落生态学的重群落特征的描述是群落生态学的重要内容要内容•外界因素外界因素也可能也可能给群落面目群落面目带来巨大改来巨大改变，如洪水、，如洪水、大火、冰河期、火山爆大火、冰河期、火山爆发等，在一等，在一阵突突变消除某一地消除某一地区几乎所有生物种群之后，我区几乎所有生物种群之后，我们可以可以观察到群落察到群落组成成的的变化化——群落演替群落演替。

•群落特征的描述包括以下几个方面：群落特征的描述包括以下几个方面：•群落的群落的组成：成：有哪些种群？各种群的个体数量如何？有哪些种群？各种群的个体数量如何？•群落中的群落中的优势种群：种群：往往是最往往是最显而易而易见的部分•群落的群落的稳定性：定性：经受干受干扰的内在潜力的内在潜力•群落的群落的营养养结构：构：着重表征群落内部各种群着重表征群落内部各种群间关系39一一个个湖湖泊泊演演替替成成森森林林裸底阶段裸底阶段沉水植物阶段沉水植物阶段浮叶根生浮叶根生植物阶段植物阶段挺水植物和挺水植物和沼泽植物阶段沼泽植物阶段40四、生境四、生境•全球全球陆地，主要在地，主要在气候和水分气候和水分供供应影响下，影响下，形成形成 7－－15 种典型群落特征，称之种典型群落特征，称之谓“生生境境”•冻土土带：即苔原，：即苔原，带状状环北冰洋北冰洋严寒区，寒区，我国没有我国没有•针叶林叶林带：又称泰加林，：又称泰加林，冻土土带以南，温以南，温带北北缘以及高山我国以及高山我国东北•落叶落叶阔叶林叶林带：温：温带多雨地区，我国多雨地区，我国东北北南部，西南，南部，西南，东南沿海41冻土带的短暂夏天也有色彩冻土带的短暂夏天也有色彩42林海雪原中的针叶林林海雪原中的针叶林43四四季季分分明明的的落落叶叶阔阔叶叶林林44生境生境•草原草原：温：温带少雨地区。

少雨地区 我国我国东北南部，北南部，西南，西南，东南沿海•稀稀树草原草原：又称沙瓦：又称沙瓦纳，高原少雨地区高原少雨地区我国未定我国未定•沙漠沙漠：又称荒漠，温：又称荒漠，温带、、热带干旱地区干旱地区我国西北我国西北•热带雨林雨林：：热带，少数温，少数温带，沿海或多，沿海或多雨潮湿区我国海南、台湾、西双版雨潮湿区我国海南、台湾、西双版纳45肥美的澳州大草原肥美的澳州大草原46非洲稀树草原非洲稀树草原47仙人掌是沙漠的特征仙人掌是沙漠的特征48热带雨林是地球的宝贵资源热带雨林是地球的宝贵资源49五、生态系统五、生态系统•一定地区内的所有生物和一定地区内的所有生物和环境物理因素境物理因素的的总和称和称生生态系系统研究生态系系统着重着重于宏于宏观方面，如方面，如能流能流、、物物质循循环、、生生态系系统的的稳定性定性等•生生态系系统的基本的基本组分：分：•非生物成分：非生物成分：太阳太阳辐射能，无机物射能，无机物质( (大大气、水气、水) )，有机物，有机物质•生物成分：生物成分：生生产者，消者，消费者，者，还原者原者50生生态态系系统统的的基基本本组组分分51北北极极地地区区食食物物网网52生态系统的基本特征生态系统的基本特征•核心是生物群落核心是生物群落•地区特点和空地区特点和空间结构构•时间特征特征•三大功能三大功能类群参与代群参与代谢活活动•动态平衡特征平衡特征•开放性开放性53生态生态系统系统的初的初级生级生产力产力是有是有限的限的54生态系生态系统中的统中的能量传能量传递递效率效率低和单低和单向逐级向逐级递减递减55生态系统中生态系统中能量传递的效率能量传递的效率大约大约为为10%56素食者比肉食者节约能源素食者比肉食者节约能源57海洋生态系统生产力海洋生态系统生产力 生产者生产者420420××10108 8 吨／年吨／年食草动物食草动物6464××10108 8 吨／年吨／年第第1 1级食肉动物级食肉动物1010××10108 8 吨／年吨／年第第2 2级食肉动物级食肉动物1.51.5××10108 8 吨／年吨／年 第第3 3级食肉动物级食肉动物0.220.22××10108 8 吨／年吨／年58物质循环物质循环——水循环水循环地球表面地球表面海洋面积占海洋面积占7070％，％，但但淡水面积仅淡水面积仅占占3 3－－4 4％，％，人类正面人类正面临临淡水缺乏淡水缺乏的威胁的威胁59物质循环物质循环——碳循环碳循环60物质循环物质循环——氮循环氮循环61物质循环物质循环——磷循环磷循环62生态系统的信息传递生态系统的信息传递•种类种类•物理信息物理信息•化学信息化学信息•营养信息营养信息 •行为信息行为信息•动物间的信息传递动物间的信息传递–捕食捕食–居住居住–防卫防卫–性行为性行为–群集群集63防卫防卫——甲壳虫喷出毒液甲壳虫喷出毒液64防卫防卫——蝴蝶用鲜艳的蝴蝶用鲜艳的“眼睛眼睛”吓吓走敌人走敌人65生态平衡及调控生态平衡及调控•生生态平衡平衡：：一个生一个生态系系统在特定在特定时间内的内的动态平衡状平衡状态•特征：特征：–动态平衡平衡–整体性整体性•生生态平衡的失平衡的失调和破坏和破坏–生物种生物种类成分的改成分的改变–生生态系系统结构的破坏构的破坏66生态系统的破坏生态系统的破坏——过度捕杀过度捕杀67生态系统的破坏生态系统的破坏——滥砍滥伐滥砍滥伐68如何解决生态平衡失调？如何解决生态平衡失调？•正确正确处理保持生理保持生态平衡与开平衡与开发资源的源的关系关系•正确安排正确安排环境供需相境供需相对平衡平衡•维持生物持生物间的制的制约关系关系•妥善妥善处理部分与全局的关系，使生理部分与全局的关系，使生态系系统处于于优化状化状态69六、六、人类活动对环境和生态的影响人类活动对环境和生态的影响生态生态环境环境人类活动人类活动人类活动造人类活动造成成环境恶化环境恶化人类活动造人类活动造成成生态破坏生态破坏环境恶化与生态环境恶化与生态破坏破坏互相加剧互相加剧环境恶化与生态破环境恶化与生态破坏坏威胁人类生存威胁人类生存70酸雨酸雨——造成死亡之湖（纽约州）造成死亡之湖（纽约州）71酸雨酸雨——毁坏德国森林的毁坏德国森林的50％％72酸雨带来一片凄凉景象酸雨带来一片凄凉景象73北北美美酸酸雨雨地地区区分分布布74臭氧层臭氧层——吸收太阳光中吸收太阳光中9999％％的的紫外线紫外线中层中层平流层平流层臭氧层臭氧层对流层对流层75氟利氟利昂昂极极快地快地破坏破坏臭氧臭氧层层76南极上空臭南极上空臭氧洞还在继续增大氧洞还在继续增大•1990 年南极上空平流年南极上空平流层臭氧洞臭氧洞面面积达达 9×106 平方英里，平方英里，大大约是美国国土面是美国国土面积三三倍。

倍•1993 年又年又扩大大 25％•蒙特利蒙特利尔协议签字国承字国承诺逐年减少氟逐年减少氟氯化碳的化碳的产量，直至完全停量，直至完全停产77人类的文明是建立在能源和其它人类的文明是建立在能源和其它资源的大量消耗上的资源的大量消耗上的时期时期能量消耗（能量消耗（kcal/人人.天）天）原始人原始人2000狩猎时期狩猎时期5000农业社会早期农业社会早期12000农业社会晚期农业社会晚期20000工业化早期工业化早期60000其他发达国家（现代）其他发达国家（现代）125000美国（现代）美国（现代）25000078化石能源的消耗造成了温室效应化石能源的消耗造成了温室效应79垃垃圾圾处处理理厂厂80环境污染事故环境污染事故——寂静的春天寂静的春天1939年，年，发明明 DDT1943年，年，DDT－－ 跳蚤－斑疹跳蚤－斑疹伤寒寒1957年，二年，二战后大面后大面积灭蚊蚊1961年，年，“Silent Spring”-Rachel Carson，，唤起了起了人人类对环境境污染染的警的警觉1970年，美国成立年，美国成立环保局保局1972年，年，颁令禁用令禁用 DDT81飞机喷洒飞机喷洒 DDT 杀蚊杀蚊82DDT随食随食物链物链传播传播水中水中DDTDDT浓浓度度3 3×1010-6 -6 ppmppm鹰体内鹰体内DDTDDT浓度浓度25ppm25ppm二十世纪十大污染事件•(1）北美死湖事件–大面积酸雨区，造成湖泊生物大量死亡•(2）卡迪兹号油轮事件–油轮触礁漏油污染，造成海洋生态环境严重破坏•(3) 墨西哥湾井喷事件–深海油井发生严重井喷，海洋环境严重污染•(4）库巴唐“死亡谷”事件–工业企业排放废水废气，污染环境，居民严重受害•(5）西德森林枯死病事件–因酸雨之害，德国有八十多万公顷森林被毁，大量–儿童感染疾病•(6）印度博帕尔公害事件–化工厂毒气泄漏，一周内2500人死亡，当时就有–15万人受害，最终导致20多万人失明•(7）切尔诺贝利核漏事件–前苏联核电站发生核泄漏事故，在以后的十年中10–万居民患肺癌和骨癌死亡•(8）莱茵河污染事件–化学公司仓库起火，剧毒农药钢管爆炸，造成莱茵–河严重污染，生态严重破坏•(9）雅典“紧急状态事件”–雅典市中心二氧化碳浓度大幅度超标，雅典宣布进–入紧急状态，车辆停驶、工厂停工、学校停课•(10）海湾战争油污染事件–海湾战争期间，科威特油田起火，原油在海面上–形成油带，黑烟蔽日，海湾地区生态环境面临崩溃切尔诺贝利核事故切尔诺贝利核事故•1986年年4月月26日凌晨日凌晨1时时23分，切尔诺贝利核电分，切尔诺贝利核电站站4号反应堆发生爆炸。

号反应堆发生爆炸8吨多强辐射物质混合吨多强辐射物质混合着炙热的石墨残片和核着炙热的石墨残片和核燃料碎片喷涌而出据燃料碎片喷涌而出据估算，核泄漏事故后产估算，核泄漏事故后产生的放射污染相当于日生的放射污染相当于日本广岛原子弹爆炸产生本广岛原子弹爆炸产生的放射污染的的放射污染的100倍85黑色创伤：死亡人数黑色创伤：死亡人数9万余人万余人•核泄漏过程持续了核泄漏过程持续了10天，放射性物质散到乌克天，放射性物质散到乌克兰、白俄罗斯、俄罗斯以及其他欧洲国家兰、白俄罗斯、俄罗斯以及其他欧洲国家•全球共有全球共有20亿人口受切尔诺贝利事故影响，亿人口受切尔诺贝利事故影响，27万人因此患上癌症，其中致死万人因此患上癌症，其中致死9.3万人万人8687保护生态环境保护生态环境——一场斗争一场斗争坦桑尼亚野生动坦桑尼亚野生动物保护官员和没物保护官员和没收的象牙收的象牙88保护生态保护生态环境环境——需要科技需要科技支持支持阿尔及利亚撒哈拉沙阿尔及利亚撒哈拉沙漠中的灌溉农业漠中的灌溉农业中国的环境污染问题频发中国的环境污染问题频发•09年年8月，月，陕西省西省凤翔翔县，，174名儿童名儿童铅中毒，中毒，1016名受名受检儿童中儿童中851血血铅超超标。

年年产铅锌20万吨的万吨的东岭集岭集团陕西西东岭冶岭冶炼有限公司，被疑与此有关有限公司，被疑与此有关•09年年8月，湖南省月，湖南省浏阳市，阳市，2888人的有效人的有效检测结果果中，尿中，尿镉超超标509人经专家确家确认湘和化工厂是造湘和化工厂是造成成镉污染的直接来源染的直接来源•09年年9月，云南月，云南“九大高原湖泊九大高原湖泊”之一之一——阳宗海，阳宗海，出出现砷含量超砷含量超标，水体，水体严重重污染已染已经降降为劣五劣五类水水质 经初步确定，阳宗海水体砷初步确定，阳宗海水体砷污染主要来源是染主要来源是云南澄江云南澄江锦业工工贸有限公司有限公司8990可持续发展可持续发展——建立在生态平衡建立在生态平衡和持续基础上健康的经济发展和持续基础上健康的经济发展从工业文明从工业文明过渡到生态过渡到生态文明文明91本讲摘要本讲摘要•生生态学是研究生物与学是研究生物与环境之境之间相互作用的一相互作用的一门学学科包括：科包括： 生物个体之生物个体之间、群落之、群落之间、、 生物和生物和非生物之非生物之间的相互作用的相互作用•种群是由居住在一定地区的同一种种群是由居住在一定地区的同一种类的相互作用的相互作用的个体的个体组成，关成，关键特征是特征是“数量数量”。

•群落是指生活于某一特定地区的相互作用着的各群落是指生活于某一特定地区的相互作用着的各种生物的种生物的总和•一定地区内的所有生物和一定地区内的所有生物和环境物理因素的境物理因素的总和称和称生生态系系统研究生态系系统着重于宏着重于宏观方面，如能方面，如能流、物流、物质循循环、生、生态系系统的的稳定性等•人人类的活的活动是造成生是造成生态平衡破坏的主要原因，可平衡破坏的主要原因，可持持续发展是未来的出路展是未来的出路92思考题思考题•生生态因子的作用特点是什么？因子的作用特点是什么？•群落中不同种群之群落中不同种群之间的相互作用方式有的相互作用方式有哪些？并作哪些？并作简要要说明明•什么是生境？主要的生境有哪些？什么是生境？主要的生境有哪些？•生生态系系统中的物中的物质循循环主要包括哪些？主要包括哪些？并作并作简要要说明明。