生态学基本原理.doc

生态学基本原理第一节生态学的基本理论一、生态学的基本概念（－）生态学的概念生态学的概念是德国生物学家海克尔1866年提出的，他将生态学定义为研究生物与其环境相互作用的科学生态学的发展经过了一段漫长的历程第一代是个体生态学，研究的是个体生物和环境之间相互关系的学科；第二代是群体生态学，研究的是生物群落与环境之间的关系，还包括生物与生物之间的关系；第三代就是生态系统生态学它认为应当把生物和环境，把有生命的生物群体和无生命的环境作为一个统一的整体来研究是什么把生物和环境联成一个整体呢？就是物质和能量二）生态系统1.生态系统的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，或者说，是生命系统与无机环境系统在特定空间的组合按类型则可分为水域的淡水生态系统、海洋生态系统，陆地的沙漠生态系统、草甸生态系统、森林生态系统；按由来又可分为自然生态系统（如极地、原始森林）、半人工生态系统（如农田、薪炭林、养殖湖）、人工生态系统（城市、工厂、矿区）等2.生态系统的组成在生态系统中存在着永不停息的物质循环和能量流动物质循环是由生产者、消费者和分解者所组成的营养级转化，从无机物一有机物f无机物，最后归还给环境。

无机环境：包括日光、大气（O2、CO2等）、水、土壤及营养物质,是生物生存发展的重要物质基础生产者：亦称自养生物，主要是绿色植物，具有光合作用特殊功能，能从环境中吸收CO2、水分和营养物质，在日光作用下合成蛋白质、脂肪、碳水化合物等有机物质，将太阳能转化为化学潜能，贮存在有机体内，供给自身生长、发育需要，也供给其他生物和人类食用或提供能源，亦称初级生产者消费者：主要是动物，取食植物或其他动物，是异养生物，对于生态系统的物质循环和能量转化起着重要作用，也称次级生产者分解者：又称还原者，主要是微生物，能分解动植物残体、死体和排泄物，为生产者提供营养物质和能源，在生态系统的能流和物流中起重要作用3.生态系统的基本特点生态系统具有一般系统所具有的共同性质但又与其他系统有所不同，其基本特点如下：（1）在组成成分方面，它是由有生命的和无生命的两种物质组成，不仅包括植物、动物、微生物，还包括无机环境中作用于生物的物理化学成分，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一定空间的结构特点（包括水平结构与垂直结构）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和人为调控的特点，使不平衡又趋于平衡状态，使整个系统不断向前发展二、生态学的基本规律生态学研究的主要内容是生物与环境之间的关系，生态学的基本原理也体现着生物与环境之间的相互关系与规律，主要表现在以下四个方面：（一）相互作用的协同进化关系生物为了生存和繁衍，必须经常从环境中摄取物质和能量，包括空气、水、光、热及营养物，另外也不断释放、排泄废物（气），死后将遗体归还给环境，使环境得到物质的补充环境影响生物，生物也影响环境，它们之间的相互作用关系，可称为生态学的作用与反作用规律人类生产活动得益于自然环境，又破坏了自然环境，所以不可避免地受到自然环境的惩罚，这就是说明此规律的例证二）链索式的制约关系自然界存在着多种生物，任何一种生物的存在都不是孤立的，它们之间相互依存，相互克制大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米”，它们一环一环地构成链索，通常称为食物链。

三）物质循环不息的再生关系植物从土壤和空气中吸取无机物，通过光合作用，合成有机物，一部分供动物食用，另一些残破和衰老的部分归还给土壤动物取食植物，一部分用于建造机体和维持生命，同时通过呼吸和排泄把一些物质和能量分别输送给大气和土壤，微生物对动植物归还给土壤的有机物进行加工分解，被分解的简单化合物和元素，又归还给自然，如此循环往复，使自然界成为具有一定程度的自生自灭和自给自足性能的自动调节系统四）相生相克交织而成的协调关系自然界的各种生物相互依存，许多生物由于对某一两个环境条件的相近要求，共生在一起，例如森林中不同层次的植物（上层乔木中层乔木、下层灌木、地面草丛）以及依靠这些植物为生的动物对于森林中的小气候税环境有相互依存的关系但动、植物和动物与动物之间也有相克的关系某一动、植物发展过快，形成优势，就会影响其他动植物一些动物存在着自己的天敌各种生物相生相克，维持着自然界的生态平衡由生物组成的生态系统和生物本身一样，也有幼期、中期、鼎盛期和衰老期，所以生态系统发育到一定阶段后，即发生自然稀疏或周期演替的现象三、生态系统中的能量流动和物质循环（－）生态系统中的能量流动1.能量流动的基本规律所谓能量流动是指物体做功的能力，是可以测量的。

能量有多种形式，按运动形式可分为动能和潜能生态系统中的动能是生物与其环境之间，以传导和对流的形式互相传递和转化的一种能量，包括热和辐射潜能主要是储藏在光合产化学键内处于静态的能量，只能通过生物与生物之间进行传递与转化这种生物与生物、生物与环境之间能量传递和转化过程，就是生态系统的能量流动过程，这一过程服从热力学第一定律和第二定律2.能量流动的主要渠道在生态系统中，能量流动的渠道主要是通过“食物链”和“食物网”来实现的在食物链或食物网中，某种生物距离初级生产者的梯级称为营养级，通常以绿色植物为第一营养级，草食动物为第二营养级，肉食动物为第三、四营养极，人处在营养级的最顶端，是最高的营养级营养级越高，能为更高一级生物提供的能量越少在生态系统中，食物的营养级通常有4〜5级在能量从一个营养级到另一个营养级流动的过程中，有一部分被固定下来形成有机物的化学潜能，而另一部分则通过多种途径被消耗，直到最后消耗完为止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%，这样，营养级从低级到高级，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，称为生态金字塔这就是著名的“金字塔定律”，亦称“十分之一定律”。

生态金字塔有三种形式：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例如，0.67hm2豆科饲料作物、5头奶牛和一个小孩的营养关系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”表示例如，1/15hm2地一年内能生产8925kg豆科作物，可生产牛肉1125kg，小孩食用后体重增加52.5kg能量金字塔表示各营养级之间能量配置关系，以“kJ/m2•年”表示这三种金字塔，数量金字塔由于在同一级上，生物个体大小，因种类不同差别很大，可比性小；能量金字塔与生物量金字塔，可比性强，但能量金字塔最能说明问题，故被广泛采用二）生态系统的物质循环1. 物质循环的基本形式——“环”、“流”、“库”地球表面的物质在风力、水力、热力等自然动力和生物活动动力的作用下，各种化学元素从环境到生物体，再从生物体到环境以至生态系统之间进行流动和转化的运动，称为物质的生物化学循环，或简称为“环”生物地球化学循环是物质循环的基本形式在循环过程中，物质被暂时固定、贮存的场所，称为物质贮存“库”按照场所的类型和固定、贮存物质的不同，可分为“大气库”、“水圈库”、“土壤库”、“动物库”和“植物库”。

物质在前三库中多以无机状态存在，在后二库中多以有机状态存在，在大气和水库中相对流动性大，在土壤、动物和植物库中相对流动性小在生态系统中，物质和能量以一定的数量由一个库转移到另一个库中，这个过程叫做“流”，即物质流和能量流没有植物库和动物库，能量和物质就散失在空中、水中、土中，不能贮存固定没有“流”和“库”就不能构成“环”，因此，环、流、库构成彼此关联、不可分割的统一整体研究环、流、库对于发展农业和保护环境有重要意义2.物质循环的基本类型根据物质循环的路径和所通过的贮存库和交换库的种类，可分为水循环、气态循环和沉积循环三种主要循环类型1）水循环大多数生物所需物质多溶于水或随水移动，其贮存库为水体或土壤水分，交换库则是陆生与水生动植物水在阳光下不断蒸发，形成蒸汽，凝结后重返地面和海洋，称之为水的循环2）气态循环以氧、氮、二氧化碳、其他气体和水蒸气为主，循环范围广，贮存库是大气，交换库主要是有生命的动植物3）沉积循环多数矿物元素参加这种循环，贮存库是土壤岩石，交换库多为水和陆生动植物磷循环——磷以地壳作为主要贮存库，磷循环是典型的沉积型循环在生态系统中，岩石和土壤风化所释放出来的磷素以及施入农田的磷肥，均可为植物吸收利用。

被植物有机化的磷素，有两条循环支路，一是进入食物链，进一步转化循环；二是以枯枝落叶及残体形式归还给土壤，进入再循环脱离生态系统的磷素，也有两条去路：一是植物遗体在陆地表面的磷矿化；二是磷酸盐流入海洋被沉积3.污染物质的生物浓缩随着工业和化学型集约农业的发展，大量的化学物质进入环境，并随着物质循环进入生物体中污染物质被植物吸收后，将沿着食物链各个营养级陆续传递，在传递过程中也逐级累积和被浓缩污染物质初级浓度甚低，但经过生物浓缩后，浓度急剧升高如有机氯农药DDT，在大气中浓度为3X10-6mg/L,落入水中，经浮游生物的浓缩，其浓度便升至4X10-2mg/L（1.3万倍），小鱼吞食了浮游生物，其浓度又进一步升高，达到0.5mg/L（16.3万倍），大鱼吞食小鱼又增至2.0mg/L（667万倍），水鸟食大鱼，其体内DDT浓度已达到25mg/L（830万倍）如果人们摄食了受污染的鱼类，人体内DDT的浓度就更高了可见，当前物质循环的特点之一就是污染物的生物浓缩要想保护农业环境，保证人体健康，就要尽量减少有害的污染物进入生态系统第二节农业生态系统的概念与基本原理农业生态系统是一种经过人工驯化的特殊系统，除具有一般生态系统的某些特征外，还应看到，它是由自然生态系统演变而来并在人类活动影响之下形成的，因此，又有某些不同于自然生态系统的特征一、农业生态系统的特点（－）目标不同农业生态系统是在人类控制下发展起来的，目的是为了获得更多的农畜产品以满足人类的需要，为了长期持续增产，人类必须保护与增殖自然资源，保护与改造环境。

而自然生态系统是自发地向着种群稳定、物质循环能量转化与自然资源相适应所谓顶极群落发展，有利于保持系统与生物种群，但对人类并不一定有利二）结构与稳定性不同农业生态系统的生物物种是人工培育与选择的结果，经济价值较高，但抗逆性差，往往造成生物物种单一，结构简化，系统稳定性弱容易遭受自然灾害，为了防灾除害，不得不投入更多的劳力、资金、技术、物质和能量而自然生态系统的生物物种，主要是自然长期选择的结果，生物物种繁多，结构复杂，系统的稳定性与抗逆性强，经济价值有高有低，有的不一定符合人类需要三）调控因素不同农业生态系统主要依靠人工调控并与自然调控结合，多属外部调控，如通过绿化荒山、改良土壤、兴修水利，进行农田基本建设，在技术上采取选种育种、作物布局、栽培管理、病虫害防治等措施来提高系统生产力，获得高额产量，而自然生态系统主要通过自然力作用于系统内部的反馈作用来进行调控，但人类可以利用它有利于人类的调控以改造自然四）开放性不同农业生态系统的开放性大于自然生态系统，物质和能量的输出量都大得多，而自然生态系统所产生的有机物质基本上都保存在系统内，许多矿质营养的循环在系统内取得平衡，是自给自足系统由于农业生态系统大部分物质输出系统之外，要维。