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1、环境与可持续发展导论第三章生态学基本原理 生态学的基本原理。生态系统的组成及生态平衡的基本概念。生态学在环境保护工作中的应用。东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论第三章 生态学基本原理第一节 生物物种、种群与群落第二节 生 态 系 统第三节 生 态 平 衡东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论生态学的发展及其与环境学的区别生态学的发展及其与环境学的区别 生态学是生物学的重要分支之一，生态学是生物学的重要分支之一，20世纪初才世纪初才逐渐被公认为是一门独立的学科。逐渐被公认为是一门独立的学科。生态学生态学研究的
2、内容研究的内容:研究生物与其生活环境相关关系的学科研究生物与其生活环境相关关系的学科环境学环境学研究的内容研究的内容:研究人类活动与环境质量变化基本规律的学科研究人类活动与环境质量变化基本规律的学科东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论第一节第一节 生物物种、种群与群落生物物种、种群与群落一、物种（一、物种（Species）物种物种是生物界分类的基本单位，惠特克于是生物界分类的基本单位，惠特克于1969年提出了年提出了生物界的划分方法。生物界的划分方法。界（界（Kingdom）门（门（Phylum）纲（纲（Class）目（目（Order）科（科（Fam
3、ily）属（属（Genus）种（种（Species）东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论生物的三大类生物的三大类n动动 物：物：小到单细胞的原生动物，大至发育较为小到单细胞的原生动物，大至发育较为完善的鸟类、兽类。动物种类有完善的鸟类、兽类。动物种类有200200多万种。多万种。n植植 物：物：从低等藻类到高等的种子植物。植物种从低等藻类到高等的种子植物。植物种类有类有2020多万种。多万种。n微生物：微生物：单细胞或结构简单甚至没有细胞结构的单细胞或结构简单甚至没有细胞结构的低等生物，包括各种病毒、细菌。共有低等生物，包括各种病毒、细菌。共有101
4、0多万种。多万种。东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论物种的变异现象物种的变异现象-遗传规律：遗传规律：1919世纪世纪5050年代，达尔文发表了年代，达尔文发表了物种起源，物种起源，提出了以提出了以“自然选择自然选择”为中心的生物进化学说，证为中心的生物进化学说，证明了明了“物竞天择、适者生存物竞天择、适者生存”的进化论学说。的进化论学说。二、二、种群（种群（Population）一定时间内占有一定空间的某一生物种的个一定时间内占有一定空间的某一生物种的个体的集合群体的集合群1、种群的概念种群的概念东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通
5、识教育课程环境与可持续发展导论2.2.种群的基本特征种群的基本特征 种群的大小、密度、生物量种群的大小、密度、生物量大小（大小（SizeSize）-一个种群个体数目的多少一个种群个体数目的多少密度（密度（DensityDensity）-单位时间和空间内的个体数单位时间和空间内的个体数生物量生物量-单位面积或空间内所有个体的鲜物质单位面积或空间内所有个体的鲜物质或生物质的总量或生物质的总量 年龄结构（年龄结构（Age structureAge structure）种群中各年龄组个体数在整个种群中所占的种群中各年龄组个体数在整个种群中所占的比例比例东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通
6、识教育课程环境与可持续发展导论 性别比例性别比例种群中雄性和雌性个体数目的比例种群中雄性和雌性个体数目的比例 出生率和死亡率出生率和死亡率出生率出生率单位时间内生物所产生后代个体的平均数单位时间内生物所产生后代个体的平均数死亡率死亡率单位时间内生物死亡的平均数单位时间内生物死亡的平均数3.种群的变化规律种群的变化规律-增长规律增长规律 指数增长规律、指数增长规律、S型增长规律和阻尼振荡型增长规律和阻尼振荡规律。规律。东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论三、三、群落（群落（CommunityCommunity）在一定的环境条件下，各种大小生物种群在特在
7、一定的环境条件下，各种大小生物种群在特定空间的集合。定空间的集合。1.群落的基本特征群落的基本特征 外貌特征、多样性特征、物种的相对数量、外貌特征、多样性特征、物种的相对数量、优势现象、群落结构。优势现象、群落结构。2.群落的演替群落的演替物种的变化导致群落内部环境的变化，又对种物种的变化导致群落内部环境的变化，又对种群产生影响，直至相对稳定。群产生影响，直至相对稳定。东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论第二节第二节 生生 态态 系系 统统生态系统生态系统生命系统（生物群落）和环境生命系统（生物群落）和环境系统在系统在特定空间的组合。特定空间的组合。
8、生物群落和非生物环境的集合体生物群落和非生物环境的集合体Ecosystem Ecosystem 由英国植物学家由英国植物学家 于于19351935年提年提出。出。5050年代得到广泛关注，年代得到广泛关注，6060年代以后成为年代以后成为生态学研究的中心。生态学研究的中心。生态系统的研究是环境学领域研究的重点，生态系统的研究是环境学领域研究的重点，因此，工程学研究也逐步向生态学研究渗透。因此，工程学研究也逐步向生态学研究渗透。东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论一、一、生态系统的组成和特征生态系统的组成和特征生生 态态 系系 统统生生 物物 部部 分
9、分非非 生生 物物 部部 分分生产者生产者 消费者消费者 分解者分解者绿色绿色植物植物动动 物物微生物微生物物质、能量、场所物质、能量、场所东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论1.1.生产者生产者生态系统中能进行光合作用的各种绿色植物、蓝绿生态系统中能进行光合作用的各种绿色植物、蓝绿藻和某些细菌。又称为自养生物。藻和某些细菌。又称为自养生物。光合作用光合作用太阳能太阳能化学能化学能无机物无机物有机物有机物2.消费者消费者 以其他生物为食的各种动物（植食动物、肉食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）。动物、杂食动物和寄生
10、动物等）。一级消费者一级消费者-草食动物草食动物二级消费者二级消费者-肉食动物肉食动物三级消费者三级消费者-以前二级消费者为食物以前二级消费者为食物东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论3.3.分解者分解者 分解动植物残体、粪便和各种有机物的细菌、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。分解真菌、原生动物、蚯蚓和秃鹫等食腐动物。分解者和消费者都是异养生物。者和消费者都是异养生物。4.4.非生物部分非生物部分 生态系统中生物赖以生存的一切环境条件。生态系统中生物赖以生存的一切环境条件。无机物：无机物：氮、氧、二氧化碳
11、和各种无机盐等。氮、氧、二氧化碳和各种无机盐等。有机物：有机物：蛋白质、糖类、脂类和土壤腐殖质等。蛋白质、糖类、脂类和土壤腐殖质等。自然条件：自然条件：温度、湿度、风、和降水等，来自温度、湿度、风、和降水等，来自宇宙的太阳辐射也可归入此类。宇宙的太阳辐射也可归入此类。东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论 构成生态系统的各个因素中，生物群落处构成生态系统的各个因素中，生物群落处于核心地位，非生命系统是生物赖以生存的基于核心地位，非生命系统是生物赖以生存的基础，二者处于一种动态平衡之中，才形成一个础，二者处于一种动态平衡之中，才形成一个稳定的生态系统稳定
12、的生态系统生态平衡。生态平衡。5.5.食物链食物链和食物网和食物网生态系统中各种生物之间存在着的取食关生态系统中各种生物之间存在着的取食关系，系，食物网越复杂，生态系统就越稳定。食物网越复杂，生态系统就越稳定。东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论二、二、生态系统的功能生态系统的功能 主要包括：主要包括：生物生产、能量流动、物质循环和生物生产、能量流动、物质循环和信息流动。信息流动。1.1.生物生产生物生产生物吸收环境中的物质、能量，转化成新的物生物吸收环境中的物质、能量，转化成新的物质、能量，实现物质、能量积累，用以延续生命和质、能量，实现物质、能量
13、积累，用以延续生命和增长。增长。初级生产初级生产绿色植物光合作用对太阳能的积累绿色植物光合作用对太阳能的积累次级生产次级生产消费者和生产者对初级生产者产生的有消费者和生产者对初级生产者产生的有机物及储存的能量，进行再生产、再利用的过程。机物及储存的能量，进行再生产、再利用的过程。东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论2.2.能量流动能量流动太阳能太阳能初级生产者初级生产者化学能（储存于有机物中）化学能（储存于有机物中）消费者（一级、二级、三级）消费者（一级、二级、三级）残体残体分解者分解者无机物无机物回归环境回归环境 能量源自于太阳能能量源自于太阳能
14、能量流沿食物链单向流动，由低级到高级，具有能量流沿食物链单向流动，由低级到高级，具有不可不可逆性和非循环性。逆性和非循环性。营养级和能量金字塔营养级和能量金字塔 能量流沿食物链逐渐减少。后一营养级从前一营养级能量流沿食物链逐渐减少。后一营养级从前一营养级仅能获取能量的仅能获取能量的10%-10%-Lindeman Lindeman 效率效率。特特 点：点：东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论3.物质循环 营养物质是各种生命活动（初级、次级生产）营养物质是各种生命活动（初级、次级生产）的基础。的基础。微生物细胞的组成：微生物细胞的组成：水和无机盐水和无
15、机盐-维持细胞生命的重要物质维持细胞生命的重要物质 有机化合物有机化合物-碳、氧、氢、硫、磷组成的有机化合物，碳、氧、氢、硫、磷组成的有机化合物，构成细胞中蛋白质、核酸、糖类、脂类和维生素。构成细胞中蛋白质、核酸、糖类、脂类和维生素。生态系统的物质循环：生态系统的物质循环：环境营养物环境营养物有机体有机体代谢代谢分解分解回归环境回归环境东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论水循环：水循环：水是最重要的生命物质之一水是最重要的生命物质之一水是细胞代谢和生命活动的基础水是细胞代谢和生命活动的基础 地球上的总水量地球上的总水量14亿立方公里亿立方公里，其中，
16、其中海水占海水占97.3%97.3%，冰川为主的冰川为主的陆地水占陆地水占2.7%2.7%，其中其中1/31/3为冰帽、为冰帽、冰川，冰川，1/31/3为地下水，为地下水，不到不到1%1%为地表水。为地表水。水循环：水循环：蒸蒸 发发雨、雪雨、雪地表水地表水径径 流流地下水地下水水资源短缺水资源短缺资源性短缺资源性短缺水质性短缺水质性短缺东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论碳循环：碳循环：碳是构成生物体的基本元素，占生物总质量约碳是构成生物体的基本元素，占生物总质量约25%25%。在无机环境中，以在无机环境中，以二氧化碳二氧化碳和和碳酸盐碳酸盐的形式
17、存在。的形式存在。碳循环的主要形式：碳循环的主要形式：CO2光合作用光合作用有机碳有机碳生物呼吸、分解生物呼吸、分解CO2植物的呼吸作用植物的呼吸作用动物的呼吸作用动物的呼吸作用化石燃料的使用、释放化石燃料的使用、释放东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论氮循环：氮循环：氮是形成蛋白质、氨基酸和核酸的主要成分，氮是形成蛋白质、氨基酸和核酸的主要成分，是生命的基本元素。是生命的基本元素。大气中大气中N N2 2占占79%79%，N N2 2是一种惰性气体，不能被大是一种惰性气
18、体，不能被大多数生物直接利用。多数生物直接利用。固氮方式：固氮方式：生物固氮生物固氮-根瘤菌、固氮蓝藻根瘤菌、固氮蓝藻工业固氮工业固氮-合成氨、铵盐合成氨、铵盐东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论氮循环方式：氮循环方式：土壤中氨土壤中氨硝化细菌硝化细菌氧氧 化化亚硝酸盐亚硝酸盐硝酸盐硝酸盐植物吸收植物吸收蛋白质、核酸（有机氮）蛋白质、核酸（有机氮）蛋白质蛋白质生物分解生物分解水水 解解氨基酸、尿素、氨氨基酸、尿素、氨硝化细菌硝化细菌氧氧 化化硝酸盐硝酸盐反硝化细菌反硝化细菌氮氮 气气东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可
19、持续发展导论磷循环：磷循环：磷是维持生命活动必需的另一重要因素磷是维持生命活动必需的另一重要因素磷的主要来源：磷的主要来源：磷酸盐矿、鸟粪、动物化石磷酸盐矿、鸟粪、动物化石磷的循环方式：磷的循环方式：磷酸盐磷酸盐侵蚀侵蚀开采开采土土 壤壤植物利用植物利用残体回到土壤残体回到土壤东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论第三节第三节 生生 态态 平平 衡衡一、生态平衡一、生态平衡正常的生态系统中，能量流动和物质循环不断正常的生态系统中，能量流动和物质循环不断地进行，生产者、消费者、还原者之间保持的一种地进行，生产者、消费者、还原者之间保持的一种动态平衡状态。
20、动态平衡状态。生物与非生物之间生物与非生物之间生物之间生物之间生命系统生命系统非生命系统非生命系统生产者、消费者、分解者生产者、消费者、分解者能量流动能量流动环境系统环境系统环境系统环境系统物质循环物质循环物质循环物质循环东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论生态平衡的基本特征：生态平衡的基本特征：系统中物质与能量的输入、输出保持相对平衡系统中物质与能量的输入、输出保持相对平衡 系统中物质与能量的流动保持合理的比例速度系统中物质与能量的流动保持合理的比例速度 系统中生物的种类和数量保持相对稳定系统中生物的种类和数量保持相对稳定 系统具有良好的自我调节能
21、力系统具有良好的自我调节能力二、二、生态平衡失调生态平衡失调受外界影响，结构、功能受损，超过自我调节受外界影响，结构、功能受损，超过自我调节能力，导致系统衰退甚至崩溃而不能修复。能力，导致系统衰退甚至崩溃而不能修复。东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论东南大学通识教育课程环境与可持续发展导论失衡的结构标志：失衡的结构标志：系统内生产者、消费者、分解者缺损，种群和数系统内生产者、消费者、分解者缺损，种群和数量减少，系统层次结构发生变化。量减少，系统层次结构发生变化。失衡的功能标志：失衡的功能标志：生物生产率下降、能量流动受阻、物质循环中断。生物生产率下降、能量流动受阻、物质循环中断。三、破坏生态平衡的因素三、破坏生态平衡的因素1.自然因素自然因素2.人为因素人为因素