第三章生態學基礎由于生態學的許多基本原理可以應用于環境科學中，用來研究和解決人類生活與環境問題，因而有必要學習生態學的基本理論。1本章學習重主要內容第一節生態學基礎第二節生態學在環境保護中的應用2第一節生態學基礎一、生態學及其發展二、生態系統的概念、組成與作用三、生態平衡四、生物多樣性五、生態學的一般規律3一、生態學及其發展1、生態學是一門研究生物與其生活環境相互關系的科學，是生物學的主要分支之一。即生命體，包括植物、動物和人，如果把生物看成是一個生命系統；把生活環境看成是一個環境系統；第一節生態學基礎41、生態學生態學就是研究生命系統和環境系統之間相互作用規律和機理的一門學科。包括植物、動物和人類5

2、生態學的發展（1）研究對象的變化：植物動物人類形成了人類生態學（2）生態學與基礎科學和應用科學相結合，發展了生態學，擴大了生態學的領域。如：經濟生態學、物理生態學、化學生態學等。植物動物植物動物植物人類動物植物動物植物人類動物植物6二、生態系統的概念、組成與作用1、生態系統的概念（1）有關概念種群（Population）：一個生物物種在一定范圍內所有個體的總和。群落（Community）：在一定的自然區域中許多不同種的生物的總和。7二、生態系統的概念、組成與作用1、生態系統的概念（1）有關概念生態系統（Ecosystem）按現代生態學觀點，生態系統就是生命系統和環境系統在特定空間的組合，如生物圈。生態系統（Ecosystem）任何一個生物群落與其周圍非生物環境的綜合體。8生物圈是地球上最大的生態系統，它包括地球上的全部生物及其無機環境（非生物環境）。生物圈還可以分出很多個生態系統，例如一片森林、一塊草地、一個池塘、一塊農田、一座城市等，都可以個自成為一個生態系統。9生態系統（ecosystem）指在一定的空間內，生物成分和非生物成分通過物質循環和能量流動相互作用、相互依存而構成的一個生態學功能單位。它把生物及其非生物環境看成是互相影響、彼此依存的統一整體。

生態系統是英國生態學家Tansley于1935年首先提出來的。10現在，人們對生態系統這一概念的理解是：生態系統是在一定的空間和時間范圍內，在各種生物之間以及生物群落與其無機環境之間，通過能量流動和物質循環而相互作用的一個統一整體。

對生態系統這一概念的理解11例如：為了生存和繁衍，每一種生物都要從周圍的環境中吸取空氣、水分、陽光、熱量和營養物質；生物生長、繁育和活動過程中又不斷向周圍的環境釋放和排泄各種物質，死亡后的殘體也復歸環境。

對生態系統這一概念的理解12（1）生態系統的組成物質循環能量流動生態系統生物非生物2、生態系統的組成和作用13綠色植物光合細菌等其他自養生物初級消費者：草食動物次級消費者：肉食動物三級消費者：中型肉食動物四級消費者：大型肉食動物微生物、小型無脊椎動物生產者消費者分解者：溫度、陽光土壤水、二氧化碳、氧有機物等生物成分（生物群落）非生物環境（自然環境）生態系統

生態系統的組成14例如，綠色植物利用微生物活動從土壤中釋放出來的氮、磷、鉀等營養元素；食草動物以綠色植物為食物；肉食性動物又以食草動物為食物；各種動植物的殘體則既是昆蟲等小動物的食物，又是微生物的營養來源；15微生物活動的結果又釋放出植物生長所需要的營養物質；經過長期的自然演化，每個區域的生物和環境之間、生物與生物之間，都形成了一種相對穩定的結構，具有相應的功能，這就是人們常說的生態系統。

16生產者消費者分解者溫度、光土壤水、二氧化碳、氧有機物等生物成分（生物群落）非生物環境（自然環境）生態系統主要指綠色植物，也包括藍綠藻和一些光合細菌，是能利用簡單的無機物制造有機物（食物）的自養生物。在生態系統中起主導作用。（2）生態系統的作用17生產者（綠色植物）18生產者消費者分解者溫度、光土壤水、二氧化碳、氧有機物等生物成分（生物群落）非生物環境（自然環境）生態系統

即異養生物，主要指各種動物，包括草食動物、肉食動物、雜食動物和寄生動物等。如草食動物和肉食動物。它們依賴食用植物或動物而生長、繁衍。

（2）生態系統的作用19生產者消費者分解者溫度、光土壤水、二氧化碳、氧有機物等生物成分（生物群落）非生物環境（自然環境）生態系統

它們直接或間接地將生產者產生的有機物利用而生長、繁衍，把自己的糞便和尸體排向大自然；

（2）生態系統的作用20一級消費者（草食動物）21二級消費者（肉食動物）22生產者消費者分解者溫度、光土壤水、二氧化碳、氧有機物等生物成分（生物群落）非生物成分（自然環境）生態系統

異養生物，主要是細菌和真菌，也包括某些原生動物和蚯蚓、白蟻、禿鷲等大型腐食性動物。（2）生態系統的作用23生產者消費者分解者溫度、光土壤水、二氧化碳、氧有機物等生物成分（生物群落）非生物成分（自然環境）生態系統（2）生態系統的作用它們分解動植物的殘體、糞便和各種復雜的有機化合物；吸收某些分解產物；最終能將有機物分解為簡單的無機物，而這些無機物參與物質循環后可被自養生物重新利用,使物質流動在大自然中形成循環。

24鞭毛蟲25微生物（真菌）橙蓋傘（分解者）26非生物成分指生態系統中的各種無生命的無機物、有機物和各種自然因素（如土壤、空氣、水等）。土壤巖石礦物27非生物成分指生態系統中的各種無生命的無機物、有機物和各種自然因素（如土壤、空氣、水等）。空氣水體28在這四大角色的作用下，整個生態系統始終發生著物質和能量的循環與交流。29非生物成分生物成分細菌、真菌菌類:將分解后的無機物轉化為可利用成分生產者（2）生態系統的作用消費者30按生態系統的環境性質和形態特征陸地生態系統海洋生態系統淡水生態系統包括自然生態系統（森林生態系統、草原生態系統、荒漠生態系統等）和人工生態系統（農田、城市、工礦區等）；（3）生態系統的類型31森林系統包括喬木、灌木、草本植物、地被植物及多種多樣動物和微生物等與它周圍環境（包括土壤、大氣、氣候、水分、巖石、陽光、溫度等各種非生物環境條件）------相互作用形成的統一體。森林系統32據資料報導，1hm2

森林每天可吸收1tCO2，放出0.73tO2。全球森林每年能使約（550×108）tCO2

轉變成木材，同時大約可放出（400×108）tO2。全世界森林吸收CO2

并放出的O2

超過世界人口呼吸所需O2

的近10倍。森林的作用吸收CO2釋放O2

，減緩溫室效應。33森林能分泌一些殺菌素、負離子和芳香化合物，對大氣進行消毒，使空氣清新，從而改善人類的大氣生活環境質量。森林的作用過濾和凈化作用。

34森林可減低風速，防止風害和干旱風的形成，預防冷害及霜凍，減少雹災形成，阻擋沙塵暴等。森林的作用能減輕來自大氣圈的災害。35大量水文資料證明：森林能減低洪峰流量，增加枯水期流量，并調節河川流量，起到既能防

止洪澇災害，又可減輕旱災的雙重作用。森林之所以能起涵養水源的作用，主要是因為林地具有大量枯枝落葉和腐殖質，以及林地土壤疏松、吸水和保水能力強。森林的作用具有涵養水源的功能。

36主要表現在森林具有改良土壤、固土、防治荒漠化，保護耕地，防止水蝕和風蝕等方面的作用。森林和植被以其地上多層次結構和地下發達的根系，可以大大減少降雨勢能對土壤的沖刷，并起固土作用，防止風蝕和水蝕。森林的作用對土壤巖石圈有較大影響。37

森林還能在一定程度上起改良土壤的作用。這是因為森林能使土壤理化性質改善。如增加土壤有機質，形成團粒結構，增加土壤孔隙度，提高土壤滲透能力和吸附能力，提高土壤中氮（N）、磷（P）、鉀（K）含量及各種微量元素含量。森林的作用對土壤巖石圈有較大影響。38森林具有吸塵作用，由于結構復雜，樹葉表面不平，多絨毛，有的能分泌粘性油脂及汁液，森林能吸附大量飄塵。森林能減低噪聲，一般40m寬的林帶，可減低噪聲10～15dB。建造林帶可以隔音，抗噪聲污染。森林還具有抗輻射、阻礙污染光的傳播的作用。森林的作用對生物圈有較大影響。39按生態系統的環境性質和形態特征陸地生態系統海洋生態系統淡水生態系統包括湖泊、河流、水庫等；（3）生態系統的類型40按生態系統的環境性質和形態特征陸地生態系統海洋生態系統淡水生態系統包括海岸、河口、淺海、大洋、海底等。（3）生態系統的類型41生物自從在地球上出現以來就與自然環境有著密不可分的關系，長期以來形成了相互依存、相互制約的關系。地球上的生物十分龐雜，其中包括動物2000萬種以上，植物30多萬種，微生物10多萬種。（4）生態系統的特征42這些生物通過新陳代謝不斷與環境進行著物質的交換、能量的傳遞和信息的交流，從而引起環境與生物自身的變化。（4）生態系統的特征43適應性生物在長期的進化中對環境具有依附性和適應性；遺傳性但生物也不是被動的適應環境，生物也具有其本身獨特的遺傳特性。生物受到環境的影響，反過來又作用于環境。

（4）生態系統的特征44一個簡化了的池塘生態系統45一個簡化了的陸地生態系統46太陽生產者一級消費者二級消費者簡化的陸地、池塘生態系統一級消費者（浮游生物）二級消費者三級消費者

生產者（浮游植物）分解者（微生物）分解者圖2-247構成生態系統的各種生物的種類、數量和空間配置，在一定時期內均處于相對穩定的狀態，使生態系統能夠各自保持一個相對穩定的結構。主要有形態結構和營養結構。（5）生態系統的結構48①形態結構生物種類種群數量種的空間配置（水平分布、垂直分布）種的時間變化（發育、季相）等構成了生態系統的形態結構49（5）生態系統的結構如：在森林生態系統中，有各種喬木、灌木和草本植物，有各種動物和復雜的微生物種群。它們各自的數量、空間的分布和種的時間的變化就構成了森林生態系統特有的形態結構。50生態系統中物種的類型、分布、空間配置51生態系統中種的時間變化（發育、季相）52②營養結構生態系統各組成部分之間建立起來的營養關系，構成了生態系統的營養結構。它是生態系統中能量流動和物質循環的基礎。53

營養結構是以營養為紐帶，把生物和非生物緊密結合起來的功能單位，構成以生產者、消費者和分解者為中心的三大功能類群，它們與環境之間發生密切的物質循環和能量流動。②營養結構54生產者（綠色植物）還原（分解）者（細菌、真菌）消費者（動物）環境（土壤、空氣、水）生態系統營養結構模式圖55（6）食物鏈及食物網食物鏈：就是一種生物以另一種生物為食，彼此形成一個以食物連接起來的鏈鎖關系。比如：老鼠以農作物為食，而鼬（you）鼠又以老鼠為食，這就構成了一個最簡單的食物鏈。再如：碎屑-蘑菇-昆蟲-蛙-蛇-鷹就構一個較為復雜的食物鏈。生物圈中的各種生物基于生產者和各級消費者之間的營養關系，構成了生態系統中的食物鏈。56

自然界中，一種植物可被不同種動物食用，家畜采食牧草，野鼠、野兔也吃牧草；同一種動物可食不同種食物，如棕熊既吃動物也吃植物。（6）食物鏈及食物網57所以在生態系統中，各種生物取食關系錯綜復雜，使生態系統中各種食物鏈相互交叉、相互聯接，形成網絡，稱為“食物網”。能量的流動、物質的遷移和轉化都是通過食物鏈和食物網進行的。（6）食物鏈及食物網581檜樹；2草本植物；3節肢動物；4兔；5嚙齒動物；6肉食動物食物網59一個簡化了的陸地食物網P316061水生生物的生態系統及其物質和能量的流動示意圖食物鏈浮游植物浮游動物小魚大魚一個小池塘中水生生物之間構成的生態系統和食物鏈以及其中能量和物質的流動情況見下圖：62食物鏈的突出特性

------生物富集作用DDT在某水生食物鏈中的富集P32DDT在水中、浮游生物體中、小魚體內、大魚體內、魚鷹體內濃度增大了1000萬倍。63能量流動物質循環信息傳遞2、生態系統的功能能量流動、物質循環和信息傳遞構成了生態系統的基本功能。64（1）能量流動（a）太陽輻射的電磁波情況P33入射的太陽能99%為紫外、可見光和紅外。65（b）太陽輻射及地球吸收太陽能的情況P33來自太陽的能量只有近一半（47%）左右能夠到達地表，其余的34%反射、散射到空間，19%被大氣所吸收。66

生態系統中全部生命活動所需要的能量均來自太陽。太陽能在生態系統中的流動是按熱力學定律進行的。能量流動的實現途徑：光合作用和有機成分的輸入；呼吸的熱消耗和有機物的輸出。67能量流動方向：沿著綠色植物→草食動物→一級肉食動物→二級肉食動物逐級流動；而后者所獲得的能量大體等于前者所含能量的1/10，即在能量流動過程中，約有9/10的損失掉了------能量流動的1/10規律。

68P3569水循環（2）物質循環包括水循環、碳循環、氮循環、磷循環等70水循環（2）物質循環包括水循環、碳循環、氮循環、磷循環等水面、陸地表層蒸發；植物葉的蒸騰作用；大氣中水的冷凝、降水；地表水徑流、滲透；地下水徑流；71

碳循環72

碳循環植物的光合作用；動物的呼吸作用；微生物的分解作用；礦物（化石燃料）燃料的燃燒；海水吸收成為碳酸鹽而沉淀；碳酸鹽吸收二氧化碳成為碳酸氫鹽而分解；火山爆發、森林火災；73氮循環

氮循環74

氮循環固氮菌、藍綠藻的固氮；植物從土壤中的吸收；動物食用植物的攝取；動植物尸體的分解；土壤中硝酸鹽的反硝化；化肥的生產和使用；火山爆發；75

磷循環P38天然來源通過天然侵蝕和人工開采進入水體或食物鏈經短期循環后進入深海沉積層中76（3）信息傳遞信息在生態系統中表現為多種形式，主要有營養信息、化學信息、物理信息、遺傳信息和行為信息。生態系統的另一個功能就是信息傳遞功能77北極狐是以北極兔為食的；北極狐可以懷單胎，也可以懷雙胎，而這是取決于北極兔的多少；北極兔的數量多，懷雙胎；數量少則懷單胎。北極狐和北極兔78難道是北極兔告訴北極狐自己的數量嗎？顯然不可能，這只能是生態系統中某些物理信息、化學信息等在起作用。北極狐和北極兔79北極狐北極兔80三、生態平衡1、生態平衡的概念如果某生態系統各組成成分在較長時間內保持相對協調，物質和能量的輸出接近相等，結構與功能長期處于穩定狀態，在外來干擾下，能通過自我調節恢復到最初的穩定狀態，則這種狀態可稱為生態平衡。81三、生態平衡1、生態平衡的概念生態平衡包括三個方面：結構上的平衡;

功能上的平衡;

輸入和輸出物質數量上的平衡。82三、生態平衡2、生態平衡的特點生態平衡是相對的、動態的平衡。在系統各組分之間、生物與環境之間不斷的物質、能量與信息的流動，使得生態系統中舊的平衡不斷打破，新的平衡不斷建立。只有這樣，地球才會由一片死寂變得生機盎然。83三、生態平衡2、生態平衡的特點絕對的平衡則意味著沒有發展和變化。但這種變化如果太快，則系統各組分之間處于一個相對不穩定的狀態，會產生一系列嚴重的問題，生物不能適應這種變化則導致物種的大量滅絕。84三、生態平衡3、生態系統的動態變化生態系統的穩定取決于植物、食草動物、食肉動物、分解者之間平衡的相互關系植被分解者食草動物食肉動物85三、生態平衡生態平衡內部具有自動調節的能力。生態系統的組成成分越多樣，能量流動和物質循環的途徑越復雜，其調節能力也越強。生態系統的調節能力有一定限度的。超出了限度，調節就不再起作用，生態平衡就會遭到破壞。生物多樣性4、生態平衡的原因86破壞生態平衡的因素自然因素人為因素主要是指自然界發生的異常變化或自然界本來就存在的對人類和生物的有害因素。如火山爆發、山崩海嘯、水旱災害、地震、臺風、流行病等自然災害。5、破壞生態平衡的因素87破壞生態平衡的因素自然因素人為因素主要指人類對自然資源的不合理利用、工農業發展帶來的環境污染等。主要有三種：物種變化引起平衡的破壞；

環境因素改變引起平衡破壞；

信息系統的破壞，引起平衡破壞。5、破壞生態平衡的因素88人類對生態系統的影響

1、過去一個世紀來，地球上有一半的濕地消失。

2、毀林造田使得地球森林覆蓋率下降了20％－50％。

3、地球上有9％的樹種瀕臨滅絕。

4、地球上70％的海洋魚類面臨濫捕濫撈的威脅，有些已處于生存極限狀態。89人類對生態系統的影響

5、近半個世紀來，全球有2／3的農業用地發生水土流失現象。

6、由于攔河造壩或修建其它水利設施，使全球60％的大型河流系統遭到破壞、水流速度減緩，河流源頭與其入海口之間的落差增加了2倍。90

1、生物多樣性定義

指的是地球上生物圈中所有的動物、植物和微生物，以及它們所擁有的基因和生存環境。變幻萬千的植物世界

圖片資料來源：世界自然基金會（WWF）四、生物多樣性91變幻萬千的動物世界

圖片資料來源：世界自然基金會（WWF）變幻萬千的動物世界92

2、生物多樣性的內容（1）基因多樣性（也叫遺傳多樣性）；（2）物種多樣性；（3）生態環境多樣性。93

2、生物多樣性的意義（1）是大自然造就的基因資源庫。生物多樣性具有很高的價值，最為寶貴的是：它是大自然造就的基因資源庫。每一個物種都有一套自己獨特的基因，這是物種在漫長的進化過程中既順應了自然，又保留下了自己物種特性的基因組合，極為珍貴，而且不可再生。在這方面，人類的知識幾乎為零。94

2、生物多樣性的意義（2）是一座巨大的、可再生的資源寶庫。對于人類的使用價值來說，許多植物成分是人類治療疾病所離不開的藥物成分。人類在日常生活中使用的各類纖維、油脂、芳香油、去污劑、膠和建筑材料等，就能來自大自然中多種不同的生物資源。所以說，充滿了生物多樣性的地方是一座巨大的、可再生的資源寶庫。95在地球的陸地生態系統中，生物多樣性最為豐富的區域是熱帶雨林。那里生活著世界上50%的物種。但由于森林砍伐、濫捕亂獵和環境污染，全世界的物種在以每天幾十種的速度消失。這是地球資源的巨大損失。可憐的熱帶雨林96因為一個物種滅絕之后，永不再生，而消失的物種還會通過生物鏈引起其它物種的消失。所以，保護生物多樣性是當今保護地球環境的重大課題之一。97

1、相互依存與相互制約規律

——反映了生物間的協調關系（1）普遍的依存和制約------“物物相關”規律。系統中各種生物間相互依存、相互制約關系是普遍存在的；五、生態學的一般規律98

1、相互依存與相互制約規律

——反映了生物間的協調關系（2）通過“食物”而相互聯系與制約-------“相生相克”規律；就是每一種生物在食物鏈和食物網中，都占據一定的位置，并具有特定的作用。五、生態學的一般規律99

2、物質循環轉化與再生規律

要防止有毒物質進入環境、生態系統，以免有毒物質經多次循環后富集到危害人類的程度。五、生態學的一般規律注意100

3、物質輸入輸出的動態平衡規律防止輸入不足（如施肥不足）；防止輸入過多（如富營養化、重金屬）。五、生態學的一般規律101

4、相互適應與補償的協同進化規律

生物與環境之間存在著作用與反作用的過程，即生物給環境以影響，反過來環境也會影響生物，如地衣的生長。見P45五、生態學的一般規律102

5、環境資源的有效極限規律

生物賴以生存的環境資源在質量、數量、空間和時間等方面都有一定的限度，因而不能過度放牧、捕魚、狩獵、超標排放污染物等。五、生態學的一般規律103第二節生態學在環境保護中的應用一、全面考察人類活動對環境的影響二、充分利用生態系統的調節能力三、解決近代城市中的環境問題四、綜合利用資源和能源五、在環境保護其他方面的應用104

一、全面考察人類活動對環境的影響。人類活動對環境的影響要從時間和空間上全盤考慮，統籌兼顧。不僅要考慮現在，還要考慮將來；不僅要考慮本地區，還有考慮有關的其它地區。（建設項目必須進行環境影響評價）第二節生態學在環境保護中的應用利用生態系統的整體觀念105二、充分利用生態系統的調節能力。

如大氣污染物的高煙囪排放、水體自凈、土地處理系統等。第二節生態學在環境保護中的應用P50106