生態(tài)演變從遠古到現(xiàn)在，地球生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)歷了漫長而復(fù)雜的演變過程本課程將探索生態(tài)演變的歷程、機制與未來趨勢目錄生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)概念、組成與功能生態(tài)演變概述定義、尺度與驅(qū)動因素地質(zhì)年代演變從早期生命到新生代歷史時期變化農(nóng)業(yè)革命至現(xiàn)代社會現(xiàn)代生態(tài)演變與未來趨勢第一部分：生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)1生態(tài)學(xué)定義研究生物與環(huán)境關(guān)系的科學(xué)2生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成生物與非生物因子的統(tǒng)一體3核心功能能量流動與物質(zhì)循環(huán)什么是生態(tài)學(xué)？1定義研究生物與環(huán)境相互關(guān)系的科學(xué)2起源源于希臘詞"oikos"（家）3范圍從微觀生物到宏觀生態(tài)系統(tǒng)4目標理解生命與環(huán)境的相互作用生態(tài)系統(tǒng)的定義概念特定區(qū)域內(nèi)生物群落與非生物環(huán)境的統(tǒng)一體特點開放性、自組織性、多樣性邊界相對模糊的自然過渡區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的組成部分生物因子生產(chǎn)者、消費者、分解者非生物因子陽光、水、土壤、溫度等系統(tǒng)關(guān)系食物鏈、能量流、物質(zhì)循環(huán)生物因子生產(chǎn)者綠色植物，通過光合作用制造有機物消費者動物，依賴其他生物獲取能量分解者細菌和真菌，分解有機物質(zhì)非生物因子光照能量來源，影響溫度和光合作用1水分生命必需，影響分布和活動2土壤提供營養(yǎng)和棲息地3氣候溫度、濕度、風(fēng)等環(huán)境條件4生態(tài)系統(tǒng)的功能1自我調(diào)節(jié)維持穩(wěn)定平衡2信息傳遞生物間信號交換3物質(zhì)循環(huán)碳、氮等元素循環(huán)4能量流動能量單向傳遞能量流動1能量來源主要來自太陽輻射2傳遞過程經(jīng)食物鏈逐級流動3損耗規(guī)律每級傳遞損失約90%4最終去向以熱能形式散失物質(zhì)循環(huán)碳循環(huán)光合作用與呼吸作用1氮循環(huán)固氮、氨化、硝化和反硝化2水循環(huán)蒸發(fā)、凝結(jié)、降水3磷循環(huán)巖石風(fēng)化釋放，沉積回收4信息傳遞生物間通過聲音、氣味、行為傳遞信息第二部分：生態(tài)演變概述定義與范圍生態(tài)系統(tǒng)隨時間變化時空尺度從微觀到宏觀，短期到長期驅(qū)動因素自然與人為力量共同作用什么是生態(tài)演變？概念生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能隨時間變化的過程形式漸進演變與突變共存機制內(nèi)部調(diào)節(jié)與外部干擾結(jié)合結(jié)果系統(tǒng)復(fù)雜性與穩(wěn)定性變化生態(tài)演變的時間尺度1短期季節(jié)變化，幾天至幾年2中期群落演替，數(shù)十至數(shù)百年3長期氣候周期，數(shù)千至數(shù)萬年4地質(zhì)尺度物種進化，數(shù)百萬年生態(tài)演變的空間尺度微觀單個有機體與小生境中觀種群與群落水平宏觀景觀與生物群區(qū)全球整個生物圈系統(tǒng)演變的驅(qū)動因素自然因素氣候變化、地質(zhì)活動、自然災(zāi)害生物因素種群動態(tài)、演替、進化人為因素土地利用、污染、資源開發(fā)自然因素氣候變化冰期-間冰期循環(huán)，降水變化地質(zhì)活動火山噴發(fā)，地殼運動自然災(zāi)害颶風(fēng)，洪水，森林火災(zāi)宇宙事件小行星撞擊，陽光變化人為因素土地利用污染排放資源開發(fā)氣候影響物種引入第三部分：地質(zhì)年代的生態(tài)演變1前寒武紀生命起源2古生代海洋生物繁盛3中生代恐龍統(tǒng)治陸地4新生代哺乳動物發(fā)展地球早期生態(tài)系統(tǒng)無氧環(huán)境還原性大氣，富含甲烷和氨原始生命單細胞，厭氧微生物藍藻革命光合作用產(chǎn)生氧氣大氧化事件大氣成分根本改變寒武紀大爆發(fā)5.4億年前發(fā)生地質(zhì)史上生物多樣性突增3倍門類增加幾乎所有現(xiàn)代門類出現(xiàn)20百萬年時間進化創(chuàng)新的爆發(fā)古生代生態(tài)系統(tǒng)海洋繁盛三葉蟲、腕足類、頭足類占主導(dǎo)植物登陸泥盆紀，森林開始形成兩棲動物從水生到陸生的過渡二疊紀滅絕90%海洋物種消失中生代生態(tài)系統(tǒng)1爬行動物繁盛恐龍、翼龍和海生爬行動物統(tǒng)治2被子植物出現(xiàn)改變植被結(jié)構(gòu)和食物網(wǎng)3新型昆蟲興起蝴蝶、蜜蜂等花粉傳播者4早期哺乳動物小型，多為夜行性恐龍時代的生態(tài)食物網(wǎng)復(fù)雜化形成多層級捕食關(guān)系生態(tài)位多樣化空中、水中和陸地生態(tài)位分化巨型化趨勢部分物種達到歷史最大體型新生代生態(tài)系統(tǒng)1古新世-始新世哺乳動物快速適應(yīng)性輻射2漸新世-中新世草原擴張，草食性適應(yīng)3上新世現(xiàn)代動物區(qū)系形成4更新世冰期-間冰期循環(huán)第四紀冰川時期時間（萬年前）平均溫度變化(°C)全新世生態(tài)變化冰川退縮氣候急劇變暖約1.1萬年前植被變化苔原讓位于森林大型動物滅絕猛犸象、劍齒虎消失人類擴散成為主導(dǎo)生態(tài)力量第四部分：歷史時期的生態(tài)演變農(nóng)業(yè)革命1萬年前開始的生態(tài)轉(zhuǎn)變1古代文明區(qū)域性環(huán)境改造2中世紀歐洲大規(guī)模森林砍伐3工業(yè)革命生態(tài)影響全球化4農(nóng)業(yè)革命與生態(tài)變化森林砍伐為農(nóng)田騰出空間物種馴化改變生物遺傳特性土壤變化營養(yǎng)結(jié)構(gòu)和微生物群改變水資源利用灌溉系統(tǒng)改變水文中國古代的生態(tài)變遷1新石器時代黃河流域農(nóng)業(yè)起源2秦漢時期大規(guī)模土地開墾3唐宋時期江南水網(wǎng)和稻作擴展4明清時期人口增長導(dǎo)致生態(tài)壓力歐洲中世紀的生態(tài)狀況森林減少10-13世紀歐洲森林覆蓋率下降開墾擴張濕地和荒地轉(zhuǎn)為農(nóng)田黑死病影響人口減少導(dǎo)致土地回歸自然共同放牧地形成特殊草原生態(tài)系統(tǒng)工業(yè)革命對生態(tài)的影響礦產(chǎn)開發(fā)大規(guī)模開采改變地貌水污染工業(yè)廢水破壞水生態(tài)空氣污染煙霧影響城市生態(tài)20世紀的生態(tài)危機化學(xué)污染DDT等持久性污染物廣泛使用核污染核試驗與核事故酸雨工業(yè)排放導(dǎo)致森林死亡臭氧層破壞氟氯烴引起全球問題第五部分：現(xiàn)代生態(tài)演變1全球氣候變化溫室效應(yīng)與極端天氣2生物多樣性喪失第六次大滅絕風(fēng)險3生態(tài)系統(tǒng)退化海洋、森林、草原威脅4城市化影響棲息地碎片化與熱島效應(yīng)全球氣候變化溫室效應(yīng)與生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體增加CO?、甲烷、氧化亞氮1熱能滯留大氣吸收更多熱量2全球變暖平均溫度上升3生態(tài)系統(tǒng)反應(yīng)分布變化，物候改變4反饋效應(yīng)可能放大初始變化5海平面上升的影響3.3毫米年均上升率當前海平面上升速度50厘米本世紀預(yù)測海平面最低上升幅度6.7億受影響人口生活在海拔10米以下地區(qū)生物多樣性喪失1生態(tài)系統(tǒng)多樣性整體生態(tài)環(huán)境退化2物種多樣性物種滅絕速率提高3遺傳多樣性種群基因庫縮小4功能多樣性生態(tài)系統(tǒng)功能受損物種滅絕速度棲息地破碎化棲息地分割大面積生境被分成小塊邊緣效應(yīng)邊緣環(huán)境增加，內(nèi)部減少種群隔離阻礙基因流動生態(tài)系統(tǒng)功能下降整體服務(wù)能力減弱外來入侵物種全球化加速物種傳播，缺乏天敵導(dǎo)致種群爆發(fā)森林生態(tài)系統(tǒng)的變化森林減少每年流失約1000萬公頃火災(zāi)增加頻率和強度上升病蟲害擴散全球變暖促進傳播人工造林結(jié)構(gòu)簡單，功能有限熱帶雨林砍伐1農(nóng)牧業(yè)擴張大豆種植和牛肉生產(chǎn)2采礦與伐木木材和礦產(chǎn)資源開發(fā)3基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)道路、水壩等項目4生態(tài)系統(tǒng)崩潰風(fēng)險接近不可逆轉(zhuǎn)臨界點草原生態(tài)系統(tǒng)的演變過度放牧植被結(jié)構(gòu)簡化，裸地增加農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)換大片草原變?yōu)楦貧夂蛴绊懜珊殿l率增加灌木入侵改變?nèi)郝浣Y(jié)構(gòu)沙漠化進程過度放牧去除地表植被保護氣候干旱化降水減少，蒸發(fā)增加不當耕作土壤鹽堿化，結(jié)構(gòu)破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)的變化酸化pH值下降，鈣質(zhì)生物受威脅塑料污染微塑料進入食物鏈過度捕撈90%大型魚類減少缺氧區(qū)擴大"死區(qū)"面積增加珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的衰退珊瑚白化溫度升高導(dǎo)致共生藻流失1海洋酸化鈣化能力下降2過度捕撈食物網(wǎng)破壞3污染陸源污染物和沉積物4物理破壞旅游和船只損害5極地生態(tài)系統(tǒng)的演變1冰蓋萎縮北極海冰范圍明顯減少2棲息地喪失北極熊、海豹等生存威脅3凍土融化釋放甲烷，加劇溫室效應(yīng)4物種遷移南方物種向極地擴散城市化對生態(tài)的影響自然棲息地轉(zhuǎn)化建筑物和硬質(zhì)表面取代自然環(huán)境水文變化不透水面積增加，徑流加速熱島效應(yīng)城市溫度高于周邊鄉(xiāng)村城市生物群形成獨特的城市生態(tài)系統(tǒng)第六部分：未來生態(tài)演變趨勢1生態(tài)修復(fù)恢復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)2可持續(xù)發(fā)展平衡環(huán)境與發(fā)展需求3技術(shù)革新應(yīng)用新技術(shù)保護生態(tài)4全球治理多層次協(xié)作解決生態(tài)問題生態(tài)修復(fù)與重建森林重建恢復(fù)生物多樣性濕地恢復(fù)增強水凈化功能礦區(qū)修復(fù)治理污染，恢復(fù)植被可持續(xù)發(fā)展策略1生態(tài)文明人與自然和諧共生2綠色經(jīng)濟低碳循環(huán)可持續(xù)3環(huán)境保護減少污染與破壞4資源保育高效利用自然資源生態(tài)工程技術(shù)植被恢復(fù)造林固沙，防止水土流失人工濕地凈化水質(zhì)，提供棲息地河流修復(fù)恢復(fù)自然河道和水流生態(tài)廊道連接破碎棲息地生態(tài)文明建設(shè)理念轉(zhuǎn)變從征服自然到尊重自然制度建設(shè)生態(tài)保護法律框架技術(shù)創(chuàng)新綠色低碳技術(shù)發(fā)展社會參與全民行動保護生態(tài)全球生態(tài)治理國際公約《巴黎協(xié)定》、《生物多樣性公約》多邊機制聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署等國際組織跨境合作流域治理，公海保護非國家行動者NGO和企業(yè)參與人工智能與生態(tài)監(jiān)測遙感監(jiān)測衛(wèi)星實時監(jiān)測生態(tài)變化物種識別AI自動辨別動植物數(shù)據(jù)分析大數(shù)據(jù)預(yù)測生態(tài)趨勢自動預(yù)警及時發(fā)現(xiàn)生態(tài)異常基因