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1、 生态学基础 1.1 生态学定义 E. Haeckel 1866 研究生物在其生存过过程中与环环境的关系，尤指动动物与其它 动动植物的关系。 1997 E. P.Odum: 是综综合研究有机体、物理环环境与人类类社会的科学。 马世骏 生态学是研究生命系统与环境之间相互关系及其作用机理 的科学。 q 个体生态学 q 种群生态学 q 群落生态学 生物个体为研究对象，探讨生物与环境的关系。 栖息在同一个地区的同种生物个体的集合体所具有的特 性及其与环境的关系。 栖息同一地域的所有种群集合体的组合特性，它们之间 及其与环境之间的相互关系，群落的形成与发展等。 研究对象主要是 ： q 生态系统生态学 生
2、态系统的组成要素、结构与功能、发展与演替，以 及人为影响与调控机制的生态科学。 q 生物圈生态学 研究生命必须元素和重要污染物在大气、海洋、陆地之 间的生物地球化学循环、海-气交换过程、陆-海相互作 用、火山活动、太阳黑子活动、核污染对地球影响及其 在全球变化中的作用。 生态学的分支学科 按生物类类群划分： 动动物生态态学（animal ecology） 植物生态态学（plant ecology） 昆虫生态态学（insect ecology） 微生物生态态学（microbial ecology） 人类类生态态学（human ecology） 按栖息地划分： 淡水生态态学（fresh-water
3、 ecology） 海洋生态态学（marine ecology） 河口生态态学（estuary ecology） 湿地生态态学（wetland ecology） 热带热带 生态态学（tropical ecology） 陆陆地生态态学（terrestrial ecology） 森林生态态学（forest ecology） 草地生态态学（grassland ecology） 荒漠生态态学（desert ecology） 冻冻原生态态学（tundra ecology) 按交叉学科划分： 数学生态态学（mathematical ecology） 化学生态态学（chemical ecology） 物理生
4、态态学（physical ecology） 地理生态态学（geographic ecology） 生理生态态学（physiological ecology） 进进化生态态学（evolutionary ecology） 行为为生态态学（behavioral ecology） 遗传遗传 生态态学（genetic ecology） 经济经济 生态态学（economic ecology） 按应应用领领域划分： 农业农业 生态态学（agroecology） 城市生态态学（urban ecology） 污污染生态态学（pollution ecology） 渔业渔业 生态态学（fishery ecology
5、) 放射生态态学（radio ecology） 资资源生态态学（resource ecology） 1.2 生态学有关概念与原理 1.2.1 生态系统概论 q 生态系统的基本概念 生态系统是指一定时间和空间范围内 ，生物群落和非生物环境通过能量流动和 物质循环所形成的一个相互影响，相互作 用并具有自调节功能的自然整体。 q 生态系统的基本特性 3能量流动，物质循环和信息传递是生态系 统的三大功能。 2生态系统内部具有自我调节能力。 1生态系统是生态学上的一个主要结构和功 能单位，属于生态学研究的最高层次。 4生态系统中营养级的数目通常不会超过5- 6个。 5. 生态系统是一个动态系统，要经历一
6、个从 简单到复杂，从不成熟到成熟的发育过程， 其早期发育阶段和晚期发育阶段具有不同的 特性。 q 生态系统的组成成分 3. 气候因素 如温度、湿度、风和雨雪等。 2. 有机化合物 包括蛋白质、糖类、脂类和腐殖质等。 1. 无机物质 包括处于物质循环中的各种无机物，如氧、 氮、二氧化碳，水和各种无机盐等。 6. 分解者 异养生物，分解者主要是细菌和真菌，也 包括某些原生动物和蚯蚓、白蚁、秃鹫等大 型腐食性动物。 5. 消费者 异养生物，包括植食动物、肉食动物、杂食动 物和寄生动物等。 4. 生产者 绿色植物、光合细菌、化能细菌。 q 食物链和食物网 v 食物链和食物网的概念 由于受能量传递效率的
7、限制，食物链的 长度不可能太长，一般有4-5个环节构成,最 简单的食物链有3个环节构成。如草兔 狐狸。 生态系统内不同生物之间通过食与被 食形成的一环套一环的链状营养关系。 食物网 : q 生态平衡及其反馈调节机制 生态平衡 指生态系统的一种相对稳定状态。 当处于这一状态时, 生态系统内生物之间和 生物与环境之间相互高度适应, 种群结构和 数量比例长久保持相对稳定, 生产与消费和 分解之间相互协调, 系统能量和物质的输入 与输出之间接近平衡。生态系统平衡是一种 动态平衡, 因为能量流动和物质循环仍在不 间断地进行, 生物个体也在不断地进行更新 。 负反馈机制 生态系统的平衡靠负反馈机制维持。生
8、态 系统中的反馈现象十分复杂, 既表现在生物 组分与环境之间, 也表现于生物各组分之间 及结构与功能之间, 其中起主要作用的是能 够使系统达到和保持平衡或稳态的负反馈机 制。 负反馈是指系统或其中某成分因一系统输 入而在输出上产生一响应变化趋势,该响应变化 又反过来作用于导致产生该响应变化的系统输 入,使该输入受到抑制从而衰减。 兔的食 物增加 兔数量减少 兔因饥 饿死亡 兔吃少 量植物 植物增加 兔数量增加 兔吃大 量植物 植物减少 兔与植物种群之间的负反馈环 兔数量减少 兔吃少 量植物 兔因饥 饿死亡 兔的食 物增加 植物减少 植物增加 兔数量增加 兔吃大 量植物 狼数量下降 狼数量增加
9、狼因饥 饿死亡 狼的食 物增多 狼吃少 量的兔 狼吃较 多的兔 狼、兔、植物种群之 间的双重负反馈环 当自然生态系统处于平衡状态时, 生 物种类通常较多, 结构复杂, 食物链网错 综, 对外界的干扰有较强的抵御能力, 功 能发挥亦较稳定。有人称此为多样性稳 定性学说。 此时系统内各物种通过竞争和生态 适应, 占据各自独特的生态位, 彼此协 调相处, 对环境资源的利用较为充分; 同时复杂的食物网结构使能量和物质可 通过多种途径流动, 一个环节或途径发 生了损伤或中断, 可以由其他方面的调 节所抵消或得到缓冲, 从而使整个系统 不易受到致命伤害。 生态平衡失调与生态危机 现实中生态系统常受到外界的
10、干扰, 但干扰造成的损坏一般都可通过负反馈机 制的自我调节作用使系统得到修复, 维持 其稳定与平衡。不过生态系统的调节能力 是有一定限度的。当外界干扰压力很大, 使系统的变化超出其自我调节能力限度即 生态阈限时, 系统的自我调节能力随之丧 失。此时, 系统结构遭到破坏, 功能受阻 , 整个系统受到严重伤害乃至崩溃, 此即 生态平衡失调。 严重的生态平衡失调, 从而威胁到 人类的生存时, 称为生态危机由于人 类盲目的生产和生活活动而导致的局部 甚至整个生物圈结构和功能的失调。 生态平衡失调起初往往不易被人们 觉察, 如果一旦出现生态危机就很难在 短期内恢复平衡。因此, 人类应该正确 处理人与自然
11、的关系, 在发展生产, 提 高生活水平的同时, 注意保持生态系统 结构和功能的稳定与平衡, 实现人类社 会的可持续发展。 1.3 生态学一般规律 这里仅着重对生态学一般规律进行简要 概括。生态学所提示或遵循的下述一般规 律, 对发展工业生产, 保障居民生活等均 有指导意义。 相互依存与相互制约规律 反映生物间及生物与环境间的协调关系 , 主要是普遍的依存与制约关系, 亦称“ 物物相关” 和“相生相克”规律 生态系统中的(同种或异种)生物间, 不同生态系统间, 甚至生态系统中的生 物与环境之间, 均存在相互依存和相互 制约的关系, 亦可以说彼此影响。这种 影响有些是直接的, 有些是间接的, 有
12、些是立即表现出来的, 有些需滞后一段 时间才显现出来。一言以蔽之, 生物之 间和生态系统间的相互依存与制约关系, 是普遍存在的。 因此, 在城市建设和城市居民生活 中, 特别是在需要排放污染、倾倒废物 、喷洒药品、采伐、开山、筑路、修建 大型给水工程及其它建设项目时, 务必 注意调查研究, 摸清自然界诸事物之间 的相互关系, 对与某生产活动有关的其 它事物也加以通盘的考虑, 包括考虑此 种活动可能会产生的影响(短期的和长期 的、明显的和潜在的), 从而做到统筹兼 顾, 全面安排。 物质循环与再生规律 生态系统中, 生物借助能量的不停流动, 一方面不断地从自然界摄取物质并合成新 的物质, 另一方
13、面又随时分解为原来的简 单物质, 即所谓“再生”, 重新被系统中 的生产者植物所吸收利用, 进行着不停顿 的物质循环。因此要严格防止有毒物质进 入生态系统, 以免有毒物质经过生物放大 作用和多次循环后富集到危及人类的程度 。 生态系统中能量的流动具有单向性, 当能量经食物链转移时, 每经过一个营养 级, 就有大部分能量转化为热散失掉, 无 法加以回收利用。因此, 为了充分利用能 量, 必须设计出能量利用率高的系统。 如城市垃圾的处理, 从最初的填埋法 到后来的焚化法再进一步到堆肥制取沼气 法, 便体现了人类逐步掌握生态学的循环 与再生规律, 并应用于实践的过程。特别 是后者, 既能较彻底地消除
14、污染, 又能充 分回收垃圾中含有的物质养分(有机肥料) 和有用能量(沼气), 是较有前途的城市垃 圾处理方法。 物质输入输出的动态平衡规律 物质输入输出的平衡规律, 又称协调协调 稳定稳定规律, 涉及到生态系统中生物与环 境两个方面。生态系统中生物与环境之 间的输入与输出, 是相互对立的关系, 当生物体进行输入时, 环境必然进行输 出, 反之亦然。生物体一方面从周围环 境摄取物质, 另一方面又向环境排放物 质, 以补偿环境的损失(这里的物质输入 与输出, 包含着量和质两个指标)。 一个稳定的生态系统, 其物质的输 入与输出总是相平衡的。当输入不足时, 会产生生态匮乏, 例如一个城市物资供 应不
15、足, 必然造成生产生活紧张, 效率 下降; 反之, 当城市物资供应足够但输 出不足, 又会导致生态滞留, 使环境恶 化, 生产生活同样受阻。 环境资源的有效极限规律 任何生态系统中, 作为生物生存的各种环 境资源, 在质量、数量、空间和时间等方面, 其供给量和供给速度都有一定的限度, 因而 生态系统的生物生产通常都有一个大致的上 限。也因此, 每一生态系统对任何外来干扰 都有一定的忍耐极限。所以, 采伐森林、捕 鱼狩猎等不应超过资源利用的最大可持续产 量; 保育某一物种时, 必须保有足够它生存 和繁殖的空间; 城市排污时, 必须使排污量 不超过环境的自净能力等。 以上几条生态学的一般规律, 是生态平衡 的理论基础, 也是解决人类当前面临的人 口、粮食、能源、资源、环境等五大问题 的理论基础。许多科学家认为, 解决这五 大问题, 核心是控制人口的增长, 即维持 人类自身种群数量的稳定, 做到与地球生 物圈协调共处, 从而实现既满足当前人类 需要, 又不危及后代子孙生存的可持续发 展。 2 生态学在环境保护中的应用 2.1 全面考察人类活动对环境的影响 必须利用生态系统的整体观念，充分考察各项活动对环 境可能产生的影响，并对该活动采取对策，防患于未然。 立足上海，面向长江流
