资源过程的生态学原理

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1、一、地球表面圈层的组成 大气圈 水圈 生物圈 土壤圈 岩石圈大气圈的分层-热成层：热成层位于中间层顶以上，有称增温层或电离层，温度随高度增加急剧 上升，直至100km高度。该层空气分子在 各种射线作用下大都发生电离，成为原 子、离子和自由电子，电离层之名因此 而得。大气圈的分层-逸散层：逸散层位于热成层之上，也称外 大气层，是大气圈的最外层，大约延伸 至800km的高度。这里大气极其稀薄，地 心引力微弱，大气质点之间鲜有碰撞。 有些运动速度较快的质点完全摆脱地球 引力而逸入宇宙空间。土壤圈土壤是地球陆地上能供植物生长与繁殖的疏松表层。除了江河湖海等水体和两极冰盖与高山冰川覆盖的地区以外，几乎都

2、有土壤存在。各种土壤在地球表面形成一个断续分布的圈层，覆盖于岩石圈之上，其厚度由几厘米至几米不等。六、生物圈生物圈是地球上最大的生态系统，包括从海平面以下10km到海平面以上9km的范围。生态系统内部不断进行着物质、能量和信息的交换和循环。历经30亿年的发展历程。30亿年前出现原始细菌开始，20亿年前出现了能进行光合作用的固氮生物，约16亿年前形成了含氧气的大气圈。7亿年前出现了多细胞生物。5亿年前出现无脊椎动物。2亿年前出现哺乳类动物。在这漫长的历史长河中，由于地壳的变化、气候的 变异和其他种种原因，有些物种消亡了，新的物种 产生了，形成了今天五彩缤纷的生物圈。二、生物圈与资源分布 生物圈是

3、地球上有生命的部分，即动物、植物、 微生物以及他们所生存的环境。 生物圈由大气圈、水圈、土壤圈、岩石圈几个圈 层的交界界面组成。 生物圈中分布着人类需要的各种自然资源。 生物圈中的自然资源是发展农业生产的重要物质 基础。 生物圈中资源的地理分布具有地带性、区域性和 不平衡性。第二节 生态系统理论一、生态学基础 生态学（Ecology）是研究生物与其环境之间相互关系的科 学。 生态学是研究生物的形态、生理和行为上的适应性的科学（ 前苏联-克什卡洛夫（ ，1945）。 生态学是研究有机体的分布和多度的科学。（澳大利亚-安 德列沃斯（Andrewartha, 1954） 生态学是研究决定有机体的分布

4、与多度的相互作用的科学。 （加拿大克雷伯斯（Krebs,1972,1978,1985） 生态学是研究生态系统的结构与功能的科学美国-奥德姆 （Odum, E., 1959,1971）（生态学基础Fundamentals of Ecology,1971） 生态学是研究生命系统和环境系统相互关系的科学（马世骏 ，1980 ）二、生态系统1、生态系统的基本概念在一定的时空范围内，生物群落与其环境之间通 过不断的物质循环与能量流动形成的相互依赖、相互作 用、相互制约的统一整体，构成一个生态学的功能单位 。1935年，英国植物学家坦斯利（Tansley）首先 提出了生态系统的概念。 1942年经过林德曼

5、的继承和 发展，奠定了稳定的基础。二十世纪六十年代得到进一 步发展，目前已成为大家所普遍接受的理论。2、生态系统的组成成分生态系统由生命成分和非生命成分组成：生态系统基本组成成分生命成分(1）生产者：生产者是能以简单的无机物制造有机物的自养生 物，并固定能量。(2）消费者：直接或间接依赖于生产者所制造的有机物质。属 于异养生物。按营养方式，消费者可划分为： 食草动物（一级消费者）：以植物体为营养的动物。 食肉动物（二级消费者）：以食草动物为食者。 大型/顶级食肉动物（三级消费者）：以食肉动物为食者。(3）分解者：异养生物，把复杂有机物分解为生产者能重新利 用的简单化合物，并释放出能量。(4）非

6、生物环境：能量因素（热能、核能、机械能、风能、 潮汐能、海浪能等）、物质因素（无机元素和化合物：C、N、K、 CO2）、有机物（蛋白质，脂肪，碳水化合物 、腐殖质）、气候因素（温度，水等）。 生态系统的结构：是指生态系统中生物和 非生物的诸要素在时间、空间和功能上分化 与配置而形成的各种有序的系统。生态系统 的结构包括物种结构、营养结构、时空结构 和层级结构。3、生态系统的结构（1）生态系统的物种结构指根据各生物物种在生态系统中所起的作用和地位分化不同而划分的生物成员型 结构。在生态系统中，优势种、建群种、伴 生种、偶见种、关键种和冗余种对系统结构 和功能的稳定性具有重要的意义。(2)生态系统

7、的营养结构指生态系统中各种生物成分之间或生 态系统中各生态功能群生产者、消费者 和分解者之间通过吃与被吃的食物关系以营 养为组带一次连接而成食物链网结构以及营 养物质在食物链网中不同环节的组配结构。营养级把具有相同营养方式和食性的生物归为 同一营养层次，并把食物链中的每一个营养 层次称为营养级。营养级就是处于食物链某 一环节上的所有生物的总和，可以反映处于 某一营养层次上的一类生物和另一营养层次 上的另一类生物之间的关系。（3）生态系统的时空结构指生态系统中组成要素或其亚系统在时 间或空间上的分化与配置所形成的结构。 （4）生态系统的层级结构认为任何系统都处于一定的层级，并具 有一定的时间和空

8、间尺度。一个复杂的系统由 相互关联的若干亚系统组成，各亚系统又是由 各自的许多亚系统组成。4、生态系统的功能 物质循环 能量流动 信息传递物质循环物质循环的相关概念 生物地化循环(biogeochemical cycle)：矿物元素在生态系统之间的输入和输出，它们在大气圈、水圈、岩圈之间以及生物间的流动和交换称生物地(球)化(学)循环，即物质循环(cycling of material) 。物质循环就是生物地球化学循环。各种无机物从环境中被生产者吸收，再进入消费者，各种有机物最终经过分解或无机物返回环境中，无机物被生产者重新利用吸收又变成有机物，周而复始，无穷无尽的过程，成为物质循环。生物地化

9、循环的类型 水循环：液态循环(以水的形式进行，这种循环具 有局限性，但没有液态循环就没有生命）。 气相型循环：气态循环（它把大气和海洋联系起 来，具有全球性）。 沉积型循环：固态循环（主要存在于岩石圈和土 壤圈中，由于风化作用使岩石本身分解出物质参与 生态系统循环）。 能量流动1、生态系统能量流动规律-热力学定律第一定律：能量守恒定律，能量可由一种形式 转化为其他形式的能量，能量既不能消灭，又 不能凭空创造。 第二定律：熵律，任何形式的能（除了热）转 化到另一种形式能的自发转换中，不可能100 被利用，总有一些能量作为热的形式被耗散 出去，熵就增加了。生态系统中能流特点： 能流是单向流动，均态

10、分散； 能量在生态系统内流动的过程，是能量不 断递减的过程，能量转化效率符合“百分之 十”定律； 能量在流动过程，是一个热的利用和耗损 过程，符合热力学第一和第二定律。能量流动的生态效率生态效率（ecological efficiencies）: 是指各种能流参 数中的任何一个参数在营养级之间或营养级内部的比值关系 。同化效率(assimilation efficiency,AE): 衡量生态系统中 有机体或营养级利用能量和食物的效率。AE=An/In, An为植 物固定的能量或动物吸收同化的食物，In为植物吸收的能或 动物摄取的食物。 生长效率(growth efficiency, GE)

11、: 同一个营养级的净生 产量（Pn）与同化量（An）的比值。GEPnAn。生态系统中能量流动的途径 沿牧食食物链进行传递：能量沿草牧链各营养级 进行在分配，每一营养级将上一级转换来的能量分 为固定（构成各级动物有机体组织）、耗损（生活 代谢过程中所消耗的能量）和还原三大部分。 沿腐食食物链传递：微生物等的分解。 矿化和储存过程：粮食的储存，矿化化石燃料。牧食食物链和腐食食物链是生态系统能流的主 要渠道。 信息传递 物理信息： 物理信息有两种作用： 一是起着组分内与组分间及各种行为的调节作用 ，如鸟类的鸣叫、蝴蝶的飞舞、植物的颜色，某些 动物的颜色和形态有吸引异性、种间识别、威吓和 警告的作用；

12、 二是起着限制生命有机体行为的作用，如光强度 、温度、湿度等物理信息都对生态系统中生物的生 存产生或大或小的影响。苔原生态系统水域生态系统海洋生态系统 淡水生态系统湿地生态系统： 陆地和水域的过渡类型常绿落叶阔叶混交林生态系统陆地生态系统森林生态系统草地生态系统荒漠生态系统热带雨林生态系统 常绿阔叶林生态系统落叶阔叶林生态系统 针叶林生态系统 草甸草原生态系统 典型草原生态系统 荒漠草原生态系统5、生态系统的类型湿地生态系统的功能：天然的基因库；潜在资源；净化功能；气候和水文调节等功能 。重点！6、生态平衡 生态平衡的概念 生态平衡：在任何一个正常的生态系统中，物质循 环和能量流动总是不断地进

13、行着，但在一定时期内 ，生产者、消费者、分解者以及环境之间保持着一 种相对的平衡状态。 在平衡的生态系统中，平衡还表现为生物的种类 和数量的相对平衡稳定，系统的物质循环和能量流 动在较长时间里保持稳定。 生态平衡的三个基本要素是系统结构的优化与稳 定性、能流和物流的收支平衡以及自我修复和自我 调节能力的保持。衡量一个生态系统是否处于生态平衡状态，其 具体内容为： 时空结构上的有序性。 能流、物流的收支平衡。 系统自我修复、调节功能的保持，抗逆、抗 干扰、缓冲能力强。生态平衡的调节机制 反馈机制 当生态系统中某一成分发生变化时，必然会引 起其他成分出现一系列相应的变化，这些变化反过 来影响起初发

14、生变化的成分。生态系统这种作用过 程称为反馈。 生态系统的反馈机制可分为正反馈与负反馈。 负反馈是指生态系统中某一成分变化所引起的其 他一系列变化，反过来抑制最初引发变化的那种成 分发生变化的作用过程。生态平衡的生态学规律1、相互制约与相互依赖规律2、物质循环转化与再生规律3、物质的输入与输出平衡规律4、相互适应与协同进化规律5、环境资源的有效极限规律以上五条生态学规律，也是生态平衡的基础。生态平 衡以及生态系统的结构与功能，又与人类当前面临的人口、 粮食、能源和环境五大问题密切相关，解决这些问题正是环 境生态学的主要任务之一。第三节 资源开发利用对生态系统的影响一、退化生态系统类型及与资源开

15、发利用的关系 1、退化生态系统的定义及类型 退化生态系统是一类“病态”生态系统，它是指 在一定的时空背景下，生态系统受自然因素、人为 因素或二者的共同干扰下，使生态系统的某些要素 或系统整体发生不利于生物和人类生存要求的量变 和质变，系统的结构和功能发生与其原有的平衡状 态或进化方向相反的位移。 具体表现为生态系统的基本结构和固有功能的破 坏或丧失、生物多样性下降、稳定性和抗逆能力减 弱及生产力下降，故又称为“受害或受损”生态系统 。 常见的退化生态系统类型有以下六种： 裸地 森林采伐迹地 弃耕地 沙漠化地 采矿废弃地 垃圾堆放场（1）裸地概念：没有植物生长的裸露地面，是群落形 成、发育和演替

16、的最初条件和场所。裸地亦 称芜原（barren），过去从未生长过植物的 称为“原生芜原”；原来有植物生长，后经 破坏而形成的称为“次生芜原”。 裸地的成因 裸地形成的原因的多种多样： 干旱、严寒、大风、暴雪等恶劣气候； 洪水对土地的侵蚀和在另一个地却又使泥 沙沉积，以及大风刮起沙土而后堆积，重力 下塌（山坡滑塌）等等地形变迁。 但是规模最大和方式最为多样的，是人为 的活动。 裸地的类型： 原生裸地 ：从来没有植被覆盖的地段（冰川 移动，流水沉积等所形成的裸地），或者是原 来存在过植被，但被彻底消灭了，包括原有植 被下的土壤条件全部不存在了。 次生裸地 ：原有群落虽然被消灭，但群落下 的土壤条件还多少保留着，甚至土壤中还保存 着原有群落中某些植物种类的繁殖体。 （2）森林采伐迹地 指森林中经采伐后尚未长起新林的土地。是人 为干扰形成的退化类型。 以东北地区面积最大，黑龙江省采伐