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1、第六章 生态园区主要内容:n1、从自然生态到人工生态n2、生态工业园n3、生态城市n4、生态农业1、从自然生态到人工生态n1.1 生态学的定义和基本概念n1.2 生态系统的组成和结构n1.3 人控生态系统及其风险1.1 生态学的定义和基本概念n生态学:是研究生物有机体与其周围环境 相互关系的科学;生物是包括“动物、植物、微生物及人 类等生物系统”环境是指某一特定生物体或生物群体以 外的空间以及直接或间接影响该生物或生 物群体生存的一切事物的总和,在这里的 环境是指生物生活中的无机因素n生物种(物种):是形态相似的个体之集 合,且同个体可自由交配,能产生可育的 后代,而不同物种之间的杂交则不育;
2、是 由内在因素(生殖、遗传、生理、生态、 行为)联系起来的个体集合,是自然界中 一个基本进化单位和功能单位n环境因子:是生物有机体以外所有的环境 要素;具有综合性和可调节性n生态因子:是指环境中对生物生长、发育、生殖 、行为和分布有直接或间接影响的环境要素;如 温度、湿度、食物、氧气、CO2和其他相关生物 等n种群:是在一定空间范围内同时生活着的同种个 体的集群,如同一鱼塘内的鲤鱼或同一树林内的 杨树n生物群落:是指具有直接或间接关系的多种生物 种群的有规律的组合,具有复杂的种间关系 1.2 生态系统n生态系统(ecosystem)是英国生态学家 Tansley于1935年首先提出来的,指在一
3、定的 空间内生物成分和非生物成分通过物质循 环和能量流动相互作用、相互依存而构成 的一个生态学功能单位;它把生物及其非 生物环境看成是互相影响、彼此依存的统 一整体生态系统的特征n(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n(2)生态系统内部具有自我调节能力;其结构越 复杂,物种数越多,自我调节能力越强n(3)能量流动、物质循环是生态系统的两大功能n(4)生态系统营养级的数目因生产者固定能值所 限及能流过程中能量的损失,一般不超过56个n(5)生态系统是一个动态系统,要经历一个从简 单到复杂、从不成熟到成熟的发育过程生态系统的组成成分n(1)非生物环境 包括:
4、气候因子,如光、温度、湿度、风、雨雪等 ;无机物质,如C、O、N、CO2及各种无机盐等;有机物质,如 蛋白质、碳水化合物、脂类和腐殖质等。(2)生产者(producers) 主要指绿色植物,也包括蓝绿藻和一些光 合细菌,是能利用简单的无机物质制造食物的自养生物;在生态系统 中起主导作用(3)消费者(consumers) 异养生物,主要指以其他生物为食的各种 动物,包括植食动物、肉食动物、杂食动物和寄生动物等(4)分解者(decomposers) 异养生物,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。它们分解动植 物的残体、粪便和各种复杂的有机化合物,吸收某些分解产
5、物,最终 能将有机物分解为简单的无机物,而这些无机物参与物质循环后可被 自养生物重新利用。 生态系统的结构n生态系统的结构可以从两个方面理解:形态结构和营养结 构n其一是形态结构,如生物种类、种群数量、种群的空间格 局、种群的时间变化以及群落的垂直和水平结构等;形态 结构与植物群落的结构特征相一致,外加土壤、大气中非 生物成分以及消费者、分解者的形态结构n其二为营养结构,是以营养为纽带,把生物和非生物紧密 结合起来的功能单位,构成以生产者、消费者和分解者为 中心的三大功能类群,它们与环境之间发生密切的物质循 环和能量流动生态系统的初级生产和次级生产 n初级生产:光合作用积累的能量是进入生 态系
6、统的初级能量,这种能量的积累过程 就是初级生产n次级生产:是除生产者外的其它有机体的 生产,即消费者和分解者利用初级生产量 进行同化作用,表现为动物和其它异养生 物生长、繁殖和营养物质的贮存生态系统中的分解 n生态系统的分解(分解作用)是指死有机物质的逐步降解 过程;分解时,无机元素从有机物质中释放出来,得到矿 化,与光合作用时无机元素的固定正好是相反的过程;从 能量的角度看,前者是放能,后者是贮能n分解过程的速率和特点决定于资源的质量、分解者种类和 理化环境条件三方面:资源质量包括物理性质和化学性质 ,物理性质包括表面特性和机械结构,化学性质如C:N 比、木质素、纤维素含量等,它们在分解过程
7、中均起重要 作用;分解者则包括细菌、真菌和土壤动物(水生态系统 中为水生小型动物);理化环境主要指温度、湿度等 生态系统中的能量流动 n能量是生态系统的基础,一切生命都存在 着能量的流动和转化;没有能量的流动, 就没有生命和生态系统;流量流动是生态 系统的重要功能之一,能量的流动和转化 是服从于热力学第一定律和第二定律的n能量流动可在生态系统、食物链和种群三 个水平上进行分析n食物链:植物所固定的能量通过一系列的取食和被取食关 系在生态系统中的传递,这种生物之间的传递关系称为;一般食物链是由45环节构成的,如草昆虫鸟蛇 鹰n食物网:在生态系统中生物之间的取食和被取食的关系错 综复杂,这种联系象
8、是一个无形的网把所有生物都包括在 内,使它们彼此之间都有着某种直接或间接的关系,这就 是n营养级:是指处于食物链某一环节上的所有生物种群的总 和,生产者属第一营养级,植食动物属第二营养级,第三 营养级包括所有以植食动物为食的肉食动物,一般一个生态系统的营养级数目为35个 n生态金字塔:是指各个营养级之间的数量关系,这种数量 关系可采用生物量单位、能量单位和个体数量单位,分别 构成生物量金字塔、能量金字塔和数量金字塔n生态系统水平上的能流分析是以同一营养级上各个种群的 总量来估计,即把每个种群都归属于一个特定的营养级中 (依据其主要食性),然后精确地测定每个营养级能量的 输入和输出值;这种分析多
9、见于水生生态系统,因其边界 明确、封闭性较强、内环境较稳定n食物链层次上的能流分析是把每个种群作为能量从生产者 到顶极消费者移动过程中的一个环节,当能量沿着一个食 物链在几个物种间流动时,测定食物链每一个环节上的能 量值,就可提供生态系统内一系列特定点上能流的详细和 准确资料n实验种群层次上的能流分析是在实验室内控制各种无关变 量,以研究能流过程中影响能量损失和能量储存的各种重 要环境因子生态系统中的物质循环n生态系统的物质循环(生物地球化学循环):是 指地球上各种化学元素,从周围的环境到生物体 ,再从生物体回到周围环境的周期性循环n可分为三大类型,即水循环、气体型循环和沉积 型循环n参与沉积
10、型循环的物质,主要是通过岩石风化和 沉积物的分解转变为可被生态系统利用的物质, 它们的主要储存库是土壤、沉积物和岩石,循环 的全球性不如气体型循环明显,循环性能一般也 很不完善 森林生态系统的作用 n森林覆盖率是衡量一个国家和地区生态环境的重 要指标;如果一个地区的森林覆盖率达到30%, 并且分布比较均匀,就能够有效地调节气候,减 少自然灾害的发生n我国古代森林覆盖率高达60%以上,现在我国的 森林覆盖率仅16.55%,人工造林面积居世界第一森林生态系统的作用n调节生物圈中O2和CO2的相对平衡 处于生长季节的每 公顷阔叶林一天可吸收1000 kg的CO2,放出730 kg的O2。 平均每人拥
11、有10 m2的森林,即可以满足多氧环境的需要n净化空气 植物的枝叶能吸附烟尘、粉尘等污染物和 SO2等有毒气体,如夹竹桃、梧桐、柳杉、槐树能吸收SO2 ,松树的针叶分泌物能杀死结核杆菌和白喉杆菌等n消除噪音 30 m宽的林带便可以吸收和降低噪音68分 贝n涵养水源、保持水土、防风固沙n调节气候、增加降水、美化环境森林生态系统的作用农业生态系统的作用 n首先农业生态系统是生态系统中能量的多级利用 和物质循环再生;食物链是生态系统能量流动和 物质循环的主渠道,它既是一条能量转换链,也 是一条物质传递链,还是一条增值链n其次农业生态系统的各种生物之间遵循相互依存 、相互制约的原理;在农业生态系统中,
12、人们利 用生物种群之间的关系,对生物种群进行人为调 节,增加有害生物的天敌种群,可以减轻有害生 物的危害:如放养赤眼蜂防治稻纵卷叶螟,防止 农药的污染农业生态系统的作用农业生态系统的作用生态平衡n生态平衡是生态系统在一定时间内结构和 功能的相对稳定状态,其物质和能量的输 入输出接近相等,在外来干扰下能通过自 我调节(或人为控制)恢复到原初的稳定 状态n生态平衡的特征:、生态系统经过由简 单到复杂的长期演代的结果;、生态系 统具有一定的内部调节能力;、生态平 衡是动态的 1.3 人控生态系统及其风险n人控生态系统:指人类的活动在自然界范 围内建立了完全由人类控制的或控制很强 的生态系统通称为n随
13、着人类社会的发展,由于人类掌控的技 术越来越多、对自然资源无计划开发、人 口高度密集等原因,使得人控生态系统越 来越大,自然生态系统岌岌可危人控与自然生态系统的差别n、人控生态系统是人按照自己的意愿, 在很短的时间内完成的;自然生态系统是各物种与环境之间在长 时间选择、淘汰逐步形成相对的平衡人控与自然生态系统的差别n、人控生态系统是依靠消耗岩石圈中储 存的太阳能(煤、石油、天然气)及其他 非初级生产的能量来维持的,因为人类自 身消耗的能量大大超过其自身俘获转化的 太阳辐射能自然生态系统是消耗自身俘获或转化的 能量中的一部分,还有一定的剩余能量储 存于岩石圈中人控与自然生态系统的差别n、依靠人类
14、掌握的技术,在人控生态系 统中,物质转移速率远远高于自然生态系 统,人均消耗自然资源的数量是其他生物 所无法比拟的,如金属、食品、矿物资源 等人控与自然生态系统的差别n、自然生态系统的特征是生物多样性, 依靠复杂的食物链和食物网以及反馈机制 维持动态平衡而人类的活动促使大量物种灭绝,人控 生态系统是依靠人维持,依靠极少数优势 物种组成的非常单调、脆弱的生态系统人控与自然生态系统的差别n、人控生态系统是地球化学循环失衡的 、不稳定的系统,在很小的范围内大量排 放废气、废水和固体废物,无法或不能进 入地球化学循环2、生态工业园n2.1 工业园区和高新工业园区n2.2 工业生态学和生态工业园区n2.
15、3 国外生态工业园区实例n2.4 国内生态工业园区实例2.1 工业园区和高新工业园区n工业园区:是在一块较大的土地上有规划 、有目标地聚集若干工业企业地区域n其一般位于城市的外围或郊区形成相对独 立的地域单元,内包括生产区、生产服务 区、科学研究区、生活居住区和商业服务 区等工业园区特征n开发面积大、园区内有工厂、公共设施、 建筑物和生活娱乐设施;n具有明确的规划,对土地利用率、建筑物 类型,工厂入园条件、环保标准实施控制 ;集中供能、供热;n集中“三废处理”;n政府行政部门集中服务;n较好的信息流通;n人才相对集中等工业园区情况n据1996年统计,全世界工业园区超过12000 个;园区面积从
16、12公顷到几万公顷,雇员 人数从10人到65000人,工厂数目从几个到 1300多家不等n我国目前经国务院批准的工业园区(经济 开发区)有232个,省级批准的有1019个高新工业园区n高新工业园区又称高新技术产业开发区, 是一种以智力密集和开放环境条件为依托 ,依靠国内的科技和经济实力,吸收和引 进国外先进科技资源、资金和管理方法, 通过我国对实施高新技术产业的优惠政策 ,把科技成果转化为现实生产力的特殊区 域2.2 工业生态学和生态工业园区n工业生态学以生态学的理论观点考察工业 代谢过程,即从取自环境到返回环境的物 质转化全过程,研究工业活动和生态环境 的相互关系,以研究调整、改进当前工业 生态链结构的原则和方法,建立新的物质 闭路循环,使工业生态系统与生物圈兼容 并持久生存下去 2.2 工业生态学和生态工业园区n工业共生模式:将自然生态系统中物种之 间关系运用到生态工业中,将业务性质上 相互关联的各种企业聚集在一起,使一家 企业的副产品或废物作为另一企业的原料 ,连成一个链,这些企业之