基础生态学2.ppt
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基础生态学,（第3版）牛翠娟娄安如孙儒泳李庆芬编著,胡仁勇制作2015年10月,第五部分应用生态学,应用生态学（appliedecology）：
研究如何利用生态学的理论和原理来解释、指导、解决社会实践中所存在的问题。
15应用生态学,15.1全球气候变化与环境污染环境污染：
人为排放的有毒有害物质，破坏了环境的生态平衡，改变了原来生态系统的正常结构和功能，恶化了工农业生产和人类生活环境。
环境问题可分为二类：
A.因为工业生产、交通运输和生活排放的有毒有害物质而引起的环境污染；B.由于对自然资源的不合理开发利用而引起的生态环境的破坏。
突出表现在植被破坏、水土流失、土壤侵蚀和沙漠化、地面沉降等方面。
15.1.1全球变暖与温室效应,CO2和悬浮粒子的增加，是造成温室效应和气候变暖的主要原因。
温室效应:
由于人类大量使用化石燃料，使得大气中的温室气体含量不断升高，地球热外流受阻，从而引起全球变暖的现象。
温室效应GreenhouseEffect,目前，世界所排放的CO2的一半以上被海洋吸收，但海洋的吸收容量是有限的，今后海洋吸收CO2的比例将逐渐减少。
另外，植被吸收CO2的能力也是非常大的。
2001年6月22日，美国权威的科学杂志发表了北京大学方精云教授等学者的一份研究报告说：
“中国20世纪70年代以来倡导的植树造林工程，初衷本是防止水土流失和干旱，却出人意料地延缓了大气CO2浓度的上升速度。
据统计，中国人工林累计面积目前已居世界第一位，森林覆盖率也上升到16.55%。
在被固定的碳中，人工林占了80%。
在20世纪70年代中期到90年代中期这20年里，中国的地面植被共吸收了4.95亿吨CO2，占每年工业排放量的5%8%。
.”,海平面上升对人类的影响,
（1）部分沿海城市将内迁，沿海的水利设施、堤防受到破坏。
（2）影响沿海的耕地面积，特别是河流三角洲和沿海平原，使土地盐碱化和沼泽化。
（3）气候带北移，湿润区和干旱区将重新配制。
海平面上升SeaLevelRise,减少CO2排放的途径有二条：
A.改进能源结构；B.提高能源效率。
1986年冰川的位置,100米,1998年冰川的位置,西藏林芝地区川藏公路以北的冰川，由于受全球气候变化的影响，大面积后退萎缩,冰川退缩,美国科罗拉多大学的研究小组在科学杂志网络版上发表论文称，小组依靠人造卫星的重力观测研究表明，南极冰层从2002到2005年，在以年均150立方公里的速度减少。
最近研究发现:
1000年来，地球温度的变化曲线与CO2的变化曲线基本相符。
15.1.2臭氧层的破坏,在地面空气中的O3是一种污染物，但在大气层上部的O3是地球的保护层，能阻止过量的紫外线到达地球表面。
大气层中O3的减少是人类活动造成的，人类排放的氟利昂（CFCl3）、NOX等，都能分解大气层中的O3。
O3是一种强氧化剂；在O3的作用下，植物细胞的膜系统、植物的光合作用、呼吸作用以及其他一些生理机能，均会受到一系列的影响和危害。
15.1.3污染问题,15.1.3.1空气污染空气污染：
由人类活动直接或间接引起的天然与合成的有害物质向大气的排放。
随着工业和交通运输的发展，由工厂和汽车排放的有害气体，在一定条件下形成烟雾，对人类和生物造成危害，称为烟雾事件。
黄河污染,氮氧化物包括：
NO、NO2和硝酸雾，主要是NO2。
来源：
主要是煤、石油和天然气等燃烧时排放的气体，尤其是汽车排放的尾气。
与碳氢化合物及O3等发生光化学反应，生成光化学烟雾。
所以，氮氧化物也是化学烟雾的重要组成成分。
1.烟尘与光化学烟雾,过氧乙酰硝酸酯（PAN）：
是在形成光化学烟雾的过程中产生的二次污染物。
它是一种剧毒物质，浓度为ppb级，即可引起植物受害。
PM2.5、雾霾,2.酸雨,酸雨一般指pH5.6的降雨或降雪。
酸雨中含有大量H+、SO42-、NO3-等离子。
阴离子主要是电厂、冶炼厂和各种机动车辆在燃烧煤、石油和天然气等燃料时排放的NOX和SO2，再经光化学反应和催化反应而产生的。
在上个世纪90年代，有四分之一的城市每年至少有60%的雨天下酸雨；目前，有四分之一的中国地区受到酸雨影响，使中国进入世界上受酸雨影响最严重的国家之列。
15.1.3.2水污染,水污染：
任何妨碍水资源利用的人类行为。
污染物类型：
生化试剂、可溶的化学物、不溶的化学物、热。
水体富营养化：
由于供藻类生长的无机营养物过剩而导致藻类的大量繁殖，从而减少了到达其他植物的光，降低了溶氧水平，而且对鱼类和其他动物可能有毒害作用。
主要物质是：
磷酸盐和硝酸盐。
黄河污染,松花江污染,生化需氧量（BOD）：
表示微生物氧化有机物时需要的氧气量。
化学需氧量（COD）：
有机物化学氧化所需的氧气量。
水体中的无机有毒物质：
砷、镉、氰化物和汞等。
水体中的有机污染物：
主要是多氯联苯（PCBs）。
水俣病-汞污染,按受污染水源分：
海洋污染：
赤潮江河污染：
淮河、长江湖泊污染：
滇池、西湖、太湖地下水污染：
滨海地区滇池治理：
“十一五”期间投入160亿元，累计投入218亿元。
目标：
2015年达4类水标准。
中国海域年平均赤潮发生量,黄河三门峡,无锡太湖水污染,15.1.3.3土壤污染,土壤中的主要污染物：
一碳物质：
CO、氰化物、卤化甲烷等。
原油和燃料中的脂族烃。
卤素：
二溴乙烯、七氯、林丹等。
含氮污染物：
偶氮、苯胺染剂、苯胺除草剂、炸药等。
工业“三废”、污灌、多聚物、重金属等。
污水浸泡后的土壤,15.1.3.4垃圾等固体废物污染,垃圾：
生活垃圾、建筑垃圾、清扫垃圾、危险垃圾等。
工业固体废物：
燃料废渣、化学废渣等。
垃圾山,15.1.3.5有毒物质与核污染,1）农药的残留及危害农田中施用的农药，大约有30左右直接落到地面，造成土壤污染。
通过地表径流或大气扩散进入周围水域，造成地表水体的污染。
间接对人体健康带来威胁。
2）核污染,核武器试验和原子能利用而产生的放射性元素的污染。
放射性物质可以在环境中产生积累和浓缩，危害生物和人类。
15.1.3.6噪声污染,一切人们所不需要的声音统称为噪声。
噪声影响：
妨碍睡眠和休息。
引发噪声病。
来源：
交通、工业、生活。
15.1.3.7光污染,白亮污染：
人工白昼污染：
彩光污染：
15.2人口与资源问题,15.2.1人口问题15.2.1.1世界人口动态、问题与对策世界人口激增的标志：
1）每增加10亿人口的相隔时间越来越短2）人口加倍的时间在缩短3）人口增长率在急剧上升,非洲和拉丁美洲是人口增长最快的地区，其次是亚洲。
发达国家的人口增长率比较低；发展中国家的人口增长率居高不下。
世界人口预测,1972年联合国人类环境会议公布的资料认为，能使全世界人民吃得较好，维持正常生活水平的人口限度是110亿。
有些生态学家认为，从生物圈所能提供的食物量来计算，地球可养活的人口是80亿。
19世纪初，世界人口为10亿；100多年后，20亿；30多年后，30亿；1987年7月11日世界50亿人口日1999年2月26日，全球人口达到60亿。
2011年10月31日零点前2分钟，全球第70亿名成员之一的婴儿在菲律宾降生。
世界人口从50亿到60亿的时间是：
12年。
据联合国人口司预测，全球人口将在21世纪中叶突破90亿。
15.2.1.2我国人口增长状况及其问题与对策,1949年5.4亿，1954年6亿，1964年7亿，1969年超过8亿，1974年超过9亿，1982年超过10亿，1989年超过11亿，1990年11.4亿，2000年接近13亿。
2010年13.39亿。
我国人口趋势预测,从我国实际出发，我国粮食最大生产量为8.3亿吨；在人均500kg的消费水平下，人口承载量的极限值是16.6亿人。
15.2.1.3人口老龄化问题,我国人口老龄化问题有如下特点：
1.人口老化的进程加快；2.老年人口的绝对数量大；3.人口老化过程是先城镇后农村。
15.2.2资源问题,自然资源的概念和分类：
在自然界中凡是能提供人类生活和生产需要的任何形式的物质，都可称为自然资源。
自然资源可分为,1）非枯竭的自然资源：
供给稳定、数量丰富；如太阳能、风能、潮汐能、全球性水资源、大气等。
2）可枯竭的自然资源,数量有限，可分为：
（1）可更新的自然资源：
土地资源、地区性的水资源和生物资源等。
如合理使用，可做到取之不尽、用之不竭。
（2）不可更新的自然资源：
化石燃料、金属矿物、非金属矿物等。
有的可回收利用，有的是一次性消耗。
15.2.2.1能源,早期是木柴、木炭，19世纪末是煤，煤的缺点是:
产生浓烟、烟尘、SO2等有毒气体；开采时破坏土地，造成地面沉降；产生废热污染。
20世纪80年代，石油代替了煤炭，在全世界的能耗总量中占统治地位。
1.太阳能,最廉价的能源。
目前，世界上太阳能电池的总产量约为40000千瓦/年。
2.风能,“最古老的新能源”。
美国的加里福尼亚占全球风力发电的80%，丹麦居第二位，我国是第三位。
浙江省的风力发电研究和应用居于全国之首。
3.生物质能,“绿色能源”。
（1）沼气：
（2）燃料酒精：
（3）“石油草”：
4.海洋能,潮汐能30亿千瓦；温差能400亿千瓦；盐差能300亿千瓦；海流能6亿千瓦。
5.地热能,利用地热发电，美国220多万千瓦，菲律宾90万千瓦。
6.水能,廉价、清洁两大优点。
我国的水电资源丰富，葛洲坝的装机容量271.5万千瓦，到1991年12月，共发电1077亿度，创利40亿元，而总投资为48亿元；三峡工程装机总容量可达2500万千瓦，年发电量可达1200亿度；世界最大的峡谷-雅鲁藏布江大峡谷,15.2.2.2土地资源,
（一）水土流失水资源和土壤资源都是人类和生物界生存所不可缺少的基本环境条件。
由于人口增加过快，加之不合理的开发利用自然资源，特别是植被的破坏，引起了水土流失。
（1）巴比伦的衰落和玛雅文化的消亡；
（2）30年代美国的黑风暴；（3）水土流失是我国生态环境最突出的问题之一。
1934年美国黑风暴,马丘比丘,我国的水土流失情况,最严重的黄土高原，水土流失占全区总面积的90%；长江流域的水土流失也在加剧，长江流域和南方的12个省区，水土流失面积达69万km2，占土地总面积的28%；四川省现有18万km2的水土流失面积尚未治理。
90年代的北京沙尘暴；我国每年注入海域的泥沙量约为20亿吨，占世界总量的13.3%，其中黄河占60%。
目前，黄河每年输沙16亿吨，居世界之首；长江每年是7.2亿吨，是1958年的1.8倍。
沙尘暴,黄河入海口,青藏高原的水土流失,羌塘保护区缓冲区和核心区的采金破坏了脆弱的高原草场生态GoldmininginthecoreandbufferareaoftheQiangtangNatureReservehasdestroyedthegrasslandecosystem,
（二）沙漠化,全国荒漠化土地面积262.2万km2，占国土面积27.3%；分布于西北、东北和华北的18个省区的470个县。
每年损失540亿元，粮食30亿公斤，60%的贫困县集中在这里。
青海湖,黄河源头,（三）地面沉降,1.危害性
（1）使河流泻洪不畅，造成洪涝灾害；
（2）使建筑物地基下沉，也使地下管道变形、破裂；（3）临近海滨的地面沉降，容易引起海水入侵。
2.治理措施,
（1）有计划地开采地下水资源；
（2）多方配合，综合治理；（3）要特别重视沿海地区的地面沉降。
15.2.2.3水资源,1.水资源的利用和供需矛盾我国水资源总量虽然较多，但人均占有量却很少，只有世界人均值的1/4，居世界第88位。
据专家预测，我国除了南部省份外，其他各省在今后10年都将面临水危机，年缺水量将从现在的60亿m3上升到2030年的500亿m3。
南水北调工程,我国水资源的特点,
（1）地区分布不均，水土资源组合不平衡，南多北少。
（2）年内分配集中，年际变化大。
（3）连丰连枯年份比较突出。
（4）河流的泥沙淤积严重。
2.水利建设与洪涝灾害,洪灾位于自然灾害之首，是一种世界性的自然灾害。
我国是一个洪水灾害严重的国家，特别是进入90年代以来，不仅洪灾次数越来越多，而且范围越来越大。
1991年江淮流域梅雨期连降暴雨，直接经济损失629亿元；1997年华南、华中洪灾，直接经济损失1100亿元；1998年长江、嫩江、松花江爆发百年不遇的特大洪灾，直接经济损失达3290亿元。
造成洪涝灾害的主要原因,
（1）不合理利用自然资源，尤其是滥伐森林，破坏水土平衡，生态环境恶化。
（2）水利工程防洪标准偏低。
（3）人口增长和经济发展使受灾程度加深。
15.2.2.4生物资源,1.森林资源森林资源的生态效益有：
涵养水源、保持水土；防风固沙、保护农田；净化大气、防治污染等。
具体地说，每公顷林地比无林地可多蓄水300m3。
全国森林面积及覆盖率变化,全球平均为31.7,目前我国有1.34亿公顷森林，每年可蓄水达3400亿吨，为现在全国水库容量的75%，可创造经济价值2527亿元。
国家林业局对我国森林防止水土流失生态效益统计说明，每年森林可减少土壤侵蚀总量为246亿m3或320亿吨，相当于每年为国家创收2691亿元。
2.野生动物资源,据统计，自1600年以来，在总共4226种哺乳动物中，已有36种绝灭，120种濒临绝灭；在已知的8684种鸟类中，已绝灭的有94种，濒临绝灭的有187种。
15.3农业生态学,一、农业生态系统及特点1.农业生态系统的概念某一特定空间内农业生物与其环境之间，通过互相作用联结成进行能量转换和物质生产的有机综合体。
2.农业生态系统的组成,农业生态系统与自然生态系统一样，也有生物与环境两大部分组成。
但是生物是以人工驯化栽培的农作物、家畜、家禽等为主。
环境也是部分受到人工控制或是全部经过人工改造的环境。
在农业生态系统中的生物组分中增加了人这样一个大型消费者，同时又是环境的调控者。
3.农业生态系统的特点,农业生态系统是在人类控制下发展起来的。
由于其受人类社会活动的影响，它与自然生态系统相比有明显不同。
1.人类强烈干预下的开放系统。
2.农业生态系统中的农业生物具有较高的净生产力，较高的经济价值和较低的抗逆性。
3.农业生态系统受自然生态规律和社会经济规律的双重制约。
4.农业生态系统具有明显的地区性5.系统自身的稳定性差。
特点,桑基鱼塘,二、农业生态系统与自然生态系统的比较,
（1）系统的生物构成不同。
（2）系统净生产力不同。
（3）系统开放程度不同。
（4）系统稳定性机制不同。
（5）系统服从的规律不同。
（6）系统的“目的性”不同。
（7）生产效率不同。
（8）农业生态系统与自然生态系统是交错存在，相互影响。
15.4生物多样性与保育,生物多样性问题成为世界热点的重要事实：
1992年联合国“环境与发展大会”上多国首脑签署国际生物多样性公约。
21世纪议程。
联合国教科文组织等6个国际组织与1990年发起和组织的国际生物多样性项目的实施。
15.4.1生物多样性的价值,生物多样性也就是生物资源，有的已被人们作为资源利用，而更多的还未被利用，是一种潜在的资源。
现在越来越多的人已经认识到全部生物多样性层次，对于物种和自然群落的永续利用是必需的。
生物多样性是人类社会赖以生存和发展的基础，是一个国家和地区国民经济和社会发展、实施可持续性发展战略的重要基础。
1.生物多样性的经济价值,1）消耗性使用价值-直接价值2）生产使用价值-直接价值3）娱乐与生态旅游-休闲价值4）环境监测“预警系统”5）选择价值6）教育和科学活动,2.生物多样性的生态价值,1）生态系统生产力：
2）保护水资源：
3）保护土壤：
4）调节气候：
5）对污染物的吸收和分解：
6）物种关系：
“上游越穷越垦越垦越穷，下游越险越加越加越险；上游人把生态义务扔进长江，长江把下游人的生存权利冲进大海。
”,15.4.2生物多样性的丧失,1.生物多样性受威胁的现状2.生物多样性丧失的原因3.物种受威胁等级的划分,1.生物多样性受威胁的现状,人类生产活动导致物种灭绝的速度是自然灭绝速度的1000倍，世界生物多样性丧失的现象正在加剧。
全球热带雨林在20世纪80年代初每年被毁1140万hm2；温带森林1/3已被砍伐，而成为濒危生态系统。
中国植物种中处于濒危的占总数的15%-20%，即4000-5000种。
热带、亚热带由于森林被毁，使水土流失面积达150多万hm2。
由于各种原因引起的土地沙化面积达1.26亿hm2。
2.生物多样性丧失的原因,生物进化史上的6次物种大灭绝事件：
5亿年前的寒武纪末期3.5亿年前的泥盆纪2.5亿年前的二叠纪末-95%以上的海洋物种灭绝,1.85亿年前的三叠纪6500万年前的白垩纪-恐龙灭绝1万年前的晚更新世开始-以岛屿型物种、大型哺乳类、鸟类灭绝为标志每次大的灭绝均导致大约30-50%的动物科消亡。
另一份“辛德勒名单”,1781年：
渡渡鸟灭绝，原生活于印度洋。
1799年：
蓝马羚灭绝，原生活于南非。
1844年；大海雀灭绝，原生活于大西洋北部岛屿。
1876年：
欧洲野马灭绝，原生活于欧洲。
1883年：
斑驴灭绝，野生灭绝在1860年，原生活于南非。
1893年：
白臀叶猴在中国境内灭绝，原生活于亚洲。
1914年：
旅鸽灭绝，野生灭绝在1900年，原生活于北美。
1917年：
佛罗里达狼灭绝，原生活于北美。
1918年：
卡罗来纳鹦鹉灭绝，野外灭绝在1904年，是北美唯一的特产鹦鹉。
1922年：
犀牛中国境内灭绝。
1925年：
高加索野牛灭绝，原生活于欧洲。
1937年：
巴厘虎灭绝，原生活于印度巴厘岛。
1942年：
红鸭灭绝，原生活于印度。
1947年：
普氏野马在中国境内野生灭绝。
1948年：
袋狼灭绝，原生活于澳洲。
1964年：
冠麻鸭灭绝，原生活于亚洲。
1972年：
爪哇虎灭绝。
渡渡鸟1665Raphuscucullatus,大隆鸟1650Aepyornismaximus,黄嘴垂耳鸦1907Heteralochaacutirostris,卡罗来纳鹦鹉1914Conuropsiscarolinensis,莱桑田鸡1944Porzanapalmeri,斑驴1883Equusquagga,麋鹿：
1900年野生灭绝，全世界不超过3000头，因为是18头麋鹿的后裔而存在遗传缺陷。
华南虎：
仅余50只在动物园中，因90%是6只虎的后代而有遗传缺陷。
雪豹：
野外生存有10002000只。
白鳍豚：
不超过100只。
扬子鳄：
不超过1500只。
大熊猫：
野外生存有1000只左右。
黑犀牛：
从1970年的6万头锐减至3500头。
指猴：
1966年曾有9只，后来命运不详。
绒毛蛛猴：
仅余100只左右。
滇金丝猴：
野外仅存1000只左右。
黔金丝猴：
现存700只。
白眉长臂猿：
中国野生量仅5070只。
近代物种多样性丧失加剧的原因,A.掠夺式的过度利用过度采伐、滥捕乱猎，是造成物种受威胁的原因。
B.生境丧失和片段化天然林砍伐后形成片段化，如熊猫。
C.环境污染生产和生活引起的水体、大气和土壤的污染。
D.外来种的盲目引入也会导致物种的灭绝。
E.农业和林业品种单一化,大熊猫栖息地分割,大熊猫栖息地重大问题之一是植被破坏造成的种群隔离,千岛湖,鄱阳湖,日本人的捕鲸活动,引入的藤本植物覆盖和破坏当地植被,外来入侵种的特点,凤眼莲（Eichhorniacrassipes）兼有性和无性两种繁殖方式，每个花穗包含有300500粒种子，还可通过匍匐枝无性繁殖，在30时，5天可形成一株新的植株。
水葫芦Waterhyacinth（Eichhorniacrassipes）,红瓜Cocciniacordifolia,受松材线虫危害的黑松,15.4.3生物多样性研究,绝灭（EX）：
一个物种在野外已肯定有50年没有被发现。
野外绝灭（EW）:
极危（CR）:
濒危（EN）：
易危（VU）：
低危（LR）：
数据缺乏（DD）:
WhatisBiodiversity,生态多样性物种多样性（Ecologicaldiversity）（Organismaldiversity）生物群区（biomes）界（kingdom）生物区（bioregions）门（phyla）景观（landscapes）科（families）生态系统（ecosystems）属（genera）生境（habitats）遗传多样性种（species）生态位（niche）（Geneticdiversity）亚种（subspecies）种群（populations）群体（populations）居群（populations）个体（individuals）个体（individuals）染色体（chromosomes）基因（genes）核苷酸（nucleotides）文化多样性（Culturaldiversity）人类与生物多样性各个层次的相互作用,几个值得重视的研究方向,生物多样性调查与监测GlobalCanopyProgrammeCTFS,Thesumofalltreecrownsinaforest,Everythingabovetheground,2025%ofallinvertebratespeciesmaybeuniquetothecanopy7080%ofinvertebratescapturedintheuppercanopyoftropicalrainforestarenotdescribedbyscience（Ozanneetal.,2003）,2/3Epiphytes,10%ofallvascularplantsarecanopydwellers,90%oftheearthsbiomassinterfaceswiththeatmospherethroughforestcanopies,Ozanneetal（2003）SCIENCEVol301,ThefirstproblemHowtogetintothecanopy?
Treesareashighas85metresintheAsiantropics.andhavefewbranches!
Johnmistypictures,In1990DrAlanSmithdreamedofputtingacraneintotherainforest.Aneweraofcanopyexplorationwasborn!
Cranepicturefromairhelicopter,Tencanopycranesarenowinuseinforestsaroundtheworld.Helicoptersareusedtoputthecranesin.,Equipmentcanbeeasilyloadedfromtheground,Safeaccess!
to1hectareofforest50metresup!
Theairshipisthelargesthotairballoonintheworld.Scientistsarecarriedbelowinasmallraftfromwhichtheycollectspecimensacrossthecanopy.Apilotfliestheairshipwhichispoweredbyapropeller.,Closeupballoonandpretzelscanfromgeographical,Itcancarryamuchbiggerraft!
Scientistsusethislikeanislandinthetreetops,for1-3weeks.Theairshipcanmoveittoanewplace.,中国森林多样性监测网络,长白山,古田山,福山,鼎湖山,西双版纳,都江堰,东灵山,大兴安岭,哀牢山,每棵=1cm
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