环境生态学(复习重点).docx
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环境生态学导论
由07环科班委整理
第一章 绪论
环境生态学内容结构图
环 绪论
生物与环境
境 生物圈中的生命系统生态系统生态学
生 生态系统服务
人类对自然生态系统的干扰与生态恢复
态 受损生态系统的修复生态系统管理
学 生态环境保护与可持续发展
所谓环境问题，是指人类为其自身的生存和发展，在利用和改造自然界的过程中，对自然环境破坏和污染所产生的危害人类生存的各种负反馈效应。
¨生态破坏：
不合理开发和利用资源而对自然环境的破坏以及由此产生的各种生态效应。
¨环境污染：
因工农业生产活动和人类生活所排放的废弃物造成的污染。
人类社会的发展与环境问题的产生与演变：
n原始文明（渔猎文明）时期
对自然的开发、支配能力极其有限和生活的漂泊是原始社会的特征。
人类把自然视为神秘的主宰，他们无力与各种自然灾害的肆虐和饥饿、疾病及野兽的侵扰、危害抗争，此时人与环境的关系是人类对自然的适应，人类属于“自然界中的人”。
n农业文明时期
随着农业的发展，农业文明出现了若干个文明中心，城市人口集聚，对粮食、燃料和建材的需求也随之大增。
为满足这种需求，不得不砍伐森林，开垦更多的草原，生物的生存环境受到破坏或退化，甚至造成了某些物种的灭绝，许多文明中心也随着环境的破坏和资源的枯竭而走向衰落。
这时的人已成为有能力“与自然对抗的人”。
此时，社会、经济和人口、资源协调发展的问题已经开始，但还主要是生态破坏问题。
这一时期被视为人类对生物圈的第一次重大冲击。
n人类对生物圈的第二次重大冲击
进入现代工业文明后，小规模的手工业被大规模的机器生产所替代，以畜力、风能、水能为主的能源动力被以化石燃料为能源动力的机械所取代，这使生产力大大提高的同时，对自然资源的开发利用和对环境的影响发生了转折性的变化。
n第一次产业革命时期（蒸汽机时代）
进入蒸汽机时代，推动了炼铁业、机器制造业和采矿业的迅速发展，使社会生产力得到空前的发展，城市规模迅速扩大，各种资源的需求量剧增，城市生态环境日趋恶化，而非城市区域的环境退化、资源耗竭、景观破坏，工业污染成为新问题，人类社会开始面临生态破坏和环境污染并存的格局，但从全球来看，这时的环境问题还是区域性的。
n第二次产业革命时期
随着电的使用，尤其是两次世界大战刺激了许多新兴工业和科学技术突飞猛进的发展，使生产过程需要大量的能源、矿物质和各类自然资源，产品的消耗和使用也需要大量的能源作保障。
尤其是化学工业的崛起，合成了大量自然界不存在的化学物质，严重破坏了生态系统及至整个生物圈的结构及功能，出现了许多震惊世界的
环境公害事件，现在一些主要的全球环境问题就是这时开始积累的，环境污染与生态破坏的并存的格局也已由区域性扩展为全球性。
环境问题产生的根源：
n环境问题是经济超速增长的结果
n环境问题是科学技术发展的结果
n环境问题是宗教鼓励人口增长和人对自然贪欲的结果
环境生态学的定义：
环境生态学是研究人为干扰下，生态系统内在的变化机制、规律和对人类的反效应，寻求受损生态系统恢复、
重建和保护对策的科学。
即运用生态学理论，阐明人与环境间相互作用的机制和效应以及解决环境问题的生态途径的科学。
环境生态学的形成和发展：
◆环境生态学的启蒙和诞生期 ◆环境生态学的发展初期
◆环境生态学理论体系的完善和发展期 ◆环境生态学理论的实际应用期
环境生态学的研究内容及学科任务：
◆人为干扰下生态系统内在变化机制和规律研究 ◆生态系统受损程度及危害性的判断研究
◆各类生态系统的功能和保护措施研究 ◆解决环境问题的生态学对策研究
任务：
研究以人为主体的各种环境系统在人类活动的干扰下，生态系统演变的过程、生态环境变化的效应以及相互作用的规律和机制，寻求受损生态环境恢复和重建的各种措施。
环境生态学研究的热点问题：
◆人为干扰的方式及强度 ◆退化生态系统的特征判定 ◆人为干扰下的生态演替规律
◆生态系统服务功能评价 ◆生态系统管理 ◆生态规划和生态效应预测
环境生态学的发展趋势：
◆从静态的结构研究向动态的功能研究发展 ◆从描述现状的定性研究到预报未来的定量研究
◆野外调查和室内实验相结合 ◆宏观研究和微观研究相结合
◆生物学与地理、化学、物理和数学相互渗透 ◆运用自动化测试、计算机和遥感技术等现代化实验手段
◆开展国际间的合作
环境生态学的相关学科：
◆生态学 ◆环境科学 ◆恢复生态学 ◆生态经济学 ◆其它
生态学的概念及其及其研究对象：
生态学（Ecology）是研究生物与其环境相互关系的科学。
它是经典生物学的三大分支学科之一，是环境生
态学的理论基础。
这个定义是由德国博物学家E.Haeckel于1866年在其著作《普通生物形态学》（GenerelleMorphologieDerOrganismen）中首次提出的。
生态学的理论基础是建立在进化论物种起源的自然选择和最适者生存两项基本原则之上。
生态学的研究对象是生态系统，涉及所有的生命层次。
生态学的学科体系：
1、按生物的组织层次来分：
个体生态学 （Autoecology）、种群生态学 （Population ecology）、群落生态学
（Communityecology）、生态系统生态学（Ecosystemecology）、全球生态学（Globalecology）。
2、按生物类群来分：
植物生态学（ Plant ecology）、动物生态学 （Animal ecology）、微生物生态学（Microbiologicalecology）、人类生态学（Humanecology）等。
3、按研究方向来分：
生理生态学（Physiologicalecology）、进化生态学（Evolultionaryecology）、遗传生态学（Geneticecology）、行为生态学（Ethologyecology）等。
4、按生物栖息环境来分：
陆地生态学（Terrestrialecology）、海洋生态学 （Marineecology）、河口湾生态学（Estuaryecology）、农田生态学（Farmlandecology）等。
5、生态学与产业部门结合来分：
农业生态学（ Agroecology）、渔业生态学 （Fishery ecology）、林业生态学（Forestryecology）、城市生态学（UrbanEcology）等。
6、生态学与其他学科交叉来分：
分子生态学（Molecularecology）、化学生态学（Chemicalecology）、数学生态学（Mathematicalecology）、经济生态学（Economicalecology）等。
环境科学的概念：
环境科学是研究和指导人类在认识、利用和改造自然中，正确协调人与环境相互关系，寻求人类社会可持续
发展途径与方法的科学，它是由众多分支学科组成的学科体系的总称。
随着可持续发展理论的提出和不断完善，环境科学的研究内容和学科任务等都得到许多新的发展，体现在三个方面：
¨环境科学的资源观：
认为整个环境都是资源；
¨环境科学的价值观：
首先认为环境具有价值，其次还认为发展活动所创造的经济价值必须与其所造成的社会
价值和环境价值相统一；
¨环境科学的道德观：
提倡人与自然的和谐相处、协调发展、协同进化。
环境科学的研究内容：
◆人类与其生存环境的基本关系 ◆污染物在自然环境中的迁移、转化、循环和积累的过程及规律
◆环境污染的危害 ◆环境质量的调查、评价和预测 ◆环境污染的控制与防治
◆自然资源的保护与合理使用 ◆环境质量的监测、分析技术和预报 ◆环境规划 ◆环境管理
的环境科学学科体系：
n 应用环境学
¨环境控制学
n环境学
n基础环境学
¨环境社会学
¨环境数学
¨环境物理学
n环境声学
n辐射污染及其控制
n热污染及其控制
¨环境化学
¨环境生态学
¨环境毒理学
¨环境地质学
¨环境工程学
n环境污染
n防治工程技术及原理
¨大气污染防治工程
¨水污染防治工程
¨固体废物治理及利用工程
¨核工业环境工程
¨噪声及热污染控制工程
n环境污染综合防治技术和环境规划
n环境系统工程
n环境水利工程
¨环境经济学
¨环境医学
¨环境法学
¨环境工效学
恢复生态学：
研究生态系统退化原因、退化生态系统恢复与重建技术及方法、生态学过程与机制的科学。
它属于技术科学的范畴，着重关注恢复和重建生态系统的正向演替，以及关注生态工程学理论和技术的发展。
生态经济学：
研究生态经济系统运行机制和系统各要素间相互作用规律的科学。
它是生态学和经济学相互交叉、渗透、有机结合形成的边缘学科，也是跨自然科学和社会科学的交叉学科。
人类生态学：
研究人与生物圈相互作用，人与环境、人与自然协调发展的科学。
环境经济学：
主要研究环境与经济的相互作用关系、环境资源价值评估及其作用、管理环境的经济手段、环境保护与可持续发展和国际环境问题等内容。
污染生态学：
以生态系统理论为基础，用生物学、化学、数学分析等方法研究污染条件下生物与环境间关系规律的科学。
第二章 生物与环境
第一节 地球上的生物生命的产生与进化:
n化学进化阶段
原始生命形成的环境条件：
地表具有还原性气体，有水蒸气、H2S、N2、CH4、NH3及H2等，没有O2，大气层很稀薄，没有臭氧层，紫外线照射强烈，昼夜及季节温差很大。
1953年，S.L.Miller在实验室中让混有氨、甲烷和氢的水流经一个电弧，最后得到了甘氨酸、丙氨酸等氨基酸，为无机环境有机化提供了理论依据：
在还原性大气中形成的各种有机物随着时间的推移越聚越多，有的会形成较为复杂的化合物，最后形成蛋白质和能够自我复制的核酸分子，即具有生命活性的大分子，这就是生命的开始。
原始生命形态只能依靠分解复杂化合物时所释放的能量来维持自身的生存。
n生物学进化阶段
从具有生命活性的大分子到细胞是生命进化中的关键，细胞出现后，生命就从化学进化过渡到生物学进化，进化过程就由变异、遗传、选择等因素所驱动。
特别值得指出的是微生物在生命进化中的重要作用。
地球上最早形成了以蓝藻门为主的光合自养生物，它们在原始海洋中繁殖、蔓延，消耗二氧化碳，产生分子氧，改变了大气成分，使气体由还原性逐渐变为氧化性，为绿色植物的登陆创造了条件；高空臭氧层的出现使陆生生物的生命有了保障，此后陆地上就出现了一片繁荣景象。
生物种的概念：
物种是指形态相似的个体的集合，并在自然条件下，同一种个体可自由交配产生可育的后代。
不同物种之间存在明显的形态不连续性和不同形式的生殖隔离。
物种的分化是生物对环境异质性适应的结果，一个种能代代相传，保持种性，取决于遗传物质或生化控制机制。
由于环境的变动和一个种的分布区内环境的异质性，常会引起物种性状的改变，包括基因型和表现型两方面的改变。
一个物种的性状随环境条件而改变的程度称为该种的可塑性。
生物的协同进化：
协同进化是指一个物种的进化必然会改变作用于其他生物的选择压力，引起其他生物也发生变化，这些变
化反过来又会引起相关物种的进一步变化。
¨昆虫与植物间的协同进化
¨大型草食动物与植物间的协同进化
¨肉食动物与其食物间的协同进化
¨互惠共生物种间的协同进化
¨协同适应系统
生物多样性：
生物多样性是指生命有机体及其赖以生存的生态综合体的多样化和变异性。
¨遗传多样性：
所有生物个体中所包含的各种遗传物质和遗传信息。
又可分为分子、细胞和个体三个层次。
¨物种多样性：
物种水平上的生物多样性，指多种多样的生物类型和种类。
¨生态系统多样性：
生态系统中生境类型、生物群落和生态过程的丰富程度。
¨景观多样性：
不同类型的景观在空间结构、功能机制和时间动态方面的多样化和变异性。
影响生物多样性的因素：
n时间因子：
地质历史年代越古老的地区，生物多样性高；相反，地质历史年代年轻的地区，生物多样性低。
n空间异质性因子：
环境异质性越高，就会提高更多的生态位和更多的资源类型，从而可容纳更多的生物种类。
n气候稳定性因子：
气候越稳定则生物多样性越高。
n生物因子：
种间关系、种的生态位幅度等生物因素对生物多样性起着重要的作用。
n生产力因子：
高的生产力能支持高的多样性。
n尺度因子：
尺度不同（包括空间尺度和时间尺度）不同生物多样性也不同。
：
地球自我调节理论
nGaia假说（Lovelock&Margulis）
地球是一个Gaia，它是由地球生物圈、大气圈、海洋、土壤等各部分组成的反馈系统或控制系统，这个系统通过自身的调节和控制而寻求并达到一个适合大多数生物生存的最佳物理、化学环境条件。
这个系统的关键是生物，尤其是微生物。
地球表层的复杂性和多样性是由于生命和通过生命活动而表现出来，从而决定了它的自我调节、自我控制的功能。
一旦生物消失，则这个Gaia也就消失了。
n新地球观
¨由生物圈、岩石圈、大气圈、水圈组成的地球表层部分是一个远离物理学和化学平衡态的开放巨系统，生物圈是这个系统的中心，靠生命活动调节、控制和保持其相对的稳定。
¨地质历史实质上是生物圈与其他圈层相互作用、协同进化的历史。
¨多细胞生物出现以前，环境主要是以蓝细菌为主的单细胞生物调控，多细胞生物的作用是在维持大气圈和水圈成分的同时，加速了地球表面物质循环强度和能量储量，只是到了最近两千多年，人类改造环境的能力才迅猛提高。
¨人类社会或人类文化系统已成为地球表层系统内一个特殊的组成部分，地球表层系统的未来状态越来越依赖人类社会的自觉行为。
第二节 环境的概念及其类型
环境的概念：
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体或生物群体生存的一切事物的总和。
构成环境的各要素，称为环境因子。
在环境科学中，环境的主体是人类，环境是指围绕人群的空间以及其中可以直接或间接影响人类生活和发展的各种因素的总和。
环境的类型：
n按环境的空间尺度分
¨宇宙环境
¨地球环境
¨区域环境
¨微环境
¨内环境
第三节 主要环境因子生态作用
光因子的生态作用及生物的适应
光照强度的生态作用及生物的适应光谱成分的生态作用及生物的适应光照时间的生态作用及生物的适应
温度因子的生态作用及生物的适应水因子的生态作用及生物的适应土壤因子的生态作用及生物的适应
影响地球表面太阳辐射强弱的因素：
n按环境的性质分
¨能量环境
¨物质环境
n按人类对环境的影响程度不同分
¨自然环境
¨人工环境
¨半自然环境
大气成分：
如臭氧、氧气、水汽、雨滴、二氧化碳和尘埃等。
太阳高度角：
太阳高度角越小，太阳辐射强度就越弱。
黄赤交角：
不同纬度、不同季节，每天接受的太阳辐射的时间呈周期性变化。
地球表面的海拔高度、坡度、坡向和坡位等。
光照强度的生态作用：
n对植物的生长及形态结构的建成有重要作用。
¨促进细胞的增大和分化，影响细胞的分裂和伸长，从而影响植物体积的增大和重量
的增加
¨促进组织和器官的分化，制约着器官的生长和发育速度，使植物各组织和器官保持发育上的正常比例
n影响植物的发育
n对果实品质有良好的作用，增加果实的含糖量和耐贮性，且着色良好。
植物对光照强度的适应类型：
n阳性植物：
在强光环境中才能生育健壮的植物种类。
n阴性植物：
在弱光条件下比在强光条件下生长良好的植物种类。
n耐荫性植物：
在全日照下生长最好，但能忍耐一定荫蔽或在某生育期间需要轻度遮荫的植物种类。
太阳辐射中的光谱成分：
n紫外线：
波长290-380nm，占太阳辐射总量的7%。
n可见光：
波长380-760nm，绿色植物光合作用的光谱范围，占太阳辐射总量的50%，红橙光和蓝紫光等称为生
理有效辐射，绿光被称为生理无效辐射，红光有利于糖的合成，蓝光有利于蛋白质的合成。
n红外线：
波长>760nm，占太阳辐射总量的43%。
波长
光色
吸收特性
生理生态效应
>1000nm
红外光
被组织中的水吸收
热效应
1000-720nm
远红光
植物稍有吸收
促进种子萌发，刺激植物延伸
720-610nm
红光
被叶绿素强烈吸收
对植物的光合作用和光周期有强烈的影响
610-510nm
黄橙光
叶绿素吸收稍有下降
对植物的光合作用和形态建成的影响稍有
下降
510-400nm
蓝光
被叶绿素与胡萝卜素强烈吸
收
能强烈影响光合作用，并抑制植物的生长
使之矮粗
400-315nm
绿蓝光
被叶绿素与原生质吸收
对光合作用稍有影响，对植物没有特殊效
应
315-280nm
紫光
被原生质吸收
强烈影响植物形态建成，影响生理过程，
刺激某些生物合成
<280nm
紫外光
被原生质吸收
大的剂量能使植物致死
光谱成分的生态作用
，
光照时间的生态作用：
n影响植物的开花－－光周期现象
¨长日照植物：
多起源和分布于温带和寒带地区
¨短日照植物：
多起源和分布于热带和亚热带
¨日中性植物
¨中日照植物：
仅少数热带植物
n影响植物休眠和地下贮藏器官的形成
¨短日照促进植物休眠，长日照能促进植物营养生长，促进节间伸长
¨短日照的地下块茎植物，只有在短日照下才增粗膨大暗期长短与光间断、暗期间断对短日照植物和长日照植物的开花效应：
光照时间与植物的引种：
n短日照植物由南方（短日照、高温）向北方（长日照、低温）引种时，出现营养生长期延长，发育推迟的现象；而由北方向南方引种时，则出现生育期缩短，发育提前的现象。
n长日照植物由南方向北方引种时，出现生育期缩短，发育提早的现象；而由北方向南方引种时，则出现生育期延长，发育延迟的现象。
温度的生态作用：
n温度与生物的生长
¨温度“三基点”：
最低温度、最适温度、最高温度
n温度与生物的发育
¨有效积温：
K=（x-x0）y
n温度与生物的分布
¨广温生物
¨窄温生物
温度与植物的引种：
n北种南移或高海拔向低海拔引种，要比南种北移或低海拔向高海拔引种容易成功，但必须注意提高产品品质。
n草本植物比木本植物容易成功；一年生植物比多年生植物容易成功；落叶植物比常绿植物容易成功。
极端温度对生物的影响及生物的适应：
n低温对植物的伤害：
¨寒害：
零度以上的低温对植物的伤害。
¨冻害：
植物体冷却降温至冰点以下，使细胞间隙结冰而对植物的伤害。
¨霜害：
由于霜的出现而使植物受害。
n高温对植物的伤害
主要是引起酶活性降低和功能紊乱、水分代谢失调、有毒物质积累、细胞膜透性增加和功能降低，光合与呼吸失调，加速生长发育，生长量减少，过高温度还能使蛋白质凝固等。
植物对低温的适应：
n形态方面
¨增加保护器官或物质：
如鳞片、密毛、油脂等
¨缩小身体体积：
呈匍匐状、垫状或莲座状
n生理方面
¨减少细胞水分，增加细胞中的糖类、脂肪和色素等物质
¨改变吸收光谱带
¨叶片变红，有利于吸收更多的热量
植物对高温的适应：
n形态方面
¨增加密绒毛和鳞片，过滤部分阳光
¨改变树体颜色，反射部分阳光
¨叶片垂直排列，减少光的吸收面积
¨增加木栓层，起到绝热和保护作用
n生理方面
¨降低细胞含水量，增加可溶性糖或盐的浓度
¨提高蒸腾速率
¨反射红外线
动物对极端温度的适应：
¨Bergman,srule：
生活在高纬度地区的恒温动物，其身体比生活在低纬度地区的同类个体大。
¨Allen,srule：
恒温动物身体突出的部分在低温环境中有变小变短的趋势。
¨Gloger,srule：
动物肤色在温暖潮湿的气候中表现为较深的颜色，在寒冷干燥的气候中表现出较浅的颜色。
节律性变温对植物的影响：
n温周期现象：
植物对温度有节奏的昼夜变化的反应
n春化作用：
植物必须经过低温诱导才能进行花芽分化的现象
n物候：
生物长期适应于温度的季节性变化节律而形成相应的生长发育节律
n休眠：
生物的潜伏、蛰伏或不活动状态
水循环及水的类型：
水循环受太阳能、大气环流、洋流和热量交换所影响，通过蒸发、冷凝等过程在地球上不断地循环着，降水和蒸发是水循环的两种方式。
生态系统中的水循环包括截取、渗透、蒸发、蒸腾和地表径流
n水的类型
气态水、液态水、固态水
水的生态作用：
n水是生物生存的重要条件
¨水是生物体的重要组成部分
¨水是生物代谢过程中的重要原料
¨水是生物新陈代谢的介质
¨水能保持植物的固有姿态
¨水有较大的比热，缓和和调节生物体的体温
n影响植物的产品品质
n影响生物的数量和分布
生物对水因子的适应:
n水生植物
¨沉水植物
¨浮水植物
¨挺水植物
水环境的特点：
弱光、缺氧、密度大、粘稠性高，温度变化平缓，能溶解各种无机盐类。
n陆生植物
n中生植物
¨湿生植物
n阴性湿生植物
n阳性湿生植物
¨旱生植物
n少浆液植物
n多浆液植物
土壤因子的生态作用及生物的适应:
n土壤物理特性的生态作用
¨土壤温度
¨土壤水分
n土壤水分能直接被根系吸收利用
n土壤水分和溶解盐类一起构成土壤溶液,作为向植物供给养分的媒介.
n土壤水积极参与土壤中物质的转化过程
n土壤水分与土壤养分的有效性有关
n土壤水分能调节土壤温度
¨土壤空气
¨土壤质地与结构
土壤因子的生态作用及生物的适应:
n土壤化学特性的生态作用
¨土壤矿质元素
¨土壤酸碱度
n通过影响矿质盐分的溶解度，而影响养分的有效性
n通过影响微生物的活动，而影响养分的有效性和植物的生长
¨土壤有机质
n非腐殖质
n腐殖质
植物对土壤因子的适应:
n盐碱土植物
¨聚盐性植物
¨泌盐性植物
¨不透盐性植物
n酸性土植物
n中性土植物
n碱性土植物
n钙土植物
n沙生植物
¨抗风蚀植物
¨耐沙割植物
¨抗日灼植物
¨耐干旱植物
¨耐贫瘠植物
第四节 生态因子的作用分析
生态因子作用的一般规律：
n生态因子的综合作用
n生态因子的主导因子作用
n生态因子的直接作用和间接作用
n生态因子的阶段性作用
n生态因子的不可代替性和补偿作用
生态因子的限制性作用：
nB.J.Lielig最小因子定律:
植物的生长取决于处在最小量状况的食物的量.应用的两个前提条件:
¨只适用于严格的稳定状态
¨必须考虑生态因子之间的补偿作用.如植物光合作用光照强度与二氧化碳浓度之间的关系
nShelford耐性定律:
生物的存在与繁殖要依赖于某种综合环境因子的存在,只要其中一项因子的量或质不足或过多,超过了某种生
物的耐性限度,则使该物种不能生存,甚至灭绝.
E.P.Odum对耐性定律的补充：
n同一生物对不同生态因子的耐受范围不同
n不同生物对同一生态因子的耐受范围不同，对主要生态因子耐受范围大的物种，其分布也广
n同一生物在不同的发育阶段对生态因子的耐受范围不同
n由于生态因子的相互作用，当某个生态因子不
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