第五章環(huán)境生態(tài)學(xué)基本理論與應(yīng)用1.生態(tài)學(xué)與環(huán)境生態(tài)學(xué)從定義出發(fā)理解生態(tài):Ecology源于希臘文Oikos——‘自然界的經(jīng)濟(jì)學(xué)’生態(tài)學(xué)定義：研究生物或生物群體與其環(huán)境相互關(guān)系的科學(xué)研究生物與其環(huán)境間相互關(guān)系及作用機(jī)理的科學(xué)（馬世駿）生命系統(tǒng)動(dòng)物人植物微生物

環(huán)境系統(tǒng)自然環(huán)境社會(huì)環(huán)境

作用、反作用

對(duì)立、統(tǒng)一

相互關(guān)系

相互依賴、制約

物質(zhì)循環(huán)、代謝從研究?jī)?nèi)容理解一般生態(tài)學(xué)：以特定生物為研究對(duì)象環(huán)境生態(tài)學(xué)：以人為主體的生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象生態(tài)學(xué)的分支

植物生態(tài)學(xué)動(dòng)物生態(tài)學(xué)按種類劃分微生物生學(xué)人類生態(tài)學(xué)

個(gè)體生態(tài)學(xué)按存在狀態(tài)劃分

種群生態(tài)學(xué)

群落生態(tài)學(xué)

生態(tài)系統(tǒng)

種群特定時(shí)間、空間同種個(gè)體的組合

——物種存在、繁殖、進(jìn)化的基本單位空間特征：種群的發(fā)展?jié)摿Α臻g數(shù)量基本特征數(shù)量特征：種群密度遺傳特征：遺傳、變異性—生物進(jìn)化遺傳學(xué)基礎(chǔ)

群落特定時(shí)間、空間不同種生物的總和一定的物種組成：種類、數(shù)量，群落多樣性基礎(chǔ)物種間相互影響：競(jìng)爭(zhēng)、捕食、互利、寄生影響環(huán)境的功能；群落環(huán)境基本特征一定的外貌和結(jié)構(gòu)：生態(tài)結(jié)構(gòu)、形態(tài)結(jié)構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特征：季節(jié)、年際演替、演化一定分布范圍邊界特征

從研究方法理解當(dāng)代生態(tài)學(xué)——多學(xué)科交叉定性 定量社會(huì)生態(tài)學(xué)宏觀微觀復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)工業(yè)生態(tài)學(xué) 單一 綜合應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)城市生態(tài)學(xué) 靜態(tài) 動(dòng)態(tài)文化生態(tài)學(xué) 基礎(chǔ) 應(yīng)用環(huán)境生態(tài)學(xué)生物生態(tài)學(xué)環(huán)境

系統(tǒng)工程學(xué)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)整體觀（核心

）

工藝學(xué)工業(yè)生態(tài)學(xué)功能觀經(jīng)濟(jì)學(xué)經(jīng)濟(jì)生態(tài)學(xué)經(jīng)濟(jì)觀

+化學(xué)化學(xué)生態(tài)學(xué)生態(tài)信息

物理學(xué)物理生態(tài)學(xué)+數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)生態(tài)學(xué)

數(shù)學(xué)模型

最優(yōu)化方案

經(jīng)濟(jì)效益社會(huì)效益生態(tài)效益

發(fā)展趨勢(shì)涵蓋一切傳統(tǒng)領(lǐng)域，形成許多現(xiàn)代觀念：

生態(tài)工藝生態(tài)城市生態(tài)安全生態(tài)文明生態(tài)價(jià)值生態(tài)哲學(xué)生態(tài)美學(xué)2.生態(tài)系統(tǒng)含義馬世駿：“生命系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)在特定空間的組合”一定空間生物與周?chē)h(huán)境的集合體自然界基本單位，具有一定結(jié)構(gòu)和功能生物—環(huán)境相互作用、影響、制約不斷進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)、能量交換一定時(shí)間內(nèi)處于動(dòng)態(tài)平衡、相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)

無(wú)機(jī)物非生物組成：環(huán)境要素有機(jī)物自然因素

組成

生產(chǎn)者—綠色植物

食草動(dòng)物（一級(jí)消費(fèi)者）

生物組成

消費(fèi)者—?jiǎng)游?/p>

分解者—微生物

食肉動(dòng)物（二級(jí)消費(fèi)者）

微型動(dòng)物

類型

自然生態(tài)系統(tǒng)

靜水生態(tài)系統(tǒng)

淡水生態(tài)系統(tǒng)

水域生態(tài)系統(tǒng)

流水生態(tài)系統(tǒng)

咸水生態(tài)系統(tǒng)：海洋、遠(yuǎn)洋、珊瑚礁按要素類型

荒漠生態(tài)系統(tǒng)

草原生態(tài)系統(tǒng)陸地生態(tài)系統(tǒng)

森林生態(tài)系統(tǒng)稀樹(shù)干草生態(tài)系統(tǒng)

濕地生態(tài)系統(tǒng)

按人類影響程度半自然生態(tài)系統(tǒng)人工生態(tài)系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)生物種類形態(tài)結(jié)構(gòu)種群數(shù)量骨架—形態(tài)結(jié)構(gòu)標(biāo)志種的空間配置 種的時(shí)間變化（發(fā)育、季相）

營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)：生態(tài)系統(tǒng)組成部分間營(yíng)養(yǎng)關(guān)系環(huán)境生產(chǎn)者分解者消費(fèi)者食物鏈：生態(tài)系統(tǒng)中生物以食物聯(lián)系建立起來(lái)的鏈索關(guān)系食物網(wǎng)：多個(gè)食物鏈相互交織構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

——生態(tài)系統(tǒng)功能過(guò)程載體食物鏈種類：捕食性食物鏈腐生性食物鏈寄生性食物鏈?zhǔn)澄镦溠芯恳饬x

—組成及量的調(diào)節(jié)對(duì)保護(hù)生物資源意義大，具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值

—食物鏈生物富集作用（重金屬、有毒難降解物質(zhì)）

海水

浮游生物

小魚(yú)

魚(yú)

魚(yú)鷹

人

DDT3×10-124×10-85×10-72×10-62.5×10-53×10-5

富集107

營(yíng)養(yǎng)級(jí)：食物鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，同樣方式、獲相同性質(zhì)食物，同一食性層次——生態(tài)同位典型森林生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)級(jí)：植物食草動(dòng)物一級(jí)食肉動(dòng)物二級(jí)食肉動(dòng)物分解者植物

生物個(gè)體數(shù)生物數(shù)量金字塔

營(yíng)養(yǎng)級(jí)的表示生物量生物量金字塔能量（營(yíng)養(yǎng)）能量金字塔

P—1500000

C1—200000C2—90000（單位：個(gè)體/0.1h㎡）C3—1生產(chǎn)者低位營(yíng)養(yǎng)級(jí)

消費(fèi)者高位營(yíng)養(yǎng)級(jí)

4—5級(jí)（≤7級(jí)）每級(jí)利用率10%

寄生性食物鏈—倒置生物量金字塔

C1—21P—4

功能

能量流動(dòng)環(huán)境生產(chǎn)者分解者消費(fèi)者太陽(yáng)光量子

——太陽(yáng)光量子以波的形式傳遞至綠色植物體表

——遵循熱力學(xué)第一定律：能量守恒與轉(zhuǎn)換定律

——遵循熱力學(xué)第二定律：關(guān)于有限空間、時(shí)間內(nèi)一切和熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)的物理、化學(xué)過(guò)程具不可逆性

能量單向流動(dòng)：集中分散高低 能量傳遞中熵增加，熵不變能量無(wú)傳遞生態(tài)系統(tǒng)保持穩(wěn)定是由于負(fù)熵的不斷輸入每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)都有能量損失生態(tài)系統(tǒng)能量平衡保證生態(tài)系統(tǒng)平衡能量在營(yíng)養(yǎng)級(jí)流動(dòng)的特點(diǎn)：有損失或剩余同化中產(chǎn)生廢物、排泄物同化中耗能，維持生命物質(zhì)循環(huán)

——化學(xué)元素在生物圈中的物質(zhì)循環(huán)過(guò)程基本元素：C、H、O、N、S、P

大量元素：Na、Ca、Mg、K

微量元素：Cu、Zn、Mn、B——包括生物、地質(zhì)、化學(xué)系統(tǒng)的循環(huán)：生物地球化學(xué)循環(huán)

——物質(zhì)在庫(kù)間轉(zhuǎn)移而流動(dòng)元素在環(huán)境中的貯庫(kù)：水（H、O）大氣、水體

N大氣、生物、地殼周轉(zhuǎn)時(shí)間=庫(kù)量/流通率

H2O在大氣庫(kù)10.5d

Si在海洋庫(kù)8000aN在大氣庫(kù)100萬(wàn)aNa在海洋庫(kù)2.06×1028a

個(gè)體水平—生物新陳代謝物質(zhì)循環(huán)的三級(jí)水平生態(tài)系統(tǒng)—生產(chǎn)者消費(fèi)者分解者環(huán)境生物圈—生物地球化學(xué)循環(huán)物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn)：物質(zhì)重復(fù)再利用性物質(zhì)循環(huán)周期性

主要元素的循環(huán)

水循環(huán)：動(dòng)力—太陽(yáng)輻射（H、O） 蒸發(fā)降雨主要過(guò)程地下水地表水動(dòng)植物吸收滲出

碳循環(huán)：大氣、水圈、生物圈為碳循環(huán)庫(kù)大氣庫(kù)CO27×1011t

地質(zhì)庫(kù)CO32－

2.7×1016t

主要過(guò)程

呼吸

CO2

光合作用

燃燒植物

CO32－

分解

動(dòng)物

化石燃料

氮循環(huán)：

大氣氮

固氮

氨

硝化作用

NO2－、NO3－

生物合成

反硝化作用

游離氮

分解

有機(jī)氮

大氣固氮

巖漿固氮固氮形式

生物固氮

工業(yè)固氮

磷循環(huán)

硫循環(huán)氣態(tài)循環(huán)SO2H2S

沉積循環(huán)SO42－

生物循環(huán)SO42－

H2S

磷酸鹽（巖、礦）鳥(niǎo)糞層海鳥(niǎo)、魚(yú)

天然侵蝕淺海沉積深海沉積

食物鏈

人工開(kāi)采

原生質(zhì)

磷細(xì)菌

溶解PO43－

生物生產(chǎn)

——生物性產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程

——在能量代謝、物質(zhì)循環(huán)中完成

——物質(zhì)、能量的重新分配、組合形成有機(jī)物初級(jí)生產(chǎn)（第一性生產(chǎn)）：綠色植物光合作用中無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)物總初級(jí)生產(chǎn)量GP

凈初級(jí)生產(chǎn)量NP=GP－R R：呼吸消耗的物質(zhì)、能量次級(jí)生產(chǎn)：各級(jí)消費(fèi)者轉(zhuǎn)化的物質(zhì)、能量以初級(jí)生產(chǎn)為基礎(chǔ)，受條件、自身局限有機(jī)物與化學(xué)能再加工與轉(zhuǎn)化凈次級(jí)生產(chǎn)量P=I－Fu－RI：采食量：

Fu：排泄量

營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量轉(zhuǎn)化效率——生態(tài)效率營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量轉(zhuǎn)化（CederBog湖能流分析）

呼吸代謝R0=96.3呼吸代謝R1=18.8總初級(jí)生產(chǎn)量GP=464.7食草動(dòng)物捕食I1=62.8食肉動(dòng)物食I2=12.6未利用M0=305.6未利用M1=31.4LA

=23200能量攝取效率：It/It－1初級(jí)能量攝取效率：I0/I=GP/LA

同化效率：At/At－1初級(jí)同化效率：Ao/A=Io/I生產(chǎn)效率：Pt/Pt－1初級(jí)生產(chǎn)效率：Po/P=Io/I初級(jí)生態(tài)效率

=464.7/23200=2%次級(jí)能量攝取效率

=I1/

GP=13.5%

次級(jí)同化效率

=I2+M1/GP=9.5%

次級(jí)生產(chǎn)效率

=I2/GP=2.7%

次級(jí)利用效率

=I2+R1/GP=6.8%

信息聯(lián)系

——信息把生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)成統(tǒng)一整體營(yíng)養(yǎng)信息：食物鏈為一個(gè)營(yíng)養(yǎng)信息系統(tǒng)化學(xué)信息：化學(xué)分泌物物理信息：聲、光、色行為信息：行為格式

多樣性復(fù)雜性信息流特點(diǎn)種類多儲(chǔ)量大未知因素多信息流動(dòng)過(guò)程：產(chǎn)生

獲取

處理

再生

施效

3.系統(tǒng)的狀態(tài)與平衡生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)調(diào)節(jié)、反饋機(jī)制正反饋——個(gè)體及種群數(shù)量增加導(dǎo)致遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)負(fù)反饋——個(gè)體數(shù)量增加，食物資源減少，個(gè)體死亡增加，種群數(shù)量減少，系統(tǒng)一般可保持平衡：生態(tài)平衡

含義：生態(tài)系統(tǒng)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)組成成分相對(duì)協(xié)調(diào)物質(zhì)能量輸出入接近相等結(jié)構(gòu)功能基本穩(wěn)定在一定的外來(lái)干擾下通過(guò)自我調(diào)節(jié)恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)

特征：結(jié)構(gòu)平衡功能平衡收支平衡

特點(diǎn)：平衡是動(dòng)態(tài)的、相對(duì)的、有限度的平衡按一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)、變化平衡的原因是生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部自動(dòng)調(diào)節(jié)能力—環(huán)境自凈能力環(huán)境自凈能力程度取決于生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多樣性功能完整性

生態(tài)平衡破壞因素：

自然原因——自然界異常變化人為原因——人類活動(dòng)影響

物種消失

物種改變

物種引進(jìn)

基因工程

污染物進(jìn)入環(huán)境環(huán)境因素改變

植被破壞

地貌改變信息破壞

環(huán)境污染破壞信息物質(zhì)生態(tài)平衡失調(diào)的標(biāo)志：

結(jié)構(gòu)上的標(biāo)志一級(jí)結(jié)構(gòu)缺損：生產(chǎn)者、消費(fèi)者、還原者、非生物成分間結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)缺損：生產(chǎn)者、消費(fèi)者、還原者、非生物成分各自內(nèi)部結(jié)構(gòu)功能上的標(biāo)志能量流動(dòng)受阻物質(zhì)循環(huán)中斷生態(tài)平衡的恢復(fù)與重建

恢復(fù)使受損生態(tài)系統(tǒng)從遠(yuǎn)離初始狀態(tài)回到干擾、破壞前狀態(tài)重建對(duì)生態(tài)系統(tǒng)改善，減少不希望的特點(diǎn)，增加人類期待的特點(diǎn)

——生態(tài)平衡的相對(duì)性：動(dòng)態(tài)的過(guò)程，不可能停留在某狀態(tài)目標(biāo)使重建向有利的方向發(fā)展已破壞的生態(tài)平衡得到恢復(fù)，并在更高層次重建改變、阻止生態(tài)系統(tǒng)退化的主導(dǎo)因子措施 調(diào)整、配置、優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)外功能過(guò)程采用生態(tài)工程技術(shù)4.生態(tài)學(xué)的規(guī)律與應(yīng)用生態(tài)學(xué)的基本規(guī)律相互依存、相互制約規(guī)律——物物相關(guān)、相生相克律物質(zhì)循環(huán)、轉(zhuǎn)化與再生規(guī)律——能流物復(fù)律物質(zhì)輸出入的動(dòng)態(tài)平衡規(guī)律——協(xié)調(diào)穩(wěn)定律相互適應(yīng)與補(bǔ)嘗的協(xié)同進(jìn)行規(guī)律——協(xié)同進(jìn)行律環(huán)境資源的有效極限規(guī)律——負(fù)載有額律應(yīng)用全面考察人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響充分利用生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，保護(hù)生態(tài)平衡制訂生態(tài)規(guī)劃方案綜合利用資源、能源科學(xué)制訂國(guó)民經(jīng)濟(jì)計(jì)劃闡明污染物在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用環(huán)境質(zhì)量的生物監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)制訂環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境容量生態(tài)工程利用生態(tài)系統(tǒng)中物種共生、物質(zhì)循環(huán)再生原理

結(jié)構(gòu)、功能協(xié)調(diào)原理以結(jié)構(gòu)最優(yōu)化方法設(shè)計(jì)的分層利用物質(zhì)的生產(chǎn)系統(tǒng)相關(guān)詞：生態(tài)工藝技術(shù)

——以最小的代價(jià)措施，對(duì)環(huán)境損害最小的技術(shù)目標(biāo)：促進(jìn)自然界良性循環(huán)充分發(fā)揮物質(zhì)的生產(chǎn)潛力防治環(huán)境污染 經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益同步發(fā)展核心：整體、協(xié)調(diào)、循環(huán)、再生——馬世駿范疇：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、沙漠化防