环境科学与工程导论_党志_生态学

杨琛

环境科学与工程学院

文本框: 生态学基础
生态学基础生态学基础
文本框: 环境科学与工程导论之
环境科学与工程导论之环境科学与工程导论之

文本框: 主要内容
主要内容主要内容
文本框: 生态系统
..生态系统..生态系统
文本框: 生态平衡
..生态平衡..生态平衡
文本框: 生态学
..生态学..生态学

云形标注: 自然界的空气、水、土壤与生物界的人、动物、植物、微生物之间存在着相互依赖又相互制约的关系,自然界与生物界的这种状态称为生态(Ecology)。
自然界的空气、水、土壤自然界的空气、水、土壤
与生物界的人、动物、植与生物界的人、动物、植
物、微生物之间存在着相物、微生物之间存在着相
互依赖又相互制约的关系互依赖又相互制约的关系,,
自然界与生物界的这种状自然界与生物界的这种状
态称为生态态称为生态(Ecology)(Ecology)。。
什么是什么是
生态？生态？

文本框: 传统生态学：
研究生物与其生活环境相互关系的学科。(侧重于植物、动物)
..传统生态学：
研究生物与其生活环境相互关系的学
科。(侧重于植物、动物)
..传统生态学：
研究生物与其生活环境相互关系的学
科。(侧重于植物、动物)
..现代生态学：
研究生命系统与环境系统之间相互
作用的规律及机理。（包括人类）
..现代生态学：
研究生命系统与环境系统之间相互
作用的规律及机理。（包括人类）

文本框: 生命系统的层次
生命系统的层次生命系统的层次
..生命体（Organisms）..生命体（Organisms）
..生物种群（Populations）..生物种群（Populations）
..生物群落（Communities）..生物群落（Communities）
..生态系统（Ecosystems）..生态系统（Ecosystems）
..生物圈（Biosphere）..生物圈（Biosphere）
生命体
生物种群
生物群落
生态系统
生物圈

地球上的生命支持系统地球上的生命支持系统
文本框: 来自太阳的单向能量流动
..来自太阳
的单向能
量流动
..来自太阳
的单向能
量流动
文本框: 物质循环
..物质循环..物质循环
生物圈
碳循环磷循环氮循环水循环氧循环
环境中的热量
热热热
文本框: 重力作用
..重力作用..重力作用

太阳辐射太阳辐射能量输入能量输入= = 能量能量输出输出
大气散射
紫外辐射
臭氧层吸收
地球吸收
可见光
臭氧层
对流层
热
温室效应
以热量的形式被
地球反射
地球
文本框: 太阳能
太阳能太阳能

文本框: 主要内容
主要内容主要内容
文本框: 生态系统
..生态系统..生态系统
文本框: 生态平衡
..生态平衡..生态平衡
文本框: 生态学
..生态学..生态学

生态系统的定义生态系统的定义

文本框: 是指生命系统和环境系统在特定空间的组合。
..是指生命系统和环境系统在特定空间
的组合。
..是指生命系统和环境系统在特定空间
的组合。

圆角矩形标注: 在一定的空间范围内，生物与其所处的环境之间发生相互作用、相互制约、不断演变，达到动态平衡、相对稳定的统一整体即为生态系统。它是具有一定结构和功能的单位。
在一定的空间范围内，生物与其所在一定的空间范围内，生物与其所
处的环境之间发生相互作用、相互处的环境之间发生相互作用、相互
制约、不断演变，达到动态平衡、制约、不断演变，达到动态平衡、
相对稳定的统一整体即为生态系相对稳定的统一整体即为生态系
统。它是具有一定结构和功能的单统。它是具有一定结构和功能的单
位。位。
生物
群落
无机
环境
物质、能量
（连续）交换

生态系统的类型生态系统的类型
文本框: 自然生态系统：如森林生态系统、草原生态系统、湖泊生态系统、湿地生态系统、海洋生态系统、河流生态系统
半自然生态系统：农村生态系统
人工生态系统：城市生态系统
..自然生态系统：如森林生态系统、草
原生态系统、湖泊生态系统、湿地生
态系统、海洋生态系统、河流生态系
统
..半自然生态系统：农村生态系统
..人工生态系统：城市生态系统
..自然生态系统：如森林生态系统、草
原生态系统、湖泊生态系统、湿地生
态系统、海洋生态系统、河流生态系
统
..半自然生态系统：农村生态系统
..人工生态系统：城市生态系统

森林



草原



沙漠



海洋



湖泊



湿地



千姿百态的动植物世界



形态各异的微生物



城市



城市里的植被



城市里的动物



生态系统的组成

..生产者
(自养生物)
..生产者
(自养生物)
..消费者
(异养生物)
..消费者
(异养生物)
..分解者
（腐生生物）
..分解者
（腐生生物）
..无生命物质..无生命物质
热
热热
热
热
无无生命物质生命物质
((二二氧化碳氧化碳,,
氧气氧气, , 氮气氮气,,
矿物矿物))
生产生产者者
((植物植物))
分解者分解者
((细菌细菌,,菇类菇类))
消消费者费者
((食食草动物草动物, ,
食肉食肉动物动物))
太阳热能

生态系统的功能


文本框: 物质循环
..物质循环..物质循环
文本框: 能量流动
..能量流动..能量流动
文本框: 信息联系
..信息联系..信息联系
文本框: 媒介：食物链（网）
..媒介：食物链（网）....媒媒介：食物链（网）介：食物链（网）

文本框: 草原生态系统中的食物链
草原生态系统中的食物链草原生态系统中

的食物链
热热热热
热
热
热
第一营养级第二营养级第三营养级第四营养级
太阳能
生产者
初级消费者第三级消费者次级消费者
分解者

文本框: 物质循环
物质循环物质循环
文本框: 水、碳、氮、硫、磷的循环
水、碳、氮、硫、磷的循环水、碳、氮、硫、磷的循环

水循环

降雨
蒸发作用
海洋上的
蒸发作用
地表泾流
(快速)
海洋
凝结作用
蒸腾作用
雨云
渗透作用
植物的
蒸腾作用
地下水迁移(慢速)
降雨
地表泾流
(快速)

碳循环((陆地陆地))


光合作用光合作用好氧好氧呼呼
吸作用吸作用
陆地上
的岩石
土壤水
(可溶碳)
食物网
生产者，消费者，
分解者
大气
(二氧化碳)
泥炭,
化石燃料
树木树木燃烧燃烧
沉积作用
火山喷发
死亡，在地质过程中沉积死亡，在地质过程中沉积
淋淋洗洗
作用作用
风化风化作用作用
燃料燃烧燃料燃烧

碳循环((海洋海洋))

大气与海洋间的扩散
海水中溶解
的二氧化碳
海洋食物网
海洋沉积作用（包括形成化石燃料）
化石燃料燃烧
沉沉降作用降作用死亡死亡，，沉积沉积
经经
过过
地地
质质
演演
变变
沉积沉积作用作用
光光合作用合作用好氧好氧呼吸作用呼吸作用

碳循环


大气与海洋间的扩散
海水中溶解
的二氧化碳
海洋食物网
海洋沉积作用（包括形成化石燃料）
化石燃料燃烧
沉沉降作用降作用死亡死亡，，沉积沉积
经经
过过
地地
质质
演演
变变
沉积沉积作用作用
光光合作用合作用好氧好氧呼吸作用呼吸作用
大气与海洋间的扩散
海水中溶解
的二氧化碳
海洋食物网
海洋沉积作用（包括形成化石燃料）
化石燃料燃烧
沉沉降作用降作用死亡死亡，，沉积沉积
经经
过过
地地
质质
演演
变变
沉积沉积作用作用
光光合作用合作用好氧好氧呼吸作用呼吸作用
光合作用光合作用好氧好氧呼呼
吸作用吸作用
陆地上
的岩石
土壤水
(可溶碳)
食物网
生产者，消费者，
分解者
大气
(二氧化碳)
泥炭,
化石燃料
树木树木燃烧燃烧
沉积作用
火山喷发
死亡，在地质过程中沉积死亡，在地质过程中沉积
淋淋洗洗
作用作用
风化风化作用作用
燃料燃烧燃料燃烧
光合作用光合作用好氧好氧呼呼
吸作用吸作用
陆地上
的岩石
土壤水
(可溶碳)
食物网
生产者，消费者，
分解者
大气
(二氧化碳)
泥炭,
化石燃料
树木树木燃烧燃烧
沉积作用
火山喷发
死亡，在地质过程中沉积死亡，在地质过程中沉积
淋淋洗洗
作用作用
风化风化作用作用
燃料燃烧燃料燃烧
文本框: 森林和海洋均具有储存CO2的能力，即“碳汇”。

..森林和海洋均具有储存CO2的能力，
即“碳汇”。
..森林和海洋均具有储存CO2的能力，
即“碳汇”。

请思考：

森林与海洋相比，哪个更有利于

长期储存COCO2？


氮循环


土壤中的
NO3-
工业固氮作用
施肥
食物网
土壤中的
NH3, NH4+
硝化作用
自氧自氧生物吸收生物吸收排排泄，死亡，沉积泄，死亡，沉积
细菌的固氮作用
渗滤损失
氨化作用
细菌除氮作用土壤中残留的含氮粪便
大气中的氮气(N2)
土壤中的
NO2-
自氧自氧生物吸收生物吸收
渗滤损失
硝化作用

硫
循
环

硫化氢
(H2S)
+
水(H2O)
二氧化硫(SO2)
三氧化硫(SO3)
有机磷工业
硫酸
(H2SO4)
海洋
氨气(NH2)
+
氧气(O2)
硫酸铵
[(NH4)2SO4]
动物
植物
硫酸盐
(SO42-)
硫化氢
(H2S)
有机质腐烂
硫
(S)
雾和降雨
好氧条件
厌氧条件
火山喷发
大气

磷循环


粪便
肥料
岩石
陆地
食物
网
溶于海水海洋
食物网
海洋沉积物
风化风化作用作用
农业农业
自自养生物养生物
吸收吸收
死亡死亡
沉积沉积
沉积沉积作用作用
沉淀沉淀
淋洗淋洗
风化风化作用作用溶于土壤间隙水
、湖泊、河流
自自养生物养生物
吸收吸收
死亡死亡
沉积沉积
地质地质作用作用
采矿采矿
排泄排泄

除水、碳、氮、硫、磷这些元素以
外，污染物又是怎样呢？


生态系统中
污染物的富
集作用



能量流动


能量金字塔————1/101/10定律定律


文本框: 1/10定律： 能量在各能量级之间流动时，各级所吸收的能量为前一级传递的总能量的10%（平均值）
1/10定律：能量
在各能量级之间
流动时，各级所
吸收的能量为前
一级传递的总能
量的10%（平均
值）
1/10定律：能量
在各能量级之间
流动时，各级所
吸收的能量为前
一级传递的总能
量的10%（平均
值）
热
热
热
热
热
10101001001,0001,00010,00010,000((千卡千卡))
生产生产者者
((浮游浮游植物植物))
初级消费者
(浮游动物)
次级消费者
(鱼)
第三级消费者
(人)
分解者

文本框: 为什么肉的价格比小白菜高？
..为什么肉的价格比小白菜高？
文本框: 为什么说“一山不容二虎”?
..为什么说“一山不容二虎”?
文本框: 为什么食物链一般不超过五个营养级?
..为什么食物链一般不超过五个营养级?
文本框: 请解释：
请解释：

信息联系


文本框: 1）营养信息
通过营养交换的形式，使信息在种群间或个体之间进行传递。
食物链（网）可视为一个营养信息系统。
1）营养信息
..通过营养交换的形式，使信息在种群间或个体之
间进行传递。
..食物链（网）可视为一个营养信息系统。
1）营养信

息
..通过营养交换的形式，使信息在种群间或个体之
间进行传递。
..食物链（网）可视为一个营养信息系统。
2）化学信息
..生物在特定环境下分泌的化学物质，在个体和种
群之间进行信息传递。
..化学信息对集群活动的整体性和集群整体性的维
持，具有极重要的作用。
2）化学信息
..生物在特定环境下分泌的化学物质，在个体和种
群之间进行信息传递。
..化学信息对集群活动的整体性和集群整体性的维
持，具有极重要的作用。
3）物理信息
..通过声音、颜色和光等物理现象传递的信息。
3）物理信息
..通过声音、颜色和光等物理现象传递的信息。
4）行为信息
..通过自己的各种行为向同伴发出识别、威吓、求
偶和挑战等信息。
4）行为信息
..通过自己的各种行为向同伴发出识别、威吓、求
偶和挑战等信息。

北极狐

北极兔

北极狐怀单胎还是怀双胎取决于北极兔的数量



一只雄飞蛾能够接收到几公里外雌飞蛾发出的某种信号，从而一只雄飞蛾能够接收到几公里外雌飞蛾发出的某种信号，从而
赶去相会。它们敏锐的触角能捕捉空气中不足赶去相会。它们敏锐的触角能捕捉空气中不足1/31/3盎司的信息盎司的信息
素（一种无色无味的特殊化学物质）。素（一种无色无味的特殊化学物质）。
在繁殖季节，公鸡用在繁殖季节，公鸡用““大红冠子花外大红冠子花外
衣衣””来引诱母鸡交配来引诱母鸡交配。。
凤眼莲根部的分泌物凤眼莲根部的分泌物
可以明显地抑制由于水体可以明显地抑制由于水体
富营养化而大量繁殖的藻富营养化而大量繁殖的藻
类的生长。类的生长。

文本框: 主要内容
主要内容主要内容
文本框: 生态系统
..生态系统..生态系统
文本框: 生态平衡
..生态平衡..生态平衡
文本框: 生态学
..生态学..生态学

生态平衡的概念


文本框: 指系统内各要素之间相互关系，相互制约，在一定的条件下，保持自然的、暂时的、相对的平衡关系。
..指系统内各要素之间相互关系，相互制
约，在一定的条件下，保持自然的、暂
时的、相对的平衡关系。
..指系统内各要素之间相互关系，相互制
约，在一定的条件下，保持自然的、暂
时的、相对的平衡关系。

生态平衡

流程图: 准备: 物种的组成和
数量比例
相对稳定
物种的组成和物种的组成和
数量比例数量比例
相对稳定相对稳定
流程图: 准备: 非生物环境
条件相对稳定
非生物环境非生物环境
条件相对稳定条件相对稳定

生态平衡的特点


文本框: 为一暂时的、相对的动态平衡：由生态系统内部的自动调节能力所致。
..

为一暂时的、相对的动态平衡：由生态系统内
部的自动调节能力所致。
..为一暂时的、相对的动态平衡：由生态系统内
部的自动调节能力所致。
..生态系统结构越复杂，组成越多，物质与能量
的途径越多，调节能力越强，平衡易保持。反
之，调节能力越弱，平衡就不易保持。
..生态系统结构越复杂，组成越多，物质与能量
的途径越多，调节能力越强，平衡易保持。反
之，调节能力越弱，平衡就不易保持。
..生态系统的变化与发展，是在不平衡—平衡—
不平衡中的物质与能量流动中进行的。
..生态系统的变化与发展，是在不平衡—平衡—
不平衡中的物质与能量流动中进行的。

文本框: 生态平衡使环境具有自净能力：污染物进入环境后，经过自然的物理、化学和微生物的作用，使污染物在环境中扩散、稀释、降解，浓度下降，使受污染的环境恢复。
生态平衡使环境具有自净能力：污染物
进入环境后，经过自然的物理、化学和
微生物的作用，使污染物在环境中扩散
、稀释、降解，浓度下降，使受污染的
环境恢复。
生态平衡使环境具有自净能力：污染物
进入环境后，经过自然的物理、化学和
微生物的作用，使污染物在环境中扩散
、稀释、降解，浓度下降，使受污染的
环境恢复。

文本框: 绝对的平衡则意味着没有发展和变化。但这种变化如果太快，则系统各组分之间不可能有一个相对稳定的相互关系，会产生一系列严重的问题，如环境恶化，当生物不能适应这种变化时则会导致物种灭绝。
绝对的平衡则意味着没有发展和变化。
但这种变化如果太快，则系统各组分之
间不可能有一个相对稳定的相互关系，
会产生一系列严重的问题，如环境恶化
，当生物不能适应这种变化时则会导致
物种灭绝。
绝对的平衡则意味着没有发展和变化。
但这种变化如果太快，则系统各组分之
间不可能有一个相对稳定的相互关系，
会产生一系列严重的问题，如环境恶化
，当生物不能适应这种变化时则会导致
物种灭绝。

文本框: 捕食动物与被捕食动物之间的平衡
..捕食动物与被捕食动物之间的平衡..捕食动物与被捕食动物之间的平衡
文本框: 植被、食草动物与食肉动物之间的平衡
..植被、食草动物与食肉动物之间的平衡..植被、食草动物与食肉动物之间的平衡
文本框: 竞争物种之间的平衡
..竞争物种之间的平衡..竞争物种之间的平衡
文本框: 与非生物因素的平衡
..与非生物因素的平衡..与非生物因素的平衡
文本框: 生态系统的稳定取决于：
生态系统的稳定取决于：生态系统的稳定取决于：

影响生态平衡的

主要因素


文本框: 自然因素：自然界发生的异常变化或自然界本来存在着对人类和生物有害的因素。如：火山、地震、林火、台风、海啸、泥石流和水旱灾等。
..自然因素：自然界发生的异常变化或自然界
本来存在着对人类和生物有害的因素。如：
火山、地震、林火、台风、海啸、泥石流和
水旱灾等。
..自然因素：自然界发生的异常变化或自然界
本来存在着对人类和生物有害的因素。如：
火山、地震、林火、台风、海啸、泥石流和
水旱灾等。
..人为因素：包括无意识的破坏行为和有意
识“改造自然”的行为。
..人为因素：包括无意识的破坏行为和有意
识“改造自然”的行为。

火山爆发
海啸
台
风
地震

恐龙灭绝————自然的结果自然的结果



渡渡鸟与大颅榄树————人为因素人为因素



胡杨林————人为因素人为因素



生态平衡失调
的主要原因
人类对自然资源的不合理利用以及经济发展带人类对自然资源的不合理利用以及经济发展带
来的环境污染来的环境污染

椭圆: 物种改变
物种改变
流程图: 文档: 某一种生物的
消失或引进
某一种生物的
消失或引进
椭圆: 环境因素
改变
环境因素
改变
流程图: 文档: 工农业的迅速发展
使得大量污染物质
进入环境
工农业的迅速发展
使得大量污染物质
进入环境
椭圆: 信息系统
的破坏
信息系统
的破坏
信息系统
的破坏
流程图: 文档: 排放到环境中的某
些污染物质与某一
种动物放出的性信
息素发生作用
排放到环境中的某
些污染物质与某一
种动物放出的性信
息素发生作用
排放到环境中的某
些污染物质与某一
种动物放出的信
息素发生作用

生物多样性


文本框: 生物多样性
生物多样性生物多样性生物多样性
文本框: 生物多样性指：地球上生物圈中所有的动物、植物和微生物，以及它们所拥有的基因和生存环境。
..生物多样性指：地球上生物圈中所有
的动物、植物和微生物，以及它们所
拥有的基因和生存环境。
..生物多样性指：地球上生物圈中所有
的动物、植物和微生物，以及它们所
拥有的基因和生存环境。

文本框: 生物多样性
生物多样性生物多样性生物多样性
文本框: 基因多样性
..基因多样性..基因多样性
文本框: 物种多样性
..物种多样性..物种多样性
文本框: 生态系统多样性
..生态系统多样性..生态系统多样性

文本框: 生物多样性的价值
生物多样性的价值生物多样性的价值生物多样性的价值
文本框: 它是大自然造就的基因资源库
..它是大自然造就的基因资源库..它是大自然造就的基因资源

库
文本框: 为人类提供生态服务
..为人类提供生态服务..为人类提供生态服务

不同基因的
玉米



不同基因的蜗牛



文本框: 视频：地球的命运
视频：地球的命运视频：地球的命运
文本框: 地球上的生物究竟有多少？
地球上的生物究竟有多少？地球上的生物究竟有多少？