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第三章生态学基础生态学与环境科学的关系与区别它们所研究的问题基本上是相近的。
生态学是以一般生物为对象的。
着重于研究自然环境因素与生物的关系，单纯属于自然科学的范畴。
环境科学则以人类为主要对象，把环境与人类生活的相互影响作为一个整体来研究，从而和社会科学有十分密切的关系。
生态学的许多基本原理同样也可以应用于环境科学中，作为基础理论而联系到人类独特的主观能动性和复杂的社会关系，来研究和解决人类生活与环境问题。
第一节生态学的含义及其发展一、生态学定义的提出与生态学的发展定义：生态学是研究生物与其环境之间相互关系及其作用机理的科学。
（生物和生物之间的关系、生物和环境之间的关系）生态学发展简史生态学的形成和发展经历了一个漫长的历史过程，大致可分为3个阶段：生态学的萌芽时期；生态学的建立和成长时期；现代生态学时期。
（一）生态学的萌芽时期由公元前2世纪到公元16世纪的欧洲文艺复兴，是生态学思想的萌芽时期。
在人类历史的早期，人类为了生活和生存，必须了解大自然的各种现象和其周围的动植物与人的关系，在生产实践中，产生了生态知识的萌芽。
根据文字记载，我国早在2000年以前，就注意到了植物生长和土壤环境条件的密切关系。
如公元前2世纪的西汉时，刘安撰写的《淮南子》一书，就记载有“欲知地道，物其树”（要了解土地性质，应观察其上生长的树木）。
其后还有许多古书如《群芳谱》，记载有农业知识和植物生态的内容。
《周易》“蒙卦”中提到“山下出泉，蒙”。
“蒙”不仅有迷蒙、蒙昧之意，它的本意是高地被草木覆盖蒙蔽住了。
“山下”之所以“出泉”，是因为草木蒙蒙茏茏十分茂密繁盛。
“蒙”之所以能够“养正”，是因为回复到了草木蒙茏的原始自然状态，万物得到了休养生息，树木的根本巩固了，即“正本”；清澈的山泉流出来了，即“清源”。
这分明是告诫人们，要按照事物的本来面目去认识和处理事物，不可违背自然规律。
古人对自然规律朴素而深刻的认识，令人叹服。
（二）生态学的建立和成长时期公元17世纪至20世纪50年代。
第一章绪论第一节生态学的概念和研究内容1. 生态学的概念经典定义：生态学是研究生物及其居住环境的科学（1866年德国海克尔）生态系统生态学时期定义：研究生态系统结构与功能的科学（奥德姆）现代生态学定义：研究生物及人类生存条件、生物及其群体与环境相互作用的过程及其规律的科学。
2. 生态学的研究对象和内容（1）研究对象：生态系统（2）研究内容：生态系统内各层次、各要素的相互作用规律①个体生态学（其基本内容与生理生态学相当）②种群生态学③群落生态学④生态系统生态学⑤景观生态学⑥全球生态学3. 生态学的分支学科（1）根据组织层次分类，可分为：个体生态学、种群生态学、群落生态学、生态系统生态学、景观生态学、区域生态学和全球生态学（2）根据生物类群分类，可分为：普通生态学、动物生态学、植物生态学和微生物生态学（3）根据生境类型分类，可分为：陆地生态学和水域生态学（4）根据研究方法分类，可分为：野外生态学、实验生态学和理论生态学（5）根据交叉学科分类，可分为：生理生态学、分子生态学、数学生态学和化学生态学等（6）根据应用领域分类，可分为：农田生态学、农业生态学、森林生态学和人类生态学等第二节生态学的发展简史及发展趋势1. 生态学的发展简史一般地说生态学的发展历程可划分为4个时期：（1）生态学的萌芽时期（17世纪前）（2）生态学的建立时期（17世纪至19世纪：1866年海克尔首次提出生态学这一科学名词（3）生态学的巩固时期（20世纪初至20世纪30年代：生态学发展达到第一个高峰，出现生态学同其他学科的叫渗透交叉；生态学学派分化（4）现代生态学时期（20世纪30年代至今：1935年坦斯利首先提出生态系统的概念，1939年提出“生态平衡”的概念2. 现代生态学的发展趋势（1）生态系统生态学的研究成为主流：系统分析方法成为生态学的方法论基础（2）从描述性科学走向实验、机理和定量研究（3）现代生态学向宏观和微观两极发展（4）应用生态学发展迅速，实践应用性更强（5）人类生态学的兴起和生态学与社会科学的交叉融合第三节生态学的研究方法1.野外调查：迄今尚难以或无法使自然现象全面地在实验室内再现，故野外调查仍是生态学研究的基本方法2.实验研究：包括控制实验和实验室分析3.模型模拟研究：主要通过系统分析来研究生态系统，是把研究对象视为系统的一种研究和解决问题的方法（ps:系统分析指有步骤地收集系统信息，通过建立与系统结构、功能有关的数学模型，利用计算机对信息进行整理、加工。
第三章生态学基础知识及其应用[引言] 近半个世纪以来，随着工业经济的长足发展和人口的膨胀，我们赖以生存的地球出现了“生态危机”。
这种危机产生的原因，主要是由于人们在利用和改造自然的过程中违背了客观规律，尤其是违反了生态学规律，是由于人们在各项活动中缺乏整体观念和系统观念，更缺乏多学科的共同合作。
生态学本来是生物科学的一个基础分支学科，它研究生物与其生活环境之间的相互关系，以往，它同其它分支一样，只有生物学工作者才熟知它。
近年来，随着粮食、人口、环境、资源、等一系列直接关系到人类生存的许多重大问题的出现，推动了生态学的发展，使它超越了自然科学的范畴，迅速发展为当代最热门、最活跃的前沿学科之一。
近年来，生态学的基本原则不仅被看作环境科学重要的理论基础，也被看成社会经济持续发展的理论基础。
从生态学观点来看待今日的环境、人口、资源等问题，以下几点是我们应该认识到的：1.虽然宇宙是无限的，但地球是有限的，地球上适合人类和生物生存的空间和物质资源也是有限的，科学家将地球比喻为“一个小小的宇宙飞船”，而把人类比作这个飞船中的乘客。
2.虽然人类是地球上生物圈的主人，人类能改变和控制自然，但人类毕竟是生物圈这个地球上最大的一个组成成员，人类并不能凭自己意志为所欲为，而必须服从和运用生态学规律。
3.地球是脆弱的，虽然人类能按照自己需求，改变地球环境，但有利于人类生存的生态环境是一个极其脆弱的平衡，以人类今天的能力，破坏它容易，而维持或恢复它却十分困难。
这里有两个绝好的例子：“生物圈二号”的失败和韩德柬无人区的欣欣向荣，意味着现代人类活动在生态平衡中已经成为一个负数。
第一节生态学的含义及其发展一、生态学的定义：“生态学”(eco)一词最早出现在19世纪下半叶（eco-表示住所、栖息地；logy表示学问），德国生物学家赫克尔(Ernst Haeckel)1869年在《有机体普通形态学》一书中首先对生态学作了定义：“研究生物有机体和无机环境相互关系的科学”。
目 录第1章 环境与环境科学及环境学1.1 复习笔记1.2 课后习题详解1.3 考研真题与典型题详解第2章 当代世界环境问题2.1 复习笔记2.2 课后习题详解2.3 考研真题与典型题详解第3章 生态学基础3.1 复习笔记3.2 课后习题详解3.3 考研真题与典型题详解第4章 生态学在环境保护中的应用4.1 复习笔记4.2 课后习题详解4.3 考研真题与典型题详解第5章 城市生态系统5.1 复习笔记5.2 课后习题详解5.3 考研真题与典型题详解第6章 人口的增长与控制6.1 复习笔记6.2 课后习题详解6.3 考研真题与典型题详解第7章 粮食问题7.1 复习笔记7.2 课后习题详解7.3 考研真题与典型题详解第8章 能源与环境8.1 复习笔记8.2 课后习题详解8.3 考研真题与典型题详解第9章 未来的能源供应9.1 复习笔记9.2 课后习题详解9.3 考研真题与典型题详解第10章 我国的能源供应与环境保护问题10.1 复习笔记10.2 课后习题详解10.3 考研真题与典型题详解第11章 水资源及其利用与保护11.1 复习笔记11.2 课后习题详解11.3 考研真题与典型题详解第12章 海洋污染12.1 复习笔记12.2 课后习题详解12.3 考研真题与典型题详解第13章 大气的污染13.1 复习笔记13.2 课后习题详解13.3 考研真题与典型题详解第14章 大气污染气象学14.1 复习笔记14.2 课后习题详解14.3 考研真题与典型题详解第15章 全球性大气环境问题的形成机制及其防治对策15.1 复习笔记15.2 课后习题详解15.3 考研真题与典型题详解第16章 噪声公害与微波污染16.1 复习笔记16.2 课后习题详解16.3 考研真题与典型题详解第17章 固体废物与危险废物的污染及控制对策17.1 复习笔记17.2 课后习题详解17.3 考研真题与典型题详解第18章 自然资源的利用和保护18.1 复习笔记18.2 课后习题详解18.3 考研真题与典型题详解第19章 当代世界环境问题变化的趋势19.1 复习笔记19.2 课后习题详解19.3 考研真题与典型题详解第20章 环境经济学概论20.1 复习笔记20.2 课后习题详解20.3 考研真题与典型题详解第1章 环境与环境科学及环境学1.1 复习笔记【知识框架】【重点难点归纳】一、环境及其组成1．人类的环境（1）自然环境自然环境是人类出现之前就存在的，是人类目前赖以生存、生活和生产所必需的自然条件和自然资源的总称（或直接或间接影响到人类的一切自然形成的物质、能量和自然现象的总体）。
第三章 生态学基础第一节 生态系统 一、什么是生态系统 二、生态系统结构的成分 三、生态系统分类 四、生态系统的结构第二节 生态系统的功能 一、能量流动 二、物质循环和转移 三、信息交换第三节 生态系统的平衡与演替 一、生态系统平衡 二、生态系统的演替 三、影响生态系统平衡的因素 四、通过自然选择适应第四节 生态学在环保中的应用 一、生态学基本规律及在环境法 中的运用 二、城市生态学与城市生态控制 三、循环经济与生态经济© Luo Ji, WHU 2005生态学的概念 生态学的定义：生态学是研究生物及环境间相互关系的科学 ¾ 生态学（ecology）一词，源于希腊文oikos，其意为“住所”或“栖息地”； 我国李顺卿先生（1935）曾建议译为环象学， 日本译为生态学，后经武汉大学张挺教授介绍到我国 ¾ 作为一个学科名词，是德国科学家E. Haeckel于1866年在所 著《普通生物形态学》一书首先提出来的 ¾ E. Haeckel认为，生态学是研究生物在其生活过程中与环境 的关系，尤指动物有机体与其他动、植物之间的互惠或敌对 关系 ¾ 此后，由于研究背景和对象的不同，不同的学者对生态学提 出了不同的定义；20世纪50年代后，生态学进入生态系统时 期，研究范围越来越广 由于研究对象的复杂性，生态学已经发展成为一个学科体系© Luo Ji, WHU 2005第一节 生态系统一、生态系统的概念 生态系统（ecosystem）是在一定空间中共同栖居着的所有生物（即生物群落）与其环境之间不断地进行物质 循环和能量流动过程而形成的统一整体。
¾ 生物群落与它的无机环境构成 ¾ 不断地物质循环和能量流动过程 ¾ 是一个系统 主要强调一定地域中各种生物相互之间、它们与环境之 间功能上的统一性 学者应用生态系统概念时，对其范围和大小并没有严格 的限制，其范围和边界一般是随研究问题的特征而定© Luo Ji, WHU 2005二、生态系统结构的成分 生命成分 ¾ 生产者 ¾ 消费者 ¾ 分解者（分解者和还原者）© Luo Ji, WHU 2005 非生命成分 ¾ 太阳辐射能 ¾ 无机物质 营养分 主要是维持生命的N、C、O2、H2O等元素及化合物，需 30~40种无机元素，大多是第4周期以上 的元素 ¾ 有机物质 蛋白质、碳水化合物、脂 肪、腐殖质等（无生命的有机物质） ¾ 气候和其他物理条件© Luo Ji, WHU 2005生 态 系 统 的 组 成 图 示© Luo Ji, WHU 2005三、生态系统分类类型生态系统陆地生态系统水域生态系统森林生 草原生 农田生 海洋生态 淡水生 态系统 态系统 态系统 系统 态系统湿润或 分布 较湿润地区干旱地 区人工建 立占地球表 面积71%河流、 湖泊、 池塘、© Luo Ji, WHU 2005自然生态系统与人工生态系统 自然生态系统：存在与自然界，不受人 类活动的任何重大影响的生态系统。
人工生态系统：由人类支配或控制的生 态系统。
农业生态系统：在人类控制或试图控制 让什么物种生长或不让什么物种生长的 范围内是人工的。
例如：作物与杂草、 害虫的控制。
(半自然生态系统/半人工生 态系统/人工生态系统)© Luo Ji, WHU 2005四、生态系统的结构 形态结构 营养结构 z 食物链、食物网 ¾ 食物链（网）的经济作用 ¾ 富集作用 ¾ 迁移作用© Luo Ji, WHU 2005第二节 生态系统的功能一、能量流动1．能量来源：太阳太阳被生物利用，是通过绿色植物的光合作用实现的。
2817.8kJ6CO2+6H2O—————→C6H12O6+6O2 光合作用色素在合成有机物的同时太阳能也转变成化学能，贮存在有机物 中。
绿色植物体内贮存的能量，通过食物链，在传递营养物质 的同时依次传递给食草动物和食肉动物。
动植物的残体被分解 时，又把能量传给分解者。
此外，生产者、消费者和分解者的 呼吸作用都会消耗一部分能量，消耗的能量被释放到环境中去© Luo Ji, WHU 2005 能量流动规律 ¾ 热力学定律：能量守恒及转化（第一定律）：吸收=储存+消耗 ¾ 转变的方向（第二定律）；过程是单向的，能自动从高到低 生态效率 ¾ 初级生产 ¾ 次级生产 ¾ 10%规律与能量金字塔© Luo Ji, WHU 2005二、物质循环和转移 生态系统在进行能量流动的同时，发 生了物质循环和转移 规律：物质守恒与转化规律 就生态系统和生物圈总体来说，有3种物质循环是重要的 ¾ 水循环 ¾ 碳循环 ¾ 氮循环© Luo Ji, WHU 2005水循环¾ 在太阳能和地球表面热能的作用下，地球上的水不断 被蒸发成为水蒸气，进入大气。
水蒸气遇冷又凝聚成 水，在重力的作用下，以降水的形式落到地面，这个 周而复始的过程，称为水循环© Luo Ji, WHU 2005 碳循环z 碳是一切生物体中最基本的成分，有机体干重的45%以 上是碳。
z 据估计，全球碳贮存量约为26×1015t，但绝大部分以碳 酸盐的形式禁锢在岩石圈中，其次是贮存在化石燃料 中。
生物可直接利用的碳是水圈和大气圈中以二氧化碳 形式存在的碳，二氧化碳或存在于大气中或溶解于水 中，所有生命的碳源均是二氧化碳。
z 碳的主要循环形式是从大气的二氧化碳蓄库开始，经过 生产者的光合作用，把碳固定，生成糖类，然后经过消 费者和分解者，通过呼吸和残体腐败分解后，再回到大 气蓄库中。
碳被固定后始终与能流密切结合在一起，生 态系统生产力的高低也是以单位面积中碳来衡量。
© Luo Ji, WHU 2005图 碳 循 环© Luo Ji, WHU 2005 氮循环z 氮是组成蛋白质的必需元素，存在于生物体、大气和矿物之中。
在生物圈层中，活 动库内的氮存在两种形式：无机氮（硝酸和亚硝酸）和有机氮（氨基酸和含氮有机化合物）z 大气中氮占大气组成的78％，但N2是一种惰性气 体，不能直接被大多数生物所利 用。
大气中的氮进入生物有机体内主要有四种途径：¾ 生物固氮。
豆科植物和其它少数高等植物能通过 根瘤菌固定大气中的氮，供给植物吸收。
¾ 工业固氮。
人为通过工业手段，将大气中的N2合 成NH3或NH4+，即合成氮肥 供植物利用¾ 岩浆固氮。
火山喷发时，喷射出的岩浆可以固定 一部分氮¾ 大气固氮。
通过雷雨天发生的闪电现象，形成电 离作用，可使N2转化成硝酸盐并经雨水带进土壤© Luo Ji, WHU 2005 土壤中的NH3和NH4+经硝化细菌的硝化作用，形成亚硝 酸或硝酸盐，被植物利用，在植物体内再与复杂的含碳 分子结合成各种氨基酸，构成蛋白质。
所以，氮是生物 体内 蛋白质、核酸等的主要成分。
动物直接或间接以植物为食，从植物体中摄取蛋白质， 作 为自己蛋白质组成的来源。
动物在新陈代谢过程中， 将一部分蛋白质分解，形成氨、尿 素、尿酸等排人土 壤。
动植物遗体在土壤微生物作用下，分解成NH3、CO2、 H2O，其中 NH3也进入土壤。
土壤中的NH3形成硝酸 盐，一部分重新被植物所利用，另一部分在反 硝化细菌 作用下，分解成游离氮进入大气，完成了氮的循环。
© Luo Ji, WHU 2005三、信息交换 信息：音信，消息。
信息论中指用符号传递的报道 生态系统区别于一般物理系统的一个显著特征是其内部有连续的信息积累。
一个生态系统不只是一个 进行着物质能量交换的物理实体，更是一个有着自 我调节、自我学习、自我组织功能的信息集合体 控制论的创始人维纳（Wiener N . ）指出：信息是 联系，信息系统是外在世界的缩影。
信息是人们在 适应外部世界，并且使这种适应为外部世界所受到 的过程中，同外部世界进行交换的内容的名称 信息的本质是系统各组分之间的联系 信息的特点 信息的种类© Luo Ji, WHU 2005第三节 生态系统的平衡与演替一、生态系统平衡 生态平衡的概念：生态系统发展到一定阶段；它的生产者、消费者和分解者之间能较长时间 地保持着一种动态平衡。
即是它的能量流动和 物质循环能较长时间地保持着一种动态平衡， 这种动态平衡状态就叫生态平衡。
生态系统是由繁殖中的种群之间的动态相互作 用组成，在一定时期内和相对稳定的条件下， 系统中各部分的结构和功能处于相对适应与协 调的动态平衡中© Luo Ji, WHU 2005 一个生态系统达到平衡状态时，具有以下的特 征：¾ 能量流动和物质循环较长时间保持平衡状态。
（输入和输出相等）¾ 生物种类和数量保持相对稳定。
平衡的生态系 统，各个种群的数量保持相对不变。
一个物种不 能繁殖出它足以征服和消灭其他物种的数目。
¾ 平衡是一种动态平衡（处于动态变化之中）。
即 它的各项指标，如生产量、生物的种类和数量， 都不是固定在某一水平，而是在某个范围内来回 变化。
© Luo Ji, WHU 2005 生态平衡是一种动态平衡，这同时也表明生态系统 具有自我调节和维持平衡状态的能力 生态系统的平衡是相对的。
生态系统一直在变化和 调整。
平衡的相对程度是决定变化速度的关键因 素。
一个平衡较好的系统变化很慢，或许非常微 小；一个不平衡的系统，变化相对较快一些，不平 衡的程度越大，变化的速度就越大。
¾ 当生态系统的某个要素出现功能异常时，其产生的 影响就会被系统作出的调节所抵消¾ 生态系统的能量流和物质循环以多种渠道进行着， 如果某一渠道受阻，其他渠道就会发挥补偿作用¾ 对污染物的入侵，生态系统表现出一定的自净能 力，也是系统调节的结果© Luo Ji, WHU 2005 生态系统的自动调节能力的大小决定于其结构¾ 结构越复杂，能量流和物质循环的途径越多，其调 节能力，或者抵抗外力影响的能力，就越强,，生态平衡越易维持。
¾ 反之，结构越简单，自动调节能力越小，生态系统 维持平衡的能力就越弱。
一个平衡较好的系统变化很慢，或许非常微小；一个 不平衡的系统，变化相对较快一些，不平衡的程度越 大，变化的速度就越大。
