佛山科学技术学院精品资源共享课农业牛态学（聂早荣) 农业生态学拓展学习资料2 (示池学习资料，欢迎关注、欢迎纠错！) 第一讲生态学的基本知识 1、尘念学的定义及发展史 1.1生念学的定义 生态学(ecology)一词山德国学者E.H.Haeckel提出，他认为：生念学是研究生物有机 体与其无机环境之间相互关系的科学。 ecology-一词源于希腊文，山词根"oiko"和"logos'"演化而来，"oikos"表示住所，"log os"表示学问。因此，从原意上讲，生态学是研究生物"住所"的科学。英国生态学家Eto(1 927)的定义是"科学的自然历史"：澳大利亚生念学家Andrewartha(1954)认为，生念学是研究 有机体的分布与多度的科学，强调了对种群动念的研究：关国生念学家0dum(1959,1971 ，1983)的定义是研究生念系统的结构与功能的科学：我国著名生态学家马世骏认为，生态 学是研究尘命系统和环境系统相互的科学 生念学定义为：尘念学研究生物生存条件、生物及其群体与环境相互作用的过程及其相互 规律的科学，其目的是指导人与生物圈（即自然、资源与环境）的协调发展。 1.2生态学的发展大致可分为萌芽期、形成期和发展期二个阶段 4.2生念因子及其作用 生态因子是指环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布等有着直接或间接影 响的环境要素，光照、温度、水分、食物和其他相关生物等。生态因子中生物生存所不 可缺少的环境要素，也称尘物的生存因子。 (一)生念因子的分类 简单、传统的方法是把生念因子分为生物因子（包括生物种内和种间的相互关系）和 非生物因子（包括气候、土壤、地形）。 (1)气候因子 气候因子也称地理因子，包括光照、温度、水分、空气等。根据各因子的特点和性 质，还可再细分为若干因子。光因子可分为光强、光质和光周期等，温度因子可分为平 均温度、积温、节律性变温和非节律性变温等。 (2)土壤因子 1
佛山科学技术学院精品资源共享课农业牛态学（聂早荣） 土壤是气候因子和生物因子共同作用的产物，土壤因子包括土壤结构、土壤的理化 性质、土壤肥力和土壤尘物等。 (3)地形因子 地形因子地面的起伏、坡度、坡向、阴坡和阳坡等，通过影响气候和土壤，间可接 地影响植物的生长和分布。 (4)生物因子 尘物因子包括生物之间的各种相互关系，如捕食、寄尘、竞争和互惠共尘等。 (5)人为因子 把人为因子从生物因子中分离出来是为了强调人的作用的特殊性和重要性。人类活 动对自然界的影响越来越大和越来越带有全球性，分布在地球各地的生物都直接或间接受 到人类活动的巨大影响。 (二)生态因子作用的特点 (1)综合性 每一个尘念因子都是在与其他因子的相互影响、相互制约中起作用的，任何因子的 变化都会在不同程度上引起其他因子的变化。例光照强度的变化必然会引起大气和土壤 温度和湿度的改变，这就是生态因子的综合作用。 (2)非等价性 对生物起作用的诸多因子是非等价的，共中有1~2个是起主要作用的主导因子。主 导因子的改变常会引起其他生态因子发生明显变化或使生物的生长发育发生明显变化， 光周期现象中的口照时间和植物春化阶段的低温因子就是主导因子。 (3)不可替代性和可调剂性 生念因子虫非等价，但都不可缺少，一个因子的缺失不能山另一个因子来代替。但 某一因子的数量不足，有时可以山其他因子来补偿。例光照不足所引起的光合作用的下 降可山CO2浓度的增加得到补偿。 (4)阶段性和限制性 尘物在生长发育的不同阶段往往需要不同的生念因子或尘态因子的不同强度。例低温对 冬小麦的春化阶段是必不可少的，但在其后的生长阶段则是有害的。 2
佛山科学技术学院精品资源共享课农业牛态学（聂早荣） 第二讲生态系统 3.生态系统的主要过程 3.1生态系统的物种流动 (一)物种流的含义 物种流(species fow)是指物种的种群在生态系统内或系统之间时空变化的状态。物种流是生念系统一个 重要过程，它扩大和加强了不同生态系统间的交流和联系。提高了生态系统的服务功能。 物种流主要有三层含义：(1)生物有机体与环境之间相五作用所产生的时间、空间变化的 过程：(2)物种种群在生态系统内或系统之间格局和数量的动念，反映了物种关系的状态 ,寄生、捕食、共尘等：（3)生物群洛中物种组成、配置，营养结构变化，外来种(x otic species)和本地种(native species)的相互作用，生念系统对物种增加和空缺的反应等。 物种流的意义：自然界中众多的物种在不同生境中发展，通过流动汇集成一个个生 物群落，赋予尘念系统以新的面貌。物种流亦就意味着基因流。 流动、扩散是生物的适应现象。生物通过流动，扩大了分布区域，扩大了新资源的利用： 改变了营养结构：促进了种群间基因物质的交流，形成异质种群又称复合种群或超种群( meta population)：经过扩散和选择把最适合的那些个体保m下来。一个多样化的基因库史有利 于物种的发展。 (二)物种流的一些特点 ①迁移和入侵。物种的空间变动可概括为无规律的生物入侵(biological invasion)和有规律的迁移(migration)两大类。有规律的迁移多指动物依靠主动和自身行 为进行扩散和移动，一般都是固有的习性和行为的表现，有一定的途径和线路，跨越不同 3
佛山科学技术学院精品资源共享课农业牛态学（聂早荣） 的生态系统。而生物入侵是指生物山原发地侵入到另一个新的生态系统的过程，入侵成功 与杏决定于多方面的因素。 ②有序性(ordr)。物种种群的个体移动有季节的先后：有年幼、成熟个体的先后 等。 ③连续性(continuous movement)个体在生念系统内运动常是连续不断的，有时1速、有时减速。 ④连锁性(chain reaction).。物种向外扩展常是成批的。东亚飞蝗先是少数个体起飞，然后带动大量蝗虫起 飞。据报道，非洲沙漠蝗虫1889年一次飞越红海的蝗群面积约有2000个，数量约有2500亿 只。 (4)对生念系统间接的影响 外来种对生态念系统的影响是多方面的。(1)改变原有系统内的成员和数量：(2)改变了 系统内营养结构：(3)改变了干扰、胁迫的机制：(4)获取和利用资源上不同于本地物 种。只要具备其中的一条，许多入侵的外来种就能够直接或间接地改变生念系统过程。 3.2生念系统能量流动 (一)生态系统中能量存在的形式 (1)辐射能，来自光源的光量子以波状运动形式传播的能量，在植物光化学反应中起着重 要的作用： (2)化学能，化合物中贮存的能量，它是生命活动中基本的能量形式： (3)机械能，运动着的物质所含有的能量。动物能够独立活动就是基于其肌肉所释放的机 械能： (4)电能，电子沿导体流动时产尘的能量。电子运动对尘命有机体的能量转化是非常重要 的： (5)生物能，凡参与生命活动的任何形式的能量均称为生物能。 不同温度下，山高热区向低热区流动，称为热流。以上所述各种形式的能，最终都要转化 为热这一形式。生态系统中这些不同形式的能量可以贮存和相互转化， (二)生念系统能量流动遵循热力学定律 (1)热力学第一定律 在生态系统中，能量既不能创造，也不会消灭，只能按严格的当量比例山一种形式转变为 另一种形式。尘念系统中的能量转换和传递过程，都可以根据热力学第一定律进行定量。 (2)热力学第二定律 热力学第二定律表达的是有关能量传递方向和转换效率的规律。用自山能则可表示为：① 物体自山能的提高不可能是一个自发的过程：②任何产生自山能贮备的能量转换都不可能 达到百分之百有效。 4
佛山科学技术学院精品资源共享课农业牛态学（聂早荣） (三)生念系统中的能源和能流路径 太阳辐射能是生态系统中的最主要的能量来源。太阳辐射中的红外线的主要作用是产 生热效应，形成生物的热环境：紫外线具有消毒灭菌和促进维生素D生成的生物学效应： 可见光为植物光合作用提供能源。除太阳辐射外，对生念系统发生作用的一切共他形式的 能量统称为辅助能。辅助能不能直接转换为生物化学潜能，但可以促进辐射能的转化，对 生态系统中光合产物的形成、物质循环、生物的生存和繁殖起着极大的辅助作用。辅助能 分为自然辅助能（潮汐作用、风力作用、降水和蒸发作用）和人工辅助能（如施肥、灌 溉等)。 生念系统中能量流动的主要路径：能量以川光(Sunlight)形式进入生态系统，以植物 物质形式贮存起来的能量，沿着食物缝和食物恻流动通过生态系统，以动物、植物物质中 的化学潜能形式贮存在系统中，或作为产品输出，离开生念系统，或经消费者和分解者生 物有机体呼吸释放的热能从系统中丢失。生态系统是开放的系统，某些物质还可通过系统 的边界输入如动物迁移，水流的携带，人为的补充等。 (四)能量是单向性和遂级威少 生态系统的能量流动是单一方向的(one way flow of energy)。能量以光能的状念进入生态系统后，就不能再以光的形式存在，而是以热的形 式不断地逸散于环境中。能量在尘念系统中的流动，很大部分被各个营养级的生物利用， 通过呼吸作用以热的形式散失。散失到空间的热能不能再回到生念系统参与流动。 从太阳辐射能到被生产者固定，再经植食动物，到肉食动物，再到大型肉食动物，能 量是遂级递减的过程，这是因为：(1)各营养级消费者不可能百分之百地利用前一营养级 的生物量：(2)各营养级的同化作用也不是百分之百的，总有一部分不被同化：(3)生 物在维持生命过程中进行新陈代谢，总要消耗一部分能量。 5
佛山科学技术学院精品资源共享课农业牛态学（聂早荣） 第三讲人类与生存环境 一、概述 1.概述 1.1地球环境的演化 根据斯米特的见解，字宙尘团聚在一起成为颗粒，颗粒变成砾石。砾石变成小球，然后变 成大球，再变成微行星（即星子），最后，尘埃终于变成了月球那样的大小。随着星体越 来越大，它们的数目就减少。结果，星体（即陨石）之间碰撞的机会就减少，能够用于吸 积的东西越来越少，这意味着为了集结成大行星这一作用要进行很长的时问。 1.2生命的演化 字宙大爆炸—元素（生命元素：碳、氢、氧、氮、硫、硫）—简单分子 复杂的生物高分子一原始细胞结构的生命—进化高等尘物 1.3人类的起源 人类起源于新第二纪中新世的森林古猿中的一支，经过腊玛古猿（晚中新世到早上新世） 和南方古猿（中、晚上新世）两个过渡阶段的演化，终于在上新世木- 第四纪初出现了真正的人类，从而有了人类及其化、社会形态。 2.大气环境和人类活动 2.1大气的结构和组成 (一)大气的结构 大气的垂直结构 按共成分、温度、密度等物理性质在垂直方向上的变化，世界气象组织把这座“楼”分为五 层，自下而上依次是：对流层、平流层、中间层、热成层和散逸层。 6
佛山科学技术学院精品资源共享课农业生态学（聂早荣） 就整个地球来说，愈靠近核心，组成物质的密度就愈大。大气圈是地球的一部分，高 层大气的密度比低层要小得多，而且越高越稀薄。以80 100公甲的高度为界，在这个界限以下的大气，尽管有稠密稀薄的不同，但它们的成分大体 是一致的，都是以氮和氧分子为主，这就是我们周围的空气。而在这个界限以上，到1000 公甲上下，就变得以氧为主了：再往上到2400公甲上下，就以氢为主：再往上，则主要是 氢：在3000公甲以上，便稀薄得和星际空间的物质密度差不多了。 对流层是紧贴地面的一层，它受地面的影响最大。因为地面附近的空气受热上升，而位于 上面的冷空气下沉，这样就发生了对流运动，所以把这层叫做对流层。 在对流层的项部，直到高于海平面50- 55公甲的这一层，气流运动相当平衡，而月主要以水半运动为主，故称为半流层。 平流层之上，到高于海半面85公甲高空的一层为中间层。这一层大气中，几乎没有臭氧， 这就使来自太阳辐射的大量紫外线白白地穿过了这一层大气而未被吸收，所以，在这层大 气甲，气温随高度的增加而下降的很快，到顶部气温已下降到 83℃以下.山于下层气温比上层高，有利于空气的垂直对流运动，故又称之为高空对流层或上 对流层中间层顶部尚有水汽存在，可出现很薄月发光的“夜光云”， 从中间层顶部到高出海面800公甲的高空，称为暖层（热成层），又叫电离层。这一层空气 密度很小，声波已难以传播。 暖层（热成层）项以上的大气统称为散逸层，又叫外层。它是大气的最高层，高度最高可 达到3000公甲。这一层大气的温度也很高，空气|分稀薄，受地球引力场的约束很弱，一 些高速运动着的空气分子可以挣脱地球的引力和其它分子的阻力散逸到宇宙空间中去。根 据宇宙火箭探测资料表明，地球大气圈之外，还有一层极其稀薄的电离气体，其高度可伸 延到22000公甲的高空，称之为地冕。地冕也就是地球大气向宇宙空间的过渡区域。人们形 象地把它比作是地球的“帽子”。 以大气的不同特征为根据，在90公甲高度以下，大气是均匀地混合的，组成大气的各种成 分相对比例不随高度而变化，这一层叫做均质层。在90公甲高度以上，组成大气的各种成 分的相对比例，是随高度的升高而发生变化的，比较轻的气体氧原子、氨原子、氢原子 等越来越多，大气就不再是均匀的混合了，因此，把这一层叫做非均质层。 按着大气被电离的状态来划分，可分为非电离层和电离层。在海平面以上60公甲以内的大 气，基本上没有被电离处于中性状态，所以这一层叫非电离层。在60公甲以上全1000公甲 7
佛山科学技术学院精品资源共享课农业生态学（聂早荣) 的高度，这一层大气在太阳紫外线的作用下，大气成分开始电离，形成大量的正、负离子 和自山电子，所以这一层叫做电离层，这一层对于无线电波的传播有着重要的作用。 (二)干洁大气成份 地球大气山多种气体混合组成。低层(85公甲以下)大气的气体成份可分为两类， 一类为常定成分，主要包括氮、氧、氩，以及微量的惰性气体氖、氢、氣、氙等，它们在 大气成份中保持固定的比例：第二类为可变成份，其比例随时间、地点而变，其中水 气的变化幅度最大，二氧化碳和臭氧所占比例最小，但对气候影响较大，硫、碳和氨的 各种化合物还影响到人类尘存的环境。干洁空气是指大气中除去水汽、液体和固体微粒以 外的整个混合气体，简称干空气。其主要成分是氮气，占78.09%：氧气，占20.94%：氩， 占0.93%：其它各种含量个到01%的微量气体（如氖、氢、二氧化碳、氣）。 (1) 氧气：氧气占大气质量的23%，它是动植物生存、繁殖的必要条件。氧的主要来源是植物 的光合作用。有机物的呼吸和腐烂，矿物燃料的燃烧需要消耗氧而放出二氧化碳。 (2)氮气：氮气占大气质量的76%，它的性质很稳定，只有极少量的氮能被微生物固定在土 壤和海洋甲变成有机化合物。闪电能把大气中的氮氧化（变成二氧化氮），被雨水吸收落 入土壤，成为植物所需的肥料。 (3) 二氧化碳：二氧化碳含量随地点、时间而异。在人烟稠密的工业区占大气质量的方分之五 ，在广大农村地区比例大为减少。同一地区冬季多夏季少，夜间多白天少，阴天多晴天少 。这是因为植物的光合作用需要消耗二氧化碳。 (4)臭氧：臭氧是分子氧吸收短于0.24微米的紫外线辐射后重新结合的产物。臭氧 的产尘必需有足够的气体分子密度，同时有紫外辐射，因此臭氧密度在22一35公甲处为 最大。臭氧对太阳紫外辐射有强烈的吸收作用，州热了所在高度（平流层）的大气，对半 流层温度场和流场起着决定作用，同时臭氧层阻挡了强紫外幅射，保护了地球上的生命。 二、大气污染和污染物 (一)大气污染的定义 例光化学烟雾、酸刚、温室效应、臭氧层破坏等无不与痕量气体有关。 当大气中污染物质的浓度达到有害程度，以全破坏生态系统和人类正常生存和发展的条件 ，对人或物造成危害的现象叫做大气污染。 造成大气污染的原因：有自然因素又有人为因素，尤其是人为因素，工业废气、燃料燃 烧、汽车尾气和核爆炸等。 (二)大气污染物的分类 大气污染物主要可以分为两类，即天然污染物和人为污染物，引起公害的往往是人 为污染物。 8
佛山科学技术学院精品资源共享课农业牛态学（聂早荣） 颗粒物：指大气中液体、固体状物质，又称尘。 硫氧化物：是硫的氧化物的总称，包括二氧化硫，三氧化硫，三氧化二硫，一氧化硫等。 碳的氧化物：主要包括二氧化碳和一氧化碳。 氮氧化物：是氮的氧化物的总称，包括氧化亚氮，一氧化氮，二氧化氮，三氧化二氮等。 碳氢化合物： 是以碳元素和氢元素形成的化合物，如甲烷、乙烷等烃类气体。其它有害物质： 重金属类，含氟气体，含氯气体等等。 (二)大气污染的危害 (1)大气中二氧化碳的含量增加，破坏了自然界二氧化碳的半衡，以全可能引发“温室 效应”，致使地球气温上升：(2)臭氧层破坏，削弱了臭氧层对紫外线的吸收和反射。 (四)大气污染的综合防治对策 1、综合防治对策 (1)制订合理的环境规划(2)利用大气的自净能力(3)减少污染物排放总量(4)治理 主要污染物。 1)颗粒物的控制方法：a.重力沉降；b.旋风除尘；c.静电除尘：d过滤除尘 2)气念污染物的控制方法：a.气体吸收法b.吸附法 2、绿色植物对大气污染物的净化作用 (1)绿色植物对有害气体的吸收作用 (1)对二氧化硫的吸收：(2)对氟化氢的吸收：(3)对氯气的吸收：(4)对共他有害 气体的吸收 2、绿色植物的减尘作用 (1)树木、绿地的吸尘量 (2)防尘树种的选择 3、绿色植物的杀菌作用 4、绿色植物的光和作用 5、森林对大气污染防治的作用 三、水环境与人类活动 水资源概况 (一)世界水资源 当今世界面临着人口、资源与环境二大问题。通常所说的水资源主要指这部分可供使用的 、逐年可以恢复史新的淡水资源。水是一种可再生资源 9
佛山科学技术学院精品资源共享课农业牛态学（聂早荣） 1993年1月18山，第四|七届联合国大会做出决议，确定每年的3月22口为“世界水山”。 撒哈拉以南的非洲地区和南亚地区，水危机情况史加严峻。世界水危机山多种因素造成， 其中包括气候和地理、缺少水系统和设施、卫生设施不足等。 (二)中国水资源概况 (1)长江流域 长江是中国第一大河，又名扬子江，河流长度仪次于尼罗河与亚马孙河，入海水量仪次于 亚马孙河与刚果河，均居世界第二位。 流域概况：长江发源于唐古拉山脉主峰格拉丹东雪山西南侧（干流经青海、西藏、四川、 云南、湖北、湖南、江西、安徽、江苏、上海，支流涉及贵州、广西、甘肃、陕西、 河南、广东、浙江、福建，共计18省、自治区、 直辖市。干流自江源全宜昌为上游，河长4510km,除四川盆地外，多流经高山峡谷，坡陡 流急，落差5360m,占全流域总洛差的98.9%。其中江源全当曲长约360km,称为沱沱河： 当曲企玉树巴塘河口长820km,称通天河：巴塘河口全宜宾长约2300km,称金沙江：宜 宾全宜昌长约1000km,称川江。川江下段自奉节全南津关长209m为著名的三峡，宜昌以 下进入中下游平原。宜昌全鄱阳湖湖口为中游，长约940m。湖口以下为下游，长约850k m。中游河段内，自湖北枝技城全洞庭湖出口城陵矶长约340km,称荆江，河道蜿蜒曲折，两岸 地势低沣，是长江防洪 形势最为严峻的一段。中下游平原湖泊星罗密布，主要通江湖泊有洞庭湖、鄱阳湖、巢湖 、太湖等四大淡水湖。 (2)黄河流域 黄河为中国第二大河，以河水含沙量高和历史上水灾频繁而举世闻名 流域概况：黄河发源于青藏高原巴颜喀拉山北麓，流经青海、四川、甘肃、 宁夏、内蒙古、山西、陕西、河南、山东等 9省、自治区，在山东垦利县注入渤海，从河源到内蒙古托克托为上游，其中兰州以上大部 分地区植物被覆较好：玛多仝青铜峡的干流多峡谷，水能资源丰富：青铜峡以下为河套平 原， 灌溉发达，可通航运。托克托全河南桃花峪为中游，也有丰富的水能资源：两岸为黄土高 原，植被少，水土流失严重，是黄河洪水 泥沙的主要来源。桃花峪到河口为下游，两岸绝大部分修建了大是，泥沙淤积使河床一般高 出两岸地面3~5m,多的达10m,故称悬河；沿岸多灌区，干流也可通航。河口附近，黄河 入海水道不断淤积、延伸、改道，造陆作用强烈。各河段直接汇入干流的流域面积大于1力 km的支流有|条，其中渭河的流域面积与水量最大。 (3)珠江流域 10