《环境科学概论》第二章生态系统的平衡与变化的学习辅导材料
一、第二章的内容提要
1、生态系统的基本概念
种群（Population) 一个生物物种在一定范围内所有个体的总和。 群落(Community) 在一定的自然区域中, 许多不同种的生物的总和。 生态系统(Ecosystem) 任何一个生物群落与其周围非生物环境的综合体。生态系统是指特定地段的全部生物和物理环境相互作用的任何统一体。 栖息地 生物生活和能提供生物生存所需要物质的场所，称为栖息地(habitat)。
生态系统彼此不是孤立的。一个生态系统可经过渡带过渡到下一个生态系统。过渡带包括两个相邻系统所共有的许多物种。
地球上所有较小的生态系统和所有的生物群落都有联系，形成一个总的生态系统，即生物圈（biosphere ），生物圈包括整个地球。
生物的三种类型 ：
（1）生产者（producer ）——即利用光能把周围环境中的无机物（非生物）养分制造成有机物质的绿色植物。其中绿色植物通过光合作用生产有机物，还有几种细菌通过化能合成作用生产有机物。
（2）消费者（consumer ）——即直接以绿色植物为食物，或通过食物链间接以绿色植物为生的所有动物；
消费者的类别：初级消费者、第二消费者、多级消费者；
食草动物、食肉动物、杂食动物；
寄生物：寄生物所寄生的植物或动物称为寄主（host ）。寄生物可以是植物、动物或微生物，它们既侵害植物，又侵害动物。
碎屑与食碎屑生物 ：碎屑（detritus ） 死的植物性或死的动物性物质以及粪便废弃物构成的大量有机物。食碎屑生物（detritus feeder ）以碎屑为食物的生物被划分为单独一类的消费者。
腐生植物：少数开花植物是从碎屑中获得它们所需要的能量，而不是依靠进行光合作用来获得能量，这样的植物称之为腐生植物（saprophyte ）。例如：水晶兰。
（3）分解者（decomposer ）——即腐烂、分解，或把有机废物破坏并使养分回到周围环境中去的细菌和真菌。
分解者由细菌和真菌两类生物组成。但不是所有的细菌都是分解者
自养生物和异养生物
自养生物：能够利用光或无机化学能把无机营养物质制造成它们体内的有机物质的那些生物（如生产者）都称之为自养生物。
异养生物：以其他生物和它们的废物为食物的各种生物（已被描述为消费者、食碎屑生物和分解者）。这些生物都是利用已有的有机物作为它们的能量和营养物的来源。
生物之间的相互作用 ：竞争、掠食、共生。
共生关系有三种：互惠共生、共栖、寄生
非生物环境部分分为：
物质代谢原料——太阳光、O2、CO2、H2O 、无机营养物及食物（非生命的有机物质）。
媒质部分——水、土壤、空气。
基质部分——岩石、砂、泥。
2、 生态系统的结构与功能
生态系统的形态结构包含：不同的生物种类、种群数量、种的空间配置（水平分布和垂直分布）、种的时间变化（发育、季相）。
生态系统的营养结构：食物链、食物网、营养级
食物金字塔 ：每个营养级上逐渐减少的生物量就像一个金字塔。
生态系统的功能：生态系统中的能量流动和物质循环以及信息联系构成了生态系统的基本功能。
能量流动途径：光合作用和有机物的输入；呼吸的热消耗和有机物的输出。 生态系统的能量流动具有五个特点：
（1）绿色植物对太阳能的利用率很低。
（2）能量只朝单一方向流动。
（3）流动中能量逐渐减少。
（4）各级消费者之间能量的利用率也不高（10%）。
（5）当生产的能量和消耗的能量相平衡时，生态系统的结构和功能才能保持动态平衡
生态系统中物质的循环：水循环、碳氧循环、氮循环、磷循环。 水循环——蒸发、凝结和降水的过程形成了水循环。
碳氧循环——植物光合作用吸收空气中的二氧化碳制成糖类等有机物质而释放出氧气，供动物需用。植物和动物又通过呼吸作用吸入氧气而放出二氧化碳重返空气中。植物、动物死亡后的遗体经微生物分解破坏，最后也氧化变成二氧化碳、水和其他无机盐类。
氮循环——大气中的游离氮不能为大多数生物所利用，必须由某些种类的细菌来固氮。植物从土壤中吸取硝酸盐和铵盐等，并在体内制成各种氨基酸，然后再合成各种蛋白质。动物借食用植物而取得氮。
磷循环——磷的主要来源是：磷酸盐岩石、动物化石的天然磷酸盐矿床、鸟粪层。磷在生物圈中只有较小的一部分进行生物地质化学循环，大部分是单方向流动过程，以致成为一种不可更新的资源，
3、生态系统的类型和特征
生态系统的类型划分
按生态环境划分：陆地生态系统（森林、草原、荒漠）、淡水生态系统（湖泊、河流、水库）、海洋生态系统（海岸、河口、浅海、大洋、海底等）。 按人类对系统影响来划分：自然生态系统（森林、海洋等）、人工生态系统（城市、农田等）
生态系统的特征：开放性、运动性、自我调节性、相关性与演化性。 气候和降水基本决定了一个地区的生态系统类型。
人工生态系统存在的问题：人工生态系统必须符合养分循环、结构和能量流动的原理。
4、生态平衡
生态平衡——在一定时期和一定范围内，生产者、消费者、分解者三者之间保持着一种动态的平衡状态。系统的能量流动和物质循环较长时间保持稳定状态。
生态系统的变化：演替 ，即一个生态系统可能被另一个生态系统全部取
代
原生演替 ——如果这个地域先前没有生物占领，那么，一个生态系统被另一
个生态系统所代替的过程就称为原生演替。
次生演替 ——是指重建原来就有的生态系统。
的土层存在；
如果这个地区已经遭到侵蚀作用或其他方式的
破坏，这个系统就必须以类似于原生演替的方
式开始。
顶极生态系统——全部已有的物种继续彼此按比例繁殖，并不再发生变化，这种平 衡状态称为顶极，这个系统也就叫做顶极生态系统。 生物潜能和环境阻力——考察生态系统变化和平衡的另一方面
生物潜能——一个物种的生物潜能，就是该物种自身繁殖的能力。它是使这个物种的数量变得更多的所有因素的统称。
生物潜能包括：繁殖率、动物迁移与种子传播到其他地方的能力、适应和侵占其他生境的能力、逃避或对付不利环境条件的能力等等。
生物因素等这些限制该物种成员生存的全部因素的统称
生物潜能和环境阻力的关系：
（1）如果环境阻力大于生物潜能，这个物种的数量就减少；
（2）在一个稳定的生态系统内，每个物种的生物潜能都由环境阻力均匀
地平衡着；
（3）生态系统中的变化，则可以看作是该系统中环境阻力或不同物种间
生物潜能的改变。
捕食动物和被捕食动物之间的平衡 ——捕食-被捕食关系
物种和其天敌之间的平衡规律——当种群密度增加时，个体更容易受到天敌的危害；捕食和病害增加又有利于恢复平衡；当种群密度减小时，来自天敌的环境阻力就趋向于减少，于是就允许种群增大。
植被、食草动物和食肉动物之间的平衡 ——食草动物种群对它们赖以生
存的植被有一种“过度啃食”（overgraze ）的潜能，从而破坏植被；捕食动物和其他自然压力可以把食草动物的数量控制在过度啃食的水平之下。 竞争物种之间的平衡 ——引进的物种由于没有找到它能同本地物种竞争的小生境而死亡；引进的物种在各种生境中也许是更强的竞争者，因而正在取代本地物种（外来物种的入侵）。
5、 通过自然选择适应
适应的类型
（1）为对付非生物因素的适应；
（2）为获得水和食物的适应，或就植物 而言为获取能量和养分的适应；
（3）为逃避捕食动物，或为防御捕食动物的适应；
（4）为觅寻或吸引配偶（或植物的传粉者）和完成生殖的适应；
（5）为迁移或分散的适应。
自然选择的结果——使每一物种变得既适应于与它相互作用的非生物因素；又适应于与它相互作用的其他的生物。
进化演替——适应性变异、物种灭绝、物种形成的过程 共同组成了进化演替。
6、人类与生物圈的关系
自然选择的作用：自然选择促进了人的直立；思维的形成（能够想到制造武器或工具）；操作能力的形成；自然选择还可以解释一些种族之间的差异。
人类是自然的过程
二、思考题：
1、生态系统中生物所扮演的三种能量角色是什么？
2、食物链和食物网有何区别？
3、在能量金字塔中，从某一食物层到更高食物层，能量是如何变化的？从生产者到初级消费者能量变化了多少？
4、什么样的生物因素和非生物因素形成了世界上的不同的生物群落？
5、在大多数海洋生态系统中什么是生产者？
6、循环图 将下面的循环图补充完整，看看生态系统中的碳是如何循环的。
7、原生演替和次生演替有何不同？
8、从生态学原理分析太湖富营养化的机理及治理对策。
《环境科学概论》第二章生态系统的平衡与变化的学习辅导材料
一、第二章的内容提要
1、生态系统的基本概念
种群（Population) 一个生物物种在一定范围内所有个体的总和。 群落(Community) 在一定的自然区域中, 许多不同种的生物的总和。 生态系统(Ecosystem) 任何一个生物群落与其周围非生物环境的综合体。生态系统是指特定地段的全部生物和物理环境相互作用的任何统一体。 栖息地 生物生活和能提供生物生存所需要物质的场所，称为栖息地(habitat)。
生态系统彼此不是孤立的。一个生态系统可经过渡带过渡到下一个生态系统。过渡带包括两个相邻系统所共有的许多物种。
地球上所有较小的生态系统和所有的生物群落都有联系，形成一个总的生态系统，即生物圈（biosphere ），生物圈包括整个地球。
生物的三种类型 ：
（1）生产者（producer ）——即利用光能把周围环境中的无机物（非生物）养分制造成有机物质的绿色植物。其中绿色植物通过光合作用生产有机物，还有几种细菌通过化能合成作用生产有机物。
（2）消费者（consumer ）——即直接以绿色植物为食物，或通过食物链间接以绿色植物为生的所有动物；
消费者的类别：初级消费者、第二消费者、多级消费者；
食草动物、食肉动物、杂食动物；
寄生物：寄生物所寄生的植物或动物称为寄主（host ）。寄生物可以是植物、动物或微生物，它们既侵害植物，又侵害动物。
碎屑与食碎屑生物 ：碎屑（detritus ） 死的植物性或死的动物性物质以及粪便废弃物构成的大量有机物。食碎屑生物（detritus feeder ）以碎屑为食物的生物被划分为单独一类的消费者。
腐生植物：少数开花植物是从碎屑中获得它们所需要的能量，而不是依靠进行光合作用来获得能量，这样的植物称之为腐生植物（saprophyte ）。例如：水晶兰。
（3）分解者（decomposer ）——即腐烂、分解，或把有机废物破坏并使养分回到周围环境中去的细菌和真菌。
分解者由细菌和真菌两类生物组成。但不是所有的细菌都是分解者
自养生物和异养生物
自养生物：能够利用光或无机化学能把无机营养物质制造成它们体内的有机物质的那些生物（如生产者）都称之为自养生物。
异养生物：以其他生物和它们的废物为食物的各种生物（已被描述为消费者、食碎屑生物和分解者）。这些生物都是利用已有的有机物作为它们的能量和营养物的来源。
生物之间的相互作用 ：竞争、掠食、共生。
共生关系有三种：互惠共生、共栖、寄生
非生物环境部分分为：
物质代谢原料——太阳光、O2、CO2、H2O 、无机营养物及食物（非生命的有机物质）。
媒质部分——水、土壤、空气。
基质部分——岩石、砂、泥。
2、 生态系统的结构与功能
生态系统的形态结构包含：不同的生物种类、种群数量、种的空间配置（水平分布和垂直分布）、种的时间变化（发育、季相）。
生态系统的营养结构：食物链、食物网、营养级
食物金字塔 ：每个营养级上逐渐减少的生物量就像一个金字塔。
生态系统的功能：生态系统中的能量流动和物质循环以及信息联系构成了生态系统的基本功能。
能量流动途径：光合作用和有机物的输入；呼吸的热消耗和有机物的输出。 生态系统的能量流动具有五个特点：
（1）绿色植物对太阳能的利用率很低。
（2）能量只朝单一方向流动。
（3）流动中能量逐渐减少。
（4）各级消费者之间能量的利用率也不高（10%）。
（5）当生产的能量和消耗的能量相平衡时，生态系统的结构和功能才能保持动态平衡
生态系统中物质的循环：水循环、碳氧循环、氮循环、磷循环。 水循环——蒸发、凝结和降水的过程形成了水循环。
碳氧循环——植物光合作用吸收空气中的二氧化碳制成糖类等有机物质而释放出氧气，供动物需用。植物和动物又通过呼吸作用吸入氧气而放出二氧化碳重返空气中。植物、动物死亡后的遗体经微生物分解破坏，最后也氧化变成二氧化碳、水和其他无机盐类。
氮循环——大气中的游离氮不能为大多数生物所利用，必须由某些种类的细菌来固氮。植物从土壤中吸取硝酸盐和铵盐等，并在体内制成各种氨基酸，然后再合成各种蛋白质。动物借食用植物而取得氮。
磷循环——磷的主要来源是：磷酸盐岩石、动物化石的天然磷酸盐矿床、鸟粪层。磷在生物圈中只有较小的一部分进行生物地质化学循环，大部分是单方向流动过程，以致成为一种不可更新的资源，
3、生态系统的类型和特征
生态系统的类型划分
按生态环境划分：陆地生态系统（森林、草原、荒漠）、淡水生态系统（湖泊、河流、水库）、海洋生态系统（海岸、河口、浅海、大洋、海底等）。 按人类对系统影响来划分：自然生态系统（森林、海洋等）、人工生态系统（城市、农田等）
生态系统的特征：开放性、运动性、自我调节性、相关性与演化性。 气候和降水基本决定了一个地区的生态系统类型。
人工生态系统存在的问题：人工生态系统必须符合养分循环、结构和能量流动的原理。
4、生态平衡
生态平衡——在一定时期和一定范围内，生产者、消费者、分解者三者之间保持着一种动态的平衡状态。系统的能量流动和物质循环较长时间保持稳定状态。
生态系统的变化：演替 ，即一个生态系统可能被另一个生态系统全部取
代
原生演替 ——如果这个地域先前没有生物占领，那么，一个生态系统被另一
个生态系统所代替的过程就称为原生演替。
次生演替 ——是指重建原来就有的生态系统。
的土层存在；
如果这个地区已经遭到侵蚀作用或其他方式的
破坏，这个系统就必须以类似于原生演替的方
式开始。
顶极生态系统——全部已有的物种继续彼此按比例繁殖，并不再发生变化，这种平 衡状态称为顶极，这个系统也就叫做顶极生态系统。 生物潜能和环境阻力——考察生态系统变化和平衡的另一方面
生物潜能——一个物种的生物潜能，就是该物种自身繁殖的能力。它是使这个物种的数量变得更多的所有因素的统称。
生物潜能包括：繁殖率、动物迁移与种子传播到其他地方的能力、适应和侵占其他生境的能力、逃避或对付不利环境条件的能力等等。
生物因素等这些限制该物种成员生存的全部因素的统称
生物潜能和环境阻力的关系：
（1）如果环境阻力大于生物潜能，这个物种的数量就减少；
（2）在一个稳定的生态系统内，每个物种的生物潜能都由环境阻力均匀
地平衡着；
（3）生态系统中的变化，则可以看作是该系统中环境阻力或不同物种间
生物潜能的改变。
捕食动物和被捕食动物之间的平衡 ——捕食-被捕食关系
物种和其天敌之间的平衡规律——当种群密度增加时，个体更容易受到天敌的危害；捕食和病害增加又有利于恢复平衡；当种群密度减小时，来自天敌的环境阻力就趋向于减少，于是就允许种群增大。
植被、食草动物和食肉动物之间的平衡 ——食草动物种群对它们赖以生
存的植被有一种“过度啃食”（overgraze ）的潜能，从而破坏植被；捕食动物和其他自然压力可以把食草动物的数量控制在过度啃食的水平之下。 竞争物种之间的平衡 ——引进的物种由于没有找到它能同本地物种竞争的小生境而死亡；引进的物种在各种生境中也许是更强的竞争者，因而正在取代本地物种（外来物种的入侵）。
5、 通过自然选择适应
适应的类型
（1）为对付非生物因素的适应；
（2）为获得水和食物的适应，或就植物 而言为获取能量和养分的适应；
（3）为逃避捕食动物，或为防御捕食动物的适应；
（4）为觅寻或吸引配偶（或植物的传粉者）和完成生殖的适应；
（5）为迁移或分散的适应。
自然选择的结果——使每一物种变得既适应于与它相互作用的非生物因素；又适应于与它相互作用的其他的生物。
进化演替——适应性变异、物种灭绝、物种形成的过程 共同组成了进化演替。
6、人类与生物圈的关系
自然选择的作用：自然选择促进了人的直立；思维的形成（能够想到制造武器或工具）；操作能力的形成；自然选择还可以解释一些种族之间的差异。
人类是自然的过程
二、思考题：
1、生态系统中生物所扮演的三种能量角色是什么？
2、食物链和食物网有何区别？
3、在能量金字塔中，从某一食物层到更高食物层，能量是如何变化的？从生产者到初级消费者能量变化了多少？
4、什么样的生物因素和非生物因素形成了世界上的不同的生物群落？
5、在大多数海洋生态系统中什么是生产者？
6、循环图 将下面的循环图补充完整，看看生态系统中的碳是如何循环的。
7、原生演替和次生演替有何不同？
8、从生态学原理分析太湖富营养化的机理及治理对策。