第六章應(yīng)用生態(tài)學(xué)

第六章應(yīng)用生態(tài)學(xué)第1頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第六章應(yīng)用生態(tài)學(xué)

6.1全球問題

6.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

6.3生態(tài)工程第2頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

6.1全球問題

6.1.1全球氣候變暖與溫室效應(yīng)

6.1.2環(huán)境污染

6.1.3人口與資源第3頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1.1全球氣候變暖與溫室效應(yīng)一全球變暖及證據(jù)

全球變暖是指地球表面大氣,土壤,水體及植被溫度年際間緩慢上升的現(xiàn)象.英國科學(xué)家利用氣候模型對20世紀(jì)全球變暖研究表明:20世紀(jì)有兩個明顯變暖時期:

1910-1945主要因素是自然因素；

1976-今天主要因素是人為因素。第4頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月證據(jù)：（1）1854~1900年間全球平均氣溫變化曲線

第5頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）海平面上升、冰川后退；（3）大氣溫度在歷史長河中是隨著CO2含量的起伏而同步變化的；（4）雪線上升、樹種遷移；（5）氣候模擬證明全球氣候變暖；第6頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月二、溫室效應(yīng)

大氣中的溫室氣體(CO2,CH4,CFCs,N2O,O3)對來自太陽的短波輻射有高度的透過性，而對從地球反射的波長有吸收與散射作用，導(dǎo)致地球表面熱量不斷積累，破壞了原來的熱量平衡，直接導(dǎo)致大氣溫度升高。

第7頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月地球第8頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月目前全世界每年燃燒排放CO250－60億噸，綠色植被同化約20億噸。近年來濃度呈急劇升高趨勢。燃燒物：煤，石油，天然氣，泥炭，燒柴，秸稈等。大氣CO2濃度：工業(yè)革命開始之前的1750年為290ppm;1980年為320ppm;2000年為350ppm.

第9頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月近300年來大氣CO2濃度變化趨勢第10頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、氣候變暖的危害

冰山冰川融化，海水平面上升。若南極與格陵蘭以外融化，預(yù)計到2100年海平面上升15cm以上，某些城市與大面積良田將被淹沒，威脅在沿海人口的生存。目前大約世界一半的人居住在沿海地區(qū)?。。夂騽×易儎?，特別是極端氣候事件發(fā)生頻繁。例如，炎熱與劇冷天氣、洪澇與干旱災(zāi)害等。第11頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月四、溫室效應(yīng)產(chǎn)生的原因

工業(yè)生產(chǎn)，大量化石燃料煤、石油等，每年放出碳60億噸,幾乎全部以CO2形式釋放。

植被破壞,每年森林減少，我國草原減少3%。生態(tài)系統(tǒng)每年可固定1.1×1011噸碳,森林燃燒破壞每年釋放15億噸。

其它原因，例如濕地（包括稻田）、反芻動物打嗝排氣等均可放出甲烷。第12頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月家畜產(chǎn)甲烷的估計量

家畜種類總頭數(shù)(百萬頭)產(chǎn)甲烷量(千克/頭·年)甲烷總量(百萬噸/年)黃牛：發(fā)達(dá)國家5735531.5發(fā)展中國家6533522.8水牛142506.2綿羊：發(fā)達(dá)國家40083.2發(fā)展中國家及澳大利亞73853.7山羊47652.4駱駝17581.0豬：發(fā)達(dá)國家3291.50.5發(fā)展中國家4451.00.4馬、驢、騾11810-181.7野生反芻畜及大型食草畜100-5001-502-6

家畜產(chǎn)甲烷的估計量

第13頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月五、溫室氣體控制措施限制溫室氣體排放（美國的貢獻(xiàn)1/4）政治性議題<京都議定書>2004.1.19替代燃料的發(fā)展——酒精保護(hù)綠地（自然與人工生態(tài)系統(tǒng)）第14頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月生態(tài)學(xué)ECOLOGY東北師范大學(xué)精品課2005.5六臭氧層破壞

臭氧層能夠吸收太陽發(fā)出的紫外光.

臭氧層的破壞來源于人類活動。人們使用冰箱、空調(diào)時釋放出的氟氯烴化合物，通過光化學(xué)反應(yīng)大量消耗臭氧。第15頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月臭氧層破壞危害：（1）危害人體健康；增加皮膚癌，主要是黑色素癌；損害眼睛，增加白內(nèi)障患者；削弱免疫力，增加傳染病患者

（2）破壞生態(tài)環(huán)境和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品減少及其品質(zhì)下降，減少漁業(yè)產(chǎn)量，使塑料等高分子聚合物加速老化措施:

減少并禁止氟氯烴等物質(zhì)的排放研制新型的制冷系統(tǒng)，全球合作保護(hù)。第16頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

七、對未來氣候變化的預(yù)測

根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPPC)的氣候變化科學(xué)評估報告,大氣中排放量明顯增加,預(yù)計到21世紀(jì)中葉大氣中二氧化碳濃度將由當(dāng)前的350ppm倍增至700ppm,氣溫將升高1.5-4.5℃,這種溫室效應(yīng)將給社會、經(jīng)濟(jì)等各方面帶來嚴(yán)重影響,尤其與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系特別明顯,有利也有弊。

溫室效應(yīng)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

(1)溫度升高,土壤中速效氮釋放速度加快,釋放周期縮短,釋放量增大,肥效下降。據(jù)考證,溫度升高1℃,氮的釋放量平均增長4%,因此,為了保證作物的需肥量,必須增大施肥量。

(2)溫度升高,也加快了農(nóng)作物病蟲害的發(fā)生。第17頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

預(yù)計我國氣候變化的基本趨勢

東北及南方沿海有變暖、變濕的趨勢，而華北、華中、西北大部分地區(qū)則有可能變暖變干。東北、華北地區(qū)夏季降水可能增加。西北地區(qū)可能減少。溫室效應(yīng)有利也有弊，不同學(xué)者的分歧很大。

第18頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1.2環(huán)境污染一、空氣污染二、水污染三、土壤污染第19頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1.2環(huán)境污染；環(huán)境污染是指人為排放的有害有毒物質(zhì)，破壞了環(huán)境的生態(tài)平衡，改變了原來生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，惡化了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活環(huán)境。污染物質(zhì)又沿著食物鏈轉(zhuǎn)移、富集后進(jìn)入人體，危害人類健康。世界性的污染自工業(yè)革命開始，到了20世紀(jì)初期，某些地區(qū)環(huán)境問題已經(jīng)極其嚴(yán)重，如日本的水俁病、英國倫敦的煙霧事件、美國的黑風(fēng)暴等，引起了國際社會的廣泛關(guān)注。

第20頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月一、空氣污染(airpollution)

空氣污染是由人類活動直接或間接引起的天然與合成的有害物質(zhì)向大氣的排放.

煙塵(1952英國倫敦)與光化學(xué)煙霧(20世紀(jì)40年代美國洛杉機(jī))。

酸雨(酸降)pH小于5.6的雨水。第21頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月使河湖水酸化，影響魚類生長繁殖，乃至死亡；使土壤酸化，危害森林和農(nóng)作物生長；腐蝕建筑物和文物古跡；危害人體健康。酸雨的危害第22頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月二、水污染

水體污染物有四類:生化試劑可溶和不可溶物質(zhì)。從受污染水源分：海洋污染(赤潮)；江河污染；湖泊污染(富營養(yǎng)化)；地下水污染。第23頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、土壤污染有一系列物質(zhì)可以污染土壤:原油和燃料中的脂肪族烴是土壤中主要的環(huán)境污染物鹵素是土壤環(huán)境污染物中最大一類化學(xué)物質(zhì)重金屬污染治理措施:綜合治理工業(yè)三廢；控制劣質(zhì)農(nóng)藥化肥使用；生物除污。第24頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

6.1.3人口與資源問題一、人口問題

二、資源問題

第25頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月一人口問題世界人口動態(tài)問題對策

17世紀(jì)以后世界人口呈指數(shù)增長趨勢尤其是最近43年人口基數(shù)急劇地呈指數(shù)增長這就是人們所說的”人口爆炸”世界各地人口發(fā)展極不平衡人口急劇增長給生物圈帶來壓力,使生態(tài)系統(tǒng)容納量受到威脅,地球容納量也會變化控制人口增長對策:計劃生育.提高人口素質(zhì)第26頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月2000年來全球人口數(shù)量變化

第27頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月我國人口狀況問題對策

1849-19494.13億-5.42億1949-1986人口翻一翻2001年第五次人口普查統(tǒng)計:129533萬人中國人口還處在”增長型”階段人口增長與生活資料的增長不相適應(yīng)人口增長加劇了提高勞動生產(chǎn)率和安排就業(yè)的矛盾必須嚴(yán)格控制人口增長人口老齡化第28頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月二、資源問題資源有非枯竭資源(太陽能、風(fēng)能、大氣等)和可枯竭資源(石油、煤炭等化石燃料)。還分可更新資源(土地資源、水資源、生物資源等)和非更新資源(金屬礦物和非金屬礦物)。第29頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

6.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)6.2.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)概念和意義6.2.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值6.2.3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)項目內(nèi)容

第30頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)概念

Holdren和Ehrlich(1974)提出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)概念，Costanza等(1997)在Nature發(fā)表《世界生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和自然資本的價值》和出版《生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)：人類社會對自然生態(tài)系統(tǒng)的依賴性》。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，即生態(tài)服務(wù)(ecologicalservice或ecologicalstewardship)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指對生物或人類生存與生活質(zhì)量有貢獻(xiàn)的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品或生態(tài)系統(tǒng)功能(Cairns,1997)。具體可以理解是生態(tài)系統(tǒng)的直接的生物生產(chǎn)與間接的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的改善功能。6.2.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)概念和意義第31頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月一、生物生產(chǎn)

生態(tài)系統(tǒng)從開動到運轉(zhuǎn)，生物體或生態(tài)系統(tǒng)的能量不斷地代謝，物質(zhì)周而復(fù)始地循環(huán)。在某一環(huán)節(jié)或過程中，物質(zhì)與能量進(jìn)行重新分配與組合，進(jìn)而形成生物性產(chǎn)品——生物有機(jī)化合物，這些生物性產(chǎn)品的生產(chǎn)過程就是生物生產(chǎn)(biologicalproduction)。6.2.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值第32頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的另一個方面是，在自然生態(tài)系統(tǒng)的自身功能（能量流動、物質(zhì)循環(huán)與信息傳遞）實現(xiàn)過程中，能夠保持或改善生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部與外部一定范圍內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量作用。這種保持與改善作用對生態(tài)系統(tǒng)功能的穩(wěn)定性，以及人類生存環(huán)境也非常重要。

二、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善與穩(wěn)定第33頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

中國各類生態(tài)系統(tǒng)的水土保持作用

地點區(qū)域測定年限天然草地農(nóng)田效益%徑流量m3/hm2

沖刷量t/hm2

徑流量m3/hm沖刷量t/hm2

徑流沖刷黃土丘陵

7151.68

36.28

238.25

61.67

36.4

41.2

黃土苔源

52.88

0.30

104.10

1.72

97.2

82.6

梁狀丘陵

5115.68

0.67

242.10

23.10

52.2

97.1

第34頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

第35頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值生態(tài)系統(tǒng)面積(百萬hm2)價值(美元·hm-2·a-1)全球價值(萬億美元·a-1)海洋3,32002528.4近海水域3,1024,05212.6熱帶森林1,9002,0073.8其他森林2,9553020.9草地3,8982320.9濕地33014,7854.9湖泊河流2008,4981.7農(nóng)田1,400920.1全球總價值=33.3萬億美元第36頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)項目內(nèi)容一、產(chǎn)品給人類提供了食物、纖維、木材、燃料和藥物(如各種中藥、維生素、魚油等)等的使用價值。二、水供應(yīng)、土壤肥力形成和水土保持土壤的形成和維持更新，除了母巖的自然風(fēng)化，還依賴于自然生態(tài)系統(tǒng)長期不斷的生態(tài)過程。生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)還能涵養(yǎng)水分，減緩旱澇災(zāi)害。每年地球上總降水量約1.19×1012噸，在降雨過程中，覆蓋于地表樹冠、枯枝落葉與草皮都能有效地減緩地表徑流。植物生長中能形成強(qiáng)大的根系，這些根系和死亡的植物組織維系和固著土壤，并且吸收和保持一部分水。

第37頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月三、抗干擾、調(diào)節(jié)與“自凈”

森林等具有保持水土、調(diào)節(jié)氣候、抗洪澇、抗干旱等的重大作用。濕地是初級生產(chǎn)力最高的生態(tài)系統(tǒng)，近來更被譽為“自然之腎”，其對抗洪和抗旱的貢獻(xiàn)不亞于森林。陸地上的分解過程主要在土壤中進(jìn)行。土壤與海洋一樣有“自凈”作用，一些生態(tài)過程本身產(chǎn)生的有害物質(zhì)，以及由于人為活動帶來的有機(jī)殺蟲劑等有毒有害物質(zhì)，經(jīng)過生物的降解作用得到凈化。第38頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月四、傳粉、傳播種子和生物防治大約有22萬種植物需要動物幫助，參與授粉的動物有10萬種以上。生物防治可以利用生物（天敵控制）。每年有25—50%的農(nóng)作物損失于有害生物。第39頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月五、生物多樣性與物種協(xié)同進(jìn)化的保證

自然生態(tài)系統(tǒng)能保持物種的有效生存生長。自然生態(tài)系統(tǒng)是地球上最大的生物保存基因庫，當(dāng)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展實際上是基于野生動植物資源，而未來農(nóng)業(yè)的進(jìn)步仍將依賴于自然基因庫。保存了自然生態(tài)系統(tǒng)，就擁有了無盡的各類基因，生物多樣性就從根本上得以維持。第40頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月六、休閑、娛樂和文化生態(tài)服務(wù)價值還體現(xiàn)在生態(tài)旅游、魚釣等戶外游樂活動，以及教育和科研的基地和場所。第41頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

6.3生態(tài)工程6.3.1生態(tài)工程概念與原理6.3.2生態(tài)工程實例第42頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月生態(tài)學(xué)ECOLOGY東北師范大學(xué)精品課2005.51962年H.

T.Odum首先提出生態(tài)工程，1983年將之定義為“設(shè)計和實施經(jīng)濟(jì)與自然的工藝技術(shù)”。馬世駿定義：生態(tài)工程就是把生態(tài)系統(tǒng)的原理應(yīng)用于人類許多領(lǐng)域的生產(chǎn)建設(shè)中，也就是結(jié)合系統(tǒng)工程的最優(yōu)化方法，設(shè)計的物質(zhì)生產(chǎn)和能量流動的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)。生態(tài)工程的目的是在促進(jìn)自然界良性循環(huán)的前提下，充分發(fā)揮物質(zhì)的生產(chǎn)潛力，防止環(huán)境污染。達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益同步發(fā)展。

6.3.1生態(tài)工程的概念與原理

第43頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月生態(tài)學(xué)ECOLOGY東北師范大學(xué)精品課2005.5

二、生態(tài)工程原理原理——“整體、協(xié)調(diào)、再生、循環(huán)”整體性原理：以整體觀為指導(dǎo)，在系統(tǒng)水平上研究，整體調(diào)控為處理手段。整體理論是綜合了解系統(tǒng)，例如，生物圈、生態(tài)系統(tǒng)整體性質(zhì)，以及解決受損區(qū)域，乃至全球生態(tài)失調(diào)問題的必要基礎(chǔ)；協(xié)調(diào)與平衡原理：在一個生態(tài)系統(tǒng)中，物質(zhì)的遷移、轉(zhuǎn)化、代謝、積累、釋放等功能，在時空上要遵循一定的序列，按一定層次結(jié)構(gòu)來進(jìn)行。各層次、環(huán)節(jié)間的能量和物質(zhì)的流通量也各有一定的協(xié)調(diào)比例。第44頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月自生原理：包括自我組織、自我優(yōu)化、自我調(diào)節(jié)、自我再生、自我繁殖和自我設(shè)計等一系列機(jī)制；循環(huán)再生原理：物質(zhì)在自然和生物的作用下，在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)和生態(tài)系統(tǒng)間發(fā)生著小循環(huán)，在生物圈中又發(fā)生著生物地球化學(xué)大循環(huán)。物質(zhì)循環(huán)的每一個環(huán)節(jié)是給予者，也是接受者，循環(huán)往復(fù)，周而復(fù)始。因此，物質(zhì)在循環(huán)中取之不盡，用之不竭；生物生態(tài)原理：根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，生態(tài)工程中所利用的生態(tài)系統(tǒng)原理，概括起來，可分為幾個方面：

第45頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）物質(zhì)能量的多層分級利用

對農(nóng)區(qū)的大量秸稈進(jìn)行生產(chǎn)食用菌和蚯蚓的生態(tài)工程設(shè)計。秸稈還田是保持土壤有機(jī)質(zhì)的有效措施，但是，秸稈不經(jīng)過處理直接返回土壤，須經(jīng)過長時間的發(fā)酵、分解，才能發(fā)揮肥效。在一定條件下，經(jīng)過糖