第十三章應用生態學一、環境污染及其監測二、生物資源管理三、生態環境規劃與管理8/18/2023第十三章應用生態學一、環境污染及其監測81一、環境污染及其監測環境污染環境監測和風險評價8/18/2023一、環境污染及其監測環境污染8/5/20232環境污染環境污染（environmentalpollution）是指人類活動使環境要素或其狀態發生了變化，從而使環境質量惡化，擾亂和破壞了生態系統的穩定性以及人類的正常生活條件的現象。常見的環境污染有：空氣污染(airpollution)酸雨(acidrain)水污染(waterpollution)土壤污染8/18/2023環境污染環境污染（environmentalpollut3空氣污染(airpollution)空氣污染是由人類活動直接或間接引起天然與合成有害物質向大氣的排放。污染物直接排放到大氣中稱初級污染物，在太陽電磁輻射的影響下，在空氣中由其他污染物制造出來，稱次級污染物。主要的空氣污染物有：二氧化硫、固體顆粒、二氧化氮、碳氫化合物、一氧化碳、臭氧、硫化氫、氟化物、一氧化氮、鉛、汞。空氣污染物對人及整個自然界有重要的影響。造成環境不舒適，腐蝕雕塑，破壞公共設施；防礙人類和其他生物的健康，同時改變氣候以及土壤、湖泊和河流的化學性質。8/18/2023空氣污染(airpollution)空氣污染是由人類活動4酸雨(acidrain)酸雨(acidrain)和酸沉降(aciddeposition):酸雨（1972，英國化學家R.A.Smith提出）是指雨水中含有一定數量本性物質(硫酸、硝酸、鹽酸等)的自然降水現象。大氣中形成酸的物質以雨、雪、雹和霧等形式從空氣中沉降下來，其pH值一般都小于5.6，這種現象稱酸沉降。酸沉降對動物、植物以及森林有明顯的損害；改變了土壤和湖泊的pH值，同時本酸化會導致有毒金屬（汞和鋁等）從土壤和沉積物中釋放出來。8/18/2023酸雨(acidrain)酸雨(acidrain)和酸5水污染(waterpollution)水污染是指由于人類活動而排放的污染物進入水體，使水體及其底泥的物理、化學性質或生物化學性質發生了變化，從而防礙了對水體的利用，這種現象稱水污染。水體污染物可分為生物體、可溶性化學物質、不溶性化學物質和熱四類。水污染危害：有毒物對生物的直接毒害，不溶性固體降低水的質量；水中有害生物導致水傳播疾病的流行；水中有機質引起水體的富營養化，引起水體生物耗氧（BOD）和化學耗氧量（COD）增加；水中有毒物質如重多屬和多氯聯苯等在食物鏈上的生物放大作用，使生物體的酶活性受影響；工業余熱通過多種途徑影響水生生物。8/18/2023水污染(waterpollution)水污染是指由于人類活6富營養化（eutrophication）富營養化是指在人類活動的影響下，生物所需的氮、磷等營養物質大量進入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質惡化，魚類及其他生物大量死亡的現象。水體出現富營養化情況下，浮游藻類大量繁殖，形成水華，因占優勢的浮游藻類的顏色不同，水面出現各種顏色，這種現象在海洋中叫赤潮。多數學者認為氮和磷等營養物質濃度的升高是藻類大量繁殖的原因，由于磷通常是水生生物生長的限制性營養物，因此是引起水體富營養化的主要物質。8/18/2023富營養化（eutrophication）富營養化是指在人類活7土壤污染土壤污染是指人類活動所產生的物質通過多種途徑進入土壤，其數量特征和速度超過了土壤容納的能力和土壤凈化速度的現象。常見的土壤污染物有：物理類、化學類、生物類等，其中以化學類最為普遍、嚴重和復雜。常見的化學污染物有：無機污染物包括：重金屬、放射物質和營養物質等，有機污染物是化學農藥，如有機氯類、有機磷類、氨基甲酸酯類、苯酰胺類等；石油、多環芳烴、多氯聯苯、甲烷等；多聚物如尼龍、塑料和橡膠等。物理污染物有工業廢渣、城市垃圾等；生物污染物有大腸肝菌、炭疽桿菌、蠕蟲類。8/18/2023土壤污染土壤污染是指人類活動所產生的物質通過多種途徑進入土壤8環境監測和風險評價生態監測的內容及特點生態監測的原理和方法風險評價8/18/2023環境監測和風險評價生態監測的內容及特點8/5/20239生態監測的內容及特點環境監測(environmentalmonitoring):研究和監測環境質量。其手段有化學、物理學、生物學、生態學、地球物理、地球化學等，因此其內容有化學監測、物理監測、生物監測、生態監測、地球物理化學監測等。生態監測(ecologicalmonitoring):利用生命系統各層次對自然或人為因素引起環境變化的反應來判定環境質量。生態監測的特點：能綜合地反映環境質量狀況；具有連續監測的功能；具有多功能；監測靈敏度高。8/18/2023生態監測的內容及特點環境監測(environmentalm10生態監測的原理和方法生態監測的原理生態監測的方法8/18/2023生態監測的原理和方法生態監測的原理8/5/202311生態監測的原理生物與環境之間相互依存、相互影響、協同進化。生物與環境相互補償、協同發展是在自然界長期發展過程中形成的，生物的變化是某一區域內環境變化的一個組成部分，因此，生態學上個體、種群、群落和生態系統各組織層次的生物變化可以作為環境改變的指示和象征。8/18/2023生態監測的原理生物與環境之間相互依存、相互影響、協同進化。812生態監測的方法個體和種群水平指示生物法（indicatororganism）群落和生態系統水平污水生物系統法（saprobiensystem）PFU(聚氨酯泡沫塑料塊)法(polyurethanefoamunit)生物指數法（bioticindex）生物測試（bioassay）8/18/2023生態監測的方法個體和種群水平8/5/202313指示生物法指示生物法是指用指示生物來監測環境狀況的一種方法。指示生物(indicatororganism)是一些對環境中的某些物質，包括污染物的作用或環境條件的改變能較敏感和快速地產生明顯反應的生物。通過其所作的反應可了解環境的現狀和變化，起“預警”功能。指示生物的基本特征：對干擾作用反應敏感且健康；具有代表性；對干擾作用的反應個體間的差異小、重現性高；具有多功能。常用的指示生物：紫花苜蓿（SO2），地衣和苔蘚（SO2、氟化物），菜豆、煙草（O3）等。8/18/2023指示生物法指示生物法是指用指示生物來監測環境狀況的一種方法。14污水生物系統法污水生物系統法是由Kolkwiz和Marsson1909年提出，后經完善的一種用于河流污染、尤其是有機污染的一種監測方法。由于河流受污染后，在污染源下游的一段流程里會發生自凈過程，即隨著河水污染程度的逐漸減輕，生物的種類組成也隨之發生變化，在不同的河段將出現不同的物種。根據生物種類組成將河流劃分為多污帶、α-污染帶、β-污染帶和寡污染帶。各污染帶都有各自的物理、化學和生物的特征。亦可用群落中優勢種群來劃分污染帶。8/18/2023污水生物系統法污水生物系統法是由Kolkwiz和Mars15PFU法PFU法是用取氨酯泡沫塑料塊采集水域中微生物和測定其群集速度來監測和評價環境質量狀況的一種方法。1969年由美國弗吉尼亞工程學院和弗吉尼亞州立大學環境研究中心的Cairns等人1969年創立的。國內自80年代起將這種方法用于污染水體的監測和評價。PFU法的原理是島嶼生物學原理，即原生動物集群過程實際上是集群速度隨著種類上升而下降的過程，二者的交叉點就是種數的平衡點。達到平衡點的時間取決于環境條件。PFU法的優點：使監測水平提高到了群落層次，使監測更符合客觀事實和真實環境；簡便易行。8/18/2023PFU法PFU法是用取氨酯泡沫塑料塊采集水域中微生物和測定其16生物指數法生物指數法是指用數學公式反映生物群落結構變化，以評價環境質量。常用的有：生物指數（BI）＝2nA+nB,n為底棲大型無脊椎動物的種類數，A為敏感種類數，B為耐污染種類數。污染生物指數＝顫蚓類的個體數量／底棲動物個體數量＊100硅藻指數＝（2A＋B－2C）／（A＋B－C）＊100，A為不耐污染的種類數；B為對有機污染耐力強的種類數；C為在污染區內獨有的種類數。8/18/2023生物指數法生物指數法是指用數學公式反映生物群落結構變化，以評17生物測試生物測試又稱生物測定或生物檢試，是利用生物受到污染物質的毒害所產生的生理機能等變化測試污染狀況的方法。毒性試驗急性毒性試驗慢性毒性試驗致突變檢測微核技術：細胞分裂過程中染色體進行復制時，如果受到外界誘變因子作用，就會產生一些游離的染色體片斷，形成包膜，變成大小不等的小球體，這就是微核。利用細胞減數分裂四分體時期出現的微核來指示環境污染的方法稱微核技術。8/18/2023生物測試生物測試又稱生物測定或生物檢試，是利用生物受到污染物18生態風險評估生態風險評估是利用生態學、環境化學及毒理學的知識，定量地確定環境危害對人類的負效應的概率及其強度的過程。生態風險評價的步驟8/18/2023生態風險評估生態風險評估是利用生態學、環境化學及毒理學的知識19生態風險評估的步驟生態風險評估問題的形成分析過程風險源評估效應評估風險特征化風險管理8/18/2023生態風險評估的步驟生態風險評估問題的形成分析過程風險源評估效20二、生物資源的管理生物多樣性及其保育生物資源管理人口管理8/18/2023二、生物資源的管理生物多樣性及其保育8/5/202321生物多樣性及其保育生物多樣性生物多樣性的價值生物多樣性的現狀生物多樣性喪失的原因生物多樣性的保育對策8/18/2023生物多樣性及其保育生物多樣性8/5/202322生物多樣性生物多樣性(biodiversity):生物多樣性是生物及其與環境形成的生態復合體以及與此相關的各種生態過程的總和。它包括數以百萬計的動物、植物、微生物和它們所擁有的基因以及它們與生存環境形成的復雜生態系統。包括四個層次:遺傳多樣性（基因多樣性）物種多樣性生態系統多樣性景觀多樣性8/18/2023生物多樣性生物多樣性(biodiversity):生物多樣23遺傳多樣性指種內基因的變化，包括種內顯著不同的種群間和同一種群內的遺傳變異。其測度包括三個方面，即染色體多態性、蛋白質多態性和DNA多態性。8/18/2023遺傳多樣性指種內基因的變化，包括種內顯著不同的種群間和同一種24物種多樣性指物種水平的多樣性，即一個地區內物種的多樣化，主要是從分類學、系統學和生物地理學角度對一定區域內物種的狀況進行研究。8/18/2023物種多樣性指物種水平的多樣性，即一個地區內物種的多樣化，主要25生態系統多樣性指生物圈內生境、生物群落和生態過程的多樣化以及生態系統內生境差異、生態過程變化的多樣性。生態多樣性指數可分為:α多性指數β多樣性指數γ多樣性指數8/18/2023生態系統多樣性指生物圈內生境、生物群落和生態過程的多樣化以及26景觀多樣性指不同類型的景觀要素或生態系統構成的景觀在空間結構、功能機制和時間動態方面的多樣化或變異性。8/18/2023景觀多樣性指不同類型的景觀要素或生態系統構成的景觀在空間結構27生物多樣性的價值直接價值：為人類提供了基本食物、纖維、藥物和燃料和建材等間接價值：表現在生態系統的服務，具體表現在以下幾個方面。能量固定；調節氣候；調節水文；保護土壤；貯存必須的營養元素，促進元素循環；維持進化過程；對污染物質吸收和分解作用；娛樂－美學、社會文化、教育、精神及歷史方面具有重要價值。8/18/2023生物多樣性的價值直接價值：為人類提供了基本食物、纖維、藥物和28生物多樣性的現狀生物多樣性的豐富程度：世界上的物種估計有500萬到3000萬種，已定名的為140－170萬種。中國是世界上物種最豐富的國這之一，中國的物種數約占世界物種總數的10％。中國的特有種十分豐富，以維管植物、哺乳類和鳥類計算，僅次于印度尼西亞，居亞洲第二。生物多樣性的受威脅現狀：Schopf認為生物物種的壽命是20萬年，地球上有4000種哺乳動物，如果以4000個哺乳動物種作為平衡點，那么每50年就有一個物種滅絕。二十世紀內，每年滅絕0.27種哺乳動物，每4年有一個物種。滅絕速率為自然滅絕的近13倍。8/18/2023生物多樣性的現狀生物多樣性的豐富程度：世界上的物種估計有5029生物多樣性喪失的原因引起生物多樣性喪失的主要原因有：棲息地喪失和片斷化；掠奪式的過度利用；環境污染；工業化的農業和林業；外來種的引入；全球氣候變化。8/18/2023生物多樣性喪失的原因引起生物多樣性喪失的主要原因有：8/5/30生物多樣性的保育對策保護公約和立法建立自然保護區和國家公園遷地保護種子庫和基因資源庫退化生態系統的恢復生物多樣性的監測8/18/2023生物多樣性的保育對策保護公約和立法8/5/202331保護公約國際生物多樣性保護公約：1992年6月在巴西首都里約熱內盧召開了地球最高級會議，聯合國環境與發展大會，通過了國際生物多樣性公約，確立了生物多樣性保護的重要地位，152個國家在公約上簽字。5月22日世界生物多樣性日。保育對策應該包括全球、國家、地區和地方的一系列不同層次。國際級對策保護全球受威脅生態系統，由IUCN(InternationalUnionforConservationofNature)牽頭。成功的措施是瀕危野生動植物物種國際貿易公約（CITES）以及南極協議（AntarcticTreaty,1992）。國家級對策由政府組織安排和通過立法執行，如保護區的建立。8/18/2023保護公約國際生物多樣性保護公約：1992年6月在巴西首都里約32生物資源管理有益生物種群的產量有害生物的防治與管理8/18/2023生物資源管理有益生物種群的產量8/5/202333有益生物種群的產量最大持續產量原理：dN/dt=rN(K-N)K當N＝K／2時，dN/dt最大，d(K/2)/dt=rK/4Graham(1935)認為：在漁業生產中，dN/dt可以看成是可供捕撈而不影響資源種群大小的“剩余生產”。要使種群維持最大的產量（MSY），就應該使資源種群保持在N＝K／2的水平。此時,MSY＝rK/4。最大持續生產量在生產實踐具有重要的意義

8/18/2023有益生物種群的產量最大持續產量原理：8/5/202334最大持續產量原理K／2K／2BAbaNKNdN／dtMSYMSYdN／dt●●●●NMSY●●●●8/18/2023最大持續產量原理K／2K／2BAbaNKNdN／dtMSYM35最大持續生產量的生產實踐意義假如一個未受人類利用的資源種群數量是穩定的，那么在按最大持續產量的策略進行捕獵前，首先要將種群的數量降低，降低以后才能使種群增長率提高，才能有持續產量；種群數量降低到每一水平，都有一個相應的持續產量，這個持續產量等于該數量水平（N）下的增加量dN/dt;每一個持續產量都有相應的兩個種群數量能提供這個持續產量；只有在一個種群數量水平下，才能有最大持續產量，理論上講，這個數量是N=K/2水平；按邏輯斯諦增長數學模型的原理，最大持續產量MYS=rK/4,而能提供最大持續產量的種群數量NMYS＝K／2。8/18/2023最大持續生產量的生產實踐意義假如一個未受人類利用的資源種群數36有害生物的防治與管理有害生物(pest)：與人類競爭食物或遮蔽所、傳播病原體、以人類為食或用不同的方法威脅人類健康、舒適或安寧的生物。防治的原理：防治有害生物的過程往往成為一個獵取“持續產量”的過程，因此，如果每年去除一個“最大待續產量”，那么既不能將危害動物種群消來掉，也不能把它的數量壓到K／2的水平以下，所以，只有當每年的去除數量大于“最大持續產量”，才能使種群趨向滅亡。防治目標：降低有害生物到某一水平，在這個水平上進一步降低是無利可圖的。防治類型：化學防治、生物防治、基因防治、物理防治、綜合防治。8/18/2023有害生物的防治與管理有害生物(pest)：與人類競爭食物或遮37有害生物防治的利益和代價模型成本或價值有害生物密度防治成本作物價值防治利益8/18/2023有害生物防治的利益和代價模型成有害生物密度防治成本作物價值防38人口管理人口增長模型人口控制對策和人口問題8/18/2023人口管理人口增長模型8/5/202339人口增長模型馬爾薩斯的人口理論Hale-Malthus增長典線人口預測8/18/2023人口增長模型馬爾薩斯的人口理論8/5/202340馬爾薩斯的人口理論1824年，馬爾薩斯認為，假如植物或動物不受營養不良、饑荒或疾病等自然力（環境阻力）的限制，它們則能充分地利用其生物潛能，而以不可想象的速度進行繁殖增長。而這一點上人類與植物或動物將無任何區別。人口將按幾何級數方式增長，而生活資料的生產將按算術方式增長。因此，倘若人類不能自動限制其繁殖力的話，則將由外界以饑餓和戰爭來實現這種限制。生物學家同意該理論的前半部分。8/18/2023馬爾薩斯的人口理論1824年，馬爾薩斯認為，假如植物或動物不41Hale-Malthus增長曲線Hale1677年就指出人口增加有呈幾何增長的趨勢Verhurst1838年假設環境因素數量為一定時，種群在無限空間中世代連續的增長可成立一個方程式，dN/dt=rN（Malthusianeqation）,那么，Nt=N0ert

,增長典線呈“J”型，稱Hale-Malthus增長典線。8/18/2023Hale-Malthus增長曲線Hale1677年就指出人42人口預測人口加倍所需的時間

Nt=N0ert→Nt／N0=ert，Nt／N0＝2→ert＝2→t=ln2/r,我國1949－1978年的人口增長率為19.5%,t≌35年，即我國解放后人口加倍的時間為35年。世界人口加倍的時間是34.7年，2010年世界人口將達到80億。8/18/2023人口預測人口加倍所需的時間8/5/202343人口控制對策和人口問題人口的控制對策：計劃生育。由Nt=N0ert可知，實行晚婚晚育，減少育齡婦女的生育次數。人口增長帶來的問題人口和經濟發展。由于糧食生產和人口分布不均勻，人口增長造成耕地、糧食等資源利用壓力增加。人口的老齡化。人口中，60歲以上的人占10％，65歲以上人口占7％以上即為老齡型人口。我國控制人口增長中的兩個重要問題：控制人口決策提高人口素質8/18/2023人口控制對策和人口問題人口的控制對策：計劃生育。由Nt=N044三、生態環境規劃與管理可持續發展環境規劃生態規劃生態環境治理8/18/2023三、生態環境規劃與管理可持續發展8/5/202345可持續發展可持續發展(sustainabledevelopment)：既能滿足當代的需求，又不對后代人滿足其需求的能力構成危害的發展。8/18/2023可持續發展可持續發展(sustainabledevelop46環境規劃環境規劃也稱環境保護規劃，強調規劃區域內大氣水體、噪聲及固廢等環境質量的監測、評價和調控管理。8/18/2023環境規劃環境規劃也稱環境保護規劃，強調規劃區域內大氣水體、噪47生態規劃生態規劃的概念生態規劃的原則生態規劃的內容生態規劃的步驟8/18/2023生態規劃生態規劃的概念8/5/202348生態規劃的概念生態規劃：強調運用生態系統整體優化觀點，對規劃區域內城鄉生態系統的人工生態因子（如土地利用狀況、產業布局狀況、環境污染狀況、人口密度和分布以及建筑、橋梁、道路、城市管線基礎設施分布等）和自然生態因子（氣候、水系、地形地貌、生物多樣性、資源狀況等）的動態變化過程和相互作用特征都應給予相當的重視，研究物質循環和能量流動的途徑，進而提出資源合理開發利用，環境保護和生態建設的規劃對策。其目的在于區域與城市生態系統的良性循環，保持人與自然、人與環境關系的持續共生，協調發展，追求社會的文明、經濟的高效和生態環境的和諧。8/18/2023生態規劃的概念生態規劃：強調運用生態系統整體優化觀點，對規劃49生態規劃的原則整體優化原則趨適開拓原則協調共生原則區域分異原則生態平衡原則高效和諧原則可待續發展原則8/18/2023生態規劃的原則整體優化原則8/5/202350生態規劃的內容生態要素的調查與評價環境容量和生態適宜度分析評價指標體系的建立及規劃目標的研究生態功能區劃與土地利用布局環境保護規劃人口適宜容量規劃產業結構與布局調整規劃園林綠地系統規劃資源利用與保護規劃生態規劃管理對策8/18/2023生態規劃的內容生態要素的調查與評價8/5/202351生態規劃的步驟－－國外生態規劃的技術路線資源管理生態規劃(F.Steiner,1960’s):①確定規劃目標→②資源數據清單和分析→③區域適宜度