《生态系统的变迁》课件

生态系统的变迁地球生态系统正面临着前所未有的挑战与变化人类活动对生态系统产生了深远影响，从森林砍伐到海洋污染，从气候变化到生物多样性丧失本课程将深入探讨生态系统的基础知识、历史变迁过程、当前面临的挑战以及未来的保护和恢复策略课程概述1生态系统基础知识2全球生态系统的历史变迁深入了解生态系统的概念、结构、功能和类型，建立扎实回顾地球亿年生态系统演化历程，把握生态变迁的自46的理论基础然规律3当前变化趋势和关键驱动因素未来发展预测和保护措施分析人类世背景下生态系统的变化特征及其主要影响因素第一部分生态系统基础知识核心概念系统思维多尺度视角生态系统作为地球生命支撑系统的基运用系统论方法，理解生态系统各组从分子到全球尺度，全面认识生态系本单元，是理解环境变化的关键分之间的复杂相互作用关系统的层次性和复杂性特征生态系统的概念基本定义系统特征生态系统是在一定自然区域内，所有生物及其生活的环境共同构生态系统具有整体性特征，各组成部分紧密联系，形成有机统一成的统一整体它包括生物群落和非生物环境两大组成部分体同时具有系统性，各部分相互作用、相互影响作为开放系统，生态系统与外界环境进行物质和能量交换，维持这个概念最早由英国生态学家坦斯利在年提出，强调了生动态平衡状态1935物与环境之间的相互作用和相互依存关系生态系统的结构分解者实现物质循环的关键环节1消费者2能量传递的中间载体生产者3生态系统的能量基础非生物环境4提供物质和能量来源生产者绿色植物光合细菌化能合成细菌通过光合作用将太阳能在无氧环境中进行光合利用化学能合成有机转化为化学能，是生态作用，在早期地球生态物，在极端环境中维持系统中最重要的生产者系统中发挥重要作用生态系统功能类型消费者初级消费者以植物为食的草食动物，如兔子、鹿、牛等它们直接从生产者获取能量，在食物链中占据第二营养级这些动物通常具有适合消化植物纤维的消化系统次级消费者以初级消费者为食的肉食动物，如狼、狮子、鹰等它们通过捕食草食动物获取能量，在维持生态平衡方面发挥重要作用高级消费者位于食物链顶端的大型肉食动物，包括人类它们对生态系统的控制作用显著，其数量变化会对整个生态系统产生深远影响分解者细菌的分解活动60%•分解蛋白质真菌•氮素循环的分解活动25%•分解木质纤维素土壤动物•形成菌丝网络的分解活动15%机械破碎•加速分解•生态系统的功能物质循环碳、氮、磷等元素的循环能量流动单向流动，逐级递减信息传递种间和环境信号交流自我调节稳态维持和平衡恢复生态系统的类型自然生态系统森林、草原、湿地、海洋、河流等天然形成的生态系统，具有完整的结构和功能人工生态系统农田、城市、水库等人类创造和管理的生态系统，结构相对简单极端生态系统极地、沙漠、深海等环境条件极端的生态系统，生物适应性强微型生态系统水族箱、生物圈实验等小尺度的人工控制生态系统森林生态系统生物多样性中心绿色水库地球之肺热带雨林虽然仅占地球陆地面积的森林具有强大的涵养水源功能，能通过光合作用吸收大量二氧化碳，，却拥有全球以上的物够调节地表径流，减少洪涝灾害，释放氧气，对全球气候调节和碳循7%50%种，是地球生物多样性的宝库维护水文循环稳定环具有重要意义湿地生态系统草原生态系统环境特征生态功能草原生态系统分布在降雨量适中的地区，年降水量通常在草原具有重要的水土保持功能，发达的根系网络能够有效固定土250-毫米之间植被以草本植物为主，乔木稀少壤，防止水土流失750土壤肥沃，有机质含量高，是重要的农业资源季节性变化明作为重要的碳库，草原土壤储存了大量的有机碳同时是畜牧业显，干湿季分明发展的重要基础海洋生态系统71%地球表面覆盖海洋是地球上最大的生态系统97%地球水资源海洋含有地球上绝大部分的水50%氧气产生海洋浮游植物产生全球一半氧气3B依赖人口全球亿人依赖海洋为生30农田生态系统播种期生长期选择适宜品种，施用基肥田间管理，病虫害防治2休耕期收获期土地休息，土壤恢复肥力适时收获，保证产量质量城市生态系统基础设施建筑、道路、公用设施构成城市骨架绿色空间公园、绿地提供生态服务功能人类活动居住、工作、文化交流的主要场所第二部分生态系统的历史变迁时间尺度从地质时代到人类历史，跨越亿年的演化历程46生命演化从单细胞生物到复杂生物群落的进化过程环境变迁气候变化、地质活动对生态系统的深刻影响地质历史中的生态系统变迁地球形成生命大爆发亿年前，地球诞生，表面炽热，无生命存在亿年前，寒武纪生物多样性急剧增加

465.41234生命起源大灭绝事件亿年前，最早的原核生物在海洋中出现亿年前，二叠纪末发生最严重的生物大灭绝

382.5古生代生态系统寒武纪生命大爆发植物登陆鱼类繁盛距今亿年前，海洋中出现了大量具有硬奥陶纪晚期，最早的陆生植物出现，逐渐泥盆纪被称为鱼类时代，各种鱼类在海

5.4壳的无脊椎动物，标志着复杂生物的快速形成原始森林这一事件彻底改变了陆地洋和淡水环境中繁衍生息最早的两栖动演化三叶虫、腕足动物等成为海洋生态环境，为动物登陆创造了条件，开启了陆物也在此时出现，生物开始向陆地生态系系统的主要成员地生态系统的新纪元统扩张中生代生态系统恐龙统治时代被子植物革命从三叠纪到白垩纪，恐龙成为陆白垩纪时期，被子植物迅速发展地生态系统的主导者大型植食并占据主导地位这一变化促进性恐龙和肉食性恐龙构成了复杂了昆虫的多样化，形成了植物-的食物网，形成了地球历史上独昆虫协同进化的重要阶段特的生态格局温室气候中生代整体气候温暖潮湿，海平面较高，极地无冰川这种温室效应明显的气候条件为生物繁衍提供了有利环境新生代生态系统全新世生态系统变迁农业革命生态影响约万年前，人类开始驯化植物和动物，发展农业文明这一转森林被大面积砍伐用于农业种植，许多大型动物因栖息地丧失而1变从根本上改变了人与自然的关系灭绝人类活动开始在局部地区产生显著的生态影响农业的兴起使人类能够定居并支撑更大的人口，但同时也开始了随着文明的发展，人类对自然资源的利用强度不断增加，生态系对自然生态系统的大规模改造统面临越来越大的压力第三部分当代生态系统变化趋势加速变化当前生态系统变化速度远超自然演化速度全球影响人类活动已对全球所有生态系统产生影响临界状态多个生态系统接近或已超过生态临界点现代生态系统变迁概述预警信号生物多样性急剧丧失主导因素人类活动成为主要驱动力全球尺度影响范围覆盖全球各个角落前所未有变化速度超越自然背景人类世的提出地质标志起始争议主导地位放射性核素、塑料微粒、混凝土等科学界对人类世的起始时间存在不人类活动已成为影响地球系统变化人造物质在地质记录中广泛分布，同观点，主要有工业革命说和的主导因素，超越了自然过程的影20成为新地质时代的明确标志世纪中叶说两种主流观点响力森林生态系统的变迁草原生态系统的变迁40%转化为农田全球草原已转变为农业用地90%退化程度温带草原受到不同程度退化万5沙漠化面积每年新增沙漠化土地平方公里25%载畜量下降过度放牧导致草原承载力降低湿地生态系统的变迁原始状态人为干扰丰富的生物多样性和完整的水文循环填埋开发、水污染、过度利用生态后果功能退化洪涝灾害增加、水质恶化净化能力下降、生物栖息地丧失海洋生态系统的变迁珊瑚礁危机渔业资源枯竭全球约的珊瑚礁已消失或严重退化，主要原因包括海水升约的商业鱼类种群已被过度捕捞，传统渔场资源严重衰50%33%温、海洋酸化和污染珊瑚白化现象频发，影响海洋生物多样退大型鱼类种群数量下降以上90%性海洋塑料污染加剧，每年约万吨塑料进入海洋，对海洋生800大堡礁等世界著名珊瑚礁系统面临前所未有的威胁，生态系统服物造成严重威胁务功能急剧下降农田生态系统的变化面积扩张过去年全球农田面积增加倍3005集约化发展化肥使用量增加倍，农药使用普遍10基因改造3转基因作物面积达到亿公顷

1.9多样性丧失农业生物多样性下降70%城市生态系统的扩张人口城市化从年的亿增长到现今的亿城市人口，城市化进程不断加速

19507.542空间扩张城市面积每天新增约平方公里，占用大量优质农田和自然栖息地200资源消耗占全球能源消耗的和水资源的，资源消耗强度远超农村地区75%60%生态足迹影响范围扩展到远超城市面积的广大区域，形成巨大的生态足迹第四部分生态系统变迁的驱动因素直接驱动因素间接驱动因素反馈机制气候变化、土地利用变化、污染、生人口增长、经济发展、技术进步、政生态系统变化对人类社会的反作用，物入侵、资源过度开发等直接影响生策制度等影响人类行为的深层因素形成复杂的人自然耦合系统-态系统的因素气候变化的影响全球变暖极端天气物候变化物种迁移过去年平均气温升高干旱、洪水、热浪等极端植物开花时间提前，动物生物分布向高纬度、高海100约°，极地地区升温更天气事件频率和强度显著迁徙模式改变，生物节律拔地区迁移，改变生态群1C为明显增加紊乱落结构土地利用变化污染物输入大气污染工业排放和交通尾气导致空气质量下降，酸雨、雾霾等问题严重温室气体浓度持续上升，加剧全球气候变化等颗粒物污染威胁人类PM

2.5健康和生态系统稳定水体污染化学品、重金属、农药等污染物进入水体，破坏水生生态系统富营养化导致水华爆发，影响水质和生物多样性地下水污染问题日益严重土壤污染全球约的耕地受到不同程度污染，影响农业生产和食品安25%全重金属、持久性有机污染物等在土壤中积累，威胁生态系统健康生物入侵国际贸易交通运输人为引种货物运输携带外来物快速的交通网络加速了观赏植物、宠物贸易等种，通过港口和机场传物种的长距离传播和扩有意引入的外来物种逃播到新环境散逸到野外经济损失全球每年因生物入侵造成约万亿美元的经

1.4济损失资源过度开发海洋资源陆地资源全球的大型鱼类种群已被耗竭，过度捕捞导致海洋食物链原始森林以每年的速度减少，许多珍贵木材资源面临枯90%

0.5%结构发生根本性改变竭全球的地下水被过度开采17%底拖网捕捞等破坏性捕捞方式严重损害海底生态系统，恢复需要矿产资源开采破坏生态系统，造成土壤侵蚀、水体污染和生物栖数十年时间息地丧失生产和消费模式3X资源消耗增长年以来全球资源消耗量增长197020B固体废物全球每年产生的固体废物吨80%化石燃料占比全球能源消费中化石燃料比例80%资源消费不均人口消费的全球资源比例20%第五部分生态系统变迁的后果生物灭绝物种灭绝速度加速服务退化生态系统服务功能下降反馈效应正反馈加剧系统不稳定社会影响人类福祉受到威胁生物多样性丧失生态系统服务退化供给服务调节服务的服务下降的服务退化30%45%•食物产量波动•气候调节功能弱化•淡水资源减少•洪水调控能力下降•药用植物消失病虫害控制失效•文化服务支持服务的服务丧失的服务受损40%25%•景观美学价值降低•养分循环中断•文化认同感缺失•土壤形成减缓•教育价值减少•生产力下降反馈与临界点正反馈机制北极冰雪融化降低地表反照率，导致更多太阳辐射被吸收，进一步加速升温过程生态临界点亚马逊雨林、格陵兰冰盖、西南极冰盖等关键系统接近或已跨越临界阈值不可逆转性某些生态系统一旦崩溃，其恢复时间可能需要数千年甚至无法恢复连锁反应一个系统的崩溃可能触发其他系统的连锁反应，形成系统性生态危机人类社会影响生存威胁社会稳定粮食安全受到威胁，作物产量因气候变化和土地退化而波动加生态难民数量增加，环境退化迫使数百万人离开家园资源冲突剧全球约亿人面临饥饿风险加剧，特别是水资源和可耕地争夺8淡水资源短缺影响亿人口的日常生活，水质恶化导致水媒疾健康风险增加，空气污染相关疾病上升，传染病传播范围扩大，20病传播极端天气事件造成更多伤亡第六部分生态系统保护与恢复全球治理国际合作与政策协调保护策略建立保护地网络体系生态恢复修复退化生态系统可持续利用实现人与自然和谐共生全球环境治理1生物多样性公约年签署，保护生物多样性、可持续利用及公平分享遗传1992资源利益2气候变化框架公约年生效，应对全球气候变化，减少温室气体排放19923可持续发展目标年通过，个目标中多个与生态系统保护直接相关2015174巴黎协定年签署，将全球升温控制在°以内的雄心目标

20151.5C生态系统保护策略保护地网络就地保护建立包括自然保护区、国家公园、世界自然遗产在内的综在自然栖息地保护物种和生态系统，维护生态过程的完整合保护地体系，覆盖代表性生态系统性和自然性迁地保护社区参与通过种子库、基因库、动物园、植物园等设施保存珍稀濒重视原住民和本地社区的传统生态知识，促进社区参与保危物种护行动生态系统恢复实践森林恢复全球每年约万公顷的造林和再造林活动正在进行中国的退耕还林工程、巴西的大西洋森林恢复计划等大型项目展现了森林恢复的巨大潜力2000湿地恢复通过恢复水文条件、重建植被群落、控制污染源等措施，使退化湿地重新发挥生态功能荷兰的湿地恢复经验为全球提供了宝贵借鉴草原恢复减少放牧压力、重建原生植被、改良土壤结构，恢复草原生态系统的健康内蒙古草原恢复项目取得了显著成效可持续利用模式可持续农业可持续林业有机农业、保护性耕作、农林复合系统选择性采伐、森林认证、社区林业确保等模式实现生产与保护双赢森林资源永续利用生态旅游可持续渔业在保护自然环境的前提下发展旅游业，基于科学的捕捞配额、海洋保护区建设实现保护与发展结合维护渔业资源技术创新与应用监测技术修复技术清洁能源遥感技术、环微生物修复、太阳能、风境分析、植物修复、生能、生物质能DNA物联网传感器物炭应用等创源等可再生能等先进技术提新技术加速生源技术减少碳升生态监测能态系统恢复排放力循环经济废弃物资源化利用、产业共生模式实现资源高效循环结语共建生态文明共同责任自然和谐生态系统保护是全人类的共同责尊重自然、顺应自然、保护自任，需要各国政府、企业、公民然，建立人与自然和谐共生的现社会携手合作，共同应对全球生代化发展模式，实现经济发展与态挑战，构建人类命运共同体环境保护的统一美丽家园为子孙后代留下天蓝、地绿、水清的美丽家园，传承人类文明的生态基础，确保地球生命支撑系统的永续存在。