环境生态学第一讲

环 境 生 态 学蔡燕飞 讲授办公地点：资环楼 926 .c短号 67941教材：环境生态学 .卢升高 ,吕军 .浙江大学出版社 .2002.参考书：环境生态学导论 .盛连喜 ,冯江 ,王娓，高等教育出版社. 2002.环境生态学 .金岚 .高等教育出版社 .2001.课程考核方法 出勤 （ 10） 课堂表现 （ 10） 实验 （ 20） 考试 （ 60）第一章 绪论第一节 生态学概述一、生态学的定义“Ecology” 来自希腊文 “Oikos”(住所 ,栖息地 )和 “Logos”(学问，研究 )，亦即生态学在创建之初就表达为研究生物有机体与其栖息场所之间相互关系的科学。生态学（ Ecology）是研究生物与其环境之间相互关系的科学。上述生态学的定义是德国生物学家赫克尔（ Haeckel,1866）首次提出的。这是生态学至今最为全面的定义。这里的 “生物 ” 包括植物、动物、微生物和人类， 这里的 “环境 ”包括环境中的物理、化学、生物和人类活动等因素。这里的 “相互关系 ”包括物理、化学、生物的关系。随着生态学的发展，一些生态学家认为上述定义过于广泛而提出了自己的看法。主要有： 生态学是研究生物（包括动物和植物）怎样生活和它们为什么按照自己的生活方式生活的科学。 科学的自然史 -英国生态学家 -埃尔顿 (Charles Elton, 1927)。 生态学是研究生物的形态、生理和行为上的适应性的科学 前苏联 -克什卡洛夫（ ， 1945）。 生态学是研究有机体的分布和多度的科学 澳大利亚 -安德列沃斯（ Andrewartha, 1954）。 生态学是研究决定有机体的分布与多度的相互作用的科学 -加拿大克雷伯斯（ Krebs, 1972, 1978, 1985） . 生态学是研究生态系统的结构与功能的科学 美国 -奥德姆（Odum, E., 1959, 1971）。（生态学基础 Fundamentals of Ecology, 1971）。 生态学是研究生命系统和环境系统相互关系的科学 中国 -马世骏。二、 生态学的形成和发展（ 1） 生态学的萌芽时期 （公元 16世纪以前）以古代思想家、农学家对生物环境相互关系的朴素的整体观为特点在我国：公元前 1200年 尔雅 一书；公元前 200年 管子 “地员篇 ”；公元前 100年前后，农历确立了 24节气，同时 禽经 一书（鸟类生态）问世； 本草纲目 西方： 上帝创造一切（圣经） 18世纪初，机械的自然观； 田园主义观点： 简单与和谐的生活； 帝国传统：通过理性实践和艰苦的劳动建立人对自然的统治。达尔文对生态学的贡献 物种起源 1、 物种演变和共同起源2、 生物斗争和自然选择3、 适应是自然选择的产物C. Darwin(1809-1882)英作为自然博物学者参加了 “贝格尔号 ”五年(1831-1836)的环球航行加拉帕戈斯群岛达尔文对生态学的贡献 南美洲厄瓜多尔以西约一千公里的加拉帕戈斯群岛看到有 13种莺雀 在外表、分布、吃食习惯都和大陆上的近缘种不同。他写到： “从这个群岛上本来就不多的鸟中，一个物种早就被选来并加以改善去用做不同的目的了。 ”岛上还有巨大的陆生龟和海洋蜥蜴，本来肉食性的龟和仅吃海草的蜥蜴，在这里却以陆地植物（如仙人掌）为食物，起着其他地方草食动物的相同功能。 达尔文对生态学的贡献社会基础对学术思想的影响： 恩格斯和马克思 也在当时研究了这个社会，恩格斯写到伦敦时描述这个 “社会分裂成为个体，每个人都由自己的原则引导，每个人都在追求他自己的目标。这种情况在伦敦已被推到了最大的极限。在这里，人类社会事实上已经被分解成为它的各个原子。 ” 都市环境中存在的是 “一切反对一切的战争 ”。 这个时候 托马斯 马尔萨斯的 人口论 出版了。书中的基本理论是关于食物按算术级数增长，但是人口按几何级数增长，其结果是引起人类的饥荒、战争和动乱等竞争现象。 达尔文对生态学的贡献 1938年达尔文阅读后受到很大启发。这样达尔文关于生物进化的竞争机制和自然淘汰机制的构思已经成熟。 1844年写出了大纲， 1859年出版 物种起源 。他的生态学思想： 自然界组织了一个关系复杂的网络，没有任何生物可以脱离这个网络，每个生物都被组织在一定的位置上，履行一定的功能（职能）。这些位置不是永久的，生物个体之间进行着生存斗争，并且在提高生物的自然资源利用效率的方向发展。 达尔文对生态学的贡献进化是自然选择的产物 自然界是 “一个复杂的关系网 ”没有一种个体或物种能够独立地生活在这个网络外 自然界必须有使万物位置适合的组织（功能“生态位 ” ） 所有有机体都在努力获取自然经济体系中的每一个位置，竞争结果使资源效率提高 “一种最微不足道的变异也常常会使一种有机体战胜另一种 ”：新物种的产生途径（ 1）优者替代劣者 （ 2） 入住空位 （如加拉柏戈斯群岛）达尔文对生态学的贡献 “趋异 ”原则 ：差异、个性、变化使越来越多的生物种类可以在同一地区被养活下来（生态位分化）竞争不是自然界唯一的规律。 时代的局限 ：保密 20年，直到华莱士已经接近得到同样结论时（ 1859），他才发表 物种起源 ，从而进入接受公众检阅的角斗场。华莱士（ 1823 1913）达尔文（ 1809 1882）（ 2） 生态学的建立时期 （公元 17世纪至 19世纪）欧洲文艺复兴时期开始，欧洲科学探索活动再度兴起，崇尚科学调查与科学实验。一些生态学的理论开始形成。生态学达到一呼即出的境地。 1866年 Heackel 提出Ecology一词，并首次明确生态学的定义。1866 Haeckel（德国达尔文信徒） Oikos（ ECO） Oecologie 国际植物学大会 1893年按近代拼法改为 ecology Warming丹麦人 1895 植物生态学 ：趋同适应、生态型、互利共生、寄生、群落分类、生态演替过程 Tansley1913年英国生态学会成立的第一任主席，美国1915年成立生态学会，（中国 1980年成立生态学会） 美国芝加哥大学的亨利 .考克斯，从水边到陆地的植物系列，演替关系。 学生谢尔福德 ， 亚当斯 都是动物生态学权威 内布拉斯加大学的弗雷德里克 .克莱门茨 1916年 植物演替：植被发展的探讨 单顶极理论， 1939年与谢尔福德一起研究 生物生态学 （ 1941出版）（ 3） 生态学的巩固时期 （ 20世纪初至 20世纪 50年代）这一时期是生态学理论形成、生物种群和群落由定性向定量描述、生态学实验方法发展的辉煌时期。形成几个著名的生态学派（四大学派）。 北欧学派： 由瑞典乌普萨拉（ Uppsala）大学的 R. Sernauder创建。以注重群落分析为特点。 法瑞学派： 着重研究群落的静态，代表人为 J. Braun-Blanquet. 把植物群落生态学称为 “植物社会学 ”，用特征种和区别种划分群落类型，建立严密的植被等级分类系统。常被称为植被区系学派。 1953年后，与北欧学派合流，被称为西欧学派或大陆学派。 英美学派： 着重研究群落的动态，代表人为 F.E.Clements 和A.G.Transley, 以研究植物群落演替和创建顶极群落著名。 前苏联学派： 集中在生物地理群落方面，注重建群种和优势种，重视植被生态、植被地理与植被制图工作。 生态系统生态学阶段（ 1935-1962） Tansley是英国牛津教授 1926-1935发表大量文章批驳演替 -顶极理论，提出多顶极观点，可能有土壤影响的顶极，动物压力下的顶极，与火相关的顶极等。1935年， 第一次提出了生态系统 (ecosystem)的概念 .他把生物与其环境看作是一个动态整体1941年，美国科学家林德曼（ R.L.Lindeman） , 发表了 一个老年湖泊内的食物链动态 的论文。他用确切的研究数据揭示了在食物链顺序转移中生物量的数量关系。 1942年，他在另一篇文章中进一步证实了自然生态系统中能量与物质的流动在不同营养级之间的 定量关系。 1/10定律林德曼的老师是耶鲁大学的 Hachinson教授，观点：能量传递在高营养级更有效，呼吸消耗比例越高级别越大，生态演替早期过后生产效率急剧上升（如水体富养化）相对论、物质的不确定性原则、量子力学出现哈佛大学的惠勒研究群居的白蚁、蚂蚁自我克制和利他主义的生存竞争。H.T.Odum， E.P.Odum 1953年出版 生态学原理 ，父亲是区域社会学家。 E.P.Odum 是伊 利诺斯大学谢尔福特的研究生， H.T.Odum是耶鲁大学的 Hachinson教授的研究生（ 4） 现代生态学时期 （ 20世纪 60年代至今） 1962年，美国海洋生物学家卡逊（ R.Carson）写的 寂静的春天 （ 20世纪影响人类社会发展进程的最伟大的 10本书之一）用通俗的文笔，描述了一个受到人造化学品危害的悲惨世界。她的书是人类生态环境意识觉醒的标志。生态学开始被从 高楼深院中请出来，以解决社会生活中的生态问题。 1948年美国纽约，人们在毫无保护措施下喷洒 DDT。60年代美国飞机喷洒杀虫剂寂静的春天蕾切尔 卡逊前言一、明天的寓言 (10)二、忍耐的义务 (12)三、死神的特效药 (17)四、地表水和地下海 (28)五、土壤的王国 (35)六、地球的绿色斗篷 (40)七、不必要的大破坏 (51)八、再也没有鸟儿歌唱 (59)九、死亡的河流 (72)十、自天而降的灾难 (84)十一、超过了波尔基业家族的梦想(94)十二、人类的代价 (101)十三、通过一扇狭小的窗户 (107)十四、每四个中有一个 (116)十五、大自然在反抗 (128)十六、崩溃声隆隆 (137)十七、另外的道路 (144) （ 4） 现代生态学时期 （ 20世纪 60年代至今） 研究层次 上向宏观和微观两极发展：生态学的研究层次已囊括了分子、基因、个体直到整个生物圈。 研究手段 的更新：自计电子仪、同位素示踪、稳定性同位素、 “3S”（全球定位系统（ GPS）、遥感（ RS）与地理信息系统（ GIS）、生态建模，系统论引入生态学。 研究范围 的拓展：结合人类活动对生态过程的影响 , 从纯自然现象研究扩展到自然 -经济 -社会复合系统的研究。 三、 生态学的研究对象传统的生态学要在 有机体 （ Organism）、 种群 （ Population）、 群落 （ Community）和 生态系统 （ Ecosystem）水平上探索生命系统的奥秘。因此，生态学是以生物个体、种群、群落和生态系统甚至是 生物圈 （ Biosphere）作为它的研究对象。 种群 ：种群是在一定空间中同种个体的集合。种群具有空间、数量和遗传三个基本特征。种群是物种存在的基本单位。 群落 ：群落是在一定区域或一定生境里各个生物种群相互松散结合的一种结构单位。即群落是指同一生境中彼此影响着的多种生物种群的集合体。 生态系统 ：生物群落与其环境之间由于不断地进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体。 生物圈 ：是指地球上全部生物和一切适合生物栖息的场所，包括三个组成部分，即大气、水域 和陆地。因此，生态学按其研究的生命体的水平，按生态学研究的尺度可分为 : 个体生态学 autecology:主要研究生物的个体发育与环境的相互关系 种群生物学 population ecology:主要研究同种个体组