第2章 主要生态学方法与理论3.doc

第二章主要生态学方法与理论一、生态学的研究方法1、野外与现场调查研究是生态学的基本研究方法，对自然现象进行搜集、描述和记载的一种方法。考察方法：生物学、化学、物理学、地理学；现代化的调查工具和技术，如飞机、人造卫星、无线电追踪、遥感、遥测等。优点：直接观察，获得自然状态下的资料。缺点：不易重复。2、实验研究 实验室分析 除进行生物学、生理学、毒理学研究外，结合化学、物理学方法，尤其是分析化学、仪器分析、放射性同位素测定方法进行分析研究。 模拟实验 原地实验：在自然或半自然条件下通过某些措施，获得某些因素变化对生物的影响，如，在田间通过接种昆虫，以观察昆虫出生后生态的变化等。 人工控制实验：在受控条件下研究各环境因子对生物的作用，如用人控气候箱研究不同温度对昆虫发育和死亡的影响。优点：条件控制严格，对结果的分析比较可靠，重复性强，是分析因果关系的一种有用的补充手段。 缺点：实验条件往往与野外自然状态下的条件有区别。 模型与模拟研究优点：高度抽象，可研究真实情况下不能解决的问题缺点：与客观实际距离甚远，若应用不当，易产生错误。 生态网络与长期研究应用技术：遥感、地理信息科学及计算机等。优点：可长期关注某一生态系统的变化情况。缺点：持续时间长，耗资巨大，受人为因素影响较大。3、生态学的研究方法可以划分为对环境的研究方法和对生物的研究方法两部分。（1）对环境的研究 测定环境因子： 测定环境温度、湿度、气压、气流、空气的化学成分等，与气象学、气候学使用的仪器和方法相同。 测定水域温度、溶氧、透明度，营养物质含量、水流压力等，与水文学、海洋学、湖沼学使用的仪器设备和测定方法相同。 测定土壤结构与理化性质，与土壤学、自然地理学使用的测定方法相同。 测定重金属、农药、放射性污染等，使用现代理化分析技术、放射性同位素测定技术等。 控制环境因子 设定恒温、恒湿、温梯、湿梯，模拟自然、温度的昼夜节律等人工环境。 建设模拟实验室、受控、生态。（2）对生物调查研究 鉴定动物和植物名称的分类技术 分类学是生态学的基础。生态学工作者至少应对自己工作地区内的有关物种、自己的研究对象及其临近种十分熟悉。 数量统计 具体的数量调查方法，可因生物种类、栖息环境、甚至出现的季节不同而异。 出生率、死亡率、食性、昼夜节律、行为等各种生态特征的观察和实验方法。 直接描述生物群落的外貌、季相等综合特征。 样方法分析群落的结构、种类组成、种间关联及其它数量特征：如物种多样性及其指数的研究，生态位的宽度及重叠研究等。 长期定位观测群落的季节动态、年变化和演替类型。 除进行取样以外，还大量应用数学方法进行生物群落分类、排序和梯度分析。二、生态学的基本原理 系统性原理 生态学中不同层次的研究对象都是生命系统，都具有系统的特征，每一个层次的系统都可以分成不同的子系统来加以研究或理解。如在群落层次，生命系统可以分成生产者、消费者和分解者，环境系统可以分成能源系统、气候系统、土壤系统等。 稳定性原理 在一定程度上，每一个层次的生命系统都是稳定的，可以用相关的指标来衡量其稳定性。如在群落层次，稳定的群落内物种多样性丰富，群落小气候稳定，群落的自我调节能力强。 多样性原理 生命系统的每一个层次都是丰富多彩、参差不齐的，这就意味着多样性。如地球上有多种多样的景观、生物群落等，一个种群的各个个体也都是不一样的，一个个体的不同构件或不同细胞、组织也都不完全一样，多样性的生命系统是人类生存的基础。多样性程度的高低可以用多样性指数等来衡量。（3）生态系统的研究 生产力的研究 对消费者生产力的估计：一方面应用生理学方法测定动物的消化率、同化率、摄食量、代谢率等生理参数，同时测定动物粪便和身体的热值。另一方面，取得种群数量或生物量、出生率、增长率等生态学参数，然后根据特定的数学模型来估计出生产力指标。 对生产者生产力的估计：收割法测定生物量、放射性同位素测定法、二氧化碳同化法、叶绿素测定法等。 物流研究 一是同位素标志追踪，观察它们在各亚系统中间的运行渠道，各层次的利用量和积累率以及在整个生态系统中的循环规律。例如在河湖淡水生态系统中所进行的C、N、P等元素的循环研究。 二是模拟技术或叫数学模型技术。 模型：模拟真实世界某种现象的公式，通过它可以进行预测。 中国生态系统研究网络简介 中国生态系统研究网络（Chinese Ecosystem Research Network，CERN） 为了监测中国生态环境变化，综合研究中国资源和生态环境方面的重大问题，发展资源科学、环境科学和生态学，于1988年开始组建成立的。目前，该研究网络由13个农田生态系统试验站、9个森林生态系统试验站、2个草地生态系统试验站、6个沙漠生态系统试验站、1个沼泽生态系统试验站、2个湖泊生态系统试验站、3个海洋生态系统试验站，以及水分、土壤、大气、生物、水域生态系统5个学科分中心和1个综合研究中心所组成。 耐受性原理 个体以至地球都有其耐受性，在耐受范围内有最适点、较适范围，超过其耐受范围，系统都将崩溃。通过耐受性的研究，可以为生态系统管理服务，可以指导农、林业等多方面的生产。 动态性原理 变化是永恒的，任何生命系统都有从开始到顶峰到消亡的一个过程，在个体表现为生老病死，在种群表现为不同的增长、波动与崩溃过程，群落也有它的造成和发展，像一个人一样，有婴儿期、幼儿期、成年期和老年期。一片裸地，可能是洪水泛滥或新淤积成的湖滩；可能是火山爆发或极端的严寒所造成。在自然的情况下，最初是没有植物生长的裸地，以后逐步经过植物的迁移、定居和团聚等而发展成为一个植物群落。 反馈原理 各级生命系统与其周边的生命系统或环境系统是密切相关、协同变化的，都存在作用与反作用，并引起自身的加速或相反的变化。如在草原上过量放牧将导致草场的退化，草场的退化反过来作用于载畜量 。 弹性原理 也称为中度扰动原理，与稳定性原理、耐受性原理有点接近，表示外界中度的干扰，可以刺激生态系统的应急机制，在个体水平为锻炼，在种群水平为生态对策，在群落水平表现为生物多样性的增加。而当干扰过于强烈时，系统将因无法恢复而崩溃。 滞后性原理 生态学中的许多变化过程不一定都会马上表现出来，而是在一段时间的“时滞”之后表现出来，如大部分生物种群的增长，受到生育年龄的影响，一只蝗虫或蟑螂经过生育可能增长为几千、几百只，一株杂草开花、结果以后可能增长为几千、几万株杂草。 转换性原理 一些生态学的对象看似消失，然而却不知不觉地进行了转换，如森林砍伐消失以后，其影响至少表现在生物多样性的减少，水土流失、区域气候的变化等方面。 尺度原理 同一类生态系统可能有着悬殊的大小差别，如巨杉高达100米，而其脚下的其他植物则可以忽略不计。因此，理解地球必须放眼全球，理解热带雨林应该在100米尺度，而理解草甸可以在10米的尺度，理解地衣群落可以在0.1m的尺度；也因此，各级生态系统可能相套，如在一个森林群落中，还套着许多小的蚂蚁群落等。某个动物是个体，而在其体内却有杆菌群落等。思考题一、名词解释生态学（Ecology）二、问答题1.