生态学是研究生物与环境相互关系的科学.doc

生态学是研究生物与环境相互关系的科学生态学的研究内容：1个体生态学以生物个体及其居住环境为研究对象；2种群生态学的主要研究内容是种群的特征及其增长的规律；3群落生态学以群落为研究对象，研究群落与环境间的相互关系，揭示群落中各个种群的关系，群落的组成、结构、分布、动态演替及群落的自我调节等；4生态系统生态学的研究内容是生态系统中的能量流动和物质循环的各个环节；5景观生态学是研究一定区域景观单元的类型组成、空间格局及其与生态学过程相互作用规律的生态学分支；6全球生态学是研究人类栖居的地球这个生命维持系统的基本性质、过程及人类可持续发展的高层次研究。生态学方法论：层次观、系统观、整体观、综合观、进化观生态学的研究方法：野外与现场调查、实验室分析、模拟试验、数学模型与计算机模拟、生态网络与综合分析什么是“系统”：系统是相互作用和相互依赖的若干组成部分，结合而成的具有一定结构的功能整体。系统的三要素：两个以上的组分；各组分相互联系，具有一定的结构；具有独立的、特定的功能系统的基本性质: 系统组分的整体性；系统结构的有序性；系统功能的整合特性；系统结构、功能的可控性系统分析：是在明确研究目的和研究边界的基础上，分析系统组成要素、层次结构及各组分相互影响的定量关系，建立系统的数学模型，并利用计算机对系统的结构优化，使系统具有功能整合作用的研究过程。过程：第1阶段：定性分析阶段包括明确问题及研究目标；划分系统边界、确定系统组分、分析系统层次；第2阶段：定量分析阶段在定性分析的基础上进行定量分析，主要是系统结构有序性分析，包括定量研究各组分之间的定量影响关系，建立系统数学模型；第3阶段：模型分析阶段是在系统组分及基本量化关系认识的基础上，确定系统模型的参数，进行模型的试验，分析系统要素的动态关系；第4阶段：系统结构优化阶段是通过模型分析，优化系统结构，实行系统调控，使系统具有系统功能整合特性，实现优化的系统功能。系统分析途径：黑、白、灰箱法生态系统是在一定时间、空间范围内，生物与生存环境，生物与生物之间密切联系、相互作用，通过能量流、物质流、信息传递构成的具有一定结构的功能整体。生物地理群落=生态系统生态系统的一般特征：生态系统的组成成分；生态系统的一般结构；生态系统的基本功能及过程；生态系统研究与一般系统的差异生态系统的组成成分：生产者消费者分解者生态系统组成分析举例水生植物、浮游植物生产者草鱼、鲢鱼、浮游动物 草食动物鳜鱼、乌鱼 肉食动物鲤鱼、鲫鱼 杂食动物消费者虾、蟹、螺 腐生动物鱼体内的寄生生物 寄生动物细菌和其它菌类 分解者光、温、水、泥、CO2、O2 无机环境生态系统的基本功能及过程：能量流动；物质循环；信息传递。生产者与有机物的合成过程；消费者与有机物的转化过程；分解者与有机物的分解过程。生态系统的特点：1具有生命成分2. 具有空间结构3. 具有时间变化4. 具有自动调控功能5.是开放系统生态系统研究与一般系统的差异：物理系统生态系统基础理论物理学生态学研究对象物体事体研究内容物质运动规律生物与环境关系思维方式因果链关系网核心力的作用信息的反馈组织关系数有限无穷维内部结构白箱（结构清楚）可观、可控（结构模糊）不可观、不可控参数可辨识可预测、可统计处理粗糙、不确定、不完全演替方向熵增、无序熵减、有序外部环境确定的多变的目标单目标或可调和为单目标多目标、相互冲突调控方式外部调控（中心式调控）自我调节（非中心式调控）研究方法硬方法软方法研究途径求解模型、优化过程探索对策、学习过程研究结果唯一或无解多种途径，但逐步逼近目标最终目的整治结构调理功能一般生态系统概述：1生物圈生态系统2. 水域生态系统3. 湿地生态系统4. 陆地生态系统5. 农业生态系统6. 城市生态系统生态系统的类型划分：1按环境性质分2按人类对生态系统的影响程度分3按生物成分4按生态系统开放程度划分5根据生态系统形成的原动力划分1、 水生生态系统 陆地生态系统 海洋生态系统 淡水生态系统 荒漠（热荒漠、冷荒漠）海岸带：岩石岸、沙岸 流水（河、沟、渠） 冰原浅海带：大陆架 急流 极地上涌带： 缓流 高山珊瑚礁： 静水（湖、水库、池） 草原：湿草原、干草原远洋带：远洋表层 滨岸带 稀树干草原远洋中层 表水层 温带针叶林远洋深层 深水层 热带雨林：雨林、季雨林远洋底层 无2、自然生态系统：凡是未受人类干扰和扶持，在一定的空间和时间范围内，依靠生物和环境本身的自我调节能力来维持相对稳定的生态系统。人工生态系统：按人类的需要，由人类设计制造建立起来，并受人类活动强烈干扰的生态系统。半自然生态系统：在自然生态系统的基础上，通过人工对生态系统进行调节管理，使其更好的为人类服务的生态系统。5、根据生态系统形成的原动力划分（1）太阳能供给的自然生态系统（2）有自然辅助能量的太阳供能生态系统（3）有人类辅助能量的太阳供能生态系统（4）燃料功能的城市-工业系统生物圈生态系统：生物圈也叫生态圈，它是由大气圈下层、水圈、土壤岩石圈以及活动于其中的生物组成。是地球表面最大的生态系统。海洋生态系统效应：（1）影响全球物质循环（2）为人类提供丰富的产品（3）对人类环境产生重大影响（调节大气水热运动、调节气候；调节大气CO2、O2平衡；净化环境）淡水生态系统：西藏纳木错（巴松湖）淡水生态系统的组成及类型流水水生系统（河流） 急流水水生生态系统 上游区，中游区，下游区 缓流水水生生态系统 同上净水水生生态系统 水底区 沿岸带68m划归湿地生态系统，亚沿岸带，深底带 水层区 沿岸区划分湿地生态系统，库心区 按生物群落栖息 水底区：沿岸区，亚沿岸带，深底带水库 状部划分 水层区：沿岸区，库心 按水流方向划分 上游区，中游区，下游区湿地生态系统湿地是介于陆地和水生环境之间的过渡带，并兼有两种生态系统的某些特性。1971年“湿地公约”定义：湿地系指不论其为天然或人工、长久或暂时的沼泽地、泥炭地或水域地带，带有或静止或流动，或淡水、半咸水或咸水水体者，包括低潮时水深不超过6m的水域。全世界共有湿地8.558106km2，占陆地总面积的6.4%（不包括滨海湿地），湿地与森林、海洋一起并列为全球三大生态系统类型。我国湿地大约有5.71107hm2。湿地与湖泊的效应（1）调节水循环，湿地可以容纳地下水和地表水，具有排洪、蓄洪功能（2）净化环境，湿地被成为“自然之肾”，在水分和化学物质循环作为自然和人类废弃源的接收器的功能（3）调节气候（4）提供水产，工农业用水。人类对湿地的影响围湖垦殖；水域环境严重污染；流域水土流失加剧；湖区淤积；生物资源过度开发；大型水利工程。森林生态系统的效应涵养水源，保持水土；调节气候，增加降雨；防风固沙，保护农田；净化环境，防治污染；减低噪音，美化景观；提供燃料，增加肥源森林净化空气的作用不同环境空气中病原菌的数量：百货大楼：4000万个/m3城市林荫道：58万个/m3绿色公园：1000个/m3森林：55个/m3荒漠生态系统的类型（1）小灌木荒漠（2）灌木荒漠（3）半灌木与小灌木荒漠（4）垫状小半灌木荒漠冻源和高山垫状生态系统（1）高山冻源（2）高山垫状生态系统农业生态系统定义：人类有目的地利用农业生物与非生物环境之间、生物种群之间的相互作用规律，通过建立合理的生态系统结构和高效的生态机能，进行物质循环、能量转化和信息传递，并按人类理想要求进行物质生产的综合体系。性质：农业生态系统是自然-社会-经济复合生态系统特点：（1）组成结构变化；（2）开放程度变化；（3）稳定性及稳定机制变化；（4）服从的规律变化；（5）功能和系统目的变化；（6）生产过程的变化。农业生态系统的变化：自然生态系统原始农业生态系统传统农业生态系统现代农业生态系统人工生态系统生态系统服务的提出及概念功能概念诞生于20世纪60年代；20世纪70和80年代起步阶段；20世纪90年代发展阶段；进入21世纪以来蓬勃发展阶段生态系统服务的概念:生态系统服务是指人类直接或间接从生态系统得到利益，是对人类生存和生活质量有贡献的生态系统产品和服务。产品是在市场上用货币表现的商品，如事物、原材料等；服务是不能在市场上买卖，但具有重要价值的生态系统性能，如净化环境、保持水土、减轻灾害等。生态系统服务的内容（1）生产（包括生态系统的产品及生物多样性的维持等）；（2）基本功能（包括传粉、传播种子、生物防治和土壤形成等）；（3）环境效益（包括改良缓解干旱和洪涝灾害、调节气候、净化空气、废物处理等）；（4）娱乐价值（休闲、娱乐、文化、艺术和生态美学等）。生态学服务功能分类功能分类：如调节、承载、栖息、生产和信息服务，是目前主要的分类方法，也更加便于生态系统服务功能评价工作的开展；组织分类：如与某些功能相关的服务，或者与生物实体的组织相关；描述分类：如可更新资源物品、不可更新资源物品、物理结构服务、生物服务、生物地化服务、信息服务以及社会和文化服务；其它分类：一次性服务，连续性服务；有偿服务，无偿服务。 1）净化空气； （2）缓解干旱和洪水； （3）废物分解和解毒； （4）产生、更新土壤和土壤肥力； （5）植物授粉； （6）农业害虫控制； （7）稳定局部气候； （8）缓解气温骤变、风和海浪； （9）支持不同的人类文化传统； （10）提供美学和文化、娱乐。（1）气候调节（2）气体调节（3）扰乱调节（4）水调节（5）水供应（6）侵蚀控制和沉积保存（7）土壤形成（8）营养循环（9）废物处理(10）授粉（11）生物控制（12）庇护（13）事物生产（14）生物原料（15）遗传资源（16）娱乐（17）文化 供给（事物、淡水、薪柴） 调节（气候管理、疾病控制） 文化（精神、娱乐、美学） 支持（土壤形成、养分循环）生态系统健康及评价相对于人类和生物个体的健康诊断，Rapport等（1979）提出了“生态系统医学”，旨在将生态系统作为一个整体评估，之后逐步发展形成了“生态系统健康”的概念；生态系统健康的概念不是单纯生态学上的定义，而是一个将生态-社会经济-人类健康三个领域整合在一起的综合性定义，健康的生态系统应该是能够为人类提供服务的生态系统生态系统健康评价指标体系及方法（1）长期 预警指标：如敏感种个体的生长率、形态结构畸变和对化学物质的耐受力等；（2）适宜程度指标：如生态系统完整性指标、活化能、有重要经济价值的物种丰富度等；（3）诊断指标：如生物体型分布、营养结构的完整性等生态系统管理的内涵和目标必须具有明确的目标，同时又具有可适应性；要求融合生态学和社会科学的知识和技术；效果可用生物多样性和生产力来衡量；要求科学家和管理者定义生态系统退化的阈值，发现退化的根源；要求人类根据科学知识做出最小损害生态系统整体性的管理选择；管理的时空尺度应与管理目标和管理对象相适应；管理实施是通过制定政策、签订协议和具体的实践活动而实施的；生态系统的动态性决定了可适应性管理是生态系统管理的重要途径。生态系统管理的程序确定可持续的、明确的、可操作的管理目标；明确被管理的生态系统的空间尺度和时间尺度；收集数据，理解生态系统的复杂性和相互作用，提出生态模型；监测并识别生态系统内部动态特性，确定生态学限制因子；分析和综合生态、经济和社会信息，制定合理的政策、法律和法规；用全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、遥感（RS）和环境管理信息系统（EMIS）等技术和工具在生态系统管理中发挥重要作用；履行生态系统的适应性管理和责任分工，注意协调管理部门和生态系统管理者、公众的合作关系；及时的对效果进行确切的评价，提出修正意见，完善计划。生态系统与环境关系的基本概念（一）生物种(是指一类生物个体的集合，其中的个体之间在自然条件下能相互交配产生具有生殖能力的正常后代个体)和个体生态学(是以生物个体及栖息地为研究对象，研究栖息地环境因子对生物的影响及生物对栖息地的适应和生态适应的形态、生理及生化机制由于个体生态学涉及到生物个体的生活及生物种的生存与进化，所以可以定义个体生态学是研究生物个体发育、系统发育及其与环境关系的生态学分支)（二）环境(广义的环境是指某一主体周围一切事物的总和。在生态学中环境是指生物的栖息地。生物是环境的主体。某一特定生物体或群体以外的空间，以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存与生活的外部条件的总和)“类型”（1）按环境的主体分：以人为主体的人类环境，以生物为主体的生物环境。（2）按环境性质分：自然环境；半自然环境；社会环境。（3）按人类对环境的影响与否分：原生环境（自然环境）；次生环境（半自然环境和人工环境）。（4）按环境范围大小分：宇宙环境（星际环境）；地球环境；区域环境；微环境；内环境。与生态因子（构成环境的各要素称为环境因子。环境因子中一切对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的因子称为生态因子。生态因子中生物生存不可缺少的因子称为生物的生存因子（或生存条件、生活条件）。所有生态因子综合作用构成生物的生态环境。具体的生物个体或群体生活区域的生态环境与生物影响下的次生环境称为生境。环境因子、生态因子、生存因子是既有联系，又有区别的概念。“类型”A（1）气候因子，如光、温、湿度、降水量和大气运动等；（2）土壤因子，主要指土壤物理、化学性质、营养状况等，如土壤的深度、质地、母质、容重、孔隙度、pH、盐碱、肥力等；（3）地形因子，指地表特征，如地形起伏、拔、山脉、坡度、坡向、高度等地貌特征；（4）生物因子，指生物之间的相互关系，如种群结构、密度、竞争、捕食、寄生、共生等；（5）人为因子，即指人类活动对生物和环境的影响。B美国生物学家将环境因子分为3大类气候类；土壤类；生物类。这三大类可归结为7个并列的项目：土壤、水分、温度、光照、大气、火、生物。C（1）第一性周期因素，是指由地球自转或公转及月相变化形成的光、温、潮汐的日、月、季、节、年的周期性变化；（2）次生性周期因素，取决于第一性周期因素，如太阳辐射和温度周期性变化导致大气湿度、降水量周期性变化；（3）非周期性因素，指突发或间断性出现的因素，如暴雨、山洪、冰雹、蝗灾或火山喷发、地震、地外物体撞击等突发性灾难，生物对这些因素很难形成适应性。（三）生物与环境的基本关系1. 基本概念环境对生命系统的影响称为生态作用；生命系统改变其自身的结构与过程以便与其生存环境相协调的过程称为生态适应；而生物反过来对环境的影响和改变称为生态反作用。2. 生态作用（1）因子的质。指因子的状态是否对生物有意义；（2）因子的量。在因子的质对生物有意义的前提下，因子对生物的作用程度随其量的变化而变化；（3）因子的持续时间。在质和量的基础上，环境因子对生物的作用必须有一定的持续时间才能对生物起作用，使生物做出响应。3. 生态适应生物为了适应环境，从形态、生理及生化机制上做出有利于生存的改变。4. 生态反作用与Gaia假说生命系统在其生命活动中对环境也起着改造作用，如植物的生长使岩石碎屑形成土壤；生命活动也是池塘变浅直至填平；植物的光合作用使古大气从缺氧变为富氧状态等。地球大气的化学成分、温度和氧化状态受天文的、生物的或其它的干扰而发生变化，产生偏离，生物通过改变其生长和代谢，如光合作用吸收二氧化碳释放氧气，呼吸作用吸收氧气释放二氧化碳，还有排泄废物、分解等，对偏离做出反应，缓和地球表面的这些变化。Gaia假说的生态学意义自工业化革命以来，热带雨林，对于调节气候、维持空气氧和二氧化碳的平衡、保持水土的作用减弱。目前大气二氧化碳浓度的升高，一方面与大量燃烧化石燃料有关，另一方面森林面积的急剧减小也是一个重要因素。生态作用的基本规律（一）限制因子定律李比希，德国化学家，现代植物矿质营养学的奠基人。该学说作为化肥工业的理论基础，为农业生产力的发展起了巨大推动作用。最小养分定律说明作物产量受最少的养分控制。（二）生态因子综合作用定律1. 生态因子的综合作用（一个地区的湿润程度，不只决定于降水量一个因素，而是诸气象因素相互作用的综合效应。湿润程度决定于水分收入（降水）和水分支出（蒸发、蒸腾、径流和渗透）。而蒸散是太阳辐射、温度、大气相对湿度、风速以及地表覆盖等诸因素综合作用的结果）EG: 2. 因子的主次作用3. 因子的交互作用4. 同等重要不可替代的补偿作用5. 因子的间接作用6. 因子的阶段作用；2. 生态因子的交互作用；3. 生态因子作用的主次；4. 直接作用和间接作用；5. 生态因子的阶段性作用；6. 不可代替性和补偿作用（三）生态因子的时空变化规律1. 生态因子的纬向递变性（与植被：热带雨林亚热带常绿阔叶林温带落叶林寒温带针叶林）（与土壤：自北向南的土壤分布顺序大致为：冰沼土、灰化土、生草灰化土、灰色森林土、黑土、栗钙土和荒漠土；我国东部和东南沿海由于季风气候的影响，自北向南土壤分布为：灰棕壤、棕壤、褐土、黄棕壤、黄褐土、黄壤、红壤、砖红壤。动物的种群分布也存在明显的地带性。）2. 生态因子的经向递变性3. 生态因子的垂直递变性4. 生态因子的地带性变化（ 生态因子的地形变化）生态适应的基本规律（一）生物的耐受性耐性的变化耐性的变化：（1）不同生物的耐性不（2）同一生物不同时期的耐性不同（3）对不同因子的耐性无可比性（4）不同因子的耐性可相互影响（5）生物的耐性可认为改变（驯化