生态学一PPT课件

.,1,生态学,杨持主编（第二版）北教602，周四6-8节教师：李玉凤电话箱：pandalee_0826,.,2,引子,1,2,3,4,5,.,3,1.绪论,.,4,1.1生态学的学科体系1.1.1生态学的研究对象及内容1.1.2生态学的分支学科1.1.3生态学的研究方法及方法论1.2生态学的产生及发展1.2.1生态学的定义1.2.2生态学的发展简史1.3生态学的任务1.3.1人类生态问题1.3.2生态学与人类可持续发展,.,5,1.1生态学的学科体系1.1.1生态学的研究对象及其内容1.1.2生态学的分支学科1.1.3生态学的方法论及研究方法,.,6,1.1.1生态学的研究对象及内容,1.生态学的研究对象,生物学研究对象的组织层次普,.,7,.,8,1.按研究对象的生物组织水平可分为：个体生态学（Anecology）种群生态学（Synecology）群落生态学（CommunityEcology）生态系统生态学（EcosystemEcology）景观生态学（LandscopeEcology）区域生态学（RegionalEcology）全球生态学（GlobalEcology）,1.1.2生态学的分支学科,.,9,2.按生物分类类群划分：普通生态学(GeneralEcology)动物生态学(Zoo-Ecology)植物生态学(PlantEcology)微生物生态学(MicrobialEcology)还有更具体的生物类群，如昆虫生态学(InsectEcology)、鱼类生态学(FishEcology)、鸟类生态学(BirdEcology)、兽类生态学等(BeastEcology)此外，还有独立的人类生态学(HumanEcology),.,10,3.按生物栖自场所划分：陆地生态学(TerrestrialEcology)如:森林生态学(ForestEcology)、草原生态学(SteppeEcology)、沙漠生态学(DesertEcology)等水域生态学(AquaticEcology)如:海洋生态学(MarineEcology)、淡水生态学(FreshwaterEcology)更具体的划分有：热带生态学(TropicEcology)、湿地生态学(MashyEcology)、山地生态学(MountainEcology)等,.,11,4.按生态学与其他学科的交叉划分：生理生态学(PhysiologicalEcology)进化生态学(EvolutionaryEcology)数学生态学(MathematicalEcology)化学生态学(ChemicalEcology)能量生态学(EnergyEcology)物理生态学(PhysicalEcology)地理生态学(GeographicEcology)等,.,12,农田生态学(FarmlandEcology)农业生态学(Agroecology)渔业生态学(FisheryEcology)家畜生态学(LivestockEcology)森林生态学(ForestEcology)草地生态学(GrasslandEcology)污染生态学(PollutionEcology)自然资源生态学(EcologyofNaturalResources)城市生态学(UrbanEcology)生态经济学(EcologicalEconomics)恢复生态学(RestorationEcology)生态工程学(EngineeringEcology)景观生态学(LandscopeEcology)人类生态学(HumanEcology)生态伦理学(EcologicalEthics)等,5.按应用领域划分：,.,13,野外生态学(FieldEcology)实验生态学(ExperimentalEcology)理论生态学(TheoreticalEcology),6.按研究方法划分,.,14,生态学的变化关系及发展,.,15,1.生态学的方法论层次观系统观整体观综合观进化观,1.1.3生态学的方法论及研究方法,.,16,（1）层次观,生态学研究不同层次生命体系中生物与环境的关系。每一层次都有各自的结构和功能特征，高级层次的结构和功能是低级层次分工协作而来的。低级层次的结构功能必须在高级层次中体现。,.,17,.,18,.,19,（1）层次观,生态学研究生态系统中生物与环境的关系，系统内各要素相互联系相互影响，关系复杂，掩一发而动全身。系统中某一要素受多种要素作用，它本身也作用于多种要素，多种要素相互作用还形成关系链、关系网：,.,20,.,21,（2）整体观,系统中的各个要素分工协作，构成一个整体，不可分割。,.,22,整体与部分作用的差异作物秸秆N、有机物质、热量作物秸秆饲料沼气池能量燃料饲料肥料燃料沼渣P、K、微量元素肥料,.,23,（3）综合观生态学研究面临的是“问题”和“对象”，如：“生物与环境协调否?”、“大熊猫怎么生存？”。至于用什么方法无需界定，成功的生态学家往往大量利用物理学、化学、数学、气象学等多个学科的研究方法和测量技术，又与一些基础学科如遗传学、进化论、生理学、行为学等相互交叉，现代生态学家们还广泛的吸收了系统论、控制论、信息论、协同论、突变论、耗散结构的新概念和新方法，深入的研究生态系统的结构和功能。所以其研究过程具有宏大的综合特征。,.,24,取水、排水排污(工程)光照(物理)结构、面积、设计(数学、物理)采暖（物理）通风(物理)小气候(气象)材料(化学)纳祥(宗教)生活(经济)植被、绿化（生物）,人居问题,.,25,（4）进化论,.,26,.,27,.,28,野外与现场调查：实验室分析：模拟实验：数学模型与计算机模型：生态网络及综合分析：,2.生态学的研究方法,.,29,野外与现场调查,在调查中除了要应用生物学化学物理学地学气象学等方面的知识和手段外时常需要现代化的调查工具如调查船飞机甚至人造卫星等采用先进技术和仪器等如示踪元素无线电追踪遥感遥测等,.,30,.,31,.,32,.,33,.,34,.,35,.,36,.,37,.,38,.,39,.,40,.,41,.,42,.,43,.,44,.,45,.,46,生态信息获取的方法,.,47,Theoretical,Experimental,FieldResearch,研究方法概括及案例分析,Approaches:,ScientificMethods:,prediction,.,48,生态学研究举例I.森林鸟类生态学：野外研究RobertMacArthur（1960s),已有理论：生态需求完全相同的两物种将相互竞争，无法长期生活在同一环境。,问题：几种看来生态需求相似的鸟如何共存于同一森林？,假说：如果它们取食树上不同区域的昆虫，就能共存。,研究方法：1）把树划分成纵横不同区域；2）观察记录各种鸟在各区域驻留的时间。研究工具：望远镜，纸，铅笔,.,49,地点：北美东北部云杉林；时间：1955年观察对象：生活在一起的5种柳莺，取食树干和枝叶上的昆虫,结论：几种柳莺通过在树体不同区域取食而避免了竞争。,.,50,McArthur的研究说明树上的鸟由于取食区域不重叠而能共存，但并没有直接证明是否是竞争（也可能是其他原因）。该如何证明呢？,D.Morse（1980，1989）的研究：如果存在竞争，那么当竞争者不存在时，另一种鸟会移动其取食区域。,实验设计：Morse比较了一个小岛和附近（0.2-1.5km）大陆上柳莺的取食区域的差异。,.,51,柳莺,结果黑喉绿柳莺无论在岛上（与另2种鸟）还是在大陆（与其它几种鸟）上，都在同一区域取食；但在没有黑喉柳莺小岛上，树上黄尾柳莺却上移了其取食区域。,.,52,CASESTUDY:Migratorycricketbands：BehavioralEcology,Theanti-predatorbenefitsofmigratory-bandformationhaveneverbeenquantifiedlargelybecauseofthedifficultyoftrackingindividualswithinbands,Nature,2005,433,Feb.703-704,.,53,Radiotelemetric(无线电遥测发射器）markrecapturestudyrevealsanti-predatorbenefitsforinsectsinmigratorybands.,Femalemormoncricketwitha0.45-gradiotransmittergluedtothepronotum.,Radiotransmitterleftafterthecricketwaseatenbyrodents,.,54,Anequalnumberofmalesandfemaleswereusedineachtreatmentandtherewasnoeffectofsexonsurvival(Coxregression,Waldstatistic0.008,d.f.1,NS).,cricketsinamigratoryband(n=10),Cricketstransplantedawayfromthebandtonearbysites(n=10,20,20),Survivalanalysis,.,55,Conclusion:,Aggregationandconstantmovementprotectcricketbandmembersfrompredators.,.,56,II.熊蜂生态学：野外和实验室研究的贡献野外和实验室研究可以提供相互补充的知识,生物学现象熊蜂生活在地球上大部分寒冷地区。作为变温动物，其飞行需要胸部肌肉（飞行肌）温度增高，但在寒冷地区保持高体温需要能量。Heinrich明白，要弄清熊蜂的生态学问题，必须测定其能量获得和损失。,问题熊蜂的能量收支(Energybudget)情况？,Bumblebees,.,57,研究方法,野外跟踪调查蜜源、摄取糖蜜量（时间）,室内测定花蜜能值、熊蜂飞行消耗能量,计算能量收支,大多数熊蜂只喜欢1种花；,温度对耗氧代谢没有影响,.,58,结果2-1.熊蜂能够保持胸部体温在3037，即使气温低到0也无影响。随着气温的升高，保持体温需消耗的能量愈来愈少。通过收缩飞行肌（表现为颤抖)）在低温时提高胸部温度(图）。,2-2.访12朵花得到的能量1分钟飞行；但熊蜂每分钟访问火焰草花2030次。显然，除了飞行消耗外，还有大量剩余，用于在寒冷的天气维持体温以及携带蜂蜜回巢。,.,59,III.森林营养收支状况：盘点和大范围实验,对研究营养收支状况（如氮、磷、钾）的生态学家来说，第一步是摸清它们在生态系统中的分布。N.Nakdkarini（1981，1984）改变了我们对热带和温带雨林结构和功能的看法。她爬上哥斯达黎加热带雨林的树冠层，对生物多样性及其生态关系充满了好奇，并下决心探索这块未知世界的生态学。,.,60,问题热带雨林受雨水严重冲刷，氮磷等营养物质极其贫乏，许多雨林土壤中可利用营养物质贫乏成为生态学的谜团之一。生态学家常常疑惑，贫瘠的土壤何以维系如此丰富的生物资源？,答案：有很多因素促成了这一丰富的生物资源，其中，Nadkarini的在树顶的研究揭示了其中的一个因素，即雨林树冠蕴藏着丰富的营养物质。,.,61,LikensandBormann（199495）在新罕布什尔州为了研究森林是如何影响营养物质流失，他们研究了2个小溪谷内的森林3年后，把其中一个小溪谷中的树伐掉，另一森林作为对照，比较两者的差异。他们不仅研究生物学，而且结合物理学、地化学、水文学、微气象学以及森林学等。,V.有些研究者处理整个湖泊或森林来研究生态学问题。,.,62,续,砍伐后氮流失增加4050倍；溪流中其它主要元素增加了1771558.,中心假说生物，尤其是植物，调节北部森林的营养物质流失率。,砍伐前营养来源：降水和上游溪流；营养贮存：土壤90，植物9.5；营养流失：溪流1。,.,63,VI植被变化：来自花粉的信息和生态模拟,地球及其上的生命在不断的变化。然而最重要的很多长期或大范围的变化都难以研究。研究湖底沉积物中的花粉则可以揭示植被演化图景。,M.Davis（1983，1989）仔细研究了湖底沉积物样本寻找花粉。沉积物采自巴拉契亚山脉，其中的花粉将帮助她解释在过去几千年中湖泊附近植物的变化。Davis是个古生物学家，专门研究第4纪（尤其是近20，000年来）植物分布的变化。通过研究首次提出了北美在冰期针叶树和阔叶树的分布格局。,.,64,.,65,1.2生态学的产生及发展1.2.1生态学的定义1.2.2生态学的发展简史,.,66,1.2.1生态学的定义1.生态学的经典定义生态学EcologyOckologieoikos+logos(住所)（学科）住所的学科谁住？住哪里？怎么住？生物环境关系生态学是研究生物与环境相互关系的科学,.,67,2.生态学词根的含义及关系“ECO”生活地经济家庭环境生物学生物经济学家庭管理EnvironmentalBiology自然经济学家务习性NaturalEconomicsBionomics,.,68,3.不同的生态学定义影响植物生活的外在因子及其对植物结构，生命延续时间，分布和其他生物关系的研究(E.Warming)生态学是研究生活中的植物在与其结合的特定外界环境条件紧密相互作用中的形态，结构与化学特点动植物社会学（PlantSociety）“研究动植物生活方式与生存条件的联系，以及动物生存条件对繁殖，生活，数量及分布的意义”研究有机体的生活要求和家务习性的科学,.,69,4.不同生态学定义的差异生态学定义的差别主要是关于居住对象”生物”,居住地”环境”以及两者”关系”的内容有所不同.生物范畴不同：包括有机体,生物个体,生物群体及生物群落;有动物,植物,微生物及人类本身环境范畴不同：包括无机环境,有机环境,小环境,大环境及整个环境系统;有物理环境要素,化学环境要素,生物环境要素乃至社会环境要素关系内容不同：包括环境因子对生物生长,发育,生存发展的影响;生物对环境的适应,改造;以及生物(包括人类)处理自身利益与自然关系的”经济”策略,.,70,5.生物与环境的一般关系一方面生物既受惠于环境又受制于环境：生物在适宜的环境中取得它所需的物质(如:植物吸收光,CO2,H2O等进行光合作用,建造自己的身体.动物也从环境中取食);同时环境条件对生物的生存,生活和生长,发育产生影响(如:环境的季节变化,限制植物无限生长而使之成为季节生长.还有灾害,瘟疫,天敌等对生物生存发育以限制作用)另一方面环境既影响生物又被生物改造：生物的生存又影响环境,改造环境,(如:森林能涵养水分,防风,固沙,调节空气湿度等局部环境气候;土壤的形成中生物的成土作用是一个鲜明的例子,一块岩石没有生物是不可能形成土壤的)。,.,71,6.生态学的中文理解生态学生物环境关系,.,72,7.生态学的定义尚玉昌等(1992)定义:生态学是研究生物和人与环境之间的相互关系;研究自然生态系统和人类生态系统的结构和功能的一门科学。马世俊等定义:研究生物及人类生存条件，生物及其群体与环境相互作用的过程及其规律的科学。,.,73,1.2.2生态学的发展简史1.生态学的知识积累及萌芽时期（1866年）2.生态学的创立及发展时期（186619世纪末）3.生态学的巩固及学派分化时期(20世纪初30年代）4.生态系统生态学时期(20世纪30年代60年代)5.人类生态学时期(20世纪70年代),.,74,1.生态学的知识积累及萌芽时期（1866年）,采樵渔猎,.,75,农耕,.,76,中国：公元前1200年尔雅公元前200年管子“地员篇”公元前100年前后确立24节气，禽经欧洲：Aristotle(384_322,B.C.)Theophrastus(370_285,B.C.),生态学知识记载,.,77,古籍管子.地员篇(约公元前200年前)曾详细记载了江淮平原上沼泽植物沿水分梯度的带状分布与水文土质环境的生态关系,.,78,2.生态学的创立及其发展时期（186619世纪末）,.,79,生态适应与进化,.,80,生态适应,林蛙唐蛙,.,81,.,82,.,83,1895年E.Warming植物分布学1898年Schimper植物地理学植物生态学的诞生1913年Adams动物生态学的研究指南1927年Eltom动物生态学动物生态学的诞生,3.生态学的巩固及学派分化时期（20世纪初50年代）,.,84,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。生态学研究渗透到生物学领域的各个学科，形成了植物生态学，动物生态学，生态遗传学，生理生态学，形态生态学等分支学科，促进生态学从个体，种群，群落等水平开展了广泛研究，并出现了一些研究中心和学术团体，使生态学发展出现第一个高峰。,生态学的第一次飞跃,.,85,形成了四个著名的生态学派：北欧学派:有瑞典乌普萨拉(Uppsala)大学的R.Sernauder创建,以注重群落分析为特点.法瑞学派:代表人物为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:代表人为F.E.Clements和A.G.Transley,以研究植物群落演替和创建顶级群落著名.前苏联学派:注重重建种和优势种,重视植被生态和植被地理与植被制图工作.,学派分化,.,86,1935年，坦斯利（A.G.Transley）首先提出生态系统（Ecosystem）的概念；1942年，前苏联苏卡切夫院士提出分类的名词“生物地理群落”（Geobiocenoce）。1942年，林德曼（R.L.Lindeman）提出“十分之一”定律。,4.生态系统生态学时期（20世纪30年代60年代）,.,87,1935年，坦斯利（A.G.Transley）首先提出生态系统（Ecosystem）的概念，广泛开展了生态系统生态学的研究生态学称为研究生态系统结构与功能的科学。,生态学的第二次飞跃,.,88,生态学研究与应用相结合形成了海洋生态学,土壤生态学,湖泊生态学,农业生态学,农田生态学,草原生态学,森林生态学等.多学科的交叉渗透,使生态系统的研究得到迅速的发展,电子计算机的运用,自动记录仪器在野外工作中的应用,系统分析以及现代化计算方法,为生态系统的研究创造了条件.,生态学的第三次飞跃,.,89,生态学冲出了学术园地被从高楼深院中请入社会实践及经济建设邻域生态学引起社会的广泛关注各国提倡全民生态意识报刊杂志上讨论生态学的事例与日俱增对生态学有兴趣的不仅有生物学家生态学家还有农学家经济学家地学家社会学家哲学家及政治家,5.人类生态学时期（20世纪70年代）,.,90,研究邻域日益扩大，不再限于生物学，而且渗透到地学、经济学以及农、林、牧、渔、医药卫生、环境保护、建筑等各个部门，不仅在自然科学，而且渗透到社会科学，成为联系自然科学和社会科学的桥梁，从而使生态学成为举世瞩目的科学。,自然科学和社会科学的桥梁,.,91,1964年实行“国际生物学计划”（IBP）1970年“人与生物圈计划”（MAB）1986年“国际地圈-生物圈计划”（IGBP）1992年21世纪议程,人类生态学的重大计划,.,92,IBP是联合国教科文组织（UNESCO）与1964年组织的一项全球范围的生态学研究计划，目的是通过世界科学家的努力和协作，去认识维持地球表面生态平衡的生物系统与环境系统的过程，IBP下设有7个组:陆地群落生物生产力组；生物生产过程组；陆地群落自然保护组；海洋群落生物生产组；淡水群落生物生产组；人类适应组；生物资源的利用与管理组；,“国际生物学计划”（IBP）,.,93,不断增加的人类活动对热带、亚热带森林生态系统的影响。不同的土地利用与管理方法对温带和地中海森林景观的生态影响人类活动和土地利用方式对放牧地（热带稀树草原和温带半干旱至干旱地区牧场）的影响。人类活动对干旱半干旱地区生态系统的影响，特别是灌溉的效果。人类活动对湖泊、沼泽、河流、三角洲、海湾、沿海地带的价值和资源的影响。人类活动对山地冻土带生态系统的影响。岛屿生态系统的生态学与合理利用。对自然区域和自然区域内遗传物质的保护。对陆地和水生生态系统的虫害管理以及肥力利用的生态学评价。大型工程对人及其环境的影响。以能源利用为重点的城市生态系统问题。环境变化和人类人口的适应，人口统计与遗传结构之间的相互作用。环境质量的认识。环境污染及其对生物圈的影响。,人与生物圈的主要研究项目,.,94,生态系统生态学的研究成为主流从描述性科学走向实验、机理和定量研究现代生态学向宏观和微观两级发展应用生态学发展迅速，实践应用性更强人类生态学的兴起和生态学与社会科学的交叉融合,现代生态学的特点,.,95,1.3.1人类生态问题1.3.2生态学与人类可持续发展,1.3生态学的任务,.,96,1.五大危机人口危机粮食危机能源危机资源危机环境危机,1.3.1人类生态问题,.,97,人口问题Population粮食问题能源问题Poverty资源问题环境问题Pollution,2.三“P”危机,.,98,3.十大环境问题,人口粮食污染酸雨荒漠化全球变暖臭氧层破坏能源短缺资源破坏生物多样性丧失,.,99,4.全球环境问题群,.,100,2013年70亿,.,101,.,102,1800年，伦敦1座；1850年，有3座；1900年，有16座；1950年，增加到115座；1980年，增加到234座；2000年，达到470座；目前，全世界超过500万人口的城市有60座，超过1000万人口的城市有25座。我国第五次人口普查显示，居住在城镇的占总人口的36.09%,100万人口规模的城市,.,103,.,104,65岁及以上人口占总人数的比重超过7%60岁及以上人口占总人数的比重超过10%我国第五次人口普查结果显示：014岁人口占总人数的比重为22.89%，比1990年人口普查下降了4.8个百分点。60岁及以上人口占总人数的比重为11%,人口老龄化的标准,第六次人口普查,.,105,4.人体退化人体退化：即由于人为活动对自然环境的改变导致人体出现非正常疾病和有害的生理过程，使人类生理素质和健康水平下降的现象。也有人成为“人体退化病”。人体退化的原因：现代人生活在一个人造的舒适环境中，从服装到空调再到风暴预警系统，人类得到保护。而这种保护则使人类进化的环境压力减小了。现代化技术的广泛使用，使体力劳动的强度大大减弱，肢体在不断退化。技术和医学朝着遗传基因的缺陷发展，自然选择在一定程度上已被废止了,.,106,电视病、空调病、风扇病、电脑病以及电磁干扰、核辐射、化学污染等。仅就与人类生活密切相关的含磷洗涤废水对人体的影响来看，其副作用十分明显。由于高磷洗衣粉的直接、间接刺激，手掌灼烧、疼痛、蜕皮、起泡、发痒、裂口成为皮肤科的多发病，并成为接触性皮炎、婴儿尿布疹、掌跖角皮症等常见的刺激源。,生活方式改变导致的一些疾病,.,107,（2）粮食短缺,.,108,(3)能源短缺能源奴隶（洗刷、代步、扇风、捶背、做饭、）目前一个普通市民的平均能源消耗相当于40个奴隶的工作量,.,109,能源危机,.,110,（4）能源破坏,生物资源,.,111,.,112,.,113,.,114,.,115,.,116,.,117,.,118,.,119,.,120,.,121,（5）环境污染,.,122,.,123,.,124,.,125,.,126,.,127,.,128,.,129,.,130,.,131,1.3.2生态学与人类可持续发展,1.人类可持续发展的意义,开垦处女地运动,.,132,.,133,.,134,.,135,.,136,.,137,.,138,1972年6月，联