环境生态学( 第二版) 教学课件 作者 李洪远 主编 孟伟庆单春艳鞠美庭 副主编 01绪论.pdf
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生态学基础FundamentalEcology主讲人:
李洪远(南开大学环境科学与工程学院)南开大学示范精品课程课件生态学基础20118/16/20191“生态”到底是什么?
“生态”是一个修饰词吗?
“生态”是一个褒义词吗?
南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/20192BarryCommoner(美国生物学家):
生态学第一定律就是所有生命都依賴其他生命。
“Thefirstlawofecologyisthateverythingisrelatedtoeverythingelse.”南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/20193教科书环境生态学(第二版)(普通高等教育“十一五”国家级规划教材)主编:
李洪远化学工业出版社(2012年1月)南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/20194课程基本要求:
通过课程的学习,要求学生系统、完整、准确、熟练地掌握生态学的基本概念、基本原理和基本应用方法,了解现代生态学的最新进展。
并结合实例分析学习,使学生能够将所学理论知识与实际相结合,独立进行研究工作。
课程考核方法:
平时成绩30%;期末考试70%。
课程类型:
专业必修课课号:
1050110240总学时:
34学分:
2南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/20195生态学基础课程讲授的主要内容第一部分:
概述第一章、绪论第二部分:
基础生态学第二章、个体生态学第三章、种群生态学第四章、群落生态学第五章、生态系统生态学第六章、景观生态学第七章、地球上的主要生态系统第三部分、应用生态学第八章、退化生态系统第九章、生物多样性与保育第十章、生态系统服务第十一章、生态系统健康与管理第十二章、生态监测与生态评价第十三章、生态系统可持续发展第十四章、全球生态问题与生态安全第四部分、专题讲座第十五章、生物入侵第十六章、湿地保护第十七章、。
音像资料参考书、期刊、网站南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201961.李博.生态学.北京:
高等教育出版社,2000.2.沈清基.城市生态与城市环境.上海:
同济大学出版社,1998.3.尚玉昌等.普通生态学.北京:
北京大学出版社,1992.4.孙儒泳、李博等.普通生态学.北京:
高等教育出版社,1993.5.孙儒泳等.基础生态学.高等教育出版社,2003.6.陈天乙.生态学基础教程.天津:
南开大学出版社,1995.7.邬建国.景观生态学格局、过程、尺度与等级.北京:
高等教育出版社,2000.8.孙儒泳等.动物生态学原理(第三版),北京:
北京师范大学出版社,2001.生态学基础参考资料南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/20197生态学报中国生态学会,1982生态学杂志中国生态学会,1982AMBIO-人类环境杂志瑞典皇家科学院,1972应用生态学报中国生态学会,1990生物多样性中国科学院濒危物种委员会,1993植物生态学报中国植物学会,中国科学院植物研究所,1955EcologytheEcologicalSocietyofAmerica,1920JournalofEcology1913EcologyMonorgraphs1931JournalofAnimalEcology1932生态学基础参考期刊南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/20198第一章绪论生态学的概念31生态学的形成与发展33生态学的研究对象32生态学的研究方法34生态学的10个规律35我国生态学发展工作重点36南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/20199生态学ecology(eco+logy)一词来源于希腊语oikos+logos,前者意为house或household(居住地,栖息地),后者意为学科研究,即关于居住环境的科学。
最早提出生态学概念的是德国生物学家海克尔E.Haeckel(1869年在其所著普通生物形态学书中),他于1886年创立生态学这门学科。
将其定义为:
“研究有机体及其周围环境包括非生物环境和生物环境之间相互关系的科学。
”1生态学的概念南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201910美国生态学家E.Odum(1956)提出的定义是:
“生态学是研究生态系统的结构和功能的科学。
”汉语生态学为日本东京帝国大学三好学教授(1895年)所译的名词,由武汉大学张挺教授引入我国。
我国著名生态学家马世骏认为:
“生态学是研究生命系统和环境系统相互关系的科学。
”1生态学的概念南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201911生态学定义颇多,但多数生态学家认为E.Haeckel的定义是适宜的,即“生态学是研究生物之间,生物与环境之间相互关系的科学”。
这里“生物”指生物系统,(动物、植物、微生物、人类);“环境”指生物生活中的无机因素、生物因素和人类社会共同构成的环境系统。
生态学(ecology)的定义:
南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201912Fig.1.1Ecologyisaninterdisciplinaryscience南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201913根据其研究对象的组织水平、类群、生境以及研究性质等可将其划分如下:
A.根据研究对象的组织水平划分B.根据研究对象的分类学类群划分C.根据研究对象的生境类别划分D.根据研究性质划分2生态学的研究对象南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201914生物圈景观种群群落生态系统个体系统组织器官分子细胞生态科学生物科学生命科学经典生态学A.根据研究对象的组织水平划分8/16/201915生态系统群落种群有机体器官细胞分子原子ScaleEcosystemecologyCommunityecologyPopulationecologyBehavioralecologyFig.1.2Theorganizationallevelsofecology组织地球太阳系宇宙8/16/201916生物圈Fig.1.3生态学研究的最高组织层次南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201917植物生态学动物生态学微生物生态学陆生植物生态学哺乳动物生态学昆虫生态学地衣生态学等B.根据研究对象的分类学类群划分2生态学的研究对象南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201918陆地生态学(TerrestrialEcology)海洋生态学(MarineEcology)淡水生态学(FreshwaterEcology)岛屿生态学(IslandEcology)2生态学的研究对象C.根据研究对象的生境类别划分南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/2019192生态学的研究对象理论生态学应用生态学生态学进程、生态关系的数学推理生态学建模农业生态学、森林生态学、草地生态学、家畜生态学、自然资源生态学、城市生态学保育生物学、恢复生态学、生态工程学、人类生态学、生态伦理学D.根据研究性质划分南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/2019203生态学形成及发展现代生态学时期生态学的巩固时期生态学的建立时期生态学的萌芽时期20世纪50年代至现在20世纪初至20世纪50年代公元17世纪至19世纪公元16世纪以前南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201921萌芽时期(公元16世纪以前)中国:
公元前1200年,尔雅记载176种木本植物和50多种草本植物的形态和生态环境。
公元前200年管子“地员篇”论及植物和水土,记载了植物沿水分梯度的带状分布以及土地的合理利用。
公元前100年前后,农历的24节气,反映了作物,昆虫等生物现象与气候的关系。
记述鸟类生态的禽经。
欧洲:
Aristotle(384322,B.C.)按栖息地把动物分为陆栖,水栖;还按食性分为肉食,草食,杂食及特殊食性4类。
Aristotle的学生,Theophrastus(370285,B.C.)根据植物与环境的关系来区分不同树木类型,并注意动物色泽变化是对环境的适应。
南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201922建立时期(公元17世纪至19世纪末)17世纪后,生态学开始作为一门独立的学科。
1670年,化学家R.Boyle发表低气压对动物效应的实验,标志动物生理生态学的开端。
1735年,法国昆虫家Reaumur,积温与昆虫发育生理的先驱。
1855年,Al.deCandolle将积温引入植物生态学。
1792年,德国植物学家C.L.Willdenow在草学基础中讨论了气候,水分与高山深谷对植物分布的影响,他的学生A.Humboldt1807年出版植物地理学知识,提出“植物群落”等概念,指出等温线对植物分布的意义。
南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/2019231798年,T.Malthus人口论发表,促进了“人口统计学”与“种群生态学”的发展。
1859年,达尔文物种起源问世,促进生物与环境关系的研究。
1866年,E.Haeckel提出ecology一词及其定义。
1895年,丹麦植物学家E.Warming发表划时代著作以植物生态地理学为基础的植物分布学,1909年英文版改为植物生态学。
1898年,波恩大学教授A.F.W.Schimper出版以生理为基础植物地理学,这两部书被公认为生态学的经典之作。
南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201924巩固时期(20世纪初到20世纪50年代)英美学派代表人物是美国的F.D.Clements和英国的A.G.Tansly。
特点是重视群落的动态,从植物群落演替观点提出演替系列、演替阶段群落分类方法,并提出了演替顶极的概念(Climax)他们俩分别是单元顶极学说和多元顶极学说的代表人物。
法-瑞学派代表人物是:
瑞士的Rubel,著有地植物学的研究方法(1922);法国的Blanquet著有植物社会学(1928)。
该学派的特点是重视群落研究的方法,用特征种和区别种划分群落的类型,建立了严密的植被等级分类系统。
北欧学派代表人物是Rietz,他们重视群落分析、森林群落与土壤pH值关系。
1935年以后,与法-瑞学派合流,合称西欧学派,或叫大陆学派,不过仍保留把植物群落分得很细的特点。
前苏联学派这个学派以V.N.Sukachev院士为代表。
他们以建群种定名群丛,建立了一个等级分类系统,并且很重视制图工作,完成了全苏植被图。
南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201925动物生态学有了较大的发展。
动物行为学,水生生物学,动物种群生态学等。
Allee(1949)等的动物生态学原理标志进入成熟阶段。
提出生态学概论,生态系统研究方面有了很大发展,生态学由植物群落研究向生态系统研究方向迈进。
生态系统能量和功能的研究有了进展。
如Elton(1927)的能量金字塔,Lindeman(1942)的生物营养级和十分之一定律。
基本的生物生态学科的建立。
Odum(1953)在生态学基础中明确提出个体生态学,种群生态学,群落生态学和生态系统生态学的学科体系。
南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201926生态学分支学科的产生。
德国C.Troll(1939)提出“景观生态学”,美国芝加哥大学发展形成“人类生态学”。
生态学专门研究机构和学术刊物涌现。
如英国生态学会(1913),美国生态学会(1915),30年代末建立的“地中海与阿尔卑斯山地植物学国际站(SIGMA)。
南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201927学术刊物EcologicalMonographs(1931,美)Ecology(1920,美)TheJournalofEcology(1913,英)EcologicalReviews(1935,日)Vegetation(1948,荷兰)Bioscience(1951,美)Oikos(1950,丹麦)等南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201928现代生态学时期(20世纪60年代以后)研究层次上向宏观与微观两极发展:
经典生态学以动植物种群为研究对象,现代生态学的研究已扩展到生态系统,景观和全球。
微观上出现了分子生态学等新分支。
研究手段更新,应用先进技术。
传统生态学注重对象的描述,方法,仪器简单;现代生态学使用了野外自计电子仪器,同位素示踪,遥感与地理信息系统,生态建模。
南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201929研究范围的扩展:
经典生态学以研究自然为主,很少涉及人类,现代生态学则结合人类活动对生态过程的影响,从纯自然研究到自然经济社会复合系统的研究。
国际协作加强,出现一些国际性的重点活动。
如,国际生物学计划(1964-1974);人与生物圈计划(MAB,1971)等。
生态学与其他学科相互交叉渗透,形成庞大的生态学学科体系。
目前冠之以“生态”名词的“学科”已超过100门。
南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201930当代生态学时期(80年代以后)生态学在社会中重新定位:
著名生态E.P.Odum1997出版的生态学:
科学和社会的桥梁称生态学是一门连接生命、环境和人类社会的有关可持续发展的科学。
生态学已不再象一度被人们所指责的那样,是一门“不食人间烟火的”、只会说“No”和“批判的科学”。
已经从一门描述性学科发展成为一门崭新的、结构完整的、定量化学科,并向预测性科学扩展。
生态学与其他学科的融汇与分化:
与基础学科交叉,促进了数学生态、化学生态、物理生态的发展;生态学与专业生产部门结合形成的农业生态、林业生态、草原生态、海洋生态、湖沼生态及湿地生态不断健全成完整体系。
南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201931面向人类干扰和破坏后生态系统恢复中,发展了景观生态学、恢复生态学、保育生态学以及全球生态学;在解决当代环境问题中,与环境科学融汇,形成了环境生态学、污染生态学、生态毒理学;生态学向工农业领域渗透,发展了工业生态学或产业生态学、生态技术、生态工程;生态学与社会科学交叉发展了人类生态学、生态伦理学、生态经济学、城市生态学.生态学家认为:
生态学与其他学科的交叉领域,正在给人类的未来带来巨大的影响。
美国生态学会前主席J.Meyer在96年全美生态学会年会上将生态工程、生态经济、生态设计、产业生态学和生态伦理学列为未来生态学就的5大前沿方向。
南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201932从研究结构到研究功能和过程:
Costanza和Goulder把生态系统的服务功能归纳为17种类型,推算出生态系统除了市场价值外,每年提供的服务功能价值在33亿美元以上,相当于全世界GNP的1.8倍。
从局部的孤立研究到整体的网络化研究:
在国家、区域和全球水平上进行网络研究已是国际生态学的一种发展趋势。
如区域尺度上的美洲的泛美研究所(LAI)、亚太地区的全球变化研究网络(APN)、欧洲全球变化研究网络(ENRICH)、全球陆地观测系统(GTOS)等。
研究方法和研究手段的改善与提高:
传统生态学的研究方法是针对中观尺度的需要,生态学的研究范围向宏观和微观两极拓展。
遥感、信息系统、全球定位系统的应用同时,对传统技术挖掘、提高。
南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/2019334生态学的研究方法A.原地观测野外考察:
定位观测:
原地实验:
B.受控实验(实验室模拟系统:
微宇宙实验、人工气候箱等)C.生态学的综合方法资料的归纳和分析生态学的数值分类和排序生态模型和模拟(野外模拟自然系统:
USA“生物圈”号)南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/2019344生态学的研究方法Fig.1.4Heinrichswork南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/2019355需要注意的10个问题1)生态学是科学:
生态学是一门纯科学学科,目的是了解有机体与其广阔环境的相互关系。
像任何科学一样,生态学的研究成果不指挥伦理的或政治的行动。
因为环境运动已经赋予了“生态学这个词有政治含义。
学习生态学的大学生,从严格的科学观去讨论生态学问题是必要的。
2)生态学只有按照进化论才可以理解:
有机体的多样性,以及其形态学、生理学和行为的变异丰富性,全是亿万年进化的结果3)“对物种有利”现象并不存在:
认为种群大小通过降低出生率而受限制是“为了对物种有好处”的论点是不可靠的。
南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/2019365生态学的10个规律6)“讲故事是危险的”:
解释生态学种种模式或相互关系时,很容易滑到假设或断言中。
如一个经典的错误“北极熊所以是白色的,是因为可以隐藏在雪地里避免被捕食”(显然那里并没有北极熊的天敌)。
5)理解复杂性要求模型:
数学模型在生态学中的应用,构建简单的数学模型。
4)基因和环境都很重要:
环境条件限定一个种的出生率、生长率和死亡率水平。
决定有机体结构的基因具有同样重要性。
南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/2019375生态学的10个规律9)机会是重要的:
随机事件在生态学中起关键性作用。
并不意味着生态学中的模式是完全不可预测的。
7)要有分层次的解释:
对于任何观察,常常有一个直接的原因被识别出来。
这种因果解释往往是资料不足,需要进一步探索。
8)有机体具有很多限制:
有机体所表现出的形态、功能和环境适应力是多样的。
主要约束有两类:
物理约束和进化约束。
10)生态学家心目中的生态学边界:
优秀的生态学家关心数学、化学、物理学及其他学科,作为理解生态学的工具。
南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/2019385生态学的10个规律Fig.1.5英国泰晤士报描绘的吉林长白山天池怪兽南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201939英国纽卡斯尔大学的研究人员近日发出警告,一种来自中国的毛蟹在英国大量繁殖,对其河岸生态平衡构成严重威胁。
这种毛蟹称为“中华绒鳌蟹”,俗名“大闸蟹”,由于其爪子上有密集的绒毛而得名。
英国广播公司(BBC)的报道称,有关毛蟹入侵的研究结果已在荷兰学术期刊生物入侵的最新一期上发表。
英国的自然环境专家发出警告是因为这种毛蟹喜欢在河岸钻挖洞居住,从而破坏河岸环境,而且这种蟹也以一些在英国受保护的动物为食物,对自然生态平衡构成威胁。
Fig.1.6美味大闸蟹8/16/2019406本世纪初我国生态学发展工作重点1)依靠科学技术,保证人民食物安全:
2030年我国人口达到16亿,按年人均400千克(温饱型)粮食计算,每年需粮食6400亿千克。
目前我国年产值4900-5000亿千克。
以生态学原理为指导,建立高产、高效、多功能和可持续的农业生态系统,使生态工作者最迫切的任务之一。
Fig.1.7可持续农业生态系统南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/2019416本世纪初我国生态学发展工作重点2)有效控制环境污染,改善生态环境质量,保证人民环境安全:
我国目前78%淡水和50%地下水被污染;40%水源不能饮用,65%的人正在饮用不合格水。
二氧化硫和粉尘污染问题严重,符合大气质量一级标准的大城市仅占1%;耕地总面积的1/5已被污染;据世行估计:
我国仅大气和水污染造成的损失已达540亿美元。
Fig.1.8环境污染南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/2019426本世纪初我国生态学发展工作重点3)保护生物多样性是我国可持续发展的基础:
我国被称为“巨大生物多样性国家”(mega-biodiversitycountry)。
拥有全球物种总数的10-14%,其中很多古老孑遗种。
过去只关注生物多样性对人类维持生存的意义,对生物多样性本身尤其对生物多样性的生态系统功能知之甚少。
Fig.1.9中国的生物多样性南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/2019436本世纪初我国生态学发展工作重点4)结合西部开发,做好受损生态系统的恢复和重建:
西部十省市拥有全国56%的土地面积,23%人口,50%的矿产资源和77%以上的可开发水能,但国内生产总值只占15%。
开发西部要以改善生态环境为根本,保护黄河、长江源头和上游地区,综合治理水土流失、荒漠化。
Fig.2.0水土流失Fig.2.1沙尘暴南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/2019446本世纪初我国生态学发展工作重点5)生态系统的管理和可持续利用1996年美国生态学会提出的“持续发展生物圈研究计划(SBI)”中,已把恢复生态学研究列为重要内容。
我国自然生态系统严重退化现状令人触目惊心。
退化农业生态系统、退化森林和草原生态系统的治理得到重视,但在理论和方法上远远落后于欧美发达国家。
南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/2019456本世纪初我国生态学发展工作重点6)恢复生态学或受损生态系统恢复与重建研究建立可持续生态系统是现代生态学研究的目标,由于生态系统是人类生存环境的基本组成单位。
生态系统所提供的食物、建筑材料、纤维等产品,以及生态系统调节气候、涵养水源和美化环境等服务功能是人类得以生存和社会得以发展的基本条件。
南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/2019466本世纪初我国生态学发展工作重点7)全球变化引发的生态学问题:
气候变暖为突出标志的全球变化,引起的生态安全问题,如全球范围的森林衰退、生物多样性丧失、土地退化与荒漠化、水土流失、生态系统退化、植被带迁移等。
中国处于地球环境变化速率最大的东南季风区,具有空间上的复杂性和时间上的易变性,以及敏感脆弱和受人类活动强烈影响等特点。
Fig.2.2全球变暖南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/2019472009年末,全球聚焦哥本哈根南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201948温家宝总理向世界承诺:
到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降4045。
8/16/2019496本世纪初我国生态学发展工作重点8)生物灾害治理与生物安全中的生态学问题:
生物灾害是指某一地区固有物种或迁移物种的种群数量大爆发引发的灾害。
如东亚飞蝗、棉铃虫、赤潮发生等。
我国著名的高原湖泊-滇池蓝藻“水华”,造成昆明市饮水危机,投资40亿治理,仍没有效控制。
外来种入侵和引进引发的生态学事件,已带来严重的经济损失和生物多样性丧失。
Fig.2.3棉铃虫Fig.2.4水华南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/2019506本世纪初我国生态学发展工作重点9)环境污染过程中的重要生态学问题:
环境污染是导致生态系统丧失生物多样性和可持续性的原因。
商业生产的合成化学品已超过1亿吨,其种类仍在以每年1000种的速度递增。
通过系统研究化学污染物对自然或人工生态系统的影响,阐明种群、群落、生态系统在污染胁迫下结构与功能的演替趋势以及受污染水体和土壤生态系统的修复技术等是要解决的生态学问题。
南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201951第一章小结1、重要概念
(1)生物圈(Biosphere)
(2)生态学(Ecology)2、重点
(1)生态学的研究对象
(2)生态学的研究方法(3)生态学的形成与发展过程南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201952课堂讨论作业一般认为,大气中二氧化碳浓度升高引起全球变暖现象(正方-环境科学单号学生);而日前国外16位著名科学家(包括多位诺贝尔奖获奖人)联名发表声明,对这个观点提出质疑和反对(反方-环境工程单号学生)。
请你站在不同角度,提出各自的观点和依据。
课后复习本章的概念和术语本章的原理和定律本章的课后思考题讨论及作业南开大学示范精品课程课件生态学基础20108/16/201953
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