环境生态学第一讲.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,环 境 生 态 学,蔡燕飞 讲授,办公地点：资环楼926,yanfeicai,13535219941 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。,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（18231913）,达尔文（18091882）,（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成的种群与环境的相互关系。,群落生态学,community ecology:,主要研究群落的结构与功能、形成和发展 方面与环境间的相互关系。,生态系统学,ecosystem ecology:,主要研究由群落与其周围理化环境构成的生态系统的结构与功能，系统的平衡与调控机制。,生态圈生态学,（,biosphere ecology,）主要研究生物必需元素和重要污染物在大气、海洋、陆地之间的生物地球化学循环、海,气交换过程、陆,海相互作用、火山活动、太阳黑子活动、核污染对地球影响及在全球变换中的作用等。,三、生态学的学科体系,1.按照生态学研究的尺度划分,分子生态学,个体生态学,种群生态学,群落生态学,生态系统生态学,全球生态学,四、生态学的分支学科,按,生命层次,：分子（基因）、细胞、器官、个体、种群、群落、生态系统、景观、生物圈和全球生态学。,按,生物类群,：动物生态学、植物生态学、微生物生态学、昆虫生态学、鱼类生态学等；,按,环境和栖息地类型,：淡水生态学、海洋生态学、河口、陆地、森林、草地、荒漠等；,应用生态学,：,农业生态学、森林生态学、草业生态学、家畜生态学、资源生态学、城市生态学、环境生态学、人类生态学、化学生态学、经济生态学,。,边缘科学,：数学生态学、化学生态学、进化生态学、生理生态学、经济生态学、生态经济学；,理论生态学,进化生态学、生态数学、生态学模型等,生物学科,基础科学,应用学科,环境科学,社会科学,分子生态学,理论生态学,农业生态学,环境生态学,生态经济学,生理生态学,数学生态学,森林生态学,污染生态学,生态伦理学,遗传生态学,物理生态学,草原生态学,生态毒理学,生态法学,行为生态学,化学生态学,海洋生态学,保育生态学,动物生态学,景观生态学,淡水生态学,植物生态学,湿地生态学,微生物生态学,城市生态学,生态工程学,工业生态学,产业生态学,生态学与其他学科交叉产生的分支,四、生态学的,研究方法,理论的,Theoretical,实验室的,Laboratory,野外的,Field,熟悉研究对象,问、看、走、想,收集研究数据,科学观测实验,第一手数据：,采集土壤、植物、动物、化肥、农药、灌水、降水样本，测定气象要素和理化性质。,第二手数据,：生产报表、社会经济统计、年鉴、地方志、农业区划、人口统计、气象记录、科技手册和科技文献等,研究数据的分析整理,数理统计方法：,方差分析、回归分析、主成分分析、聚类分析、线性规划等。,研究策略,（1）多学科协作；（2）多系统大跨度对比；（3）用对象替换来赢得时间；（4）选择适当的研究单元；（5）把握合适的研究层次。,生态学基本研究方法,生态学是一门,“,基础性强、研究范围广、学科间渗透面大、应用范围宽的正在蓬勃发展重要学科,”,。,第二节 环境生态学的定义、形成和发展,一、,环境生态学,的定义,环境生态学,（environmental ecology)是研究人为干扰下，生态系统内在的变化机理、规律和人类的反效应，寻求受损生态系统恢复、重建和保护对策的科学，即运用生态学理论，阐明人类与环境间的相互作用及解决环境问题的生态学途径。,当前人类面临的主要问题，对生态学提出了更高的要求：,人口爆炸,：,环境污染,：,资源短缺,：,生态破坏,：,人口爆炸,：马尔萨斯的“人口论”是现实的。人口以几何级数率增加，而生产资料是以算术级数增加率增加，人口急剧增加超过环境的合理承载能力，环境污染和生态破坏就会加剧,马尔萨斯,（Thomas Robert Malthus,1766-1834），,英国,资产阶级,庸俗经济学,家、牧师和教授。,环境污染,：如工业三废“废气、废水、废渣”，农药和放射形物质污染，从登上月球后拍摄的照片看，地球上已无处不被污染。二氧化碳排放，温室效应使气温升高，海平面升高。人类环境的前途如何？真是令人不堪设想。,资源短缺,：土地资源，农用耕地日减。,我国耕地保有量保持在18亿亩红线,。水资源尤其是淡水资源日趋紧张，污染和浪费严重。能源、森林等资源不足，生物资源：种量日减。地球上生命存在了35亿年，曾出现过许多多物种，现在可能仅存在千分之几，有几次灭绝期。二亿年前二叠纪末，海洋生物种数减少了90%；6500年前，恐龙灭绝；人类出现后，,物种灭绝加速,，目前人类影响已达自然灭绝速率的1000倍以上。,地球上每20分钟就有一个物种灭绝。,生态破坏,：土地荒漠化、水土流失、盐碱化、潜育化为主的土地退化规模不断扩大，耕地的丧失和破坏是人地矛盾突出，森林生态功能衰退，引起干旱、洪涝灾害不断加剧。,二、环境生态学的研究内容,人为干扰下生态系统的内在变化机理和规律,环境生态学研究的对象是受人类干扰的生态系统,。这里所说的干扰包括两个方面：一是指人类活动对生态系统造成的污染；二是指人类活动对生态系统的影响和破坏，主要是指人类对自然资源的不合理利用。,各类生态系统的功能、保护和利用,生态系统的退化的机理及其修复,解决环境问题的生态对策,全球性环境生态问题的研究,如臭氧层破坏、温室效应、全球变化等。,三、环境生态学的发展趋势,生态系统对人为干扰的反应机制与检测,土壤有机碳库对人为干扰和全球变化的响应,退化生态系统的恢复和重建,黄土高原区退化生态系统,、岩溶,喀斯特典型山地退化生态系统,、丘陵旱坡区退化生态系统。,矿区土地复垦与生态重建,。,生态规划、生态安全和生态风险预测,景观生态规划、景观建筑的拓展领域、生态与景观、景观设计与自然、景观设计与变化中的城市、生态学与城市美学、生物区规划和生态系统保护、培养生命的景观、生态学与设计等。,环境生物技术和生态工程,废水生物处理工程技术、危险化合物的微生物降解、污染场地的生物修复、工农业废弃物的生物降解等,区域生态环境建设,森林的开发和保护,-,以亚马孙热带雨林为例,恢复建设黄河流域以及周边区域生态环境,荒漠化的防治,以我国西北地区为例,四、环境生态学研究方法：,宏观研究和微观研究相结合；,野外调查、室内实验和长期定位试验相结合；,从静态的结构研究到动态的功能研究；,多学科交叉、综合研究，生物学与地理、化学、物理和数学互相渗透；,系统分析方法和数学模型的应用，从描述现状的定性研究到预报未来的定量研究；,新技术的应用，运用自动化测试、计算机和遥感技术等现代化实验手段；开展国际协作。,