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生態學發展史

生態學發展史. 鄭先祐 (Ayo) 國立 臺南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所. Ecology 生活科學的 整合與訓練. 一、 「生態學」的定位 ( 起源 ). 第一個使用 ecology (Haeckel, E., 1866) 。 Ecology as a part of physiology ( 生理學 ) 。 名詞： Ecology 字源取自 eco-nomics (household+management) eco-logy (the study of household)

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生態學發展史

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  1. 生態學發展史 鄭先祐 (Ayo) 國立 臺南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所 Ecology 生活科學的 整合與訓練

  2. 一、「生態學」的定位(起源) • 第一個使用 ecology (Haeckel, E., 1866)。 • Ecology as a part of physiology (生理學)。 • 名詞：Ecology • 字源取自 eco-nomics (household+management) • eco-logy (the study of household) • the economy of nautre (自然的經濟)。 • 內容： • total relationships of the animal both to its inorganic and its organic environment. • complex interrelations referred to by Darwin as the conditions for the struggle for existence. 生態學發展史

  3. 一、「生態學」的定位( by 1910s) • 1893 J. S. Burdon-Sanderson: President, British Ass. for Advancement of Science. • 將 Ecology 成為「生物學」中三大部之一。 • ecology, physiology and morphology • 生態學 => philosophy of living nature. • 1900s Clements & Cowles → plant ecology • 生態學 = 生理學 • 1910s Adam (1917) & Elton (1927) → animal ecologists • 生態學= new natural history (Adam, 1917) = scientific natural history (Elton, 1927) 生態學發展史

  4. 一、「生態學」的定位( by 1950s) • 1949 Allee et al. principles of animal ecology • =>lack of knowledge of ecology among scholars and philosophers • 1. 由於內在的多元性→廣泛distortion of 內容 • 2. 缺乏historical studies • Kuhn (1970) a developing scientific discipline ==> fusion of several separate trunks lacking a common initial rootstock. ┤ 生態學發展史

  5. 一、「生態學」的定位( 1960-80s) • 1961 Andrewartha 生態學= 生物的分佈和豐富量之研究。 • 1963 Odum, E. 生態學= 自然的結構和功能之研究。 • 1980s Leo Smith, R. (1986) 生態學= 「生物與其生活環境」的互動關係之研究。 生態學= 自然的經濟學 Odum, E. (1983) 生態學= 自然科學和社會科學的橋樑。 ┤ 生態學發展史

  6. 一、「生態學」的定位( 1990s) • 1990s Stiling, P.D. (1992) 生態學包含以下五部份： 演化生態+行為生態+族群生態+群落生態+應用生態 • Leo Smith, R. (1992) 生態學= 主要兩個根源：植物地理學和自然歷史學 • Colinvaux, P. (1993) 生態學= the Science of the universe(宇宙) (Hutchinson) • 1. 体系的龐雜和歧異之維持和來源之瞭解 • 2. 生物一起生活的原則 • 3. 生命如何受天擇影響 • 4. 自然的經濟學 ┤ 生態學發展史

  7. 一、「生態學」的定位( 1990s) • Odum, E. (1993) 生態學= 生命與維生環境之關係。 • Krebs, C. J. (1994) 生態學= 決定「生物的分佈和豐富量」之互動的研究。 Where, How many, Why • Brewer, R. (1994) 生態學= 「生物與其生活環境」的互動關係之研究。 ┤ 生態學發展史

  8. 一、「生態學」的定位( by 2000) • Stiling, P. D. (1996) 生態學 = 生物和生物與其生活環境間的互動關係。 • Ricklefs, R. E. (1997) • 生態學 = 自然的經濟。 • Smith and Smith (1998) • 生態學 = 自然的經濟。 • Ricklefs and Miller (2000) • 生態學 = 研習 自然世界的 次序 (order)。 ┤ 生態學發展史

  9. 二、The background of ecology自然平衡的生態觀 西元前4th世紀：自然平衡/神意的(providential)生態學 • Aristotle：田鼠的高生殖率，可產生更多田鼠，受其天敵減少數量，如：狐狸、白鼬、人的控制、大雨。 • Herodotus and Plato： 自然被設計成保育每一種生物。每一種生物於自然中都有其特定的位置；絕種並未發生, 因若發生將破壞大自然的平衡與和諧。 ┤ 生態學發展史

  10. 二、The background of ecology自然和諧的生態觀 17th - 19th 世紀：自然和諧 • Graunt (1662) 人口數學化，以出生率，死亡率， 性別比年齡結構，預測倫敦人口於64年間加倍。 • Leeuweenhoek (1687) 計算母蒼蠅產下的卵數，估 計一對蒼蠅三個月內可產生746,496個蒼蠅。 • Buffon (1756) Natural History族群調控/ 疾病，食物不足 • Malthus (1798) Essay on Population. 生殖終要受 食物的生產量的限制(checked) ┤ 生態學發展史

  11. 二、The background of ecology達爾文的演化論 • Farr (1834): Malthus 推測食物生產量以等差級數增加，這並不真實，至少在美國，食物生產量是以等比級數增加，甚至比人口成長更快。 • 20th 世紀: 「天擇」與「為生存奮鬥」, 逐漸取代「自然平衡與神意的」生態學。 • 於1900年前，Ecology 逐漸成為「科學」 • 根源於：自然史、人口學、生物統計學、農業和醫學(公共衛生、傳染病)之應用。 ┤ 生態學發展史

  12. 二、The background of ecology植物地理學和自然歷史學 • 於1960s 前， Ecology 尚未被認為是重要的「科學」。 • 現代生態學，主要有兩個根源： 植物地理學和自然歷史學 Plant Geography and Natural History┤ 生態學發展史

  13. 三、植物地理學第一階段 (1800年初期) • C. L. Willdenow (1765-1812)： 相似的氣候區, 有相似的植被。 • F. H. A. V. Humboldt (1769-1859) / 在西班牙國王 Carlos IV 支持下，到墨西哥、古巴、Venezuela 、秘魯、Orinoco 和 Amazon 河 (五年)。著作 30卷書 : 「Voyage to the Eauatorial Regions」 / 描述許多植物。 • J. F. Schouw (1789-1852)：溫度對植物分佈的影響。 • A. De Candolle (1806-1893)：以年平均溫度線, 劃分植被。┤ 生態學發展史

  14. 三、植物地理學第一階段 (1800年初期) • W. Koppen: Koppen's climate types. • A. Kerner (1831-1898) / 在Hungary (匈牙利) 政府支持下，描述eastern Hungary and Transylvania 地區的植被。 • 著書: 「Plant life of the Danube Basin」 -- 不同海拔高度的植物, 作實驗性的移植。 ┤ 生態學發展史

  15. 三、植物地理學第二階段(1850年- 1899年) • J. Warming (1841-1924)：研究巴西的熱帶植被。 • 提出 生活型 (life forms) 的名詞。 • 著書: 「Plantesamfund」 (第一本植物生態學的書) • 將植物形態, 生理, 分類, 和生物地理, 合成一体。 • A. Schimper (1856-1901)：於熱帶地區研究。 • 著書: 「Plant geography on a physiological basis」 • J. Paczoski (1864-1941)：植物如何影響環境 -- shade tolerance, competition, succession, fire ┤ 生態學發展史

  16. 三、植物地理學 第三階段 (1900年代初期) Ａ. 植物群落的研究(歐州)： • C. Raunkaier (1860-1938) (丹麥)/ life form 和取樣方法 • A. E. Tansley (1935) (英國)/ 提出 ecosystem的名詞 • 實驗式的生態研究/ 創立 英國生態學社/ 保育運動 • 美國： (以學生成究為榮) • J. M. Coulter(U. Chicago) → H. C. Cowles (1869-1939) • C. E. Bessey(U. Nebraska) → F. E. Clements┤ 生態學發展史

  17. 三、植物地理學第三階段(1900年代初期) Ａ. 植物群落的研究 (美國) • H. C. Cowles: 研究植物succession 的先驅 • (1899) The ecological relations of the vegetation of the sand dunes of lake Michigan. • F. E. Clements: 理論學家 • (1898) The phytogeography of Nebraska. (with R. Pound) • (1916) monograph on plant succession. • (1929) Plant ecology. (with J. E. Weaver) • (1939) Bio-ecology. (with V. E. Shelford) ┤ 生態學發展史

  18. 三、植物地理學第三階段(1900年代初期) Ｂ. 淡水水域 (歐州): • F. A. Forel (1892) limnology/物理環境 • A. Thienemann (1931) 淡水生物學家/ nutrient cycles/producer, consumer/ • V. V. Stanchinsky (1931) On the importance of biomass in the dynamic equilibrium of the biocoenose. →community energetics • G. F. Gause (1934) The struggle for existence. →predator-prey (實驗)/ 種間競爭┤ 生態學發展史

  19. Ｂ. 淡水水域 (美國): • S. A. Forbes (1887): The lake as a microcosm. -- 湖泊中生命的互動/ food chains/ 天擇 (U. Illinois) • E. Transeau (1926): The accumulation of energy in plants. --玉米生產學者, 光合作用/ primary production/ energy budgets. • E. A. Birge and C. Juday/ Wisconsin Nat. History Survey • C. Juday (1940): 「The annual energy budget of an inland lake」 • R. A. Lindeman (1942): 激發二次大戰後的生態体系 之研究。 「The trophic-dynamic aspect of ecology」 ┤ 生態學發展史

  20. 三、植物地理學第四階段(1950年以後) 美國: • G. E. Hutchinson (1957) 於研討會的總結 「族群研究: 動物生態和demography」 • H. T. Odum & E. P. Odum (1953) : 「Fundamentals of Ecology」 • J. T. Curtis (1959) The vegetation of Wisconsin. • F. H. Bormannn and G. E. Likens (1967): Nutrient cycling. ┤ 生態學發展史

  21. 三、植物地理學第四階段(1950年以後) 歐州: • J. Ovington (1962) • R. E. Rodin and N. I. Bazilevic (1967) • J. L. Harper (1977) The population biology of plants. → a new area of plant demography. ┤ 生態學發展史

  22. 三、植物地理學第四階段(1950年以後) 世界: • The International Biological Program (1964-1974): The biological basis of productivity and human welfare. • energy flow and nutrient cycling in biomes. • The Society for Conservation Biology (1985) 成立發行Conservation Biology (1987- )┤ 生態學發展史

  23. 自然歷史學 (Natural History) • (一) 早期 • 17th and 18th 世紀 ==> 自然現象的描述 • J. Harris (1700s) : Natural history is a description of any of the natural products of the Earth, water or air, such as beasts, birds, fishes, metals, minerals, fossils, together with such phenomena as at any time appear in the material world. ┤ 生態學發展史

  24. 自然歷史學 (Natural History) • late 18th 世紀: • quality vs. quantification • process vs. mechanism • concreteness vs. deductive abstract analysis • historical vs. ahistorical explanation. • 20th 世紀: • W. F. Ganong (1904) → for a new method of experimental study and logical proof. • Natural history → 演化生物學 / 生物地理學 / 生態學┤ 生態學發展史

  25. 自然歷史學 (Natural History) (二) 理論 理論基礎: • 1798 Malthus, Thomas: Essay on the principle of population. • 1859 Darwin, Charles: On the Origin of Species. • 18XX G. Mendel: ┤ 生態學發展史

  26. 自然歷史學 (Natural History) 理論完成: • 1. ─→ Population Genetics • Sewell Wright (1931) R. A. Fisher (1930) • J. Haldane (1932, 1954) • 2. ─→ Malthus 的concept • P. F. Verhulst (1838) 以數學表示 • A. Lotka and V. Volterra (1926) ┤ 生態學發展史

  27. 自然歷史學 (Natural History) 實驗: • G. F. Gause (1934) / protozoans • T. Park (1954) / flour beetles • → population biology • → evolutionary ecology • → theoretical mathematical ecology ┤ 生態學發展史

  28. 自然歷史學 (Natural History) (三) 動物的研究 (Animal studies) ( 歐州): • K. Mobius (1877) An ossyster bank is a biocenose. • R. Hesse (1924) Ecological Animal Geography. 1939 譯成英文 • C. Elton (1927) Animal Ecology. / 第一本動物生態學的書→動物的經濟學和社會學的研究┤ 生態學發展史

  29. 自然歷史學 (三) 動物的研究 (美國): • C. Adams (1913) A guide to the study of animals. • V. Shelford (1913) Animal communities in North America. (三) 動物的研究 (當代): • W. C. Allee, A. E. Emerson, T. Park, O. Park and K. P. • Schmidt (1949): 「Principles of animal ecology」. • Modern ecology: trophic structure, energy budgets, population dynamics, natural selection (evolution)┤ 生態學發展史

  30. 自然歷史學 (四) 動物行為 (Animal behavior) 早期 • 1. G. J. Romanes (1848-1894) →比較的方法, 以動物類比人類行為 • 2. C. L. Morgan (1852-1936) → 觀察和直接實驗┤ 生態學發展史

  31. (四) 動物行為 (學派建立) • 3. 於1900s 早期, 動物行為學有四支 • (1) 行為機制: perceptual and physiological • (2) 功能和演化: • (3) Konrad Lorenz: 基因 programmed 行為 • (4) Niko Tinbergen: causation, development, evolution, function • K. V. Frish: bee communities and behavior • 二次大戰後 → 行為生態學 • → 社會生物學 (1975) E. O. Wilson ┤ 生態學發展史

  32. (五) 生理生態學 (Physiological ecology) • 1. J. Leibig (1840): limiting factor / limited supplies of nutrients in growth and development of plants. • 2. F. F. Blackman (1905): factors interaction / light, CO2, 溫度, assimilation rate • 3. V. E. Shelford (1913): Animal communities in Temperate America. / Law of tolerance. L. J. Henderson (1913): The fitness of the environment. / Chemical ecology.┤ 生態學發展史

  33. 五、動物生態 vs. 植物生態 (一) 於英國: 1920年代 A. E. Tansley (植物) C. Elton (動物) → 英國生態學會 / J. Ecology 但後來，C. Elton 另成立 J. Animal Ecology ┤ 生態學發展史

  34. 五、動物生態 vs. 植物生態 (二) 於美國： 1. 名詞之爭 • 植物學者於Botanical Congress(Madison, Wisconsin) 1893, 認為要加上「O」→ oecology • 動物學者, 堅持反對；W. M. Wheeler 批評植物學者強奪 ecology 名詞 → distorted the science 因此動物學者應放棄ecology, 改用ethology. • 植物學者，認為植物不需要昆虫和其它動物。 → 動物是可忽略的。 ┤ 生態學發展史

  35. 五、動物生態 vs. 植物生態 (二) 於美國： 2. 1940s. 企圖聯合 • V. E. Shelford (動物)和F. E. Clements (植物) → 「Bio-Ecology」 (1939) • 但 Clements 仍認為: Plants determined the presence of animals and never vice versa. ┤ 生態學發展史

  36. 五、動物生態 vs. 植物生態 (二) 於美國： • 3. E. P. Odum (1964) → new ecology • (1) ecoosystem theory of Tansley (1935) • (2) energetic 研究/ Transeau (1926) and Juday (1940) • (3) trophic-dynamic theory of Lindeman (1942) 植物和動物 /energy flow/nutrient cycling/food chains ┤ 生態學發展史

  37. 六、應用生態學 1. 1930s-60s • H. Stoddard (1932): The bobwhite quail. 使用「火」, 控制植物的演進(succession) • A. Leopold (1933): Game management. 生態原則/ 經營 • J. Kittredge (1948): Forest influence. • H. L. Lutz and R. F. Chandler (1954): Forest soils. • Rachel Carson (1962): Silent Spring.┤ 生態學發展史

  38. 六、應用生態學 1. 1980s- • Conservation Biology Soule (1986) → the science of scarcity and diversity. • Landscape Ecology Forman and Godron (1986) → how a heterogenous combination of ecosystems is structured, functions, and changes. • Restoration Ecology Jordal, et al. (1987) → experimental research to reproduction of ecosystems on highly disturbed lands. ┤ 生態學發展史

  39. 七、大眾覺醒 (Public awakens) • 1. 雖然應用生態學早在1930年代興起， 但要一直到1970年代，才因大眾的關注 而逐漸受重視。 • 2. A. Bramwell (1989) 稱: 1970年代的環保 和生態運動是「生態主義」(ecologism)┤ 生態學發展史

  40. 七、大眾覺醒 (Public awakens) 3. 人和環境的研究，追溯至1800年代。 • G. P. Marsh (1864): Man and Nature. • E. Haeckel (1900): The Riddle of the universe. (1905): The wonders of Life. /back-to-the-land movement /有機農業/土壤和森林保育 • J. Ritchie (1920): The influence of man on animal life in Scotland. ┤ 生態學發展史

  41. 七、大眾覺醒 (Public awakens) • P. B. Sears (1935): Deserts on the march. • W. Vogt (1948): Road to survival. • F. Osburn (1948): Our plundered (掠奪的) planet. • W. L. Thomas (1956): Man's role in changing the face of the Earth. Proceedings of symposium. • Rachel Carson (1962): Silent Spring. • P. R. Ehrlich (1968): The population Bomb. • G. Hardin (1968): The tragedy of the commons. • I. L. McHarg (1969): Design with Nature. ┤ 生態學發展史

  42. 七、大眾覺醒 (Public awakens) • P. Shepard and D. McKinley (1969): The subversive Scinece. • E. Callenbach (1970): Ecotopia. • D. H. Meadows, D. L. Meadows, J. Randers, and • W. W. Berhens III (1972): The limits to growth. • IUCN (1980): World Conservation Strategy. • Council on Environmental Quality (1980): Global 2000 ┤ 生態學發展史

  43. 七、大眾覺醒 (Public awakens) A Year for Biodiversity (『生物龐雜度』之年) (2000) BioScience • 內容：『國際生物龐雜度關注之年』(International Biodiversity Observation Year，簡稱 IBOY)將聯合相關『生物龐雜度』科學的進展，且提升其在決策和大眾心目中的地位。這項計畫已經得到『DIVERSITAS』的贊助。『DIVERSITAS』是一個國際科學團體，致力於從基因至生態體系各個生物層面的龐雜度之研究。 ┤ 生態學發展史

  44. IBOY 2001-2002網路資源的網址如下： • IBOY的網址：  http://www.nrel.colostate.edu/IBOY • DIVERSITAS 的網址： http://www.icsu.org/DIVERSITAS • Species 2000 的網址： http://www.sp2000.org • 最近滅絕物種委員會的網址： http://creo.amnh.org • 樹木生活計畫 的網址：  http://phylogeny.arizona.edu/tree • 兩生類網站 的網址： http://elib.cs.berkeley.edu/aw┤ 生態學發展史

  45. 八、環保重要里程碑 • 1605 英國東海岸沼澤濕地開發計劃, 被 Fenmen 阻止。 • 1870 美國官方第一個野生動物保護區設立於加州Merritt湖。 • 1872 黃石國家公園, 美國第一個國家公園設立。 • 1900 Lacey Act (法案), 美國聯邦野生動物保護法案簽定。 • 1903 美國第一個聯邦野生動物保留區, 佛州, Pelican island • 1918 美國和加拿大簽定遷移候鳥保護法案。┤ 生態學發展史

  46. 八、環保重要里程碑 (1960s) • 1964 野地法案(Wilderness Act) 簽定。 • 1966 endangered species act passed. • 1967 美國 International Biological Program (IBP) 研究生態体系: 凍原, 針葉林, 落葉林, 沙漠, ... 目標: (1) 瞭解生態体系內的各種因素間的互動。 (2) 研析增加生物的生產力。 (3) 增進預測影響的能力。 (4) 增進經營自然資源的能力。 (5) 增進對人類基因, 生理和行為適應的知識。┤ 生態學發展史

  47. 八、環保重要里程碑 (1970s-90s) • 1970 國家環境政策(NEPA) 和清淨空氣法案立法。 • 1970 第一次「地球日」 • 1970 UNESCO 的 Man and the Biosphere Program. • 1980 IUCN 發行 World Conservation Strategy. • 1983 核子戰爭的長期全球生物影響研討會/Washington, D. C.。 • 1992 聯合國的環境與發展的國際大會於巴西舉行。┤ 生態學發展史

  48. 九、現代生態學 • 1. 生物: Bird Ecology, Lizard Ecology, Plant Ecology, Fish Ecology, .... • 2. 演化: Population Genetics, Evolutionary Ecology • 3. 理論: Theoretical Ecology, System Ecology, Ecosystem Ecology, Physiological Ecology, Behavioral Ecology, ... • 4. 環境: Environmental Conservation, Conservation Biology, Landscape Ecology, Geographical Ecology • 5. 社會: Social Ecology, Human Ecology, Ecological Impact Assessment, ...┤ 生態學發展史

  49. 九、現代生態學 生物學 系統學 遺傳學 生理學 形態學 行為學 環科學 公衛學 人類學 社會學 經濟學 政治學 生態學 演化學 理論 自然世界 生物 人類社會 生態學發展史

  50. 生態學發展史 (一) • 1970s Conservation+Landscape+ Restoration(復育) • 1960s Ecology 才逐漸被認為是重要的「科學」。 • 1950s 各自發展屬於自己領域的「人類生態學」。 • 1940s • 1930s • 1920s 生態學的理論基礎 • 1910s Animal Ecology +Human Ecology • 1900s Ecology 成為「生物學」中三大部之一。 • 1866 Haeckel, Ernst : 第一個使用 Ecology Social ecology + Cultural ecology 生態學發展史

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