生 态 学

1. 生 态 学

2. 第一章 绪 论 • 什么是生态学 • 生态学的研究对象 • 生态学研究是如何进行的 • 为什么要学习生态学

3. 1. 生态学的产生及发展 1.1 生态学的定义 1.2 生态学的发展简史 2. 生态学的学科体系 2.1 生态学的研究对象及内容 2.2 生态学的分支学科 2.3 生态学的研究方法 3. 生态学的任务 3.1 人类生态问题 3.2 生态学与人类可持续发展

4. 1 生态学的产生与发展 1.1 定义 生态学（ecology）是研究生物及其周围环境-包括非生物环境和生物环境相互关系的科学。 生态学的定义是在1866年由德国动物学家Haeckel（赫克尔）首次提出的。

5. 生 态 学 生物 环境 关系 生态学的中文理解

6. 1.2生态学的发展简史 （1） 生态学萌芽时期（--17世纪） 动植物生活习性等，生态思想萌芽

7. 在与自然长期的交往及生产实践过程中，人类已经积累了丰富的生态学知识，朦胧的生态学思想早已见诸于古希腊和中国的古代诗歌和著作中。 • 公元前1200年，我国《尔雅》一书中记载了176中木本植物和50多种草本植物的形态与生存环境。 • 公元前200年，我国古籍《管子•地员篇》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。 • 公元前100年前后，确立24节气、《禽经》

8. 古希腊哲学家提弗拉（公元前370-285），亚里士多德的弟子，为植物学的创始人，不但注意到了气候、土壤与植物生长和病害的关系，同时也注意到不同地区植物群落的差异。 古希腊哲学家提弗拉（公元前370-285），亚里士多德的弟子，为植物学的创始人，不但注意到了气候、土壤与植物生长和病害的关系，同时也注意到不同地区植物群落的差异。 • 罗马的柏里尼（23-79年），把动物分为路栖、水生和飞翔三大生态类群。 人类在实践中不断累积起来的这些生态知识为生态学的诞生奠定了基础。

9. (2) 建立和成长期（17世纪—20世纪50年代） 从17世纪到19世纪末为生态学的建立期。这个阶段，生态学发展的特点是科学家分别从个体和群体两个方面研究生物与环境的相互关系。 • 1670年 现代化学家Boyle发表了低气压影响动物（小白鼠、猫、鸟）反应的实验，标志着生理生态学研究的开始 • 1735年 法国昆虫学家雷米尔(Reaumur)发现，就一个物种而言，日平均气温总和对任一个物候期都是一个常数，这被认为是研究积温与昆虫发育生理的先驱。 • 1792年 德国植物学家Willdenow在《草学基础》一书中详细讨论了气候、水分与高山深谷对植物分布的影响。 • 1807年 A.Humbolt出版了《植物地理学知识》一书，提出“植物群落”、“外貌”等概念，揭示了植物分布与气候条件的相关关系，并指出“等温线”对植物分布的意义，分析了环境条件与植物形态的关系，创立了植物地理学。

10. 进入19世纪，生态学得到更多的发展。 生理生态方面 • 1840年Liebig提出了“植物最小因子定律” • 1844年Gasparin确定了植物发育的起点温度 种群生态学方面 • 1803年 Malthus发表的《人口论》不仅研究了生物的繁殖与食物的关系，而且特别研究了人口增长与食物生长的关系，他的思想对达尔文有很大的影响 • 1859年 达尔文的《物种起源》问世，极大地推动了生态学的发展。 • 1866年 Haeckel首次提出生态学定义。 • 1895年 丹麦植物学家E.Warming发表了具有划时代意义的巨著《植物分布学》，1909年改名《植物生态学》 • 1898年 波恩大学教授A.F.W.Schimper出版了《以生理为基础的植物地理学》。 这两本书全面总结了19世纪末页之前生态学的研究成就，被公认为生态学的经典著作，标志着生态学作为一门生物学分支科学的诞生。

11. “马尔萨斯人口论”：人类必须控制人口的增长。否则，贫穷是人类不可改变的命运。“马尔萨斯人口论”：人类必须控制人口的增长。否则，贫穷是人类不可改变的命运。

12. 到了20世纪10-30年代，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、生理生态学及形态生态学等分支学科，研究者从个体、种群、群落等水平对生态学开展了广泛研究。这个阶段为生态学巩固阶段。到了20世纪10-30年代，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、生理生态学及形态生态学等分支学科，研究者从个体、种群、群落等水平对生态学开展了广泛研究。这个阶段为生态学巩固阶段。 在动物生态学方面，生态学者已在生理生态学、动物行 为学和动物群落学等方面开展了不少工作。 • 1925年 Lotka提出种群增长的数学模型 • 1927年 Elton 出版“动物生态学”。 • 1937年 我国第一本生态学书籍“动物生态学纲要”出版，龚鸿年著 • 1938年 P.F.Verhust发表了著名的Logistic方程 在植物生态学方面，在生理生态学与群落生态方面涌现 出大量著作。

13. （3） 现代生态学发展期：20世纪60年代 群落结构和演替的研究：水域动、植物关系及能流、物流的研究促进了群落与生态系统生态学的形成与发展。 英国Tansley（1935），首创生态系统的概念，美国E.Odum（1953，1959，1971）的书《生态学基础》对生态学研究及教学产生了深远影响。

14. 发展趋势： • 70年代--， 生态系统生态学成为发展主流。IBP计划（International Biology Plan 1964-1974）：有97个国家参加，对全球主要生态系统的结构、功能和生产力进行了研究。1970年，联合国教科文组织主持成立了“人与生物圈计划”（Man and Biosphere Programme,简称MAB） • 种群生态学进一步发展，模型、集合种群理论、生态遗传学。 • 群落生态学的发展，由观察描述，进而探讨结构形成的机理。

15. 行为生态学、进化生态学、化学生态学等各交叉学科互相渗透形成的生态学分支学科的发展。行为生态学、进化生态学、化学生态学等各交叉学科互相渗透形成的生态学分支学科的发展。 • 向宏观、微观两极发展：景观生态学、全球生态学、分子生态学（近10-20年发展起来的新方向）。分子生态学（Molecular ecology）：以分子遗传标记研究生态学和进化问题。如遗传多样性研究。 • 应用生态学的迅速发展：生态保护、生态工程、生态系统的恢复与重建、生态毒理、生态农业、生态旅游。 我国未来15年科学发展规划的一个重要内容：脆弱生态系统的恢复与重建。

16. 2. 生态学的学科体系 2.1 生态学的研究对象及内容 现代生态学的研究对象是生态系统和生物圈内各组织层次中组成成分之间，尤其是生物与环境、生物与生物之间的相互作用；即由生物与环境相互作用构成的整体—生态系统。 → → → → → 基因系统细胞系统器官系统个体系统 种群系统 生态系统

17. 生态学在生物学科中所处的地位 生理学 生态学 遗传学 行为学 进化学 生态学是生物学领域重要的基础学科，与上图中四门学科关系最为密切。

18. 2.2 生态学的分支学科 • 个体生态学 • 种群生态学 • 群落生态学 • 生态系统生态学 • 景观生态学 • 全球生态学 2.2.1 按研究对象的生物组织水平划分

19. 2.2.2 按生物分类类群划分 • 普通生态学 • 动物生态学 • 植物生态学 • 微生物生态学 还有更具体的生物类群，如昆虫生态学、鱼类生态学、鸟类生态学、兽类生态学等，此外，还有独立的人类生态学。

20. 2.2.3 按生物栖息场所划分 • 陆地生态学，包括森林生态学、草原生态学、沙漠生态学等 • 水域生态学，包括海洋生态学、淡水生态学 • 更具体的划分有：热带生态学、湿地生态学、山地生态学等。

21. 2.2.4 按生态学与其他科学的交叉划分 • 生理生态学 • 进化生态学 • 数学生态学 • 化学生态学 • 能量生态学 • 物理生态学 • 地理生态学

22. 农田生态学 • 农业生态学 • 渔业生态学 • 家畜生态学 • 森林生态学 • 草地生态学 • 污染生态学 • 自然资源生态学 • 城市生态学 • 生态经济学 • 恢复生态学 • 生态工程学 • 景观生态学 • 人类生态学 • 生态伦理学等 2.2.5 按应用领域划分

23. 2.2.6 按研究方法划分 • 野外生态学 • 实验生态学 • 理论生态学

24. 2.3 生态学的研究方法 • 生态学研究大致可分为野外与现场调查、实验室分析、模型实验、数学模型与计算机模拟和生态网络及综合分析5大类。 • 环境的研究方法和生物的研究方法

25. Information（observation, experiment, published paper) Question Hypothesis Presiction Test of Hypothesis

26. 去青岛看草原？浒苔！ 浒苔（Enteromorpha prolifera） 是绿藻门绿藻纲石莼目浒苔属数种藻类的统称。水至清则无苔，虽然作为绿色藻类的它们靠阳光和二氧化碳就可以合成有机物，但是必须的氮磷钾和微量元素仍然需要海水来提供。氮和磷本是海水中比较稀缺的元素，但是人类的活动很大程度上改变了这一点。农业的发展刺激了化肥工业的腾飞，人类靠工业设施把空气中的氮气转变成为植物可以利用的氮肥。诸如尿素一类的氮肥的施用，反过来极大的促进了农业生产，让迅速膨胀的人口免于饥饿。然而，人们施肥的方式却十分低效，大量氮肥溶进雨水，随着地表水流入海洋。大规模的城市化也让很多沿海地区成了人口密集的垃圾制造场，仅人类排入大海的粪便和尿液所携带的氮也是一个惊人的数字。另一种养料磷，则主要来自于化工和生活污水，曾经作为清洁剂中的主要成分，磷在生活污水中含量很高，这也是我们推广无磷洗涤剂的原因。

27. （1） 环境的研究方法 环境因子的测定（野外）：大气（温度、湿度、气流、空气成分等），水域（水的化学成分、污染物、物理成分等），陆地（包括土壤等）。 环境控制与模拟（实验室）：人工模拟水体、草地、各种温湿度环境等。

30. （2） 对生物的研究 • 以动物学、植物学为基础的动植物分类技术 • 行为观测，分子、生理、生化等生物学实验技术 • 研究种群的分布、迁移、出生率、死亡率、活动节律等特征的调查与数量统计技术（野外研究中运用3S技术：RS-遥感、GPS-全球定位系统、GIS-地理信息系统） • 群落与生态系统研究：同位素示踪研究物流、数学模型的建立、卫星遥感海区彩色扫描仪测初级生产力等。

32. 3. 生态学的任务 3.1 人类生态问题 • 工业革命以来，人类的社会、经济、科学技术和人口都在迅猛地发展，人类活动的空间不断扩大，需求日益增加，为人类创造了巨大的财富。但是就在同时，人类对地球资源的消耗、环境的破坏也越来越大，即人类对地区上各种生态系统的影响越来越大。人们发现： 地球环境正在全面恶化中，甚至于威胁人类自身的生存。 • 当今，人类活动对于环境或地球生态系统的影响问题已经上升为现代生态学的焦点 ，而全面、充分了解各种生态系统的生态过程是科学确定环境对策的关键。

33. 地球环境变化的主要表现 美国《科学》279 (5350） :491-497刊登了美国生态学会秘书长 J. Lubchenco 《进入环境世纪》的文章介绍，提出了下列6 结论： ①从工业革命以来大气的二氧化碳浓度提高了30%； ②人工固氮的总量已经超过了天然固氮总量； ③人类利用的地表淡水，已经超过可用总量的二分之一； ④近二千年来，地球上大概有四分之一的鸟类物种已经 灭绝； ⑤有三分之一到二分之一的陆地面积已经被人类活动所改变； ⑥接近三分之二的海洋渔业资源已经过捕或耗尽。

34. 冰芯是地球的“自然档案”，它是人们在冰盖上钻孔获得的连续冰层。总长135米的冰芯可从中分析至少两千年气候环境变化。冰芯是地球的“自然档案”，它是人们在冰盖上钻孔获得的连续冰层。总长135米的冰芯可从中分析至少两千年气候环境变化。 （1）大气的二氧化碳浓度与全球气候变暖 根据南极冰芯中所含气泡组成测定的16万年间大气二氧化碳和温度变化的同步。

36. 全球变暖：指地球表层大气、土壤、 水体及植被温度年际间缓慢上升。 • 2100年为止全球气温估计将上升大约1.4-5.8℃. • 温室效应假说：即大气中对地表长波反辐射具有吸收屏蔽作用的气体浓度增加，使较多的辐射能被截留在地球表层而导致温度上升。这些气体被称为温室气体。 • 温室气体：二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氟利昂和臭氧等。

37. 温室效应假说

38. 全球变暖导致的严重后果： • 冰川融化，海平面上升，使许多沿海和低洼地区被淹没 • 物种灭绝，尤其是极地和高山生物的灭绝，生物多样性减少 • 造成某些疾病发病率升高（如血吸虫，杆状痢疾、钩虫、雅司病和霍乱等） • 大大影响食物生产和稳定性，农业生产力和贸易都可能受到影响 • 影响温带地区国家的能量供求

39. 一头北极熊正在海浪中挣扎 冰面消融北极熊在海浪中挣扎求生 北极熊正站在日渐消融的冰上 英国《每日邮报》8月30日登出一张照片，显示一头北极熊正在海浪中挣扎。相关报道说，它和另外8头北极熊因所住冰面消融而掉进汪洋大海，窘况“令人心碎”。北极熊眼下要登上距它最近的冰面，竟需游过大约644公里。它们可能因超负荷游泳而力竭身亡。全球变暖导致海冰消融，到2070年，北极海冰可能会完全消失。

40. 在过去50年里，南极大陆的平均温度上升了3摄氏度。这导致南极冬季频发暴风雨，比暴风雪更冰冷刺骨的冻雨导致大量新生小企鹅死亡。其中受灾最严重的阿德利企鹅面临灭绝危险。 在过去50年里，南极大陆的平均温度上升了3摄氏度。这导致南极冬季频发暴风雨，比暴风雪更冰冷刺骨的冻雨导致大量新生小企鹅死亡。其中受灾最严重的阿德利企鹅面临灭绝危险。  科学家担忧，不出10年，企鹅或因气候变化而灭绝。 南极气温上升冻雨来袭导致小企鹅大量冻死

42. ， CO2释放量地理分布 1992年联合国政府间拟订的“气候变化框架公约”，就是第一个全面控制导致全球变暖的二氧化碳等温室气体排放的协议（蒙特利尔公约，后来的东京公约）。

43. （2）臭氧层和紫外辐射 臭氧存在于大气上层，它吸收短波太阳辐射（特别是200-300 nm范围）形成了保护地球表面免受紫外辐射的护罩。不幸的是某些物质，特别是用作喷雾器中的推进剂和空调、冰箱中的制冷剂氯氟烃（CFCs）即氟里昂，其中的氯原子，破坏臭氧分子 。 同温层臭氧降低50%以上，就形成所谓的臭氧空洞，它已经在两个半球的高纬度地区观察到了。

44. 南极臭氧空洞 （根据NASA提供的1999年10月3日的假彩色卫星象）

46. 紫外辐射对于人的健康、作物和自然植被是有害的。 因为DNA也吸收280-320nm波长的紫外辐射，危害DNA分子，所以地球表面紫外辐射的提高将使皮肤癌病例上升。紫外辐射还危害植物的光合作用，能导致初级生产力下降 。 • 臭氧空洞威胁很大，国际社会已经通过维也纳臭氧层保护协定（1985）和蒙特利尔协议（1987），同意在20世纪末停止使用CFCs, 欧洲社会则在1997年。 近来也有报道预期，这个行动将使我们已经制造的危害逆转，或许在一个世纪之内，使大气臭氧回到它自然平衡水平。

47. （3）酸雨问题 • 被大气中存在的酸性气体污染，pH小于5.65的雨称为酸雨，此外还有酸雪、酸雾。 • 引起酸雨的主要物质是人为排放的SOx（SO2，SO3）和NOx（NO、NO2）。

48. 化石燃料燃烧是大气中硫含量高的原因；NOx主要来源于机动车排放和硝酸基化肥的使用。当这些气体溶于雨滴中时转变为酸，导致酸雨。酸雨的分布比较广泛。在工业化很高的地区，雨的pH可能下降到3到4 之间，这相当于自然雨水酸度的100 到1000倍。酸雨在某些地区的后果十分严重，例如美国东北部和加拿大，北欧的斯堪的纳维亚。这些区域的河流湖泊是贫养的，因此没有溶解的盐来缓冲酸的输入，所以其pH可能降低到4.0，足以阻碍鱼类和其它生物的生长发育，甚至于死亡。 我国降水酸度由北向南逐渐加重，华东、西南地区普遍发生酸雨，成了世界第三大酸雨区。1982年重庆地区入夏后连降酸雨，使2万亩水稻，叶子突然枯黄，状如火烤，几天后枯死。另外，酸雨因腐蚀性很强，会大大加速建筑物腐蚀速度，可成为摧残文物古迹的原凶。

50. 德国被酸雨损害的树林, 这些树更易遭受干旱、疾病和昆虫的危害 。