环境生态学
——自然与社会的桥梁
课程名称:环境生态学
? 教材:
–, 生态学,, 李博主编, 高等教育出版社, 2000.2
? 参考书:
–, 普通生态学,, 郑师章等编著, 复旦大学出版社, 2000.1
–, 生态学概论,, [比利时 ]P.迪维诺著, 科学出版社, 1987.3
–, Ecology—A Bridge Between Science and Society》, Odum E.P.,
Sunderland,Mass,1997
–, Ecology:concepts and applications 生态学, 概念与应用,,北京,
科学出版社 ;New York, McGraw-Hill,2001.
? 教学时数,52; 学分,3
? 考试形式:闭卷
1 绪论
? 地球上的生命
? 生态学的形成与发展
? 生态学研究的目的
1.1 地球上的生命
? 生命的定义
? 生命的起源
? 生物多样性
? 生物圈
( 1)生命的定义
恩格斯:
“生命是蛋白体的存在方式,这个存在方式的基本
因素在于它和周围外部自然界的不断新陈代谢。”
生命 是一种高度组织化的 物质 结构,分子基础是核
酸,通过生物膜与外界分隔,能够获取外部的能量,
通过一系列生物化学过程实现内外物质交换与自身
的复制。
? 生命是物质
? 能够与外界进行物质与能量的交换
? 能够进行自身复制
( 2)生命的起源
关于生命的起源, 至今仍是人类之迷, 目前在科学界主要
有两大理论:
? 达尔文的自然选择进化理论,( 自然选择, 依赖环境 )
– 强调生命起源于自然选择,生物对环境的适应,
“适者生存,不适者淘汰” ;
? 新的进化模式论 —自我组织 (强调进化在于对环境的依赖
减少)
– 认为生命起源于物质的自我组织,强调物质能够也必
然会依据物理和化学规律自我组织成复杂的系统。
– S.L.Miller 的实验
? 生命起源的基本历程
S.L.Miller 的实验
? 1953年 S.L.Miller在实验室让混有氨、甲烷
和氢的水流经一个电弧(模拟太阳紫外线
辐射),一星期后得到了甘氨酸、丙氨酸
和氨基酸。
? 由此推论:在还原性条件下,简单物质通
过太阳紫外线的辐射,能够形成复杂的化
合物,并逐步形成蛋白质和能够自我复制
的核酸分子。
基本历程
46亿年前,地球形成
38-40亿年前,地壳形成,地球表面为还原性大气;
35亿年前,核酸分子形成;
30亿年前,光合自养生物(蓝藻 Cyanophyta) 出现,消耗
CO2,产生 O2;
12-18亿年前,真核细胞(叶绿体)出现,光合作用产生大量
氧气;
5亿年前,水中的软体动物选择铁作为氧的载体使血液的
载氧能力比铜提高一倍,出现脊椎动物;
4 亿年前,氧化大气形成,臭氧层形成,绿色植物和脊椎
动物离开水域;
( 3)生物的多样性
? 生物多样性是生物进化的结果,生物多样性的结果,形成了地球
上的生物圈。
? 生物的多样性体现在三个方面:
a.遗传多样性
物种之间基因的多样性, 包括分子, 细胞和个体三个水平上的遗
传变异度, 因而成为生命进化和物种分化的基础 。
一个物种的遗传基因愈丰富, 它对所生存环境的适应能力愈强,
进化潜力也愈大 。
b.物种多样性
动物, 植物和微生物种类的多样性, 这是人类生存和发展的基础
c.生态系统多样性
生态系统维持着生物之间能量流动和营养传递, 对于维持物种多
样性和基因多样也是必不可少的 。
( 4)生物圈 (biosphere)
? 生物圈的概念 是奥地利地质学家修斯 (E.Suess)在 1875年首次提
出,到 1926年前苏联的地球化学家维尔纳茨基 (V,I,Vernadsky)
发表了著名的“生物圈”讲演后,生物圈才成为现代生态学的
基本概念。
? 生物圈的组成,由大气圈的下层、水圈与岩石圈的上层(风化
壳)组成。
? 生物圈的形成,生物与地球环境的相互作用。
有化石记录以来的动植物累计总量是地球总质量的 1000倍;
生物圈全部活动物质更新周期平均为 8a; 海洋生物仅 33d;
海洋水平均半年被浮游生物过滤一次;
环境靠生物维持与调控;
生物与环境是相互依存的。
1.2 生态学的形成与发展
? 生态学的定义与研究对象
? 生态学的形成与发展
1.2.1 生态学的定义与研究对象
? 生态学( ecology) 的定义
? 生态学的研究对象
( 1)生态学 ( ecology) 的定义
? 德国动物学家 E.赫克尔( E.Haeckel) 于 1866年首次提出。
并解释为研究生物在其生活过程中与环境关系的科学;
? 美国生态学家 E.P.Odum于 1956年解释为:综合研究有机体、
物理环境与人类社会的科学;
中国生态学会创始人马世骏于 1980年解释为:研究生命系
统与环境系统之间相互作用规律及其机理的科学;
? 教材作者李博院士赞同 E.Haeckel的解释。即
生态学是 研究生物在其生活过程中与环境关系的科学。
( 2)生态学的研究对象
生态学研究范围非常广泛,是一个庞大的学科体系。
生态学的研究对象可以按不同的研究性质进行多种划
分:
? 按组织水平划分
? 按类群划分
? 按生境划分
? 按研究性质划分
? 按边缘学科划分
a,按组织水平划分 (由小到大)
? 分子生态学( Moleculer Ecology)
? 进化生态学( Evolutionary Ecology)
? 个体生态学 (Autecology)
? 生理生态学 (Physiological Ecology)
? 种群生态学 (Population Ecology)
? 生态系统生态学 (Ecosystem Ecology)
? 景观生态学 (Landscape Ecology)
? 全球生态学 (Global Ecology)
b,按类群划分(按生物种类)
? 植物生态学
? 动物生态学
? 微生物生态学
? 陆地植物生态学
? 哺育动物生态学
? 昆虫生态学
? 地衣生态学
c,按生境划分
? 陆地生态学 (Terrestrial Ecology)
? 海洋生态学 (Marine Ecology)
? 淡水生态学 (Freshwater Ecology)
? 岛屿生态学 (Island Ecology)
d,按研究性质划分
? 理论生态学
– 研究生态学的进程及生态关系。
? 应用生态学
– 应用于农业:农业生态学;森林生态学; ……
– 应用于城市:城市生态学( Urban Ecology)
– 应用环境
? 恢复生态学 (Restoration Ecology)
? 工程生态学 (Engineering Ecology)
– 应用于社会
? 人类生态学 (Human Ecology)
? 生态论理学 (Ecology Ethics)
e,按边缘学科划分
? 数量生态学
? 化学生态学
? 物理生态学
? 经济生态学
1.2.2 生态学的形成与发展
经历了四个时期
– 萌芽时期
– 建立时期
– 巩固时期
– 现代生态学时期
( 1)萌芽时期
生态学的萌芽出现在农业文明产生之后及 16世
纪之前
? 公元前 1200年:我国,尔雅》就有草、木的介
绍;
? 公元前 200年:《管子》, 地员篇, 论及了水土
与植物;
? 公元前 100年:我国已有 24个节气;
? 公元 300多年:欧洲的 Aristotle已对动物进行
了分类 ;
但,没有生态学的概念
( 2)建立时期
生态学的建立始于 17世纪及 19世纪末。
? 1670年 R.Boyel进行了低气压对动物效应的实验;
? 1735年法国昆虫学家 Reaumur发现发育期间的气
温对任一物候期都是一个常数;
? 1855年 Al.de Candolle将积温引入植物生态学;
? 1859年达尔文的,物种起源》问世;
? 1866年 Haeckle创立 ecology一词;
? 1895年 Warming发表了划时代著作《以植物生态
地理为基础的植物分布学》;
? 1898年 A.F.W.Schimper出版《以生理为基础的
植物地理学》
( 3)生态学的巩固时期
? 动物生态学
– 1906年 Jennings发表,无脊椎动物的行为,;
– 1913年 V.E.Shelford发表,温带美洲的动物群落,;
– 1925年 A.j.Lotka提出了有关种群的增长模型
– 1927年 C.Elton发表,动物生态学》
– 1937年中国的费鸿年发表《动物生态学纲要》
– 1949年 W.C.Allee等出版《动物生态学原理》,被认为是生态学成
熟期的标志
? 植物生态学
– 1903年 G.Kleds发表,随人意的植物发育的改变》
– 1910年 H.C.Cowels发表,生态学,;
– 1911年 A.G.Tansley发表,英国的植被类型》
– 1929年 F.E.Clements等发表《植物生态学》
– 1945年苏联学者发表,生物地理群落与植物群落》
? 生态学派
– 北欧学派:注重群落分析
– 法瑞学派:植物区系学派,注重特征和种群;
– 英美学派:注重植物群落的演替;
– 苏联学派:注重重建种群与优势种。
? 生态学会
– 1913年:英国生态学会
– 1916年:美国生态学会
? 生态学刊物
– 1913年:, Journal of ecology》
– 1920年:, Ecology》
? 研究中心
( 4)现代生态学时期
现代生态学始于 20世纪 60年代。
a,环境危机及生态学的发展良机
工业文明之后,环境危机日益严重。( 八大公害 )
,罗马俱乐部, 的, 增长的极限,。
主要观点:
?认为人口增长, 粮食生产, 工业发展, 资源消耗和
环境污染都在呈指数增长;如果速度不变,则在 21
世纪的某个时候, 将达到增长的极限, 到时,系统
将趋于崩溃 ( 图 1-1) ;
?科学进步不足以摆脱这种恶性循环;
结论,停止人口增长和经济发展 ( 图 1-2)
b,现代生态学的发展方向
20世纪著名的八大公害事件
? 公害事件名称 地 点 时 间 危害情况
? 1.马斯河谷烟雾事件 比利时 1930.12 几千人发病, 60人死亡
? 2.多诺拉烟雾事件 美国 1948.10 6000人患病, 17人死亡
? 3.伦敦烟雾事件 英国 1952.12 5天内 4000人死亡
? 4.洛杉矶光化学烟雾 美国 40年代 引起眼病, 喉头炎,头痛
? 5.水俣事件 日本 1953始 痴呆, 神经失常, 死亡
? 6.富山事件 日本 1931始 关节痛,骨骼软化萎缩,痛死
? 7.四日事件 日本 1970年 哮喘, 肺气肿, 10多人死亡
? 8.米糠油事件 日本 1968 患者 5千多人,死亡 16人
图 1-1 系统崩溃图
图 1-2 停止增长图
b,现代生态学的发展方向
? 研究层次上向宏观与微观两极发展
? 研究手段向高新技术发展
? 研究范围向广度上发展
研究层次上向宏观与微观两极发展
生态学起源于生物学,生物学研究对象的组织
层次谱见 图 1-3。
– 宏观上
? 生态系统生态学
? 景观生态学
? 全球生态学
? ······
– 微观上
? 组织生态学
? 细胞生态学
? 分子生态学
? ······
图 1-3 生物学研究对象的组织层次谱
研究手段向高新技术发展
? 以前只有一只小小的“生态工具箱”
? 现代研究研究手段
– 野外自计电子仪器(测定光合、呼吸、蒸腾、水分、生物量
等)
– 同位素示踪(测定物质转移与物质循环)
– 稳定性同位素(生物进化,物质循环,全球变化等)
– 遥感与地理信息系统(时空现象的定量、定位与监测等)
– 生态建模技术(从微观到宏观)
– 计算机技术(数据的自动处理)
研究范围向广度上发展
? 早期只限于自然生态学
? 现代生态学结合人类活动的影响
– 经济生态学
– 人类生态学
– 生态伦理学
– 恢复生态学
– 保育生态学
– · · · · · ·
1.3 生态学研究的目的
恩格斯:“我们不要陶醉于我们对自然界的胜利,
对于每一次这样的胜利,自然界都报复了我们 ····”
– 强化人类的生态意识
– 遵循生态系统的固有规律
– 保护人类生存的环境
– 坚持持续发展的共同战略
( 1)强化人类的生态意识
? 人类与自然是一个整体,人类的生存不可能脱
离环境;
? 人类已经有能力摆脱自然的束缚,并有操纵自
然的能力,但人类终尽是自然的一个栖居者,
处于生态系统食物链的末端;
( 2)遵循生态系统的发展规律
? 生物圈的承载能力是有极限的;
– 人类有可能提高环境承载能力,但毕竟有限
? 人与其它生物不仅存在协调关系,也存在竞争;
– 生物多样性减少和人口爆炸同样危险
( 3)保护人类的生存环境
? 环境污染对生态系统带来了巨大破坏;
? 生态系统的破坏在短期内是难以修复的;
( 4)坚持持续发展的共同战略
? 要确保资源的永续利用
– 不可再生资源:合理利用,不要挥霍无度;
– 可再生资源,保持其增殖能力,不要杀鸡取卵。
? 要实现全球合作
– 生态系统是全球性的(地球村);
– 地球的持续来源于全人类的努力。
推荐阅读文献与思考题
? 推荐阅读文献
– 张昀,生物进化, 北京:北京大学出版社,1997
– Odum E.P.Ecology—A Bridge Between Science and
Society,Sunderland,Mass,1997
? 思考题
– 试述生态学的定义、研究对象与研究范围以及研究目
的。
– 生态学是怎样产生的,它的发展趋势及特点是什么?