生态学知识讲座生态学简介第一节 生态学研究介绍生 态 学
生态学与环境学和保护生物学之间的区别
生态学思想的历史溯源
科学地定义生态学
学习科学的方法
生态学的结构掌握重点生 态 学 对 环 境 论
科学团体和激进团体 — 彼此间常有冲突
地球第一组织（ Earth First）,
绿色和平组织 （ Greenpeace）,
和 世界 野生动物基金会（ WWF）
工业 – 例如,,GMO’s,
Pandora’s box or chicken
little?
个体 对 种群
– 夏威夷,人类善待动物组织 对自然保护组织
or
夏威夷,人类善待动物组织 对自然保护组织
野猪 (Sus scrofa)
– 夏威夷土著卢奥文化的主要部分
– 由玻利尼西亚人和欧洲人引入
– 破坏许多植物的根部
– 造成泥坑、水坑滋生了各种蚊虫夏威夷,人类善待动物组织 对自然保护组织
自然保护组织
– 试图将野猪从他们的土地上根除
– 把野猪造成的生态冲击作为消除它们的理由
– 使用索套、陷阱这些最简易的方法诱捕这些动物夏威夷,人类善待动物组织 对自然保护组织
人类善待动物组织
– 承认这些野猪对当地生态造成的冲击
– 用陷阱诱捕的方法杀死野猪是对它们漫长痛苦地折磨，是非人道的
– 提倡人道地诱捕和迅速地宰杀
– 不计成本夏威夷,人类善待动物组织 对自然保护组织
决议?
– 仍旧待建
– 自然保护组织继续诱捕
一些相关争论的文章还在《火奴鲁鲁广告者》
报纸上刊登
更多的关于夏威夷入侵物种的讨论则在 美国地质勘探局（ USGS） 内进行关 键 区 别
生态学 是一门科学
– 我们关注的是整个过程
环境论 是一个根源
– 对于我们没有科学上的备份
保护生物学 是以上两者的结合
– 用科学支撑一个政治上的根源生态学思想的历史溯源
从梭瑞（ Henry David
Thoreau ）到现代
历史上基于自然评价的著作
后来更多的变成了门记述性科学达尔文涉及的生态学
, 生物的相互关系及其对于生活的物理条件的关系是何等复杂而密切。,
.物种起源生态学的定义
,产生目前有机体的分布和丰富度的决定因素 。,
– (Jonathan Krebs,1972)
影响有机体分布和丰富度的因子
非生物的
– 气候
– 地形
– 纬度
– 海拔
生物的
– 种内交互作用
– 种间交互作用科学原理和假设检验
目的,
– 判断好的科学
哈的逊河多氯联苯污染河泥
电磁、辐射和癌症
海獭,虎鲸和过度捕捞
– 做好的科学科 学 的 目 的
描述在自然世界中发现的模式
– 纯粹本质上地描述
– 历史上的这种,生态学,,a.k.a,自然主义
建立解释并且停留在那儿
检验解释的模式
– 主要强调的是我们大多数通常称作的,科学,
– 关键内容,检验 这些解释 !
如何检验这些解释?
– 科学的方法解 释 的 方 法
包括那些记述性科学
大致有 11个步骤
过程要重复多次
可能根本证实不了一个假设
– 许多都会被否决,而留下一个最好有数据支持的
–,证据,通常是一个谬误
这个方法的中心是假设假 设 的 类 型
零假设
– 不变的假设
– 通常缩写成 Ho
选择性假设
– 通常缩写成 Ha,Hb,等,
– 所有假设都必须是互斥的 (包括零假设 )
– 我们接受一个 Ha 如果 Ho 首先在统计上被否决
接受的这个 Ha由数据的倾向决定科学方法 – 步骤 1-5
1,观测或猜想模式
2,摆出原因或观察意义的差别
3,用可解答的问题来解释模式
4,建立可检测的假设
– 零假设 (Ho )和选择性假设 (Ha)
5,设计实验
6,采集数据 (描述进程 )
7,分析数据,主要利用统计学
8,评价假设,否决 Ho?
9,建立基于数据的结论
10.记录当前工作中的问题
11.预测今后的研究方向科学方法 – 步骤 6-11
练 习?
拿出一份你通过贯彻上述 11个步骤而新近完成的观察报告科学报告的组成
标题
摘要 – 全面的概括
绪论 – 背景,问题,选择性假设
方法 – 如何做
结论 – 发现什么,分析结论
讨论 – 解释,预测
致谢 – 谁帮助了我们
参考文献 – 我们的引证传播科学的方法
– 书写报告 (论文,书籍,著作 )
– 传统的方式
– 口头陈述
– 通常在最初对工作的介绍以得到发表前的反馈
– 海报
– 形象的工作纲要 – 用于讨论会
– 网页
– 用已发表的报告并且达到交互式沟通如何评价科学?
数据是否和问题相关?
是否有足够的数据支持观点?
研究过程是否能在其它地方重演?
选择性的解释是否被认可?
是否能对等回溯?
是否具有客观性?
操控是否真实?
什么是生态学的结构?
范围广泛从个体到整个生物圈的研究
大多数的生态学问题发生在当前时间
– 最近的解释
仅有少数领域 (例如进化生态学和古生态学 )
同过去的环境和历史时期相关联
– 最终的解释最 近 领 域
重点是过程
举例,在不同尺度
– 生物种群
生长速率,种群生存分析,种群遗传,变种分析,等等,
– 生物群落
种间交互作用,环境影响,等等,
– 生态系统
能量,物质,营养循环,污染,
最 终 领 域
进化生态学
– 用树状关系 (发展史 ) 解释生态学的问题
– 例如,剑尾长度的进化和在剑尾鱼中的优先选择
行为生态学
– 通过比较一些亲缘关系较近的物种来解释生态学问题
古生态学
– 试图重建远古时期的生态
– 其中一个目标是通过重建远古时期的环境来研究其间世系可能经历的进化最近领域回顾
向 下 的金字塔趋势,
– 在 地理尺度 上的增大
– 从单一物种到 多样物种
– 增加 可能产生影响的 生态因子的数量
– 结果 可确定性的降低生物种群生物群落生态系统生态学介绍第二节 种群生态学种群生态学
为什么这个领域很重要?
什么是种群?
为什么种群会发生大小上的改变?
无限的,指数型种群增长
对数种群增长
指数型 对 对数型增长
在这所有之前?
掌握重点一个练习?
从星期二纽约时报研究报告专栏的一部分,
– 通过用 11个步骤的科学方法进行
– 你做了什么?
局部的种群生态学的重要应用
引进种的增长速度
濒临灭绝物种的种群生存能力分析
– 100年里个体确保能有 90%存活几率的最小数量是多少？
濒危物种的种群遗传学
– 罗森堡姆关于鲸的研究区域种群生态学的重要应用
变种分析
– 追踪存活下来的种群的所有成员
– 较多在一位
在动物园进行捕捉饲养计划
– 应用变种分析种群是什么?
组成?
定义,
– 同一物种
– 同一区域
– 被其他地域隔离
– 能相互进行杂交
例如,仅有最小遗传基因的流动,最多种群的特点
我们能测量一个种群的什么特征?
特征,
– 大小
– 年龄结构
– 有效群体大小
– 出生率
– 死亡率
– 移入
– 迁出为什么种群的大小会改变？
非密度制约因素
– 制约因素与种群密度无关
密度制约因素
– 制约因素随种群密度变化非密度制约因素
类型?
例如：
– 气候
– 地形
– 纬度
– 海拔
– 降雨
– 光照
大体上指,非生物因素密度制约因素
类型?
例如：
– 种内
活动空间
食物
配偶
食物点
– 种间
捕食
寄生
传粉
大体上指,生物因子不确定因素
早期的影响是相当恒定的和 可确定的
相反 随机的影响力 是不可确定的
例子
– 环境,干旱，洪水，小行星，火山火灾等等
– 种群统计学,有效群体大小的降低，连续单一性别的产生等等环境容纳量
定义?
所有因子的总和调节种群大小
– 密度制约性
– 非密度制约性
– 确定性
– 随机性
场所和物种有特殊的价值非密度及密度制因素
特殊应用,
– 非密度制约因素,恐龙在 K-T的界限内：
从优势到灭亡
– 密度制约因素,为什么捕杀郊狼后由于它们的消失带来很多的问题小型种群
通常有大的风险
为什么?
遗传多样性小种群数量小对于随机事件易感性高在生物区内缺乏竞争力
非常有限的适应力种群增长类型
指数型
– 无限的，快速增长
– 常被称作马尔萨斯增长
– 无限增长
对数型
– 在自然的限制内增长
– 什么设臵了限制?
– 限制是什么?
– 一会将有更多 …
指数型种群增长
例子?
– 认为接近人工饲养
– 常常为一个非自然的事件
在此条件下很自然会发生
– 外来种
– 富营养环境
– 物种改良?
指数型种群增长方程式 -推导
哪种测量种群增长的组份会改变？
他们包括,
– 出生率
– 死亡率
– 迁入率
– 移出率
其间的相互关系?
No + B + I - D – E
指数型种群增长方程式 -推导
方程式是种群在单位时间上的改变 t(时间 )
N /?t = No + B + I - D – E
简化方程式
– 假定一个封闭的种群
– 消除迁移 (入,出 )
N /?t = No + B - D
– 增加一个增长率 (r) = B-D
N /?t = (r)(No)
– 这就是基本的指数型增长方程式指数型种群增长方程式 -含义
N /?t = (r)(No)
这儿能用实验的方法改变什么以及如何应用我们的接近人工饲养的例子？
仅 r可以改变
– 人类的 r已经通过技术正不断地增加
当 r=0,种群增长就停止了
– 这个时间点被叫做什么？
对数型种群增长
在这种种群增长的形式中加入了什么？
加入了环境容量
– 它是什么及它是由什么决定的?
– 通常记作 K
我们如何通过修正指数型种群增长方程式来反应对数型?
对数型种群增长方程式 -推导
加入环境容纳量 (K)
– 如何?
N /?t = (r)(No)
– 基本指数方程式
N /?t = (r)(No)(1-(N/K))
– 基本对数方程式对数型种群增长方程式 -含义
N /?t = (r)(No)(1-(N/K))
基本对数型方程式
含义,
– 当 N等于 K时,种群增长停止
– 当 K=无穷大时，对数型就成为特殊的指数型了增长问题 !
我们期望的人类数量是多少?
– 可能是无限的?
– 生态学影响的试验暗示着什么?
– 目前 60亿人口
– 激烈辩论增长问题 !
r-选择型的物种
– 为什么大多数的草地杂草丛生
– 边缘物种是典型的 r选择型的
– 入侵物种通常是 r选择型的增长问题 !
K-选择型的物种
– 为什么我们不能在多数年轻的森林里得到更多种类的橡树?
– 顶级群落
– 破碎化的栖息地不稳定生态学介绍第三节 – 群落生态学群落生态学
为什么这个领域很重要?
什么是群落：群落分类
岛屿生物地理学
关键种
演替
生物多样性的测量
全球生物多样性的分布
群落的稳定性和多样性掌握要点生态学印象实验
我们对地球有影响
– 反应?
– 计算的批评?
为什么这个领域很重要?
保存完整的群落 很有用
重新恢复 荒芜地区 的种群
确定 大多数重要物种 的保存
遭到干扰后，预测出 群落怎样能得到恢复
预测对于干扰 群落的恢复能力
确定 目前需要保护物种的 数量 和能够在哪儿 保存群落定义
,种群间交互作用的集合,
通常根据它们的自然集合或它们共用的栖息地来定义的,
关键特征,
– 数个物种
– 一个区域群落的结构?
非生物的
– 气候
– 纬度
– 临近海洋
– 干扰 (非生物的 )
生物的
– 种间交互作用
关键种
– 干扰 (生物的 )
– (种内交互作用?)
种间交互作用的类型物种 1 物种 2
无交互作用克生作用共栖作用互利共生竞争作用捕食作用寄生作用
0 0
0 -
+ 0
+ +
- -
+ -
+ -
生态位
定义?
1,每一个物种在群落中都扮演着一个生态角色
2,一个多维的超体积生态位 =
多维超体积
维数是限制因素
酸碱度,土壤类型,
湿度,温度,筑巢空间,配偶,寄生虫,
等等,
生态位可以决定群落的构成酸碱度温度酸碱度常规的群落类型
封闭型
– 清晰的边界
– 分明的群落交错区
– 明显的集合
– 物种相间
开放型
– 边界模糊,渐进
– 物种间少或没有集合丰度 地理范围大量的单一物种丰度 地理范围如何构成群落?
中性集合
– 群落中的物种结合在一起不需由其他现存物种造成
– 由其他特殊的,物种的影响造成
群落集合的规则
– 群落如何构成的可重现模式
– 增加物种的次序很重要
– 确定的模式,包括目前最大数量的种能被检验么?
岛屿生物地理学
完整标题,,岛屿生物地理学均衡论,
物种多样性与岛屿的关系,
– 离大陆越近，物种多样性 >离大陆远
– 面积越大，物种数目 >面积小
– 种物种数目平衡
鼓吹为全面的、充分的和具有代表性的？ (Comprehensive,Adequate
and Representative:CAR)
岛屿生物地理学研究
佛罗里达 关键词 – 红树林岛屿
在几个岛屿上用毒气杀死红树林上所有的昆虫
观察物种回复的速率
统计数量和营养物类型
在 20世纪 70年代早期进行岛屿生物地理学结论
岛屿的大小 (长角甲虫 )
– 物种与面积关系
平衡理论 (昆虫 )
岛屿生物地理学结论
支持主要的主张
物种多样性与岛屿的关系,
– 离大陆越近，物种多样性 >离大陆远
– 面积越大，物种数目 >面积小
– 存在一种物种数目平衡
其他很多人由此产生了大量的附加研究
– 两个主要支持者中的一个不再赞同平衡理论 (辛贝洛夫 Danniel
Simberloff )
关键种
最重要的物种
– 群落的结构
– 什么是原始的条件？
对生态系统的功能贡献最大
– 控制食草动物
这里通常认为是最终的捕食者
– 分解者
– 产生最大量的生物量?
关键种
通常被认为是 强相互作用者
– 紧密编织在 食物网里
– 这个物种是真正最强的相互作用者
定义 2:
– 这个物种如果被移除，将导致整个食物网的崩溃演替的定义
一个地区的生命体按年代顺序分布
在一个栖息地或群落内物种出现的时间顺序
分享,
– 时间
– 单一区域演替类型 – 按栖息地
主要的
– 从荒芜的地方新产生的栖息地
次要的
–在已经有生物生长的地区改变生活环境演替类型 – 按过程
退化
– 有限的资源消费
异生性的
– 要求外在环境进行改变
自生性的
– 群落中的内在因素演替的应用
你能想到一些么?
例子,
– 测量木材的产量或渔业的产量
– 测定沉积物年代 (沼泽居民 )
–法医昆虫学生物多样性的测量
测量生物多样性的各方面?
可能性
– 物种丰度
– 个体丰度
– 多样性 (以上两者的交互作用 )
– 营养水平
– 觅食性功能群
– 多样性分类多样性指数
惯用来比较多个位点或通过时间评估单一一个
很多很多很多类型
主要指数,
– 香农指数 (多样性 )
– 辛普森指数 (多样性 )
– 疏质指数 (丰度 )
– 索伦森指数 (比较多样性 )
全球生物多样性的分布
在净初级生产力最大的地方，生物多样性最高
– 陆地：越朝赤道，生物多样性越高 -为什么?
– 水域：近岸和上升流的生物多样性最高 – 为什么?
群落多样性和稳定性之间的关系
稳定性成分
– 阻力
– 恢复力
– 恢复速度
生物多样性被认为 影响稳定性
– 耕地 –不稳定
– 热带 – 稳定
仍有争议
– 初步的工作看来支持上述观点生态系统简介
CERC Certificate Program
Columbia University
第四节 – 生态系统生态学生态系统生态学
为什么这个领域很重要？
什么是生态系统？
营养结构
营养循环和食物网
生态系统的过程
生态系统工程
生物群系
全球变化掌握重点法医昆虫学
1,法医昆虫学的描述和演替的退化。为什么是这样一个例子？
2,是什么能影响一个凶杀的日期和它们是如何影响的？至少包括一项来自以下每个更常规的类别,
时间、地点、化学相关因子
3,在保护动物和生态系统中如何运用法医昆虫学？
生态系统生态学的使用
大尺度现象
– 较大的地理范围
– 更多的因素
– 距离范围从地方到全球
尺度升高可确定性降低
国际机构的关注一个生态系统的定义
属性？
各物种的种群结合形成很多群落，并且彼此之间及其周围的非生物环境相互作用影响所组成的一个系统 。
完整的包括生物和物理的生境
– 能用方便的界线划分出来的最小的地理单位
= +
营养结构
定义：
– 物种间的进食关系
– 在一个食物网 /链
– 在单一生态系统中食物链食物网营养结构
有效资源的影响
– 所有生物和非生物的
生产的区域越多驱使营养多样性越丰富 (同物种多样性分布一样 -净初级生产力例子 )
连通性
– 物种间结合的数量和程度
– 在群落中什么物种可能有最高级别的连通型？
从下往上 对 从上至下的控制
是什么生物因素决定了在每一营养层上生物的丰度？
从上至下？
从下往上？
答案：
依赖于生态系统和物种的组成营养结构
这应该在这个讲稿中么？
很多人会争辩说不
– 为什么不？
– 这些人更多地重点放在什么上?
食物链食物网营养结构
有效资源的影响
– 所有生物和非生物的
生产的区域越多驱使营养多样性越丰富 (同物种多样性分布一样 -净初级生产力例子 )
连通性
– 物种间结合的数量和程度
– 在群落中什么物种可能有最高级别的连通型？
生态系统生态学
营养循环和食物网络掌握要点营养循环
营养循环是如何与食物网络发生关系的？
– 这儿有任何的循环么？
营养循环中的进程无机质生物质生物质生物质生物质腐殖质物质循环
营养物质
– 碳
– 氢
– 氮
– 氧
– 磷
– 硫
能量？
– 是能量循环？
能量
能量在循环？
循环的定义是什么？
在一个生态系统中能量是失去 /获得？
– 如何失去？
– 如何获得？
食肉动物食草动物生产者能量 对 营养
营养循环
– 物质守恒
– 大量新的物质通常不会进入一个生态系统
能量流
– 能量的一个流动方式是通过生态系统进行的
– 通过获取太阳能产生能量
– 能量通过生长和代谢失去肉食动物食草动物生产者生态系统的过程
类型？
例子：
– 水体净化
– 腐烂分解
– 生物质生产
– 营养循环
– 固碳
在生态系统水平上是自然发生的生物多样性和生态系统的过程
生物多样性 生态系统过程?
– 为何如此？
营养过剩
– 有多种物种在同一营养水平
– 扮演同样的生态学角色
– 可以失去少数物种而不会有大的变化生态系统工程
物种产生新的生态系统和栖息地
例子？
任何事都会对环境造成重大的改变
– 野猪在夏威夷
– 野猪在巴西
– 海狸在美国东北部
– 人在任何地方
– 显著连续的物种？
工程学问题
我们能使用生态系统工程替换物种么？
– 奶牛是野牛好的替代品么？
– 美国中西部关于引进牛的争论
这些就是关键种么？
– 你认为是什么？
生物群系
定义,
从 Dictionary.com网站上,
– 一个主要地区或全球的生物群落
– 以占优势的植物类型或主要气候为特征
例子,
– 美国东部的落叶森林,北极苔原带,草原等生态金字塔
向下 的金字塔趋势,
– 地理尺度 的增大
– 从单一物种到 多样物种
– 可能有影响的 生态学因子数量的增加
– 结果 可确定性减少生物群系生物圈生物种群生物群落生态系统全球变化
目前地球上在进行什么样的过程？
例子
– 全球气候变化
– 酸雨
– 污染及有毒物质扩散
– 生物污染扩散
这些是如何发生的？
– 是什么推动力在他们后面？
全球变化的原因
这些改变背后的推动力是什么？
我们！
人类影响
为有利可图我们的所作所为已经改变了几乎整个地球
生态学与环境学和保护生物学之间的区别
生态学思想的历史溯源
科学地定义生态学
学习科学的方法
生态学的结构掌握重点生 态 学 对 环 境 论
科学团体和激进团体 — 彼此间常有冲突
地球第一组织（ Earth First）,
绿色和平组织 （ Greenpeace）,
和 世界 野生动物基金会（ WWF）
工业 – 例如,,GMO’s,
Pandora’s box or chicken
little?
个体 对 种群
– 夏威夷,人类善待动物组织 对自然保护组织
or
夏威夷,人类善待动物组织 对自然保护组织
野猪 (Sus scrofa)
– 夏威夷土著卢奥文化的主要部分
– 由玻利尼西亚人和欧洲人引入
– 破坏许多植物的根部
– 造成泥坑、水坑滋生了各种蚊虫夏威夷,人类善待动物组织 对自然保护组织
自然保护组织
– 试图将野猪从他们的土地上根除
– 把野猪造成的生态冲击作为消除它们的理由
– 使用索套、陷阱这些最简易的方法诱捕这些动物夏威夷,人类善待动物组织 对自然保护组织
人类善待动物组织
– 承认这些野猪对当地生态造成的冲击
– 用陷阱诱捕的方法杀死野猪是对它们漫长痛苦地折磨，是非人道的
– 提倡人道地诱捕和迅速地宰杀
– 不计成本夏威夷,人类善待动物组织 对自然保护组织
决议?
– 仍旧待建
– 自然保护组织继续诱捕
一些相关争论的文章还在《火奴鲁鲁广告者》
报纸上刊登
更多的关于夏威夷入侵物种的讨论则在 美国地质勘探局（ USGS） 内进行关 键 区 别
生态学 是一门科学
– 我们关注的是整个过程
环境论 是一个根源
– 对于我们没有科学上的备份
保护生物学 是以上两者的结合
– 用科学支撑一个政治上的根源生态学思想的历史溯源
从梭瑞（ Henry David
Thoreau ）到现代
历史上基于自然评价的著作
后来更多的变成了门记述性科学达尔文涉及的生态学
, 生物的相互关系及其对于生活的物理条件的关系是何等复杂而密切。,
.物种起源生态学的定义
,产生目前有机体的分布和丰富度的决定因素 。,
– (Jonathan Krebs,1972)
影响有机体分布和丰富度的因子
非生物的
– 气候
– 地形
– 纬度
– 海拔
生物的
– 种内交互作用
– 种间交互作用科学原理和假设检验
目的,
– 判断好的科学
哈的逊河多氯联苯污染河泥
电磁、辐射和癌症
海獭,虎鲸和过度捕捞
– 做好的科学科 学 的 目 的
描述在自然世界中发现的模式
– 纯粹本质上地描述
– 历史上的这种,生态学,,a.k.a,自然主义
建立解释并且停留在那儿
检验解释的模式
– 主要强调的是我们大多数通常称作的,科学,
– 关键内容,检验 这些解释 !
如何检验这些解释?
– 科学的方法解 释 的 方 法
包括那些记述性科学
大致有 11个步骤
过程要重复多次
可能根本证实不了一个假设
– 许多都会被否决,而留下一个最好有数据支持的
–,证据,通常是一个谬误
这个方法的中心是假设假 设 的 类 型
零假设
– 不变的假设
– 通常缩写成 Ho
选择性假设
– 通常缩写成 Ha,Hb,等,
– 所有假设都必须是互斥的 (包括零假设 )
– 我们接受一个 Ha 如果 Ho 首先在统计上被否决
接受的这个 Ha由数据的倾向决定科学方法 – 步骤 1-5
1,观测或猜想模式
2,摆出原因或观察意义的差别
3,用可解答的问题来解释模式
4,建立可检测的假设
– 零假设 (Ho )和选择性假设 (Ha)
5,设计实验
6,采集数据 (描述进程 )
7,分析数据,主要利用统计学
8,评价假设,否决 Ho?
9,建立基于数据的结论
10.记录当前工作中的问题
11.预测今后的研究方向科学方法 – 步骤 6-11
练 习?
拿出一份你通过贯彻上述 11个步骤而新近完成的观察报告科学报告的组成
标题
摘要 – 全面的概括
绪论 – 背景,问题,选择性假设
方法 – 如何做
结论 – 发现什么,分析结论
讨论 – 解释,预测
致谢 – 谁帮助了我们
参考文献 – 我们的引证传播科学的方法
– 书写报告 (论文,书籍,著作 )
– 传统的方式
– 口头陈述
– 通常在最初对工作的介绍以得到发表前的反馈
– 海报
– 形象的工作纲要 – 用于讨论会
– 网页
– 用已发表的报告并且达到交互式沟通如何评价科学?
数据是否和问题相关?
是否有足够的数据支持观点?
研究过程是否能在其它地方重演?
选择性的解释是否被认可?
是否能对等回溯?
是否具有客观性?
操控是否真实?
什么是生态学的结构?
范围广泛从个体到整个生物圈的研究
大多数的生态学问题发生在当前时间
– 最近的解释
仅有少数领域 (例如进化生态学和古生态学 )
同过去的环境和历史时期相关联
– 最终的解释最 近 领 域
重点是过程
举例,在不同尺度
– 生物种群
生长速率,种群生存分析,种群遗传,变种分析,等等,
– 生物群落
种间交互作用,环境影响,等等,
– 生态系统
能量,物质,营养循环,污染,
最 终 领 域
进化生态学
– 用树状关系 (发展史 ) 解释生态学的问题
– 例如,剑尾长度的进化和在剑尾鱼中的优先选择
行为生态学
– 通过比较一些亲缘关系较近的物种来解释生态学问题
古生态学
– 试图重建远古时期的生态
– 其中一个目标是通过重建远古时期的环境来研究其间世系可能经历的进化最近领域回顾
向 下 的金字塔趋势,
– 在 地理尺度 上的增大
– 从单一物种到 多样物种
– 增加 可能产生影响的 生态因子的数量
– 结果 可确定性的降低生物种群生物群落生态系统生态学介绍第二节 种群生态学种群生态学
为什么这个领域很重要?
什么是种群?
为什么种群会发生大小上的改变?
无限的,指数型种群增长
对数种群增长
指数型 对 对数型增长
在这所有之前?
掌握重点一个练习?
从星期二纽约时报研究报告专栏的一部分,
– 通过用 11个步骤的科学方法进行
– 你做了什么?
局部的种群生态学的重要应用
引进种的增长速度
濒临灭绝物种的种群生存能力分析
– 100年里个体确保能有 90%存活几率的最小数量是多少？
濒危物种的种群遗传学
– 罗森堡姆关于鲸的研究区域种群生态学的重要应用
变种分析
– 追踪存活下来的种群的所有成员
– 较多在一位
在动物园进行捕捉饲养计划
– 应用变种分析种群是什么?
组成?
定义,
– 同一物种
– 同一区域
– 被其他地域隔离
– 能相互进行杂交
例如,仅有最小遗传基因的流动,最多种群的特点
我们能测量一个种群的什么特征?
特征,
– 大小
– 年龄结构
– 有效群体大小
– 出生率
– 死亡率
– 移入
– 迁出为什么种群的大小会改变？
非密度制约因素
– 制约因素与种群密度无关
密度制约因素
– 制约因素随种群密度变化非密度制约因素
类型?
例如：
– 气候
– 地形
– 纬度
– 海拔
– 降雨
– 光照
大体上指,非生物因素密度制约因素
类型?
例如：
– 种内
活动空间
食物
配偶
食物点
– 种间
捕食
寄生
传粉
大体上指,生物因子不确定因素
早期的影响是相当恒定的和 可确定的
相反 随机的影响力 是不可确定的
例子
– 环境,干旱，洪水，小行星，火山火灾等等
– 种群统计学,有效群体大小的降低，连续单一性别的产生等等环境容纳量
定义?
所有因子的总和调节种群大小
– 密度制约性
– 非密度制约性
– 确定性
– 随机性
场所和物种有特殊的价值非密度及密度制因素
特殊应用,
– 非密度制约因素,恐龙在 K-T的界限内：
从优势到灭亡
– 密度制约因素,为什么捕杀郊狼后由于它们的消失带来很多的问题小型种群
通常有大的风险
为什么?
遗传多样性小种群数量小对于随机事件易感性高在生物区内缺乏竞争力
非常有限的适应力种群增长类型
指数型
– 无限的，快速增长
– 常被称作马尔萨斯增长
– 无限增长
对数型
– 在自然的限制内增长
– 什么设臵了限制?
– 限制是什么?
– 一会将有更多 …
指数型种群增长
例子?
– 认为接近人工饲养
– 常常为一个非自然的事件
在此条件下很自然会发生
– 外来种
– 富营养环境
– 物种改良?
指数型种群增长方程式 -推导
哪种测量种群增长的组份会改变？
他们包括,
– 出生率
– 死亡率
– 迁入率
– 移出率
其间的相互关系?
No + B + I - D – E
指数型种群增长方程式 -推导
方程式是种群在单位时间上的改变 t(时间 )
N /?t = No + B + I - D – E
简化方程式
– 假定一个封闭的种群
– 消除迁移 (入,出 )
N /?t = No + B - D
– 增加一个增长率 (r) = B-D
N /?t = (r)(No)
– 这就是基本的指数型增长方程式指数型种群增长方程式 -含义
N /?t = (r)(No)
这儿能用实验的方法改变什么以及如何应用我们的接近人工饲养的例子？
仅 r可以改变
– 人类的 r已经通过技术正不断地增加
当 r=0,种群增长就停止了
– 这个时间点被叫做什么？
对数型种群增长
在这种种群增长的形式中加入了什么？
加入了环境容量
– 它是什么及它是由什么决定的?
– 通常记作 K
我们如何通过修正指数型种群增长方程式来反应对数型?
对数型种群增长方程式 -推导
加入环境容纳量 (K)
– 如何?
N /?t = (r)(No)
– 基本指数方程式
N /?t = (r)(No)(1-(N/K))
– 基本对数方程式对数型种群增长方程式 -含义
N /?t = (r)(No)(1-(N/K))
基本对数型方程式
含义,
– 当 N等于 K时,种群增长停止
– 当 K=无穷大时，对数型就成为特殊的指数型了增长问题 !
我们期望的人类数量是多少?
– 可能是无限的?
– 生态学影响的试验暗示着什么?
– 目前 60亿人口
– 激烈辩论增长问题 !
r-选择型的物种
– 为什么大多数的草地杂草丛生
– 边缘物种是典型的 r选择型的
– 入侵物种通常是 r选择型的增长问题 !
K-选择型的物种
– 为什么我们不能在多数年轻的森林里得到更多种类的橡树?
– 顶级群落
– 破碎化的栖息地不稳定生态学介绍第三节 – 群落生态学群落生态学
为什么这个领域很重要?
什么是群落：群落分类
岛屿生物地理学
关键种
演替
生物多样性的测量
全球生物多样性的分布
群落的稳定性和多样性掌握要点生态学印象实验
我们对地球有影响
– 反应?
– 计算的批评?
为什么这个领域很重要?
保存完整的群落 很有用
重新恢复 荒芜地区 的种群
确定 大多数重要物种 的保存
遭到干扰后，预测出 群落怎样能得到恢复
预测对于干扰 群落的恢复能力
确定 目前需要保护物种的 数量 和能够在哪儿 保存群落定义
,种群间交互作用的集合,
通常根据它们的自然集合或它们共用的栖息地来定义的,
关键特征,
– 数个物种
– 一个区域群落的结构?
非生物的
– 气候
– 纬度
– 临近海洋
– 干扰 (非生物的 )
生物的
– 种间交互作用
关键种
– 干扰 (生物的 )
– (种内交互作用?)
种间交互作用的类型物种 1 物种 2
无交互作用克生作用共栖作用互利共生竞争作用捕食作用寄生作用
0 0
0 -
+ 0
+ +
- -
+ -
+ -
生态位
定义?
1,每一个物种在群落中都扮演着一个生态角色
2,一个多维的超体积生态位 =
多维超体积
维数是限制因素
酸碱度,土壤类型,
湿度,温度,筑巢空间,配偶,寄生虫,
等等,
生态位可以决定群落的构成酸碱度温度酸碱度常规的群落类型
封闭型
– 清晰的边界
– 分明的群落交错区
– 明显的集合
– 物种相间
开放型
– 边界模糊,渐进
– 物种间少或没有集合丰度 地理范围大量的单一物种丰度 地理范围如何构成群落?
中性集合
– 群落中的物种结合在一起不需由其他现存物种造成
– 由其他特殊的,物种的影响造成
群落集合的规则
– 群落如何构成的可重现模式
– 增加物种的次序很重要
– 确定的模式,包括目前最大数量的种能被检验么?
岛屿生物地理学
完整标题,,岛屿生物地理学均衡论,
物种多样性与岛屿的关系,
– 离大陆越近，物种多样性 >离大陆远
– 面积越大，物种数目 >面积小
– 种物种数目平衡
鼓吹为全面的、充分的和具有代表性的？ (Comprehensive,Adequate
and Representative:CAR)
岛屿生物地理学研究
佛罗里达 关键词 – 红树林岛屿
在几个岛屿上用毒气杀死红树林上所有的昆虫
观察物种回复的速率
统计数量和营养物类型
在 20世纪 70年代早期进行岛屿生物地理学结论
岛屿的大小 (长角甲虫 )
– 物种与面积关系
平衡理论 (昆虫 )
岛屿生物地理学结论
支持主要的主张
物种多样性与岛屿的关系,
– 离大陆越近，物种多样性 >离大陆远
– 面积越大，物种数目 >面积小
– 存在一种物种数目平衡
其他很多人由此产生了大量的附加研究
– 两个主要支持者中的一个不再赞同平衡理论 (辛贝洛夫 Danniel
Simberloff )
关键种
最重要的物种
– 群落的结构
– 什么是原始的条件？
对生态系统的功能贡献最大
– 控制食草动物
这里通常认为是最终的捕食者
– 分解者
– 产生最大量的生物量?
关键种
通常被认为是 强相互作用者
– 紧密编织在 食物网里
– 这个物种是真正最强的相互作用者
定义 2:
– 这个物种如果被移除，将导致整个食物网的崩溃演替的定义
一个地区的生命体按年代顺序分布
在一个栖息地或群落内物种出现的时间顺序
分享,
– 时间
– 单一区域演替类型 – 按栖息地
主要的
– 从荒芜的地方新产生的栖息地
次要的
–在已经有生物生长的地区改变生活环境演替类型 – 按过程
退化
– 有限的资源消费
异生性的
– 要求外在环境进行改变
自生性的
– 群落中的内在因素演替的应用
你能想到一些么?
例子,
– 测量木材的产量或渔业的产量
– 测定沉积物年代 (沼泽居民 )
–法医昆虫学生物多样性的测量
测量生物多样性的各方面?
可能性
– 物种丰度
– 个体丰度
– 多样性 (以上两者的交互作用 )
– 营养水平
– 觅食性功能群
– 多样性分类多样性指数
惯用来比较多个位点或通过时间评估单一一个
很多很多很多类型
主要指数,
– 香农指数 (多样性 )
– 辛普森指数 (多样性 )
– 疏质指数 (丰度 )
– 索伦森指数 (比较多样性 )
全球生物多样性的分布
在净初级生产力最大的地方，生物多样性最高
– 陆地：越朝赤道，生物多样性越高 -为什么?
– 水域：近岸和上升流的生物多样性最高 – 为什么?
群落多样性和稳定性之间的关系
稳定性成分
– 阻力
– 恢复力
– 恢复速度
生物多样性被认为 影响稳定性
– 耕地 –不稳定
– 热带 – 稳定
仍有争议
– 初步的工作看来支持上述观点生态系统简介
CERC Certificate Program
Columbia University
第四节 – 生态系统生态学生态系统生态学
为什么这个领域很重要？
什么是生态系统？
营养结构
营养循环和食物网
生态系统的过程
生态系统工程
生物群系
全球变化掌握重点法医昆虫学
1,法医昆虫学的描述和演替的退化。为什么是这样一个例子？
2,是什么能影响一个凶杀的日期和它们是如何影响的？至少包括一项来自以下每个更常规的类别,
时间、地点、化学相关因子
3,在保护动物和生态系统中如何运用法医昆虫学？
生态系统生态学的使用
大尺度现象
– 较大的地理范围
– 更多的因素
– 距离范围从地方到全球
尺度升高可确定性降低
国际机构的关注一个生态系统的定义
属性？
各物种的种群结合形成很多群落，并且彼此之间及其周围的非生物环境相互作用影响所组成的一个系统 。
完整的包括生物和物理的生境
– 能用方便的界线划分出来的最小的地理单位
= +
营养结构
定义：
– 物种间的进食关系
– 在一个食物网 /链
– 在单一生态系统中食物链食物网营养结构
有效资源的影响
– 所有生物和非生物的
生产的区域越多驱使营养多样性越丰富 (同物种多样性分布一样 -净初级生产力例子 )
连通性
– 物种间结合的数量和程度
– 在群落中什么物种可能有最高级别的连通型？
从下往上 对 从上至下的控制
是什么生物因素决定了在每一营养层上生物的丰度？
从上至下？
从下往上？
答案：
依赖于生态系统和物种的组成营养结构
这应该在这个讲稿中么？
很多人会争辩说不
– 为什么不？
– 这些人更多地重点放在什么上?
食物链食物网营养结构
有效资源的影响
– 所有生物和非生物的
生产的区域越多驱使营养多样性越丰富 (同物种多样性分布一样 -净初级生产力例子 )
连通性
– 物种间结合的数量和程度
– 在群落中什么物种可能有最高级别的连通型？
生态系统生态学
营养循环和食物网络掌握要点营养循环
营养循环是如何与食物网络发生关系的？
– 这儿有任何的循环么？
营养循环中的进程无机质生物质生物质生物质生物质腐殖质物质循环
营养物质
– 碳
– 氢
– 氮
– 氧
– 磷
– 硫
能量？
– 是能量循环？
能量
能量在循环？
循环的定义是什么？
在一个生态系统中能量是失去 /获得？
– 如何失去？
– 如何获得？
食肉动物食草动物生产者能量 对 营养
营养循环
– 物质守恒
– 大量新的物质通常不会进入一个生态系统
能量流
– 能量的一个流动方式是通过生态系统进行的
– 通过获取太阳能产生能量
– 能量通过生长和代谢失去肉食动物食草动物生产者生态系统的过程
类型？
例子：
– 水体净化
– 腐烂分解
– 生物质生产
– 营养循环
– 固碳
在生态系统水平上是自然发生的生物多样性和生态系统的过程
生物多样性 生态系统过程?
– 为何如此？
营养过剩
– 有多种物种在同一营养水平
– 扮演同样的生态学角色
– 可以失去少数物种而不会有大的变化生态系统工程
物种产生新的生态系统和栖息地
例子？
任何事都会对环境造成重大的改变
– 野猪在夏威夷
– 野猪在巴西
– 海狸在美国东北部
– 人在任何地方
– 显著连续的物种？
工程学问题
我们能使用生态系统工程替换物种么？
– 奶牛是野牛好的替代品么？
– 美国中西部关于引进牛的争论
这些就是关键种么？
– 你认为是什么？
生物群系
定义,
从 Dictionary.com网站上,
– 一个主要地区或全球的生物群落
– 以占优势的植物类型或主要气候为特征
例子,
– 美国东部的落叶森林,北极苔原带,草原等生态金字塔
向下 的金字塔趋势,
– 地理尺度 的增大
– 从单一物种到 多样物种
– 可能有影响的 生态学因子数量的增加
– 结果 可确定性减少生物群系生物圈生物种群生物群落生态系统全球变化
目前地球上在进行什么样的过程？
例子
– 全球气候变化
– 酸雨
– 污染及有毒物质扩散
– 生物污染扩散
这些是如何发生的？
– 是什么推动力在他们后面？
全球变化的原因
这些改变背后的推动力是什么？
我们！
人类影响
为有利可图我们的所作所为已经改变了几乎整个地球
