生态学与现代文明讲义

《生态学与现代文明》讲义第一讲绪论一、人类与环境1.人类与环境密切的联系（1）人类是环境的产物（2）人类通过生产或生活活动与环境发生联系人类的生存和发展要占据一定空间不断从环境中获取物质和能量人类的新陈代谢和消费活动排放废弃物环境把所受到的影响反过来作用于人类产生了环境问题人类向环境索取资源的速度超过了资源本身及其替代品的再生速度——生态破坏。人类向环境排放废弃物的速度超过了环境本身的自净能力——环境污染。二、环境问题的表现1.环境污染主要表现具体方面原因环境污染大气污染“三废”排入大气水污染“三废”排入江河湖海土壤污染“三废”排入土壤固体废弃物污染来自生产生活噪声污染来自交通、工厂放射性污染来自放射性物质海洋污染“三废”排入海洋2.生态破坏主要表现具体方面后果生态破坏滥伐森林对环境调节的功能下降自然植被的破坏水土流失、土壤荒漠化不合理的灌溉土壤盐碱化CO2、氟氯烃的排放温室效应、O3层的破坏捕猎、环境破坏物种灭绝速度呈现加速的趋势三、环境问题的分布特点各地区由于经济结构、产业政策和环境政策不同，环境问题也有所不同。因此环境问题具有地域性特征。如，城市与农村不同。1.城市和农村的比较主要问题次要问题城市环境污染：大气污染，噪声污染，水污染等绿化面积减少农村生态破坏：水土流失、荒漠化土壤盐碱化、森林减少、水源枯竭、物种减少化肥、农药的污染2.发展中国家与发展中国家比较发展中国家比发达国家环境问题更为严重（1）环境承受经济发展和人口快速增长的双重压力（2）经济、技术水平落后，没有足够的能力进行环境保护。（3）发达国家污染将严重的工业转移到发展中国家2.环境问题的全球化趋向（1）酸雨随着大气的运动，能影响到很远的地区；（2）国际性河流上游被污染，将使全流域受到影响；（3）热带雨林的破坏，会对全球的气候产生影响；（4）大气中二氧化碳浓度的升高和臭氧层的破坏，威胁着全人类。四、生态学（Ecology）定义Ecology源希腊词“Oikos”和“logos”，前者表示住所和栖息地，后者表示学科，原意是研究生物栖息环境的科学。研究生物(organism)及环境(environment)间相互关系的科学（E.Haeckel,1866）。研究科学的自然历史（C.Elton,1927）。研究生物形态、生理和行为上的适应（Кашкаров（克什卡洛夫）,1954）。研究有机体的分布和多度的科学（Andrewartha,1954）。研究有机体与生活之地相互关系的科学（环境生物学）（Smith,1966）研究决定有机体的分布与多度相互作用的科学(Krebs,1972,1978,1985)。研究生态系统的结构和功能的科学（E.P.Odum,1956）；综合研究有机体、物理环境与人类社会的科学（E.P.Odum,1997）。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（马世骏，1980）。五、生态学的研究对象及分支学科近代生态学研究的内容：分子（molecular）、景观（landscape）、生物圈（biosphere）经典生态学研究的内容：个体（individual）、种群（population）、群落（community）、生态系统（ecosystem）分子水平及分子生态学(Molecularecology)Moritz(1994)认为分子生态学是用线粒体DNA(mitochondriaDNA)(mtDNA)的变化来帮助和指导种群动态的研究。HoelzelandDover(1991)则认为分子生态学是用DNA和蛋白质的特征来研究物种分化、演化及种群生物学等生态学问题。《分子生态学》杂志(1992)则认为分子生态学是分子生物学、生态学和种群生物学之间形成的交叉领域,主要是利用分子生物学方法研究自然种群或人工种群与其环境间的相互关系以及转基因生物(或其产物释放)所带来的一系列潜在的生态学问题。我国学者(王小明)认为分子生态学是利用分子生物学技术与方法研究生物对其所处环境的适应以及产生这种适应反应的分子机制。经典的生态学按组织层次（levelsoforganization）划分：个体生态学(Individualecology):研究重点是个体对生物和非生物环境的适应（adaptation）。种群生态学(Populationecology):多度(abundance)和种群动态（populationdynamics）。群落生态学(Communityecology):决定群落组成和结构的生态过程（ecologicalprocesses）。生态系统生态学(Ecosystemecology):能流（energyflow）、食物网（foodweb）和营养循环（nutrientcycling）。按生物类群划分：动物生态学植物生态学微生物生态学人类生态学昆虫生态学鱼类生态学鸟类生态学等等按生物栖息环境划分：水生生态学淡水生态学河口生态学海洋生态学陆地生态学湿地生态学等等按交叉学科划分：数学生态学地理生态学生理生态学行为生态学进化生态学等等按应用领域划分：农业生态学城市生态学资源生态学环境生态学保护生态学恢复生态学旅游生态学污染生态学等等景观及生物圈水平的生态学景观(Landscape)和景观生态学(Landscapeecology)景观:由若干生态系统组成的异质区域(heterogeneousarea),这些生态系统构成景观中明显的斑块(patches),这些斑块称景观要素(landscapeelements)。景观生态学:研究景观结构及其过程(landscapestructureandprocesses)的科学。生物圈(biosphere)和全球生态学(Globalecology)生物圈:地球上全部生物和一切适合于生物栖息的场所。它包括岩圈（lithosphere）的上层、全部水圈（hydrosphere）和大气圈（atmosphere）的下层。全球生态学:研究生命系统和行星系统相互关系的科学。六、生态学的发展史1.生态学的萌芽时期（公元16世纪以前）以古代思想家、农学家对生物环境相互关系的朴素的整体观为特点。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。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：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：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：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。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.七、生态学研究的方法论1.科学思维的逻辑结构观察→预测→假设→检验模型：模型是对现实系统的结构与功能的物理或抽象的描述。生态模型：描述和预测生态系统行为。2.方法的重要性变量观测：如何取样、样本大小、变量选择、精确水平实验设计：对比组、控制组统计分析：简单统计分析、多元统计分析3.生态学研究的基本方法1）野外研究：优点：直接观察，获得自然状态下的资料；缺点：不易重复。2）实验研究：优点：条件控制严格，对结果的分析比较可靠，重复性强，是分析因果关系的一种有用的补充手段；缺点：实验条件往往与野外自然状态下的条件有区别。3）数学模型研究：优点：高度抽象，可研究真实情况下不能解决的问题；缺点：与客观实际距离甚远，若应用不当，易产生错误。八、现代文明中的生态学什么是现代文明？1.智慧得到应有的表达2.人民的幸福社会的进步3.世界的和谐和平是欧美资本主义文明，是指科学观念、民主思想、宽容精神、人权思想、法治精神、权力监督制衡思想、和平协商观念、最佳化管理思想、资源优化配置思想、守法守信观念、公平公正公开的经济制度、市场经济制度、社会保障制度、现代企业制度、现代社会管理制度、现代国家制度等的综合体。装在轮子上的国家——美国现代文明，即现代工业文明。包含科学化(理性化)、工业化和民主化三大基本要素。能源、材料和信息技术并成为现代文明的三大支柱世界工业生产在19世纪最后30年，增加了几乎4倍，20世纪初又增加了66％。当今更是快速发展。第二讲生物与环境1一、八大公害—人与环境关系十八世纪兴起的工业革命，曾经给人们带来希望和欢欣，因为工业文化的兴起，城市化的发展，科学技术的进步，使人类的生活水平大为提高。例如人口的死亡率不断下降，平均预期寿命不断提高，更多的人享受到城市的便利，更多的儿童能够接受正规教育，我们有了手中的iPhone机，面前的Pc，在夏天就能吃到凉爽可口的冰棍，拥有柔软的床，人类摆脱了黑暗的中世纪的阴影……人类文明又进入了一个前所未有的高度，但是……人类却意想不到的给自己设了一个陷阱。当人类还陶醉于工业革命的伟大胜利时，生态破坏和环境污染问题已经加速发展，特别是污染问题，随着工业化的不断深入而急剧蔓延，终于形成了大面积乃至全球性公害，最先享受到工业革命带来的繁荣，也最先品尝到工业革命带来的苦果。在工业发达的国家，二十世纪五十至六十年代开始，公害事件层出不穷，导致成千上万人生病，甚至有不少人在公害事件中丧生，其中有八起事件引人注目1）马斯河谷事件一九三零年十二月一日至五日，比利时马斯河谷的气温发生逆转，三天后，开始有人发病，一周内，六十多人死亡，还有许多家畜死亡。这次事件主要是由于几种有害气体和煤烟粉尘污染的综合作用所致，工厂排出的有害气体和煤烟粉尘，在近地大气层中积聚。当时的大气中二氧化硫浓度高达二十五至一百毫克每立方米2）多诺拉事件一九四八年十月二十六日至三十一日间，美国宾夕法尼亚州的多诺拉小镇，大部分地区持续有雾，致使全镇43%的人口（5911人）相继发病，其中7人死亡。这次事件是由二氧化硫与金属元素、金属化合物相互作用所致，当时大气中二氧化硫浓度高达零点五乘十的负六次方至二点零乘十的负六次方毫克每立方米，并发现有尘粒3）伦敦烟雾事件一九五二年十二月五日至八日，英国伦敦，突然有许多人唤起呼吸系统病，并有四千多人相继死亡。此后两个月内，又有八千多人死亡。这起事件原因是，当时大气中尘粒浓度高达四点四六毫克每立方米，是平时的十倍，二氧化硫浓度高达一点三四乘十的负六次方毫克每立方米，是平时的六倍。伦敦素有“雾都”之称。4）洛杉矶光化学烟雾事件一九三六年在洛杉矶开采出石油后，刺激了当地汽车业的发展。至四十年代初期，洛杉矶市已有二百五十万辆汽车，每天消耗约一千六百万升汽油，但由于汽车气化率低，每天有大量碳氢化合物排入大气中，受太阳光的作用，形成了浅蓝色的光化学烟雾，使这座本来风景优美、气候温和的滨海城市，成为“美国的雾城”。这种厌恶刺激人的眼、喉、鼻、引发眼病、喉头炎和头痛等症状，致使当地死亡率升高，同时，又是远在百里之外的柑橘减产，松树枯萎。5）水俣事件从一九五零年开始，先是发现“自杀猫”，后是人生怪病，因医生无法确诊而称之为“水俣病”。经过多年调查才发现，此病是由于食用水俣湾的鱼而引起。日本一家生产氮肥的工厂从一九零八年起在日本九州南部水俣市建厂，该厂生产流程中产生的