森林生态学

森林生态学广西大学林学院庄嘉廖秋玲森林生态学第1章绪论第2章森林与环境第3章种群及其基本特征第4章林木种内与种间关系第5章森林群落结构特征第6章森林群落演替第7章森林生态系统组成与结构第8章森林生态系统的养分循环第9章森林生态系统的能量流动第10章森林生态系统类型及其分布第11章森林景观生态原理第12章生物多样性原理与保护第13章全球气候变化与森林生态系统碳循环第14章森林生态环境监测与效益评价第1章绪论（森林生态学概况）1．1生态学的研究对象、方法与分支学科1．2生态学的发展1．3森林生态学的研究内容和范围1．4森林生态学发展简史1．5可持续发展的概念与内涵1．6森林的生态作用与森林可持续经营1．7森林生态学与其它学科的关系１、生态学的概念(1)生态学的定义生态学（ecology）一词源于希腊文oikos，其意为“住所”或“栖息地”。从字意上讲，生态学是关于居住环境的科学。由于研究背景和研究对象的不同，不同学者对生态学提出了不同的定义。生态学的定义颇多生态学的定义颇多1、Ecology(生态学)一词源于希腊文2、德国动物学家ErnstHaeckel(赫克尔)首次定义了生态学：生态学是研究生物及环境之间相互关系的科学。3美国生态学家E．P．Odum(1971)提出的定义是：生态学是研究生态系统的结构和功能的科学。4、我国生态学家马世骏先生认为，生态学是研究生命系统和环境系统相互关系的科学。5、生态学的不同定义代表了生态学的不同发展阶段，强调了不同的生态学分支和领域。生物环境我们认为E.Haeckel（赫克尔）的定义是适宜的，即“生态学是研究生物及环境之间相互关系的科学”。生态学可以用一个简单的式子表示：森林生态学是研究森林生物和森林环境之间相互关系的学科森林生物森林环境1．1生态学的研究对象、分支学科与研究方法1．1．1研究对象与分支学科按生物组织水平划分，可从分子、个体、种群、群落、生态系统、景观直到全球。生态学按研究的对象分类，又可分为动物生态学、植物生态学、微生物生态学等；按栖息地类型分类，又可分为森林生态学、草地生态学、海洋生态学、淡水生态学等；按生态学与其他学科相互渗透、交叉形成新的分支学科，又可分为数学生态学、化学生态学、生理生态学、经济生态学、进化生态学等；按生态学应用的门类来分，又可分为农业生态学、资源生态学、污染生态学等；按研究方法分，可以分为理论生态学、野外生态学、实验生态学等。⑴分子生态学(MolecularEcology)运用分子进化和群体遗传学的理论，分子生物学的技术手段去研究生物种群、进化。分子生态学的热点是研究生物种群空间分布差异的分子基础和生物史类型的分子生态学机制，以及生态进化和生态适应的分子机理和在逆境条件下生物在分子水平上的反应及其调控机理。⑵个体生态学(Autecology)个个体生态学——研究环境因子对生物的生态作用，着重介绍光、温度、水分、大气、土壤、生物及火等因子在时间和空间上的变化对其生态作用，同时研究林木对各因子的耐性、适应性及其分布。还要研究森林对这些环境因子的影响和改造作用。主要有研究生物的反应，对环境适应的机制。⑶种群生态学(PopulationEcology)种群生态学——研究生物种群在自然或人工条件下种群密度、种群数量动态等自我调节规律、种群动态过程对个体生长发育的影响及环境因子影响等。在种群的形成与变化规律方面主要研究种群不能无限制繁殖，而总是保持一定均衡状态的原因。主要研究种群的基本特征（如空间分布、密度、繁殖能力、年龄结构等）、增长规律、动态、种间关系、种群适应对策和进化。⑷群落生态学(CommunityEcology，Gynecology)森林群落生态学——研究内容分为两个方面：一是静态方面，如研究森林群落的组成、结构、数量、外貌特征的描述，以及森林类型、地理分布等；另一是动态方面，研究森林群落由于空间和时间的变化，由一种类型演变为另一种类型的原因和规律性，着重森林的发生、形成和发展的规律。提供识别和鉴定森林群落类型或立地条件类型的依据。⑸生态系统生态学(EcosystemEcology)生态系统生态学——研究生态系统的组成要素、结构与功能、发展与演替，以及人为影响与调控机制的生态科学。研究一个生态系统的组成、结构、功能和演变，研究系统内能量转换和物质循环过程，系统输入和输出的动态平衡等。生态系统着重研究生态系统内各成分之间（对系统内的生物和大气、水分、C、N等非生物要素）的相互依赖和因果关系；物质循环和能量流动，以及生态系统的功能和稳定性。目的：是指导人们应用生态系统原理，改善和保护各类生态系统可持续发展。⑹景观生态学(LandscapeEcology)是以一定空间单元内多个镶嵌的聚合生态系统为对象，研究其结构、功能与演化过程的生态学的一门分支。它以人类活动对景观的生态影响为研究重点，通过自然科学与人文科学的交叉，研究景观单元内生态系统的空间格局、相互作用及生态过程，并围绕建造宜人景观这一目标，进行景观管理、景观规划和景观设计的研究。⑺区域生态学(RegionEcology)是以不同尺度的地域为对象，研究其社会、经济、自然发展的协调程度及其调控机理与实践的一门新的分支学科领域。⑻全球生态学(GlobalEcology)在时间尺度上与气象学、古生物学、古地质学、冰川学等学科相结合，在更大的时间尺度上研究生物与环境的相互作用及其对演化的历史进行回溯，同时对未来环境的变化进行预测。1．1．2研究方法(1)野外观察和定位站(2)实验方法(3)数学模型与数量分析方法1．2生态学的发展我们可以把生态学的发展分为经典生态学和现代生态学两个时期，它们的分界线可以说是20世纪60年代。1．2．1经典生态学1．2．2现代生态学现代生态学的发展特点和趋势主要有以下几个方面：(1)生态学的研究有越来越向宏观发展的趋势(2)系统生态学的产生和发展(3)一些新兴的生态学分支(4)分子生态学的兴起(5)应用生态学的迅速发展1．3森林生态学的研究内容和范围森林--是以乔木和其他木本植物为主体的生物群落。构成这个群落的成分除乔、灌木外，还包括其他植物、动物、微生物，以及其所居住的环境。森林生态学--是研究森林中乔木树种之间、乔木树种与其他生物之间，以及与其所处的外界环境之间相互关系的学科。森林生态学研究的内容，概括地说，可分为4个方面：个体生态——研究构成森林的各种林木与环境的生态关系；种群生态——研究森林生物种群的形成与变化规律；群落生态——研究群落的形成和变化与环境条件的关系；森林生态系统——研究系统中物质与能量的循环与转化。森林生态学任务从树木与环境相互关系的规律出发，在调节、控制树木与环境之间的关系中更好地发挥作用；既要充分发挥树木的生态适应性，根据环境条件的特点，施行科学的经营管理，使其能最大限度地利用环境，不断扩大森林资源和提高森林的生产力；又要有意识地利用森林对环境的改造作用，调节人类与环境之间物质和能量的交换，充分发挥森林的多种有益功能，以利于维持自然界的动态平衡。2、森林生态学的任务1、从树木与环境相互关系的规律出发，在调节、控制树木与环境之间的关系中更好地发挥作用；2、既要充分发挥树木的生态适应性，根据环境条件的特点，施行科学的经营管理，使其能最大限度地利用环境，不断扩大森林资源和提高森林的生产力；3、又要有意识地利用森林对环境的改造作用，调节人类与环境之间物质和能量的交换，充分发挥森林的多种有益功能。以利于维持自然界的动态平衡。1．4森林生态学发展简史（一）生态学的萌芽时期（二）生态学的建立时期（三）生态学的巩固时期（四）现代生态学时期（一）生态学的萌芽时期（公元16世纪以前）公元17世纪以前，虽然还没有生态学一词，但生态学思想及生态知识的应用已经存在。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。原始社会里人们为了生存，需要了解森林里的自然环境和其周围的动物和植物，如狩猎、采食植物、寻觅住所，都必须具备生态方面的知识。为了生存，人类不得不对其赖以饱腹的动植物的生活习性以及周围世界的各种自然现象进行观察。因此，从远古时代起，人们实际上就已在从事生态学工作。在一些中外古籍中，已有不少有关生态学知识的记载。我国公元前1200年的《尔雅》,公元前200年的《管子》,《淮南子》,公元前100年前后,我国农历已确立了24节气,它反映了作物,昆虫等生物现象与气候之间的关系,还有《禽经》等。许多古书如《淮南子》(公元前2世纪),《齐民要术》(公元533－544年),《东坡杂记》(11世纪),《群芳谱》(公元1621年),《农政全书》(公元1639年)等,生态学方面内容的记载.国外不少的古籍中有关于生态学知识的记载。但上述古籍中没有生态学这一名词，那时也不可能使生态学发展成为独立的科学。（二）生态学的建立时期（公元17世纪至19世纪末）进入17世纪之后，随着人类社会经济的发展，生态学作为一门科学开始成长。例如，著名化学家R．Boyle在1670年发表的低气压对动物效应的试验，标志着动物生理生态学的开端；1798年T．Malthus（人口论》的发表，促进了达尔文“生存斗争”及“物种形成”理论的形成，并促进了“人口统计学”及“种群生态学”的发展。还有其他很多的研究。进入19世纪之后，生态学得到很快发展并日趋成熟。1859年达尔文的《物种起源》问世，促进了生物与环境关系的研究，使不少生物学家开展了环境诱导生态变异的实验生态学工作。1866年赫克尔（Haeckel）提出ecology一词，并首次提出了生态学定义。丹麦植物学家瓦尔明（E.Warming）于1895年发表了他的划时代著作《以植物生态地理为基础的植物分布学》，1909年经作者本人改写，用英文出版，改名《植物生态学》（ecologyofplant）。1898年波恩大学教授辛柏尔（A.F.W.Schimper）出版《以生理为基础的植物地理学》这两本书全面总结了19世纪末叶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的分支科学的诞生。（三）生态学的巩固时期（20世纪初至20世纪50年代）20世纪初动植物生态学并行发展，出版了不少生态学著作与教科书。在动物生态学方面，关于生理生态学、动物行为学和动物群落学等研究有了较大的进度。20世纪20年代到50年代，生态学得到进一步巩固与发展。在动物生态学方面，开始了种群研究，并将统计学引人生态学。由于各地自然条件、植物区系、植被性质及开发利用程度的差异，使植物生态学在研究方法、研究重点上各地有所不同，在这一时期形成了几个著名的生态学派，主要有：⑴北欧学派（Uppsala学派）以注重群落结构分析为特点。代表人物：G.E.DuRietz⑵法瑞学派(植物区系学派)注重群落生态外貌，强调特征种的作用。代表人物是J.Braum-Blanquet⑶英美学派，也称之为动态学派。以动态和数量生态为特点。代表人物是Clements和Tansley⑷苏联学派（前苏联学派）：植物（群落）与地学结合。代表人物：B.H.Cykayeb。这一时期英、美等国还相继成立了生态学会,英国生态学会于1913年创建，美国生态学会于1916年创建；创办的一些生态学刊物。20世纪50一60年代，是传统生态学向现代生态学过渡时期，并出现了一些新的中心。（四）现代生态学时期（20世纪60年代至现在）20世纪60年代以来，由于工业的高度发展和人口的大量增长，带来了许多全球性的问题则如，人口问题、环境问题、资源问题和能源问题等），涉及到人类的生死存亡。人类居住环境的污染、自然资源的破坏与枯竭以及加速的城市化和资源开发规模的不断增长，迅速改变着人类自身的生存环境，造成对人类未来生活的威胁。上述问题的控制和解决，都要以生态学原理为基础，因而引起社会上对生态学的兴趣与关心。在这期间，生态学为