环境生态学

环境生态学•本章主要介绍生态学的定义、研究对象和分支学科以及生态学发展的历史；现代生态学的发展特点和趋势；环境生态学的定义、形成与发展史；环境生态学的研究内容、方法和发展趋势。第一章绪论第一节生态学概述第二节环境生态学的定义、形成和发展第三节环境生态学的研究内容、发展趋势和方法第一节生态学概述一、生态学的定义二、生态学的形成和发展三、生态学的研究对象四、生态学的分支学科第一节生态学概述一、生态学的定义“Ecology”来自希腊文“Oikos”(住所,栖息地)和“Logos”(学问，研究)，亦即生态学在创建之初就表达为研究生物有机体与其栖息场所之间相互关系的科学。生态学（Ecology）是研究生物与其环境之间相互关系的科学。上述生态学的定义是德国生物学家海克尔（Haeckel,1866）首次提出的。这是生态学至今最为全面的定义。•这里的“生物”包括植物、动物、微生物和人类，这里的“环境”包括环境中的物理、化学、生物和人类活动等因素。这里的“相互关系”包括物理、化学、生物的关系。随着生态学的发展，一些生态学家认为上述定义过于广泛而提出了自己的看法。主要有：①生态学是研究生物（包括动物和植物）怎样生活和它们为什么按照自己的生活方式生活的科学。科学的自然史-英国生态学家-埃尔顿(CharlesElton,1927)。②生态学是研究生物的形态、生理和行为上的适应性的科学—前苏联-克什卡洛夫（Кашкаров，1945）。③生态学是研究有机体的分布和多度的科学—澳大利亚-安德列沃斯（Andrewartha,1954）。④生态学是研究决定有机体的分布与多度的相互作用的科学-加拿大克雷伯斯（Krebs,1972,1978,1985）.⑤生态学是研究生态系统的结构与功能的科学—美国-奥德姆（Odum,E.,1959,1971）。（生态学基础—FundamentalsofEcology,1971）。⑥生态学是研究生命系统和环境系统相互关系的科学—中国-马世骏。二、生态学的形成和发展（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生态学思想为特点在我国：•战国时代的《管子》“地员篇”详细介绍了植物分布与水文地质环境的关系。•秦汉时期农历确立了24节气，同时《禽经》一书（鸟类生态）问世；•《本草纲目》•西方：•Aristotle在《自然史》一书中按栖息和食性对动物进行了分类。•古希腊的Theophrastus不但注意到气候、土壤与植被生长与病害的关系，同时注意到了不同地区植物群落的差异。（2）生态学的建立时期（公元17世纪至19世纪末）生态学作为一门学科开始出现•R.Boyle在1670年发表的低气压对动物影响的试验，标志着动物生理生态学的开端。•1798年T.Malthus在《人口论》中分析了人口增长与食物生产的关系。•1807年德国学者A.Humboldt写成了《植物地理学》一书。•1840年B.J.Liebig发现了植物营养的最小因子定律。•1859年C.Darwin出版了《物种起源》，提出生物进化论。•1866年Heackel提出Ecology一词，并首次明确生态学的定义。标志着生态学的诞生。•19世纪末，生态学已正式成为一门独立的学科。（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。植物和动物生态学得到了长足的发展，各种著作和教材相继出版•动物生态学专著和教材有：《动物生态学》、《实验室及野外生态学》、《动物生态学基础》、《动物生态学原理》等。•植物生态学专著有：《近代植物社会学方法论基础》、《植物社会学》、《植物的演替》、《植物群落学》等。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：着重研究群落的静态，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：着重研究群落的动态，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：集中在生物地理群落方面，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。生态学从描述、解释走向机理研究•1935年，Tansley第一次提出了生态系统(ecosystem)的概念.他把生物与其环境看作是一个动态整体•1941年，美国科学家林德曼（R.L.Lindeman）,发表了《一个老年湖泊内的食物链动态》的论文。他用确切的研究数据揭示了在食物链顺序转移中生物量的数量关系。1942年，他在另一篇文章中进一步证实了自然生态系统中能量与物质的流动在不同营养级之间的定量关系。1/10定律（4）现代生态学时期（20世纪60年代至今）快速发展•自身学科积累到了一定程度•技术的发展提供了条件•社会的需求•1962年，美国海洋生物学家卡逊（R.Carson）写的《寂静的春天》（20世纪影响人类社会发展进程的最伟大的10本书之一）用通俗的文笔，描述了一个受到人造化学品危害的悲惨世界。她的书是人类生态环境意识觉醒的标志。生态学开始被从高楼深院中请出来，以解决社会生活中的生态问题。1948年美国纽约，人们在毫无保护措施下喷洒DDT。60年代美国飞机喷洒杀虫剂《寂静的春天》蕾切尔·卡逊前言一、明天的寓言(10)二、忍耐的义务(12)三、死神的特效药(17)四、地表水和地下海(28)五、土壤的王国(35)六、地球的绿色斗篷(40)七、不必要的大破坏(51)八、再也没有鸟儿歌唱(59)九、死亡的河流(72)十、自天而降的灾难(84)十一、超过了波尔基业家族的梦想(94)十二、人类的代价(101)十三、通过一扇狭小的窗户(107)十四、每四个中有一个(116)十五、大自然在反抗(128)十六、崩溃声隆隆(137)十七、另外的道路(144)（4）现代生态学时期（20世纪60年代至今）现代生态学的发展特点和趋势•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。•应用生态学的迅速发展：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。三、生态学的研究对象传统的生态学要在有机体（Organism）、种群（Population）、群落（Community）和生态系统（Ecosystem）水平上探索生命系统的奥秘。因此，生态学是以生物个体、种群、群落和生态系统甚至是生物圈（Biosphere）作为它的研究对象。①种群：种群是在一定空间中同种个体的集合。种群具有空间、数量和遗传三个基本特征。种群是物种存在的基本单位。②群落：群落是在一定区域或一定生境里各个生物种群相互松散结合的一种结构单位。即群落是指同一生境中彼此影响着的多种生物种群的集合体。③生态系统：生物群落与其环境之间由于不断地进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体。④生物圈：是指地球上全部生物和一切适合生物栖息的场所，包括三个组成部分，即大气、水域和陆地。因此，生态学按其研究的生命体的水平，按生态学研究的尺度可分为:①个体生态学[autecology]:主要研究生物的个体发育与环境的相互关系，特别是生物体对环境的适应性及其机制。②种群生物学[populationecology]:主要研究同种个体组成的种群与环境的相互关系。③群落生态学[communityecology]:主要研究群落的结构与功能、形成和发展方面与环境间的相互关系。④生态系统生态学[ecosystemecology]:主要研究由群落与其周围理化环境构成的生态系统的结构与功能，系统的平衡与调控机制。⑤生物圈生态学（biosphereecology）主要研究生物必需元素和重要污染物在大气、海洋、陆地之间的生物地球化学循环、海—气交换过程、陆—海相互作用、火山活动、太阳黑子活动、核污染对地球影响及在全球变换中的作用等。四、生态学的分支学科①按生命层次：分子（基因）、细胞、器官、个体、种群、群落、生态系统、景观、生物圈和全球生态学。②按生物类群：动物生态学、植物生态学、微生物生态学；昆虫生态学、鱼类生态学等；③按环境和栖息地类型：陆地生态学、淡水生态学、海洋生态学；森林、草地、荒漠等；④应用生态学：农业生态学、森林生态学、草业生态学、家畜生态学、资源生态学、城市生态学、环境生态学、人类生态学…。⑤边缘科学：数学生态学、化学生态学、进化生态学、生理生态学、经济生态学。生物学科基础科学应用学科环境科学社会科学分子生态学理论生态学农业生态学环境生态学生态经济学生理生态学数学生态学森林生态学污染生态学生态伦理学遗传生态学物理生态学草原生态学生态毒理学生态法学行为生态学化学生态学海洋生态学保育生态学动物生态学景观生态学淡水生态学植物生态学湿地生态学微生物生态学城市生态学生态工程学工业生态学产业生态学生态学与其他学科交叉产生的分支生态学是一门“基础性强、研究范围广、学科间渗透面大、应用范围宽的正在蓬勃发展重要学科”。第二节环境生态学的定义、形成和发展一、环境生态学的定义二、环境生态学的形成三、环境生态学的发展第二节环境生态学的定义、形成和发展一、环境生态学的定义环境生态学（environmentalecology)是研究人为干扰下，生态系统内在的变化机理、规律和人类的反效应，寻求受损生态系统恢复、重建和保护对策的科学，即运用生态学理论，阐明人类与环境间的相互作用及解决环境问题的生态学途径。它解决的是环境污染和生态破坏这两类环境问题的学科。二、环境生态学的形成1.环境问题的含义环境问题指环境中出现的各种不利于人类生存和发展的现象。原生环境问题指由各种自然力引起的自然灾害次生环境问题指人为作用下引起的各种环境污染和生态破坏。目前所指环境问题指“人祸”，是人类不恰当的行为引起的“公害”，是人类与环境关系的失调。2.环境问题的产生3.当前世界面临的主要环境问题•人口问题：•资源问题：•环境问题：•生态破坏：•人口爆炸：马尔萨斯的“人口论”是现实的。人口以几何级数率增加，而生产资料是以算术级数增加率增加，人口急剧增加超过环境的合理承载能力，环境污染和生态破坏就会加剧马尔萨斯（ThomasRobertMalthus,1766-1834），英国资产阶级庸俗经济学家、牧师和教授。环境污染：如工业三废“废气、废水、废渣”，农药和放射形物质污染，从登上月球后拍摄的照片看，地球上已无处不被污染。二氧化碳排放，温室效应使气温升高，海平面升高。人类环境的前途如何？真是令人不堪设想。资源短缺：土地资源，农用耕地日减。我国耕地保有量保持在18亿亩红线。水资源尤其是淡水资源日趋紧张，污染和浪费严重。能源、森林等资源不足，生物资源：种量日减。地球上生命存在了35亿年，曾出现过许多多物种，现在可能仅存在千分之几，有几次灭绝期。二亿年前二叠纪末，海洋生物种数减少了90%；6500年前，恐龙灭绝；人类出现后，物种灭绝加速，目前人类影响已达自然灭绝速率的1000倍以上。地球上每20分钟就有一个物种灭绝。生态破坏：土地荒漠化、水土流失、盐碱化、潜育化为主的土地退化规模不断扩大，耕地的丧失和破坏是人地矛盾突出，森林生态功能衰退，引起干旱、洪涝灾害不断加剧。由以上分析可知：环境问题的实质：由于人类活动超过了环境的承受能力，对其所依赖的自然、生态系统的结构和功能产生了破坏作用，导致与生存环境的不协调。对人类所赖以生存的自然生态系统结构与功能的充分了解，以及对人与自然、生态系统之间物质和能量交换的分析，是认识和解决环境问题的关键。环境生态学是随着环境问题的产生和人类对