环境生态学全套课件

环境生态学绪论环境生态学的研究内容和任务什么是生态学（Ecology）？生态学的研究对象及分支学科什么是环境生态学？生态学的发展简史环境生态学前沿何谓生态学?thetotalrelationsoftheanimaltobothitsorganicanditsinorganicenvironment(Haeckel,1869)thescientificstudyofthedistributionandabundanceoforganisms(Andrewartha,1961)thestudyofthestructureandfunctionofnature(Odum,1963)thescientificstudyoftheinteractionsthatdeterminethedistributionandabundanceoforganisms(Krebs,1994)生态学（Ecology）定义生态学（Ecology）是研究生物与其环境之间相互关系的科学。“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。上述生态学的定义是德国生物学家赫克尔（Haeckel,1866）首次提出的。这是生态学至今最为全面的定义。但是首先使用“Ecology”一词学者是亨利.索瑞（HenryThoreau,1858)。生态学（Ecology）定义科学的自然史-英国生态学家-埃尔顿(CharlesElton,1927)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）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）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）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）生态学是研究生命系统和环境系统相互关系的科学（马世骏）生态学研究对象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。生态学的层次分细组器个种群生生子胞织官体群落态物系圈统生态学的分支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。生物分类：动物、植物、微生物、昆虫、鱼类等；按栖所：淡水、海洋、河口、陆地、森林、草地、荒漠等；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、生态经济学、环境生态学；应用生态学：农业、渔业、污染生态学等。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，这些生态系统构成景观中明显的斑块，这些斑块称景观要素。景观生态学:研究景观结构及其过程的科学。生物圈和全球生态学生物圈:地球上全部生物和一切适合于生物栖息的场所。它包括岩圈的上层、全部水圈和大气圈的下层。全球生态学:研究生命系统和行星系统相互关系的科学。生态学的发展史生态学的萌芽时期（公元16世纪以前）生态学的建立时期（公元17世纪至19世纪）生态学的巩固时期（20世纪初至20世纪50年代）现代生态学时期（20世纪60年代至今）生态学的萌芽时期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。生态学的建立时期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。生态学的巩固时期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。现代生态学时期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.环境生态学的目的任务环境生态学的目的是指导人与生物圈（既自然、资源与环境）的协调与发展。环境生态学发展趋势：从静态的结构研究到动态的功能研究；从描述现状的定性研究到预报未来的定量研究；野外调查和室内实验相结合；宏观研究和微观研究相结合；生物学与地理、化学、物理和数学互相渗透；运用自动化测试、计算机和遥感技术等现代化实验手段；开展国际协作。环境生态学与生态学的区别以人为中心来探讨其生活环境的科学研究人类与环境相互关系的科学研究人为干扰下，生态系统内在的变化原理、规律及寻求受损生态系统恢复、重建和保护对策的科学环境生态学主要研究领域人为干扰下生态系统内在变化原理与规律生态系统受损程度的判断各类生态系统的功能与保护措施的研究第二章生物与环境环境与生态因子生物与环境关系的基本原理生物与主要生态因子的相互关系环境与生态因子环境概念生态因子的类型自然环境的基本特征环境和环境因子环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间,以及直接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和，由许多环境要素构成，这些环境要素称环境因子。生态因子(ecologicalfactors)：环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要素。生态因子是环境中对生物起作用的因子，而环境因子则是指生物体外部的全部要素。生态因子的分类生态因子通常分为非生物因子和生物因子两大类–生物因子（biOticfactors）：有机体（同种和异种）–非生物因子（abioticfactors）：温度、光、湿度、pH、氧气等有的学者将生态因子分为五类–气候因子(climaticfactors)、土壤因子(edaphicfactors)、地形因子(topographicfactors)、生物因子、人为因子(anthropogenicfactors)Begon等将非生物因子分为条件和资源两类–条件：温度、湿度、pH等–资源：营养物质、水、辐射能等生态因子的空间分布纬度地带性：从赤道到两极，整个地球表面具有过渡状的分带性规律。–太阳辐射量差异太阳辐射－－热量带－－水分差异－－植被分带－－土壤分带–自然地理带：赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带、亚寒带、寒带–植被地带性分布垂直地带性：因太阳辐射和水热状况随着地形高度的不同而不同，生物和气候自山麓至山顶呈垂直地带分异的规律性变化(干燥空气,-1℃/100m;湿润空气,-0.6℃/100m)。经度地带性：地球内在因素如大地构造形成地貌和海洋分异引起经度地带性分异。如北美大陆和欧亚大陆。植被的空间格局(据M.C.Molles,Jr,1999)生物与生态因子生态因子作用的特点生物对非生物因子的耐受限度生物对各生态因子耐受性之间的相互关系生物对生态因子耐受限度的调整生态位生态因子作用的特点综合性:如气候的作用非等价性（主导因子作用）:塜雉孵卵的温度控制；渔业高密度养殖增氧直接性和间接性：食物，降水限定性（因子作用的阶段性）：中华绒螯蟹的孵化生态因子的不可替代性和互补性：水体内的钙和锶生物对非生物因子的耐受限度“最小因子定律”(Liebig’slawofminimum)–植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素，这些处于最低量的营养元素称最小因子（JustusvonLiebig,1840,德国）。–两个补充条件（Odum,1983）：1）严格的稳定状态；2）因子补偿作用(factorcompensation)：生物在一定程度和范围内，能够减少温度、光、水等生态因子的限制作用。“耐受性定律”(Shelford’slawoftolerance)(V.E.Shelford,1913，美国)–每种生物对一种生态因子都有一个耐受范围，即一个生态学上的最低点和一个生态学上的最高点，在最高点和最低点之间的范围就称为生态幅(ecologicalamplitude)或生态价(ecologicalvalence)。限制因子(limitingfactors)–在众多生态因子中，任何接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散的因子称限制因子–限制因子概念的意义•为分析生物与环境相互作用的复杂关系奠定了一个便利的基点；•有助于把握问题的本质，寻找解决问题的薄弱环节。种群数量数量很低种群消失种群消失数量很低数量最高不能耐受区生理受抑制生理受抑制不能耐受区最适区环境梯度高低耐受性下限耐受性上限生物种的耐受性限度图解（据Smith,1980）生物对各生态因子耐受性之间的相互关系对生物产生影响的各种生态因子之间存在明显的相互影响：如温湿的关系；湿度和溶氧的关系；温度和盐的协同作用生物因子和非生物因子之间也是相互影响的：物种之间的竞争产生的生态位分离生物对生态因子耐受限度的调整驯化内稳态适应驯化实验驯化(acclimation)与气候驯化(acclimatization)：驯化(acclimation/acclimatization)：生物在实验／自然条件下，诱发的生理补偿变化，前者需要较短的时间，后者需要较长的时间。有机体对实验环境条件变化产生的生理调节反应称实验驯化；有机体对自然环境条件变化产生的生理调节反应称气候驯化，实验驯化是对环境条件改变的一种生理上而非遗传上的可逆反应。驯化的应用：植物的引种栽培内稳态内稳态(homeostasis):生物系统通过内在的调节机制使内环境保持相对稳定。内稳态通过形态、行为和生理适应实现。大多数内稳态机制依赖于负反馈过程。依靠三个基本组成成份：接受器；控制中心；效应器。负反馈过程（维持哺乳动物血液渗透性）接受器（下丘脑）控制中心（下丘脑）效应器（肾脏）血液太浓饮水血液渗透性上升口渴反应血液太稀失水反应血液渗透性下降失水(仿A.Mackenzieet.Al.,1999)适应适应(adapatation)：生物对环境压力的调整过程。分基因型适应和表型适应两类，后者又包括可逆适应和不可逆适应。如桦尺蠖在污染地区的色型变化。适应方式（形态、生理、行为的适应）：–形态适应：保护、保护色、警戒色与拟态–行为适应：运动、繁殖、迁移和迁徙、防御和抗敌–生理适应：生物钟、休眠、生理生化变化–营养适应：食性的泛化与特化适应组合(adaptivesuites):生物对非生物环境条件表现出一整套协同的适应特性，称适应组合。如骆驼和仙人掌对炎热干旱环境的适应。趋同适应和趋异适应胁迫适应动物的保护色、警戒色与拟态A树皮纺织娘(Barkkatydid)B枭蝶(Owlbutterfly)C枯叶蝶(Leaflikeinsect(Anaea))D捕食花螳螂(Pre