环境生态学讲义
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环境生态学第一章绪论一.生态学的定义1.生态学(ecology)是研究生物与周围环境和无机环境相互关系及机理的科学。
(E.Haeckel,1866)它包括4个层次的内容:•生物在其历史条件下的适应;•生态系统的结构与功能;•种群的形成与发展规律;•生物群落(生态系统)的形成与发展规律。
实则上包含了个体—→种群—→群落—→生态系统这4个理论主体。
生态学的定义还有很多:✧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。
(埃尔顿,1927)✧生态学是研究有机体的分布和多度的科学。
(Andrenathes,1954)✧生态学是研究生态系统的结构与功能的科学。
(E.P.Odum,1956)✧生态学是研究生命系统之间相互作用及其机理的科学。
(马世骏,1980)✧生态学是综合研究有机体、物理环境与人类社会的科学。
(E.P.Odum,1997)二、生态学的研究内容✧1971,Odum,《生态学基础》:生态学是研究生态系统的结构和功能的科学。
(1)一定地区内生物的种类、数量、生物量、生活史及空间分布。
(2)该地区营养物质和水等非生命物质的质量和分布。
(3)各种环境因素(如湿度、温度、光、土壤等)对生物的影响。
(4)生态系统中的能量流动和物质循环。
(5)环境对生物的调节(如光周期现象)和生物对环境的调节(如固氮作用)三、生态学的形成与发展✧理论上:概念上的提出—→论著的出版—→学科的形成。
✧时间上:萌芽时期—→近代发展:4大学派的形成—→现代发展:生态系统、人类生存环境的研究。
✧实验技术上:描述—→定性—→定量—→模拟。
✧生态学发展简史✧生态学萌发阶段(时期)✧公元16 世纪以前:✧在我国:公元前1200 年《尔雅》一书,草、木;✧公元前200 年《管子》“地员篇”;✧公元前100 年前后,农历确立了24 节气,同时《禽经》一书(鸟类生态)问世;✧《本草纲目》。
✧在欧洲:公元前285 年也有类似著作问世。
第一章绪论(2 学时)第一节生态学及其发展一、生态学:是研究生物与其环境相互关系的科学。
是生物学的一个分支,有人称之为环境生物学。
其学科基础是生物学。
二、生态学的发展:(1)1803年,Malthus 《人口论》研究生物繁殖与食物关系,特别分析人口增长与食物生产的关系;(2)1859年,Darwin ‘The Origin of species’提出生物进化论,“物竞天择,适者生存”的观点;(3)1866年德国学者海克尔(Haeckel)提出生态学概念,标志着生态学的诞生。
生态学的研究对象从个体生态→种群→群落→生态系统1935年英国生态学家坦斯列(Tansley)提出了生态系统的概念,标志着生态学的发展进入了近代生态学发展阶段。
三、生态学分类植物生态学理论生态学(按研究对象可分为)动物生态学按性质可分为微生物生态学应用生态学(包括农业生态学、森林生态学、景观生态学、污染生态学、数学生态学、化学生态学、土壤生态学、旅游生态学等)海洋生态学按研究的环境特点可分为陆地生态学(森林生态学、草原生态学、农田生态学)淡水生态学农业生态学作为一门应用生态学于1986年被国家教委指定为农业院校的必选课之一。
第二节农业生态学及其发展一、农业生态学概念:农业生态学是生态学在农业领域领域应用的一个分支学科,是运用生态学的原理及系统论的方法,研究农业生物与其自然环境和社会环境相互关系的应用性科学。
其学科基础是生态学,方法论基础是系统分析法。
二、农业生态学的产生和发展农业生产的实质就是利用生物与资源环境相互作用形成人类农产品的过程。
20世纪90年代,保护资源与环境,促进可持续发展成为全球经济发展的主题,农业生态学受到重视,进入新的发展阶段。
(农业本身就是利用、调节生物与环境关系的一个生态过程。
农业生态学的研究对象经历了一个从个体生态→种群→群落→农业生态系统。
农业生态系统是农业生态学的研究核心。
三、农业生态学研究的内容与任务1.农业生态学研究的内容主要研究由农业生物与其环境构成的农业生态系统的结构、功能及其调控和管理的途径。
第一章绪论一、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几个有代表性学者对生态学的定义:1、研究生物及环境间相互关系的科学(E.Haeckel,1866)2、研究生物形态、生理和行为上的适应(Кашкаров,1954)3、研究决定有机体的分布与多度相互作用的科学(Krebs,1972, 1985)4、研究生态系统的结构和功能的科学(E.P. Odum,1956)5、综合研究有机体、物理环境与人类社会的科学(E.P. Odum,1997 )6、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综上所述,“生态学是研究生物及环境间相互关系的科学”,其中,生物包括:动物、植物、微生物及人类本身;环境:指生物生活其中的无机因素,生物因素和人类社会。
二、生态学的研究对象生态学研究对象可以小到生物个体,大到整个生物圈。
生态学系统等级结构的每一个层次都有其独特的结构和过程,因此,每一个层次都给生态学研究增加一个不同的研究途径。
主要研究对象包括:✧分子(molecular)✧个体(individual)✧种群(population)✧群落(community)✧生态系统(ecosystem)✧景观(landscape)✧生物圈(biosphere)经典生态学的分支学科:✧按组织层次划分:分子生态学、个体生态学、种群生态学、群落生态学、生态系统生态学✧按交叉学科划分:数学生态学、地理生态学、生理生态学✧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✧按生物类群划分:动物生态学、植物生态学、微生物生态学、鱼类生态学、鸟类生态学✧按生物栖息环境划分:水生生态学、河口生态学、海洋生态学、陆地生态学、湿地生态学三、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。
环境生态学(党课讲稿)前言今天我们来讲述一下《环境生态学》。
那么生态《环境生态学》,首先我们来看一下,《环境生态学》的定义是如何的。
那么它主要是研究在人类干扰条件下,生态系统内在的变化机理、规律以及对人类的影响,寻求受损的生态系统的恢复、重建以及保护的这么一门学科。
那么主要是通过生态学的原理阐明人类对环境的影响及解决环境问题的生态的途径。
那么《环境生态学》经过很多年的发展,那么它最早是在1962年的时候由美国的海洋生态学家卡尔逊提出的,她在《寂静的春天》里边提出,以杀虫剂大量使用造成的污染危害为基本素材,以大量事实阐明了环境问题产品的根源,那么这是最早对人类行为和观念的反思。
那么到了1972年,沃德出版了《只有一个地球》这么一本书,那么从世界人口增长过快、滥用资源、工业技术影响、发展不平衡、城市化等等,这些方面探讨了环境问题产生的原因那么由此揭示了环境问题主要的产生原因。
那么到了1987年,福尔德曼出版了第一本《环境生态学》的这么一本书,那么主要内容包括了大气污染、有毒元素、酸化,然后森林的减少、水体富营养化,还有杀虫剂等各种的环境压力,对我们的生态系统的结构以及生态系统的功能造成哪些影响,那么这也就是《环境生态学》的诞生。
那么从这儿我们可以看出来《环境生态学》是经历了一个逐步的一个过程,那么接下来呢,咱们就来看一下《环境生态学》到底说了一个什么事情。
一、生物生存环境——生物圈首先说到这儿那我们就知道,首先《环境生态学》离不开生物,那我们来看一下生物圈是个什么意思。
那么生物圈这个概念呢,是由奥地利的地址学家休斯在1875年首次提出的,那么20世纪20年代前呢,苏联的生物地球化学家维尔纳斯基,发现生物活动对地表化学物质的迁移和富集有着重大的影响,提出了生物圈的学说。
那么现在呢,我们通常把地球表面生物赖以生存的这个部分统称为生物圈。
那么具体来说,生物圈有哪些组成部分呢?生物圈通常就是由我们所说的大气圈、水圈和岩土圈等等这些组成的,那么其中岩土圈我们也可以称之为岩石土壤圈。
第一章绪论一、环境生态学定义:“研究人为干扰下,生态系统内在的变化机制、规律和对人类的反映效应,寻求受损生态系统恢复、重建和保护对策的科学。
”——即用生态学的理论,阐明人与环境间相互作用的机制和效应以及解决环境问题的生态途径的科学。
(金岚盛连喜等,1991)二、环境生态学的形成与发展1、产生:20世纪60年代—对传统行为和观念的反思2、理论发展、完善阶段:20世纪70年代—引起世界反响的“严肃忧虑”3、实际应用阶段:20世纪80年代—人类对环境问题的挑战三、环境生态学的学科体系1、研究内容1)经典生态学基本理论2)人为干扰下生态系统内在机制变化和规律研究3)生态系统受损程度及危害性的判断研究4)各类生态系统的功能和保护措施5)解决环境问题的生态学对策研究2、发展趋势1)人为干扰的方式和强度2)退化生态系统的特征判定3)人为干扰下的生态演替规律4)受损生态系统恢复和重建技术5)生态系统服务功能评价6)生态系统管理7)生态规划和生态效应预测四、环境生态学与相关学科1、生态学1)定义2)研究对象:3)分支学科2、环境科学1)研究对象:2)特点:3)分支学科3、其他相关学科:第二章生物与环境(个体生态学)一、物种与个体生物学1、物种:指一类生物个体的集合,其中的个体之间自然条件下能相互交配产生具有生殖能力的正常个体。
3、生态适应:生物为了适应环境,从形态、生理及生化机制上作出有利于生存的改变。
3、个体生态学:是以生物个体及栖息地为研究对象,研究栖息地环境因子对生物的影响及生物对栖息地的适应和生态适应的形态、生理及生化机制。
即研究生物个体发育、系统发育及其与环境关系的生态学分支。
4、适者生存二、环境及生态因子1、环境(Environment)广义环境,某一主体周围一切事物的总和。
在生态学中,环境是指生物的栖息地,生物是环境的主体。
2、环境的类型按主体分类:人为主体、生物为主体按性质分类:按范围分类:3、生态因子的概念1)环境因子(environmental factors) :构成环境的各要素。
2)生态因子(ecological factors) :环境因子中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的因子。
3)生存因子:生态因子中生物生存不可缺少的因子。
4)生态环境(ecological environment):所有生态因子的综合。
5)生境(habitat):具体的生物个体或群体生活区域的生态环境与生物影响下的次生环境的统称。
5、生态因子的类型1)气候因子(climatic factors):光、温度、湿度、降水等2)土壤因子(edaphic factors):土壤的深度、母质容重、孔隙度、pH、盐碱度、肥力等3)地形因子(topographic factors):地形的起伏、海拔、坡度等地貌特征4)生物因子(biotic factors):竞争、捕食、共生、寄生等5)人为因子(anthropogenic factors):开发利用资源2)美国生态学家 Daubenmire R F(1974)将生态因子分为三大类:气候类、土壤类、生物类。
这三类分别归结于七个并列的项目:土壤、水分、温度、光照、大气、火、生物。
3)第一性周期因子:是指由地球自转或公转及月相变化形成的光、温、潮汐的日、月、季节、年的周期性变化。
次生性周期因子:取决于第一性周期因子,如太阳辐射和温度周期性变化导致大气湿度、降水量周期性变化。
非周期性因子:指突发性或间断性出现的因素,如暴雨、洪水、蝗灾、火山、地震等5、生态因子的变化规律和生物分布纬向递变性经向递变性垂直递变性非地带性(地形变化)三、生态因子的作用规律1、限制因子定律2、耐受性定律:生态幅(Ecological amplitude):每个种对环境因子的适应范围的大小。
耐受性机制:➢实际耐性比潜在耐性窄➢维持一定的耐性要消耗一定的代谢能➢在适应极端环境时,为提高对某一因子的耐性就要牺牲对其他因子的耐性➢通过内稳态可提高耐性➢休眠可躲避不利因子间接提高耐性3、生态因子综合作用定律:生态因子的综合作用、生态因子的交互作用、生态因子的作用的主次、直接作用和间接作用、生态因子的阶段性作用、不可替代性和补偿作用四、生态因子对生物的影响1、光因子的生态作用1)地球上所有生物得以生存和繁衍的最基本的能量源泉2)太阳能以化学能的形式进入生态系统的唯一通路3)食物链的起点光强(1)光强与形态建成: 黄化现象(2)光强与光合作用光补偿点:光合作用吸收的CO2与呼吸作用释放的CO2平衡(即气体的交换量为零)时的光照强度。
光饱和点:净光合作用的趋于稳定时的光照强度。
(3)光强与植物的生态类型适应类型生境代表阳生植物旷野、路边、森林中的上层乔木,草原及荒漠中的旱生、超旱生植物高山植物及多数大田作物等均属此类型。
如蒲公英、蓟、杨、柳、槐、桦、松、杉和栓皮栎等阴生植物潮湿背阴或密林的下部,生长季节的生境往苔藓类、部分蕨类、铁杉、红豆杉、亚热带地区山林中的茶树往较湿润等,很多药用植物如人参、三七等耐阴植物叶菜类一些豆类植物光质:光谱成分------380nm--------760nm------紫外线可见光红外线<1% 40-50% 50-60%光周期:长日照植物:日照长度超过一定数值才开花的植物。
如牛蒡、紫苑、凤仙花和除虫菊等;大小麦、油菜、菠菜、甜菜、萝卜等。
短日照植物:日照时间短于一定数值才开花的植物。
通常在早春或深秋开花。
如千牛、苍耳和菊类;水稻、玉米、大豆、棉和麻等。
中间性植物:只要其他条件合适,在什么日照条件下都能开花的植物。
如,黄瓜、番茄、四季豆和蒲公英等。
人为的调节光照时间可控制植物花期;2、温度因子的生态作用(1)温度与生物生长“三基点”温度:参与生命活动的各种酶都有其最低、最适和最高温度;➢不同生物的三基点不同;➢在一定的温度范围内,生物的生长速率与温度成正比;➢外温的季节性变化引起植物和变温动物生长加速和减弱的交替,形成年轮和鳞片;➢外温影响动物的生长规模。
(2)温度与生物发育温度与生物发育最普遍的规律是有效积温。
有效积温法则(法Reaumur,1735):植物在生长发育过程中,须从环境中摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育,而且某一特定植物类别各发育阶段所需的总热量是一常数,称总积温或有效积温。
有效积温法则的意义➢预测生物发生的世代数;➢预测生物地理分布的北界;➢预测害虫来年的发生程历;➢制定农业气候区划,合理安排作物;➢应用积温预报农时。
(3)温度与生物的繁殖、分布➢温度与生物的繁殖和遗传性:➢植物春化,动物繁殖的早迟;➢温度与生物分布:➢许多物种的分布范围与温度区相关。
(4)极端温度对生物的影响➢低温对生物的影响:当温度低于临界(下限) 温度,生物便会因低温而寒害和冻害。
冻害原因:冰结晶使原生质破裂损坏胞内和胞间的微细结构;溶剂水结冰,电解质浓度改变,引起细胞渗透压变化,导致蛋白质变性;脱水使蛋白质沉淀;代谢失调。
高温对生物的影响:当温度超过临界(上限)温度,对生物产生有害作用,如蛋白质变性、酶失活、破坏水份平衡、氧供应不足、神经系统麻痹等。
(5)温周期现象与物候昼夜变温形成温周期现象;季节变温形成物候物候:植物适应一年中的气候条件的季节性变化,形成与之相应的生长发育规律。
如:春季萌芽秋季落叶冬季休眠物候期:植物的器官在不同季节中从形态上显示的各种变化现象。
如:萌芽展叶初花盛花末花果熟叶落休眠物候规律:枣发芽、种棉花,杏开花、快种麦,野人无历日,鸟啼知四时。
3、水因子的生态作用(1)水的生理生态作用生物起源于水环境➢水是生物体不可缺少的组成成份;➢水是生物体所有代谢活动的介质;➢水分保持植物的固有姿态,保持动物体水分平衡;➢水为生物创造稳定的温度环境;➢水能调节体温。
(2)动物对水的适应形态适应生理适应行为适应:(3)植物对水的适应水生植物:沉水植物黑藻金鱼藻狸藻,浮水植物凤眼莲浮萍睡莲等,挺水植物芦苇香蒲➢陆生植物:湿生植物水稻,中生植物棉花大豆,旱生植物少浆植物多浆植物4、土壤因子的生态作用(1)土壤的生态学意义➢为陆生植物提供基底,为土壤生物提供栖息场所;➢提供生物生活所必须遥矿质元素为水分;➢提供植物生长所需的水热肥气;➢维持丰富的土壤生物区系;➢生态系统的许多很重要的生态过程都是在土壤中进行。
(2)土壤的物理性质及其对生物的影响–土壤是由固体、液体和气体组成的三相系统,固体占85%以上,根据土粒的直径大小,可将土粒分为:粗砂、细砂、粉砂和粘粒,其组合百分比称土壤质地,根据土壤质地,可将土壤分为:砂土、壤土和粘土。
–土壤质地和土壤温度影响植物生长和土壤动物的。
(3)土壤的化学性质及其对生物的影响土壤酸碱度:过碱性和酸性不利于植物生长,酸性还不利于细菌生长。
土壤有机质:植物重要碳源和氮源。
土壤无机元素:植物生长的13种重要元素来源(7种大量元素:、氮、磷、钾、硫、钙、镁、铁;6种微量元素:锰、锌、铜、钼、硼、氯)5、大气因子的生态作用(1)大气对植物的影响CO2时光合作用的主要原料O2时生物生命活动所必需的SO2、HF、CH2=CH2、NH3、O3、Cl、HCl、Hg等过量对植物造成危害(2)大气污染物对植物的影响(3)大气运动——风对生物的影响输送作用;影响动物的行为活动(捕食、迁移、分布);风媒;破坏作用(风折、风倒、风拔)五、生物对环境的适应趋异适应与生态型同中生物适应不同的环境产生了不同的适应称趋异适应。
趋异适应产生的同种生物的不同基因类群叫生态型。
2、趋同适应于生活型不同生物是影响同环境产生了相同的适应称趋同适应趋同适应产生的相同生态习性的不同生物类群称生活型3、生态位空间生态位营养生态位多维生态位第三章种群生态学一、生物种群及种群生态学1、生物种群(Biotic Population):占据特定空间的同种生物个体的集合群。
自然种群三特征:空间、数量、遗传特征。
2、种群生态学(Synecology):是以生物种群及其环境为研究对象,主要研究由个体之间相互作用所表现出来的集合群特征和行为,以及这些集合群的结构形成、发展和运动变化规律的生态学分支学科。
目的:调控种群二、种群的基本特征1、种群的大小和密度种群大小(Population Size):一个种群全体的数目多少。
种群的密度(Density):单位空间内某一种群的个体数目。
种群密度和生物的大小及该生物所处的营养级有关。
粗密度(Crude Density)是指单位空间内的个体数(或生物量)。
生态密度(Ecological Density):是指单位栖息空间(种群实际所占据的有效面积或空间)内的个体数(或生物量)。
相对密度(Relative Density):单位时间内遇见的生物个数;或某时段内,某一物种占据样地的百分比。