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1、 生态学 杨持主编 第二版 北教602 周四6 8节教师 李玉凤电话 13776682334邮箱 pandalee 0826 引子 1 2 3 4 5 1 绪论 1 1生态学的学科体系1 1 1生态学的研究对象及内容1 1 2生态学的分支学科1 1 3生态学的研究方法及方法论1 2生态学的产生及发展1 2 1生态学的定义1 2 2生态学的发展简史1 3生态学的任务1 3 1人类生态问题1 3 2生态学与人类可持续发展 1 1生态学的学科体系1 1 1生态学的研究对象及其内容1 1 2生态学的分支学科1 1 3生态学的方法论及研究方法 1 1 1生态学的研究对象及内容 1 生态学的研究对象 生物
2、学研究对象的组织层次普 1 按研究对象的生物组织水平可分为 个体生态学 Anecology 种群生态学 Synecology 群落生态学 CommunityEcology 生态系统生态学 EcosystemEcology 景观生态学 LandscopeEcology 区域生态学 RegionalEcology 全球生态学 GlobalEcology 1 1 2生态学的分支学科 2 按生物分类类群划分 普通生态学 GeneralEcology 动物生态学 Zoo Ecology 植物生态学 PlantEcology 微生物生态学 MicrobialEcology 还有更具体的生物类群 如昆虫生态
3、学 InsectEcology 鱼类生态学 FishEcology 鸟类生态学 BirdEcology 兽类生态学等 BeastEcology 此外 还有独立的人类生态学 HumanEcology 3 按生物栖自场所划分 陆地生态学 TerrestrialEcology 如 森林生态学 ForestEcology 草原生态学 SteppeEcology 沙漠生态学 DesertEcology 等水域生态学 AquaticEcology 如 海洋生态学 MarineEcology 淡水生态学 FreshwaterEcology 更具体的划分有 热带生态学 TropicEcology 湿地生态学
4、MashyEcology 山地生态学 MountainEcology 等 4 按生态学与其他学科的交叉划分 生理生态学 PhysiologicalEcology 进化生态学 EvolutionaryEcology 数学生态学 MathematicalEcology 化学生态学 ChemicalEcology 能量生态学 EnergyEcology 物理生态学 PhysicalEcology 地理生态学 GeographicEcology 等 农田生态学 FarmlandEcology 农业生态学 Agroecology 渔业生态学 FisheryEcology 家畜生态学 LivestockE
5、cology 森林生态学 ForestEcology 草地生态学 GrasslandEcology 污染生态学 PollutionEcology 自然资源生态学 EcologyofNaturalResources 城市生态学 UrbanEcology 生态经济学 EcologicalEconomics 恢复生态学 RestorationEcology 生态工程学 EngineeringEcology 景观生态学 LandscopeEcology 人类生态学 HumanEcology 生态伦理学 EcologicalEthics 等 5 按应用领域划分 野外生态学 FieldEcology 实验
6、生态学 ExperimentalEcology 理论生态学 TheoreticalEcology 6 按研究方法划分 生态学的变化关系及发展 1 生态学的方法论层次观系统观整体观综合观进化观 1 1 3生态学的方法论及研究方法 1 层次观 生态学研究不同层次生命体系中生物与环境的关系 每一层次都有各自的结构和功能特征 高级层次的结构和功能是低级层次分工协作而来的 低级层次的结构功能必须在高级层次中体现 1 层次观 生态学研究生态系统中生物与环境的关系 系统内各要素相互联系相互影响 关系复杂 掩一发而动全身 系统中某一要素受多种要素作用 它本身也作用于多种要素 多种要素相互作用还形成关系链 关系
7、网 2 整体观 系统中的各个要素分工协作 构成一个整体 不可分割 整体与部分作用的差异作物秸秆N 有机物质 热量作物秸秆饲料沼气池能量燃料饲料肥料燃料沼渣P K 微量元素肥料 3 综合观生态学研究面临的是 问题 和 对象 如 生物与环境协调否 大熊猫怎么生存 至于用什么方法无需界定 成功的生态学家往往大量利用物理学 化学 数学 气象学等多个学科的研究方法和测量技术 又与一些基础学科如遗传学 进化论 生理学 行为学等相互交叉 现代生态学家们还广泛的吸收了系统论 控制论 信息论 协同论 突变论 耗散结构的新概念和新方法 深入的研究生态系统的结构和功能 所以其研究过程具有宏大的综合特征 取水 排水排
8、污 工程 光照 物理 结构 面积 设计 数学 物理 采暖 物理 通风 物理 小气候 气象 材料 化学 纳祥 宗教 生活 经济 植被 绿化 生物 人居问题 4 进化论 野外与现场调查 实验室分析 模拟实验 数学模型与计算机模型 生态网络及综合分析 2 生态学的研究方法 野外与现场调查 在调查中除了要应用生物学化学物理学地学气象学等方面的知识和手段外时常需要现代化的调查工具如调查船飞机甚至人造卫星等采用先进技术和仪器等如示踪元素无线电追踪遥感遥测等 生态信息获取的方法 Theoretical Experimental FieldResearch 研究方法概括及案例分析 Approaches Sci
9、entificMethods prediction 生态学研究举例I 森林鸟类生态学 野外研究 RobertMacArthur 1960s 已有理论 生态需求完全相同的两物种将相互竞争 无法长期生活在同一环境 问题 几种看来生态需求相似的鸟如何共存于同一森林 假说 如果它们取食树上不同区域的昆虫 就能共存 研究方法 1 把树划分成纵横不同区域 2 观察记录各种鸟在各区域驻留的时间 研究工具 望远镜 纸 铅笔 地点 北美东北部云杉林 时间 1955年观察对象 生活在一起的5种柳莺 取食树干和枝叶上的昆虫 结论 几种柳莺通过在树体不同区域取食而避免了竞争 McArthur的研究说明树上的鸟由于取食
10、区域不重叠而能共存 但并没有直接证明是否是竞争 也可能是其他原因 该如何证明呢 D Morse 1980 1989 的研究 如果存在竞争 那么当竞争者不存在时 另一种鸟会移动其取食区域 实验设计 Morse比较了一个小岛和附近 0 2 1 5km 大陆上柳莺的取食区域的差异 柳莺 结果 黑喉绿柳莺无论在岛上 与另2种鸟 还是在大陆 与其它几种鸟 上 都在同一区域取食 但在没有黑喉柳莺小岛上 树上黄尾柳莺却上移了其取食区域 CASESTUDY Migratorycricketbands BehavioralEcology Theanti predatorbenefitsofmigratory b
11、andformationhaveneverbeenquantifiedlargelybecauseofthedifficultyoftrackingindividualswithinbands Nature 2005 433 Feb 703 704 Radiotelemetric 无线电遥测发射器 mark recapturestudyrevealsanti predatorbenefitsforinsectsinmigratorybands Femalemormoncricketwitha0 45 gradiotransmittergluedtothepronotum Radiotransm
12、itterleftafterthecricketwaseatenbyrodents Anequalnumberofmalesandfemaleswereusedineachtreatmentandtherewasnoeffectofsexonsurvival Coxregression Waldstatistic 0 008 d f 1 NS cricketsinamigratoryband n 10 Cricketstransplantedawayfromthebandtonearbysites n 10 20 20 Survivalanalysis Conclusion Aggregati
13、onandconstantmovementprotectcricketbandmembersfrompredators II 熊蜂生态学 野外和实验室研究的贡献 野外和实验室研究可以提供相互补充的知识 生物学现象 熊蜂生活在地球上大部分寒冷地区 作为变温动物 其飞行需要胸部肌肉 飞行肌 温度增高 但在寒冷地区保持高体温需要能量 Heinrich明白 要弄清熊蜂的生态学问题 必须测定其能量获得和损失 问题 熊蜂的能量收支 Energybudget 情况 Bumblebees 研究方法 野外跟踪调查蜜源 摄取糖蜜量 时间 室内测定花蜜能值 熊蜂飞行消耗能量 计算能量收支 大多数熊蜂只喜欢1种花 温
14、度对耗氧代谢没有影响 结果 2 1 熊蜂能够保持胸部体温在30 37 即使气温低到0 也无影响 随着气温的升高 保持体温需消耗的能量愈来愈少 通过收缩飞行肌 表现为颤抖 在低温时提高胸部温度 图 2 2 访1 2朵花得到的能量 1分钟飞行 但熊蜂每分钟访问火焰草花20 30次 显然 除了飞行消耗外 还有大量剩余 用于在寒冷的天气维持体温以及携带蜂蜜回巢 III 森林营养收支状况 盘点和大范围实验 对研究营养收支状况 如氮 磷 钾 的生态学家来说 第一步是摸清它们在生态系统中的分布 N Nakdkarini 1981 1984 改变了我们对热带和温带雨林结构和功能的看法 她爬上哥斯达黎加热带雨林
15、的树冠层 对生物多样性及其生态关系充满了好奇 并下决心探索这块未知世界的生态学 问题 热带雨林受雨水严重冲刷 氮磷等营养物质极其贫乏 许多雨林土壤中可利用营养物质贫乏成为生态学的谜团之一 生态学家常常疑惑 贫瘠的土壤何以维系如此丰富的生物资源 答案 有很多因素促成了这一丰富的生物资源 其中 Nadkarini的在树顶的研究揭示了其中的一个因素 即雨林树冠蕴藏着丰富的营养物质 LikensandBormann 1994 95 在新罕布什尔州为了研究森林是如何影响营养物质流失 他们研究了2个小溪谷内的森林3年后 把其中一个小溪谷中的树伐掉 另一森林作为对照 比较两者的差异 他们不仅研究生物学 而且
16、结合物理学 地化学 水文学 微气象学以及森林学等 V 有些研究者处理整个湖泊或森林来研究生态学问题 续 砍伐后 氮流失增加40 50倍 溪流中其它主要元素增加了177 1558 中心假说 生物 尤其是植物 调节北部森林的营养物质流失率 砍伐前 营养来源 降水和上游溪流 营养贮存 土壤90 植物9 5 营养流失 溪流1 VI植被变化 来自花粉的信息和生态模拟 地球及其上的生命在不断的变化 然而最重要的很多长期或大范围的变化都难以研究 研究湖底沉积物中的花粉则可以揭示植被演化图景 M Davis 1983 1989 仔细研究了湖底沉积物样本寻找花粉 沉积物采自巴拉契亚山脉 其中的花粉将帮助她解释在过去几千年中湖泊附近植物的变化 Davis是个古生物学家 专门研究第4纪 尤其是近20 000年来 植物分布的变化 通过研究首次提出了北美在冰期针叶树和阔叶树的分布格局 1 2生态学的产生及发展1 2 1生态学的定义1 2 2生态学的发展简史 1 2 1生态学的定义1 生态学的经典定义生态学EcologyOckologieoikos logos 住所 学科 住所的学科谁住 住哪里 怎么住 生物环境
