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1、 1 第一章 绪 论 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。 研 究 生 物 (organism) 及 环 境 (environment) 间 相 互 关 系 的 科 学 （ E. Haeckel,1866） 。 研究科学的自然历史（C. Elton,1927） 。 研究生物形态、生理和行为上的适应（克什卡洛夫）,1954） 。 研究有机体的分布和多度的科学（Andrewartha, 1954） 。 研究有机体与生活之地相互关系的科学（环境生物学） （Smith,1966） 研
2、 究 决 定 有 机 体 的 分 布 与 多 度 相 互 作 用 的 科 学 (Krebs,1972, 1978, 1985) 。 研究生态系统的结构和功能的科学（E.P. Odum,1956） ；综合研究有机体、物 理环境与人类社会的科学（ E.P. Odum,1997 ） 。 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） 。 生物圈 生态学研究的最高组织层次 生态学的研究对象及分支学科 分子（molecular） 个体（individual） 种群（population） 2 群落（community） 生态系统（ecosystem） 景观（landscape）
3、 生物圈（biosphere） 分子水平及分子生态学(Molecular ecology) Moritz (1994) 认为分子生态学是用线粒体 DNA (mitochondria DNA)(mtDNA) 的变化来帮助和指导种群动态的研究。 Hoelzel and Dover (1 991 ) 则认为分子生态学是用 DNA 和蛋白质的特征来研 究物种分化、演化及种群生物学等生态学问题。 分子生态学杂志(1992)则认为分子生态学是分子生物学、生态学和种群生 物学之间形成的交叉领域 ,主要是利用分子生物学方法研究自然种群或人工种 群与其环境间的相互关系以及转基因生物 (或其产物释放 )所带来的一
4、系列潜 在的生态学问题。 我国学者 (王小明 ) 认为分子生态学是利用分子生物学技术与方法研究生物 对其所处环境的适应以及产生这种适应反应的分子机制。 经典的生态学 按组织层次（levels of organization）划分： 个体生态学(Individual ecology): 研究重点是个体对生物和非生物环境的适应 （adaptation） 。 种群生态学(Population ecology): 多度(abundance)和种群动态（population dynamics） 。 群 落 生 态 学 (Community ecology): 决 定 群 落 组 成 和 结 构 的 生
5、态 过 程 3 （ecological processes） 。 生态系统生态学(Ecosystem ecology): 能流 （energy flow） 、 食物网 （food web） 和营养循环（nutrient cycling） 。 景观及生物圈水平的生态学 景观(Landscape)和景观生态学(Landscape ecology) 景观: 由若干生态系统组成的异质区域(heterogeneous area), 这些生态系统 构成景观中明显的斑块(patches), 这些斑块称景观要素(landscape elements)。 景观生态学: 研究景观结构及其过程 ( landscap
6、e structure and processes) 的科学。 生物圈(biosphere)和全球生态学(Global ecology) 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 （lithosphere）的上层、全部水圈（hydrosphere）和大气圈（atmosphere）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
7、期 4 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-B
8、lanquet. 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（
9、RS）与地理信息系统（GIS） ） 、生态建模，系统论引入生态 学。 5 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. 生态学研究的方法论 科学思维的逻辑结构 方法的重要性 生态学研究的基本方法 科学思维的逻辑结构 观察 预测 假设 检验 模型：模型是对现实系统的结构与功能的物理或抽象的描述。 生态模型：描述和预测生态系统行为。 方法的重要性 变量观测：如何取样、样本大小、变量选择、精确水平 实验设计：对比组、控制组 统计分析：简单统计分析、多元统计分析 生态学研究的基本方法 野外研究：优点：直接观察，获得自然状态下的资料；缺点：不易重
10、复。 实验研究：优点：条件控制严格，对结果的分析比较可靠，重复性强，是分析 因果关系的一种有用的补充手段；缺点：实验条件往往与野外自然状态下的条件 有区别。 6 数学模型研究：优点：高度抽象，可研究真实情况下不能解决的问题；缺点： 与客观实际距离甚远，若应用不当，易产生错误。 如何学习生态学？ 充分利用课堂教学 掌握扎实的基础知识 理论联系实际 勤于思考和刻苦钻研 广泛阅读文献和参考书 第二章 个体生态学-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 环境概念 环境(environment)和环
11、境因子(environmental factors) ：环境是指某一特定生 7 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。 条件(conditions)和资源(resources)：环境因子可分为条件和资源二类，不可消 耗的称条件，可被消耗的称资源。 生态因子(ecological factors) ：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。 生态因子的类型 生态因子通常分为非生物因子和生物因子两大
12、类 生物因子（ biOtic factors） ：有机体（同种和异种） 非生物因子（ abiotic factors） ：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(climatic factors)、 土壤因子(edaphic factors) 、 地形因子(topographic factors) 、生物因子、人为因子(anthropogenic factors) 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 生态因子的类型 Simith 等将生态因子分成密度制约因子和非密度制约因子 密度制约因子(density independent
13、 factors)：食物、天敌等生物因子 非密度制约因子(density dependent factors)：温度、降水、气候等因子 8 （蒙恰斯基）将生态因子 分为稳定因子和变动物因子 稳定因子(steady factors)：地心引力、地磁、太阳辐射常数等长年恒定的因子 变动物因子(variable factors)：周期性变动：春夏秋冬、潮夕涨落；非周期性变 动：风、降水、捕食 生态因子的空间分布特征 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、
14、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(自 M.C.Molles,Jr,1999) 生物与环境关系的基本原理 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 9 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；
15、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”(Liebigs law of minimum) 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（Justus von Liebig,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(factor compensation) ：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”(Shelfords law of tolerance)( 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 (ecological amplitude) 或生态价(ecological valence)。 限制因子(limiting factors) 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 10 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
