1、基础生态学,主讲:赵利琴,高等学校教材,淮阴师范学院生物系,0 绪 论,科学与生活2002年3月报道 瘟疫、病毒与沙尘暴 2001年1月5日沙哈拉沙漠的沙尘暴越过大西洋登陆英伦三岛，七天后，1月20日，英格兰发现口蹄疫。1月21日、22日、23日英国各地爆发口蹄疫，而这种病的起因，则是沙尘暴带来的沙哈拉沙漠中的O型病毒。,美国人评价中国的沙尘暴时说： 中国的沙尘暴几乎都要吹到美国边界了 。,19641974年世界科协提出IBP计划。54个国家参加国际生物学计划International Biological Programme,1970年，联合国教科文组织，成立“人与生物圈委员会”(MAB)(
2、中国于1979年参加）,1972年，正式通过人与生物圈计划 ( Man and the Biosphere Programme, MAB),1972年1月联合国在瑞典首都斯德哥尔摩召开联合国人类环境会议，113个国家参加，通过“联合国人类环境宣言”并通过一个保护全球环境的“行动计划”（109项具体建议）会议口号“只有一个地球”,国际地圈生物圈计划 IGBP International Geosphere Biosphere Programme 1983年开始筹备，1986年9月在该会第21届大会上以全球变化为中心的国际使用研究课题而通过。,1992年6月联合国United Nations在巴西
3、里约热内卢Rio de Janeiro召开了环境与发展会议，有183个国家和地区，70多个国际组织的代表出席了会议，102位国家元首和政府首脑到会和讲话，通过了生物多样性条约,联合国教科文组织要求把生态学知识普及到每一个人，,E. Haeckel, 1866German,生态学是研究有机体与其周围环境相互关系的科学。,Ecology is the scientific study of the relationships between organisms and their environments.,Andrewantha,1954 Australia生态学是研究有机体的分布和多度的科学。
4、Ecology is the study of the distribution and abundance of organisms.,C. Krebs, 1972 生态学是研究有机体分布与多度与环境的相互作用的科学。 Ecology is the scientific study of interactions that determine the distribution and abundance of organisms.,生态学是研究生态系统的结构和功能的科学。 美国生态学家E.Odum(1958),Chapin, Mooney and Matson, 2002 The study
5、 of the flows of energy and materials between abiotic and biotic components of ecosystems.,归纳各个观点，结合当今生态学的发展动态，生态学可定义为：,研究生物生存条件、生物及其群体与环境相互关系的过程及其规律的科学，其目的是指导人与生物圈（即自然、资源及环境）的协调发展。,生态学概论，曹凑贵，2002,生态学是研究生物与环境、生物与生物之间相互关系的一门生物学基础学科。,生态学是研究以种群、群落和生态系统为中心的宏观生物学,Scales of Ecological Organization,尺度（scal
6、e）是制某一现象或过程在空间上和时间上所涉及到的范围和发生的频率。有空间尺度、时间尺度和组织尺度三类,Organism: Survival and reproduction unit of natural selection,Scales of Ecological Organization,个体层次：有机体对于环境的反应,Population:Population dynamics unit of evolution demography sex ratios,Scales of Ecological Organization,种群是栖息在同一地域中的同种个体组成的复合体。,Communit
7、y:Interactions among Populations species diversity, trophic dynamics competition, succession,Scales of Ecological Organization,群落是栖息在同一地域中的动物、植物和微生物组成的复合体。,Ecosystem:Energy flux and nutrient cycling, primary productivity material fluxes,Scales of Ecological Organization,生态系统是一定空间中生物群落和非生物环境的复合体。,Bio
8、sphere:Global processes includes biotic and physical systems oceans, atmosphere, geology,Scales of Ecological Organization,生物圈是指地球上的全部生物和一切适合于生物栖息的场所，它包括岩石圈的上部、全部水圈和大气圈的下层。,Atmosphere,Vegetation and animals,Soil,Rock,Biosphere,Crust,core,Mantle,Lithosphere,Crust,Lithosphere (crust, top of upper mant
9、le),Hydrosphere (water),Atmosphere (air),Biosphere (Living and dead organisms),Crust (soil and rock),In reality, the relationship among compartments looks more like this!,The biosphere occupies a very small amount of space in the ecosphere!,1、按研究对象的组织层次划分,个体生态学 individual ecology 种群生态学 population ec
10、ology 群落生态学 community ecology 生态系统生态学 ecosystem ecology 景观生态学 landscape ecology 全球生态学 global ecology,2、按研究对象的生物分类划分：,动物生态学 Animal ecology 植物生态学 Plant ecology 微生物生态学 Microbial ecology 哺乳动物生态学 Mammalian ecology 鸟类生态学 Avian ecology 鱼类生态学 Ecology of fishes 昆虫生态学 Ecology of insects 等。,3、按栖息地划分：,陆地生态学 Ter
11、restrial ecology 海洋生态学 Marine ecology 河口生态学 Estuarine ecology 森林生态学 Forest ecology 淡水生态学 Fresh-water ecology 草原生态学 Grassland ecology 沙漠生态学 Desert ecology 太空生态学 Space ecology 等。,数学生态学 Mathematical ecology 化学生态学 Chemical ecology 物理生态学 Physical ecology 进化生态学 Evolutional ecology 行为生态学 Behavioural ecolog
12、y等。,4、按交叉的学科划分,0.4.1 生态学的研究方法,生态学学科体系还包括完整系统的研究方法。,1. 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，如示踪元素、无线电追踪、遥感、遥测等。,2. 实验室分析,除一般生物学、生理学、毒理学研究方法外，还要结合化学、物理学方法，尤其是分析化学、仪器分析、放射性同位素测定等方法。,3. 模拟实验,是近代生态学研究的主要手段，包括实验室模拟系统和野外模拟自然系统。 实验室模拟包括各种微型模拟生态系统，如各种水生生物的微型实验系统（
13、微宇宙），土壤实验的土壤系统、人工气候箱等。 野外自然系统的模拟实验。如用庞大的塑料套（或桶）沉入海（湖）底中，形成一个自海（湖）面到海（湖）底的隔水装置（柱），成为自然环境中的受控系统(controlled ecosystem)。还有人工模拟草地，森林系统，甚至模拟生物圈的巨型实验场。,4. 数学模型与计算机模拟,已广泛应用于生态学各个领域，它们对生态学理论教学、科研及生态问题的预测、预报起着十分重要的作用。,5. 生态网络及综合分析,对于区域生态系统的研究，涉及多点实验数据的收集、处理及管理，必须建立大型数据库及管理系统，如地理信息系统(GIS)的应用，中国生态信息网(CERN)等。,0.
14、4.2 生态学方法论,由于生态学研究的“关系”是一个哲学命题，其方法论的许多原理于哲学思想中整体与部分、事物相互间普遍关联等辨证唯物论有关，所以有些学者认为生态学也是一种哲学，认为生态观点是一种思维方式，这使生态学的研究方法，特别是系统生态学始终体现了以下几个观点。,1. 层次观,生态学的层级：（11个层级）,1、生 物 圈 biosphere 2、生物区系 biome 3、景 观 landscape 4、生态系统 ecosystem 5、生物群落commnuity 6、种 群 population,7、个 体 organism8、器官组织organ or tissue9、细 胞 cell 1
15、0、基 因 gene 11、分 子 molarcule,虽然每一生命层次都有各自的结构和功能特征，但高级层次的结构和功能是由构成它的低级层次发展而来的。因此，研究高级层次的宏观现象须了解低级层次的结构功能及运动规律，从低级层次的结构功能动态中可以得到对高级层次宏观现象及其规律的深入理解。对低层次的运动来讲，其生物学意义也只有以较高的层次为背景，才能看得更清楚。,在生态学研究中，分析不同层次构成的谱系称为层次分析方法。,2. 整体观,每一高级层次都有具有其下级层次所不具有的某些整体特性。这些特性不是低级层次单元特性的简单叠加，而是在低层次单元以特定方式组建在一起时产生的新特性。所以，由若干低层次
16、单元所组成的高层次单元实际上就是高一级的新的“整体”,3. 系统观,生物的不同层次，既是一个生态整体，也同样是一个系统，均可用系统观进行研究。 系统分析的方法既区分出系统的各要素，研究它们的相互关系和动态变化，同时又综合各组分的行为，探讨系统的整体表现。 系统研究，还必须探讨各组分间作用与反馈的调控，以指导实际系统的科学管理。,4. 综合观,生态学既包含了许多学科的内容，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，同时还大量地利用了物理学、化学、生理学、气象学等多个学科的研究方法和测量技术。 现代生态学家们还广泛地吸收了系统论、控制论、信息论、协同论、突变论、耗散结构理论的新概
17、念和新方法，应用于生态系统的结构和功能的研究。,5. 进化观,各个生命层次及各层次的整体特性和系统功能都是生物于环境长期协同进化的产物。协同进化是普遍存在的现象。 例如：捕食者-被捕食者之间的对抗特性与行为的系统发展； 寄生-共生转化的协同适应； 生物-环境，植物、高等动物被动与主动的对环境的改造。,系统进化的观点应该是生态学研究中由设计方案到解释结果的全过程的指导原则。,生态学的十个规律 Ten rules in ecology,1、生态学是科学 Ecology is a science,生态学是一门纯科学，目标是了解有机体与其广阔环境的相互关系。像任何科学一样，生态学研究的成果并不指挥伦理
18、的或政治的行动。,Ecology is a purely scientific discipline which aims to understand the relationships between organisms and their wider environment. Like any science, the outcomes of ecological studies do not dictate ethical or political octions.,2、生态学只有按照进化论才可理解。,Ecology is only understandable in the light
19、 of evolution.,有机体巨大的多样性，以及其形态学、生理学和行为的变异丰富性，全都是亿万年进化的结果。进化历史对每一个个体都留下了不能去除的影响。我们今天发现的种种模式，只有按照进化论才可能有意义。例如，我们要了解为什么鸵鸟、鸸鹋、几维和美洲驼都是无翼的（这在鸟类中是很不寻常的），关键的是要知道所有这些鸟都有一个无翼的共同祖先，和上述几种鸟由于冈瓦纳古大陆分裂而分开到不同大陆上的。因此，寻查每一种鸟无翼的独立适应的理由将是有缺陷的。,The huge diversity of organisms, and the wealth of variety in their morphol
20、ogies, physiologies and behavior are all the result of many millions of years of evolution. This evolutionary history has left an indelible impression on each and every individual. It is only possible to make sense of the patterns we find today in the light of this evolutionary legacy. For example i
21、f we want to understand why the ostrich, emu, kiwi and rhea are all flightless (an unusual condition in birds), it is critical to know that these birds all share a common ancestor which was flightless, and that the species above became separated on different continents by the break-up of the ancient
22、 continent Gondwanaland. Therefore, looking for an independent adaptive reason for flightlessness in each species would be flawed.,3、“对物种有利现象”并不存在。,Nothing happens “for the good of the species” .,认为有机体行为模式看起来对个体是花费的(例如，雌章鱼在生产后就即刻死去、或某些兵蚁在防御性攻击后的自取灭亡)，但是“对物种有利”的这种想法是一种普遍的误解。这种论点是绝对和完全错误的，只有为那些没有掌握规律2
23、重要性的人所提倡。自然选择将有利于那些传给大多数后裔的基因。假如蚂蚁的自取灭亡行为或章鱼的早死会对种有好处，但是对于携带基因的个体是坏的，那么进化将有利于以别的基因取代它。由于同样的理由，认为种群大小通过降低出生率而受限制是“为了对种有好处”这样的论点，同样是不可靠的。无论是利他行为和种群调节，用进化作用于个体的观点，都是很容易被理解的。,A common misconception is the notion that patterns of behavior in organisms which appear to be costly to an individual (for examp
24、le the dying of a female octopus immediately after giving birth or the defensive suicidal attacks of some soldier ants) are for the good of the species. This argument is absolutely and completely wrong, and only advanced by those who failed to grasp the importance of Rule 2. Natural selection will f
25、avor those genes which are passed on to the most offspring. If the genes for suicidal behavior in ants or early death in octopuses were good for the species but bad for the individuals carrying them, evolution would favor their replacement with other genes. Equally fallacious, for the same reason, i
26、s the argument that population size is limited via reduced birth rates for the good of the species. Both altruism and population regulation are easily understandable in terms of evolution acting on individuals.,4、基因和环境都很重要,Genes and environment are both mportant,环境+基因型=表型,environment + genotype = ph
27、enotype,山峰的形状、风向和光线方向造成黄山迎客松特殊的形态。,5、理解复杂性要求模型。,Understanding complexity requires models,6、 “讲故事”是危险的。,Story-telling is dangerous,7、要有分层次的解释,There are hierarchies of explanations,8、 有机体具有很多限制,There are multiple constraints on organisms,9、机会是重要的 Chance is important,随机事件在生态学中起关键性的作用。风暴后林冠中出现林窗对于林地的动植物
28、区系的生态学将有重要影响，但出现时间和地点都是不可预测的。,Chance events play a critical role in ecology. The opening of a gap in a forest canopy after a storm will have a major impact on the ecology of the fauna and flora of the forest floor, but it is unpredictable in either time or location,10、在生态学家心目中的生态学边界,The boundaries o
29、f ecology are in the mind of the ecologist,覆盖着生物有机体和物理环境的科学，从潜在相关的而言，必然是很少有被排除在外的。当然，少数生态学家对了解天体物理学和夸克行为有直接的需要，但是根据研究的问题，例如在研究营养物对植物根的供应时，了解黏土化学是必需的；或当研究蜂鸟的能量学时，飞行的物理学是必需的。优秀的生态学家关心数学、化学、物理学和其他学科，作为理解生态学的基本工具。,A science which covers both organisms and physical environments necessarily excludes littl
30、e as potentially relevant. Of course, few ecologists have direct need for an understanding of astrophysics or the behavior of quarks, but, depending on the question studied, it may be essential to understand, for example, the chemistry of clay when investigating the availability of nutrients to plant roots or the physics of flight when studying the energetics of hummingbirds. A good ecologist regards mathematics, chemistry, physics and other disciplines as tools essential to the understanding of ecology.,思 考 题,1. 说明生态学的定义。 2. 试举例说明生态学是研究什么问题的，采用什么样的方法。 3. 比较3类生态学研究方法的利弊,谢 谢!,
