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生態(tài)學 讀者對象:高等院校生物、環(huán)境、生態(tài)、農(nóng)林等專業(yè)的師生
《生態(tài)學》以生態(tài)系統(tǒng)為核心,以對生態(tài)學的認識規(guī)律為順序,分13章展開。除了介紹生態(tài)學傳統(tǒng)內(nèi)容外,還突出了生態(tài)學與現(xiàn)代人類社會發(fā)展息息相關(guān)的一些內(nèi)容,如景觀生態(tài)、全球生態(tài)、生態(tài)規(guī)劃、生態(tài)服務(wù)與管理、污染生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)學研究的方法與技術(shù)等,力求不僅注重自然生態(tài)也同時關(guān)注人類社會的生態(tài)問題。 《生態(tài)學》可供普通高等院校生物、環(huán)境、生態(tài)、農(nóng)林等專業(yè)作為教材使用,也可供相關(guān)專業(yè)學生使用和參考。
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畢潤成主編的《生態(tài)學》除了介紹生態(tài)學傳統(tǒng)內(nèi)容外,還突出了和現(xiàn)代人類社會發(fā)展息息相關(guān)的一些內(nèi)容,如景觀生態(tài)、全球生態(tài)、生態(tài)規(guī)劃、生態(tài)服務(wù)與管理、污染生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展等等。力求不僅注重自然生態(tài)也同時關(guān)注人類社會生態(tài)問題。另外,在編排體系上本書也做了較大的調(diào)整,即圍繞著“生態(tài)系統(tǒng)”逐步展開,大體思路是:認識生態(tài)系統(tǒng)→生態(tài)系統(tǒng)的組成→生態(tài)系統(tǒng)的功能→生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)→生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控與管理,最后介紹了生態(tài)學研究的方法與技術(shù)。
本書不僅可作為自然科學相關(guān)專業(yè)的教科書,也可作為社會、經(jīng)濟、文法等相關(guān)專業(yè)的參考用書。
目錄
前言 第一章 緒論 1 第一節(jié) 生態(tài)學定義 1 第二節(jié) 生態(tài)學研究目標和內(nèi)容 1 一、生態(tài)學的研究目標 1 二、生態(tài)學的研究內(nèi)容 2 第三節(jié) 生態(tài)學的形成與發(fā)展 3 一、生態(tài)學萌芽的產(chǎn)生 3 二、生態(tài)學的形成 3 三、生態(tài)學的發(fā)展 4 第四節(jié) 生態(tài)學任務(wù) 5 一、理論生態(tài)學方面 5 二、應(yīng)用生態(tài)學方面 6 第五節(jié) 生態(tài)學學習方法 6 一、樹立生態(tài)學的基本觀點 6 二、掌握生態(tài)學的基本研究方法 7 三、理論聯(lián)系實際 7 思考題 9 推薦閱讀文獻 9 第二章 生態(tài)系統(tǒng) 10 第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)概述 10 一、生態(tài)系統(tǒng)的基本概念 10 二、生態(tài)系統(tǒng)的研究內(nèi)容 10 第二節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu) 11 一、生態(tài)系統(tǒng)的組成 11 二、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 13 第三節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的特征 16 第四節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的基本原理 18 思考題 19 推薦閱讀文獻 19 第三章 生態(tài)系統(tǒng)中的自然環(huán)境與生物 20 第一節(jié) 環(huán)境的概念與類型 20 一、環(huán)境的概念 20 二、環(huán)境的類型 20 三、生態(tài)因子的概念和類型 22 四、環(huán)境因子與生態(tài)因子 22 第二節(jié) 生物與環(huán)境的關(guān)系 22 一、生物與非生物環(huán)境的關(guān)系 22 二、生物與生物環(huán)境的關(guān)系 23 第三節(jié) 生態(tài)作用的普遍規(guī)律 24 一、生態(tài)作用的一般特征 24 二、生態(tài)作用的限制性 25 第四節(jié) 生態(tài)適應(yīng)的基本規(guī)律 26 一、Shelford耐性定律 26 二、生態(tài)幅 27 三、內(nèi)穩(wěn)態(tài)機制 27 四、馴化 28 五、指示生物 28 第五節(jié) 光照對生物的影響及生物的適應(yīng) 29 一、太陽輻射光譜及其時空變化 29 二、光照強度 31 三、光質(zhì) 33 四、光照時間對生物的生態(tài)作用及光周期現(xiàn)象 35 第六節(jié) 溫度對生物的影響及生物的適應(yīng) 36 一、溫度的分布 36 二、溫度的變化 36 三、溫度對生物的影響 37 四、生物對溫度的適應(yīng) 38 第七節(jié) 水分對生物的影響及生物的適應(yīng) 42 一、水的分布 42 二、水的變化 42 三、降水的分布 43 四、水的生態(tài)作用 44 五、生物對水的適應(yīng) 45 第八節(jié) 土壤對生物的影響及生物的適應(yīng) 46 一、土壤對生物的影響 47 二、生物對土壤的適應(yīng) 51 第九節(jié) 大氣對生物的影響及生物的適應(yīng) 53 一、大氣組成及其對生物的影響 54 二、風的作用與生物的適應(yīng) 56 第十節(jié) 地形的生態(tài)作用與生物的適應(yīng) 59 一、地形及其相關(guān)概念 59 二、山地地形因子對植被的影響 59 第十一節(jié) 火的作用與生物的適應(yīng) 61 一、火的特性及其生態(tài)意義 61 二、林火的類型和發(fā)生條件 62 三、林火的生態(tài)作用 63 四、火燒在生物多樣性保護中的應(yīng)用 64 思考題 66 推薦閱讀文獻 66 第四章 生態(tài)系統(tǒng)中的污染物與生物 67 第一節(jié) 生態(tài)環(huán)境問題 67 一、全球生態(tài)環(huán)境問題 67 二、環(huán)境污染 67 第二節(jié) 環(huán)境污染物概述 70 一、環(huán)境污染物的概念 70 二、污染物的類型 70 第三節(jié) 環(huán)境污染對生物的影響 71 一、環(huán)境污染對生物體基因和活性大分子物質(zhì)的影響 71 二、環(huán)境污染對生物體細胞結(jié)構(gòu)和器官組織的影響 72 三、環(huán)境污染對生物個體的影響 72 四、環(huán)境污染對生物種群的影響 74 五、環(huán)境污染對生物群落的影響 75 六、環(huán)境污染對生態(tài)系統(tǒng)的影響 76 第四節(jié) 生物對環(huán)境污染的抗性與適應(yīng)性進化 77 一、生物對環(huán)境污染的抗性 77 二、生物對環(huán)境污染的適應(yīng) 79 三、污染條件下生物的分化與進化 82 第五節(jié) 環(huán)境污染及其對策 83 一、水體污染及其生物防治 83 二、大氣污染及其防治 87 三、土壤污染及其防治 89 思考題 93 推薦閱讀文獻 94 第五章 生態(tài)系統(tǒng)中的生物種群 95 第一節(jié) 種群概念 95 第二節(jié) 種群基本特征 95 一、豐富度和密度 95 二、單體生物與構(gòu)件生物 96 三、空間分布格局 96 第三節(jié) 種群統(tǒng)計學 98 一、年齡結(jié)構(gòu) 98 二、出生率與死亡率 99 三、遷入與遷出 100 四、性比 100 五、生命表 100 第四節(jié) 種群增長 103 一、種群離散增長模型 103 二、種群連續(xù)增長模型 103 第五節(jié) 種內(nèi)關(guān)系 106 一、密度效應(yīng) 106 二、競爭 108 三、性行為 108 四、婚配制度 109 五、領(lǐng)域性 109 六、社會等級 110 第六節(jié) 種間關(guān)系 110 一、種間關(guān)系的類型 110 二、生態(tài)位 111 三、共位群 113 四、種間競爭模型 113 五、化感作用 115 六、捕食與寄生 117 七、共生 118 八、協(xié)同進化 119 第七節(jié) 種群調(diào)節(jié) 119 一、外因理論 119 二、內(nèi)因理論 120 第八節(jié) 生態(tài)對策 121 一、個體大小的影響 121 二、擴散、滯育和休眠 122 三、C4植物和CAM植物的適應(yīng)對策 124 四、r-對策和K-對策 125 思考題 130 參考文獻 130 推薦閱讀文獻 131 第六章 生態(tài)系統(tǒng)中的生物群落 132 第一節(jié) 生物群落的概念 132 一、群落的定義 132 二、群落的特征 133 三、群落的性質(zhì) 134 第二節(jié) 生物群落的物種組成 135 一、物種組成的性質(zhì)分析 135 二、生物群落的數(shù)量特征 137 三、群落的物種多樣性 140 四、種間關(guān)聯(lián) 143 第三節(jié) 生物群落的結(jié)構(gòu) 145 一、群落的結(jié)構(gòu)要素 145 二、群落的外貌與季相 152 三、群落的垂直結(jié)構(gòu) 152 四、群落的水平結(jié)構(gòu) 154 五、群落交錯區(qū)與邊緣效應(yīng) 154 六、影響群落結(jié)構(gòu)的因素 155 第四節(jié) 群落的動態(tài) 161 一、群落的晝夜活動節(jié)律 161 二、群落的內(nèi)部動態(tài) 162 三、群落的演替 163 第五節(jié) 生物群落的分類 169 一、群落的數(shù)量分類 169 二、群落分類系統(tǒng) 170 思考題 174 推薦閱讀文獻 174 第七章 生態(tài)系統(tǒng)的類型 175 第一節(jié) 陸地生態(tài)系統(tǒng) 175 一、植被的分布規(guī)律 175 二、森林生態(tài)系統(tǒng) 178 三、草原生態(tài)系統(tǒng) 182 四、荒漠生態(tài)系統(tǒng) 187 第二節(jié) 水域生態(tài)系統(tǒng) 191 一、水域類型及水域生態(tài)系統(tǒng)的基本特征 191 二、淡水生態(tài)系統(tǒng) 193 三、海洋生態(tài)系統(tǒng) 197 思考題 201 推薦閱讀文獻 202 第八章 生態(tài)系統(tǒng)的功能 203 第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)生產(chǎn) 203 一、初級生產(chǎn) 203 二、次級生產(chǎn) 208 第二節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán) 210 一、常見物質(zhì)的循環(huán) 211 二、有害物質(zhì)循環(huán) 218 三、放射性核素的循環(huán) 219 第三節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動 219 一、能量流動的特點 219 二、能量流動與熱力學定律 221 三、過程及其渠道 222 四、營養(yǎng)級 223 五、生態(tài)效率 224 第四節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞 226 一、生態(tài)系統(tǒng)中信息的類型 226 二、生態(tài)系統(tǒng)中信息的特點 226 三、生態(tài)系統(tǒng)中信息與物質(zhì)、能量的關(guān)系 227 第五節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系 227 一、結(jié)構(gòu)和功能相互依存 227 二、結(jié)構(gòu)和功能相互轉(zhuǎn)變 227 三、結(jié)構(gòu)和功能的多種關(guān)系 228 四、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定是相對的 228 第六節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控及平衡 228 一、自我調(diào)控 228 二、生態(tài)系統(tǒng)的平衡與失衡 229 三、生態(tài)重建與恢復 230 思考題 233 推薦閱讀文獻 233 第九章 生態(tài)系統(tǒng)與景觀 234 第一節(jié) 景觀與景觀生態(tài)學 234 一、景觀的概念及其特征 234 二、景觀生態(tài)學的定義及研究內(nèi)容 234 三、景觀生態(tài)學的理論基礎(chǔ)和基本原理 234 第二節(jié) 景觀的結(jié)構(gòu)、功能及動態(tài) 235 一、景觀結(jié)構(gòu) 235 二、景觀的功能 237 三、景觀動態(tài) 238 第三節(jié) 景觀異質(zhì)性和景觀類型 239 一、景觀異質(zhì)性及其生態(tài)學意義 239 二、景觀的主要類型和特征 240 第四節(jié) 景觀的生態(tài)監(jiān)測 240 一、景觀監(jiān)測的內(nèi)容 240 二、景觀的監(jiān)測方法 241 三、景觀分析技術(shù) 241 第五節(jié) 景觀生態(tài)學規(guī)劃與管理 242 一、景觀規(guī)劃的內(nèi)容與原則 242 二、景觀規(guī)劃過程 243 三、景觀管理 244 思考題 245 參考文獻 245 推薦閱讀文獻 245 第十章 生態(tài)系統(tǒng)與生物多樣性 246 第一節(jié) 生物多樣性概念 246 一、生物多樣性的定義 246 二、生物多樣性的層次 246 三、世界生物多樣性概況 247 四、中國的生物多樣性 248 第二節(jié) 生物多樣性價值 248 一、生物多樣性的直接價值 248 二、生物多樣性的間接價值 249 第三節(jié) 生物多樣性的喪失 250 一、遺傳多樣性的喪失 250 二、物種多樣性的喪失 252 三、生態(tài)系統(tǒng)多樣性的喪失 255 第四節(jié) 生物多樣性保護 255 一、生物多樣性保護的基本策略 256 二、生物多樣性保護的主要途徑 256 三、自然保護區(qū)建設(shè) 257 四、中國的生物多樣性保護 257 第五節(jié) 生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能 258 一、生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能 258 二、生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性 259 三、生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力 260 四、生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性 261 思考題 262 參考文獻 262 推薦閱讀文獻 263 第十一章 生態(tài)系統(tǒng)與全球變化 264 第一節(jié) 全球變化生態(tài)學概述 264 一、全球變化生態(tài)學的概念 264 二、全球變化生態(tài)學的研究內(nèi)容 264 第二節(jié) 全球變化產(chǎn)生的影響 267 一、全球氣候變化帶來的影響 267 二、全球變化對土地荒漠化的影響 268 三、生物入侵 268 四、生態(tài)安全 269 第三節(jié) 中國的全球變化 270 一、中國全球變化研究的優(yōu)勢領(lǐng)域 270 二、中國全球變化研究進展 271 第四節(jié) 應(yīng)對全球變化的策略 272 一、減緩氣候變化 272 二、減緩全球變化的機制 273 思考題 274 參考文獻 274 推薦閱讀文獻 275 第十二章 生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)與管理 276 第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能 276 一、生物多樣性的產(chǎn)生與維持 276 二、傳粉與種子的擴散 277 三、生物防治 277 四、保護和改善環(huán)境質(zhì)量 277 五、維持土壤 277 六、減緩干旱和洪澇災害 278 七、凈化空氣和調(diào)節(jié) 氣候 278 八、休閑、娛樂和文化 279 第二節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的評價 279 一、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價值分類 279 二、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的評估方法 280 三、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估的意義 281 第三節(jié) 城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與管理 281 一、城市生態(tài)系統(tǒng)及其特點 281 二、城市生態(tài)系統(tǒng)的組成 282 三、城市生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能 282 四、可持續(xù)的城市生態(tài)系統(tǒng)管理 283 第四節(jié) 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與管理 283 一、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的特點 283 二、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能 284 三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的形成機制 284 四、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的管理 285 第五節(jié) 草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與管理 285 一、草地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能 285 二、草地生態(tài)系統(tǒng)的管理 287 第六節(jié) 水生生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與管理 287 一、海洋生態(tài)系統(tǒng)服務(wù) 287 二、淡水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù) 289 三、水生生態(tài)系統(tǒng)的管理 289 第七節(jié) 生態(tài)旅游與管理 290 一、生態(tài)旅游的概念 290 二、生態(tài)旅游的規(guī)劃 291 三、生態(tài)旅游管理 292 思考題 294 參考文獻 294 推薦閱讀文獻 294 第十三章 生態(tài)學研究方法與技術(shù) 295 第一節(jié) 調(diào)查和實驗 295 一、植物生態(tài)學調(diào)查方法 295 二、動物生態(tài)學調(diào)查方法 297 第二節(jié) 數(shù)量統(tǒng)計學 300 一、數(shù)據(jù)的分布 301 二、平均數(shù) 301 三、方差、標準差、變異系數(shù) 302 四、數(shù)據(jù)的檢驗 303 第三節(jié) 建立生態(tài)模型 305 第四節(jié) “3S”在生態(tài)學中的應(yīng)用 306 第五節(jié) 分子生態(tài)學方法 308 第六節(jié) 同位素示蹤方法 310 思考題 312 推薦閱讀文獻 312
第一章 緒論
【內(nèi)容提要】 本章主要介紹生態(tài)學的定義、研究對象、研究目標和研究內(nèi)容,以及生態(tài)學的任務(wù)和研究方法、生態(tài)學的特點、學科的形成與發(fā)展趨勢。通過對本章的學習,使學生了解生態(tài)學是研究生物與環(huán)境之間關(guān)系的一個科學體系,貫穿了環(huán)境怎樣決定和塑造生物及生物如何適應(yīng)并改造環(huán)境的基本內(nèi)容,體現(xiàn)了進化學的思想―― 生物如何獲取相應(yīng)的環(huán)境,以維持其更好的生存和發(fā)展。 第一節(jié) 生態(tài)學定義 生態(tài)學(ecology)一詞是在1865年,由德國生物學家Hanns Reiter 合并兩個希臘詞οικοV(oikos)和λóγοV(logos)所構(gòu)成的(oekologie)。其中,“oikos”是“住所”的意思,而“l(fā)ogos”是“研究”的意思。因此,從詞的本意上來講,生態(tài)學可以看做是研究自然界中生物“住所”的科學。生態(tài)學與經(jīng)濟學(economics)有相同的詞根“eco”,二者關(guān)系密切。經(jīng)濟學最初是研究人類社會中對“家庭住所”進行管理的科學,即探索人這種社會生物如何“經(jīng)濟地”生存和發(fā)展;而生態(tài)學可以理解為研究自然界中生物生存住所的“經(jīng)濟學”,即分析生物如何“經(jīng)濟地”安身立命?梢哉f,生態(tài)學就是探討自然界的經(jīng)濟學,經(jīng)濟學就是研究人的生態(tài)學。美國生態(tài)學家Robert ERicklefs在1976年出版了一本生態(tài)學教科書,標題即為“The Economy of Nature”,至今已經(jīng)出版到第5版。 由于研究背景和研究對象的不同,不同的學者對生態(tài)學給出了不同的定義。1866年,德國生物學家E.H.Haeckel首次提出了生態(tài)學的定義,他認為“生態(tài)學是研究生物有機體與其周圍環(huán)境之間相互關(guān)系的科學”,強調(diào)的是有機體與非生物環(huán)境之間,以及有機體之間的相互作用。1927年,英國生態(tài)學家C.Elton認為“生態(tài)學是研究動植物與其行為習慣及棲息地關(guān)系的科學”。1935年,英國生態(tài)學家A.G.Tansley將系統(tǒng)論概念引入生態(tài)學,提出了生態(tài)系統(tǒng)的概念,認為“生態(tài)系統(tǒng)”既包括有機復合體,同時也包括形成環(huán)境的整個物理因素的復合體,具有自身獨特的結(jié)構(gòu)和功能。1956年,美國生態(tài)學家E.P.Odum從生態(tài)系統(tǒng)的角度出發(fā),認為“生態(tài)學是研究生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能的科學”,并在1977年指出生態(tài)學是“綜合研究有機體、物理環(huán)境與人類社會的科學”,強調(diào)了人類在生態(tài)學過程中的作用,將生態(tài)學與人類社會緊密聯(lián)系起來。 綜上所述,不同的生態(tài)學定義代表了生態(tài)學的不同發(fā)展階段,強調(diào)了不同的基礎(chǔ)生態(tài)學分支和領(lǐng)域。生態(tài)學發(fā)展至今,其內(nèi)涵和外延都有了變化,生態(tài)學的定義不能局限于當初經(jīng)典的涵義,生態(tài)學研究者應(yīng)當重新審視自然生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)在價值及其與人類社會系統(tǒng)的相互作用關(guān)系,結(jié)合所研究的生態(tài)學范疇和分支,在各自的領(lǐng)域內(nèi),豐富和拓展生態(tài)學的基本定義。 第二節(jié) 生態(tài)學研究目標和內(nèi)容 一、生態(tài)學的研究目標 生態(tài)學源于生物學,屬宏觀生物學范疇,研究目標是了解自然界系統(tǒng)運作的原則并預測其對變化的響應(yīng)。 二、生態(tài)學的研究內(nèi)容 生態(tài)學研究對象和內(nèi)容可從以下幾個方面來理解。 (1) 生態(tài)學是研究生物與環(huán)境、生物與生物之間相互關(guān)系的一門生物學分支學科。 (2) 生態(tài)學盡管向宏觀和微觀兩個方向發(fā)展,但其研究中心為種群、群落和生態(tài)系統(tǒng),屬宏觀生物學范疇。 (3) 生態(tài)學研究的重點在于生態(tài)系統(tǒng)和生物圈中各組分之間的相互作用。 a.以自然生態(tài)系統(tǒng)為對象,探索環(huán)境(無機及有機環(huán)境)對生物的作用(或影響)和生物對環(huán)境的反作用(或改造作用)及其相互關(guān)系和作用規(guī)律;生物種群在不同環(huán)境中的形成與發(fā)展,種群數(shù)量在時間和空間上的變化規(guī)律,種內(nèi)種間關(guān)系及其調(diào)節(jié)過程,種群對特定環(huán)境的適應(yīng)對策及其基本特征;生物群落的組成與特征,群落的結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài),以及生物群落的分布;生態(tài)系統(tǒng)的基本成分,生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息傳遞,生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展和演化,以及生態(tài)系統(tǒng)的進化與人類的關(guān)系。 b.以人工生態(tài)系統(tǒng)或半自然生態(tài)系統(tǒng)(即受人類干擾或破壞后的自然生態(tài)系統(tǒng))為對象,研究不同區(qū)域系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和功能;污染生態(tài)系統(tǒng)中,生物與被污染環(huán)境間的相互關(guān)系;環(huán)境質(zhì)量的生態(tài)學評價;生物多樣性的保護和持續(xù)開發(fā)利用等。 c.以社會生態(tài)系統(tǒng)為研究對象,從研究社會生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能入手,系統(tǒng)探索城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,能量和物質(zhì)代謝,發(fā)展演化及科學管理;農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的形成和發(fā)展,能流和物流特點,以及高效農(nóng)業(yè)的發(fā)展途徑等;人口、資源、環(huán)境三者間的相互關(guān)系,人類面臨的生態(tài)學問題等社會生態(tài)問題。 由于生物是呈等級組織存在的,即生物大分子→基因→細胞→個體→種群→群落→生態(tài)系統(tǒng)→景觀→生物圈(全球),生態(tài)學研究的范圍和內(nèi)容非常廣泛,已發(fā)展成一個龐大的學科體系。 按照生物的組織層次、分類類群、生境及研究性質(zhì)等,可將其劃分如下。 1.根據(jù)生物的組織水平劃分根據(jù)生物的組織水平可劃分為分子生態(tài)學(molecular ecology)、個體生態(tài)學(autecolo-gy)、種群生態(tài)學(population ecology)、群落生態(tài)學(community ecology)、生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(ecosystem ecology)、景觀生態(tài)學(landscape ecology)及全球生態(tài)學(global ecology)。 2.根據(jù)生物體的分類學類群劃分根據(jù)生物體的分類學類群可劃分為植物生態(tài)學(plant ecology)、動物生態(tài)學(animal ecol-ogy)、微生物生態(tài)學(microbial ecology)、陸地植物生態(tài)學(terrestrial plant ecology)、哺乳動物生態(tài)學(mammalian ecology)、昆蟲生態(tài)學(insect ecology)、地衣生態(tài)學(lichen ecology)及各個主要物種的生態(tài)學。 3.根據(jù)生物體的生境類別劃分根據(jù)生物體的生境類別可劃分為陸地生態(tài)學(terrestrial ecology)、海洋生態(tài)學(marineecology)、淡水生態(tài)學(freshwater ecology)和島嶼生態(tài)學(island ecology)等。 4.根據(jù)研究性質(zhì)劃分根據(jù)研究性質(zhì)可劃分為理論生態(tài)學與應(yīng)用生態(tài)學。理論生態(tài)學涉及生態(tài)學進程、生態(tài)關(guān)系的數(shù)理推理、生態(tài)學建模等。應(yīng)用生態(tài)學則是將生態(tài)學原理應(yīng)用于有關(guān)領(lǐng)域。例如,應(yīng)用于各類農(nóng)業(yè)資源的管理,產(chǎn)生了農(nóng)業(yè)生態(tài)學(agroecology)、森林生態(tài)學(forest ecology)、草地生態(tài)學(grassland ecology)、動物生態(tài)學(animal ecology)、家畜生態(tài)學(livestock ecology)、自然資源生態(tài)學(natural resources ecology)等;應(yīng)用于城市建設(shè)則形成了城市生態(tài)學(urban ecol-ogy);應(yīng)用于環(huán)境保護與受損資源的恢復則形成了保育生物學(conservation biology)、恢復生態(tài)學(restoration ecology)、生態(tài)工程學(engineering ecology);應(yīng)用于人類社會,則產(chǎn)生了人類生態(tài)學(human ecology)、生態(tài)倫理學(ecological ethics)等。 5.根據(jù)學科交叉劃分生態(tài)學與非生命科學相結(jié)合的有數(shù)學生態(tài)學(mathematical ecology)、化學生態(tài)學(chem-ical ecology)、物理生態(tài)學(physical ecology)、地理生態(tài)學(geographic ecology)、經(jīng)濟生態(tài)學(economical ecology)等;與生命科學其他分支相結(jié)合的有生理生態(tài)學(physiological ecolo-gy)、行為生態(tài)學(behavioral ecology)、遺傳生態(tài)學(genecology)、進化生態(tài)學(evolutionaryecology)、古生態(tài)學(palaeoecology)等。 第三節(jié) 生態(tài)學的形成與發(fā)展 一、生態(tài)學萌芽的產(chǎn)生 古代人類在長期的生產(chǎn)和生活實踐中產(chǎn)生了樸素的生態(tài)學萌芽,如我國古代的農(nóng)歷24節(jié)氣,就反映了作物、昆蟲等生物現(xiàn)象與氣候之間的關(guān)系。此外,在我國的一些古籍中也可以找到許多生態(tài)學思想的萌芽。例如,《尚書•洪范》中的“五行說”提出了自然界萬物包括生命在內(nèi)的起源及其相互關(guān)系;《詩經(jīng)》中就有描繪“維鵲有巢,維鳩居之”的鳥類的巢寄生現(xiàn)象;《周禮》中把動物分為五大類,體現(xiàn)了動物分類學的思想;《孟子•梁惠王上》中記載的“不違農(nóng)時,谷不可勝食也;數(shù)罟不入池,魚鱉不可勝食也;斧斤以時入山林,材木不可勝用也”,體現(xiàn)了對資源進行保護的主張。《管子•地員篇》描述了沼澤植物與水土條件的生態(tài)關(guān)系;中國古代農(nóng)學家賈思勰的《齊民要術(shù)》中提出了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的“因地制宜”原則;李時珍在《本草綱目》中描述了藥用植物的生境特點和藥用動物的生活習性。西方古代哲學家和近代自然科學家也對生態(tài)學的產(chǎn)生做出了突出貢獻;公元前4世紀至2世紀,古希臘哲學家安比杜列斯(Empedocles)注意到植物營養(yǎng)與環(huán)境的關(guān)系,亞里士多德(Aristotle)描述了動物的不同生態(tài)類型問題;亞里士多德的學生提奧弗拉斯圖斯(Theophrastus)在公元前300年寫的植物地理學著作《植物調(diào)查》一書中,已經(jīng)提出類似植物群落的概念。 二、生態(tài)學的形成 17世紀之后,隨著人類社會經(jīng)濟的發(fā)展,生態(tài)學作為一門學科開始成長。例如,1642年,比利時科學家J.B.van Helmont進行了一項著名的柳樹實驗,旨在通過實驗的方法證實植物增加的重量來自哪里。1670年,英國著名化學家R.Boyle把一只鳥放進一個玻璃杯中并抽出空氣的實驗,標志著動物生理生態(tài)學的開端;1735年,法國昆蟲學家Reaumur在《昆蟲自然史》中收集了大量昆蟲生態(tài)方面的資料;1798年,英國經(jīng)濟學家Malthus在《人口論》中探討了人口的增長與食物的關(guān)系。19世紀之后,生態(tài)學的發(fā)展日趨成熟。1807年,德國植物學家A.Humboldt出版《植物地理學知識》一書,明確闡述了物種分布規(guī)律與地理因子影響之間的關(guān)系;1855年,瑞士植物學家A.de Candolle將現(xiàn)代積溫理論引入了生態(tài)學;1859年,一代自然科學巨匠達爾文的《物種起源》創(chuàng)立了生物進化理論或自然選擇學說,促進了生物與環(huán)境關(guān)系的研究;1866年,德國生物學家Haeckel提出ecology一詞,并首次對生態(tài)學做出了經(jīng)典定義。1895年,丹麥植物學家E.Warming出版了《以植物生態(tài)地理為基礎(chǔ)的植物分布學》;1898年,德國生態(tài)學家A.F.W.Schimper出版了《以生理為基礎(chǔ)的植物地理學》,這兩本書被公認為生態(tài)學的經(jīng)典著作,標志著作為一門學科的生態(tài)學正式形成。 三、生態(tài)學的發(fā)展 (一)傳統(tǒng)生態(tài)學時期 20世紀前半葉是傳統(tǒng)生態(tài)學時期。這一時期的動植物生態(tài)學和一般群體生態(tài)學都有了比較系統(tǒng)的發(fā)展,生物個體的生理、發(fā)育和行為等成了熱門課題,種群和群落的生態(tài)掩體、生活環(huán)境等也引起了廣泛關(guān)注。其中具有代表性的著作有:1904年美國植物生態(tài)學家F.E.Clements發(fā)表的《植被的結(jié)構(gòu)與發(fā)展》及其在1907年發(fā)表的《生態(tài)學及生理學》;1906年美國動物學家H.S.Jennings出版的《無脊椎動物的行為》;1910年美國植物學家與生態(tài)學先驅(qū)H.C.Cowels發(fā)表的《生態(tài)學》;1911年英國植物生態(tài)學家A.G.Tansley發(fā)表的《英國的植被類型》;1913年美國生態(tài)學家V.E.Shelford出版的《溫帶美洲的動物群落》;1916年美國植物生態(tài)學家F.E.Clements的《植物的演替》;1921年瑞典植物生態(tài)學家DuRietz出版的《近代植物社會學方法論基礎(chǔ)》;1923年英國生態(tài)學家A.G.Tansley出版的《實用植物生態(tài)學》;1927年英國動物學家C.S.Elton出版的《動物生態(tài)學》;1928年法國生態(tài)學家J.Braun-Blan-quet出版的《植物社會學》;1929年美國生態(tài)學家V.E.Shelford出版的《實驗室及野外生態(tài)學》;1931年美國生態(tài)學家R.N.Chapman出版的《動物生態(tài)學》;1945年前蘇聯(lián)生態(tài)學家B.H.Cyкaчв出版的《生物地理群落學與植物群落學》;1949年美國動物學家和生態(tài)學家W.C.Allee等5位生態(tài)學家共同編著的《動物生態(tài)學原理》。 在這一時期,由于研究者所處的不同國家和地區(qū)的自然環(huán)境條件、植物區(qū)系、植被性質(zhì)及地域限制等方面的差異,使植物生態(tài)學在研究對象、研究方法、研究側(cè)重、研究觀點和理論等方面有所不同,所以自然形成了著名的植物生態(tài)學四大學派。 (1)英美學派(又稱動態(tài)學派或演替學派):代表人物是美國的F.E.Clements與英國的A.G.Tansley,以研究植物群落的演替和頂極學說的創(chuàng)建而著名。 (2)法瑞學派(又稱區(qū)系學派或南歐學派):代表人物是法國學者J.Braun-Blanquet,他們把植物群落生態(tài)學稱為“植物社會學”,并用特征種和區(qū)別種劃分群落類型,建立了嚴密的植被等級分類系統(tǒng),完成了大量的植被圖。1935年后,本學派與北歐學派合并,被稱為西歐學派或大陸學派。 (3)北歐學派(又稱外貌學派):代表人物是瑞典學者G.E.Du Rietz,以注重群落分析為特點。 (4)前蘇聯(lián)學派:以俄羅斯圣彼得堡國立大學的蘇卡切夫(B.H.Сукаув)為代表,他們注重建群種與優(yōu)勢種,建立了一個植被等級分類系統(tǒng),并重視植被生態(tài)、植被地理與植被制圖工作。他們的工作以植物群落和植被為主,統(tǒng)稱為“地植物學”。 (二)現(xiàn)代生態(tài)學時期 20 世紀后半葉是現(xiàn)代生態(tài)學時期,兩次世界大戰(zhàn)后的世界經(jīng)濟和科技的發(fā)展都達到了空前水平,同時,全球性問題(人口膨脹、資源衰竭、能源短缺、糧食不足和環(huán)境污染)也隨之出現(xiàn),由于生態(tài)學的學科性質(zhì)為解決人類所面臨的難題做出了巨大貢獻,使生態(tài)學獲得了人們前所未有的興趣和關(guān)注的同時,生態(tài)學自身的發(fā)展也進入了一個新的高度。動植物生態(tài)學逐漸融為一體;群體生態(tài)學朝著種群動態(tài)和數(shù)學模型的構(gòu)建方面發(fā)展;行為生態(tài)學、理論生態(tài)學和數(shù)量生態(tài)學的研究水平提高到了新的階段;人類生態(tài)學得到了初步發(fā)展并逐漸成形;生態(tài)系統(tǒng)的研究成為生態(tài)學各分支學科最重要的基礎(chǔ)理論。這個時期的代表性著作有:1953年美國生態(tài)學家E.P.Odum出版的《基礎(chǔ)生態(tài)學》;1954年英國鳥類學家D.Lark出版的《動物數(shù)量的自然調(diào)節(jié)》;1954年澳大利亞H.G.Andrewarth出版的《動物的分布與多度》;1983年美國生態(tài)學家E.P.Odum出版的《生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學》;1986年丹麥生態(tài)學家S.E.Jrgensen出版的《生態(tài)模型基礎(chǔ)》;1986年美國社會學家A.H.Hawley出版的《人類生態(tài)學》。 如果說20世紀前半葉,傳統(tǒng)生態(tài)學的研究范疇為“自然界的生物及生物系統(tǒng)與生存環(huán)境之間相互作用關(guān)系”,那么20 世紀后半葉至今,隨著工業(yè)文明的推進、新技術(shù)革命的激蕩和全球環(huán)境問題的突出,現(xiàn)代生態(tài)學出現(xiàn)了兩個十分顯著的發(fā)展趨勢:一方面,傳統(tǒng)生態(tài)學研究吸收了數(shù)學、物理、化學、生物學、工程技術(shù)科學的研究成果,向著精確化、定量化的方向大踏步邁進,并為人類認識自然生態(tài)系統(tǒng)和改造自然生態(tài)系統(tǒng)提供了科學依據(jù)和方法論;另一方面,突破了傳統(tǒng)生態(tài)學的研究范疇,進入到更為廣闊、復雜的人類社會系統(tǒng)之中,與人類學、社會學、歷史學、經(jīng)濟學、倫理學等社會人文學科交匯融合,從全球化的高度,以全景式的眼光審視著人類社會系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展、變遷過程,內(nèi)在運行規(guī)律,以及人類社會系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)的相互作用關(guān)系。 在生態(tài)學朝向人類社會系統(tǒng)的拓展過程中,具有以下三個方面的特征。 1.生態(tài)學內(nèi)涵的加深結(jié)合人文社會學科的研究成果,形成了生態(tài)哲學、生態(tài)倫理學、自然資源經(jīng)濟學、生態(tài)文化等生態(tài)學分支與學說,深化了生態(tài)學的基本觀念,促使傳統(tǒng)生態(tài)學的理論體系走向成熟。 2.生態(tài)學外延的擴大將生態(tài)學的理論與方法運用于人類社會系統(tǒng)各個方面的研究之中,從而出現(xiàn)了人類生態(tài)學、文化生態(tài)學、城市生態(tài)學、工業(yè)與經(jīng)濟生態(tài)學、農(nóng)業(yè)生態(tài)學等交叉學科,使得生態(tài)學成為揭示人類社會系統(tǒng)基本規(guī)律的重要方法論之一。 3.全球生態(tài)學與環(huán)境運動的興起面對后工業(yè)文明時代呈現(xiàn)出的種種弊端,特別是“氣候暖化、臭氧層空洞”等全球環(huán)境問題的日益嚴峻,以“研究全球尺度的生態(tài)過程,人類社會發(fā)展與全球環(huán)境變化關(guān)系、全球環(huán)境變化對生物圈影響等”為主旨的全球生態(tài)學研究方興未艾;同時以生態(tài)學的基本觀念為核心價值觀的可持續(xù)發(fā)展理論、生態(tài)主義等逐漸興起,并植根于全球環(huán)境運動之中。 第四節(jié) 生態(tài)學任務(wù) 一、理論生態(tài)學方面 理論生態(tài)學的各個分支學科都有各自十分明確的研究任務(wù)與目標,舉例如下。 (1)分子生態(tài)學是運用分子生物學的研究手段,從細胞代謝和分子遺傳學水平揭示生物有機體與環(huán)境相互作用的本質(zhì)和規(guī)律,以揭示生物進化的分子機理。 (2)個體生態(tài)學在于揭示生物有機體與環(huán)境的作用規(guī)律,通過人工創(chuàng)造最佳的生長環(huán)境,發(fā)揮生物個體的生長潛能,以獲得單個有機體的最大產(chǎn)量。 (3)種群生態(tài)學是在掌握了種群與環(huán)境的關(guān)系,以及種群內(nèi)部個體之間的關(guān)系之后,可以通過人工控制最佳種群大小、密度和生長條件,以充分發(fā)揮生物和環(huán)境的潛能,提高群體的整體產(chǎn)量。 (4)群落生態(tài)學旨在研究各種群之間的關(guān)系,以及各個種群與環(huán)境的關(guān)系,通過改善群落的結(jié)構(gòu)與組成等,提高群落的生產(chǎn)力。 (5)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學在于揭示系統(tǒng)中的物流、能流和信息流的特點及規(guī)律,人們可以對自然的或人工的生態(tài)系統(tǒng)進行管理和改造,以實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán),為人類提供更多更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。 (6)全球生態(tài)學則是從更大的尺度上研究生物圈的物流、能流和信息流的特點及作用規(guī)律,以維持全球的生態(tài)平衡與可持續(xù)發(fā)展。 二、應(yīng)用生態(tài)學方面 生態(tài)學的基本原理與其他應(yīng)用學科結(jié)合起來,或應(yīng)用到一些相關(guān)的研究領(lǐng)域和生產(chǎn)實踐中,嘗試解決一些生產(chǎn)實踐中的具體問題。人類社會的發(fā)展和進步除了需要工程技術(shù)領(lǐng)域的巨大進步以外,在很大程度上還將要依靠應(yīng)用生態(tài)學的發(fā)展,才能有效地加以解決。 第五節(jié) 生態(tài)學學習方法 生態(tài)學是一門綜合性強、涉及面廣的宏觀科學。要學好這門學科,首先必須注意以下幾個方面的問題:①樹立正確的指導思想,即層次觀、整體觀、系統(tǒng)觀和協(xié)同進化觀;②掌握生態(tài)學基本研究方法;③具備廣博的知識,包括自然科學理論和社會科學知識,尤其是生命科學分支學科的功底要深,地理學知識要扎實,在此基礎(chǔ)上,還要學會理論聯(lián)系實際。 現(xiàn)代科學發(fā)展的特點是學科間的相互滲透、相互交錯、相互補充、互為促進、共同發(fā)展,而生態(tài)學則是這些交錯區(qū)間的交匯和紐帶,這就給生態(tài)學的學習帶來了較大的困難,但是,只要我們掌握了正確的學習要領(lǐng),就可以舉一反三。 一、樹立生態(tài)學的基本觀點 1.層次觀生命物質(zhì)有從分子到細胞、器官、機體、種群、群落等不同的結(jié)構(gòu)層次。研究高層次的宏觀現(xiàn)象需了解低層次的結(jié)構(gòu)功能及運動規(guī)律,研究低層次的結(jié)構(gòu)功能和運動規(guī)律可以得到對高級層次宏觀現(xiàn)象及其規(guī)律的深入理解。傳統(tǒng)的生態(tài)學主要研究有機體以上的宏觀層次,現(xiàn)在生態(tài)學向宏觀和微觀兩極發(fā)展,雖然宏觀仍是主流,但微觀的成就同樣重大且不可忽視。 2.整體觀每一高級層次都有其下級層次所不具有的某些整體特性,這些特性不是低級層次單元特性的簡單疊加,而是在低級層次單元以特定方式組建在一起時產(chǎn)生的新特性。整體論要求始終把不同層次的研究對象作為一個生態(tài)整體來對待,注意其整體特征。 3.系統(tǒng)觀生物的不同層次,既是一個整體,也同樣是一個系統(tǒng),均可用系統(tǒng)觀進行研究。根據(jù)系統(tǒng)分析的方法區(qū)分出系統(tǒng)的各要素,研究它們的相互關(guān)系和動態(tài)變化,同時又綜合各組分的行為,探討系統(tǒng)的整體表現(xiàn)。系統(tǒng)研究還必須探討各組分間接作用和反饋的調(diào)控,以指導實際系統(tǒng)的科學管理。
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