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研究生物与环境及生物与生物之间相互关系的生物学分支学科。 生物的生存、活动、繁
生态学生态河流
生态河流
殖需要一定的空间、物质与能量。生物在长期进化过程中,逐渐形成对周围环境某些物理条件和化学成分(如空气光照水分热量无机盐类等)的特殊需要。各种生物所需要的物质、能量以及它们所适应的理化条件是不同的,这种特性称为物种的生态特性。任何生物的生存都不是孤立的:同种个体之间有互助有竞争植物动物微生物之间也存在复杂的相生相克关系。人类为满足自身的需要,不断改造环境,环境反过来又影响人类。人类面临的人口资源环境等几大问题都是生态学的研究内容。
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生态学 渊源

 

“生态学”一词是德国生物学家海克尔1866年提出的。海克尔在其动物学著作中定义生态学

生态学生态系统
生态系统
是:研究动物与其有机及无机环境之间相互关系的科学,特别是动物与其他生物之间的有益和有害关系。
  
其后,有些博物学家认为生态学与普通博物学不同,具有定量的和动态的特点,他们把生态学视为博物学的理论科学;持生理学观点的生态学家认为生态学是普通生理学的分支,它与一般器官系统生理学不同,侧重在整体水平上探讨生命过程与环境条件的关系;从事植物群落和动物行为工作的学者分别把生态学理解为生物群落的科学和环境条件影响下的动物行为科学;侧重进化观点的学者则把生态学解释为研究环境与生物进化关系的科学。
  
后来,在生态学定义中又增加了生态系统的观点,把生物与环境的关系归纳为物质流动及能量交换;20世纪70年代以来则进一步概括为物,质流能量流信息流。  

生态学 发展简史

 

生态学的发展大致可分为萌芽期、形成期和发展期3个阶段:
  
萌芽期  
古人在长期的农牧渔猎生产中积累了朴素的生态学知识,诸如作物生长与季节气候及土壤水分的关系、常见动物的物候习性等。如公元前 4世纪希腊学者亚里士多德曾粗略描述动物的不同类型的栖居地,还按动物活动的环境类型将其分为陆栖水栖两类,按其食性分为肉食、草食、杂食和特殊食性等类。

亚里士多德的学生、雅典学派首领赛奥夫拉斯图斯(公元前372~前287)在其植物地理学

生态学生态系统
生态系统

著作中已提出类似今日植物群落的概念。公元前后出现的介绍农牧渔猎知识的专著,如古罗马公元1世纪老普林尼的《博物志》 、6世纪中国农学家贾思勰《齐民要求》等均记述了素朴的生态学观点。
  
形成期
大约从15世纪到20世纪40年代。15世纪以后,许多科学家通过科学考察积累了不少宏观生态学资料。18世纪初叶,现代生态学的轮廓开始出现。如R.雷奥米尔的 6卷昆虫学著作中就有许多昆虫生态学方面的记述。瑞典博物学家C.von林奈首先把物候学、生态学和地理学观点结合起来,综合描述外界环境条件对动物和植物的影响。法国博物学家 G.-L.de布丰强调生物变异基于环境的影响。德国植物地理学家A.von洪堡(1769~1859) 创造性地结合气候与地理因子的影响来描述物种的分布规律。

19世纪,生态学进一步发展。这一方面是由于农牧业的发展促使人们开展了环境因子对作物和家畜生理影响的实验研究。例如,在这一时期中确定了5℃为一般植物的发育起点温度,绘制了动物的温度发育曲线,提出了用光照时间与平均温度的乘积作为比较光化作用的“光时度”指标以及植物营养的最低量律和光谱结构对于动植物发育的效应等。

另一方面,T.R.马尔萨斯于1798年发表的《人口论》一书造成了广泛的影响。P.-F.费尔许尔斯特1833年以其著名的逻辑斯谛曲线描述人口增长速度与人口密度的关系,把数学分析方法引入生态学。

19世纪后期开展的对植物群落的定量描述也已经以统计学原理为基础。1859年C.R.达尔文《物种起源》一书中提出自然选择学说,强调生物进化是生物与环境交互作用的产物,引起了人们对生物与环境的相互关系的重视,更促进了生态学的发展。19世纪中叶到20世纪初叶,人类所关心的农业、渔猎和直接与人类健康有关的环境卫生等问题,推动了农业生态学(包括引进天敌防治害虫)、野生动物种群生态学和媒介昆虫传病行为的研究。由于当时组织的远洋考察中都重视了对生物资源的调查,从而也丰富了水生生物学和水域生态学的内容。

到20世纪30年代,已有不少生态学著作和教科书阐述了一些生态学的基本概念和论点,

生态学池塘生态系统
池塘生态系统
如食物链(见生态系统)、生态位、生物量(见生物生产力)、生态系统等。至此,生态学已基本成为具有特定研究对象、研究方法和理论体系的独立学科。
  
发展期
20世纪50年代以来,生态学吸收了数学物理化学工程技术科学的研究成果,向精确定量方向前进并形成了自己的理论体系:
  
数理化方法、精密灵敏的仪器和电了计算机的应用,使生态学工作者有可能更广泛、深入地探索生物与环境之间相互作用的物质基础,对复杂的生态现象进行定量分析;整体概念的发展,产生出系统生态学等若干新分支,初步建立了生态学理论体系。
  
由于世界上的生态系统大都受人类活动的影响,社会经济生产系统与生态系统相互交织,实际形成了庞大的复合系统。随着社会经济和现代工业化的高速度发展,自然资源、人口、粮食和环境等一系列影响社会生产和生活的问题日益突出。
  
为了寻找解决这些问题的科学依据和有效措施,国际生物科学联合会(IUBS)制定了“国际生物计划”(IBP),对陆地和水域生物群系进行生态学研究。1972年联合国教科文组织等继IBP之后,设立了人与生物圈(MAB)国际组织,制定“人与生物圈”规划,组织各参加国开展森林、草原。海洋、湖泊等生态系统与人类活动关系以及农业、城市、污染等有关的科学研究。许多国家都设立了生态学和环境科学的研究机构。

生态学 发展趋势

 

由定性研究趋向定量研究,由静态描述趋向动态分析;逐渐向多层次的综合研究发展;

生态学
城市生态系统监测站
与其他某些学科的交叉研究日益显著。
  
由人类活动对环境的影响来看,生态学是自然科学社会科学的交汇点;在方法学方面,研究环境因素的作用机制高不开生理学方法,离不开物理学和化学技术,而且群体调查和系统分析更高不开数学的方法和技术;在理论方面,生态系统的代谢和自稳态等概念基本是引自生理学,而由物质流、能量流和信息流的角度来研究生物与环境的相互作用则可说是由物理学、化学、生理学、生态学和社会经济学等共同发展出的研究体系。

生态学 分支学科

 

按所研究的生物类别分,有微生物生态学植物生态学动物生态学人类生态学等;还可细分,如昆虫生态学鱼类生态学等。
  
按生物系统的结构层次分,有个体生态学种群生态学群落生态学生态系统生态学等。
  
按生物栖居的环境类别分,有陆地生态学水域生态学;前者又可分为森林生态学草原生态学荒漠生态学等,后者可分为海洋生态学湖沼生态学河流生态学等;还有更细的划分,如植物根际生态学肠道生态学等。
  
生态学与非生命科学相结合的,有数学生态学化学生态学物理生态学地理生态学经济生态学等;与生命科学其他分支相结合的有生理生态学行为生态学遗传生态学进化生态学古生态学等。
  
应用性分支学科有:农业生态学医学生态学工业资源生态学环境保护生态学城市生态学等。

生态学 基本内容

 

美国科学家小米勒总结出的生态学三定律如下:

生态学
淡水生态系统

  
生态学第一定律:我们的任何行动都不是孤立的,对自然界的任何侵犯都具有无数的效应,其中许多是不可预料的。这一定律是G.哈定(G.Hardin)提出的,可称为多效应原理
  
生态学第二定律:每一事物无不与其他事物相互联系和相互交融。此定律又称相互联系原理
  
生态学第三定律:我们所生产的任何物质均不应对地球上自然的生物地球化学循环有任何干扰。此定律可称为勿干扰原理

生态学的一般规律大致可从种群群落生态系统和人与环境的关系4方面说明。
  
种群的自然调节  在环境无明显变化的条件下,种群数量有保持稳定的趋势。一个种群所栖环境的空间和资源是有限的,只能承载一定数量的生物,承载量接近饱和时,如果种群数量(密度)再增加,增长率则会下降乃至出现负值,使种群数量减少;而当种群数量(密度)减少到一定限度时,增长率会再度上升,最终使种群数量达到该环境允许的稳定水平。对种群自然调节规律的研究可以指导生产实践。例如,制定合理的渔业捕捞量和林业采伐量,可保证在不伤及生物资源再生能力的前提下取得最佳产量。
  
物种间的相互依赖和相互制约  一个生物群落中的任何物种都与其他物种存在着相互依赖和相互制约的关系。常见的是:①食物链。在食物链中,居于相邻环节的两物种的数量比例有保持相对稳定的趋势。如捕食者的生存依赖于被捕食者,其数量也受被捕食者的制约;而被捕食者的生存和数量也同样受捕食者的制约。两者间的数量保持相对稳定。②竞争。物种间常因利用同一资源而发生竞争:如植物间争光、争空间、争水、争土壤养分;动物间争食物、争栖居地等。在长期进化中、竞争促进了物种的生态特性的分化,结果使
生态学生态系统的组成
生态系统的组成
竞争关系得到缓和,并使生物群落产生出一定的结构。例如森林中既有高大喜阳的乔木,又有矮小耐阴的灌木,各得其所;林中动物或有昼出夜出之分,或有食性差异,互不相扰。③互利共生。如地衣中菌藻相依为生,大型草食动物依赖胃肠道中寄生的微生物帮助消化,以及蚁和蚜虫共生关系等,都表现了物种间的相互依赖的关系。以上几种关系使生物群落表现出复杂而稳定的结构,即生态平衡,平衡的破坏常可能导致某种生物资源的永久性丧失。
  
物质的循环再生  生态系统的代谢功能就是保持生命所需的物质不断地循环再生。阳光提供的能量驱动着物质在生态系统中不停地循环流动,既包括环境中的物质循环、生物间的营养传递和生物与环境间的物质交换,也包括生命物质的合成与分解等物质形式的转换。物质循环的正常运行,要求一定的生态系统结构。随着生物的进化和扩散,环境中大量无机物质被合成为生命物质,形成了广袤的森林、草原以及生息其中的飞禽走兽。一般说,发展中的生物群落的物质代谢是进多出少,而当群落成熟后代谢趋于平衡,进出大致相当。人们在改造自然的过程中须注意到物质代谢的规律。一方面,在生产中只能因势利导,合理开发生物资源,而不可只顾一时,竭泽而渔。目前世界上已有大面积农田因肥力减退未得到及时补偿而减产。另一方面,还应控制环境污染。由于大量有毒的工业废物进入环境,超越了生态系统和生物圈的降解和自净能力,因而造成毒物积累,损害了人类与其他生物的生活环境。
  
生物与环境的交互作用  生物进化就是生物与环境交互作用的产物。生物在生活过程中不断地由环境输入并向其输出物质,而被生物改变的物质环境反过来又影响或选择生物,二者总是朝着相互适应的协同方向发展,即通常所说的正常的自然演替。随着人类活动领域的扩展,对环境的影响也越加明显。在改造自然的活动中,人类自觉或不自觉地做了不少违背自然规律的事,损害了自身利益。如对某些自然资源的长期滥伐、滥捕、滥采造成资源短缺和枯竭,从而不能满足人类自身需要;大量的工业污染直接危害人类自身健康等,这些都是人与环境交互作用的结果,是大自然受破坏后所产生的一种反作用。

生态学 十个规律

 

生态学的授课实践使得本书作者能够觉察到大学生学习生态学时常常陷入的某些一般性错误。

生态学
生态学
本目录是为克服这些错误而设计的,既不全面,也不互相排斥,但是我们希望它将作为有用的指南。

生态学是科学
生态学是一门纯科学学科,目标是了解有机体与其广阔环境的相互关系。分清楚科学观点与生态学知识的政治和社会影响这一件事是十分重要的。

生态学只有按照进化论才可理解
有机体巨大的多样性,以及其形态学、生理学和行为的变异的丰富性,全都是亿万年进化的结果。这个进化历史对于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,只有按照进化论的观点才可能有意义。

“对物种有利”现象并不存在
对于那些看起来对个体是花费的有机体行为模式,认为其出现是由于“对物种有利”的这种想法是一个非常普遍的误解。这是绝对和完全错误的。自然选择将会有利于那些传给大多数后裔的基因,即使这些基因有可能导致物种种群大小的下降。

基因和环境都很重要
有机体自己所处的环境,对于它在开放的各种选择中决定取舍上,具有重要的作用。决定有权体构造的基因,同样具有根本的重要性。这两方面因素的基本性质及其相互作用,对于理解生态学都是很重要的。

理解复杂性要求模型
生态学是一复杂的对象,几乎每一个尺度都有大量变异——亿万个种,每种有大量基因变异,在复杂和动态的环境中有变化着的数量和随时间而改变的行为。为了理解它,必需清楚的认明特异问题,然后形成可以检验的假设。以数学的思想方法构造假说常常是很有用的,可以躲开在语言模型中不能避

生态学
生态学
免的含糊不清和混淆。数学模型在生态学里被广泛的应用。

“讲故事”是危险的
打算解释生态学种种模式或相互关系的时候,人们很容易滑到虚假世界之中,每一个观察都很容易的被某特设的断言(所谓的“讲故事”)所解释了。无论如何,总想去推进假设实际上是应该避免的。

要有分层次的解释
对于任何观察,常常可以识别出一个直接的原因,但这种因果解释往往是资料不足的,我们需要进一步探索,以达到更完全的抓住情况。即使是现象已经被“解释”了,更进一步和更深入的解释也是很好的,它允许我们看见更完全的情景。

有机体具有很多限制
有机体表现出来的形态、功能和环境适应力的总多样性是令人惊叹的,每个个体(和每一个种,但较少程度)则在相对较小的约束范围中运转。约束基本上有两类:(i)物理的,(ii)进化的。由于这些约束,进化从来就没有达到“完善”过,有机体基本上是许多妥协的杂烩。

机会是重要的
随机事件在生态学中起关键性的作用。林冠中出现林窗或沙丘在风暴后裂口,对于当地动植物区系将有重要的影响,但是,林窗和裂口出现的时间和地点都是不可预测的。机会的作用也与有机体过去进化综合在一起。生态学中机会事件的重要性并不意味着生态学中的模式是完全不可预测的,但是它必然是位于预言细节的潜在水平之边缘。

在生态学家心目中的生态学边界
生态学是一门广泛的科学,覆盖着生物和物理环境,从而作为潜在相关的,很少有被排除在外的了。数学、化学和物理学都是理解生态学的基本工具。

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生态学 参考资料

 

1. 《生态学》
2.中国环境生态网
3.jpkc.swu.edu.cn/data/stx/stxkj/生态学课件.ppt
4.http://jpkc.sdau.edu.cn/jpkc/nongyeshengtaixue/index.html

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