生態(tài)學(xué)課件第二章

生態(tài)學(xué)

（2011-2012學(xué)年第二學(xué)期）主講教師：常學(xué)禮聯(lián)系電話6693672電子信箱：xlchang@126.com1/13/20231第二章主要生態(tài)學(xué)方法與理論一、生態(tài)研究的研究方法二、生態(tài)學(xué)的基本原理1/13/20232一、生態(tài)學(xué)的研究方法1、野外與現(xiàn)場調(diào)查研究

是生態(tài)學(xué)的基本研究方法，對自然現(xiàn)象進(jìn)行搜集、描述和記載的一種方法。考察方法：生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、地理學(xué)；現(xiàn)代化的調(diào)查工具和技術(shù)，如飛機、人造衛(wèi)星、無線電追蹤、遙感、遙測等。

優(yōu)點：直接觀察，獲得自然狀態(tài)下的資料。

缺點：不易重復(fù)。1/13/202332、實驗研究實驗室分析除進(jìn)行生物學(xué)、生理學(xué)、毒理學(xué)研究外，結(jié)合化學(xué)、物理學(xué)方法，尤其是分析化學(xué)、儀器分析、放射性同位素測定方法進(jìn)行分析研究。模擬實驗原地實驗：在自然或半自然條件下通過某些措施，獲得某些因素變化對生物的影響，如，在田間通過接種昆蟲，以觀察昆蟲出生后生態(tài)的變化等。人工控制實驗：在受控條件下研究各環(huán)境因子對生物的作用，如用人控氣候箱研究不同溫度對昆蟲發(fā)育和死亡的影響。

優(yōu)點：條件控制嚴(yán)格，對結(jié)果的分析比較可靠，重復(fù)性強，是分析因果關(guān)系的一種有用的補充手段。

缺點：實驗條件往往與野外自然狀態(tài)下的條件有區(qū)別。1/13/20234模型與模擬研究

優(yōu)點：高度抽象，可研究真實情況下不能解決的問題缺點：與客觀實際距離甚遠(yuǎn)，若應(yīng)用不當(dāng)，易產(chǎn)生錯誤。生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與長期研究

應(yīng)用技術(shù)：遙感、地理信息科學(xué)及計算機等。優(yōu)點：可長期關(guān)注某一生態(tài)系統(tǒng)的變化情況。缺點：持續(xù)時間長，耗資巨大，受人為因素影響較大。1/13/202353、生態(tài)學(xué)的研究方法可以劃分為對環(huán)境的研究方法和對生物的研究方法兩部分。（1）對環(huán)境的研究測定環(huán)境因子：測定環(huán)境溫度、濕度、氣壓、氣流、空氣的化學(xué)成分等，與氣象學(xué)、氣候?qū)W使用的儀器和方法相同。測定水域溫度、溶氧、透明度，營養(yǎng)物質(zhì)含量、水流壓力等，與水文學(xué)、海洋學(xué)、湖沼學(xué)使用的儀器設(shè)備和測定方法相同。測定土壤結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)，與土壤學(xué)、自然地理學(xué)使用的測定方法相同。測定重金屬、農(nóng)藥、放射性污染等，使用現(xiàn)代理化分析技術(shù)、放射性同位素測定技術(shù)等。1/13/20236控制環(huán)境因子設(shè)定恒溫、恒濕、溫梯、濕梯，模擬自然、溫度的晝夜節(jié)律等人工環(huán)境。建設(shè)模擬實驗室、受控、生態(tài)。1/13/20237（2）對生物調(diào)查研究鑒定動物和植物名稱的分類技術(shù)分類學(xué)是生態(tài)學(xué)的基礎(chǔ)。生態(tài)學(xué)工作者至少應(yīng)對自己工作地區(qū)內(nèi)的有關(guān)物種、自己的研究對象及其臨近種十分熟悉。數(shù)量統(tǒng)計具體的數(shù)量調(diào)查方法，可因生物種類、棲息環(huán)境、甚至出現(xiàn)的季節(jié)不同而異。出生率、死亡率、食性、晝夜節(jié)律、行為等各種生態(tài)特征的觀察和實驗方法。1/13/20238直接描述生物群落的外貌、季相等綜合特征。樣方法分析群落的結(jié)構(gòu)、種類組成、種間關(guān)聯(lián)及其它數(shù)量特征：如物種多樣性及其指數(shù)的研究，生態(tài)位的寬度及重疊研究等。長期定位觀測群落的季節(jié)動態(tài)、年變化和演替類型。除進(jìn)行取樣以外，還大量應(yīng)用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行生物群落分類、排序和梯度分析。1/13/20239二、生態(tài)學(xué)的基本原理系統(tǒng)性原理生態(tài)學(xué)中不同層次的研究對象都是生命系統(tǒng)，都具有系統(tǒng)的特征，每一個層次的系統(tǒng)都可以分成不同的子系統(tǒng)來加以研究或理解。如在群落層次，生命系統(tǒng)可以分成生產(chǎn)者、消費者和分解者，環(huán)境系統(tǒng)可以分成能源系統(tǒng)、氣候系統(tǒng)、土壤系統(tǒng)等。穩(wěn)定性原理在一定程度上，每一個層次的生命系統(tǒng)都是穩(wěn)定的，可以用相關(guān)的指標(biāo)來衡量其穩(wěn)定性。如在群落層次，穩(wěn)定的群落內(nèi)物種多樣性豐富，群落小氣候穩(wěn)定，群落的自我調(diào)節(jié)能力強。多樣性原理生命系統(tǒng)的每一個層次都是豐富多彩、參差不齊的，這就意味著多樣性。如地球上有多種多樣的景觀、生物群落等，一個種群的各個個體也都是不一樣的，一個個體的不同構(gòu)件或不同細(xì)胞、組織也都不完全一樣，多樣性的生命系統(tǒng)是人類生存的基礎(chǔ)。多樣性程度的高低可以用多樣性指數(shù)等來衡量。1/13/202310（3）生態(tài)系統(tǒng)的研究生產(chǎn)力的研究對消費者生產(chǎn)力的估計：一方面應(yīng)用生理學(xué)方法測定動物的消化率、同化率、攝食量、代謝率等生理參數(shù)，同時測定動物糞便和身體的熱值。另一方面，取得種群數(shù)量或生物量、出生率、增長率等生態(tài)學(xué)參數(shù)，然后根據(jù)特定的數(shù)學(xué)模型來估計出生產(chǎn)力指標(biāo)。對生產(chǎn)者生產(chǎn)力的估計：收割法測定生物量、放射性同位素測定法、二氧化碳同化法、葉綠素測定法等。物流研究一是同位素標(biāo)志追蹤，觀察它們在各亞系統(tǒng)中間的運行渠道，各層次的利用量和積累率以及在整個生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)規(guī)律。例如在河湖淡水生態(tài)系統(tǒng)中所進(jìn)行的C、N、P等元素的循環(huán)研究。二是模擬技術(shù)或叫數(shù)學(xué)模型技術(shù)。模型：模擬真實世界某種現(xiàn)象的公式，通過它可以進(jìn)行預(yù)測。1/13/202311中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)簡介中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)（ChineseEcosystemResearchNetwork，CERN）為了監(jiān)測中國生態(tài)環(huán)境變化，綜合研究中國資源和生態(tài)環(huán)境方面的重大問題，發(fā)展資源科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和生態(tài)學(xué)，于1988年開始組建成立的。目前，該研究網(wǎng)絡(luò)由13個農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)試驗站、9個森林生態(tài)系統(tǒng)試驗站、2個草地生態(tài)系統(tǒng)試驗站、6個沙漠生態(tài)系統(tǒng)試驗站、1個沼澤生態(tài)系統(tǒng)試驗站、2個湖泊生態(tài)系統(tǒng)試驗站、3個海洋生態(tài)系統(tǒng)試驗站，以及水分、土壤、大氣、生物、水域生態(tài)系統(tǒng)5個學(xué)科分中心和1個綜合研究中心所組成。1/13/2023121/13/202313耐受性原理個體以至地球都有其耐受性，在耐受范圍內(nèi)有最適點、較適范圍，超過其耐受范圍，系統(tǒng)都將崩潰。通過耐受性的研究，可以為生態(tài)系統(tǒng)管理服務(wù)，可以指導(dǎo)農(nóng)、林業(yè)等多方面的生產(chǎn)。動態(tài)性原理變化是永恒的，任何生命系統(tǒng)都有從開始到頂峰到消亡的一個過程，在個體表現(xiàn)為生老病死，在種群表現(xiàn)為不同的增長、波動與崩潰過程，群落也有它的造成和發(fā)展，像一個人一樣，有嬰兒期、幼兒期、成年期和老年期。一片裸地，可能是洪水泛濫或新淤積成的湖灘；可能是火山爆發(fā)或極端的嚴(yán)寒所造成。在自然的情況下，最初是沒有植物生長的裸地，以后逐步經(jīng)過植物的遷移、定居和團(tuán)聚等而發(fā)展成為一個植物群落。反饋原理各級生命系統(tǒng)與其周邊的生命系統(tǒng)或環(huán)境系統(tǒng)是密切相關(guān)、協(xié)同變化的，都存在作用與反作用，并引起自身的加速或相反的變化。如在草原上過量放牧將導(dǎo)致草場的退化，草場的退化反過來作用于載畜量。1/13/202314彈性原理也稱為中度擾動原理，與穩(wěn)定性原理、耐受性原理有點接近，表示外界中度的干擾，可以刺激生態(tài)系統(tǒng)的應(yīng)急機制，在個體水平為鍛煉，在種群水平為生態(tài)對策，在群落水平表現(xiàn)為生物多樣性的增加。而當(dāng)干擾過于強烈時，系統(tǒng)將因無法恢復(fù)而崩潰。滯后性原理生態(tài)學(xué)中的許多變化過程不一定都會馬上表現(xiàn)出來，而是在一段時間的“時滯”之后表現(xiàn)出來，如大部分生物種群的增長，受到生育年齡的影響，一只蝗蟲或蟑螂經(jīng)過生育可能增長為幾千、幾百只，一株雜草開花、結(jié)果以后可能增長為幾千、幾萬株雜草。1/13/202315轉(zhuǎn)換性原理一些生態(tài)學(xué)的對象看似消失，然而卻不知不覺地進(jìn)行了轉(zhuǎn)換，如森林砍伐消失以后，其影響至少表現(xiàn)在生物多樣性的減少，水土流失、區(qū)域氣候的變化等方面。尺度原理同一類生態(tài)系統(tǒng)可能有著懸殊的大小差別，如巨杉高達(dá)100米，而其腳下的其他植物則可以忽略不計。因此，理解地球必須放眼全球，理解熱帶雨林應(yīng)該在100米尺度，而理解草甸可以在10米的尺度，理解地衣群落可以在0.1m的尺度；也因此，各級生態(tài)系統(tǒng)可能相套，如在一個森林群落中，還套著許多小的螞蟻群落等。某個動物是個體，而在其體內(nèi)卻有桿菌群落等。1/13/202316思考題一、名詞解釋生態(tài)學(xué)（Ecology）二、問答題1.