第一章 緒論 生態(tài)學(xué)研究方法概述

1、現(xiàn)代生態(tài)學(xué)研究方法與技術(shù)，延安大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生態(tài)方法論王文強(qiáng)教授，生態(tài)學(xué)專業(yè)多媒體課件系列，聯(lián)系我，辦公室：延安大學(xué)逸夫大廈406室電話：2332041子郵件：歡迎光臨，主要參考書，克雷布斯，生態(tài)方法論(第二版)，1998。薩瑟蘭，生態(tài)調(diào)查方法手冊(cè)，1997年，科技文獻(xiàn)版，生態(tài)學(xué)雜志，生態(tài)學(xué)雜志(中文)生態(tài)學(xué)(英文)分子生態(tài)學(xué)(英文)，課程教學(xué)內(nèi)容，導(dǎo)論：動(dòng)植物種群數(shù)量調(diào)查方法，種群空間格局判斷方法，樣本數(shù)量確定方法，常用抽樣技術(shù)，生態(tài)研究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，群落、物種多樣性和生態(tài)位研究方法，種群存活率估計(jì)方法，生態(tài)研究數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法， 第一章緒論，自然生態(tài)學(xué)課程的研

2、究方法，總結(jié)現(xiàn)代生態(tài)學(xué)發(fā)展的特點(diǎn)和趨勢，課程前的知識(shí)回顧，生態(tài)學(xué)的定義？ 生態(tài)學(xué)是一門研究生物與其周圍環(huán)境(包括生物和非生物環(huán)境)之間關(guān)系的科學(xué)。海克爾(1869)生態(tài)學(xué)是一門研究生命系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)之間關(guān)系的科學(xué)。馬世軍(1979)，分子個(gè)體種群群落生態(tài)系統(tǒng)景觀全球景觀：生態(tài)景觀是指在一定空間范圍內(nèi)由不同生態(tài)系統(tǒng)組成的具有重復(fù)模式的異質(zhì)區(qū)域單元(福爾曼1986)。生態(tài)學(xué)研究的生物組織水平是什么？1.生態(tài)學(xué)研究方法課程的性質(zhì)，它是一門介紹生態(tài)學(xué)研究所需的基本方法的原理和操作的應(yīng)用課程。它是一門應(yīng)用型課程，課程體系跨度大。是介紹研究方法的原理和操作，還是回答做什么？怎么做？怎么樣了？等等。課程的范

3、圍沒有絕對(duì)的限制。生態(tài)學(xué)研究規(guī)律的課程性質(zhì)及其研究方法不斷涌現(xiàn)，這就要求研究者跟上生態(tài)學(xué)發(fā)展的步伐，不斷吸收新知識(shí)，掌握新方法。(閱讀文獻(xiàn))本課程側(cè)重于生態(tài)學(xué)研究中的種群規(guī)模估計(jì)、空間分布、種群存活率估計(jì)、群落研究和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等方法，并側(cè)重于實(shí)驗(yàn)調(diào)查、設(shè)計(jì)和計(jì)算等常用方法。但沒有介紹一些具體實(shí)驗(yàn)方法。生態(tài)研究方法概述1野外觀測和定位站野外觀測是生態(tài)研究最基本的方法，定位站全球變化生態(tài)學(xué)是現(xiàn)代生態(tài)研究的熱點(diǎn)之一，其研究需要大規(guī)模的時(shí)間和空間數(shù)據(jù)。國際地圈生物圈計(jì)劃(IGBP)、美國長期生態(tài)研究網(wǎng)絡(luò)LTER(海拔04，000米)和中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)(29個(gè)生態(tài)站)，LTER旨在促進(jìn)大地理區(qū)域內(nèi)不同

4、學(xué)科的合作研究。LTER涉及的地理區(qū)域有北美洲、中美洲和南美洲、西歐、中歐和東歐、東亞、澳大利亞和新西蘭、長期生態(tài)研究網(wǎng)絡(luò)、熱帶森林、極地凍原、溫帶森林和沙漠。1993年，LTER舉行了第一次研討會(huì)，并達(dá)成了以下共識(shí)：從事長期生態(tài)研究的科學(xué)家可以在世界范圍內(nèi)交流和分享信息，并在全球范圍內(nèi)比較和模擬監(jiān)測數(shù)據(jù)。建立長期生態(tài)研究地點(diǎn)的全球目錄。鼓勵(lì)發(fā)展和建立其他長期生態(tài)研究場所。建立適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)取樣和測試設(shè)計(jì)方法。中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)成立于20世紀(jì)80年代，包括29個(gè)野外定位站，并形成了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。農(nóng)田、森林、草地、湖泊和海洋目的：長期監(jiān)測這些生態(tài)系統(tǒng)及其環(huán)境因素，研究其結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)，以及自然資源的可

5、持續(xù)利用。2、實(shí)驗(yàn)方法原位實(shí)驗(yàn)或野外實(shí)驗(yàn)：是指在自然或半自然條件下，某些因素通過某種手段獲得的對(duì)生物的影響。人工控制實(shí)驗(yàn)：研究受控條件下各種因素對(duì)生物的影響。分子標(biāo)記技術(shù)：探索群體遺傳物質(zhì)的變化。分子生態(tài)學(xué)雜志成立于1992年生態(tài)研究方法概述分子生態(tài)學(xué)研究始于20世紀(jì)50年代末，主要在分子水平上開展群體遺傳學(xué)研究和進(jìn)化生物學(xué)研究。同工酶標(biāo)記同工酶DNA分子標(biāo)記(RAPD，ALFP)微衛(wèi)星標(biāo)記(SSR)決定種群的源和庫：種群遷移和擴(kuò)散途徑?jīng)Q定動(dòng)物的繁殖策略；2.生態(tài)學(xué)研究方法概述；3.數(shù)學(xué)模型和定量分析方法“生態(tài)學(xué)本質(zhì)上是一門數(shù)學(xué)”e . c .皮埃羅數(shù)學(xué)生態(tài)學(xué)導(dǎo)論系統(tǒng)分析和數(shù)學(xué)模型方法是生態(tài)系

6、統(tǒng)研究最理想的方法。只有它才能解決諸如預(yù)測系統(tǒng)行為和提出最佳治理方案等問題。生態(tài)實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析離不開生物統(tǒng)計(jì)方法。推動(dòng)生態(tài)模型發(fā)展的兩個(gè)重要因素計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和工業(yè)化的迅速發(fā)展20世紀(jì)70年代形成的系統(tǒng)生態(tài)學(xué)被著名生態(tài)學(xué)家奧杜姆譽(yù)為“生態(tài)學(xué)的革命”。諾貝爾獎(jiǎng)獲得者朱預(yù)言：“未來幾十年，一些物理學(xué)將與一些生命科學(xué)相結(jié)合，這意味著系統(tǒng)分析和數(shù)學(xué)模型將占據(jù)越來越重要的地位?！保??，F(xiàn)代生態(tài)發(fā)展的特點(diǎn)和趨勢，1 .生態(tài)學(xué)研究的趨勢越來越宏觀。生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)、全球生態(tài)學(xué)，60年代，國際生物計(jì)劃(IBP)，70年代，人與生物圈計(jì)劃(MAB)，80年代，國際地圈生物圈計(jì)劃(IGBP)，這些

7、國際計(jì)劃都是以生態(tài)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)和景觀生態(tài)學(xué)的方法，研究生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能以及人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響。海洋生物地球化學(xué)過程對(duì)氣候變化的影響全球氣候變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響，3S技術(shù)已廣泛應(yīng)用于宏觀生態(tài)研究，地理信息系統(tǒng)遙感全球定位系統(tǒng)，地理信息技術(shù)地理信息系統(tǒng)，目前廣泛使用的地理信息系統(tǒng)軟件：ArcGIS ArcView GIS Mapinfo，地理信息技術(shù)，地理信息系統(tǒng)由一些基本模塊和許多擴(kuò)展模塊組成，包括：數(shù)據(jù)輸入：數(shù)據(jù)庫管理，用于收集和處理各種空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)(如普通地圖，航空?qǐng)D片，遙感圖像，測量數(shù)據(jù)，野外調(diào)查數(shù)據(jù)等)。)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢、驗(yàn)證和修改；空間或地圖數(shù)據(jù)

8、的數(shù)字表示，這是地理信息系統(tǒng)的一個(gè)基本特征；空間數(shù)據(jù)的操作和分析；用于分析數(shù)據(jù)元素層之間和內(nèi)部關(guān)系的數(shù)據(jù)輸出；用于顯示圖形或報(bào)告的數(shù)據(jù)輸出。其中，空間數(shù)據(jù)的操作和分析是地理信息系統(tǒng)的核心模塊，也是地理信息系統(tǒng)與其他信息系統(tǒng)的根本區(qū)別。橡樹草原的歷史范圍，地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)，紅頭啄木鳥，紅頭啄木鳥趨勢圖，野外備用，野外備用趨勢圖，地理信息系統(tǒng)的空間分析功能，阿巴拉契亞山脈信息素陷阱中舞毒蛾數(shù)量的分布。孤立的人群是明顯可見的。美國森林服務(wù)“減緩蔓延”項(xiàng)目的目標(biāo)是通過檢測和根除在人口增長前沿之外的孤立種群來降低舞毒蛾的蔓延速度。ArcGIS的空間分析功能_網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)，ArcGIS的空間分析功能_

9、圖層和疊加，ArcGIS的空間分析功能_圖層和疊加，遙感，是一種無需直接接觸目標(biāo)對(duì)象即可獲得其信息的技術(shù)。遙感是指使用各種傳感器(如航空相機(jī)、衛(wèi)星掃描儀、微波雷達(dá)等)。)獲取和處理地球表面的信息，特別是關(guān)于自然資源和人類環(huán)境的信息，這些信息最終反映在獲取的照片或數(shù)字圖像上。根據(jù)遙感器使用的平臺(tái)，可分為空間遙感技術(shù)、航空遙感技術(shù)和地面遙感技術(shù)。遙感技術(shù)，衛(wèi)星遙感_衛(wèi)星類型，通信衛(wèi)星氣象衛(wèi)星資源衛(wèi)星，海洋衛(wèi)星科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星軍事偵察衛(wèi)星天空實(shí)驗(yàn)室，衛(wèi)星遙感_衛(wèi)星遙感圖像。衛(wèi)星遙感圖像按分辨率可分為高分辨率圖像、中分辨率圖像和低分辨率圖像。不同分辨率的衛(wèi)星圖像適合不同的場合。低分辨率地球資源衛(wèi)星和氣象衛(wèi)

10、星數(shù)據(jù)通常用于害蟲預(yù)測。衛(wèi)星遙感技術(shù)的應(yīng)用、地表水系統(tǒng)變化、水位動(dòng)態(tài)、土地利用變化、沙漠進(jìn)退和荒漠化、森林破壞和草地退化等?？梢燥@示在遙感圖像上。根據(jù)圖片，可以在宏觀尺度上研究研究特征的空間分布和時(shí)間變化。例如，植被的時(shí)空動(dòng)態(tài)直接反映了全球、區(qū)域和地方的環(huán)境變化。遷移性害蟲經(jīng)常伴隨著大雨密集地降落，這是這種害蟲入侵的警告對(duì)象。通過衛(wèi)星監(jiān)測冷云的分布，可以形成這樣的暴雨，可以警告主要地區(qū)的登陸和遷移害蟲的危害。沙漠蝗蟲的發(fā)生與植被狀況密切相關(guān)，降水是植被生長的關(guān)鍵制約因素。自1975年以來，糧農(nóng)組織利用衛(wèi)星遙感植被指數(shù)和冷云數(shù)據(jù)監(jiān)測降水，探測和監(jiān)測沙漠蝗蟲生境，從而對(duì)蝗蟲情況進(jìn)行預(yù)警和預(yù)測。糧農(nóng)

11、組織沙漠蝗蟲信息中心產(chǎn)品：降水分布，降雨量50毫米，2003年7月8日12:00 FY2B衛(wèi)星圖像，2003年7月9日6:00 FY2B衛(wèi)星圖像，2003年7月9日8: 00 FY2B衛(wèi)星圖像，2003年7月8日8:00至7月9日00:00 FY2B衛(wèi)星圖像，2003年7月9日08: 00至7月10日08: 00，降水分布，雷達(dá)遙感，遷移中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所廊坊觀測場，雷達(dá)觀測圖，廊坊基地姐妹燈誘蟲，昆蟲遷移雷達(dá)觀測輔助設(shè)備，網(wǎng)上攜帶氦氣球，充氦氣懸浮氣球空中采樣，低空探測設(shè)備示意圖，從中可以看到天線部分和白色演播室(包括數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備)。觀測場當(dāng)?shù)毓ぷ魅藛T每周更換一至兩次光盤，基

12、地工作人員每年24次到觀測場進(jìn)行維護(hù)。 由于監(jiān)測對(duì)象為夜間遷徙物種，所有的初步和深入分析將在第二天早上進(jìn)行，分析結(jié)果將立即上傳至基地的IMR網(wǎng)頁進(jìn)行圖形化顯示。如何使用VLR/國際微波輻射計(jì)監(jiān)測安裝在澳大利亞昆士蘭州塔爾戈明達(dá)天文臺(tái)的國際微波輻射計(jì)？_雷達(dá)遙測，同時(shí)采集8-16個(gè)高度200-1400米的信號(hào)，垂直分辨率為50米，如何利用VLR/內(nèi)模雷達(dá)進(jìn)行監(jiān)測？_參數(shù)圖形輸出：DRS德雷克和查普曼訪問南京氣象研究所(2004年5月)，DRS德雷克和查普曼訪問南京氣象研究所(2004年5月)，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)多普勒昆蟲監(jiān)測雷達(dá)于2006年6月建成。委托單位：南京信息科技大學(xué)電子工程系，全球定位系統(tǒng)技術(shù)三。現(xiàn)代生態(tài)學(xué)的發(fā)展特點(diǎn)和趨勢2、系統(tǒng)生態(tài)學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展是現(xiàn)代生態(tài)學(xué)方法論的突破，是生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的一場革命。系統(tǒng)研究方法中的生態(tài)模型涉及多變量、線性和非線性的組合，包括時(shí)滯、突變和反饋機(jī)制，只能通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行集成和模擬。生態(tài)學(xué)的一些分支已經(jīng)出現(xiàn)：進(jìn)化生態(tài)學(xué)：行為生態(tài)學(xué)：動(dòng)物行為的行為機(jī)制、生存價(jià)值、適應(yīng)性和進(jìn)化意義等?；瘜W(xué)生態(tài)學(xué)：化學(xué)信息物質(zhì)在動(dòng)植物行為中的作用。分子生態(tài)學(xué)的興起是20世紀(jì)末生態(tài)發(fā)展的重要特征之一。利用分子遺傳研究和解決生態(tài)和進(jìn)化問