海洋生態(tài)學(xué)講稿緒論

《海洋生態(tài)學(xué)》講稿(2013年)周斌中國海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院緒論第一節(jié)生態(tài)學(xué)的定義、研究對象和研究意義一定義(一)定義的提出：德國，Haeckel,1869Ecology來源于希臘文的兩個詞根：Oikosandlogos：Oikos表示住所或棲息地；logos表示學(xué)問。Ecology因此定義為：研究生物有機體與其棲息地環(huán)境之間相互關(guān)系的科學(xué)。(二)定義的發(fā)展生態(tài)學(xué)的定義在不同的發(fā)展階段是不同的。(1)1945年，蘇聯(lián)生態(tài)學(xué)家：生態(tài)學(xué)研究生物的形態(tài)、生理和行為的適應(yīng)性；(2)之后的研究強調(diào)生態(tài)學(xué)是研究種群動態(tài)的科學(xué)，代表：1954年，Australian的Anderwartha，將生態(tài)學(xué)定義為：研究有機體的分布和多度的科學(xué)，其中心是強調(diào)種群的動態(tài)；從個體的形態(tài)、生理和行為的個體生態(tài)學(xué)轉(zhuǎn)向研究種群動態(tài)的種群生態(tài)學(xué)；(3)1971年，美國的Odum認為：生態(tài)學(xué)特別特別注意到生物群體的生物學(xué)以及在陸地、海洋和淡水中的功能過程，因此將生態(tài)學(xué)定義為：研究生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的科學(xué)。類似的，我國學(xué)者馬世駿：生態(tài)學(xué)是研究生命系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)相互關(guān)系的科學(xué)，強調(diào)將生物看成是有一定結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)功能的生命系統(tǒng)，將環(huán)境看成是諸要素相互作用組成的環(huán)境系統(tǒng)。研究重心演變?yōu)椋悍N群生態(tài)學(xué)——生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)(4)1992,德國生態(tài)學(xué)家，Lieth：將生態(tài)學(xué)概括為人類生存的科學(xué)。(5)現(xiàn)代生態(tài)學(xué)；人類活動對環(huán)境和資源造成巨大的壓力，生態(tài)學(xué)的研究重點演變?yōu)椋喝绾卫蒙鷳B(tài)學(xué)原則指導(dǎo)和調(diào)整人與自然、環(huán)境、資源之間的關(guān)系，即如何保持環(huán)境與資源的可持續(xù)發(fā)展；生態(tài)學(xué)的研究地位不斷上升，從最初的生物科學(xué)中研究生物與環(huán)境相互作用的分支科學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橹笇?dǎo)人類行為準(zhǔn)則的學(xué)科；基于此，1997年，國家自然基金委員會提出：生態(tài)學(xué)是研究生物生存條件、生物及其群體與環(huán)境相互作用的過程及其規(guī)律的科學(xué)；其目的是指導(dǎo)生物圈(即自然、資源與環(huán)境)的協(xié)調(diào)發(fā)展。生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)——生物圈生態(tài)學(xué)定義的變化反映了生態(tài)學(xué)發(fā)展史中不同研究階段的研究重點的差異：從個體到種群再到生態(tài)系統(tǒng)；Haeckel的定義目前仍然廣泛使用。定義中包含兩重意思：(1)生態(tài)學(xué)強調(diào)的是生物與其環(huán)境之間的相互關(guān)系，是生命科學(xué)和環(huán)境科學(xué)的交叉學(xué)科；(2)生態(tài)學(xué)強調(diào)的是各種因素間的綜合效應(yīng)包括生物與其生物因素之間相互聯(lián)系、相互作用的綜合效應(yīng)和環(huán)境各要素之間相互聯(lián)系和相互作用的綜合效應(yīng)。二研究對象、內(nèi)容和研究意義(一)研究對象Odum用生物組織層次(leveloforganization)或稱生物學(xué)譜(biologicalspectrum)的概念表示生態(tài)學(xué)的研究對象：較低層次的只能部分說明上個層次的特性，但不能預(yù)測后者的所有特性。一種新的研究方法：生物標(biāo)志物方法的建立這種方法在醫(yī)學(xué)上的研究較多，比如通過血液中的15－20個指標(biāo)的變化既能初步斷定可能存在的一些問題，比如白血球高是炎癥，轉(zhuǎn)氨酶高預(yù)示著肝臟可能存在問題等。在生物學(xué)研究中，通過細胞或組織水平的一些指標(biāo)發(fā)生變化，來預(yù)測其可能面臨的一些脅迫。如抗氧化系統(tǒng)的變化可能和其氧化脅迫有關(guān)；熱激蛋白被稱為脅迫蛋白，其變化也能說明個體的受到外源脅迫的狀態(tài)。(二)研究內(nèi)容(1)個體生態(tài)學(xué)(autecology)以生物個體為研究對象，探討生物與環(huán)境之間的關(guān)系，尤其是生物對環(huán)境的適應(yīng)性及其機制。個體生態(tài)學(xué)通常通過控制條件下的實驗研究，模擬生物個體在不同環(huán)境條件的要求、耐受和適應(yīng)范圍。個體生態(tài)學(xué)的核心是生理生態(tài)學(xué)，在現(xiàn)代生態(tài)學(xué)理論和研究中仍占有重要地位。如：在東海赤潮發(fā)生區(qū)分離出一種原甲藻，首先進行種類鑒定，包括形態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)；然后對其生活習(xí)性進行研究，如光照條件，溫度、鹽度范圍，對營養(yǎng)鹽的需求；是否產(chǎn)毒；以及一些最適生長條件的探討等。然后擴大到種群生態(tài)學(xué)，如種間、種內(nèi)競爭等。對浮游動物的研究也是同樣的方法。首先研究單個生物個體的生活習(xí)性和環(huán)境適應(yīng)范圍，然后在最適生長條件下研究其一系列的問題。如水蚤，輪蟲，以及一些海洋動物，如貝類、魚類等。(2)種群生態(tài)學(xué)(populationecology)研究棲息于統(tǒng)一地區(qū)同種生物個體的集合體所具有的特性，包括種群的年齡組成、性比例、數(shù)量變動于調(diào)節(jié)等及其與環(huán)境的關(guān)系。研究種群生態(tài)學(xué)對保護和合理利用生物資源以及防治有害生物具有特別重要的意義。種群生態(tài)學(xué)是在個體生態(tài)學(xué)的基礎(chǔ)上完成的，必須有個體生態(tài)學(xué)的研究基礎(chǔ)。是目前的研究熱點：上屆學(xué)生，出國，國外導(dǎo)師給了題目，已知兩種輪蟲，出生時的雌雄比例不同，問種群的可能變化趨勢？：種群的概念，涉及到種群的內(nèi)涵，因此年齡組成、性比例、數(shù)量變動(出生率、死亡率)以及生命表等均為重要的檢測指標(biāo)。(3)群落生態(tài)學(xué)(communityecology)研究棲息于同一地域種所有種群集合體的組合特點、它們之間及其與環(huán)境之間的相互關(guān)系、群落的形成與發(fā)展等。20世紀70年代后，群落生態(tài)學(xué)有明顯的發(fā)展，表現(xiàn)為由描述群落結(jié)構(gòu)進而探討群落結(jié)構(gòu)形成及變化的機制。群落生態(tài)學(xué)對保護自然環(huán)境和生物多樣性有重要指導(dǎo)意義。(4)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)(ecosystemecology)生態(tài)系統(tǒng)的概念：生態(tài)系統(tǒng)是生物群落與其棲息環(huán)境相互作用所構(gòu)成的自然整體，包括生產(chǎn)者、消費者和分解者以及它們周圍的非生物環(huán)境，是生態(tài)學(xué)研究的基本單位。生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)主要研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞以及穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機制(生態(tài)系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)保持平衡，因此內(nèi)部存在自我調(diào)節(jié)機制，即通過何種方式保證平衡和穩(wěn)定)，這是現(xiàn)代生態(tài)學(xué)的主流和核心。(5)生物圈生態(tài)學(xué)(biosphereecology)生物圈又稱生態(tài)圈，是地球上最大、接近自我維持的生態(tài)系統(tǒng)，是地球上全部生物及與之發(fā)生相互作用的物理環(huán)境的總和。其范圍加大，包括大氣圈的下層、巖石圈的上層以及整個水圈和土圈。因為這個薄圈中存活有世界上所有的生物，因此被稱為生物圈。有關(guān)生物圈的研究在世界各國陸續(xù)開展，主要研究生命必須元素(C,N,P等)和重要污染物在大氣、海洋、陸地之間的生物地球化學(xué)循環(huán)、海－氣交換過程、陸－海相互作用等。因為研究對象涉及到生物圈的各個層次，因此又被稱為生物圈生態(tài)學(xué)和全球生態(tài)學(xué)。Odum(1971)指出，從相互依存、相互作用和生存的觀點看，生物組織層次的譜不可能有明顯的斷裂，而且每個層次都有各自的特點。(三)生態(tài)學(xué)的研究意義(1)為環(huán)境和資源的可持續(xù)發(fā)展和利用提供依據(jù)：人為活動對環(huán)境和資源的破壞；(2)為政府部門相關(guān)法律法規(guī)的制定(經(jīng)濟和社會發(fā)展)提供基礎(chǔ)的理論依據(jù)：指導(dǎo)人與資源與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。必須依賴于生態(tài)學(xué)原理和方法才能維護人類賴以生存的環(huán)境和持續(xù)利用各種資源成為可能。當(dāng)人們樹立了生態(tài)學(xué)的整體觀(生物與生物、生物與環(huán)境之間是相互依存、相互制約的統(tǒng)一整體是生態(tài)學(xué)的首要原理)以及掌握了生態(tài)演替規(guī)律和生態(tài)平衡理論，就會自覺遵守生態(tài)學(xué)原理開發(fā)利用環(huán)境和生物資源，避免出現(xiàn)破壞環(huán)境和掠奪生物資源的后果；合理利用生物資源，避免物種的大量滅絕。三生態(tài)學(xué)的發(fā)展史(一)生態(tài)學(xué)建立前期公元前2世紀到公元16世紀的歐洲文藝復(fù)興，是生態(tài)學(xué)思想的萌芽時期。(二)生態(tài)學(xué)的建立和成長期從公元16世紀到20世紀50年代，是生態(tài)學(xué)的建立和成長期。(三)現(xiàn)代生態(tài)學(xué)發(fā)展期從本世紀60年代至今?，F(xiàn)代生態(tài)學(xué)的研究特點：(1)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)研究是生態(tài)學(xué)發(fā)展的主流。(2)70年代以來，群落生態(tài)學(xué)有明顯發(fā)展，由描述群落結(jié)構(gòu)，發(fā)展到數(shù)量生態(tài)學(xué)，包括群落的排序和數(shù)量分類，并進而探討群落結(jié)構(gòu)形成的機理。(3)現(xiàn)代生態(tài)學(xué)向宏觀和微觀兩極發(fā)展，雖然宏觀的是主流，但微觀的成就同樣重大而不容忽視。(3)應(yīng)用生態(tài)學(xué)的迅速發(fā)展。四生態(tài)學(xué)的發(fā)展趨勢與重點研究領(lǐng)域(一)發(fā)展趨勢現(xiàn)代生態(tài)學(xué)已不僅是通常意義上的研究生物與環(huán)境之間的關(guān)系，而是必須運用生態(tài)學(xué)的原理，探討人類與環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系和對策，以達到可持續(xù)的生物圈的目的。(二)三個優(yōu)先研究的領(lǐng)域(1)全球變化(globalchange)：UV-B輻射增強，高溫，溫室效應(yīng)(節(jié)能減排)，有機污染等；(2)生物多樣性(biodiversity)減少；(3)可持續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)(sustainableecosystem)五生態(tài)學(xué)的分支學(xué)科和交叉學(xué)科(一)分支學(xué)科隨著生態(tài)學(xué)的發(fā)展，出現(xiàn)越來越多的分支學(xué)科。1按照環(huán)境或棲息地的類型劃分淡水、海洋和陸地生態(tài)學(xué)，還可劃分為更小的范圍。(1)淡水生態(tài)學(xué)(freshwaterecology)：湖泊、河流等(2)海洋生態(tài)學(xué)(marineecology)潮間帶生態(tài)學(xué)；淺海生態(tài)學(xué)；深海生態(tài)學(xué)等等。(3)陸地生態(tài)學(xué)(terrestrialecology)森林生態(tài)學(xué)；荒漠生態(tài)學(xué)；草地生態(tài)學(xué)等等。2按照分類學(xué)系統(tǒng)劃分(1)動物生態(tài)學(xué)(Animalecology)昆蟲生態(tài)學(xué)；鳥類生態(tài)學(xué)；魚類生態(tài)學(xué)；獸類生態(tài)學(xué)。(2)植物生態(tài)學(xué)(Plantecology)(3)微生物生態(tài)學(xué)(Microbialecology)3生態(tài)學(xué)的理論與人口、資源及環(huán)境問題相聯(lián)系，產(chǎn)生了以下新的分支學(xué)科(1)資源生態(tài)學(xué)(Resourceecology)(2)人類生態(tài)學(xué)(Humanecology)(3)漁業(yè)生態(tài)學(xué)(Fisherecology)(4)污染生態(tài)學(xué)(Pollutionecology)(5)城市生態(tài)學(xué)(Cityecology)(6)農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)(Agro-ecology)(7)景觀生態(tài)學(xué)(Landscapeecology)(二)交叉學(xué)科(生態(tài)學(xué)與其它學(xué)科相互滲透)(1)

化學(xué)生態(tài)學(xué)(Chemicalecology)生物之間的生化關(guān)系，指生物的外代謝產(chǎn)物的作用，如胞外酶，相生相克物質(zhì)等(一些脂類、不飽和脂肪酸、萜類等)。(2)數(shù)學(xué)生態(tài)學(xué)(Mathematicalecology)模型，利用數(shù)學(xué)的方法，將一些重要的環(huán)境和生物參數(shù)融入到數(shù)學(xué)公式中，建立一種可以預(yù)測某種生態(tài)變化的數(shù)學(xué)公式。(3)經(jīng)濟生態(tài)學(xué)(Economicalecology)：(4)地理生態(tài)學(xué)(5)進化生態(tài)學(xué)以進化生物學(xué)為線索，以分子生態(tài)學(xué)、行為生態(tài)學(xué)、種群和群落生態(tài)學(xué)等學(xué)科方法，研究生物的生態(tài)適應(yīng)。(6)生理生態(tài)學(xué)植物生理生態(tài)，動物生理生態(tài)等。(7)行為生態(tài)學(xué)動物行為生態(tài)學(xué)是研究動物行為的原因、發(fā)生或發(fā)展、適應(yīng)功能、進化歷史的一門科學(xué).行為生態(tài)學(xué)是在行為學(xué)與生態(tài)學(xué)的交叉領(lǐng)域,主要研究生態(tài)學(xué)中的行為機制與動物行為的存活值、適合度和進化意義,是生態(tài)學(xué)科中最年輕的分支學(xué)科之一。第二節(jié)海洋生態(tài)學(xué)的發(fā)展歷史一海洋生態(tài)學(xué)的定義海洋生態(tài)學(xué)(MarineEcology)：是研究海洋生物之間以及海洋生物與其環(huán)境之間關(guān)系的科學(xué)(宏觀生物學(xué)和微觀生物學(xué))；是生態(tài)學(xué)的分支學(xué)科，又是海洋生物學(xué)的重要組成部分。二海洋生態(tài)學(xué)的發(fā)展階段海洋生態(tài)學(xué)作為一門系統(tǒng)的學(xué)科歷史較短。(一)創(chuàng)立時期18世紀末至19世紀末，是海洋生態(tài)學(xué)發(fā)展的初級階段。(1)18世紀初：零星的海洋調(diào)查英國，F(xiàn)orbs：用底棲拖網(wǎng)采集并觀察底棲生物，提出海洋生物垂直分布的分帶現(xiàn)象(潮間帶、昆布帶Laminarianzone、珊瑚藻帶、深海珊瑚藻帶等)—海洋生態(tài)學(xué)的奠基人。(2)初始階段：18世界末—19世紀末《歐洲海的自然史》：第一部海洋生態(tài)學(xué)著作。英國挑戰(zhàn)者號海洋調(diào)查：1872-1876，初步分析了海洋生物與海洋環(huán)境的關(guān)系，提出一些生態(tài)學(xué)的概念和術(shù)語等。1872年—1876年，英國“挑戰(zhàn)者號”進行了一次較為系統(tǒng)的海洋調(diào)查，特點：調(diào)查范圍廣：涉及到三大洋的主要部分；發(fā)現(xiàn)了大量新的物種；初步分析了海洋生物與海洋環(huán)境間的關(guān)系。1887年，亨森(德國)：提出了浮游生物(plankton)一詞。1891年，赫克爾Haeckel(德國)：提出了底棲生物(benthos)和游泳生物(nekton)二個名詞。這三大類群的劃分沿用至今。(二)發(fā)展時期20世紀初—20世紀50年代(1)發(fā)展時期的明顯特征在定性研究的基礎(chǔ)上，開始定量研究。(2)經(jīng)歷的主要事件浮游生物：德國生態(tài)學(xué)家亨森對浮游生物的數(shù)量分布、群落組成及其與環(huán)境因素的關(guān)系進行了深入研究。底棲生物：丹麥學(xué)者彼得森對底棲生物的數(shù)量分布、群落組成及其與環(huán)境因素的關(guān)系進行了研究。游泳生物：對一些經(jīng)濟魚類的種群生態(tài)以及人工捕撈對種群的影響進行了研究，為漁業(yè)資源的合理開發(fā)利用提供了寶貴的資料。調(diào)查船只、測量儀器明顯改進，調(diào)查方法更加先進和規(guī)范，獲得了大量的深海資料，促進了深海生態(tài)的研究。(三)經(jīng)典時期20世紀60年代—至今人為活動對環(huán)境和資源的破壞推動了海洋生態(tài)學(xué)研究的快速發(fā)展：過度利用生物資源，大量污染物傾瀉入海以及人為活動對海洋環(huán)境的破壞等。國際性和地區(qū)性研究網(wǎng)絡(luò)的建立；《國際地圈和生物圈計劃》直接與海洋有關(guān)的有：全球海洋通量聯(lián)合研究；沿岸帶陸海相互作用研究；全球海洋真光層研究。多學(xué)科的交叉與合作。海洋環(huán)境生態(tài)學(xué)：人為干擾對海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響：結(jié)構(gòu)和功能。海洋環(huán)境生物學(xué)。二海洋生態(tài)學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)(一)海洋初級生產(chǎn)力總量的研究將14C同位素示蹤技術(shù)應(yīng)用于海洋初級生產(chǎn)力的測定(14C的半衰期在5730年)。近20年來，隨著海洋調(diào)查和研究的深入，發(fā)現(xiàn)一些超微型浮游生物在初級生產(chǎn)中起著極為重要的作用。70年代以前過低估計了海洋初級生產(chǎn)總量的水平(少估算了浮游生物輸送到海水中的部分)。(二)新生產(chǎn)力與物質(zhì)通量的研究提出了“新生產(chǎn)力”的概念(1967)，認為初級生力應(yīng)包括再生生產(chǎn)力和新生生產(chǎn)力兩部分。新生產(chǎn)力(newproductivity)定義：真光層之外的N提供的生產(chǎn)力。研究意義：與生物泵聯(lián)系，對調(diào)節(jié)全球氣候變化(溫室效應(yīng))的調(diào)節(jié)有重要意義。C與其他生源要素(N、P、Si等)在不同海洋界面的通量研究日益受到重視。(三)微型和超微型浮游生物的研究近20年，觀測和試驗手段的進步，發(fā)現(xiàn)許多原先不曾發(fā)現(xiàn)的微生物；對其分類、生理生態(tài)、營養(yǎng)行為等進行研究；生物粒徑譜；微型浮游生物；超微型浮游生物；2-0.2μm。(四)海洋生態(tài)系統(tǒng)食物鏈、食物網(wǎng)的研究除了二條經(jīng)典的能流途徑—牧食食物鏈和碎屑食物鏈外，提出了微型食物鏈和微型食物網(wǎng)：將海洋生物按照粒徑級聯(lián)結(jié)，得到有規(guī)律的生物量譜；認識了碎屑食物鏈在能流過程中的重要性。(五)海洋微型生物食物環(huán)的研究海洋異養(yǎng)細菌既是分解者，也是生產(chǎn)者；微型生物食物環(huán)：可溶性有機物—細菌和真菌—原生動物—后生動物。(六)對特定類型生態(tài)系統(tǒng)的研究河口生態(tài)系統(tǒng)：人類和自然雙重影響；生產(chǎn)力水平較高。南極海區(qū)生態(tài)系統(tǒng)：耐低溫生物的研究為主。紅樹林生態(tài)系統(tǒng)：紅樹林的破壞過程和恢復(fù)過程(紅樹林不是單一的分類類群植物，而是對一個景觀的描述，它是熱帶、亞熱帶海岸淤泥淺灘上的富有特色的生態(tài)系統(tǒng))，紅樹植物是能耐受海水鹽度的陸地植物，我國在廣東、廣西、福建、臺灣等地區(qū)均有。珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)：復(fù)雜而脆弱的生態(tài)系統(tǒng)。(七)大海洋生態(tài)系統(tǒng)的研究提出：1984，ShermanandAlexander,通過研究