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.com6/8/20231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6/8/20232一、生態(tài)學(xué)的研究方法1、野外與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究

是生態(tài)學(xué)的基本研究方法，對(duì)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(jī)、人造衛(wèi)星、無(wú)線電追蹤、遙感、遙測(cè)等。

優(yōu)點(diǎn)：直接觀察，獲得自然狀態(tài)下的資料。

缺點(diǎn)：不易重復(fù)。6/8/202332、實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)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(cè)定方法進(jìn)行分析研究。模擬實(shí)驗(yàn)原地實(shí)驗(yàn)：在自然或半自然條件下通過(guò)某些措施，獲得某些因素變化對(duì)生物的影響，如，在田間通過(guò)接種昆蟲(chóng)，以觀察昆蟲(chóng)出生后生態(tài)的變化等。人工控制實(shí)驗(yàn)：在受控條件下研究各環(huán)境因子對(duì)生物的作用，如用人控氣候箱研究不同溫度對(duì)昆蟲(chóng)發(fā)育和死亡的影響。

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

缺點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)條件往往與野外自然狀態(tài)下的條件有區(qū)別。6/8/20234模型與模擬研究

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

應(yīng)用技術(shù)：遙感、地理信息科學(xué)及計(jì)算機(jī)等。優(yōu)點(diǎn)：可長(zhǎng)期關(guān)注某一生態(tài)系統(tǒng)的變化情況。缺點(diǎn)：持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，耗資巨大，受人為因素影響較大。6/8/202353、生態(tài)學(xué)的研究方法可以劃分為對(duì)環(huán)境的研究方法和對(duì)生物的研究方法兩部分。（1）對(duì)環(huán)境的研究測(cè)定環(huán)境因子：測(cè)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(cè)定水域溫度、溶氧、透明度，營(yíng)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(cè)定方法相同。測(cè)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(cè)定方法相同。測(cè)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(cè)定技術(shù)等。6/8/20236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(shí)驗(yàn)室、受控、生態(tài)。6/8/20237（2）對(duì)生物調(diào)查研究鑒定動(dòng)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(duì)自己工作地區(qū)內(nèi)的有關(guān)物種、自己的研究對(duì)象及其臨近種十分熟悉。數(shù)量統(tǒng)計(jì)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(shí)驗(yàn)方法。6/8/20238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(zhǎng)期定位觀測(cè)群落的季節(jié)動(dòng)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。6/8/20239二、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(duì)象都是生命系統(tǒng)，都具有系統(tǒng)的特征，每一個(gè)層次的系統(tǒng)都可以分成不同的子系統(tǒng)來(lái)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(fèi)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(gè)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(lái)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(qiáng)。多樣性原理生命系統(tǒng)的每一個(gè)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(gè)種群的各個(gè)個(gè)體也都是不一樣的，一個(gè)個(gè)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(lái)衡量。6/8/202310（3）生態(tài)系統(tǒng)的研究生產(chǎn)力的研究對(duì)消費(fèi)者生產(chǎn)力的估計(jì)：一方面應(yīng)用生理學(xué)方法測(cè)定動(dòng)物的消化率、同化率、攝食量、代謝率等生理參數(shù)，同時(shí)測(cè)定動(dòng)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(zhǎng)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(lái)估計(jì)出生產(chǎn)力指標(biāo)。對(duì)生產(chǎn)者生產(chǎn)力的估計(jì)：收割法測(cè)定生物量、放射性同位素測(cè)定法、二氧化碳同化法、葉綠素測(cè)定法等。物流研究一是同位素標(biāo)志追蹤，觀察它們?cè)诟鱽喯到y(tǒng)中間的運(yùn)行渠道，各層次的利用量和積累率以及在整個(gè)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(shí)世界某種現(xiàn)象的公式，通過(guò)它可以進(jìn)行預(yù)測(cè)。6/8/202311中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)（ChineseEcosystemResearchNetwork，CERN）為了監(jiān)測(cè)中國(guó)生態(tài)環(huán)境變化，綜合研究中國(guó)資源和生態(tài)環(huán)境方面的重大問(wèn)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(kāi)始組建成立的。目前，該研究網(wǎng)絡(luò)由13個(gè)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)站、9個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)站、2個(gè)草地生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)站、6個(gè)沙漠生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)站、1個(gè)沼澤生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)站、2個(gè)湖泊生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)站、3個(gè)海洋生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)站，以及水分、土壤、大氣、生物、水域生態(tài)系統(tǒng)5個(gè)學(xué)科分中心和1個(gè)綜合研究中心所組成。6/8/2023126/8/202313耐受性原理個(gè)體以至地球都有其耐受性，在耐受范圍內(nèi)有最適點(diǎn)、較適范圍，超過(guò)其耐受范圍，系統(tǒng)都將崩潰。通過(guò)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(dòng)態(tài)性原理變化是永恒的，任何生命系統(tǒng)都有從開(kāi)始到頂峰到消亡的一個(gè)過(guò)程，在個(gè)體表現(xiàn)為生老病死，在種群表現(xiàn)為不同的增長(zhǎng)、波動(dòng)與崩潰過(guò)程，群落也有它的造成和發(fā)展，像一個(gè)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(méi)有植物生長(zhǎng)的裸地，以后逐步經(jīng)過(guò)植物的遷移、定居和團(tuán)聚等而發(fā)展成為一個(gè)植物群落。反饋原理各級(jí)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(guò)量放牧將導(dǎo)致草場(chǎng)的退化，草場(chǎng)的退化反過(guò)來(lái)作用于載畜量。6/8/202314彈性原理也稱為中度擾動(dòng)原理，與穩(wěn)定性原理、耐受性原理有點(diǎn)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(jī)制，在個(gè)體水平為鍛煉，在種群水平為生態(tài)對(duì)策，在群落水平表現(xiàn)為生物多樣性的增加。而當(dāng)干擾過(guò)于強(qiáng)烈時(shí)，系統(tǒng)將因無(wú)法恢復(fù)而崩潰。滯后性原理生態(tài)學(xué)中的許多變化過(guò)程不一定都會(huì)馬上表現(xiàn)出來(lái)，而是在一段時(shí)間的“時(shí)滯”之后表現(xiàn)出來(lái)，如大部分生物種群的增長(zhǎng)，受到生育年齡的影響，一只蝗蟲(chóng)或蟑螂經(jīng)過(guò)生育可能增長(zhǎng)為幾千、幾百只，一株雜草開(kāi)花、結(jié)果以后可能增長(zhǎng)為幾千、幾萬(wàn)株雜草。6/8/202315轉(zhuǎn)換性原理一些生態(tài)學(xué)的對(duì)象看似消失，然而卻不知不覺(jué)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(jì)。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(jí)生態(tài)系統(tǒng)可能相套，如在一個(gè)森林群落中，還套著許多小的螞蟻群落等。某個(gè)動(dòng)物是個(gè)體，而在其體內(nèi)卻有桿菌群落等。6/8/202316思考題一、名詞解釋生態(tài)學(xué)（Ecology）二、問(wèn)答題1.