第1章 生态学概论.docx

1、第1章 生态学概论第一讲 概论 2第一堂课 前言、生态学概念与发展 2前言 21生态学的概念 32生态学思想的简单回顾 32.1“田园主义”和“浪漫主义”生态学思想 42.2“帝国主义生态学”思想 53二十世纪生态学上的重要事件 53.1 成立生态学会 53.2创立群落演替的气候学派 53.3把经济思想（如生产者、消费者）运用到对大自然的研究中 63.3生态系统概念的提出 73.4生态学时代的到来（1960年代） 7第二节课 生态学与可持续发展 71生态学对可持续发展的重要贡献 71.1生态学对“可持续发展”概念的孕育和产生起了至关重要的历史作用 71.2生态学为可持续发展提供了理论基础 81

2、.2.1生态学的发展已进一步深化了生物与生物间以及生物与环境间的认识深度，并将其提高到整体性和系统性的高度 81.2.2从实践上看，生态学的思想与方法为可持续发展的实施奠定了基础 92可持续发展概念的提出，对生态科学的发展产生了重要影响 92.1生态学在社会中重新定位 92.2生态学与其他学科的融汇与分化 102.3从局部的孤立的研究到整体的网络化研究 102.5研究方法和研究手段的改善和提高 103我国生态学在实施可持续发展战略中的任务（研究热点） 113.1可持续发展的生态学机理和评价方法研究 113.2加强生态安全理论、生态预报方法和生态安全预警监控系统的研究 113.3强化区域生态评价

3、、生态规划、生态管理和生态工程研究，积极参与国家的重大生态环境建设 123.4加强生态系统服务功能的科学研究 123.5生物多样性保护及其可持续利用的生态学机理与方法 133.6全球环境变化和人类活动关系的生态学研究 133.7生态学理论和交叉学科的研究 133.8环境污染过程中的重要生态学问题 133.9受损（退化）生态系统的恢复与重建的研究 133.10全球变化引发的生态学问题研究 14结语：努力前程 14第一讲 概论第一堂课 前言、生态学概念与发展前言三个生态学故事：一个是野生动物园老虎的故事；一个是美国某个岛上鹿群的故事。第三个是云南滇池富营养化的问题（银鱼移植）。相互依存生态宣言：一

4、棵单独的树会自动依赖所有不断变化的完全不同的环境状况，大风会阻碍它的生长，气温的变化会使树叶龟裂，雨水会冲刷掉它周围的表土，树叶为了肥力的缘故而剥落并进而消失，你或许可以得到在独特环境中或者在有人类文明介入的环境中完好树木的单个实例，但是，在自然界中，树木茂盛生长的正常环境则是在森林中的树木群丛，每一棵树可能会失去它自个完美生长的某些方面，但他们会被彼此相助以保证继续生存的条件。 森林土壤得到保持和荫蔽，其肥力所必需的微生物既不会干焦，也不会冻死或被冲走。一片森林就是相互依存的物种组织的胜利。 大多数蚂蚁担当着为整体收集和储存食物的角色。有选择的少数几个作为蚁群再生产的工具，最后还有一支防卫部

5、队。 在很多物种中，最小密度就是要求能成功地适应环境，因此，形成群集的生存价值常常是关键性的。自然界中不存在开小差者或者逃避义务者，在生物学家看来，生命的法则注定了要么合作以自保，要么被敌人毁灭。 生态学表明，自然界中几乎不存在粗鲁的个人主义。生态学可以教给人们许多关于合作价值的东西。生态学是“一门颠覆性学科” Paul B. Sears（1964） 由生态学研究得出的对自然界的看法，向一些西方社会广为接受的文化经济前提提出了质疑。比如，一个前提是，人类文明，特别是高技术文化的文明是高于和超越自然法则的约束的（生物圈II号的失败即是一例）。 生态学已对社会、经济、宗教以及人文科学，同时还有其他

6、学科已建立的假设及处理方式提出了质疑。 生态学家最基本的工作是打消现代社会对技术的信心以及消除现代社会对无限度的经济增长的信念。 生态学过去是，现在仍然是一门与人们所熟悉的建立在经典物理学之上的科学模式不同的学科。它研究的现象，经常紧密触及到人类感知能力的本质，如美学、道德、论理学，甚至经济学。1生态学的概念 总观点：由于生态学学科本身还在快速发展过程中，因此，生态学概念也在不断变化中。1866年德国动物学家赫克尔提出来时为“oecologie”。该词与经济学“economy”一词的词根是一样的。源于希腊文“oikos”，是住所、房屋、家、房地产或家务的意思（在近代政治经济学出现之前，人们认为

7、一个国家的经济事务可以被看作仅仅是管家预算和食物贮藏室的扩大）。而“logos”则是研究、学科的意思。因此，从字面意思上讲是关于居住的学问。当时赫克尔就认为，地球上活的有机物构成了一个单一的经济统一体，组合成为一个家族或者是一个亲密地住在一起的家庭，相互存在有冲突，同时也在互相帮助。 海克尔在1869年写到，生态学实际是指自然大家庭的总体关系或自然的秩序，生态学含有自然大家庭事务的精明管理，使之保持井然有序的意思。生态学可以说是经济学向整个生命世界的扩大，是自然的经济学。在1893年的国际植物学大会上，把oecologie改为近代的拼法“ecology”， 对oecology中的复合元音字母“

8、 oe”做了删改。 目前，比较公认的生态学概念是：生态学是一们研究生物与环境相互关系的科学。2生态学思想的简单回顾 从科学史的角度，可以把生态学思想归纳为两类。2.1“田园主义”和“浪漫主义”生态学思想“田园主义”以塞尔波恩的牧师，自然博物学家吉尔伯特怀特为代表。该思想倡导人们过一种简单和谐的生活，目的在于使人类恢复到一种与其他有机体和平共存的状态。对大自然具有一种敬畏与忠诚。怀特（1720-1793）在其代表作塞尔波恩的自然史中论述到： 自然是这样一位经济师，她使大多数并不和谐一致的动物都可以相互利用； 自然的产物，如果不是全部，也是部分为了给人类提供一种良好而有益的环境而存在的； 自然，是

9、一支令人心醉的充满适意宁静的牧歌。“浪漫主义生态学”思想是“田园派思想”的继承，以亨利戴维梭罗（1817-1862）为代表。该思想是从关系、依赖和整体性质来看待自然的，倡导万物有灵论。 1851年，梭罗写道，“我心目中的地球不是一种麻木的惰性物质，她是一个实体，她有精神，是有机的和在其精神的影响下发生变化的，并且，在我身上无论如何都存在着那种精神的微粒”。 “一个动物的最重要部分当然是它的灵魂，它的生机勃勃的精神”。 我们为发现了某种原被认为是无用之物的用途而自豪，但是与自然的经济体系比较起来，我们的经济体系是多么片面并带有偶然性。在自然界里，没有东西是无用的。每片腐烂的叶子、树枝、或须根，最

10、终都会在某个适当的其他地方做更好的用途，而且最后都会聚集在大自然的混合体之中。 从一开始就和大自然进行磋商难道不好吗？因为大自然是我们当中最渊博和最有经验的种植者。 在一个长期无人过问的树林里，人们会观察到，各种树木的组成是极有规律和协调的，而这时在我们通常所见的树林里，人们却常常进行干扰，并且喜欢种上一些完全不适于在那儿生长的树木”。 显然，浪漫主义者或田园自然博物学者把万物有灵论、泛万物有灵论当做是一种严密的科学来提倡，这是不对的。2.2“帝国主义生态学”思想 以卡罗勒斯林奈（1707-1778）为代表。该思想倡导的是要通过理性的实践和艰苦的劳动建立人对自然的统治。 林奈是18世纪最杰出的

11、植物学家，是自然分类法的创始人。他是一个以惊人的速度树立起令人可畏的科学名望的天才。其作品自然的经济体系是最受欢迎的著作（作为一篇神学论文），其中写到，“每种动物都有其被指派的位置，这个位置既是他在空间的所在，也是他在总的经济体系中发挥功能或工作的地方。不能想象有地方是空无所有的，每个地方都有他的专家，以满足发挥其在技巧和传送上的功能”。其结论是，“所有的东西生来都是为人服务的”。 这种思想在这之前的弗朗西斯培根（1561-1626）也有过论述。他给世界提出了一个可能的人造乐园。这个乐园通过科学和人类的管理而变得丰饶。他曾预言，在那个乌托邦乐园里，人类将恢复到一种尊贵和崇高的地位，并且重新得到

12、他一度在伊甸园中所享有的高于一切其他动物的权利。他认为，世界为人服务，而不是人为世界服务。 我们知道，基督教就是以人类为中心的。在一般的基督徒心目中，自然的主要功能就是满足人类的需求。基督耶酥，几乎从来就没考虑过要引导他的教徒们对生命表示谦恭。3二十世纪生态学上的重要事件3.1 成立生态学会1913年，英国生态学会成立，坦斯利任第一届主席1915年，美国生态学会成立。3.2创立群落演替的气候学派芝加哥大学的亨利考尔斯和内布拉斯加大学的弗雷德里克克莱门茨共同创立，主要思想是： 自然的过程并非是一种无目的的来回游荡，而是一种可以被科学家准确地标出位置的趋向有规律的流动。 在任何一个既有的栖息地中，

13、都发生着一个清晰的演替系列，决定这个不可动摇的进程的方向和结果的是气候。 在这种演替系列显露的同时，他改变的正是土壤本身，从而创造了一个更为有利于未来的顶级成长的环境，因此，每个阶段都在为其接替者的安居做着准备。 每个个体为了基本的生活而对全体进行的战争，其结果是形成了一个更为和谐的社会或生态有机体。没有竞争，就不可能有生长，不可能有动中的平衡。3.3把经济思想（如生产者、消费者）运用到对大自然的研究中 “每种生物都成为某一行业的专家，成为整个工作单位中的一个结合完好的齿轮，地球大工厂装配线上的一个技术工人”。 一条典型的河流就象一条装配线。它可以把能源和物质传递给沿河的有机物，以适用于生产，

14、象任何工厂一样，这条河流的生产受制于其原料的供应和将这些原料转化为制成品的生产效率（加利福尼亚大学的昆虫学家罗泊特尤辛格，1967）。 埃尔顿把自然群落描述成一个简化的经济体系，在此基础上提出了自然经济的四条规律。A食物链规律：食物是自然经济序列中的基本资本。任何生物群落中的食物链的总和构成食物网络。B：食物规律：任何一种动物都只能以一定范围的食物为主，一条普通的食物链中的每一级都有使一种小范围的食物变得较大的作用，从而就能够满足体积大一些的动物；C：物种分布对食物链结构的影响：为了给食物链上高等级的生物物种提供食物，靠近底部的动植物必须要数量更多，再生更快，形成物种数量金字塔。D：生态位：是

15、物种分化和物种专门化的进化发展过程的结果，是一个生物在生物群落中的地位或职位。 1942年，耶鲁大学的一名研究生，雷蒙德林德曼发表了一篇题为“生态学的营养动力问题”的科研论文。主题是对可利用能量在流经生态系统时的减损进行精确测量。结果表明，有机物在从较低营养级获取方面，随着一种有机物在食物链中不断升级而变得越来越富有效率；随着食物链中物种升级，呼吸作用消耗的能量所占比例也越来越大。3.3生态系统概念的提出牛津大学植物学家AG坦斯利（1935）提出生态系统的概念。基本观点是：植物通过收集太阳能供自己使用而延缓了熵增的过程，他们可以把能量以新的再聚集的形式传递给动物，而动物反过来暂时地保存这种能量

16、以供有序的利用”。“生态系统既可比作储存流水的一座座水库，也可以比作是使水在重新放出流进急流前加以利用的大坝。但自始至终，水流的一部分渗透进土里，一部分蒸发到空中，而所有剩下的部分有朝一日必定会释放出来。”“只要太阳继续不断地供应能量，生态系统就能持久地运转下去，不过，当这种供应耗尽的时候，这个系统就崩溃瓦解了”3.4生态学时代的到来（1960年代） 在经过两个世纪的准备后，生态学突然在20世纪60年代登上了国际舞台。生态学家，是以脆弱生命的保护者面目而出现的。 “生态学时代”一词首先出自1970年第一个地球日的庆祝活动。它表达了一种坚决的希望生态学科将只是提供保证地球维持生存的行动计划。在战

17、后年代里，生态学取得了理论上的精深缜（zhen）密，学术上的突出地位和资金上的完全保证。第二堂课 生态学与可持续发展1生态学对可持续发展的重要贡献1.1生态学对“可持续发展”概念的孕育和产生起了至关重要的历史作用 1960年代以生态学家为主开展的国际生物学计划（IBP）和1970年代开始的人与生物圈（MAB）计划等全球性的国际合作计划，为可持续发展概念的出现奠定了良好的基础。 可持续发展概念最初出现在世界自然保护大纲中，而该文件是在国际自然与自然保护同盟（IUCN）、世界野生生物基金会（WWF）和联合国环境开发署（UNDP）的支持下制订发布的。参加制订的多为生态学家。1.2生态学为可持续发展提

18、供了理论基础1.2.1生态学的发展已进一步深化了生物与生物间以及生物与环境间的认识深度，并将其提高到整体性和系统性的高度 Tansley1935年提出的生态系统（ecosystem）概念得到了广泛的接受； Linderman1942年对于营养动力学的贡献为生态学的研究提供了定量化的途径与手段，使生态学脱离了其起源的多种学科而建立起自己的理论和方法体系，同时也为认识地球承载力的有限性提供了有利的依据。 Odum1950年代以后，进一步发展了生态系统的概念并极大的丰富了生态学的内容，为进一步发展成为一门新的学科分支系统生态学奠定了基础。 总之，1970年代以后，生态学认识上的一个巨大飞跃就是把人及

19、其活动纳入生态系统的概念之中。该概念的应用和发展不仅把生态学推向系统研究的新高度，同时也为认识和解决当代的环境问题进行了理论准备。 生态学发展到现在，早已突破原来的界限，正成为具有生态哲学、生态科学和生态工程等不同层次的科学体系。 生态学已经从一门描述性的科学发展成崭新的、结构完整的、定量化的科学，并正向预测性科学扩展。 生态学中的许多原理或原则，都是可持续发展的重要理论基础，例如复合生态系统原理、物质循环与能量流动原理、系统相关与相生相克原理、生态平衡与生态极限原理、系统开发原理、生态位原理和限制因子原理等。1.2.2从实践上看，生态学的思想与方法为可持续发展的实施奠定了基础 可持续发展的实

20、施，最为重要的是重新建立系统的平衡，实现人与自然的协调发展。 应用生态学的大量成果，包括农、林、牧、渔等生产中长期积累的具有丰富生态学意义的实践经验，都成为今天实施可持续发展的有效措施。 生态学家门利用生态学的思想、理论与方法并吸收了相关学科的内容，在生态文明与生态伦理、生态规划、生态工程与产业生态、生态建设、生态系统管理等方面，进行了系统的探索，提出了实现可持续发展的生态学途径。2可持续发展概念的提出，对生态科学的发展产生了重要影响2.1生态学在社会中重新定位 EPOdum1997年出版的“生态学：科学和社会的桥梁一书中，称生态学是一门联结生命、环境和人类社会的有关可持续发展的系统科学。 生

21、态学在投身解决社会问题的过程中，逐渐摆脱了其产生时的狭隘的学科局限和传统的研究范围，生态学已不再象一度被人们所指责的那样，是一们“不食人间烟火”的、只会说“no”和“批判性的学科”。它不仅在理论和方法方面，而且在研究对象的范畴、规模和尺度方面都有了新的发展，生态学已经引人注目地成熟起来。它已经从一门描述性的学科发展成为一门崭新的、结构完整的、定量化的学科，并向预测性科学扩展。 它把生态学的基础理论与定量的测定方法和建模技术以及系统分析等方法用来解决自然界和社会面临的迫切问题，以崭新的面貌出现在现代科学的舞台，并且日益展现出蓬勃的生机。在解决当前社会问题时，生态学为科学和社会之间架起了一座桥梁。

22、2.2生态学与其他学科的融汇与分化 生态学的发展要求阐明生物与环境相互作用的机理并加以定量化，这就要求与数学、化学、遗传学等基础学科交叉，从而促进了数学生态学、化学生态学和分子生态学的发展； 生态学与专业生产部门结合而形成的农业生态学、林业生态学、鱼类生态学、草原生态学、海洋生态学、湖泽及湿地生态学正在不断健全和发展成为相对完整的体系； 在面向人类干扰和破坏后生态系统恢复中，发展了景观生态学、恢复生态学、保育生态学和全球生态学； 在解决当代的环境问题中，与环境科学融汇，形成了环境生态学、污染生态学、生态毒理学； 生态学向工农业领域的渗透，和在新的条件下对环境和人工调控的高度要求，发展了工业生态

23、或产业生态学、生态技术、生态工程学； 生态学与社会科学交叉并发展了人类生态学、生态论理学、生态经济学、城市生态学等。 总之，生态学与其他学科的交叉领域，正在给人类的未来带来巨大的影响。2.3从局部的孤立的研究到整体的网络化研究 由于研究对象和任务的变化，生态学的研究在相对孤立的局部地区研究的基础上逐步向着区域化和全球化发展并形成网络进行综合与对比。在国家、区域和全球水平上进行网络性研究已经是国际生态学的一种发展趋势。在区域尺度上，有如美洲的泛美研究所、亚太地区的亚洲-太平洋地区全球变化研究网络、亚洲农林复合系统研究网络和欧洲的欧洲全球变化研究网络；在全球尺度上，如全球环境监测网络、全球分析、研

24、究和培训系统、全球陆地观测系统、全球气候观测系统和全球海洋观测系统等。2.5研究方法和研究手段的改善和提高 随着生态学研究范围向宏观和微观两个方面的拓展，生态学研究的方法正在发生新的变化。在宏观方面，除了要利用一些能准确获取信息的手段，如遥感（RS）、地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）外，还需要强调应用模拟和模型方法来研究大尺度、多因素的大系统。通过计划内和计划外的干扰条件下的对比对多种假设进行肯定或否定，或是对提出的假设进行修正。在微观方面，则要求通过缩小研究对象的范围，利用实验的方法，在一个短暂的时间范围和确定的环境条件下进行研究，力图对生物与环境相互作用的机理得出严格的结论并

25、进而进行调控。3我国生态学在实施可持续发展战略中的任务（研究热点）3.1可持续发展的生态学机理和评价方法研究 包括可持续发展的生态动力学机制、控制论方法和指标体系研究。生命周期评价方法、能值（emergy）分析法、基于反馈机制的生态控制论分析法、自然资产评价法、生态风险评价法、区域和工业代谢分析、生态系统服务功能评价、生态足迹（ecological footprint）计算等。生态足迹也叫生态维持面积，是计算任何一个特定人口（从单一个人到一个城市甚至一个国家的人口）生产需要的资源和提供必需的服务以及利用现有的技术同化其产生的废弃物所需要的土地或海洋的总面积。如研究表明，波罗地海地区的29个大城

26、市因对自然资本的消费占用了比该地区的城市面积大至少5651130倍的自然生态系统面积。3.2加强生态安全理论、生态预报方法和生态安全预警监控系统的研究 生态安全是指人类在健康、安乐、生活基本权利、生态基础设施、必要的资源、生活秩序、适应变化的能力等方面受到威胁程度的大小。生态预报是指对作为人居环境的生态系统的多种要素未来变化趋势所作的预测，包括人为影响预报、景观变化预报和社会经济后果预报三大类，并将其研究的结果分成灾难性、危机性、临界性和安全性四个等级。在生态预报的基础上，建立起不同类型各具特色的生态安全监控语境预警系统。3.3强化区域生态评价、生态规划、生态管理和生态工程研究，积极参与国家的

27、重大生态环境建设 在当前国家实施“西部大开发”的战略举措下，积极参加生态环境建设规划的制订和生态资产的评价，特别是要加强生态脆弱区的生态调控与退化生态系统恢复与重建研究，为全国生态建设和西部大开发提供理论依据和行动计划，包括对黄土高原、青藏高原、草原、荒漠化地区生态环境评价和水、土、大气、生物间的相互关系和动态规律； 通过景观生态管理和小流域治理等调控手段，改善区域生态平衡，促进经济发展； 为荒漠化防治、天然林保护、区域生态工程建设、有关法规政策的制订等提供科学依据。3.4加强生态系统服务功能的科学研究 不同类型生态系统提供的生态服务功能及其时空变化的格局； 人类活动对生态系统服务功能的影响；

28、 不同生态系统服务功能所受损害现状及其发展前景的预测； 生态系统服务功能的定量化及其在不同尺度上的转换； 人为干扰后生态系统服务功能恢复的程度与恢复的技术，特别是生态脆弱地区恢复并保持基本生态系统服务功能应采取的法规措施与技术手段； 人类技术对生态系统服务功能的可替代性、替代的有效性和尺度以及替代所产生的副作用； 在局部地区、区域和全球范围内为了维持基本生态服务功能而保留的生态系统的比例、空间格局与动态过程 生态系统服务功能评价指标与评价方法； 维持与保护生态系统服务功能的政策问题； 提出和完善生态经济复合核算体制和生态补偿制度。3.5生物多样性保护及其可持续利用的生态学机理与方法 保护生物学

29、的基本原理、生物多样性的测度方法、生物多样性调查和信息系统的建立、珍稀濒危和衰退物种的就地保护和移地保护的方法以及生物多样性的经济评价和效益分析等。3.6全球环境变化和人类活动关系的生态学研究 土地利用和土地覆盖变化、陆地海洋生态系统对全球变化的影响和响应、生态系统生态分界线的研究等。3.7生态学理论和交叉学科的研究 进一步明确个体、种群、群落、生态系统、景观、区域和全球生态学的不同层次上生态学的基础理论的主攻方向和目标。有步骤、有计划地进行公关。对一些交叉达到分支学科，如生态工程学、生态经济学、生态设计、产业生态学和生态论理学、化学生态学、遗传生态学等新兴边缘学科，也要有计划地组织精干队伍，

30、进行探索性研究。3.8环境污染过程中的重要生态学问题 环境污染是导致生态系统丧失生物多样性和可持续性的主要原因。对人与自然间的协调和可持续发展具有重大影响，重点研究以下三个方面的生态学问题： 重点化学污染物对自然或人工生态系统的影响，污染物在生态系统各亚系统中的转移、输入和输出规律； 种群、群落和生态系统在污染胁迫下的结构与功能的演替趋势并对区域生态系统的承载力、污负荷进行生态风险评估； 受污染水体、土壤的生态系统的修复与重建技术。3.9受损（退化）生态系统的恢复与重建的研究重点是退化农业生态系统、退化森林系统、和草原生态系统的治理和恢复。长江、黄河源头及上游地区生态环境的恢复和重建。建立若干

31、退化生态系统恢复与重建的示范样板区。3.10全球变化引发的生态学问题研究围绕陆地生态系统对全球变化的响应这一核心问题展开研究，侧重评估全球变化对我国陆地生态系统和一些特殊生物类群的影响，阐明陆地生态系统在全球变化中的作用和地位，特别是陆地生态系统生产力对全球碳循环的贡献。结语：努力前程 到目前为止，生态学所拥有的全部理论和全部方法，无论是逻辑体系，或是实证体系，都还远远不能恰当地反映和解释它所面对的对象。这种窘迫的状况，一方面使我们深刻地感受到生态系统在结构功能上的复杂性和在时间序列上的多变性；另一方面也使得一切从事生态学研究的工作者，深自反省并感到肩负的责任。我们赞赏前人在生态学中创造的业绩，也不会忘记自己应当做出的努力，这样才能真正做到继承遗产，承上启下，泽被后代。因此，任何一个从事生态学研究的同仁，都无法回避这样的问题，那就是如何去把握机会，迎接挑战，促进生态学在健康思维下的突破。