景观生态学的意义.ppt

景观生态学,1.生态学知识,1-1-1 生态学定义,生态学(Ecology)是生物学的分支，是一门宏观生物学。勒特(Reiter)1865年合并logos(研究、学科)和oikos(住所)构成Oikologie(生态学)一词。赫克尔（Ernst Hackel，18341911，德国生物学家）1866年第一次提出并定义Ecology。一、生态学的定义生态学：研究生物与环境之间相互关系的科学（1）生物与环境的关系（2）各种生物之间的关系（3）环境各要素之间的关系,二、生态学形成和发展的四个阶段（一）生态学知识的累积阶段：生态现象描述公元前300年，古希腊 Theophrastus 植物与自然环境的关系。古罗马 Pliny(公元2379年)将动物分为陆生、水生、飞翔三大生态类群。公元前200年 我国古籍管子.地员篇水分梯度与植物组成的关系管子，地员篇中，有关管子，地员篇中，有关江淮平原上沼泽植物种类的带状分布与水文、土质的关系。,（一）生态学知识的累积阶段,国中：二十四节气（实质是气候与生物关系的表述）:立春、雨水、惊蛰、春分、清明、谷雨；立夏、小满、芒种、夏至、小暑、大署；立秋、处暑、白露、秋分、寒露、霜降；立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒。齐民要术本草纲目,生态学知识累积阶段,西方：18世纪初，机械的自然观 田园主义观点：简单与和谐的生活 帝国传统：通过理性实践和艰苦的劳动建立人对自然的统治,生态学形成和发展的几个阶段,（二）近代生态学的创始阶段：实物观察记载Reaumur(1683-1757)昆虫自然史1749 Buffon（法，1707-1788）生命律1803 Malthus 人口论：食物与人口的关系 1807 Humboldt 植物地理学：植物分布与气候条件的规律性1859 Darwin物种起源：生物进化学说创立1866 Hackel定义生态学1851 Vonpost（瑞典）样方法种群定量研究1863 Kerner 介绍研究群落结构和动态的方法生态学一经诞生，立即分化为植物、动物和人类生态学等，出现了生态学发展的第一次高峰,生态学形成和发展的几个阶段,（三）学科与学派的分化阶段植物生态学：1895 Warming(丹麦)以植物生态地理为基础的植物分布学；1898Schimper以生理学为基础的植物地理学。动物生态学：Jennings(英)动物行为；Adams and Shelford(美)动物生态演替；Davenport(美)动物群落生态（昆虫生态）1930年前后:英美学派 以北美冰川地貌为研究对象 动态生态学 法瑞学派 阿尔卑斯山脉为研究对象 静态生态学 北欧学派 北欧森林为研究对象 分布规律 俄国学派 生物地理群落为研究对象,个体生态学与群落生态学阶段（1866-1935）,1866 Haeckel（德国达尔文信徒）Oikos（ECO）Oecologie 国际植物学大会1893年按近代拼法改为ecologyWarming(丹麦人)1895 植物生态学：趋同适应、生态型、互利共生、寄生、群落分类、生态演替过程Tansley1913年英国生态学会成立的第一任主席，美国1915年成立生态学会，（中国1980年成立生态学会）,个体生态学与群落生态学阶段（1866-1935）,美国芝加哥大学的亨利.考克斯，从水边到陆地的植物系列，演替关系。他的学生谢尔福德、亚当斯都是动物生态学权威 内布拉斯加大学的弗雷德里克.克莱门茨1916年植物演替：植被发展的探讨单顶极理论，1939年与谢尔福德一起研究 生物生态学（1941出版）一次世界大战结束后，小麦 价格下跌。1934年美国大尘暴,生态学形成和发展的几个阶段,（四）生态系统生态学的发展阶段1935 Tansley 第一次提出生态系统概念，生态平衡1941 R.L.Lindeman“一个老年湖泊内的食物链动态”1952 E.P.Odum 生态学基础 HTOdum，Hutchinson按研究对象分:植物生态学、动物生态学、人类生态学按组织水平分：生态系统生态学、群落生态学、种群生态学、个体生态学、细胞生态学、基因生态学按环境特点分：淡水生态学、海洋生态学、森林生态学、草原生态学、农田生态学、城市生态学,生态系统生态学阶段（1935-1962）,林德曼的老师是耶鲁大学的Hachinson教授林德曼27岁因长期患病去世，发表文章前后观点：能量传递在高营养级更有效，呼吸消耗比例越高级别越大，生态演替早期过后生产效率急剧上升（如水体富养化）,生态系统生态学阶段（1935-1962）,相对论、物质的不确定性原则、量子力学出现哈佛大学的惠勒研究群居的白蚁、蚂蚁自我克制和利他主义的生存竞争。层创进化理论：物质生命人类意识。H.T.Odum，E.P.Odum 1953年出版生态学原理，父亲是区域社会学家。E.P.Odum 是伊 利诺斯大学谢尔福特的研究生，H.T.Odum是耶鲁大学的Hachinson教授的研究生,生态学形成和发展的几个阶段,（五）社会需求推动生态学向定向、定量、控制、模拟和应用方向发展的新阶段五大危机：污染、资源、能源、粮食、人口1962年，美国海洋生物学家卡逊（R.Carson）寂静的春天用通俗的文笔，描述了一个受到人造化学品危害的悲惨世界。她的书是人类生态环境意识觉醒的标志。生态学开始被从高楼深院中请出来，以解决社会生活中的生态问题。联合国教科文组织：IBM(1964),MAB(1971)世界环发大会:人类环境宣言(斯德哥尔摩,1972);保护生物多样性公约、气候变化公约、关于森林问题的申明、21世纪行动议程和里约热内卢宣言(里约热内卢，1992),生态学向调控与工程方向发展阶段（1962-）,1997在日本京都签署的京都协定书，是人类为防止全球变暖迈出的第一步，是人类有史以来通过控制自身行为以减少对气候变化影响的第一个国际文书，是国际社会为保护来以生存的地球环境经过多年努力所达成的重要结果。然而由于美国布什政府最近在京都协定书上开倒车，引起了国际社会的广泛关注，各方纷纷谴责美国这种不负责任的态度。,生态学向调控与工程方向发展阶段（1962-）,加利福尼亚喷气推进实验室，研究金星和火星的生命，发现生命与大气共同进化现象。1969拉夫洛克提出大地女神“盖亚”假说“一个地区的动植物及其周边环境组成了一个能够单独地自动抵制不利生存变化的内在平衡系统”。生命的最基本规则是合作与共生，而不是各自竞争。,生态学向调控与工程方向发展阶段（1962-）,1966-1967实验性小岛，麦克阿瑟和威尔逊得到“岛屿理论”麦克阿瑟认为提不出可以验证的预言的生态学还不算是一门科学，“预言、预言、再预言”，他认为IBP是失败的，认为科学总是“倾向机械论”的。自然界的正常状态是平衡？还是不稳定？“从历史看，生态学家认识干扰的重要性及其产生的异质性（镶嵌）总是太迟。”“因为主导思想是平衡论”,生态学向调控与工程方向发展阶段（1962-）,自然界高度组织严密、整然有条、自行调节、状态稳定的生态系统 转到 生物圈中大多数时间和空间范围内出现的变化都显得是内在的和必然的合作竞争，整体局部，种群生态系统，秩序混沌，多样性稳定性“混沌学”“蝴蝶效应”初始状态的敏感性，系统的非线性,生态学向调控与工程方向发展阶段（1962-）,生态学在应用中产生了很多应用性分支，如农业生态学、城市生态学、资源生态学、环境生态学、经济生态学等。生态学还与其他学科广泛交叉，产生如生理生态学、遗传生态学、化学生态学等。生态立法、生态工程、生态设计发展迅速。我国马世骏先生于1985年就提出生态工程概念，并于1987年主编出版中国的农业生态工程。1989年Mitsch和Jorgensen出版生态工程。1991年召开第一届国际生态工程会议，并于1992年出版刊物生态工程。,生态学向调控与工程方向发展阶段（1962-）,进入九十年代后，生态学的研究热点集中在生物多样性、全球变化和可持续发展方面。1996年美国生态学会主席Judy L.Meyer在美国生态学会年会上提出生态学的5个前沿领域是生态工程、生态经济学、生态设计、产业生态学、环境伦理学。,二、生态系统的概念及其基本规律,1、系统的概念钱学森定义为：由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的有机整体。系统的构成必须具备三个条件：有两个以上的组份组份间有联系以整体方式完成一定的功能,2、生态系统的概念生态系统：在一定空间内生物群落与非生物环境相互作用的统一体。生态系统的概念强调了生物与环境是不可分割的整体观点：在生态系统中，生物成分与生物成分，生物成分与非生物成分之间，通过能量流动，物质循环和信息传递而相互沟通，相互储存，相互影响和制约，任一种成分或过程的破坏和变化，都将影响系统的稳定和存在。地球上的生态系统多种多样，可大可小，大至整个生物圈，小至一个养鱼的鱼缸，都可以是一个生态系统。,3 生态系统的组成生态子系统由二大部分和四种基本成分组成二大部分：生物成分；非生物成分。四种基本成分：非生物环境、生产者、消费者、还原者。,3.1 非生物环境非生物环境是生物生活的场所，物质和能量的源泉，也是物质交换的地方。非生物环境：气候因子，如光、温度、及其它物理因素。无机物质：如碳、氧、氮、水及矿质盐分等。有机物质：如糖、蛋白质、脂类、腐殖质等。,3.2 生产者生产者主要是利用太阳能将简单的无机物合成有机物（食物）物绿色植物，也包括光合细菌和化能细菌。生产者属于生物中的自养生物，如森林中的乔木，灌木和草本植物，海洋和湖泊中的浮游植物等，它们在生态系统中的作用是将太阳能源不断地输入生态系统，成为消费者和还原者的唯一的能源。,3.3 消费者消费者主要指动物，属于异养生物，自己不能利用太阳来生产食物，只能依靠生产者，直接或间接以绿色植物为食，从中获取能量。根据消费者食性的不同又可分为5类：草食动物：直接以植物为营养的动物，故又称为初级消费者或一级消费者，如牛、马、兔,肉食动物：以草食动物或其他动物为食的动物，又可再分为：一级肉食动物，又称二级消费者，如食昆虫的鸟类、蛙、捕食鼠类的黄鼠狼、捕食小鱼的大鱼。二级肉食动物，又称三级消费者，以第一级肉食动物为食的动物，如狐狸、狼、蛇、狮、虎、豹等。有的二级肉食动物还可为其它动物所捕食，会出现三级肉食动物（四级消费者），会出现三级肉食蛇类，但专以二级肉食动物为食的三级肉食动物并不多见。,寄生者：是特殊的消费者，有草食性寄生者，也有肉食性寄生者，前者如线虫、菌类、寄生植物，后者如蚊子，蛔虫、跳蚤。杂食动物：为杂食消费者，既食植物、又食动物，如熊、鲤鱼、狗、猪、人类。腐食性生物：是一类特殊的消费者，以动物植物尸体为食，如蚯蚓、白蚁、秃鹫等。也有以动物粪便为食的。如蟑螂。,3.4 还原者还原者也属异养生物，是小型消费者，主要是细菌，真菌等微生物。功能：把复杂的动植物有机残体分解为简单的无机物而归还到环境中，供生产者重新利用，同时，自己也得到食物和能量。由于还原者的功能是分解作用。故也称为分解者。如果没有还原者，地球表面将堆满动植物尸体。组成生态系统的是生物成分和非生物成分二大部分，缺一不可，但生物是核心，而绿色植物又是核心的核心。因为只有绿色植物才能固定和转化光能，将无机物合成供自己需要和消费者利用的有机物。,4 生态系统的基本结构生态系统的结构：形态结构，营养结构4.1 形态结构生态系统的形态结构：指生物的空间，时间上的配置和变化。即前面讲的垂直、水平和时间格局。4.2 营养结构食物链和食物网生态系统中的各种成分之间最重要的联系是通过营养来实现的，即通过食物链而把生物与非生物，生产者与消费者连成一个整体。,食物链：指由于营养关系在生物之间形成的一种链索关系。即能量和物质从植物开始，并一级又一级地转移到消费者动物。食物网：一种生物不可能简单地固定在某一种食物链上，例牛、羊、兔、鼠等可摄食羊草，羊草就可能与它本身也可能为狐狸或狼所捕食，这样它就处在不同的营养级上，实际上，生态系统中的食物链很少孤立出现（除非食性交叉都是专一的）。这样生态系统中的食物链必然是交叉链索，形成一种很复杂的网络，即食物网。,5 生态系统的类型：地球上的生态系统多种多样，目前还没有统一的分类标准。按生态系统的环境划分，可分为：陆地生态系统：森林生态系统（热带雨林、季雨林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、针叶林）草原生态系统荒漠生态系统冻原生态系统水生生态系统：淡水生态系统（池塘、湖泊、河流）海洋生态系统,6 生态系统的基本功能：基本功能：单向的能量流动；周而复始的物质循环；信息传递。7 生态系统的稳态 生态系统的稳态（生态平衡）：生态系统具有自我调节和自我维持的能力，即它在一定时间和范围内保持稳定，称为生态系统的稳态（homeostasis）在我国最流行的说法是生态平衡。现在大家都在谈论“生态平衡”，但对这个问题有比较科学而确切的理解并不容易，生态学家的意见也不一致.有的认为有机体与环境之间协调一致的稳定状态是生态平衡，有的将生态系统中能量与物质的流进与流出之间的平衡看作生态平衡，有的认为高度有序即生态平衡，有的认为“多样性导致稳定性”。,关于生态平衡的几点说明：负反馈作用对维持生态平衡的意义负反馈：当系统的某种成分开始变化时，其他成分也相应地发生一系列变化，且这种变化最终又返回减少开始的那种成分的变化速度的作用。生态系统通过自调节和自修复达到自维持和自发展的目的，而自调节和自修复是通过生态系统内组分之间以及组分与环境之间的相互作用负反馈作用来实现的。,平衡的阀值生态平衡能够自动调节的界线，称为阀值，如人对体温调节，热可出汗,但太热则会死亡。阀值越高，系统对外界压力和干扰的抵抗能力越大，反之，则抵抗能力就小。系统的稳定性与多样性：多样性导致稳定性多样性：指系统中生物种类组成的复杂性以及营养结构的复杂性，因而也特称为复杂性。系统越复杂，其阀值越高，也就越稳定。因为复杂的生态系统中食物网的关系是复杂的，食物网包含的生物种类越多，联接种的环节的数目就越大。也就是说能量流动和物质循环是多通道的，一个通道出了问题，可由另一通道出了问题，可由另一通道补偿和调节，不到使整个系统受影响，因此，系统的稳定性高。,