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文檔簡介

什么是生態(tài)學(Ecology)?生態(tài)學的研究對象及分支學科什么是環(huán)境生態(tài)學?生態(tài)學的發(fā)展簡史環(huán)境生態(tài)學前沿何謂生態(tài)學?thetotalrelationsoftheanimaltobothitsorganicanditsinorganicenvironment(Haeckel,1869)thescientificstudyofthedistributionandabundanceoforganisms(Andrewartha,1961)thestudyofthestructureandfunctionofnature(Odum,1963)thescientificstudyoftheinteractionsthatdeterminethedistributionandabundanceoforganisms(Krebs,1994)生態(tài)學(Ecology)定義生態(tài)學(Ecology)是研究生物與其環(huán)境之間相互關系的科學。“Ecology”來自希臘文“Oikos”(住所,棲息地)和“Logos”(學問,研究),亦即生態(tài)學在創(chuàng)建之初就表達為研究生物有機體與其棲息場所之間相互關系的科學。上述生態(tài)學的定義是德國生物學家赫克爾(Haeckel,1866)首次提出的。這是生態(tài)學至今最為全面的定義。但是首先使用“Ecology”一詞學者是亨利.索瑞(HenryThoreau,1858)。生態(tài)學(Ecology)定義科學的自然史-英國生態(tài)學家-埃爾頓(CharlesElton,1927)生態(tài)學是研究生物的形態(tài)、生理和行為上的適應性的科學—前蘇聯-克什卡洛夫(Кашкаров,1945)生態(tài)學是研究有機體的分布和多度的科學—澳大利亞-安德列沃斯(Andrewartha,1954)生態(tài)學是研究決定有機體的分布與多度的相互作用的科學-加拿大克雷伯斯(Krebs,1972,1978,1985)生態(tài)學是研究生態(tài)系統(tǒng)的結構與功能的科學—美國-奧德姆(Odum,E.,1959,1971)(生態(tài)學基礎—FundamentalsofEcology,1971)生態(tài)學是研究生命系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)相互關系的科學(馬世駿)生態(tài)學研究對象

傳統(tǒng)的生態(tài)學要在有機體(Organism)、種群(Population)、群落(Community)和生態(tài)系統(tǒng)(Ecosystem)水平上探索生命系統(tǒng)的奧秘。因此,生態(tài)學是以生物個體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)甚至是生物圈(Biosphere)作為它的研究對象。

生態(tài)學的層次

分細組器個種群生生

子胞織官體群落態(tài)物

統(tǒng)生態(tài)學的分支

按生命層次:分子(基因)、細胞、器官、個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)、景觀、生物圈和全球生態(tài)學。生物分類:動物、植物、微生物、昆蟲、魚類等;按棲所:淡水、海洋、河口、陸地、森林、草地、荒漠等;邊緣科學:數學生態(tài)學、化學生態(tài)學、進化生態(tài)學、生理生態(tài)學、經濟生態(tài)學、生態(tài)經濟學、環(huán)境生態(tài)學;應用生態(tài)學:農業(yè)、漁業(yè)、污染生態(tài)學等。景觀及生物圈水平的生態(tài)學景觀(Landscape)和景觀生態(tài)學(Landscapeecology)景觀:由若干生態(tài)系統(tǒng)組成的異質區(qū)域,這些生態(tài)系統(tǒng)構成景觀中明顯的斑塊,這些斑塊稱景觀要素。景觀生態(tài)學:研究景觀結構及其過程的科學。生物圈和全球生態(tài)學生物圈:地球上全部生物和一切適合于生物棲息的場所。它包括巖圈的上層、全部水圈和大氣圈的下層。全球生態(tài)學:研究生命系統(tǒng)和行星系統(tǒng)相互關系的科學。生態(tài)學的發(fā)展史生態(tài)學的萌芽時期(公元16世紀以前)

生態(tài)學的建立時期(公元17世紀至19世紀)生態(tài)學的鞏固時期(20世紀初至20世紀50年代)

現代生態(tài)學時期(20世紀60年代至今)生態(tài)學的萌芽時期以古代思想家、農學家對生物環(huán)境相互關系的樸素的整體觀為特點。生態(tài)學的建立時期歐洲文藝復興時期開始,歐洲科學探索活動再度興起,崇尚科學調查與科學實驗。一些生態(tài)學的理論開始形成。生態(tài)學達到一呼即出的境地。1866年Heackel提出Ecology一詞,并首次明確生態(tài)學的定義。生態(tài)學的鞏固時期這一時期是生態(tài)學理論形成、生物種群和群落由定性向定量描述、生態(tài)學實驗方法發(fā)展的輝煌時期。形成幾個著名的生態(tài)學派(四大學派)。北歐學派:由瑞典烏普薩拉(Uppsala)大學的R.Sernauder創(chuàng)建。以注重群落分析為特點。法瑞學派:代表人為J.Braun-Blanquet.把植物群落生態(tài)學稱為“植物社會學”,用特征種和區(qū)別種劃分群落類型,建立嚴密的植被等級分類系統(tǒng)。常被稱為植被區(qū)系學派。1953年后,與北歐學派合流,被稱為西歐學派或大陸學派。英美學派:代表人為F.E.Clements和A.G.Transley,以研究植物群落演替和創(chuàng)建頂極群落著名。前蘇聯學派:注重建群種和優(yōu)勢種,重視植被生態(tài)、植被地理與植被制圖工作。

現代生態(tài)學時期研究層次上向宏觀和微觀兩極發(fā)展:生態(tài)學的研究層次已囊括了分子、基因、個體直到整個生物圈。研究手段的更新:自計電子儀、同位素示蹤、穩(wěn)定性同位素、“3S”(全球定位系統(tǒng)(GPS)、遙感(RS)與地理信息系統(tǒng)(GIS))、生態(tài)建模,系統(tǒng)論引入生態(tài)學。研究范圍的拓展:結合人類活動對生態(tài)過程的影響,從純自然現象研究擴展到自然-經濟-社會復合系統(tǒng)的研究.環(huán)境生態(tài)學的目的任務環(huán)境生態(tài)學的目的是指導人與生物圈(既自然、資源與環(huán)境)的協調與發(fā)展。

環(huán)境生態(tài)學發(fā)展趨勢:從靜態(tài)的結構研究到動態(tài)的功能研究;從描述現狀的定性研究到預報未來的定量研究;野外調查和室內實驗相結合;宏觀研究和微觀研究相結合;生物學與地理、化學、物理和數學互相滲透;運用自動化測試、計算機和遙感技術等現代化實驗手段;開展國際協作。環(huán)境生態(tài)學與生態(tài)學的區(qū)別以人為中心來探討其生活環(huán)境的科學研究人類與環(huán)境相互關系的科學研究人為干擾下,生態(tài)系統(tǒng)內在的變化原理、規(guī)律及尋求受損生態(tài)系統(tǒng)恢復、重建和保護對策的科學環(huán)境生態(tài)學主要研究領域人為干擾下生態(tài)系統(tǒng)內在變化原理與規(guī)律生態(tài)系統(tǒng)受損程度的判斷各類生態(tài)系統(tǒng)的功能與保護措施的研究

群落生態(tài)

第一節(jié)生物群落的概念

第二節(jié)群落的種類組成

第三節(jié)群落的結構

第四節(jié)影響群落組成和結構的因素

群落生態(tài)學的中心問題是回答群落的整體結構是如何形成的。

在生態(tài)學發(fā)展史中,生物群落概念的提出是很早的。但是對于生物群落的兩種對立觀點——個體論學派和機體論學派的爭論至今未休。群落中為什么有那么多的動、植物種類?它們?yōu)槭裁聪瘳F在這樣分布著?它們之間是怎樣發(fā)生著相互作用的?這是群落生態(tài)學最令人感興趣的問題。

第一節(jié)生物群落的概念1.生物群落的定義及其內涵

2.植物群落學的概念

3.植物群落學的發(fā)展簡史

4.群落的基本特征

5.群落的性質1.生物群落的定義及其內涵

1.1807年,近代植物地理學的創(chuàng)始人AlexanderHumboldt2.1890年,丹麥植物學家E.Warming出版了其經典著作《植物生態(tài)學》,副標題為“植物群落研究引論”。3.1908年俄國對植物群落的研究有了較大發(fā)展,并形成一門以植物群落為研究對象的學科——地植物學(植物群落學的同義語)。動物學家也注意到不同動物種群的群聚現象:1.1877年,德國生物學家KarlMobius2.生物群落生態(tài)學的先驅者V.E.Shelford(1911)3.美國著名生態(tài)學家E.P.Odum(1957)在他的《生態(tài)學基礎》一書中,對這一定義做了補充,他認為除種類組成與外貌一致外,生物群落還“具有一定的營養(yǎng)結構和代謝格局”,“它是一個結構單元”,“是生態(tài)系統(tǒng)中具生命的部分”。4.比利時學者P.Duvigneaud(1974)在他的《生態(tài)學概論》

生物群落可定義為:

在特定空間或特定生境下,具有一定的生物種類組成,它們之間及其與環(huán)境之間彼此影響、相互作用,具有一定的外貌及結構,包括形態(tài)結構與營養(yǎng)結構,并具特定功能的生物集合體。也可以說,一個生態(tài)系統(tǒng)中具生命的部分即生物群落。

2.植物群落學(Phytocoenology)的概念

植物群落學(Phytocoenology,Phytocommunity,Plantcommunity):由瑞士學者H.Gams于1918年《植被研究的主要問題》中提出,是關于植物群落及其與環(huán)境相互關系的一門學科,它是植物學的一個分支學科。其同義語有:地植物學(Geobotany):1866年,A.Griesbach,德國,植物地理學;Ф.И.Рупрехт,俄羅斯學者,僅指植物地理學中關于種的分布式及植物區(qū)系發(fā)展的研究。植物社會學(Phytosociology,Plantsociology):波蘭И.П.Кaчсний和俄羅斯學者П.Н.Крылов分別于1896、1898提出,認為是本門學科最合適的名稱,也是國際文獻中最固定的名稱。

群落生態(tài)學(Synecology):瑞士學者С.Schroter1902年提出,1909年被第三屆國際植物學會已采用為本學科的名稱。

植物生態(tài)學(Plantecology,Phytoecology):E.Warming丹麥人,1909提出,后來演化為狹義的指:個體生態(tài)學,廣義上指:個體生態(tài)學+群落生態(tài)學。

植物群落(Phytocoenosium,Phytocommunity,Plantcommunity):

是由一些植物在一定的生境條件下所構成的一個總體,在一個植物群落內,植物與植物之間,植物與環(huán)境之間都具有一定的相互關系,并形成一個特有的內部環(huán)境或植物環(huán)境。如森林、草地、農田等。

植被(Vegetation):植物的覆被,指地球表面的活的植物覆蓋。一個地區(qū)的植被是該地區(qū)所有植物群落的總和,是由一個或多個植物群落組成的。

植物群落的研究對象:植物群落及由植物群落所構成的植被。

通常分為:

自然植被(Naturalvegetation)/野生植被(Field—vegetation)

人工植被(artificialvegetation)/栽培植被(cultivatedvegetation)

植物群落學的內容范疇:

結構:種類組成、種群特性、外貌、垂直結構與水平結構(群落形態(tài)學Synmorphology)。

生態(tài):群落與外界環(huán)境條件的相互關系,群落的內部環(huán)境或植被環(huán)境,群落內物質的循環(huán)、能量的流動。

動態(tài):群落的形成、運動與變化群落的演替(群落動態(tài)學Syndynamics,群落演替學Syngenetics)。

分類:群落分類的原則、單位與系統(tǒng),群落的命名(群落分類學Syntaxonomy,Synsystematics)。

分布:群落在地球表面上的分布規(guī)律分區(qū)(群落分布學Syhchorology群落地理學Syngeography)。植物群落學在國民經濟中的意義:深入揭示植物群落的結構、生態(tài)、分類、及其在地球上分布等規(guī)律。農業(yè)、牧業(yè)、林業(yè)等的必要的理論基礎。土壤利用等方面有重要意義,是各種自然規(guī)劃、經濟規(guī)劃的必要的理論依據,在防風、防旱、防洪、防寒、防沙、改良土壤、綠化及美學教育方面有重要意義。

20世紀20年代到50年代,由于各地自然條件、植物區(qū)系、植被性質及開發(fā)利用程度的差異,使植物生態(tài)學在研究方法、研究重點在各地有所不同,在這一時期形成了幾個著名的生態(tài)學派,主要有:

3.植物群落學的發(fā)展簡史:北歐學派(Uppsala學派):由瑞典Uppsala大學的R.Sernauder所創(chuàng)建,繼承人為G.E.DuRietz。以注重群落分析為特點。

法瑞學派(又稱Braun-Blanquet學派):重視群落的生態(tài)外貌、強調特征種以及區(qū)別種和專有種。

英美學派:E.Warming發(fā)展觀點,W.Cowles(1899,1901)樹立了群落動態(tài)研究范例;F.E.Clements(1916)提出單元頂極的“演替頂極”理論,A.G.Tansley(1935)提出生態(tài)系統(tǒng)的概念,為該學派的形成奠定了基礎。建立數學模型是該學派的獨特貢獻。

蘇聯學派:以B.H.Сукачёв為代表,他們注重建群種與優(yōu)勢種,建立了一個植被等級分類系統(tǒng),并重視植被生態(tài)、植被地理與植被制圖工作。他們的工作以植物群落和植被為主,統(tǒng)稱為“地植物學”。

20世紀50—60年代,是傳統(tǒng)生態(tài)學向現代生態(tài)學過渡時期,并出現了一些新的現代發(fā)展中心:H.Ellenberg(德國):對生態(tài)幅度與生理幅度以及生態(tài)種組的研究;Würzburg大學O.L.Lange(德國):植物生理生態(tài)研究;北威爾士大學J.L.Harper(英國):植物種群的研究;Toulouse植被制圖中心,H.Gaussen(法國):植被制圖;康乃爾大學R.H.Whittaker(美國)):植被分析研究。4.群落的基本特征:具有一定的外貌:生活型、(種類組成)生長類型反映植物群落的外貌。具有一定的種類組成:《內蒙古植物志》p371~391。一定的群落結構:形態(tài)結構、生態(tài)結構(生態(tài)類型)、營養(yǎng)結構(食物鏈)。形成群落的環(huán)境:不同物種之間相互影響:種間關系。動態(tài)特征:替代過程、機制、替代后果。分布范圍:植被的分布規(guī)律主要受溫度、水分的限制。5.群落的性質:

關于群落性質問題,生態(tài)學界存在兩派絕然對立的觀點:

機體論觀點認為:美國生態(tài)學家Clements(1916,1928)曾把植物群落比擬為一個有機體,看成是一個自然單位。認為群落是客觀存在的實體,是一個有組織的生物系統(tǒng),是一個自然單位,像有機體與種群那樣,被稱為機體論觀點;

個體論觀點認為:

H.A.Gleason在1926年發(fā)表了“植物群叢中的個體論概念(individualisticconcept)”群落并非自然界的實體,而是生態(tài)學家為了便于研究,從一個連續(xù)變化著的植被連續(xù)體中,人為確定的一組物種的集合,被稱為個體論觀點。

爭論焦點機體論觀點個體論觀點兩條途徑群叢單位理論指導下的群落學研究從種群獨立性假說出發(fā)的群落種群研究群落類型真實的、自然界中的客觀實體抽象的、人為群落比擬有機體、生物的“種”群落比擬為有機體欠妥群落邊界明顯的逐漸過渡群落分布間斷分布連續(xù)分布代表人物Clements(1916,1928)H.A.Gleason(1926)

實際上任何植物的自然種群,都是自然群落整體中的一個成員,它本身的種群過程,必定與其生存的群落環(huán)境不可分割。近十來年出現了一個新的轉機:

植物種群生態(tài)學研究:更重視對各種群落內部種群結構和動態(tài)的研究。

植物群落學研究:更加重視群落中的優(yōu)勢種或特征種、生態(tài)種組的種群統(tǒng)計和分布格局的定量化研究,深化認識植物群落形成演替、結構功能、、穩(wěn)定性和多樣化的過程。

由于兩種理論觀念從對立逐漸地相互補充和滲透,從而給植被理論和方法及其應用注入了一股強大的新力量。第二節(jié)群落的種類組成研究種類組成的意義和方法種類組成的性質分析種類組成的數量特征種間關聯的研究方法群落的綜合特征一、研究種類組成的意義和方法1.研究種類組成的意義:種類組成是決定群落性質的重要因素,一個確定的植物群落,總是由一定的種類成分所組成。種類組成是鑒別不同群落類型的基本特征;不同的群落類型必然有不同的種類組成。登記種類組成成分:編寫包括所有種類的植物名錄及其他信息(生活型、生態(tài)類型、地理成分等)。

2、研究種類組成的方法:

選擇樣地:選擇典型地段,即能夠反映植物群落特征的地段,只代表群落的基本特征不是全部面積。選擇要求:

ⅰ、種的分布要具有均勻性;

ⅱ、有層次分布;

ⅲ、生境條件(地形、土壤)一致;

ⅳ、典型地段(中心),避免過渡地帶。

3.登記樣地面積:不應小于其最小面積(表現面積)。

表現面積:能夠包括群落中大多數植物種類的最小地段。

群叢片段:當一個植物群落占據地段的面積很小,以致于不能表現該群落的特征時為群叢片段,將全部面積作為登記記載面積。

4.樣地登記的方法:樣方、樣條、樣線、樣圓等。

其中樣方種類有:

記名樣方(單位面積內的植物種類)

完全樣方(種名<拉丁文>、高度、個體數量、物候、

鮮重、干重、含水量)。

二、種類組成的性質分析

植物區(qū)系學分析:從分類學和區(qū)系學角度出發(fā),可以劃分出區(qū)系成分。植物區(qū)系:一個地區(qū)所生長或生活的全部植物種類的總體就是該地區(qū)的~(行政區(qū)劃、地理區(qū)域)。種類組成的統(tǒng)計分析:對群落中所有植物的科、屬、種進行統(tǒng)計分析,其結果可列成植物名錄和科屬組成表。植物區(qū)系地理成分分析:以現代分布區(qū)為基礎的區(qū)系劃分,最常見的地理成分如泛北極、東亞、地中海、鄂爾多斯、亞洲中部。在搞清一個地區(qū)植物區(qū)系地理的基礎上,對再搞清植物群落的中心和來源有重要意義。植物名錄和科屬組成表植物名稱科屬地理成分生活型水分生態(tài)類型中名,拉丁名合計2.生態(tài)成分分析:從生物有機體對其周圍環(huán)境適應性出發(fā),劃分出生態(tài)成分:

生態(tài)類型(根據光、水、溫度、土壤等因子劃分分析)

生活型(生長型)。二、種類組成的性質分析3.群落成員型分析:從物種在群落中所起的作用出發(fā),根據個體數量的多少和所起的作用的大小劃分:

優(yōu)勢種(dominantspecies)。建群種(edificator或constructivespecies)

伴生種偶見種

同一物種可以出現在不同的群落中,在不同的群落中所起的作用大小不同,即同一物種在不同群落中可以以不同的群落成員型出現。三、種類組成的數量特征:

1、種的個體數量指標:豐富度、密度、相對密度、密度比還有:蓋度、頻度、高度、重量、體積以及相對蓋度、蓋度比,以此類推。2、種的綜合數量指標:優(yōu)勢度:重要值、綜合優(yōu)勢比生態(tài)位:空間、營養(yǎng)、多維生態(tài)位等。四、群落的綜合特征:1、種的存在度和恒有度

1)存在度:在同一類型的各群落中,某一植物所存在的群落數占被統(tǒng)計群落數的百分比,表明同一類型的不同群落之間在種類組成方面的相似程度,存在度大的植物種類越多,群落間的相似程度越大。

2)恒有度:如果在每個群落中都取相同的面積登記起種類組成,然后求某重植物在這些面積中出現的比率稱為恒有度。種的存在度和恒有度都用來說明同一類型的群落中種類組成的均勻性和一致性。恒有度即一定面積的存在度,可避免由于取樣面積不等帶來得誤差。2、確限度(忠實度):一個種局限于某一類型植物群落的程度,植物種類對一個群落類型的忠實度。

由此劃分的植物種與群落類型的關系:

1)特征種:確限度為5級的種,完全局限于一個植物群落之內,又稱局限種。

偏宜種:確限度為4級,某一群叢的種,但也可以在其它群落中以相當低的存在度出現。

適宜種:確限度3級,在幾個群落單位中或多或少豐盛的生長,但在某一群落中占優(yōu)勢或生長最旺盛的種。

2)伴生種:確限度2級,對任何群落都無明顯選擇的種。

3)偶見種:確限度1級(外來種),少見或偶爾從別的群落中侵入近來的種,或從過去的群落中殘遺下來種。3、種間關聯:指種間相互吸引或排斥的性質

1)種間關聯的研究內容:

a.在一定的置信水平上檢驗2個種間是否存在關聯;

b.測定關聯的程度。

2)種間關聯一般用X2檢驗(卡方檢驗);

首先將兩物種出現與否的的觀測值填入2×2聯列表。樣方數種B出現的不出現種A出現的不出現aba+bcdc+da+cb+dn=a+b+c+d

表中a,b,c,d是實際觀測值:

a:是兩個種均出現的樣方數,

b:是僅出現物種A的樣方數,

c:是僅出現物種B的樣方數,

d:是兩個種均不出現的樣方數。

如果兩物種是正關聯,那么絕大多數樣方為a和d類;

如果屬負關聯,則為b和c類;

如果是沒有關聯的,則a、b、c、d各類樣方數出現機率相等,即完全是隨機的。

根據上述觀測值

,算出理論值求得X2值并檢驗:X2=∣實測值-理論值∣2/理論值或

n(ad-bc)2X2=------------------------------(a+b)+(c+d)+(a+c)+(b+d)

若計算得到的X2值大于理論值(表中查到的),說明兩物種彼此獨立的假設不成立。

若兩個種有顯著的相關,可用一些指數來測定關聯程度的大小。4、幾種主要的相關指數:仍2×2聯列表以為基礎Jaccard(1901,瑞士)指數:I=c/(a+b+c)

a:是僅出現物種A的樣方數

b:是僅出現物種B的樣方數

c:是兩個種均出現的樣方數其中,I值又稱為:物種群落系數或物種共同出現百分率。

點相關系數:相關系數:當兩個種都存在于所有樣方時,一般通過用數量數據()計算種間相關系數來衡量兩種間的相關程度。3、物種的相似性:考察兩個群落種類組成的相似性

瑞士學者Jaccard,ISJ=c/(a+b+c)×100%

a:第一個樣方獨有的物種的種數

b:第二個樣方獨有的物種的種數

c:兩個樣方共有的物種種數。Srensen,ISS=2C/(A+B)×100%

A:第一個樣方物種數

B:第二個樣方物種數

C:實際上兩個物種出現的概率,(A+B)/2:理論上兩個物種同時出現的概率。第三節(jié)群落的外貌與結構

種群在協同進化中形成的,其中生態(tài)適應和自然選擇起了重要群落的外貌與結構是群落的明顯標志,它是群落種植物與植物間、植物與環(huán)境間相互關系的具體綜合反映。不同的群落具有不同的外貌與結構,因此,外貌與結構是識別與堅定群落類型的重要特征,是群落研究的必要基礎。

生物的每一組織水平都有其特定的結構,并與其功能相聯系,生物群落也是如此。群落結構是群落中相互作用的作用,因此,群落外貌及其結構特征包涵了重要的生態(tài)學內容。

一、群落的外貌與結構要素

二、群落的垂直結構

三、群落的水平結構

四、群落交錯區(qū)與邊緣效應一、群落的外貌與結構要素

1、植物群落的外貌(physiognomy)2、層片(synusia)3、同資源種團(guild)4、生態(tài)位(niche)一、群落的結構要素

1、植物群落的外貌(physiognomy):指的是群落的外表形態(tài)或相貌,它是群落與外界環(huán)境長期適應的結果。群落的外貌主要取決于植物種類的形態(tài)習性或長相、生活型或生長型、葉型以及周期性等幾個方面。

形態(tài)習性(morphologicalperformance)生活型(lifeforms)生長型(growthform)生活型譜(lifeformspectrum)1、形態(tài)習性(morphologicalperformance):

形態(tài)習性指的是群落種類組成者的形態(tài)特征,這些特征在一定程度上與環(huán)境條件相關,或是生境因子作用的必然結果,談們在很大程度上決定著群落的外貌。

高度:指植株的絕對高度、平均或最高高度。草本群落通常指葉層高度和花序高度;森林群落區(qū)別樹高和枝下高或干高。

樹冠:是植物生長枝葉的頂部。樹冠形態(tài)與群落內的光條件的變化相適應,在一定程度上反映了光能利用情況。樹冠的形態(tài)取決于側枝開始的相對高度、以及主枝的長度和發(fā)射角。樹冠形態(tài)可分為:

圓柱形,充分利用直射光與散射光;

凸透鏡形樹冠,利用散射光;

扁形樹冠,對光的利用介于兩者之間;

塔形樹冠,充分利用散射光;

傘形樹冠,能利用直射光。

樹皮:其顏色、厚度、氣味、性狀及剝落方式等,常給予森林以顯著的外貌特征??勺鳛樽R別樹種的標志,在一定程度上反映著環(huán)境條件的差異。

板根、支柱根和呼吸根:

板根(buttress):是雨林的一個重要外貌特征,其形成與土壤的有效深度、通氣不良,以及根系對氧氣的競爭有關。

支柱根(stiltroot):使紅樹林和沼澤林的一個明顯特征。與沼澤土壤條件和林下潮濕空氣密切相關。

呼吸根:是沼澤林的一個顯著的外貌特征。通常是曲膝狀、指狀和蛇狀,被看作為通氣奇觀。

莖花(cauliflory):指生長在無葉的莖上、樹干上或枝條上,是雨林的一個最奇特的外貌特征。生態(tài)學意義是適應昆蟲異花傳粉的。莖花的類型有:簡單莖花、枝花、干花、基花、孤枝花、鞭狀花、懸垂花等。

葉型(leafform):指葉子的形狀和大小。同一群落內或不同群落間葉型常有明顯的差異。不同生境內的群落其葉型的差異尤為顯著。因此,作為群落外貌特征之一的葉型分析越來越被重視。

C.Raunkiaer(1934)創(chuàng)議的以葉面積大小分為6級,各級間相差9倍。最小的鱗葉或細葉:S=0~25mm2,微葉、小葉、中葉、大葉、巨葉S>18226~164025mm2

最佳葉子大小預測模型:收益——成本分析方法,以平衡蒸騰失水的植物根吸水量作為成本,以光合收益高低作為收益,從這兩個參量隨葉子增大而變化的相互關系中(圖6—7),求得收益與成本相差最大時的葉子大小。

群落的不同層次間的葉型存在著差異。

葉緣性質的變化與葉型變化同樣突出:

熱帶雨林和常綠闊葉林的全緣葉是極其顯著的特征,約占80~90%。

葉面積指數(leafareaindex):

總葉面積(單面計算)

LAI=————————————

單位土地面積生活力(vitality):指物種在群落中的生長發(fā)育能力。Braun-Blanquet(1932,1964)制定了4級的生活力等級。Daubenmire(1968)制定了5級的生活力等級。Работнов(拉鮑特若夫,1945)建議去下列幾類種群:

1、侵入種群:植株處于定居(馴化)過程中,在群落中未能完成自己的整個發(fā)育循環(huán)。

2、正常型種群:植株在群落中全部完成從發(fā)芽到結籽的整個生活循環(huán)。

3、消退型種群:植株的有性繁殖更新停止。

周期性(periodicity):是指群落中那些與季節(jié)性氣候變化相關聯的、明顯的周期現象。

群落的周期現象取決于構成群落優(yōu)勢植物的物候現象或物候相(phenologicalphase)。

由于各種植物的物候進程不同,使群落在不同季節(jié)里表現出不同的外貌,這種某個季節(jié)里的外貌就是季相(aspect)。隨季節(jié)更替而改變的群落外貌變化,稱為季相演替(aspection)。

群落的季相是群落適應環(huán)境節(jié)律的一種必然的表現形式。群落的周期性外貌變化,在溫帶和寒帶明顯的和氣候變化相吻合,表現得最為明顯,而控制這種季節(jié)性變化的外界因子是溫度的節(jié)律;在熱帶亞熱帶很大程度上是取決于濕度的節(jié)律性變化。

群落的周期性在很大程度上是受環(huán)境節(jié)律的影響,在很多情況下,由機體內部的和機能的節(jié)律,就是通過與環(huán)境節(jié)律相聯系而反映出環(huán)境的節(jié)律,是有機體長期與環(huán)境節(jié)律相適應的必然結果。

2、生活型(lifeforms):

1)概念:生活型是植物對一定的生活環(huán)境長期適應的外部表現形式。同一生活型的植物不但在體態(tài)上是相似的,而且在形態(tài)結構、形成條件和某些生理過程也具相似性。

注意:生活型主要是依據生態(tài)劃分的,生長型則或多或少主要是依據形態(tài)劃分的;是生態(tài)學的分類單位,是不同種植物對于相同環(huán)境條件趨同適應的結果,是生態(tài)適應的完整系統(tǒng)。

2)生活型的劃分系統(tǒng)《植物群落學》(p62~69):

C.Raunkiaer(1934)選擇休眠芽在不良季節(jié)的著生位置把植物劃分為五類生活型:高位芽、地上芽、地面芽、隱芽植物和一年生植物。

3、生長型(growthform):《中國植被》以植物體態(tài)劃分出下列生活型類群:

木本植物:喬木、灌木、、竹類、藤本植物、附生、寄生。

半木本植物:半灌木、小半灌木。

草本植物:多年生、一年生、寄生、腐生、水生草本。

葉狀體植物:苔蘚、地衣、藻菌。

4、生活型譜(lifeformspectrum):某一地區(qū)或某一群落中全部種類所屬生活型的百分率的對比關系。

某一種生活型的物種數某一種生活型%=----------------------------×100%

該地區(qū)(或群落)中全部種數

世界各氣候帶的植物生活型譜(Raunkiear,1905)氣候帶種數生活型%PhChHCrT熱帶(塞色爾群島)25861612516荒漠帶(利比亞)194122120542地中海代(意大利)366126291142溫帶(丹麥)108473502218北極帶(斯匹次卑爾根)11012260152常態(tài)普1000469266134、生態(tài)位(niche)

C.Elton(1927)把生態(tài)位定義為種在群落中的機能作用和地位。后來,許多人認為生態(tài)位可與資源利用譜等同(May,1976)。根據G.F.Gause(1934)等人的實驗,生態(tài)位相同的種不能共存,因之有人提出每個生態(tài)位一個種的概念,上邊談到的同資源種團,實際上它們的資源利用譜也不可能完全一致。生態(tài)位與群落結構有密切的聯系,群落結構越復雜,生態(tài)位多樣性越高。二、群落的垂直結構(verticalstructure)

是指群落在空間中的垂直分化或成層現象(stratification),它是群落的重要的形態(tài)特征,因此有人稱之為群落的形態(tài)結構。它具有深刻的生態(tài)學意義和實踐意義。

群落中的植物各有其生長型,其生態(tài)幅度和適應性又各不相同,各自占據著一定的空間,他們的同化器官和吸收器官處于地上和地下或水面下不同的深度。它們的這種空間上的垂直配置,形成了群落的層次結構,或垂直結構。每個垂直分化的高度或深度,形成在垂直空間中不連續(xù)的層(stratum)?;蛘哒f,層是由于植物的活動部分在地上和地下部分的排列而形成的植物層,它是在空間上隔離的,有時是在時間上隔離的。1、地上成層現象

2、地下成層現象

3、剖面圖解1、地上成層現象地上成層現象(supraterraneousstratification):是指植物的同化器官在地面以上不同的高度所形成的垂直結構或層次結構。地上成層現象在森林群落里最為明顯,通常根據生長型劃分為四個基本層次:喬木層(treestratum);

灌木層(fruticosestratum);

草本層(herblayer);

地被層(fieldstratumorgroundstratum由苔蘚、地衣構成)。

草本群落的地上成層現象較為簡單,通常只有:

草本層(herblayer);

地被層(fieldstratumorgroundstratum)

各層可再按同化器官的高度劃分相應的亞層。

另外,森林群落中喬木層以下的通稱為:

林下層或林下植物(lowergrowth,undergrowth)

附生、寄生、藤本等生長型的植物,它們依附于各種植物體上往往在整個群落的垂直空間內都有分布,因而被稱為:

層間植物(interstratumplant);

層外植物(extrastratumplant);

層內植物(nitrastratumplant)。

群落中的種群常由于年齡結構的差異,不同齡級的個體分別處于不同的層次結構?是群落的垂直分化由于缺乏空間的不連續(xù)性而不明顯。這種在某一特定時期,由于種群年齡結構或個體相對高度的不同而表現的垂直分化,稱為冠或蓋幕(canopy),或更新層(regenerationstratum)或繁殖層(propagationstratum)。

多層結構的群落,由于各個層次在群落中的作用和地位不同,常區(qū)別為主要層和次要層。

主要層:在創(chuàng)造群落內的特殊環(huán)境方面起著主導作用。從而影響或決定著其他層次,他的校長導致群落的質變。

次要層:在群落內植物環(huán)境的創(chuàng)造中起著次要作用或很微弱,它們的存在、種類組成、個體數量、結構狀態(tài)等等,都直接與主要層所創(chuàng)造的環(huán)境密切相關,或取決于主要層的作用和影響。

生態(tài)管理及生態(tài)監(jiān)測§1環(huán)境污染及其監(jiān)測環(huán)境污染環(huán)境監(jiān)測和風險評價

環(huán)境污染環(huán)境污染(environmentalpollution)是指人類活動使環(huán)境要素或其狀態(tài)發(fā)生了變化,從而使環(huán)境質量惡化,擾亂和破壞了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及人類的正常生活條件的現象。常見的環(huán)境污染有:空氣污染(airpollution)酸雨(acidrain)水污染(waterpollution)土壤污染空氣污染(airpollution)空氣污染是由人類活動直接或間接引起天然與合成有害物質向大氣的排放。污染物直接排放到大氣中稱初級污染物,在太陽電磁輻射的影響下,在空氣中由其他污染物制造出來,稱次級污染物。主要的空氣污染物有:二氧化硫、固體顆粒、二氧化氮、碳氫化合物、一氧化碳、臭氧、硫化氫、氟化物、一氧化氮、鉛、汞。空氣污染物對人及整個自然界有重要的影響。造成環(huán)境不舒適,腐蝕雕塑,破壞公共設施;防礙人類和其他生物的健康,同時改變氣候以及土壤、湖泊和河流的化學性質。酸雨(acidrain)酸雨(acidrain)和酸沉降(aciddeposition):酸雨(1972,英國化學家R.A.Smith提出)是指雨水中含有一定數量本性物質(硫酸、硝酸、鹽酸等)的自然降水現象。大氣中形成酸的物質以雨、雪、雹和霧等形式從空氣中沉降下來,其pH值一般都小于5.6,這種現象稱酸沉降。酸沉降對動物、植物以及森林有明顯的損害;改變了土壤和湖泊的pH值,同時本酸化會導致有毒金屬(汞和鋁等)從土壤和沉積物中釋放出來。水污染(waterpollution)水污染是指由于人類活動而排放的污染物進入水體,使水體及其底泥的物理、化學性質或生物化學性質發(fā)生了變化,從而防礙了對水體的利用,這種現象稱水污染。水體污染物可分為生物體、可溶性化學物質、不溶性化學物質和熱四類。水污染危害:有毒物對生物的直接毒害,不溶性固體降低水的質量;水中有害生物導致水傳播疾病的流行;水中有機質引起水體的富營養(yǎng)化,引起水體生物耗氧(BOD)和化學耗氧量(COD)增加;水中有毒物質如重多屬和多氯聯苯等在食物鏈上的生物放大作用,使生物體的酶活性受影響;工業(yè)余熱通過多種途徑影響水生生物。富營養(yǎng)化(eutrophication)富營養(yǎng)化是指在人類活動的影響下,生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質大量進入湖泊、河口、海灣等緩流水體,引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖,水體溶解氧量下降,水質惡化,魚類及其他生物大量死亡的現象。水體出現富營養(yǎng)化情況下,浮游藻類大量繁殖,形成水華,因占優(yōu)勢的浮游藻類的顏色不同,水面出現各種顏色,這種現象在海洋中叫赤潮。多數學者認為氮和磷等營養(yǎng)物質濃度的升高是藻類大量繁殖的原因,由于磷通常是水生生物生長的限制性營養(yǎng)物,因此是引起水體富營養(yǎng)化的主要物質。土壤污染土壤污染是指人類活動所產生的物質通過多種途徑進入土壤,其數量特征和速度超過了土壤容納的能力和土壤凈化速度的現象。常見的土壤污染物有:物理類、化學類、生物類等,其中以化學類最為普遍、嚴重和復雜。常見的化學污染物有:無機污染物包括:重金屬、放射物質和營養(yǎng)物質等,有機污染物是化學農藥,如有機氯類、有機磷類、氨基甲酸酯類、苯酰胺類等;石油、多環(huán)芳烴、多氯聯苯、甲烷等;多聚物如尼龍、塑料和橡膠等。物理污染物有工業(yè)廢渣、城市垃圾等;生物污染物有大腸肝菌、炭疽桿菌、蠕蟲類。

環(huán)境監(jiān)測和風險評價生態(tài)監(jiān)測的內容及特點生態(tài)監(jiān)測的原理和方法風險評價生態(tài)監(jiān)測的內容及特點環(huán)境監(jiān)測(environmentalmonitoring):研究和監(jiān)測環(huán)境質量。其手段有化學、物理學、生物學、生態(tài)學、地球物理、地球化學等,因此其內容有化學監(jiān)測、物理監(jiān)測、生物監(jiān)測、生態(tài)監(jiān)測、地球物理化學監(jiān)測等。生態(tài)監(jiān)測(ecologicalmonitoring):利用生命系統(tǒng)各層次對自然或人為因素引起環(huán)境變化的反應來判定環(huán)境質量。生態(tài)監(jiān)測的特點:能綜合地反映環(huán)境質量狀況;具有連續(xù)監(jiān)測的功能;具有多功能;監(jiān)測靈敏度高。生態(tài)監(jiān)測的原理和方法生態(tài)監(jiān)測的原理生態(tài)監(jiān)測的方法生態(tài)監(jiān)測的原理生物與環(huán)境之間相互依存、相互影響、協同進化。生物與環(huán)境相互補償、協同發(fā)展是在自然界長期發(fā)展過程中形成的,生物的變化是某一區(qū)域內環(huán)境變化的一個組成部分,因此,生態(tài)學上個體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)各組織層次的生物變化可以作為環(huán)境改變的指示和象征。生態(tài)監(jiān)測的方法個體和種群水平指示生物法(indicatororganism)群落和生態(tài)系統(tǒng)水平污水生物系統(tǒng)法(saprobiensystem)PFU(聚氨酯泡沫塑料塊)法(polyurethanefoamunit)生物測試(bioassay)指示生物法指示生物法是指用指示生物來監(jiān)測環(huán)境狀況的一種方法。指示生物(indicatororganism)是一些對環(huán)境中的某些物質,包括污染物的作用或環(huán)境條件的改變能較敏感和快速地產生明顯反應的生物。通過其所作的反應可了解環(huán)境的現狀和變化,起“預警”功能。指示生物的基本特征:對干擾作用反應敏感且健康;具有代表性;對干擾作用的反應個體間的差異小、重現性高;具有多功能。常用的指示生物:紫花苜蓿(SO2),地衣和苔蘚(SO2、氟化物),菜豆、煙草(O3)等。污水生物系統(tǒng)法污水生物系統(tǒng)法是由Kolkwiz和Marsson1909年提出,后經完善的一種用于河流污染、尤其是有機污染的一種監(jiān)測方法。由于河流受污染后,在污染源下游的一段流程里會發(fā)生自凈過程,即隨著河水污染程度的逐漸減輕,生物的種類組成也隨之發(fā)生變化,在不同的河段將出現不同的物種。根據生物種類組成將河流劃分為多污帶、α-污染帶、β-污染帶和寡污染帶。各污染帶都有各自的物理、化學和生物的特征。亦可用群落中優(yōu)勢種群來劃分污染帶。PFU法PFU法是用取氨酯泡沫塑料塊采集水域中微生物和測定其群集速度來監(jiān)測和評價環(huán)境質量狀況的一種方法。1969年由美國弗吉尼亞工程學院和弗吉尼亞州立大學環(huán)境研究中心的Cairns等人1969年創(chuàng)立的。國內自80年代起將這種方法用于污染水體的監(jiān)測和評價。PFU法的原理是島嶼生物學原理,即原生動物集群過程實際上是集群速度隨著種類上升而下降的過程,二者的交叉點就是種數的平衡點。達到平衡點的時間取決于環(huán)境條件。PFU法的優(yōu)點:使監(jiān)測水平提高到了群落層次,使監(jiān)測更符合客觀事實和真實環(huán)境;簡便易行。生物指數法生物指數法是指用數學公式反映生物群落結構變化,以評價環(huán)境質量。常用的有:生物指數(BI)=2nA+nB,n為底棲大型無脊椎動物的種類數,A為敏感種類數,B為耐污染種類數。污染生物指數=顫蚓類的個體數量/底棲動物個體數量*100硅藻指數=(2A+B-2C)/(A+B-C)*100,A為不耐污染的種類數;B為對有機污染耐力強的種類數;C為在污染區(qū)內獨有的種類數。生物測試生物測試又稱生物測定或生物檢試,是利用生物受到污染物質的毒害所產生的生理機能等變化測試污染狀況的方法。毒性試驗急性毒性試驗慢性毒性試驗致突變檢測微核技術:細胞分裂過程中染色體進行復制時,如果受到外界誘變因子作用,就會產生一些游離的染色體片斷,形成包膜,變成大小不等的小球體,這就是微核。利用細胞減數分裂四分體時期出現的微核來指示環(huán)境污染的方法稱微核技術。生態(tài)風險評估生態(tài)風險評估是利用生態(tài)學、環(huán)境化學及毒理學的知識,定量地確定環(huán)境危害對人類的負效應的概率及其強度的過程。生態(tài)風險評價的步驟生態(tài)風險評估的步驟生態(tài)風險評估問題的形成分析過程風險源評估效應評估風險特征化風險管理§2生物資源的管理生物多樣性及其保育生物資源管理人口管理生物多樣性及其保育生物多樣性生物多樣性的價值生物多樣性的現狀生物多樣性喪失的原因生物多樣性的保育對策生物多樣性生物多樣性(biodiversity):生物多樣性是生物及其與環(huán)境形成的生態(tài)復合體以及與此相關的各種生態(tài)過程的總和。它包括數以百萬計的動物、植物、微生物和它們所擁有的基因以及它們與生存環(huán)境形成的復雜生態(tài)系統(tǒng)。包括四個層次:遺傳多樣性(基因多樣性)物種多樣性生態(tài)系統(tǒng)多樣性景觀多樣性遺傳多樣性指種內基因的變化,包括種內顯著不同的種群間和同一種群內的遺傳變異。其測度包括三個方面,即染色體多態(tài)性、蛋白質多態(tài)性和DNA多態(tài)性。物種多樣性指物種水平的多樣性,即一個地區(qū)內物種的多樣化,主要是從分類學、系統(tǒng)學和生物地理學角度對一定區(qū)域內物種的狀況進行研究。生態(tài)系統(tǒng)多樣性指生物圈內生境、生物群落和生態(tài)過程的多樣化以及生態(tài)系統(tǒng)內生境差異、生態(tài)過程變化的多樣性。生態(tài)多樣性指數可分為:α多性指數β多樣性指數γ多樣性指數景觀多樣性指不同類型的景觀要素或生態(tài)系統(tǒng)構成的景觀在空間結構、功能機制和時間動態(tài)方面的多樣化或變異性。生物多樣性的價值直接價值:為人類提供了基本食物、纖維、藥物和燃料和建材等間接價值:表現在生態(tài)系統(tǒng)的服務,具體表現在以下幾個方面。能量固定;調節(jié)氣候;調節(jié)水文;保護土壤;貯存必須的營養(yǎng)元素,促進元素循環(huán);維持進化過程;對污染物質吸收和分解作用;娛樂-美學、社會文化、教育、精神及歷史方面具有重要價值。生物多樣性的現狀生物多樣性的豐富程度:世界上的物種估計有500萬到3000萬種,已定名的為140-170萬種。中國是世界上物種最豐富的國這之一,中國的物種數約占世界物種總數的10%。中國的特有種十分豐富,以維管植物、哺乳類和鳥類計算,僅次于印度尼西亞,居亞洲第二。生物多樣性的受威脅現狀:Schopf認為生物物種的壽命是20萬年,地球上有4000種哺乳動物,如果以4000個哺乳動物種作為平衡點,那么每50年就有一個物種滅絕。二十世紀內,每年滅絕0.27種哺乳動物,每4年有一個物種。滅絕速率為自然滅絕的近13倍。生物多樣性喪失的原因引起生物多樣性喪失的主要原因有:棲息地喪失和片斷化;掠奪式的過度利用;環(huán)境污染;工業(yè)化的農業(yè)和林業(yè);外來種的引入;全球氣候變化。生物多樣性的保育對策保護公約和立法建立自然保護區(qū)和國家公園遷地保護種子庫和基因資源庫退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復生物多樣性的監(jiān)測保護公約國際生物多樣性保護公約:1992年6月在巴西首都里約熱內盧召開了地球最高級會議,聯合國環(huán)境與發(fā)展大會,通過了國際生物多樣性公約,確立了生物多樣性保護的重要地位,152個國家在公約上簽字。5月22日世界生物多樣性日。保育對策應該包括全球、國家、地區(qū)和地方的一系列不同層次。國際級對策保護全球受威脅生態(tài)系統(tǒng),由IUCN(InternationalUnionforConservationofNature)牽頭。成功的措施是瀕危野生動植物物種國際貿易公約(CITES)以及南極協議(AntarcticTreaty,1992)。國家級對策由政府組織安排和通過立法執(zhí)行,如保護區(qū)的建立。生物資源管理有益生物種群的產量有害生物的防治與管理有益生物種群的產量最大持續(xù)產量原理:

dN/dt=rN(K-N)K

當N=K/2時,dN/dt最大,

d(K/2)/dt=rK/4Graham(1935)認為:在漁業(yè)生產中,dN/dt可以看成是可供捕撈而不影響資源種群大小的“剩余生產”。要使種群維持最大的產量(MSY),就應該使資源種群保持在N=K/2的水平。此時,MSY=rK/4。最大持續(xù)生產量在生產實踐具有重要的意義

最大持續(xù)產量原理K/2K/2BAbaNKNdN/dtMSYMSYdN/dt●●●●NMSY●●●●最大持續(xù)生產量的生產實踐意義假如一個未受人類利用的資源種群數量是穩(wěn)定的,那么在按最大持續(xù)產量的策略進行捕獵前,首先要將種群的數量降低,降低以后才能使種群增長率提高,才能有持續(xù)產量;種群數量降低到每一水平,都有一個相應的持續(xù)產量,這個持續(xù)產量等于該數量水平(N)下的增加量dN/dt;每一個持續(xù)產量都有相應的兩個種群數量能提供這個持續(xù)產量;只有在一個種群數量水平下,才能有最大持續(xù)產量,理論上講,這個數量是N=K/2水平;按邏輯斯諦增長數學模型的原理,最大持續(xù)產量MYS=rK/4,而能提供最大持續(xù)產量的種群數量NMYS=K/2。有害生物的防治與管理有害生物(pest):與人類競爭食物或遮蔽所、傳播病原體、以人類為食或用不同的方法威脅人類健康、舒適或安寧的生物。防治的原理:防治有害生物的過程往往成為一個獵取“持續(xù)產量”的過程,因此,如果每年去除一個“最大待續(xù)產量”,那么既不能將危害動物種群消來掉,也不能把它的數量壓到K/2的水平以下,所以,只有當每年的去除數量大于“最大持續(xù)產量”,才能使種群趨向滅亡。防治目標:降低有害生物到某一水平,在這個水平上進一步降低是無利可圖的。防治類型:化學防治、生物防治、基因防治、物理防治、綜合防治。有害生物防治的利益和代價模型成本或價值有害生物密度防治成本作物價值防治利益§3生態(tài)環(huán)境規(guī)劃與管理環(huán)境規(guī)劃生態(tài)規(guī)劃生態(tài)環(huán)境治理環(huán)境規(guī)劃環(huán)境規(guī)劃也稱環(huán)境保護規(guī)劃,強調規(guī)劃區(qū)域內大氣水體、噪聲及固廢等環(huán)境質量的監(jiān)測、評價和調控管理。生態(tài)規(guī)劃生態(tài)規(guī)劃的概念生態(tài)規(guī)劃的原則生態(tài)規(guī)劃的內容生態(tài)規(guī)劃的步驟生態(tài)規(guī)劃的概念生態(tài)規(guī)劃:強調運用生態(tài)系統(tǒng)整體優(yōu)化觀點,對規(guī)劃區(qū)域內城鄉(xiāng)生態(tài)系統(tǒng)的人工生態(tài)因子(如土地利用狀況、產業(yè)布局狀況、環(huán)境污染狀況、人口密度和分布以及建筑、橋梁、道路、城市管線基礎設施分布等)和自然生態(tài)因子(氣候、水系、地形地貌、生物多樣性、資源狀況等)的動態(tài)變化過程和相互作用特征都應給予相當的重視,研究物質循環(huán)和能量流動的途徑,進而提出資源合理開發(fā)利用,環(huán)境保護和生態(tài)建設的規(guī)劃對策。其目的在于區(qū)域與城市生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán),保持人與自然、人與環(huán)境關系的持續(xù)共生,協調發(fā)展,追求社會的文明、經濟的高效和生態(tài)環(huán)境的和諧。

生態(tài)規(guī)劃的原則整體優(yōu)化原則趨適開拓原則協調共生原則區(qū)域分異原則生態(tài)平衡原則高效和諧原則可待續(xù)發(fā)展原則生態(tài)規(guī)劃的內容生態(tài)要素的調查與評價環(huán)境容量和生態(tài)適宜度分析評價指標體系的建立及規(guī)劃目標的研究生態(tài)功能區(qū)劃與土地利用布局環(huán)境保護規(guī)劃人口適宜容量規(guī)劃產業(yè)結構與布局調整規(guī)劃園林綠地系統(tǒng)規(guī)劃資源利用與保護規(guī)劃生態(tài)規(guī)劃管理對策生態(tài)規(guī)劃的步驟--國外生態(tài)規(guī)劃的技術路線資源管理生態(tài)規(guī)劃(F.Steiner,1960’s):①確定規(guī)劃目標→②資源數據清單和分析→③區(qū)域適宜度分析→④方案選擇→⑤規(guī)劃方案實施→⑥規(guī)劃執(zhí)行→⑦方案評價。McHarg生態(tài)規(guī)劃法(I.L.McHarg,1969):①確定規(guī)劃范圍和規(guī)劃目標→②廣泛搜集規(guī)劃區(qū)域的自然與人文資料(包括地理、地質、氣候、土壤、野生動物、自然景觀、土地利用、人口、交通、文化、人的價值觀調查),并分別描繪在地圖上→③根據規(guī)劃目標綜合分析,提取在第二步所收集的資料→④對各主要因素及各種資源開發(fā)(利用)方式進行適宜度分析,確定適應性等級→⑤綜合適應性圖的建立。生態(tài)規(guī)劃的步驟--國內生態(tài)規(guī)劃的技術路線規(guī)劃、環(huán)保業(yè)務部門規(guī)劃設計、籌備階段政府決策部門氣象水文地形地貌土地利用人口分布資源利用環(huán)境污染園林綠化生態(tài)要素調查、評價、預測規(guī)劃設計階段規(guī)劃目標(社會、經濟、生態(tài))規(guī)劃對策(生態(tài)功能區(qū)劃、環(huán)保規(guī)劃工程措施、綠地系統(tǒng)規(guī)劃、生態(tài)與環(huán)境管理措施)評審階段→實施階段生態(tài)環(huán)境治理生態(tài)恢復(ecologicalrestoration)生態(tài)工程(ecologicalengineering,ecoengineering)生態(tài)恢復指使受損生態(tài)系統(tǒng)恢復合理的結構、高效的功能和協調的關系,恢復不等于復原。受損生態(tài)系統(tǒng)的恢復可遵循兩個模式:當生態(tài)系統(tǒng)受損不超過負荷并是可逆的情況下,壓力和干擾被移去,恢復可在自然過程中發(fā)生;另一種是生態(tài)系統(tǒng)的受損超過負荷,并發(fā)生不可逆變化,依靠自然過程已不能使系統(tǒng)恢復,必須依靠人的幫助。生態(tài)工程馬世駿(1984)認為,生態(tài)工程是應用生態(tài)系統(tǒng)中物種共生與物質循環(huán)再生原理、結構與功能協調原則,結合系統(tǒng)分析的最優(yōu)化方法,設計的促進分層多級利用物質的生產工藝系統(tǒng)。生態(tài)工程是考慮生態(tài)系統(tǒng)自我設計特點,是有利于人為和自然兩者的設計;環(huán)境工程是利用一系列科學原理去凈化或防治環(huán)境污染。復習思考題1.

全球氣候變化可能難世界農業(yè)帶來哪些有利和不利的影響?2.目前我國所面臨的資源與環(huán)境問題主要包括哪些?3.

何謂生物多樣性?生物多樣性的價值包括哪些方面?

生態(tài)監(jiān)測第一節(jié)

生態(tài)監(jiān)測的概念和理論依據第二節(jié)

野外生態(tài)監(jiān)測的基本方法第三節(jié)

生物測試第一節(jié)

生態(tài)監(jiān)測的概念和理論依據

§1生態(tài)監(jiān)測的概念、特點和基本要求§2生態(tài)監(jiān)測的理論依據§1生態(tài)監(jiān)測的概念、特點和基本要求生態(tài)監(jiān)測生態(tài)監(jiān)測就是利用生命系統(tǒng)及其相互關系的變化反應做“儀器”來監(jiān)測環(huán)境質量狀況及其變化。

生態(tài)監(jiān)測的特點生態(tài)監(jiān)測的基本要求生態(tài)監(jiān)測的特點能綜合地反映環(huán)境質量狀況

具有連續(xù)監(jiān)測的功能

具有多功能性

監(jiān)測靈敏度高生態(tài)監(jiān)測的基本要求樣本容量應滿足統(tǒng)計學要求

要定期、定點連續(xù)觀測

綜合分析

要有扎實的專業(yè)知識和嚴謹的科學態(tài)度

§2生態(tài)監(jiān)測的理論依據

生態(tài)監(jiān)測的基礎——生命與環(huán)境的統(tǒng)一性和協同進化

生態(tài)監(jiān)測的可能性——生物適應的相對性污染生態(tài)監(jiān)測的依據——生物的富集能力生態(tài)監(jiān)測結果的可比性——生命具有共同特征第二節(jié)

野外生態(tài)監(jiān)測的基本方法

§1指示生物法§2群落和生態(tài)系統(tǒng)層次的生態(tài)監(jiān)測§1指示生物法

指示生物及其基本特征

指示生物的選擇方法指示生物的指示方式和指標

指示植物在大氣污染監(jiān)測中的應用

指示生物及其基本特征

指示生物即對環(huán)境中某些物質,包括污染物的作用或環(huán)境條件的改變能較敏感和快速地產生明顯反應的生物,通過其所作的反應可了解環(huán)境的現狀和變化。

基本特征對干擾作用反應敏感且健康

具有代表性

對干擾作用的反應個體間的差異小、重現性高

要具有多功能

指示生物的選擇方法

生物敏感性的劃分指示生物選擇方法

現場比較評比法

栽培或飼養(yǎng)比較試驗法

人工熏氣法

浸蘸法

指示生物的指示方式和指標

癥狀指示指標

指示生物的這類指標主要是通過肉眼或其它宏觀方式可觀察到的形態(tài)變化。生長勢和產量評價指標

對于植物而言,各類器官的生長狀況觀測值都可用來作指示指標。

生理生化指標

它比癥狀指標和生長指標更敏感和迅速,常在生物未出現可見癥狀之前就已有了生理生化方面的明顯改變。

行為學指標

在污染水域的監(jiān)測中,水生生物和魚類的回避反應(avoidancereaction)也是監(jiān)測水質的一種比較靈敏、簡便的方法。

指示植物在大氣污染監(jiān)測中的應用

(閱讀材料)大氣污染植物監(jiān)測方法

調查法

植物群落監(jiān)測法

污染量指數法

§2群落和生態(tài)系統(tǒng)層次的生態(tài)監(jiān)測

污水生物系統(tǒng)PFU(polyurethanefoamunit)法生物指數法

群落和生態(tài)系統(tǒng)層次的其它監(jiān)測指標

水污染的生態(tài)監(jiān)測

污水生物系統(tǒng)

是1909年由科爾科威茨和馬森提出,后又經許多學者不斷完善的一種用于河流污染、尤其是有機污染的一種監(jiān)測方法。這種方法的理論基礎是,當河流受到污染后,在污染源下游的一段流程里會發(fā)生自凈過程,即隨著河水污染程度的逐漸減輕,生物的種類組成也隨之發(fā)生變化,在不同河段將出現不同的物種。

PFU(polyurethanefoamunit)法

是指用聚氨酯泡沫塑料塊采集水域中微型生物和測定其群集速度來監(jiān)測和評價環(huán)境質量狀況的一種方法。

生物指數法生物指數(bioticindex)是指運用數學公式反映生物種群或群落結構的變化以評價環(huán)境質量的數值。群落和生態(tài)系統(tǒng)層次的其它監(jiān)測指標以測定有生命成分的結構信息為基礎的指數以功能信息為基礎的指數。這類指數主要是些生態(tài)效率指標,如P/R比率、PN/PG比率等以結構與功能聯合的信息為基礎的指標。如轉換率(turnoverration),像群落的生產速率與群落生物量的比值,即P/B比率等

水污染的生態(tài)監(jiān)測

監(jiān)測方法細菌在水污染生態(tài)監(jiān)測中的作用

浮游生物的指示作用

大型底棲無脊椎動物在監(jiān)測中的應用

第三節(jié)

生物測試

§1生物測試及基本方法§2毒性試驗§3致突變和致癌物質的檢測§1生物測試及基本方法

生物測試(bioassay)又稱生物測定或生物檢試,是利用生物受到污染物質的毒害所產生的生理機能等變化測試污染狀況的方法。生物測試方法有靜水式生物測試(staticbioassay)和流水式生物測試

§2

毒性試驗

毒物和毒性試驗的一般概念急性霉性試驗慢性毒性試驗毒物和毒性試驗的一般概念

毒性試驗(toxictest)是指人為地設置某種致毒方式使受試生物中毒,根據試驗生物的中毒反應來確定毒物毒性的試驗方法。毒物,是指由某種方式進入生物體的化學物質,在其達到一定數量時,能擾亂或破壞生物的正常生理功能,引起暫時或持久的病癥,甚至使生物死亡的物質。毒性試驗中對生物的致毒方式主要采用三種方法:一是接觸致毒;二是口服致毒;三是人工直接感染法

急性霉性試驗

急性毒性試驗是指在較短的時間內,通常為96小時或更短的時間,能引起試驗動物死亡或劇烈損傷的一種試驗方法。

慢性霉性試驗慢性毒性試驗是指在實驗室條件下進行的低濃度、長時間的中毒試驗,觀察毒物與生物反應之間的關系,以確定對生物無影響的濃度(安全濃度)。

§3

致突變和致癌物質的檢測

(閱讀材料)

微核技術微核技術是利用花粉母細胞減數分裂時四分體時期出現的微核率來指示環(huán)境污染的方法,其基本原理是:植物細胞分裂時染色體要進行復制,在復制過程中如果受到外界誘變因子的作用,就會產生一些游離染色體片斷,形成包膜,變成大小不等的小球體,這就是微核(micronucleus,MCN)。

染色單體交換測定技術魚類細胞姊妹染色單體交換(SCE)測定技術是70年代發(fā)展的一種新技術。艾姆斯試驗技術是利用經人工誘變了的微生物作為指示微生物的一監(jiān)測方法。

生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學

第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的基本結構和功能

生態(tài)系統(tǒng)的概念生態(tài)系統(tǒng)的組成成分生態(tài)系統(tǒng)的結構生態(tài)系統(tǒng)的功能生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性

§1生態(tài)系統(tǒng)的基本概念

生態(tài)系統(tǒng)(ecosystem)的定義:

指在一定的空間內,生物成分和非生物成分通過物質循環(huán)和能量流動互相作用、互相依存而構成的一個生態(tài)學功能單位,這個生態(tài)學功能單位稱生態(tài)系統(tǒng)。(英國植物生態(tài)學家A.G.Tansley(1935)提出)生態(tài)系統(tǒng)是現代生態(tài)學的重要研究對象,20世紀60年代以來,許多生態(tài)學的國際研究計劃均把焦點放在生態(tài)系統(tǒng)國際生物學研究計劃(IBP):其中心研究內容是全球主要生態(tài)系統(tǒng)(包括陸地、淡水、海洋等)的結構、功能和生物生產力;人與生物圈計劃(MAB):重點研究人類活動與生物圈的關系;生態(tài)系統(tǒng)保持協作組(ECG):中心任務是研究生態(tài)平衡與自然環(huán)境保護,以及維持改進生態(tài)系統(tǒng)的生物生產力。目前有關生態(tài)系統(tǒng)的研究,主要集中在5個方面:自然生態(tài)系統(tǒng)的保護和利用生態(tài)系統(tǒng)調控機制的研究生態(tài)系統(tǒng)退化的機制、恢復及其修復研究全球性生態(tài)問題生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的研究§2生態(tài)系統(tǒng)的組成成分無機物有機化合物氣候因素生產者

(producer)消費者

(consumer)分解者

(還原者)(decomposer)六大組成成分①生產者:自養(yǎng)生物,主要是各種綠色植物,也包括藍綠藻和一些能進行光合作用的細菌。②消費者:異養(yǎng)生物,主要指以其他生物為食的各種動物。③分解者:異養(yǎng)生物,把復雜的有機物分解成簡單無機物,包括細菌、真菌、放線菌和動物等。非生物成分生物成分(生物群落)

三大功能群

生產者(producers)又稱初級生產者(primaryproducers),指自養(yǎng)生物,主要指綠色植物,也包括一些化能合成細菌。這些生物能利用無機物合成有機物,并把環(huán)境中的太陽能以生物化學能的形式第一次固定到生物有機體中。初級生產者也是自然界生命系統(tǒng)中唯一能將太陽能轉化為生物化學能的媒介。消費者不能利用無機物質制造有機物質,而是直接或間接依賴于生產者所制造的有機物質。它們屬于異養(yǎng)生物。分解者(composers),指利用動植物殘體及其它有機物為食的小型異養(yǎng)生物,主要有真菌、細菌、放線菌等微生物。小型消費者使構成有機成分的元素和貯備的能量通過分解作用又釋放到無機環(huán)境中去。澳大利亞進口屎克螂因牛糞覆蓋每年損毀牧場3600萬畝

60年代,澳大利亞引入了羚羊糞蜣(Onthophagusgazella)和神農蜣螂(Catharsiusmolossus)等異地金龜,對分解牛糞發(fā)揮了明顯的作用。主要環(huán)境組分

輻射大氣水體土壤§3生態(tài)系統(tǒng)的結構空間結構時間結構營養(yǎng)結構食物鏈食物網一個食物鏈的例子“螳螂捕蟬,黃雀在后”(

(據周立志)植物蟬(初級消費者)

螳螂(二級消費者)黃雀(三級消費者)鷹(四級消費者)(頂極食肉動物

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