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生态学20071-1生态学理论与应用邱江平上海交通大学1-2第一章：引论（Introduction）•生态学和人类生存的环境1)当前人类所面临的主要生态环境问题2)生态学与人类文明•生态学的定义和研究对象•生态学的发展简史•生态学的分支学科•生态学的研究方法1-3一、生态学与人类生存环境1、当前人类所面临的主要生态环境问题1）全球气候变化2）生物多样性的危机1-4全球性气候变化§全球气候变化的原因1、自然原因2、人类活动的影响§气候变化带来的影响1、温度和降水变化2、海平面变化3、生态系统的变化1-5气候变化的自然原因•太阳辐射•火山喷发•厄尔尼诺•南方涛动1-6人类活动造成的大气成分变化•使一些成分含量增加，如CO2、SO2、CO、N2O、CH4等。•使一些成分减少，最典型的例子是平流层臭氧的减少。•改变一些大气成分的性质，如大气中水的酸化。•向大气中排放人工合成的物质，如氟利昂等物质。大气中的二氧化碳的含量比工业化前高出了35%1-7大气二氧化碳含量在未来的几十年内还会一路飙升•上图中红线描绘的是65万年来，地球二氧化碳含量的变化。其最高点是现在的二氧化碳含量水平。•下图中红线的最高点是按目前的发展趋势，推算50年后地球二氧化碳的含量。那时地球已经不适宜人类生存。1-9温度和降水的变化•全球气候变暖（气温变化）•降水量和降水范围发生改变1-10全球平均地表温度变化趋势生态学20071-111870189019101930195019701990YearChangefrom1940temperature(°C)-0.6-0.4-0.20.00.20.4globalsurfacetemperature人类活动导致了温度的变化1-121-13温度的上升导致冰川的融化标志物以前现在非洲吉利马扎罗山1970年前山峰被冰雪覆盖2000年只有山尖的一小部分还有残雪，预计十年内雪将全然消失美国国家冰河公园1910年冰河的景象非常壮观1998年冰河的面积已大为缩小，并将在15年内化为乌有亚洲喜马拉雅山冰山冻土现在冰河溶解蒸发的情况较上述二者更加严重。而全球4成人口，一半以上的饮用水来自喜马拉雅山冰河的河流和山泉，可以预见未来此地区会陷入缺水的危机欧洲的阿尔卑斯山脉同非洲吉利马扎罗山同非洲吉利马扎罗山南美洲巴塔哥尼亚1928年大面积冰原已荡然无存北极圈冰层厚度近40年内减薄40%1-14海平面上升•冰川融化造成了海平面的上升未来气候变化的预测1-15全球气候变化的影响1-161-171-18生物多样性危机•生物多样性概念《生物多样性公约》第2条把生物多样性定义为指“所有来源的活的生物体中的变异性，这些来源除其它外包括陆地、海洋和其它水生生态系统及其所构成的生态综合体：这包括物种内，物种之间和生态系统的多样性”。或者说：所谓生物多样性就是地球上所有的生物体及其所构成的综合体。它包括遗传多样性，物种多样性和生态系统多样性三个层次。保护生物多样性就是在基因、物种与生态环境三个水平上的保护。1-19对生物多样性的了解了解程度不同的物种数目数量1988年存在的物种数目已经描述的物种数目生态与行为上了解的物种数目遗传上了解的物种数目可以用科学方法管理的物种数目1000万100万1万0.1万0.01万1-20生物多样性丧失的事实•物种灭绝是一个自然现象:过去2亿年中,每27年有一种植物从地球上消失,每100年有90种脊椎动物灭绝；•人类活动的加剧使得物种灭绝的速度不断加快：现在物种灭绝的速度是自然灭绝速度的1000倍！1-21物种灭绝1-221-23人类活动导致的灭绝•生境的破坏•生境破碎和退化（包括污染）•人类对物种的过度开发•外来物种的引入和疾病的加速传播•全球变化1-24未来10年间即将灭绝的十种濒危动物最近几个世纪，人类活动大大破坏了自然生态，令数以百计的物种绝迹于地球。下面介绍的濒临绝种的动物，只是其中一小部分。1-25伊比利亚猞猁（IberianLynx，也称西班牙猞猁）伊比利亚猞猁也被称为西班牙猞猁（SpanishLynx）。它是国际公认的数量最少的中型猫科动物，目前仅剩不足120只。如果因为人类各种无聊的原因，人们无法尽快采取有效措施，它们极有可能迅速灭绝……1-26苏门达腊猩猩（SumatranOrangutan）产于印度尼西亚的苏门达腊猩猩，现总数少于7500只，尽管生活在国家公园和保护区中，但这些地区仍极易受到当地人的非法猎杀和农垦活动的毁坏，以至于每年这一数字都要减少1000。1-27澳洲毛鼻袋熊和野生双峰驼可爱的澳洲毛鼻袋熊虽然没有考拉那么出名，但是这个小家伙已经没有多少同伴了，总共不超过100只。野生双峰驼是我国一级保护动物，栖息在海拔2000～2300米的戈壁荒漠、山间小盆地半荒漠地区，常与黄羊和野驴在同一地区活动，主要以红柳、梭梭等荒漠植物为食。全球仅剩650余峰，到了极度濒危的状态，比大熊猫还珍贵。种群数量持续下降的主要原因：1）自然环境的变迁，使得野生双峰驼生活的草地范围不断萎缩；2）人口不断增加和垦植范围扩大，抢走了野生双峰驼的水源地。此外，人为的捕杀也是一个因素。1-28鹿瞪羚和袋翼蝠鹿瞪羚主要生活在非洲大陆，在2004年就已被列为濒临绝种的物种，在过去的十年间其数量下降了80%，成为极度濒危的物种，目前总数不超过100头。袋翼蝠主要生活在印度洋北岸以及马达加斯加岛上，目前的种群数量只有50到100左右。1-29野生扬子鳄（ChineseAlligator）和黑犀牛（BlackRhinoceros）扬子鳄是我国独有的珍稀野生动物、国家一级保护野生动物，它们已有2．3亿年的进化史，在7000多万年前就基本“定型”，与国宝大熊猫一样有着“活化石”之称，但野生存活数量远比大熊猫少，全国不足150条，且仅分布在安徽省境内43300平方公里的扬子鳄国家级自然保护区内。非洲黑犀牛在1960年时大约有10万只黑犀牛生活在非洲大草原上，时至今日，数目仅存3100。犀牛角的用途相当广泛，也正因为如此，才招致灭绝的危机。1-30双色獠狨（PiedTamarin）和棱皮龟（LeatherbackTurtle）棱皮龟是现存龟鳖类中最大的种类之一。龟壳长达2米多，体重约300公斤，最重可达800公斤。由于过度捕捉，加上人们在海洋中丢弃废塑料袋使棱皮龟误认为是水母而误食，造成肠道阻塞而死于非命，所以数量日益减少。1980年种群数量为11万5千，如今仅剩26000余只。双色獠狨（PiedTamarin）也称黑白花狨（bare-facedtamarin），亦为高度濒危动物。1-312、生态学与人类文明•古巴比伦文明的衰亡•地中海文明的衰落•消失的绿色帝国迦太基•玛雅文明与撒哈拉文明的消亡•尼罗河延续下来的文明•楼兰古国的绿色悲哀•复活节岛文明的覆灭1-32古巴比伦文明的衰亡1-331936年拍摄的巴比伦1-34地中海文明1-35尼罗河文明生态学20071-36MediterraneanSeaEgyptAfricaAswanHighDamLakeTanaLakeAlbertLakeKyogaLakeEdwardLakeVictoria253035400203010地中海TheNileriveranditstributariesandthelocationoftheAswanHighDam↓1-37玛雅文明1-38楼兰古国1-39复活节岛（EasterIsland）1-40二、生态学的定义1、定义•Ecology的前缀是来自希腊的oikos，意指“house”，也就是我们周遭的环境。•1870年德国的动物学家ErnstHaeckel给生态学下了很广泛的定义：生态学意指关于自然的经济学知识，即研究生物与有机和无机环境的全部关系----------首先是与其直接或间接接触的动物和植物的友好或敌对的关系-------即生态学是研究被达尔文称为生存斗争环境的复杂相互关系。1-41海克尔生平•海克尔（ErnstHeinrichHaeckel,1834-1919）是德国19世界最杰出的博物学家之一，同时也是进化论的最早信徒。他原本从医，但在研究过程中却对海洋生物学兴味盎然起来。后来，他在简纳大学任动物学教授。海克尔还是为多才多艺的艺术家，他为一部探讨散线虫类动物的专论绘制了插图，精美的插图使他一举成名。1-42不同生态学家对生态学的定义E.Haeckel(1866):生物与环境的关系Warming(1909):影响植物生活的外在因子等Elton(1927):科学的自然史Kamkapob(1945):生物在形态生理行为等的适应性Andrewartha(1954):生物分布、多度与环境相互作用E.Odum(1958):生态系统的结构和功能马世俊（1980）:生命系统与环境系统相互关系E.Odum(1997):有机体、物理环境与人类社会R.E.Ricklefs(2001)：自然的经济学1-43生态学是一门基础科学EcologyistoenvironmentalScienceasphysicsistoengineering.1-44Ecologyisaninterdisciplinaryscience.生态学是整合性科学它有强大潜力作为科学与社会之间的桥梁：生态经济学、复原生态学(+工程学)、保育生态学(+野生动物的经营管理)、生物多样性的研究(+分类学)、生态毒理学(+化学)、地景(景观)生态学(+地理学)、湿地生态学(+水文学)、农业生态学、环境伦理学(+哲学)。1-452、生态学的研究对象、研究内容和研究方法Emergent特质(transcendingprocesses)简单复杂分胞细组器系个种群生态生物子器胞织官统体群落系统圈生态学生理学行为学生命系统的组成层次生态学20071-46GalaxiesSolarsystemEarthEcosystemsCommunitiesPopulationsOrganismsOrgansTissuesCellsMoleculesAtomsScaleCommunityecologyCELLBIOLOGYECOLOGYPHYSIOLOGYBIOCHEMISTRYTheorganizationallevelsofecology1-47生态学系统可以小如生物个体，大如整个生物圈1-481-49生态学家从不同的透视角度研究自然1-50五个研究领域•个体行为生态学•种群生态学•群落生态学•生态系统生态学•全球生态学1-51生态学家通过观察和实验研究自然界1-52人类是生物圈中重要的组成部分,人类对于自然界的影响已上升为生态学研究的焦点1-53三、生态学的发展简史§生态学的萌芽时期（公元前16世纪）自然现象观察、淳朴的生态观§生态学的建立时期（公元17-19世纪）生物的多度、分布规律，动物的种群研究§生态学巩固时期（20世纪初至50年代）生态学理论体系、植物群落研究、不同学派§现代生态学时期（20世纪60年代至现在）关心人类和整个生物圈的健康与发展，向微观和宏观两个方向上扩展，更加综合、系统（一）生态学的萌芽时期（公元16世纪以前）•公元17世纪以前，虽然还没有生态学一词，但生态学思想及生态知识的应用已经存在。•人类在实践中不断累积起来的这些生态知识为生态学的诞生奠定了基础。•原始社会里人们为了生存，需要了解森林里的自然环境和其周围的动物和植物，如狩猎、采食植物、寻觅住所，都必须具备生态方面的知识。•为了生存，人类不得不对其赖以饱腹的动植物的生活习性以及周围世界的各种自然现象进行观察。因此，从远古时代起，人们实际上就已在从事生态学工作。在一些中外古籍中，已有不少有关生态学知识的记载。1-54•我国公元前1200年的《尔雅》,•公元前200年的《管子》,《淮南子》,•公元前100年前后,我国农历已确立了24节气,它反映了作物,昆虫等生物现象与气候之间的关系,还有《禽经》等。•许多古书如《淮南子》(公元前2世纪),《齐民要术》(公元533－544年),《东坡杂记》(11世纪),《群芳谱》(公元1621年),《农政全书》(公元1