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基础生态学理论课教学大纲

[课程目的]

通过基础生态学的学习,使学生能够全面掌握生态学的基础理论和研究方法,了解生态学研究的发展动态与热点,激发学生热爱大自然的兴趣,以及勇于探求生物与环境之间相互关系的奥秘。

[学时安排] 总学时32,每周2学时。

[教学内容]

绪论

第一部分 有机体与环境

我们能够把自然界分为两大类:生物与非生物。这两大类几乎总是可区别、可分开的,但它们又不能彼此孤立地存在。生物依赖于环境,它们必需与环境连续地交换物质和能量,需适应于环境才能生存;生物又影响环境,改变了环境的条件,生物与环境在相互作用中形成统一的整体。在这第一部分中,共分三章,主要阐述生物与环境间的相互作用规律和机理、温度和光因子的生态作用及生物对不同光制与极端温度的适应、水的特殊性质以及生物如何调节体内水和溶质的平衡、氧与二氧化碳的生态作用与生物适应、土壤理化性质及其对生物的影响、以及火的生态作用及管理。

第一章 生物与环境

生态学涉及生物与它们的环境,了解它们之间的关系是非常重要的。环境的变化决定了生物的分布与多度,生物的生存又影响了环境,生物与环境是相互作用、相互依存的。因此我们首先应该了解和掌握生物与环境的生态作用规律和机理。

第二章 能量环境

太阳表面以电磁波的形式不断释放的能量,即太阳辐射或太阳光。太阳辐射为地球上所有生命系统提供了能量来源。绿色植物将太阳能转化成化学能储存于植物体内, 这一过程是生物圈与太阳能发生联系的唯一环节,也是生物圈赖以生存的基础。太阳辐射又温暖了地球表面,使生物能够生长、发育和繁衍,并对生物的分布起了重要的作用。因此,光和温度组成了地球上的能量环境。

第三章 物理环境

水、大气、土壤是另一类生态因子,它们构成有机体生活的空间或栖息地,成为生物生存的必须条件。同时,它们又为生物体的组成需要提供了常量元素(如碳、氢、氧、磷、硫、铁、钾、钠、钙等)与微量元素(如铬、钴、氟、铝、硒、锌、碘等)。因此,这些生态因子组成了地球上的物质环境。

第二部分 种群生态学

种群是特定时间内一定空间中同种个体的集合。生命系统包含有不同的组织层次,从本部分开始,我们将在以前从未涉及过的群体水平上探讨生物与环境之间的相互关系。种群是物种存在的基本单位,是生物进化的基本单位,也是生命系统更高组织层次-生物群落的基本组成单位。在本部分分四章,我们将探讨种群动态及其调节因素;种群的进化及物种分化;种内、种间关系和物种的生活史对策。

第四章 种群及其基本特征

种群是在同一时期内占有一定空间的同种生物个体的集合。种群是生态学的重要概念之一。一般来说,种群与生物个体相比,具有空间、数量和遗传三个基本的特征。其中探讨种群的空间分布与数量变化规律是本章的主要内容。

第五章 生物种及其变异与进化

对种群的遗传结构、进化机制和物种形成的研究是紧密结合种群遗传学的当前种群生态学研究的另一主要方面。种内个体的基因型及表现型的构成,反映了种群的质的特征,并与其数量动态密切相关。如果种群内个体多数带有有利基因,生理上适应环境能力较强,则个体存活能力较高,产生后代较多,种群数量易于上升。反之种群数量的上升会改变选择压力,导致种群基因型和表现型频率的变化。所以种群的数量与质量变化是种群动态过程的两个方面,两者相辅相成,互为补充。

第六章 生活史对策

生物的生活史是指其从出生到死亡所经历的全部过程。生活史的关键组分包括身体大小、生长率、繁殖和寿命。生物在其漫长的进化过程中,分化出多种多样的生物。生物在生存斗争中获得的生存对策,称为生态对策,或生活史对策。生物在进化过程中形成了多种生活史对策,如生殖对策、取食对策、迁移对策、体型大小对策等等。

第七章 种内与种间关系

种内个体间或物种间的相互作用可根据相互作用的机制和影响来分类。主要的种内相互作用是竞争、自相残杀、性别关系、领域性和社会等级等,而主要的种间相互作用是竞争、捕食、寄生和互利共生的。

第三部分 群落生态学

生物群落是在相同时间聚集在同一地段上的各物种种群的集合。正是生物群落在地貌类型繁多的地球表面上有规律地分布,才导致我们地球生机盎然,花鸟鱼虫各享欢乐。

第八章 群落的组成与结构

生物群落作为种群与生态系统之间的一个生物集合体,具有它自己独有的许多特征,比如具有一定的种类组成、群落中各物种之间是相互联系的、群落具有自己的内部环境、具有一定的结构、具有一定的动态特征、具有一定的分布范围、具有边界特征等等,这是它有别于种群和生态系统的根本所在。植物种类不同,群落的类型和结构也不相同,种群在群落中的地位和作用也不相同。因此,可以根据各个种在群落中的作用而划分群落成员型。群落种类组成的数量特征是近代群落分析技术的基础。数量特征包括多度、盖度、频度、重要值等等指标。植物群落的结构特征,不仅表现在垂直方向上的分层现象,而且也表现在水平方向上和不同植物种类的生命活动在时间上的差异。生物群落结构总体上是对环境条件的生态适应,但在其形成过程中,生物因素起着重要作用,其中作用最大的是竞争与捕食。

第九章 生物群落的动态

生物群落的动态包括三方面的内容:即群落的内部动态(包括季节变化与年际间变化);群落的演替和地球上生物群落的进化。本章着重谈前两个问题。

第十章 群落的分类与排序

所谓分类,就是对实体(或属性)集合按其属性(或实体)数据所反映的相似关系把它们分成组,使同组内的成员尽量相似,而不同组的成员尽量相异。通过排序可以显示出实体在属性空间中位置的相对关系和变化的趋势。如果它们构成分离的若干点集,也可达到分类的目的;如果我们既用物种组成的数据,又用环境因素的数据去排序同一实体集合,从两者的变化趋势,容易揭示出植物种与环境因素的关系,从而提出生态解释的假设。本章中还重点介绍了中国植物群落分类的原则、系统和单位。

第四部分 生态系统生态学

人类赖以生存的自然生态系统是复杂的、自适应的、具有负反馈机制的自调节系统,其研究对于人类持续生存有重大意义。

第十一章 生态系统的一般特征

生态系统就是生物群落+环境,它是由于不断进行着的物质循环和能量流动过程而形成的统一整体。生态系统结构包括生产者、消费者、分解者和非生物环境四大基本成分。组成生物群落的物种,按其营养方式分为植物、食草动物、食肉动物、顶级食肉动物和分解者生物,构成捕食和碎食两类基本食物链。能流通过各个营养级逐步减少,从而形成能量锥体,生物量锥体和数量锥体有时出现倒置。能流中各个不同点上的能量比值成为能量传递效率,包括同化效率、生长效率和消费效率。自然生态系统属于开放系统。并且具有负反馈调节机制。

第十二章 生态系统中的能量与流动

初级生产过程是绿色植物通过光合作用固定日光能和形成新生物量的过程。净初级生产量等于总初级生产量减去呼吸消耗。限制陆地生态系统初级生产力的主要因素有水、温度和营养元素,限制水体生态系统的主要有营养物质、光和捕食。绿色植物固定的能量有三个流向,即(1)食草动物,通过牧食食物链;(2)分解为碎屑,通过碎食食物链;(3)被各营养级生物利用作为呼吸消耗而耗散。分解过程是动植物和微生物死体的有机物质逐步降解过程。分解的速率和特点决定于分解者生物种类、待分解资源质量和环境理化条件。生态系统的能流服从于热力学定律。生态系统中,营养级间能量传递效率主要决定于消费效率、同化效率和生产效率的乘积。

第十三章 生态系统中的物质循环

物质循环与能量流动是生态系统中两个肩并肩的功能过程,但是物质可以被生物反复地利用,而能量只通过生态系统一次。分室模型是研究元素循环的重要方法,库和流通率是其两个基本概念。从全球尺度研究物质循环称为生物地球化学循环,它分为气体型和沉积型,日光能和水循环是其主要驱动力。碳循环与能流紧密联系着。氮是蛋白质成分,全球氮循环是一复杂过程,有许多种类微生物参加。当前人工固氮量已接近或超过天然固氮。磷循环是不完全的循环。大量磷从陆地土壤库通过河流输入海洋,并沉积下来,磷与氮一起造成污染。全球硫循环是另一个复杂过程,与氮一起形成酸雨。充分了解元素循环之间的相互作用,进一步加强其生态学研究在当前很重要。

第十四章 地球上生物群落的主要类型及其分布

因受地理位置、气候、地形、土壤等因素的影响,地球上的生态系统是多种多样的。首先可分出水生生态系统(海洋生态系统与淡水生态系统)和陆地生态系统。由于植物群落是地球上生态系统中的主要类型,而且其在陆地生态系统中的分布又遵循一定的规律,所以本章重点介绍陆地生态系统中生物群落的主要类型及其分布规律。

第五部分 应用生态学

二十世纪末,世界人口突破了六十亿大关。庞大的人口从环境中获取各种资源,并将大量废物排到环境中。人类对生物圈产生的巨大冲击有目共睹。全球变暖,臭氧层缺损,环境污染,土地沙漠化以及生物多样性快速丧失,许多生物种群数量急剧减少,这些问题都源于人类对环境的影响,已引起全人类社会的普遍关注。如何保护、管理好各类生态系统及生物圈,使人类社会能够作为生物圈的一分子与环境协调发展,是生态学家乃至整个人类社会面临的重要课题。在这一部分,我们将讨论人类活动对环境造成的影响,并介绍应用生态学的一些重要分支。

第十五 章应用生态学

在本章中将从全球变暖与环境污染、人口与资源问题、农业生态学、生物多样性与保育、生态系统服务、收获理论以及有害生物防治等方面,系统介绍当今生态学领域的研究热点问题。使学生们认识到生态学理论在解决全球诸如环境污染、物种多样性保育、人口问题以及全球变化等等问题中的重要作用。

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