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生态学(生物、生命系统与环境科学)

生态学(Ecology),是德国生物学家恩斯特海克尔于1866年定义的一个概念:生态学是研究生物体与其周围环境(包括非生物环境和生物环境)相互关系的科学。目前已经发展为“研究生物与其环境之间的相互关系的科学”。有自己的研究对象、任务和方法的比较完整和独立的学科。它们的研究方法经过描述实验物质定量三个过程。系统论、控制论、信息论的概念和方法的引入,促进了生态学理论的发展。

“生态学”(kologie)一词是1866年由勒特(Reiter)合并两个希腊词Οικοθ(房屋、住所)和Λογοθ(学科)构成,1866年德国动物学家海克尔(Ernst Heinrich Haeckel)初次把生态学定义为“研究动物与其有机及无机环境之间相互关系的科学”,特别是动物与其他生物之间的有益和有害关系。从此,揭开了生态学发展的序幕。在1935年英国的Tansley提出了生态系统的概念之后,美国的年轻学者Lindeman在对Mondota湖生态系统详细考察之后提出了生态金字塔能量转换的“十分之一定律”。由此,生态学成为一门有自己的研究对象、任务和方法的比较完整和独立的学科。生态学已经创立了自己独立研究的理论主体,即从生物个体与环境直接影响的小环境到生态系统不同层级的有机体与环境关系的理论。它们的研究方法经过描述实验物质定量三个过程。系统论、控制论、信息论的概念和方法的引入,促进了生态学理论的发展,60年代形成了系统生态学而成为系统生物学的第一个分支学科。如今,由于与人类生存与发展的紧密相关而产生了多个生态学的研究热点,如生物多样性的研究、全球气候变化的研究、受损生态系统的恢复与重建研究、可持续发展研究等。

其后,有些博物学家认为生态学与普通博物学不同,具有定量的和动态的特点,他们把生态学视为博物学的理论科学;持生理学观点的生态学家认为生态学是普通生理学的分支,它与一般器官系统生理学不同,侧重在整体水平上探讨生命过程与环境条件的关系;从事植物群落和动物行为工作的学者分别把生态学理解为生物群落的科学和环境条件影响下的动物行为科学;侧重进化观点的学者则把生态学解释为研究环境与生物进化关系的科学。

后来,在生态学定义中又增加了生态系统的观点,把生物与环境的关系归纳为物质流动及能量交换;20世纪70年代以来则进一步概括为物质流、能量流及信息流!

生态学(Ecology)是研究生物与环境之间相互关系及其作用机理的科学。

生物的生存、活动、繁殖需要一定的空间、物质与能量。生物在长期进化过程中,逐渐形成对周围环境某些物理条件和化学成分,如空气、光照、水分、热量和无机盐类等的特殊需要。各种生物所需要的物质、能量以及它们所适应的理化条件是不同的,这种特性称为物种的生态特性。

应当指出,由于人口的快速增长和人类活动干扰对环境与资源造成的极大压力,人类迫切需要掌握生态学理论来调整人与自然、资源以及环境的关系,协调社会经济发展和生态环境的关系,促进可持续发展。

任何生物的生存都不是孤立的:同种个体之间有互助有竞争;植物、动物、微生物之间也存在复杂的相生相克关系。人类为满足自身的需要,不断改造环境,环境反过来又影响人类。

随着人类活动范围的扩大与多样化,人类与环境的关系问题越来越突出。因此近代生态学研究的范围,除生物个体、种群和生物群落外,已扩大到包括人类社会在内的多种类型生态系统的复合系统。人类面临的人口、资源、环境等几大问题都是生态学的研究内容。

表1 关于生态学的代表性定义 [1]

Table 1 Representative definitions of ecology

生态学的定义(英文)Definition of ecology (in English)

译文In Chinese

文献References

By ecology we mean the whole science of the relations of the organism to its surrounding outside world, which we may consider in a broader sense to mean all ‘conditions of existence’. These are partly of an organic nature and partly of an inorganic nature.

生态学指有机体与外部世界的环境之间相互关系的所有科学,这在广义上指生存条件,一部分是有机性质的,另一部分是无机性质的

Haeckel 1866

The ecology of the organisms, the science of the whole relations of organisms to their surrounding world, towards the organic and inorganic conditions of existence; the so-called ‘economy of nature’, the interrelations of all organisms which live in one and the same place, their adaptations to their environment, their transformation through the struggle for existence

有机体的生态学,即有机体与其周边世界的所有关系的科学,包括有机和无机的生存条件;所谓 ‘自然的经济学’,即生活在一个同样地方的所有有机体的相互关系,它们对环境的适应性,以及通过生存斗争的变化

Haeckel 1868

By ecology, we mean the science of the economy, of the household of animal organisms. This has to study the entirety of relations of the animal both to its inorganic and its organic environment, in particular the benign and hostile relations with those plants and animals with which it comes directly into contact; or, to be concise, all those intricate interrelations which Darwin calls the struggle for existence

生态学指研究动物居住环境经济学的科学。这不得不研究动物与无机和有机环境之间的所有关系,特别是与与之直接接触的那些动植物之间的有益和有害的关系;或者,简单地说,所有那些达尔文称之为生存斗争的?相互关系

Haeckel 1870

the scientific natural history concerned with the sociology and economics of animals

与动物的社会学和经济学有关的科学自然历史

Elton 1927

the science of all the relations of all organisms to all their environments

所有生物与它们的所有环境所发生的所有关系的科学

Taylor 1936

the science of the inter-relation between living organisms and their environments, including both the physical and biotic environments, and emphasizing interspecies as well as intraspecies relations

生物与环境之间相互作用的科学,包括物理和生物环境,强调种间和种内关系

Allee et al. 1949

In its broadest sense, the science of ecology can be defined as the study of the relations between plants and animals and their environment; it will then include most of biology, biochemistry and biophysics. In its narrower sense, ecology is taken to refer to the study of plant and animal communities

广义地说,生态学可定义为研究植物和动物之间及其与环境之间的相互关系,它将包括生物学、生物化学和生物物理学的大部分内容,狭义地说,生态学指关于植物和动物群落的研究

Clarke 1954

the science which investigates organisms in relation to their environment: a philosophy in which the world of life is interpreted in terms of natural processes

研究生物与其环境相互关系的科学,一种生物界用自然过程来诠释的思想体系

Woodburry 1954

a science which concerns itself with the inter-relationships of living organisms, plants and animals, and their environment

与生物体(植物和动物)及其环境内在关系相关的科学

Macfadyen 1957

the scientific study of the distribution and abundance of organisms

研究生物分布和丰度的科学

Andrewartha 1961

the study of animals and plants in relation to each other and to their environment

研究动物和植物之间及其与环境之间关系的科学

Kendeigh 1961, 1974

the study of interactions of form, functions and factors.’

研究类型、功能和因子相互作用的科学

Misra 1967

the study of the way in which individual organisms, populations of some species and communities of populations respond to these changes

研究个体、一些物种的种群和种群形成的群落对其变化响应方式的科学

Lewis and Taylor 1967

the study of environmental interactions which control the welfare of living things, regulating their distribution, abundance, production and evolution

研究控制生物的福利、调控其分布、丰度、生产及进化的环境相互作用的科学

Petrides 1968

Margalef defined ecology as the biology of ecosystems

Margalef将生态学定义为生态系统的生物学

Margalef 1968

the study of the structure and function of ecosystems or broadly of nature

研究生态系统(或广义的自然)的结构或功能的科学的科学

Odum 1971

the study of ecosystems, or the totality of the reciprocal interactions between living organisms and their physical surroundings

研究生态系统、生物与其物理环境之间所有相互作用的科学

Clark 1973

the study of relations between organisms and the totality of the biological and physical factors affecting them or influenced by them

研究生物与其影响和被影响的所有生物环境、物理环境相互关系的科学

Pinaka 1974a

the scientific study of the relationships of living organisms with each other and with their environments

研究生物之间及与环境之间相互关系的科学

Southwick 1976

a multidisciplinary science which deals with the organisms and its place to live and which focuses on the ecosystem

关于生物和生境的多学科的科学,聚焦生态系统

Smith 1977

the scientific study of the interactions that determine the distribution and abundance of organisms

Krebs将生态学定义为研究决定生物分布和丰度的相互作用的科学

Krebs 1978

The scientific study of the processes influencing the distribution and abundance of organisms, the interactions among organisms, and the interaction between organisms and the transformation and flux of energy and matter

研究影响生物分布和丰度的过程、生物之间的相互作用、以及生物与能量和物质转换和流动之间相互作用的科学

Likens 1992

生态学的发展大致可分为萌芽期、形成期和发展期三个阶段。

古人在长期的农牧渔猎生产中积累了朴素的生态学知识,诸如作物生长与季节气候及土壤水分的关系、常见动物的物候习性等。如公元前4世纪希腊学者亚里士多德曾粗略描述动物的不同类型的栖居地,还按动物活动的环境类型将其分为陆栖和水栖两类,按其食性分为肉食、草食、杂食和特殊食性等类。

亚里士多德的学生、公元前三世纪的雅典学派首领赛奥夫拉斯图斯在其植物地理学著作中已提出类似今日植物群落的概念。公元前后出现的介绍农牧渔猎知识的专著,如古罗马公元1世纪老普林尼的《博物志》、6世纪中国农学家贾思勰的《齐民要术》等均记述了素朴的生态学观点。

大约从15世纪到20世纪40年代。

15世纪以后,许多科学家通过科学考察积累了不少宏观生态学资料。18世纪初叶,现代生态学的轮廓开始出现。如雷奥米尔的6卷昆虫学著作中就有许多昆虫生态学方面的记述。瑞典博物学家林奈首先把物候学、生态学和地理学观点结合起来,综合描述外界环境条件对动物和植物的影响。法国博物学家布丰强调生物变异基于环境的影响。德国植物地理学家洪堡)创造性地结合气候与地理因子的影响来描述物种的分布规律。

19世纪,生态学进一步发展。这一方面是由于农牧业的发展促使人们开展了环境因子对作物和家畜生理影响的实验研究。例如,在这一时期中确定了五摄氏度为一般植物的发育起点温度,绘制了动物的温度发育曲线,提出了用光照时间与平均温度的乘积作为比较光化作用的“光时度”指标以及植物营养的最低量律和光谱结构对于动植物发育的效应等。

另一方面,马尔萨斯于1798年发表的《人口论》一书造成了广泛的影响。费尔许尔斯特1833年以其著名的逻辑斯谛曲线描述人口增长速度与人口密度的关系,把数学分析方法引入生态学。19世纪后期开展的对植物群落的定量描述也已经以统计学原理为基础。1851年达尔文在《物种起源》一书中提出自然选择学说,强调生物进化是生物与环境交互作用的产物,引起了人们对生物与环境的相互关系的重视,更促进了生态学的发展。

19世纪中叶到20世纪初叶,人类所关心的农业、渔猎和直接与人类健康有关的环境卫生等问题,推动了农业生态学、野生动物种群生态学和媒介昆虫传病行为的研究。由于当时组织的远洋考察中都重视了对生物资源的调查,从而也丰富了水生生物学和水域生态学的内容。

到20世纪30年代,已有不少生态学著作和教科书阐述了一些生态学的基本概念和论点,如食物链、生态位、生物量、生态系统等。至此,生态学已基本成为具有特定研究对象、研究方法和理论体系的独立学科。

20世纪50年代以来,生态学吸收了数学、物理、化学工程技术科学的研究成果,向精确定量方向前进并形成了自己的理论体系:

数理化方法、精密灵敏的仪器和电子计算机的应用,使生态学工作者有可能更广泛、深入地探索生物与环境之间相互作用的物质基础,对复杂的生态现象进行定量分析;整体概念的发展,产生出系统生态学等若干新分支,初步建立了生态学理论体系。

由于世界上的生态系统大都受人类活动的影响,社会经济生产系统与生态系统相互交织,实际形成了庞大的复合系统。随着社会经济和现代工业化的高速度发展,自然资源、人口、粮食和环境等一系列影响社会生产和生活的问题日益突出。

为了寻找解决这些问题的科学依据和有效措施,国际生物科学联合会(IUBS)制定了“国际生物计划”(IBP),对陆地和水域生物群系进行生态学研究。1972年联合国教科文组织等继IBP之后,设立了人与生物圈(MAB)国际组织,制定“人与生物圈”规划,组织各参加国开展森林、草原。海洋、湖泊等生态系统与人类活动关系以及农业、城市、污染等有关的科学研究。许多国家都设立了生态学和环境科学的研究机构。

发展趋势 和许多自然科学一样,生态学的发展趋势是:由定性研究趋向定量研究,由静态描述趋向动态分析;逐渐向多层次的综合研究发展;与其他某些学科的交叉研究日益显著。

由人类活动对环境的影响来看,生态学是自然科学与社会科学的交汇点;在方法学方面,研究环境因素的作用机制离不开生理学方法,离不开物理学和化学技术,而且群体调查和系统分析更离不开数学的方法和技术;在理论方面,生态系统的代谢和自稳态等概念基本是引自生理学,而由物质流、能量流和信息流的角度来研究生物与环境的相互作用则可说是由物理学、化学、生理学、生态学和社会经济学等共同发展出的研究体系。

按所研究的生物类别分

有微生物生态学、植物生态学、动物生态学、人类生态学等。

生物系统的结构层次分

有:个体生态学、种群生态学、群落生态学,生态系统生态学等。

生物栖居的环境类别分

有陆地生态学和水域生态学;前者又可分为森林生态学、草原生态学、荒漠生态学、土壤生态学等,后者可分为海洋生态学、湖沼生态学、流域生态学等;还有更细的划分,如:植物根际生态学、肠道生态学等。

生态学与非生命科学相结合的,有数学生态学、化学生态学、物理生态学、地理生态学、经济生态学、生态经济学、森林生态会计等;与生命科学其他分支相结合的有生理生态学、行为生态学、遗传生态学、进化生态学,古生态学等。

应用性分支学科有:农业生态学、医学生态学、工业资源生态学、环境保护生态学、环境生态学、生态保育、生态信息学、城市生态学、生态系统服务、景观生态学等。


  

表2生态学的分类 [1]

Table 2 Classification of ecology

生态学名称

Name of Ecology

外文生态专著举例

Examples of ecology books in foreign language

中文生态专著举例Examples of ecology books in Chinese

1. 生命层次

分子生态学Molecular ecology

Freeland 2005

祖元刚等1999

种群生态学Population ecology

Begon et al. 1996

徐汝梅1987(注:昆虫种群生态学)

空间生态学Spatial ecology

Tilman & Kareiva 1997

集合种群生态学Metapopulation ecology

Hanski 1999

群落生态学Community ecology

Diamond & Case 1986

赵志模和郭依泉 1990

植被生态学Vegetation ecology

van der Maarel 2009

姜恕和陈昌笃1994

系统生态学System ecology

Odum 1983

蔡晓明2000

流域生态学Watershed ecology

Naiman 1992

景观生态学Landscape ecology

Forman & Godron 1986

傅伯杰2011

全球生态学Global ecology

Rambler et al. 1989

方精云2000

2. 学科交叉

生理生态学Physiological ecology

Townsend & Calow 1981

蒋高明 2004(注:植物生理生态学)

营养生态学Nutritional ecology

Slansky & Rodriguez 1987

营养(级)生态学Trophic ecology

Mbabazi 2011

代谢生态学Metabolic Ecology

Sibly et al. 2012

生物物理生态学Biophysical Ecology

Gates 1980

化学生态学Chemical ecology

Sondheimer & Simeone 1970

阎凤鸣 2003

进化生态学Evolutional ecology

Pianka 1978

王崇云2008

地理生态学Geographical ecology

MacArthur 1972

地生态学Geoecology

Huggett 1995

古生态学Paleoecology

Dodd & Stanton 1981

杨式溥1993

第四纪生态学Quaternary ecology

Delcourt & Delcourt 1991

刘鸿雁 2002

环境生态学Environmental Ecology

Freedman 1989

金岗等1992

污染生态学Pollution ecology

Hart & Fuller 1974

王焕校1990

水文生态学Hydro-ecology

Wood et al. 2007

历史生态学Historical ecology

Crumley 1994

稳定同位素生态学Stable isotope ecology

Fry 2006

易现峰2007

理论生态学Theoretical ecology

May 1976

张大勇2000.

数学生态学Mathematical ecology

Pielou 1977

陈兰荪1988

数字生态学Numerical ecology

Legendre & Legendre 1998

数量生态学Quantitative ecology

Poole 1974

张金屯2004

统计生态学Statistical ecology

Young & Young 1998

实验生态学Experimental ecology

Resetarits & Bernardo 2001

3. 生物类别

植物生态学Plant ecology

Warming 1895

张玉庭和董爽秋1930

作物生态学Crop ecology

Loomis & Connor 1992

韩湘玲1991

动物生态学Animal ecology

Elton 1927

费鸿年1937

昆虫生态学 Insect ecology

Speight et al. 1999

邹钟琳1980

鸟类生态学Avain (bird) ecology

Perrins & Birkhead 1983

高玮1993

鱼类生态学Fish ecology

Wootton 1992

易伯鲁1980

渔业生态学Fisheries ecology

Pitcher & Hart 1982

陈大刚1991(注:黄渤海渔业生态学)

野生生物(动物)生态学Wildlife ecology

Moen 1973

陈化鹏和高中信 1992

杂草生态学Weed ecology

Radosevich & Holt 1984

寄生虫生态学Parasite ecology

Huffman & Chapman 2009

微生物生态学Microbial ecology

Alexander 1971

夏淑芬和张甲耀. 1988

疾病生态学Disease ecology

Learmonth 1988

4. 生境类型

森林生态学Forest ecology

Spurr & Barnes 1973

张明如2006

草地生态学Grassland ecology

Spedding 1971

周寿荣. 1996

海洋生态学Marine ecology

Levinton 1982

李冠国和范振刚. 2011.

河口生态学Estuarine ecology

Day et al. 1989

陆健健2003

潮间带生态学Intertidal ecology

Raffaelli & Hawkins 1996

海岸生态学Coastal ecology

Barbour et al. 1974

淡水生态学Freshwater ecology

Macan 1974

何志辉2000

湖泊生态学 Lake ecology

Scheffer 2004

河流生态学River ecology

Whitton 1975

溪流生态学Stream ecology

Allan 1995

湿地生态学Wetland ecology

Keddy 2010

陆健健等2006

水库生态学Reservior ecology

Tundisi & Strakraba 1999

韩博平等2006

城市生态学Urban ecology

Bornkamm et al. 1982

于志熙 1992

道路生态学Road ecology

Forman 2003

廊道生态学Corridor ecology

Hilty et al. 2006

土壤生态学Soil ecology

Killham 1994

曹志平2007

5. 动植物行为与功能

行为生态学Behavioral ecology

Krebs & Davies 1997

尚玉昌1998

扩散生态学Dispersal ecology

Bullock et al. 2002

繁殖生态学Reproductive ecology

Bawa et al. 1990

张大勇2004

摄食生态学Feeding Ecology

Gerking 1994

认知生态学Cognitive Ecology

Friedman & Carterette 1996

功能生态学Functional ecology

Packham et al. 1992

6. 环境扰动与胁迫

扰动生态学Disturbance ecology

Johnson & Miyanishi 2007

火生态学Fire ecology

Wright & Bailey 1982

胁迫生态学Stress ecology

Steinberg 2011

7. 产业与应用

工业生态学Industrial ecology

Graedel & Allenby 2002

邓南圣和吴峰2002

农业生态学Agricultural ecology

Azzi 1956

曹志强和邵生恩 1996

资源生态学Resource ecology

Prins & van Langevelde 2008

恢复生态学Restoration ecology

Jordan III et al. 1990

赵晓英和陈怀顺 2001

应用生态学Applying (or Applied) ecology

Beeby 1993

何方2003

8. 组合或叠加

传粉与花的生态学Pollination and floral Ecology

Willmer 2011

陆地植物生态学Terrestrial plant ecology

Barbour et al. 1989 or 1999

理论系统生态学Theoretical ecosystem ecology

gren & Bosatta 1998

微生物分子生态学Molecular microbial ecology

Osborn & Smith 2005

张素琴2005

鸟类迁移生态学The migration ecology of birds

Newton 2008

应用数学生态学Applied mathematical ecology

Levin et al. 1989

应用野外生态学Practical field ecology

McLean & Ivimey Cook 1946

数量植物生态学Quantitative Plant Ecology

Greig-Smith 1957

10. 人文社会与人体健康

深生态学Deep Ecology

Devall & Sessions 1985

雷毅2001

人类生态学Human ecology

Hawley 1950

陈敏豪1988

社会生态学Social ecology

Alihan 1964

丁鸿富1987

人口生态学Population ecology

Davis 1971

潘纪一1988

政治生态学Political ecology

Cockburn & Ridgeway 1979

刘京希2007

组织生态学Organizational ecology

Hannan & Freeman 1989

刘桦2008

文化生态学Cultural ecology

Netting 1986

邓先瑞和邹尚辉. 2005

嵌套生态学Nested ecology

Wimberley 2009

道教生态学Toaism ecology

乐爱国2005

语言生态学Linguistic ecology

Mühlhusler 1996

健康生态学Health ecology

Hunarī et al. 1999

药物生态学Pharma-ecology

Jjemba 2008.

为何出现如此繁多的生态学也不是一件特别容易回答的问题。从根本上来看,生态(包括生物类群、生境类型、生存环境、生命过程、生命演化等)的复杂性可能主导性地决定了生态学科的多样性 [1]

1)生态学要面对一个庞大而变化多样的生物类群:地球上现存的生物物种超过170万,小的种类的个体不足1微米,大的可达150多米(植物)或190吨(动物),种类极为纷繁,且跨越巨大的生命(体积)尺度;

2)生态学要涉及一系列空间跨度极为巨大的生态系统:小可到一个烧杯大可到整个生物圈;

3)生态学要涉及一系列事件跨度极为巨大的生态过程:短可仅为数分钟,长可涉及数十亿年的生物演化;

4)生态学要面对的生物的生存条件跨越巨大的气候梯度:从寒冷的极地冰川,到炎热的热带区域,年平均降雨量从0.5 mm(南美洲智利共和国最北端的阿里卡)到超过12000 mm(印度的乞拉朋奇),等等。

5)生态学要面对的生物生存的垂直梯度从海拔-416 m的地表(死海)到海拔超过8000 m的高山(珠穆朗玛峰),从水陆交接的海岸带到超过11000 m的深海(马里亚纳海沟),跨越巨大的物理化学等环境梯度;

6)生态学要涉及各种各样地貌特征完全不同的生境,如湖泊、河流、水库、湿地、森林、草地、农田、海洋等等,以及这些生境之间异常复杂的交融与相互作用,等等。

简言之,可能没有哪一类学科像生态学这样,试图在相当精细的程度上,面对如此繁多的研究对象和生境类型,跨越如此宽广的时空尺度,包含如此之大的气候与环境梯度以及如此之多样的地貌类型。生态学的多样性从本质上来看正是其所关注对象(物种、群落、生态系统、格局、过程等)多样性的一种映射。

生态学 [2] 的一般规律大致可从种群、群落、生态系统和人与环境的关系四个方面说明。

在环境无明显变化的条件下,种群数量有保持稳定的趋势。一个种群所栖环境的空间和资源是有限的,只能承载一定数量的生物,承载量接近饱和时,如果种群数量(密度)再增加,增长率则会下降乃至出现负值,使种群数量减少;而当种群数量(密度)减少到一定限度时,增长率会再度上升,最终使种群数量达到该环境允许的稳定水平。对种群自然调节规律的研究,可以指导生产实践。例如,制定合理的渔业捕捞量和林业采伐量,可保证在不伤及生物资源再生能力的前提下取得最佳产量。

一个生物群落中的任何物种都与其他物种存在着相互依赖和相互制约的关系。常见的有:

食物链,居于相邻环节的两物种的数量比例有保持相对稳定的趋势。如捕食者的生存依赖于被捕食者,其数量也受被捕食者的制约;而被捕食者的生存和数量也同样受捕食者的制约。两者间的数量保持相对稳定

竞争,物种间常因利用同一资源而发生竞争:如植物间争光、争空间、争水、争土壤养分;动物间争食物、争栖居地等。在长期进化中、竞争促进了物种的生态特性的分化,结果使竞争关系得到缓和,并使生物群落产生出一定的结构。例如森林中既有高大喜阳的乔木,又有矮小耐阴的灌木,各得其所;林中动物或有昼出夜出之分,或有食性差异,互不相扰

互利共生。如地衣中菌藻相依为生,大型草食动物依赖胃肠道中寄生的微生物帮助消化,以及蚁和蚜虫的共生关系等,都表现了物种间的相互依赖的关系。以上几种关系使生物群落表现出复杂而稳定的结构,即生态平衡,平衡的破坏常可能导致某种生物资源的永久性丧失。

生态系统的代谢功能就是保持生命所需的物质不断地循环再生。阳光提供的能量驱动着物质在生态系统中不停地循环流动,既包括环境中的物质循环、生物间的营养传递和生物与环境间的物质交换,也包括生命物质的合成与分解等物质形式的转换。

物质循环的正常运行,要求一定的生态系统结构。随着生物的进化和扩散,环境中大量无机物质被合成为生命物质形成了广袤的森林、草原以及生息其中的飞禽走兽。一般说,发展中的生物群落的物质代谢是进多出少,而当群落成熟后代谢趋于平衡,进出大致相当。 [3]

人们在改造自然的过程中须注意到物质代谢的规律。一方面,在生产中只能因势利导,合理开发生物资源,而不可只顾一时,竭泽而渔。世界上已有大面积农田因肥力减退未得到及时补偿而减产。另一方面,还应控制环境污染,由于大量有毒的工业废物进入环境,超越了生态系统和生物圈的降解和自净能力,因而造成毒物积累,损害了人类与其他生物的生活环境。

生物进化就是生物与环境交互作用的产物。生物在生活过程中不断地由环境输入并向其输出物质,而被生物改变的物质环境反过来又影响或选择生物,二者总是朝着相互适应的协同方向发展,即通常所说的正常的自然演替。随着人类活动领域的扩展,对环境的影响也越加明显。

在改造自然的话动中,人类自觉或不自觉地做了不少违背自然规律的事,损害了自身利益。如对某些自然资源的长期滥伐、滥捕、滥采造成资源短缺和枯竭,从而不能满足人类自身需要;大量的工业污染直接危害人类自身健康等,这些都是人与环境交互作用的结果,是大自然受破坏后所产生的一种反作用。

生态学的基本原理,通常包括四方面的内容:个体生态、种群生态、群落生态和生态系统生态。

一个健康的生态系统是稳定的和可持续的:在时间上能够维持它的组织结构和自治,也能够维持对胁迫的恢复力。健康的生态系统能够维持它们的复杂性同时能满足人类的需求。

生态学的基本原理的应用思路,我认为是模仿自然生态系统的生物生产、能量流动、物质循环和信息传递而建立起人类社会组织,以自然能流为主,尽量减少人工附加能源,寻求以尽量小的消耗产生最大的综合效益,解决人类面临的各种环境危机。

较为流行的几种思路如下:

1、实施可持续发展

1987年世界环境与发展委员会提出“满足当代人的需要,又不对后代满足其发展需要的能力构成威胁的发展”。可持续发展观念协调社会与人的发展之间的关系,包括生态环境、经济、社会的可持续发展,但最根本的是生态环境的可持续发展。

2、人与自然和谐发展

事实上造成当代世界面临的空前严重的生态危机的重要原因就是以往人类对自然的错误认识。工业文明以来,人类凭借自认为先进的“高科技”试图主宰、征服自然,这种严重错误的观念和行为虽然带来了经济的飞跃,但造成的环境问题却是不可弥补的。人类是生物界中的一分子,因此必须与自然界和谐共生,共同发展。

3、生态伦理道德观

大量而随意地破坏环境、消耗资源的发展道路是一种对后代和其他生物不负责任和不道德的发展模式。新型的生态伦理道德观应该是发展经济的同时还要考虑这些人类行为不仅有利于当代人类生存发展,还要为后代留下足够的发展空间。

从生态学中分化出来的产业生态学、恢复生态学以及生态工程、城市生态建设等等,都是生态学基本原理推广的成果。

在计算经济生产中,不应认为自然资源是没有价值的或者无限的,而是用生态价值观念,应考虑到经济发展对环境的破坏影响,利用科技的进步,将破坏降低到最大限度,同时倡导一种有利于物质良性循环的消费方式,即适可而止、持续、健康的消费观。

生态学的定义还有很多:

生态学是研究生物(包括动物和植物)怎样生活和它们为什么按照自己的生活方式生活的科学。(埃尔顿,1927)

生态学是研究有机体的分布和多度的科学。(Andrenathes,1954)

生态学是研究生态系统的结构与功能的科学。(E.P.Odum,1956)

生态学是研究生命系统之间相互作用及其机理的科学。(马世骏,1980)

生态学是综合研究有机体、物理环境与人类社会的科学。(E.P.Odum,1997)

学科:理学

门类:环境科学类

专业名称:生态学

业务培养目标:本专业培养具备生态学的基本理论、基本知识和基本技能,能在科研机构、高等学校、企事业单位及行政部门等从事科研、教学和管理等工作的高级专门人才。

业务培养要求:本专业学生主要学习生态学方面的基本理论、基本知识,受到基础研究和应用基础研究的科学思维和科学实验训练,具有较好的科学素养,掌握现代生态学理论和计算机模拟等实验技能,初步具备教学、研究、开发和管理能力。

毕业生应获得以下几方面的知识和能力:

1.掌握数学、物理、化学等方面的基本理论和基本知识

2.掌握现代生态学的基本理论、基本知识、基本实验技能和生态工程设计的基本方法;

3.了解相近专业的一般原理和知识

4.熟悉国家环境保护、自然资源合理利用、可持续发展、知识产权等有关政策和法规;

5.了解生态学的理论前沿、应用前景和最新发展动态

6.掌握资料查询、文献检索及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法,具有一定的实验设计,创造实验条件,归纳、整理、分析实验结果,撰写论文,参与学术交流的能力。

主干学科:生态学、生物学、环境科学。

主要实践性教学环节:包括教学实习、生产实践、毕业论文等,一般安排8-14周。

修业年限:四年

授予学位:理学学士

主要到城市建设、园林、林业部门和花卉企业从事风景区、森林公园、城镇各类园林绿地的规划、设计、环保、城市规划、园林、农林、水利、施工园林植物繁育栽培、养护及管理的工作;还可以在高校任教或在高校、研究所工作;还可到政府机构从事生态监测和动物保护工作。 [4]

普通生物学、生物化学、生态学、环境微生物学、环境学、地学基础、环境生态工程、环境人文社会科学等。

本一级学科中,全国具有“博士授权”的高校共57所,本次参评48所;部分具有“硕士授权”的高校也参加了评估;参评高校共计100所。 (注:评估结果相同的高校排序不分先后,按学校代码排列) [5]

A+

10335浙江大学

10558中山大学

A

10001北京大学

10200东北师范大学

10730兰州大学

A-

10027北京师范大学

10246复旦大学

10269华东师范大学

10284南京大学

10673云南大学

B+

10003清华大学

10019中国农业大学

10055南开大学

10248上海交通大学

10358中国科学技术大学

10384厦门大学

10389福建农林大学

10486武汉大学

10610四川大学

10712西北农林科技大学

B

10022北京林业大学

10028首都师范大学

10094河北师范大学

10126内蒙古大学

10225东北林业大学

10357安徽大学

10423中国海洋大学

10538中南林业科技大学

10611重庆大学

10697西北大学

B-

10108山西大学

10364安徽农业大学

10370安徽师范大学

10394福建师范大学

10422山东大学

10537湖南农业大学

10542湖南师范大学

10559暨南大学

10574华南师范大学

10593广西大学

C+

10052中央民族大学

10319南京师范大学

10341浙江农林大学

10346杭州师范大学

10504华中农业大学

10635西南大学

10638西华师范大学

10718陕西师范大学

10755新疆大学

11658海南师范大学

C

10002中国人民大学

10075河北大学

10140辽宁大学

10166沈阳师范大学

10300南京信息工程大学

10403南昌大学

10475河南大学

10512湖北大学

10657贵州大学

10677西南林业大学

C-

10086河北农业大学

10165辽宁师范大学

10193吉林农业大学

10212黑龙江大学

10345浙江师范大学

10511华中师范大学

10531吉首大学

10663贵州师范大学

10749宁夏大学

11075三峡大学

从生态学角度来看,地球表面从地下11千米到地上15千米高度是由岩石圈、水圈和大气圈组成的,在三个圈交汇处存在着生物圈,绝大部分生物是生活在地下100米到地上100米之间。

生物最早是从水圈产生的,逐渐向深水发展,由于大气中氧气含量增加,在大气圈最外层因为宇宙射线的作用,氧分子重组形成臭氧层,臭氧层可以阻止危害生命的紫外线进入大气层,使得生物可以脱离水圈向陆地发展。陆地环境不同区域差异较大,为了适应环境,生物发展出许多不同种类。

能量在不同的圈内流动,绿色植物吸收太阳光能,转换成化学能贮存,动物取食植物吸收植物的能量,太阳能绝大部分被大气圈、水圈和岩石圈吸收,增加温度,造成风、潮汐和岩石的风化裂解。地球本身的能量表现在火山爆发、地震中,也不断地影响其他各圈。能量的主要来源是太阳,在地球中不断地被消耗。

物质则可以各圈内循环,而没有多大的消耗,以二氧化碳形式存在的碳被植物吸收,经植物和动物的呼吸作用排出,被动植物固定在体内的水、钙和其他微量元素,一旦死亡会重新分解回到其他自然圈,有可能积累形成化石矿物。如植物遗骸形成煤、动物遗骸形成石油、硫细菌遗骸形成硫磺矿等。


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