園林生態(tài)學(xué)

1、景觀生態(tài)學(xué),1. 生態(tài)學(xué)知識,§1-1-1 生態(tài)學(xué)定義,生態(tài)學(xué)( Ecology)是生物學(xué)的分支，是一門宏觀生物學(xué)。勒特(Reiter)1865年合并logos(研究、學(xué)科)和oikos(住所)構(gòu)成Oikologie(生態(tài)學(xué))一詞。赫克爾（Ernst Hackel，1834—1911，德國生物學(xué)家）1866年第一次提出并定義Ecology。一、生態(tài)學(xué)的定義生態(tài)學(xué)：研究生物與環(huán)境之間相互關(guān)系的科學(xué)（1）生物與環(huán)境

2、的關(guān)系（2）各種生物之間的關(guān)系（3）環(huán)境各要素之間的關(guān)系,二、生態(tài)學(xué)形成和發(fā)展的四個階段（一）生態(tài)學(xué)知識的累積階段：生態(tài)現(xiàn)象描述公元前300年，古希臘 Theophrastus 植物與自然環(huán)境的關(guān)系。古羅馬 Pliny(公元23~79年)將動物分為陸生、水生、飛翔三大生態(tài)類群。公元前200年 我國古籍《管子.地員篇》水分梯度與植物組成的關(guān)系——《管子，地員篇》中，有關(guān)《管子，地員篇》中，有關(guān)江淮平原上沼澤植物種

3、類的帶狀分布與水文、土質(zhì)的關(guān)系。,（一）生態(tài)學(xué)知識的累積階段,國中：二十四節(jié)氣（實質(zhì)是氣候與生物關(guān)系的表述）:立春、雨水、驚蟄、春分、清明、谷雨；立夏、小滿、芒種、夏至、小暑、大署；立秋、處暑、白露、秋分、寒露、霜降；立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒?！洱R民要術(shù)》《本草綱目》,生態(tài)學(xué)知識累積階段,西方：18世紀(jì)初，機(jī)械的自然觀 田園主義觀點(diǎn)：簡單與和諧的生活 帝國傳統(tǒng)：通過理性實踐和艱苦的勞動建立人對自然的統(tǒng)治

4、,生態(tài)學(xué)形成和發(fā)展的幾個階段,（二）近代生態(tài)學(xué)的創(chuàng)始階段：實物觀察記載Reaumur(1683-1757)《昆蟲自然史》1749 Buffon （法，1707-1788） 《生命律》1803 Malthus 《人口論》：食物與人口的關(guān)系 1807 Humboldt 《植物地理學(xué)》：植物分布與氣候條件的規(guī)律性1859 Darwin《物種起源》：生物進(jìn)化學(xué)說創(chuàng)立1866 Hackel定義生態(tài)學(xué)1851 Vonp

5、ost（瑞典）樣方法——種群定量研究1863 Kerner 介紹研究群落結(jié)構(gòu)和動態(tài)的方法生態(tài)學(xué)一經(jīng)誕生，立即分化為植物、動物和人類生態(tài)學(xué)等，出現(xiàn)了生態(tài)學(xué)發(fā)展的第一次高峰,生態(tài)學(xué)形成和發(fā)展的幾個階段,（三）學(xué)科與學(xué)派的分化階段植物生態(tài)學(xué)：1895 Warming(丹麥)《以植物生態(tài)地理為基礎(chǔ)的植物分布學(xué)》； 1898Schimper《以生理學(xué)為基礎(chǔ)的植物地理學(xué)》。動物生態(tài)學(xué)：Jennings(英)——動物行為；Adams an

6、d Shelford(美)——動物生態(tài)演替；Davenport(美)——動物群落生態(tài)（昆蟲生態(tài)）1930年前后 : 英美學(xué)派 以北美冰川地貌為研究對象 動態(tài)生態(tài)學(xué) 法瑞學(xué)派 阿爾卑斯山脈為研究對象 靜態(tài)生態(tài)學(xué) 北歐學(xué)派 北歐森林為研究對象 分布規(guī)律 俄國學(xué)派 生物地理群落為研究對象,個體生態(tài)學(xué)與群落生態(tài)學(xué)階段（1866-1935）,1866 Haeck

7、el（德國達(dá)爾文信徒）Oikos（ECO）—>Oecologie 國際植物學(xué)大會1893年按近代拼法改為ecologyWarming(丹麥人)1895 《植物生態(tài)學(xué)》：趨同適應(yīng)、生態(tài)型、互利共生、寄生、群落分類、生態(tài)演替過程Tansley1913年英國生態(tài)學(xué)會成立的第一任主席，美國1915年成立生態(tài)學(xué)會，（中國1980年成立生態(tài)學(xué)會）,個體生態(tài)學(xué)與群落生態(tài)學(xué)階段（1866-1935）,美國芝加哥大學(xué)的亨利.考克斯，從水邊

8、到陸地的植物系列，演替關(guān)系。他的學(xué)生謝爾福德、亞當(dāng)斯都是動物生態(tài)學(xué)權(quán)威 內(nèi)布拉斯加大學(xué)的弗雷德里克.克萊門茨1916年《植物演替：植被發(fā)展的探討》單頂極理論，1939年與謝爾福德一起研究 《生物生態(tài)學(xué)》（1941出版）一次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，小麥 價格下跌。1934年美國大塵暴,生態(tài)學(xué)形成和發(fā)展的幾個階段,（四）生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)的發(fā)展階段1935 Tansley 第一次提出生態(tài)系統(tǒng)概念 ， 生態(tài)平衡1941 R.L.Lin

9、deman“一個老年湖泊內(nèi)的食物鏈動態(tài)”1952 E. P. Odum 《生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)》 H．T．Odum ， Hutchinson按研究對象分:植物生態(tài)學(xué)、動物生態(tài)學(xué)、人類生態(tài)學(xué)按組織水平分：生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)、群落生態(tài)學(xué)、種群生態(tài)學(xué)、個體生態(tài)學(xué)、細(xì)胞生態(tài)學(xué)、基因生態(tài)學(xué)按環(huán)境特點(diǎn)分：淡水生態(tài)學(xué)、海洋生態(tài)學(xué)、森林生態(tài)學(xué)、草原生態(tài)學(xué)、農(nóng)田生態(tài)學(xué)、城市生態(tài)學(xué),生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)階段（1935-1962）,林德曼的老

10、師是耶魯大學(xué)的Hachinson教授林德曼27歲因長期患病去世，發(fā)表文章前后觀點(diǎn)：能量傳遞在高營養(yǎng)級更有效，呼吸消耗比例越高級別越大，生態(tài)演替早期過后生產(chǎn)效率急劇上升（如水體富養(yǎng)化）,生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)階段（1935-1962）,相對論、物質(zhì)的不確定性原則、量子力學(xué)出現(xiàn)哈佛大學(xué)的惠勒研究群居的白蟻、螞蟻自我克制和利他主義的生存競爭。層創(chuàng)進(jìn)化理論：物質(zhì)—生命—人類意識。H.T.Odum，E.P.Odum 1953年出版《生態(tài)學(xué)原理

11、》，父親是區(qū)域社會學(xué)家。 E.P.Odum 是伊 利諾斯大學(xué)謝爾福特的研究生， H.T.Odum是耶魯大學(xué)的Hachinson教授的研究生,生態(tài)學(xué)形成和發(fā)展的幾個階段,（五）社會需求推動生態(tài)學(xué)向定向、定量、控制、模擬和應(yīng)用方向發(fā)展的新階段五大危機(jī)：污染、 資源、能源、糧食、人口1962年，美國海洋生物學(xué)家卡遜（R.Carson）《寂靜的春天》用通俗的文筆，描述了一個受到人造化學(xué)品危害的悲慘世界。她的書是人類生態(tài)環(huán)境意識覺醒的標(biāo)志

12、。生態(tài)學(xué)開始被從高樓深院中請出來，以解決社會生活中的生態(tài)問題。聯(lián)合國教科文組織：IBM(1964),MAB(1971)世界環(huán)發(fā)大會:〈人類環(huán)境宣言〉(斯德哥爾摩,1972);〈保護(hù)生物多樣性公約〉、〈氣候變化公約〉、〈關(guān)于森林問題的申明〉、〈21世紀(jì)行動議程〉和〈里約熱內(nèi)盧宣言〉(里約熱內(nèi)盧，1992),生態(tài)學(xué)向調(diào)控與工程方向發(fā)展階段（1962- ）,1997在日本京都簽署的《京都協(xié)定書》，是人類為防止全球變暖邁出的第一步，是人

13、類有史以來通過控制自身行為以減少對氣候變化影響的第一個國際文書，是國際社會為保護(hù)來以生存的地球環(huán)境經(jīng)過多年努力所達(dá)成的重要結(jié)果。然而由于美國布什政府最近在《京都協(xié)定書》上開倒車，引起了國際社會的廣泛關(guān)注，各方紛紛譴責(zé)美國這種不負(fù)責(zé)任的態(tài)度。,生態(tài)學(xué)向調(diào)控與工程方向發(fā)展階段（1962- ）,加利福尼亞噴氣推進(jìn)實驗室，研究金星和火星的生命，發(fā)現(xiàn)生命與大氣共同進(jìn)化現(xiàn)象。1969拉夫洛克提出大地女神“蓋亞”假說—“一個地區(qū)的動植物及其周邊

14、環(huán)境組成了一個能夠單獨(dú)地自動抵制不利生存變化的內(nèi)在平衡系統(tǒng)” 。生命的最基本規(guī)則是合作與共生，而不是各自競爭。,生態(tài)學(xué)向調(diào)控與工程方向發(fā)展階段（1962- ）,1966-1967實驗性小島，麥克阿瑟和威爾遜得到“島嶼理論”麥克阿瑟認(rèn)為提不出可以驗證的預(yù)言的生態(tài)學(xué)還不算是一門科學(xué)，“預(yù)言、預(yù)言、再預(yù)言”，他認(rèn)為IBP是失敗的，認(rèn)為科學(xué)總是“傾向機(jī)械論”的。自然界的正常狀態(tài)是平衡？還是不穩(wěn)定？“從歷史看，生態(tài)學(xué)家認(rèn)識干擾的重要性及其

15、產(chǎn)生的異質(zhì)性（鑲嵌）總是太遲。” “因為主導(dǎo)思想是平衡論”,生態(tài)學(xué)向調(diào)控與工程方向發(fā)展階段（1962- ）,自然界高度組織嚴(yán)密、整然有條、自行調(diào)節(jié)、狀態(tài)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng) ?轉(zhuǎn)到? 生物圈中大多數(shù)時間和空間范圍內(nèi)出現(xiàn)的變化都顯得是內(nèi)在的和必然的合作—競爭，整體—局部，種群—生態(tài)系統(tǒng)，秩序—混沌，多樣性—穩(wěn)定性“混沌學(xué)”—“蝴蝶效應(yīng)”初始狀態(tài)的敏感性，系統(tǒng)的非線性,生態(tài)學(xué)向調(diào)控與工程方向發(fā)展階段（1962- ）,生態(tài)學(xué)在應(yīng)用

16、中產(chǎn)生了很多應(yīng)用性分支，如農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)、城市生態(tài)學(xué)、資源生態(tài)學(xué)、環(huán)境生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)生態(tài)學(xué)等。生態(tài)學(xué)還與其他學(xué)科廣泛交叉，產(chǎn)生如生理生態(tài)學(xué)、遺傳生態(tài)學(xué)、化學(xué)生態(tài)學(xué)等。生態(tài)立法、生態(tài)工程、生態(tài)設(shè)計發(fā)展迅速。我國馬世駿先生于1985年就提出生態(tài)工程概念，并于1987年主編出版《中國的農(nóng)業(yè)生態(tài)工程》。1989年Mitsch和Jorgensen出版《生態(tài)工程》。1991年召開第一屆國際生態(tài)工程會議，并于1992年出版刊物《生態(tài)工程》。,生態(tài)學(xué)向調(diào)控

17、與工程方向發(fā)展階段（1962- ）,進(jìn)入九十年代后，生態(tài)學(xué)的研究熱點(diǎn)集中在生物多樣性、全球變化和可持續(xù)發(fā)展方面。1996年美國生態(tài)學(xué)會主席Judy L.Meyer在美國生態(tài)學(xué)會年會上提出生態(tài)學(xué)的5個前沿領(lǐng)域是生態(tài)工程、生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)、生態(tài)設(shè)計、產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)、環(huán)境倫理學(xué)。,二、生態(tài)系統(tǒng)的概念及其基本規(guī)律,1、 系統(tǒng)的概念錢學(xué)森定義為：由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合而成的具有特定功能的有機(jī)整體。系統(tǒng)的構(gòu)成必須具備三個條件：①有

18、兩個以上的組份②組份間有聯(lián)系③以整體方式完成一定的功能,2 、生態(tài)系統(tǒng)的概念生態(tài)系統(tǒng)： 在一定空間內(nèi)生物群落與非生物環(huán)境相互作用的統(tǒng)一體。生態(tài)系統(tǒng)的概念強(qiáng)調(diào)了生物與環(huán)境是不可分割的整體觀點(diǎn)：在生態(tài)系統(tǒng)中，生物成分與生物成分，生物成分與非生物成分之間，通過能量流動，物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞而相互溝通，相互儲存，相互影響和制約，任一種成分或過程的破壞和變化，都將影響系統(tǒng)的穩(wěn)定和存在。地球上的生態(tài)系統(tǒng)多種多樣，可大可小，大至整個生物圈，

19、小至一個養(yǎng)魚的魚缸，都可以是一個生態(tài)系統(tǒng)。,3 生態(tài)系統(tǒng)的組成生態(tài)子系統(tǒng)由二大部分和四種基本成分組成二大部分：生物成分；非生物成分。四種基本成分：非生物環(huán)境、生產(chǎn)者、消費(fèi)者、還原者。,3.1 非生物環(huán)境非生物環(huán)境是生物生活的場所，物質(zhì)和能量的源泉，也是物質(zhì)交換的地方。非生物環(huán)境：氣候因子，如光、溫度、及其它物理因素。無機(jī)物質(zhì)：如碳、氧、氮、水及礦質(zhì)鹽分等。有機(jī)物質(zhì)：如糖、蛋白質(zhì)、脂類、腐殖質(zhì)等。,3.2 生產(chǎn)者生產(chǎn)者主要

20、是利用太陽能將簡單的無機(jī)物合成有機(jī)物（食物）物綠色植物，也包括光合細(xì)菌和化能細(xì)菌。生產(chǎn)者屬于生物中的自養(yǎng)生物，如森林中的喬木，灌木和草本植物，海洋和湖泊中的浮游植物等，它們在生態(tài)系統(tǒng)中的作用是將太陽能源不斷地輸入生態(tài)系統(tǒng)，成為消費(fèi)者和還原者的唯一的能源。,3.3 消費(fèi)者消費(fèi)者主要指動物，屬于異養(yǎng)生物，自己不能利用太陽來生產(chǎn)食物，只能依靠生產(chǎn)者，直接或間接以綠色植物為食，從中獲取能量。根據(jù)消費(fèi)者食性的不同又可分為5類：①草食動物：

21、直接以植物為營養(yǎng)的動物，故又稱為初級消費(fèi)者或一級消費(fèi)者，如牛、馬、兔,②肉食動物：以草食動物或其他動物為食的動物，又可再分為：一級肉食動物，又稱二級消費(fèi)者，如食昆蟲的鳥類、蛙、捕食鼠類的黃鼠狼、捕食小魚的大魚。二級肉食動物，又稱三級消費(fèi)者，以第一級肉食動物為食的動物，如狐貍、狼、蛇、獅、虎、豹等。有的二級肉食動物還可為其它動物所捕食，會出現(xiàn)三級肉食動物（四級消費(fèi)者），會出現(xiàn)三級肉食蛇類，但專以二級肉食動物為食的三級肉食動物并不多見。

22、,③寄生者：是特殊的消費(fèi)者，有草食性寄生者，也有肉食性寄生者，前者如線蟲、菌類、寄生植物，后者如蚊子，蛔蟲、跳蚤。④雜食動物：為雜食消費(fèi)者，既食植物、又食動物，如熊、鯉魚、狗、豬、人類。⑤腐食性生物：是一類特殊的消費(fèi)者，以動物植物尸體為食，如蚯蚓、白蟻、禿鷲等。也有以動物糞便為食的。如蟑螂。,3.4 還原者還原者也屬異養(yǎng)生物，是小型消費(fèi)者，主要是細(xì)菌，真菌等微生物。功能：把復(fù)雜的動植物有機(jī)殘體分解為簡單的無機(jī)物而歸還到環(huán)境中，供

23、生產(chǎn)者重新利用，同時，自己也得到食物和能量。由于還原者的功能是分解作用。故也稱為分解者。如果沒有還原者，地球表面將堆滿動植物尸體。組成生態(tài)系統(tǒng)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，而綠色植物又是核心的核心。因為只有綠色植物才能固定和轉(zhuǎn)化光能，將無機(jī)物合成供自己需要和消費(fèi)者利用的有機(jī)物。,4 生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：形態(tài)結(jié)構(gòu)，營養(yǎng)結(jié)構(gòu)4.1 形態(tài)結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)：指生物的空間，時間上的配置和變

24、化。即前面講的垂直、水平和時間格局。4.2 營養(yǎng)結(jié)構(gòu)――食物鏈和食物網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中的各種成分之間最重要的聯(lián)系是通過營養(yǎng)來實現(xiàn)的，即通過食物鏈而把生物與非生物，生產(chǎn)者與消費(fèi)者連成一個整體。,食物鏈：指由于營養(yǎng)關(guān)系在生物之間形成的一種鏈索關(guān)系。即能量和物質(zhì)從植物開始，并一級又一級地轉(zhuǎn)移到消費(fèi)者動物。食物網(wǎng)：一種生物不可能簡單地固定在某一種食物鏈上，例牛、羊、兔、鼠等可攝食羊草，羊草就可能與它本身也可能為狐貍或狼所捕食，這樣它就處在不同的

25、營養(yǎng)級上，實際上，生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈很少孤立出現(xiàn)（除非食性交叉都是專一的）。這樣生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈必然是交叉鏈索，形成一種很復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，即食物網(wǎng)。,5 生態(tài)系統(tǒng)的類型：地球上的生態(tài)系統(tǒng)多種多樣，目前還沒有統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。按生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境劃分，可分為：陸地生態(tài)系統(tǒng)：森林生態(tài)系統(tǒng)（熱帶雨林、季雨林、常綠闊葉林、落葉闊葉林、針葉林）草原生態(tài)系統(tǒng)荒漠生態(tài)系統(tǒng)凍原生態(tài)系統(tǒng)水生生態(tài)系統(tǒng)：淡水生態(tài)系統(tǒng)（池塘、湖泊、河流）海洋生態(tài)系統(tǒng),

26、6 生態(tài)系統(tǒng)的基本功能： 基本功能：單向的能量流動；周而復(fù)始的物質(zhì)循環(huán)；信息傳遞。7 生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài) 生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)（生態(tài)平衡）：生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)和自我維持的能力，即它在一定時間和范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，稱為生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)（homeostasis）在我國最流行的說法是生態(tài)平衡。 現(xiàn)在大家都在談?wù)摗吧鷳B(tài)平衡”，但對這個問題有比較科學(xué)而確切的理解并不容易，生態(tài)學(xué)家的意見也不一致.有的認(rèn)為有機(jī)體與環(huán)境之間協(xié)調(diào)一致的穩(wěn)定狀態(tài)是生態(tài)

27、平衡，有的將生態(tài)系統(tǒng)中能量與物質(zhì)的流進(jìn)與流出之間的平衡看作生態(tài)平衡，有的認(rèn)為高度有序即生態(tài)平衡，有的認(rèn)為“多樣性導(dǎo)致穩(wěn)定性”。,關(guān)于生態(tài)平衡的幾點(diǎn)說明：①負(fù)反饋作用對維持生態(tài)平衡的意義負(fù)反饋：當(dāng)系統(tǒng)的某種成分開始變化時，其他成分也相應(yīng)地發(fā)生一系列變化，且這種變化最終又返回減少開始的那種成分的變化速度的作用。生態(tài)系統(tǒng)通過自調(diào)節(jié)和自修復(fù)達(dá)到自維持和自發(fā)展的目的，而自調(diào)節(jié)和自修復(fù)是通過生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)組分之間以及組分與環(huán)境之間的相互作用－負(fù)反

28、饋作用來實現(xiàn)的。,②平衡的閥值生態(tài)平衡能夠自動調(diào)節(jié)的界線，稱為閥值，如人對體溫調(diào)節(jié)，熱可出汗,但太熱則會死亡。閥值越高，系統(tǒng)對外界壓力和干擾的抵抗能力越大，反之，則抵抗能力就小。③系統(tǒng)的穩(wěn)定性與多樣性：多樣性導(dǎo)致穩(wěn)定性多樣性：指系統(tǒng)中生物種類組成的復(fù)雜性以及營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，因而也特稱為復(fù)雜性。系統(tǒng)越復(fù)雜，其閥值越高，也就越穩(wěn)定。因為復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)中食物網(wǎng)的關(guān)系是復(fù)雜的，食物網(wǎng)包含的生物種類越多，聯(lián)接種的環(huán)節(jié)的數(shù)目就越大。也就是