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普通生态学

普通生态学

英文名称:Ecology
课程编号】ENV13002 所属模块】学科基础课
学分数】 2 适用专业】环境科学与环境工程
学时数】 32 开设学期】秋季
【已开设次数】9 【建议选课人数】40-60(需配备助教)
授课教师姓名】李晓文 授课教师职称】副教授
授课教师联系方式】 Email:lixw@bnu.edu.cn 手机:13910636386 授课教师所属单位】 网上赌搏平台
【先修课要求】 高中生物相关课程
一、课程简介 生态学是研究生物与环境关系的知识体系,是协调和统筹人与自然关系的指导性学科,是引领人类可持续发展的主要理论基础。本课程主要从个体、种群、群落、生态系统和生物圈等不同层次上分析生物与环境之间的关系方式,通过理论分析、案例剖析,使学生掌握生态学的基本知识体系和思想方法,形成宏观的生态思维,提高对当前资源和环境问题的认识能力和把握水平。 二、课程目标 通过该课程的学习,使学生全面、系统地掌握生态学的基本概念和基本理论,把握生态学认识生命世界、认识生态环境的特殊视角和解决相关问题的基本方法和思路,激发学生热爱大自然、保护环境的兴趣,建立关爱生命、关爱人类共同家园的生态意识,在遵循生态规律前提下,正确运用现代生物技术去开发生物资源、维护生态安全、管理自然环境。普通生态学的理论课教学应注意把具体的生态学知识融合到整体的生态思想和理论中,突出对学生系统观、动态观、时空尺度观等生态思维方式的培养;实践课程教学中应注意培养学生的基本实验技能,提高分析和解决实际问题的能力。 三、教学内容和学时分配
(一)生态学的定位与方法2 学时
主要内容: 0 绪论 0.1 生态学的定义 0.2 生态学历史、对象与范围 0.3 生态学的分支科学、交叉学科 0.4 生态学的研究方法
教学要求: 绪论部分是对生态学科整个知识体系的介绍,也是对生态学课程内容模块的介绍。对于生态学概念既应包括不同学者的理解,同时又要重点突出为学术界广泛承认的相关定义;应简单介绍生态学的发展历史,以及在各个阶段的研究的中心内容,重点介绍生态学的研究对象;对生态学各个部分(或模块)的构成及其相互之间,以及与其他学科之间的关联和交叉等内容介绍不可缺少,虽然可能与后面章节稍有重复,但可以使学生对生态学知识结构及其与其他学科体系之间的关系有一个整体的概览。
教学重点难点 生态学的学科体系构成、生态学与其他相关学科的关系、生态学研究方法。
其它教学环节 课堂讨论:生态科学与环境科学的区别以及相互交叉联系?
(二)个体生态学6学时
主要内容: 2、生物与环境 2.1  生态因子 2.1.1环境、生态因子及其类别 非生物因子与生物因子;其他环境因子分类。 2.1.2生态因子作用特征 生态因子的作用特点:综合性、适应组合;非等价性,主导因子;不可替代性与互补性 生态因子的作用规律:最小因子法则;耐受性法则;限制因子和限制作用;大环境和小环境;环境因子的综合作用 2.2 生物对环境因子的适应 2.2.1生物对环境适应 形态适应;生理适应(驯化、内稳态机制等);行为适应(休眠、迁徙、滞育等) 2.2.2生物对环境的适应机制 趋同适应与生活型;趋异适应与生态型 3、生物与能量环境的生态关系 3.1 生物与光的生态关系 3.1.1陆生环境中的光因子 光在时间和空间的上的分布特点 光强度对植物的生态影响(阳性植物与阴性植物);光补偿点、饱和点; 光照强度对动物的影响 光的周期性变化对动物和植物的生态效应 3.1.2水生环境的光因子 水体光的分布特点;水生生物对光的适应 3.2 生物与光的生态关系 3.2.1温度的分布特征与生态意义 温度的分布特征;温度的生态意义:代谢;分布 3.2.2温度对生物分布和生命活动的影响 极端低温/高温对生物的影响; 生物表现的形态适应:动物的形态适应:BERGMAN规律;ALLEN规律等 生物表现的生理适应:极端高温对生物的影响与生物的生理适应 生物表现的行为适应 温度与生物的发育:有效积温;物候 4、生物与物质环境的生态关系 4.1 生物与水的生态关系 4.1.1水的分布与水因子的生态意义 水的理化性质;水陆环境的主要差异;水的生态意义(组份,代谢介质,分布,形态塑造) 4.1.2生物对水因子的适应 水、陆生植物对水因子的适应:水生植物,陆生植物; 动物对水因子的适应:水生动物的渗透压调节,陆生动物对干旱的适应; 4.2 生物与土壤及其它生态因子 4.2.1生物与土壤的生态关系 土壤的生态意义;土壤的物理性质对生物的影响;土壤的化学性质对生物的影响; 土壤环境与动物的适应 4.2.2生物与大气的生态关系 大气的成分构成及其生态效应;氧与生物;二氧化碳的生态作用 4.2.3生物与火的生态关系 火烧的影响及其生态作用;植物/动物对火因子的适应 4.2.4人类活动对生物的影响 人类活动对生物的积极意义:人工选择;伴人适应与进化 人类活动对环境因子的改变:生态破坏与环境污染
教学要求: 通过本章学习应使学生基本了解环境因子的范围、认识生态因子作用的特点以及生物对环境因子的适应方式(形态适应、生理适应、行为适应)。至于动物、植物对各种生态因子的不同的适应方式,可根据后续课程的状况酌情处理。应注意环境学与生态学中“环境”概念上的差异(范围、含义的限定);应强调由于环境和生物复杂多样且相互作用,不同生物不可能有完全一致的适应原则和模式,所以适应也是多样性的;由于生态因子种类繁多,研究的深度和目前积累的知识多寡不一,应选择介绍最重要的一些生态因子(如光、温度和水等)。
教学重点、难点: 生物对于环境在形态、生理和行为方面的适应机制
其他教学环节: 课堂讨论:高强度人类活动背景下,生物对环境适应的特点?
(三)种群生态学7  学时
5、种群及其数量动态 5.1 种群及种群的结构 5.1.1种群的概念 种群的定义、种群在不同学科中的称谓;种群的时空、遗传和数量特征 5.1.2种群的结构参数 大小与密度;种群的分布及种群分布格局的判断 单体生物与构件生物;构件、年龄结构与性比 5.2 种群动态 5.2.1生命表与种群动态参数 生命表的编制,静态生命表与动态生命表,生命表的分析; 种群动态参数:种群增长率r/内禀增长率rm/瞬时增长率,周限增长率;生存曲线 5.2.2种群动态的模型研究 指数增长模型;LOGISTIC增长模型;与密度有关的不连续增长模型; 具时滞效应的、与密度有关的不连续增长模型; 5.2.3自然种群的数量变化 季节性增长;周期性波动;种群大爆发与种群的灭亡 5.2.4种群调节 种群调节概念;种内竞争;动物与植物种内竞争的差异;种群调节各学说简介与评价 5.2.5复合种群 复合种群概念;复合种群理论意义与应用 6、种群的进化 6.1 基本概念和原理 6.1.1  物种、种群和进化 6.1.2   遗传和变异 6.1.3    哈迪—魏伯格原理 6.2 生物的进化要素 6.2.1    突变和重组 6.2.2    自然选择 6.2.3    基因流动 6.2.4    随机遗传漂变 6.3 物种的形成 6.3.1物种形成过程 6.3.2物种的形成方式 7、生活史对策 7.1 资源的获取与配置 7.1.1资源的获取 7.1.2资源的配置与取舍 7.2 生活史对策 7.2.1 r和K对策 7.2.2 C、S和R对策 7.3 生活史与适应对策 体型效应,滞育,迁徙 8、种间种内关系 8.1 种间竞争 8.1.1种间竞争模型 Lotka-Voltarra模型;Tilman模型 8.1.2竞争排斥原理 8.1.3生态位理论 8.1.4自然种群的种间竞争表现 8.2 捕食关系 8.2.1  捕食关系的概念:广义与狭义 8.2.2  种间竞争模型;Lotka-Voltarra捕食模型 8.2.3  自然界捕食关系的表现 8.2.4  捕食关系在生物控制中的作用:Holling反应的应用 8.3 寄生关系 8.3.1有关寄生的各种概念:寄生、拟寄生、内/外寄生 8.3.2寄生作用与协同进化 8.4 其它种间关系 8.5 种内关系及行为生态学 8.5.1植物种群的密度效应 最后产量恒值法则与-3/2自疏法则 8.5.2动物种群的各类社会行为及其生物学意义 社群等级;领域行为;行为的适应性和遗传性;家系选择和集团选择
教学要求: 由于为非生物专业开设的生态学基础课,因此本部分教学可对种群遗传学等部分做较多的删减,但要使学生清楚掌握物种及其种群的概念,以及物种形成机制和方式等,可适当突出复合种群以及种群破碎化的生态学效应等当代种群生态学和保护生物学所关注的内容。种间关系是种群生态学的重要部分。特别是种间竞争、捕食关系最为重要,因为这两部分内容与种群的动态有密切关系,此外对于种群研究方法也应作重点介绍。
教学重点及难点: 竞争与捕食关系及其模型;种群调节机制,生态位理论
其他教学环节: 课堂讨论:应用种群增长理论,结合我国当前人口政策,讨论我国人口数量和结构的变化趋势,可能面临老龄化等的问题,以及对目前严格的计划生育等人口政策的建议。
(四)群落生态学6 学时
9、群落的组成与结构 9.1 群落的概念与群落的结构 9.1.1生物群落的概念和基本特征 9.1.2群落的物种组成 物种的不同性质:优势种、建群种等;物种多样性 9.1.3群落的结构特征 群落的时间特征;群落的空间特征;群落的营养结构 9.2 群落的结构特征分析 9.2.1群落的结构单元 生活型及其划分;层片及其划分 9.2.2垂直结构与水平结构 9.2.3群落的外貌与季相, 9.2.4群落交错区:边缘效应 9.2.5影响群落的结构的要素 竞争;捕食;干扰;空间异质性; 9.2.6岛屿生物学理论 岛屿生态效应与自然保护 10、群落的动态 10.1 群落短期动态 10.1.1昼夜变化 10.1.2季节变化与年变化 10.2 群落的演替 10.2.1群落演替的概念 演替的定义;影响演替的内、外因素分析 10.2.2群落演替的类型划分 原生演替与次生演替;演替的其它划分方法与类型 10.2.3演替顶级理论 单顶级、多顶级及顶级格局演替理论 11、群落的分类与排序 11.1群落的分类 11.1.1植物群落的分类单位 11.1.2植物群落的命名 11.2 群落的排序
教学要求: 本部分内容在理论上需要让学生掌握群落的结构特征,以及影响群落结构的主要因素,特别是当代保护生物学所强调的空间异质性、边缘效应、中度干扰以及岛屿效应的影响等内容,可适当加强,使学生对当代生态学一些前沿理论有初步认识;对于群落演替的理论可作一般性的介绍,但应强调不同学派的分歧的实质,提高学生对相关理论的理解和综合分析能力。让学生对排序、聚类等群落数量分析的方法和技术有一个基本了解,简单介绍国际上植被分类体系,特别是《中国植被》的植被分类体系。
教学重点和难点: 影响群落结构的因素,特别竞争、捕食、干扰及其岛屿生态效应等;群落演替顶级理论及其群落分类。
其他教学环节: 课堂讨论:1)种内竞争与种间竞争对群落结构的影响?2)生境片段化对群落结构及其生物多样性的影响?
(五)生态系统生态学7学时
12、生态系统的一般特征 12.1 生态系统的概念 12.1.1生态系统的定义 12.1.2生态系统的特征 12.2 生态系统的组成成分 12.2.1生态系统的非生物成分 12.2.2生态系统的生物成分 12.3 生态系统的营养结构 12.3.1三大功能类群: 生产者、消费者和分解者 12.3.2食物链和食物网 12.3.3营养级和生态金字塔 13、生态系统的物质生产与能量流动 13.1 生态系统的生产 13.1.1初级生产的相关概念 生产力、生产量与生物量 13.1.2初级生产的测定 13.1.3初级生产的影响因素 13.1.4不同生态系统的初级生产 13.2 次级生产 13.2.1生态系统中的次级生产 13.2.2次级生产过程与测定 13.2.3陆地和海洋中动物的次级生产量 13.3 生态系统的物质分解 13.3.1  生态系统中物质分解的概念 13.3.2分解过程与生物 13.3.3 影响物质分解的因素 13.4 能量流动 13.4.1生态系统的能量流动 13.4.2能流及相关概念;生态系统中的能流规律 13.4.2生态系统能量流动分析及模型 14、生态系统的物质循环 14.1 生态系统中的物质循环的概念 生物地球化学循环及相关概念 14.2 物质循环的类型及特点 14.2.1水循环 14.2.2碳循环 14.2.3氮循环 14.2.4其他循环 14.3 生态系统的调控 14.3.1  生态系统的动态 14.3.2生态系统的平衡 15.地球上主要生态系统的分布与类型 15.1 陆地生态系统分布的基本规律 15.1.1陆地生态系统分布的水平地带性规律 15.1.2陆地生态系统分布的垂直地带性规律 15.1.3地形对植被分布的影响 15.2 世界主要生态系统的类型与分布 15.2.1  森林生态系统 15.2.2  草原生态系统 15.2.3荒漠生态系统 15.2.4农田生态系统 15.2.5  城市生态系统
教学要求: 本部分教学内容实质上是围绕生态系统结构(组成结构、营养结构等)、功能(能量流动与物质循环)、类型与分布特征(水平地带性与垂直地带性)等知识体系展开。由于生态系统不同层次的生物组分(个体、种群和群落等)在前面已经学习,故生态系统内容的教学带有更大的综合性,着重培养学生从不同层次生物系统、无机环境要素及其人类系统组成来分析生态系统的整体性与复杂性。教学中紧密围绕生态系统结构-功能-分布-调控逻辑主线,由于生态系统的功能特征表现在生物生产、物质循环、能量流动和信息传递几个方面,建议将物质生产和能量流动一起讲述,并分析人类活动对生态系统主要物质循环过程影响及其导致的环境效应。在生态系统分布部分既要强调其水平地带性与垂直地带性等地带性分布特征及成因,也要学生掌握地形、土壤、水分等局部因子影响下的非地带性分布特征及其成因。
教学重点与难点: 水循环、碳循环等主要物质循环过程;人类活动对物质循环过程的影响及其效应;生态系统地带性与非地带性分布特征及其成因
(六)应用生态学4学时
16. 生态系统的服务、生态健康与生态管理 16.1 生态系统服务 16.1.1  生态系统服务的概念及意义 16.1.2生态系统服务的价值及其评估 16.2 生态系统的健康 16.2.1生态系统健康的概念及意义 16.2.2 生态系统健康的评价 16.3生态管理 16.3.1生态管理的基本单位:生态系统 16.3.2生态管理的目标:维护生态健康 17. 人类对生物地球化学循环的影响与环境污染 17.1全球变暖与温室效应 17.2臭氧层破坏 17.3  污染问题 18. 人口与资源 18.1人口的增长与调控 18.2资源的特征与资源问题 18.3农业生产与农业生态 18.4生物多样性及其保育
教学要求: 本部分为生态学课程拓展与延伸内容,让学生了解生态学在解决当代资源环境所面临的一些重大问题中的应用,该部分内容教学可以具有一定灵活性、开发性,可不局限于上述内容,可以请相关应用生态学领域专家学者进行专题讲座或让学生先查阅相关资料,以课堂讨论的形式开展。
四、教材与学习资源
(一)推荐教材: 1.         孙儒泳,李庆芬,牛翠娟,娄安如,基础生态学。高等教育出版社,2002. 2.       李博主编,生态学。高等教育出版社,1999. (二)推荐学生学习用书: 1. 麦肯齐等著,孙儒泳等译,2000. 生态学(中译本,第二版)。科学出版社。 2. Robert Ricklefs著,孙儒泳等翻译,2004. 生态学(第五版,中译本)。高等教育出版社。 3 李博主编,生态学。高等教育出版社,1999. 4. 孙儒泳,李庆芬,牛翠娟,娄安如,基础生态学。高等教育出版社,2002. 5. 周晓峰主编,1999. 中国森林与生态环境。北京:中国林业出版社。 6. 任海,彭少麟,2001. 恢复生态学导论。北京:科学出版社。. 7. Walter Larcher (翟志席、郭玉海等译),1997. 植物生理生态学。北京:中国农业大学出版社。 8. Barbour M.G., Burk J.H., Pitts W.D., Gilliam F.S. and Schwartz M.W. 1999. Terrestrial Plant Ecology. Addison Wesley Longman Inc.  (三)教师备课参考用书: 1. Annual Review of  Ecology and Systematics 2. Kristina Vogt, John Gohn Gordon and John Wargo (欧阳华,王政权等译),2002. 生态系统 —— 平衡与管理的科学。北京:科学出版社。 3. Walter Larcher (翟志席、郭玉海等译),1997. 植物生理生态学。北京:中国内业大学出版社。 4. 蔡晓明,2000. 生态系统生态学。北京:科学出版社。 5. 曹凑贵主编,2002. 生态学概论。北京:高等教育出版社。 6. 段昌群,2001. 生态学教学理论探索与实践 —— 21世纪大学生态学教学内容优化与课程体系建设。北京:高等教育出版社。 7. 方精云主编,2000. 全球生态学 —— 气候变化与生态响应。北京:高等教育出版社和SPRINGER出版社。 8. 戈峰,2002. 现代生态学。北京:高等教育出版社。 9. 蒋先军,骆永明,赵其国。土壤重金属污染的植物提取修复技术及其应用前景。农业环境保护,2000,19(3):179~183 10. 李博主编,1999. 生态学。北京:高等教育出版社。 11. 林鹏,1985. 植物群落生态学。上海:上海科技出版社。 12. 姜汉侨,段昌群,杨树华,苏文华,王崇云,2004. 植物生态学。北京:高等教育出版社。 13. 沈德中。污染环境的生物修复。北京:化学工业出版社,2002,P311-P319 14. 宋永昌,2002. 植被生态学。上海:华东师范大学出版社。 15. 孙儒泳,李庆芬,牛翠娟,娄安如,2002. 基础生态学。北京:高等教育出版社。 16. 孙儒泳,尚玉昌、李庆芬,党承林主译,2004.生态学(第五版)(The Economy of nature,2001).北京:高等教育出版社 17. Robert Ricklefs著,孙儒泳等翻译,2004. 生态学(第五版,中译本)。高等教育出版社。 18. Manuel C., Molles 2000. Ecology: concepts and applications (影印版),北京:科学出版社 19. Charles J. Krebs. 2002. Ecology。(影印版),北京:科学出版社
五、教学策略与方法建议
由于生态学高度的综合性,其教学内容将会不同程度涉及等普通生物学(植物学、动物学等)及环境科学方面基础内容,建议涉及上述教学内容前(如个体生态学),教师可以通过补充课前参考资料,让学生掌握上述预备知识。 在教学策略和方法上,建议: 1)案例分析与启发式教学。选择针对性强的相关案例,进行深度剖析,提出富有思考性的问题,在教师的引导下,通过师生双向互动逐步深入,得出结论和提出解决问题的方案,使学生获得具体生动的生态学知识,激发起学生学习兴趣,调动学生学习的自觉性。
    2)观察和实践的方法。生态学是一门随着人类环境问题出现和变化,以及适应生态建设和资源利用事业需要而不断发展的科学体系,因此在教学上尽可能因地制宜地通过观察和实践,将理论与实际相结合应该经常使用的教学方法。由于课时、教学资源有限等因素,同时也由于学生对主要环境问题都有一定的感性认识,可采用间接观察——通过文字(课本、课外读物、报刊)、图表、仪器、模型、电影、录相、幻灯等进行阅读或观看,了解环境、资源问题出现的特点、变化的动态,剖析其中存在的规律、提出解决问题的方案等。 3)运用发现法教学。利用生态学实验和野外实习,将科学研究的发现过程融合到课程学习中。
    4)课堂讨论结合专题讲座。学生讨论问题时,教师发挥主导作用,防止空泛议论;及时启发导向,不使讨论偏离中心议题。在教学之余,可尽量利用国内外学术交流活动机会,安排学生参加生态学及其相关的学术活动。
六、考核方式 平时成绩与期末考核成绩分别占40%和60%,期末考试采用闭卷笔试的方式。