生態(tài)學(xué)

生態(tài)學(xué)是研究生物與環(huán)境，及生物與生物之間相互關(guān)系的生物學(xué)分支學(xué)科。

　　生物的生存、活動、繁殖需要一定的空間、物質(zhì)與能量。生物在長期進(jìn)化過程中，逐漸形成對周圍環(huán)境某些物理?xiàng)l件和化學(xué)成分，如空氣、光照、水分、熱量和無機(jī)鹽類等的特殊需要。各種生物所需要的物質(zhì)、能量以及它們所適應(yīng)的理化條件是不同的，這種特性稱為物種的生態(tài)特性。

　　任何生物的生存都不是孤立的：同種個體之間有互助有競爭；植物、動物、微生物之間也存在復(fù)雜的相生相克關(guān)系。人類為滿足自身的需要，不斷改造環(huán)境，環(huán)境反過來又影響人類。

　　隨著人類活動范圍的擴(kuò)大與多樣化，人類與環(huán)境的關(guān)系問題越來越突出。因此近代生態(tài)學(xué)研究的范圍，除生物個體、種群和生物群落外，已擴(kuò)大到包括人類社會在內(nèi)的多種類型生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)合系統(tǒng)。人類面臨的人口、資源。環(huán)境等幾大問題都是生態(tài)學(xué)的研究內(nèi)容。

生態(tài)學(xué)的淵源

　　“生態(tài)學(xué)”一詞是德國生物學(xué)家海克爾1869年提出的。海克爾在其動物學(xué)著作中定義生態(tài)學(xué)是：研究動物與其有機(jī)及無機(jī)環(huán)境之間相互關(guān)系的科學(xué)，特別是動物與其他生物之間的有益和有害關(guān)系。

　　其后，有些博物學(xué)家認(rèn)為生態(tài)學(xué)與普通博物學(xué)不同，具有定量的和動態(tài)的特點(diǎn)，他們把生態(tài)學(xué)視為博物學(xué)的理論科學(xué)；持生理學(xué)觀點(diǎn)的生態(tài)學(xué)家認(rèn)為生態(tài)學(xué)是普通生理學(xué)的分支，它與一般器官系統(tǒng)生理學(xué)不同，側(cè)重在整體水平上探討生命過程與環(huán)境條件的關(guān)系；從事植物群落和動物行為工作的學(xué)者分別把生態(tài)學(xué)理解為生物群落的科學(xué)和環(huán)境條件影響下的動物行為科學(xué)；側(cè)重進(jìn)化觀點(diǎn)的學(xué)者則把生態(tài)學(xué)解釋為研究環(huán)境與生物進(jìn)化關(guān)系的科學(xué)。

　　后來，在生態(tài)學(xué)定義中又增加了生態(tài)系統(tǒng)的觀點(diǎn)，把生物與環(huán)境的關(guān)系歸納為物質(zhì)流動及能量交換；20世紀(jì)70年代以來則進(jìn)一步概括為物，質(zhì)流、能量流及信息流。

　　生態(tài)學(xué)的發(fā)展大致可分為萌芽期、形成期和發(fā)展期三個階段。

　　萌芽期  古人在長期的農(nóng)牧漁貓生產(chǎn)中積累了樸素的生態(tài)學(xué)知識，諸如作物生長與季節(jié)氣候及土壤水分的關(guān)系、常見動物的物候習(xí)性等。如公元前4世紀(jì)希臘學(xué)者亞里士多德曾粗略描述動物的不同類型的棲居地，還按動物活動的環(huán)境類型將其分為陸棲和水棲兩類，按其食性分為肉食、草食、雜食和特殊食性等類。

　　亞里士多德的學(xué)生、公元前三世紀(jì)的雅典學(xué)派首領(lǐng)賽奧夫拉斯圖斯在其植物地理學(xué)著作中已提出類似今日植物群落的概念。公元前后出現(xiàn)的介紹農(nóng)牧漁獵知識的專著，如古羅馬公元1世紀(jì)老普林尼的《博物志》、6世紀(jì)中國農(nóng)學(xué)家賈思勰的《齊民要求》等均記述了素樸的生態(tài)學(xué)觀點(diǎn)。

　　形成期  大約從15世紀(jì)到20世紀(jì)40年代。

　　15世紀(jì)以后，許多科學(xué)家通過科學(xué)考察積累了不少宏觀生態(tài)學(xué)資料。19世紀(jì)初葉，現(xiàn)代生態(tài)學(xué)的輪廓開始出現(xiàn)。如雷奧米爾的6卷昆蟲學(xué)著作中就有許多昆蟲生態(tài)學(xué)方面的記述。瑞典博物學(xué)家林奈首先把物候?qū)W、生態(tài)學(xué)和地理學(xué)觀點(diǎn)結(jié)合起來，綜合描述外界環(huán)境條件對動物和植物的影響。法國博物學(xué)家布豐強(qiáng)調(diào)生物變異基于環(huán)境的影響。德國植物地理學(xué)家人洪堡)創(chuàng)造性地結(jié)合氣候與地理因子的影響來描述物種的分布規(guī)律。

　　19世紀(jì)，生態(tài)學(xué)進(jìn)一步發(fā)展。這一方面是由于農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展促使人們開展了環(huán)境因子對作物和家畜生理影響的實(shí)驗(yàn)研究。例如，在這一時期中確定了五攝氏度為一般植物的發(fā)育起點(diǎn)溫度，繪制了動物的溫度發(fā)育曲線，提出了用光照時間與平均溫度的乘積作為比較光化作用的“光時度”指標(biāo)以及植物營養(yǎng)的最低量律和光譜結(jié)構(gòu)對于動植物發(fā)育的效應(yīng)等。

　　另一方面，馬爾薩斯于1798年發(fā)表的《人口論》一書造成了廣泛的影響。費(fèi)爾許爾斯特1833年以其著名的邏輯斯諦曲線描述人口增長速度與人口密度的關(guān)系，把數(shù)學(xué)分析方法引入生態(tài)學(xué)。19世紀(jì)后期開展的對植物群落的定量描述也已經(jīng)以統(tǒng)計學(xué)原理為基礎(chǔ)。1851年達(dá)爾文在《物種起源》一書中提出自然選擇學(xué)說，強(qiáng)調(diào)生物進(jìn)化是生物與環(huán)境交互作用的產(chǎn)物，引起了人們對生物與環(huán)境的相互關(guān)系的重視，更促進(jìn)了生態(tài)學(xué)的發(fā)展。

　　19世紀(jì)中葉到20世紀(jì)初葉，人類所關(guān)心的農(nóng)業(yè)、漁貓和直接與人類健康有關(guān)的環(huán)境衛(wèi)生等問題，推動了農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)、野生動物種群生態(tài)學(xué)和媒介昆蟲傳病行為的研究。由于當(dāng)時組織的遠(yuǎn)洋考察中都重視了對生物資源的調(diào)查，從而也豐富了水生生物學(xué)和水域生態(tài)學(xué)的內(nèi)容。

　　到20世紀(jì)30年代，已有不少生態(tài)學(xué)著作和教科書闡述了一些生態(tài)學(xué)的基本概念和論點(diǎn)，如食物鏈、生態(tài)位、生物量、生態(tài)系統(tǒng)等。至此，生態(tài)學(xué)已基本成為具有特定研究對象、研究方法和理論體系的獨(dú)立學(xué)科。

　　發(fā)展期  20世紀(jì)50年代以來，生態(tài)學(xué)吸收了數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)工程技術(shù)科學(xué)的研究成果，向精確定量方向前進(jìn)并形成了自己的理論體系：

　　數(shù)理化方法、精密靈敏的儀器和電了計算機(jī)的應(yīng)用，使生態(tài)學(xué)工作者有可能更廣泛、深入地探索生物與環(huán)境之間相互作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，對復(fù)雜的生態(tài)現(xiàn)象進(jìn)行定量分析；整體概念的發(fā)展，產(chǎn)生出系統(tǒng)生態(tài)學(xué)等若干新分支，初步建立了生態(tài)學(xué)理論體系。

　　由于世界上的生態(tài)系統(tǒng)大都受人類活動的影響，社會經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)相互交織，實(shí)際形成了龐大的復(fù)合系統(tǒng)。隨著社會經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代工業(yè)化的高速度發(fā)展，自然資源、人口、糧食和環(huán)境等一系列影響社會生產(chǎn)和生活的問題日益突出。

　　為了尋找解決這些問題的科學(xué)依據(jù)和有效措施，國際生物科學(xué)聯(lián)合會(IUBS)制定了“國際生物計劃”(IBP)，對陸地和水域生物群系進(jìn)行生態(tài)學(xué)研究。1972年聯(lián)合國教科文組織等繼IBP之后，設(shè)立了人與生物圈(MAB)國際組織，制定“人與生物圈”規(guī)劃，組織各參加國開展森林、草原。海洋、湖泊等生態(tài)系統(tǒng)與人類活動關(guān)系以及農(nóng)業(yè)、城市、污染等有關(guān)的科學(xué)研究。許多國家都設(shè)立了生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)的研究機(jī)構(gòu)。

　　和許多自然科學(xué)一樣，生態(tài)學(xué)的發(fā)展趨勢是：由定性研究趨向定量研究，由靜態(tài)描述趨向動態(tài)分析；逐漸向多層次的綜合研究發(fā)展；與其他某些學(xué)科的交*研究日益顯著。

　　由人類活動對環(huán)境的影響來看，生態(tài)學(xué)是自然科學(xué)與社會科學(xué)的交匯點(diǎn)；在方法學(xué)方面，研究環(huán)境因素的作用機(jī)制高不開生理學(xué)方法，離不開物理學(xué)和化學(xué)技術(shù)，而且群體調(diào)查和系統(tǒng)分析更高不開數(shù)學(xué)的方法和技術(shù)；在理論方面，生態(tài)系統(tǒng)的代謝和自穩(wěn)態(tài)等概念基本是引自生理學(xué)，而由物質(zhì)流、能量流和信息流的角度來研究生物與環(huán)境的相互作用則可說是由物理學(xué)、化學(xué)、生理學(xué)、生態(tài)學(xué)和社會經(jīng)濟(jì)學(xué)等共同發(fā)展出的研究體系。

生態(tài)學(xué)的基本內(nèi)容

　　按所研究的生物類別分，有微生物生態(tài)學(xué)、植物生態(tài)學(xué)、動物生態(tài)學(xué)、人類生態(tài)學(xué)等；還可細(xì)分，如昆蟲生態(tài)學(xué)、魚類生態(tài)學(xué)等。

　　按生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次分，有個體生態(tài)學(xué)、種群生態(tài)學(xué)、群落生態(tài)學(xué)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)等。

　　按生物棲居的環(huán)境類別分，有陸地生態(tài)學(xué)和水域生態(tài)學(xué)；前者又可分為森林生態(tài)學(xué)、草原生態(tài)學(xué)、荒漠生態(tài)學(xué)等，后者可分為海洋生態(tài)學(xué)、湖沼生態(tài)學(xué)、河流生態(tài)學(xué)等；還有更細(xì)的劃分，如植物根際生態(tài)學(xué)、腸道生態(tài)學(xué)等。

　　生態(tài)學(xué)與非生命科學(xué)相結(jié)合的，有數(shù)學(xué)生態(tài)學(xué)、化學(xué)生態(tài)學(xué)、物理生態(tài)學(xué)、地理生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)生態(tài)學(xué)等；與生命科學(xué)其他分支相結(jié)合的有生理生態(tài)學(xué)、行為生態(tài)學(xué)、遺傳生態(tài)學(xué)、進(jìn)化生態(tài)學(xué)古生態(tài)學(xué)等。

　　應(yīng)用性分支學(xué)科有：農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)、醫(yī)學(xué)生態(tài)學(xué)、工業(yè)資源生態(tài)學(xué)、環(huán)境保護(hù)生態(tài)學(xué)、城市生態(tài)學(xué)等。

　　生態(tài)學(xué)的一般規(guī)律大致可從種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)和人與環(huán)境的關(guān)系四個方面說明。

　　在環(huán)境無明顯變化的條件下，種群數(shù)量有保持穩(wěn)定的趨勢。一個種群所棲環(huán)境的空間和資源是有限的，只能承載一定數(shù)量的生物，承載量接近飽和時，如果種群數(shù)量(密度)再增加，增長率則會下降乃至出現(xiàn)負(fù)值，使種群數(shù)量減少；而當(dāng)種群數(shù)量(密度)減少到一定限度時，增長率會再度上升，最終使種群數(shù)量達(dá)到該環(huán)境允許的穩(wěn)定水平。對種群自然調(diào)節(jié)規(guī)律的研究可以指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。例如，制定合理的漁業(yè)捕撈量和林業(yè)采伐量，可保證在不傷及生物資源再生能力的前提下取得最佳產(chǎn)量。

　　一個生物群落中的任何物種都與其他物種存在著相互依賴和相互制約的關(guān)系。常見的有：

　　食物鏈，居于相鄰環(huán)節(jié)的兩物種的數(shù)量比例有保持相對穩(wěn)定的趨勢。如捕食者的生存依賴于被捕食者，其數(shù)量也受被捕食者的制約；而被捕食者的生存和數(shù)量也同樣受捕食者的制約。兩者間的數(shù)量保持相對穩(wěn)定；

　　競爭，物種間常因利用同一資源而發(fā)生競爭：如植物間爭光、爭空間、爭水、爭土壤養(yǎng)分；動物間爭食物、爭棲居地等。在長期進(jìn)化中、競爭促進(jìn)了物種的生態(tài)特性的分化，結(jié)果使競爭關(guān)系得到緩和，并使生物群落產(chǎn)生出一定的結(jié)構(gòu)。例如森林中既有高大喜陽的喬木，又有矮小耐陰的灌木，各得其所；林中動物或有晝出夜出之分，或有食性差異，互不相擾；

　　互利共生。如地衣中菌藻相依為生，大型草食動物依賴胃腸道中寄生的微生物幫助消化，以及蟻和蚜蟲的共生關(guān)系等，都表現(xiàn)了物種間的相互依賴的關(guān)系。以上幾種關(guān)系使生物群落表現(xiàn)出復(fù)雜而穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，即生態(tài)平衡，平衡的破壞常可能導(dǎo)致某種生物資源的永久性喪失。

　　生態(tài)系統(tǒng)的代謝功能就是保持生命所需的物質(zhì)不斷地循環(huán)再生。陽光提供的能量驅(qū)動著物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中不停地循環(huán)流動，既包括環(huán)境中的物質(zhì)循環(huán)、生物間的營養(yǎng)傳遞和生物與環(huán)境間的物質(zhì)交換，也包括生命物質(zhì)的合成與分解等物質(zhì)形式的轉(zhuǎn)換。

　　物質(zhì)循環(huán)的正常運(yùn)行，要求一定的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。隨著生物的進(jìn)化和擴(kuò)散，環(huán)境中大量無機(jī)物質(zhì)被合成為生命物質(zhì)形成了廣袤的森林、草原以及生息其中的飛禽走獸。一般說，發(fā)展中的生物群落的物質(zhì)代謝是進(jìn)多出少，而當(dāng)群落成熟后代謝趨于平衡，進(jìn)出大致相當(dāng)。

　　人們在改造自然的過程中須注意到物質(zhì)代謝的規(guī)律。一方面，在生產(chǎn)中只能因勢利導(dǎo)，合理開發(fā)生物資源，而不可只顧一時，竭澤而漁。目前世界上已有大面積農(nóng)田因肥力減退未得到及時補(bǔ)償而減產(chǎn)。另一方面，還應(yīng)控制環(huán)境污染，由于大量有毒的工業(yè)廢物進(jìn)入環(huán)境，超越了生態(tài)系統(tǒng)和生物圈的降解和自凈能力，因而造成毒物積累，損害了人類與其他生物的生活環(huán)境。

　　生物進(jìn)化就是生物與環(huán)境交互作用的產(chǎn)物。生物在生活過程中不斷地由環(huán)境輸入并向其輸出物質(zhì)，而被生物改變的物質(zhì)環(huán)境反過來又影響或選擇生物，二者總是朝著相互適應(yīng)的協(xié)同方向發(fā)展，即通常所說的正常的自然演替。隨著人類活動領(lǐng)域的擴(kuò)展，對環(huán)境的影響也越加明顯。

　　在改造自然的話動中，人類自覺或不自覺地做了不少違背自然規(guī)律的事，損害了自身利益。如對某些自然資源的長期濫伐、濫捕、濫采造成資源短缺和枯竭，從而不能滿足人類自身需要；大量的工業(yè)污染直接危害人類自身健康等，這些都是人與環(huán)境交互作用的結(jié)果，是大自然受破壞后所產(chǎn)生的一種反作用。