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生态学学习指导与习题汇编 版权信息
- ISBN:9787030725349
- 条形码:9787030725349 ; 978-7-03-072534-9
- 装帧:一般胶版纸
- 册数:暂无
- 重量:暂无
- 所属分类:>
生态学学习指导与习题汇编 本书特色
同类书市场稀缺,考研、自学以及教师教学参考都可能使用到。
生态学学习指导与习题汇编 内容简介
本书分为三部分。**部分阐述生态学是一门自然科学的观点,认为这门学科已经迎来了它的辉煌时代,提出了有利于认识生态学的十条共识。第二部分是生态学主要内容的计算机模拟,涉及环境因子、生理过程、种群动态、群落演替等17个章节的内容。第三部分则精选和汇编了习题1447道,供巩固知识,检验所学之用。我们衷心地希望该书,可以成为教师教学、学生自学、复习备考的选择之一。同时,也希望对非生态学专业的读者朋友们,打开认识生态学之门,走进生态学这门有趣的学科,有所裨益。本书适合高校生态学相关专业的教师和本科生参考使用,也可供对生态学感兴趣的读者参阅。
生态学学习指导与习题汇编 目录
序
**部分 生态学概览
1 生态学是一门自然科学 3
1.1 为什么生态学表现得不像一门硬科学? 3
1.2 如何判别生态学是否是科学? 7
1.3 生态学的科学学会 28
1.4 生态学的十本教科书 30
参考文献 32
2 生态学迎来了新的辉煌时代 34
2.1 瓦明与《植物生态学》 34
2.2 坦斯利与生态学会 36
2.3 克莱门茨与演替 36
2.4 埃尔顿与《动物生态学》 37
2.5 理论生态学的黄金时代 37
2.6 高斯与竞争排斥原理 38
2.7 现代生态学之父—哈钦森 39
2.8 奥德姆与生态系统 40
2.9 梅与理论生态学 41
2.10 迎来辉煌时代的21世纪生态学 44
参考文献 45
3 有利于认识生态学的十条共识 46
参考文献 49
第二部分 生态学主要内容计算机模拟
4 辐射 53
4.1 内容提要 53
4.2 Matlab代码及图示 54
5 温度 63
5.1 内容提要 63
5.2 Matlab代码及图示 63
6 水分 66
6.1 内容提要 66
6.2 Matlab代码及图示 67
参考文献 69
7 风、湍流和大气的物质传输 70
7.1 内容提要 70
7.2 Matlab代码及图示 72
参考文献 73
8 气孔与蒸散 74
8.1 内容提要 74
8.2 Matlab代码及图示 75
参考文献 79
9 光合作用与物质生产 80
9.1 内容提要 80
9.2 Matlab代码及图示 83
参考文献 90
10 无限制的种群增长动态 91
10.1 内容提要 91
10.2 Matlab代码及图示 91
11 逻辑斯谛增长模型 93
11.1 内容提要 93
11.2 Matlab代码及图示 93
12 种间竞争与竞争排斥原理 96
12.1 内容提要 96
12.2 Matlab代码及图示 96
参考文献 100
13 捕食者-猎物动态 101
13.1 内容提要 101
13.2 Matlab代码及图示 101
参考文献 103
14 岛屿生物地理学 104
14.1 内容提要 104
14.2 Matlab代码及图示 104
参考文献 109
15 生命表与存活曲线 110
15.1 内容提要 110
15.2 Matlab代码及图示 110
参考文献 112
16 具有年龄结构的种群矩阵模型 113
16.1 内容提要 113
16.2 Matlab代码及图示 113
参考文献 114
17 考虑随机过程的种群过程 115
17.1 内容提要 115
17.2 Matlab代码及图示 115
18 集合种群 117
18.1 内容提要 117
18.2 Matlab代码及图示 117
参考文献 118
19 生态位宽度与生态位重叠 119
19.1 内容提要 119
19.2 Matlab代码 119
参考文献 120
20 演替 121
20.1 内容提要 121
20.2 Matlab代码及图示 122
参考文献 126
第三部分 习题汇编
21 填空题 129
22 选择题 143
23 判断题 184
24 名词术语(释义或者比较分析) 190
25 简述和问答题 199
26 论述、计算、综合分析题 211
后记 235
生态学学习指导与习题汇编 节选
**部分 生态学概览 这一部分由3篇小短文所组成。 **篇短文,以问题为引导,分三个方面阐述了生态学是一门自然科学的观点。第二篇短文,则集中于梳理生态学的演化历程,以此来认识这门学科如何从不成熟逐步走向成熟,如何迎来了新的辉煌时代。第三篇短文,提出了十条共识。这十条共识或有利于我们形成对生态学的正确认识。 由于笔者才疏学浅,其中疏漏之处,在所难免,恳请读者批评指正。 这部分由谭正洪主笔,赵俊福和杨廉雁参与并提出修改意见。 1 生态学是一门自然科学 1.1 为什么生态学表现得不像一门硬科学? “生态”是一种现代时尚。国家倡导风清气正的政治生态。人们希望安居在生态住宅里面,吃着生态食品,来一场说走就走的生态旅游。人们把对美好事物的追求,寄托在生态这个词汇里面。生态意味着绿色(green)、可持续(sustainable)、零排放(zero waste)、无污染(pollution free)、自然纯真(natural)、有机(organic)、稳定(stabilization)、多样丰富(diverse)、和谐(harmonious)、安全(safe)、美(beauty) 相形之下,生态学作为一个专业或一门自然科学,场面则要冷淡不少。有人甚至认为,生态学算不上一门科学。即便勉强算,也只是软科学(soft science),以区别于类物理学范式的硬科学(hard science)。这种观点自然失之偏颇,但并非全无道理。生态学所表现的外在形式和内在气质,极容易令人对上述观点产生共鸣。 其一,生态学多元起源关联的泛化定义和模糊学科边界。生态学有丰富的定义。比如,科学的博物学(Elton,1927),自然的经济学(Ricklefs,1994),生态系统的结构和功能(Odum,1953),生物的分布、多度及其成因(Krebs,1972),等等。其中,使用频率*高的定义,系被泛化的海克尔(Haeckel)的关于生态学的定义。该定义将生态学界定为探究生物与环境相互作用关系的科学。 为什么说是对海克尔定义的泛化呢?先来一睹海克尔定义的原貌。在《生物体普通形态学》第二卷的第11章,海克尔说:“生态学是探讨生物与环境之间关系的科学,这里的环境通指‘与生物生存、繁衍延续有关的所有条件’。这些环境条件,不论无机的部分,抑或有机的,都会深刻影响生物的形态,强制生物去适应。无机环境条件包括生物周遭生境中的气候、矿质营养、水分和土壤等。” 其实这个定义,海克尔自己也并不十分满意。后来,他在耶拿大学的一次讲演中,再次给出了他自己比较倾向的一个定义(Allee et al.,1949):“生态学是一门研究自然经济学的学问。一言以蔽之,生态学就是研究所有与达尔文生存竞争条件有关的各种复杂关系的科学。”为了读者阅读之便,将对应英文一并呈上: By ecology we mean the body of knowledge concerning the economy of nature—the investigation of the total relations of the animal both to the inorganic and to its organic environment;including,above all,its friendly and inimical relations with those animals and plants with which it comes directly or indirectly into contact—in a word,ecology is the study of all those complex interrelations referred to by Darwin as the conditions of the struggle for existence. 两相比较,不难看出,现在常用的生态学定义,颇有几分断章取义之嫌。忽视了具体语境,仅取了字面之义。 对于这个泛化的定义,不少学者并不苟同。Krebs(1972)在他的《生态学:分布与多度的实验分析》(Ecology:The Experimental Analysis of Distribution and Abundance)一书中,就调侃了这个定义。他说,如果将研究生物与环境之间关系的科学界定为生态学,那么这个世界上不属于生态学范畴的内容就所剩无几了。 图1-1是基于泛化生态学定义,而绘制的一张示意图。图中,仅非生物之间的相互作用,不可划归生态学。这种定义显然十分松散,有些过于宽泛。 图1-1 泛化生态学定义对应的宽泛范围和模糊边界 泛化生态学定义认为,生态学是探究生物与环境相互作用关系的科学。环境则既包括了生物体,也包括了非生物环境,比如温度、水分、土壤等。依照定义,生物与生物环境的关系(箭头①),以及生物与非生物环境的关系(箭头②),二者属于生态学的范畴。环境系统内,生物与生物的关系(箭头③),以及生物与非生物的关系(箭头④),也应当属于广义的生态学。区别在于,我们是否把环境系统内的生物作为研究对象。由此看来,唯一不能囊括在定义里面的,仅有非生物与非生物之间的相互作用关系一项(箭头⑤)。 一般来说,界定学科范围活泛些,学科边界模糊些,对于学科发展的初期阶段,并非没有用处。一来容易融合到母体学科中,不显得突兀;二是容易得到已有学科的支持和科学共同体的认可。但是,这样带来了学科自我认知的困难。所以,Smith(1980)就直接表示“现代生态学的构成,取决于生态学家们强调什么问题”。这种困惑的情绪,在生态学中一直蔓延到今天。 为什么生态学的定义会如此泛化,并且学科边界如此模糊呢?这或许与生态学的多元起源,有潜在的紧密联系。Worster(1977)认为,生态学的根是“关于自然的经济学”。这个根系延伸的源头有两个,一为梭罗(Thoreau)的田园牧歌式浪漫思想,二为培根(Bacon)和林奈(Linnaeus)式的实用主义。这个观点,并没有得到广泛支持。比如Egerton(1979)、Tobey(1981),对此颇有微词。 事实上,生态学的根比沃斯特(Worster)的表述要复杂得多。比如,受博物学滋养,所发展的自然选择学说,就是许多生态学家认同的一个重要的生态学之根。有些人甚至将达尔文视为生态学之父,尊其为19世纪*伟大的生态学家,即便达尔文终其一生也没有以生态学家自居过。 也有人认为,生态学起源于生物地理学,是洪堡(Humboldt)“只手开创了生态学科”。在海克尔看来,生态学是一个与生物地理学孪生的概念,生物地理学告诉我们生物在哪里,而生态学则分析为什么在那里。 也有一部分人认为生态学是从生理学里面分支出来的。旧时的生物学,主要包括形态学和生理学两个部分。生态学*开始是生理学的一个分支,后来逐步发展到与生理学并列。Burdon-Sanderson(1893)在英国科学促进会所作的致辞中,就把生态学作为生物学的三个分支之一。从生态学概念提出者海克尔丰富的生理学学术背景,以及当时生理学在欧洲,特别是在德国的重视程度来看,生理学根源一说,也确有其道理所在。 生态学多元起源的历史,会给这个学科带来不可避免的路径依赖。在封装这些不同起源的知识主体时,一个宽泛的、松散的框架,有其无与伦比的优越性。成功封装后,不同起源之间的内部冲突,并没有偃旗息鼓,而是持续发挥作用。再加上海克尔这个生态学概念的*初定义者,并没有赋予学科相应的内涵。海克尔确实给了生态学一个精致的盒子,但是当我们怀着期盼的心,小心翼翼打开一看,里面竟是空空如也。 其二,生态学内蕴一种不同于物理学等传统硬科学的学科范式。生态学系统以其复杂而著称。将一个生态学系统进行还原,的确可以得到原子、分子,乃至基本粒子。但是,还原后的重新构建,却无法实现。这种重构的过程中,常有涌现性质(emergent property)。低一阶组织结构,随着复杂程度的增加,在高一阶会突然出现一种低阶不存在的新特征。比如,从非生命世界到生命世界,就是一个典型的涌现特征。事实上,生态学系统中的生命系统,尺度跨度特别大。比如从单细胞生物到大象,其个体大小的变化就横跨了13个数量级。如此跨度,再加上各种涌现现象,其研究难度可想而知。 生命世界总有诸多例外。这些例外,既是科学发展的动力,同时也是发展统一理论的巨大挑战。比如,多数生物以DNA为遗传载体,少数病毒则例外地以RNA为载体。生命世界的例外特别繁盛自是有其缘由的。基因突变的特点是随机,哪个基因被固着也是随机,如遗传漂变(genetic drift)。随机会孕育例外。实际上,地球上之所以有人类,目前被广为接受的解释,也是认为这是随机过程的结果。人类不是天选之子,我们只是恰好抽到了有奖的彩票罢了。自然选择的力量很大,但是如果基因库里面没有备存候选基因,选择也只是空谈而已。 生命世界在抽象过程中也遇到了一些困难。物理学中我们可以抽象出“质点”、“刚体”和“理想气体”等,这种抽象在生态学系统中似乎很难实现。合理的抽象,就会带来普适性。生态学系统,时刻强调具体,迈出抽象的**步,看起来都十分困难。 生态学系统的这些特点,也为将生态学发展成为预测性的学科,陡添了难度。大尺度上,我们可以预测热带陆地上原生植被的类群。然而,却没有办法精确预测在该片土地上,具体有哪些物种、每个物种分别有多少数量、它们之间以何种方式相互联系等细节。这有些类似天气预报,甚至复杂程度更高,难度更大。 某些方面看来,生态学系统就像社会系统一样,是典型的复杂系统,其研究和抽象出一般性规律的难度很大。所以,即便非常成功的假设演绎模式(hypothetico-deductive model,H-D),也一直到20世纪50年代才在生态学中被重视起来。生态学中更多地采用的是观察和归纳的范式。此外,在生态学中,开展控制实验的可行性很低,比如生物圈2号计划 的失败。 作为一门科学,其研究范式的合理性,对于科学共同体的整体认同度和接受度十分重要。这是根源上的要点。生态学中,“一条尺子一杆秤”的粗略和原始研究方法(手段),也不可避免地招致其他学者的轻视。 其三,生态学在理论化和数学化方面先天不足。数学语言可以避免歧义,可以提高科学表述的精度。一个理论,在使用数学关系式来表达之前,定量探索的准备工作必须做足,否则也就谈不上数学公式化。生态学家在理论的提炼方面,并没有给予足够的重视;至少在20世纪20年代前,是可以这么认为的。 其中部分可以归因于科学范式的积弱。所以,有很多人觉得生态学其实只是一些观点,根本谈不上是一门科学。对理论的提炼、验证和数学化,对于学科本身体系的构建,影响极大。但是,生态学过于强调观察的描述、资料的堆积和案例的陈述,结果忘了*核心的内容。 这并非危言耸听,从生态学的**本教科书—瓦明(Warming)的《植物生态学》到阿利(Allee)等的《动物生态学原理》、奥德姆(Odum)等的《生态学基础》,以及*近贝贡(Begon)等的《生态学:从个体到生态系统》,无一例外,都是大部头著作。阿利的《动物生态学原理》于1949年出版,已经有700 多页的篇幅。与之对应的是,发展了几百年的微积分、力学分析甚至数学物理,500页篇幅便可装下。 繁冗复杂的背后暗指的是罗列、不成体系和缺乏提炼。这对于生态学的影响是十分巨大的。一方面,
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